lng接收站安全運(yùn)行分析

lng接收站安全運(yùn)行分析

0lng接收站隨著國內(nèi)天然氣市場的擴(kuò)張，國內(nèi)天然氣需求的增加。由于其6001的高比例特性，液化天然氣在天然氣市場中發(fā)揮著越來越重要的作用。LNG接收站,作為LNG進(jìn)口的接收終端,其運(yùn)行平穩(wěn)與否,直接關(guān)系著國家能源戰(zhàn)略能否順利開展。LNG接收站的主要作用為接受、儲存進(jìn)口船運(yùn)LNG,并通過氣化或槽車外輸?shù)韧緩綄⑦M(jìn)口LNG外輸,滿足下游用戶需求。接受站內(nèi)主要工藝系統(tǒng)包括卸船系統(tǒng)、儲罐系統(tǒng)、高低壓輸出系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)以及槽車系統(tǒng)。各系統(tǒng)在接收站日常運(yùn)行過程中,會產(chǎn)生大量的BOG(閃蒸氣)。正常工況下,接收站產(chǎn)生的BOG會由BOG壓縮機(jī)加壓后通過再冷凝器冷凝為LNG或直接通過高壓壓縮機(jī)加壓至外輸壓力后直接外輸進(jìn)入外輸管網(wǎng)1火炬系統(tǒng)的bog來源分析在LNG接收站日常運(yùn)行中,各系統(tǒng)均會產(chǎn)生BOG,筆者著重考慮BOG產(chǎn)生量最大的幾個系統(tǒng)及過程進(jìn)行分析。1.1在正常情況下，bog路徑1.1.1儲罐系統(tǒng)產(chǎn)生bog儲罐系統(tǒng)作為接收站接收儲存LNG的容器,在日常儲存LNG過程中,由于管壁吸熱、設(shè)備運(yùn)行等因素,會在儲存過程中產(chǎn)生大量的BOG,儲罐系統(tǒng)與BOG總管相通,正常工況下儲罐系統(tǒng)壓力會維持在17~25kPa左右。1.1.2保冷管線產(chǎn)生bog在接收站運(yùn)行過程中,各LNG管道雖有保冷材料進(jìn)行保冷,但是仍不能完全隔熱,在與環(huán)境換熱過程中,會產(chǎn)生大量BOG,重點考慮卸船管線、低壓輸出管線、高壓外輸管線、裝車管線、碼頭保冷管線BOG及主要保冷管線產(chǎn)生情況。1.1.3卸料過程中儲罐內(nèi)lng閃蒸產(chǎn)生熱在卸船過程中,LNG進(jìn)入儲罐,由于儲罐溫度與進(jìn)入的LNG溫度不同,會進(jìn)行相互換熱,正常情況下,卸料LNG溫度高于儲罐內(nèi)溫度,因此會釋放大量熱量,造成儲罐內(nèi)LNG吸熱閃蒸。同時,LNG船在將LNG輸送到站內(nèi)儲罐過程中,需要站內(nèi)補(bǔ)充BOG對LNG體積進(jìn)行置換。1.2在突然發(fā)生的情況下，bog產(chǎn)生了路徑1.2.1儲罐bog當(dāng)臺風(fēng)過境時,接收站所在地區(qū)大氣壓力急劇下降,這將導(dǎo)致儲罐系統(tǒng)內(nèi)氣相空間表壓降低,正常工況下,一般會增加壓縮機(jī)負(fù)荷,降低升高,在此過程中,儲罐內(nèi)大量LNG閃蒸生成大量BOG。1.2.2在火災(zāi)期間，儲水池的額外bog發(fā)生了當(dāng)儲罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時,儲罐外壁溫度升高會導(dǎo)致儲罐內(nèi)LNG閃蒸,產(chǎn)生BOG。2壓力穩(wěn)定處理能力火炬系統(tǒng)在接收站BOG處理系統(tǒng)癱瘓情況,會將接收站內(nèi)多余BOG放空燃燒,進(jìn)而確保接受站內(nèi)壓力穩(wěn)定。其處理能力按照上文分析情況進(jìn)行計算。筆者模擬工況如下:LNG接收站的外輸量約300×10模擬工況LNG的摩爾組分如表1所示。該工況下LNG密度為445.2kg/m卸料條件下,卸料速度1.4×102.1儲水池的自然蒸發(fā)根據(jù)接收站運(yùn)行經(jīng)驗,儲罐自然蒸發(fā)率一般按照0.05%計算,江蘇LNG接收站現(xiàn)有3座16×10式中,ρ由公式(1)計算得:Q2.2管道中的bog生產(chǎn)根據(jù)江蘇設(shè)計資料,接受站內(nèi)管道相關(guān)數(shù)據(jù)如表2。通過公式(2)計算可得LNG接收站管道內(nèi)產(chǎn)生BOG量Q2.3卸船過程中船艙壓力隨船壓力變化的規(guī)律卸船流程主要是通過卸料臂將船上的LNG輸送到儲罐,船上的LNG進(jìn)入儲罐時,由于體積置換,儲罐會有大量的LNG進(jìn)入BOG管線;而且船上LNG進(jìn)入儲罐時與儲罐原有的LNG焓值不一樣,會發(fā)生閃蒸產(chǎn)生大量的BOG。船上由于卸料的原因,船艙壓力將會不斷降低,為了維持船艙壓力穩(wěn)定,需要對船艙進(jìn)行返氣來維持船艙壓力。筆者通過HYSYS軟件對接收站的卸船流程進(jìn)行模擬,并對卸船過程中產(chǎn)生的BOG進(jìn)行計算。卸船工藝流程圖如圖1所示。2.3.1氣體產(chǎn)生bog為了維持儲罐壓力穩(wěn)定,卸船時LNG的體積流量將壓縮儲罐氣相空間的氣體從而產(chǎn)生BOG,BOG產(chǎn)生量的大小與卸料速度和接收站的外輸量大小有關(guān),置換出的BOG與儲罐氣相空間的氣體狀態(tài)一致。通過HYSYS模擬得到卸船時由于體積置換產(chǎn)生的BOG量是27.267t/h。2.3.2進(jìn)入儲罐lng卸料閃蒸主要是儲罐氣液界面處的LNG由于吸熱而處于氣液平衡狀態(tài),船上的LNG進(jìn)入儲罐的過程中,通過與外界不斷的熱交換,LNG的溫度和壓力會不斷發(fā)生變化,進(jìn)入儲罐時與儲罐的LNG焓值不一樣,從而發(fā)生閃蒸。利用HYSYS進(jìn)行閃蒸計算的流程圖部分如圖2所示。物流8是從船上進(jìn)入儲罐的LNG,物流10是儲罐內(nèi)的LNG,將它的狀態(tài)設(shè)為飽和狀態(tài)。通過HYSYS可以知道進(jìn)入儲罐的LNG焓值為-5260.27kJ/kg,物流10的LNG焓值為-5260.84kJ/kg。LNG進(jìn)入儲罐閃蒸產(chǎn)生的蒸發(fā)量計算公式如下:式中,h通過軟件模擬得到BOG閃蒸量為6581kg/h。2.3.3返氣量部分的計算卸料時船上的氣相空間壓力不斷降低,為維持船艙壓力穩(wěn)定,需對船艙進(jìn)行返氣。船艙的BOG主要包括兩部分:船艙本身的蒸發(fā)量和BOG的返氣量。為維持船艙壓力穩(wěn)定,主要是通過返氣使得船上氣體蒸發(fā)量和返氣量的體積流量與卸料量相等即可。計算返氣量部分的流程模擬如圖3所示。圖3中,物流shipvap為船上的BOG蒸發(fā)量,物流27是接收站向船上返回的蒸發(fā)氣。由于船艙壓力為18kPa,為維持船艙壓力不變,要求返回氣的壓力也是18kPa,因此,在進(jìn)行返氣量的模擬計算時需要添加兩個調(diào)整模塊(ADJ-1,ADJ-2)。調(diào)整模塊ADJ-2是為了使返回氣壓力與船艙壓力相同,ADJ-1則用來模擬計算返回氣的流量,通過這兩個調(diào)整模塊的迭代計算模擬出船艙返氣量為19.57t/h。綜上所述,卸船期間儲罐BOG增加量Q2.4儲罐不同液位的bog閃蒸量在發(fā)生臺風(fēng)過境過程中,接收站所在區(qū)域大氣壓迅速降低,根據(jù)江蘇地區(qū)氣象數(shù)據(jù),變化速率約為2000Pa/h。由于大氣壓降低,導(dǎo)致LNG儲罐氣相空間表壓降低,這一方面導(dǎo)致氣相空間膨脹,(q根據(jù)BSEN14732007附錄B可知,q式中,V為4個空罐的最大氣相體積,m將數(shù)據(jù)帶入公式(4),可得又根據(jù)H.T.Hashemi和H.R.Wesson在《CutLNGstoragecosts》中提出的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式式中,q′為過熱LNG引起的BOG閃蒸量,lb/h;q′′為儲罐20%液位時BOG閃蒸量,lb/h;Q為儲罐滿罐時BOG閃蒸量,lb/h;P其中3個16×10將數(shù)據(jù)帶入公式(5)~(10)可得16×10進(jìn)行單位換算并將3臺儲罐數(shù)據(jù)統(tǒng)計后可得3臺儲罐總閃蒸量:q因此可求得,當(dāng)臺風(fēng)過境時,儲罐由于大氣壓力變化所產(chǎn)生的BOG額外增量:Q2.5罐壁內(nèi)的熱流量由于儲罐區(qū)無其他易燃雜物,所以本文討論當(dāng)管道破裂造成LNG泄露并引發(fā)火災(zāi),導(dǎo)致20×10由于儲罐內(nèi)外徑均較大且火焰溫度、罐內(nèi)LNG溫度均基本恒定,因此此過程可近似看做多層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱罐內(nèi)外壁及保冷材料單位面積總的熱流量可由下式計算得:式中,Φ為火災(zāi)產(chǎn)生單位面積的熱流量,W/m儲罐內(nèi)外壁及中間保冷材料數(shù)據(jù)如表4所示。將數(shù)據(jù)帶入式(11)可得單位面積熱流量為:Φ=4.8W/m當(dāng)火焰高度為8m時,總熱流量可由下式計算:式中,D為儲罐內(nèi)徑,m;A為與被火焰影響內(nèi)罐與LNG接觸總面積,m將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式(12)(13),可得:單位小時內(nèi)產(chǎn)生總熱量q將數(shù)據(jù)代入(14)式,可求得:因火災(zāi)產(chǎn)生的閃蒸量Q帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得:Q2.6計算每相線度的計算以上分別計算了各種情況下儲罐BOG閃蒸量,總結(jié)數(shù)據(jù)如下:①儲罐自然閃蒸量Q由于在臺風(fēng)預(yù)警條件下禁止卸船,因此③④⑤工況并不會同時發(fā)生。對極端情況進(jìn)行假設(shè)并對火炬處理能力進(jìn)行如下計算。情景1:臺風(fēng)過境導(dǎo)致接收站發(fā)生火災(zāi)引發(fā)斷電,BOG處理系統(tǒng)崩潰,此時,儲罐BOG閃蒸量為:情景2:卸船期間接收站發(fā)生火災(zāi)引發(fā)斷電,BOG處理系統(tǒng)崩潰,此時,儲罐BOG閃蒸量為:因此,火炬計算最大處理能力應(yīng)比48222.66kg/h大即可,根據(jù)設(shè)計規(guī)范,應(yīng)留有一定設(shè)計余量,當(dāng)余量系數(shù)為1.5時,火炬設(shè)計能力應(yīng)為:由江蘇LNG接收站火炬的設(shè)計處理能力為83000kg/h,與模擬狀況下需要的最大處理能力72333.99kg/h相比仍有較大余量,因此能夠較好的保證接收站的安全。3火炬系統(tǒng)配合配合LNG接收站在日常運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的BOG,正常情況下通過再冷凝工藝或高壓壓縮外輸工藝,使接收站內(nèi)管道、儲罐等設(shè)備保持正常運(yùn)行壓力,當(dāng)發(fā)生突發(fā)情況時,火炬系統(tǒng)作為保障站內(nèi)壓力穩(wěn)定的一項重要措施,在接收站突發(fā)情況保持壓力穩(wěn)定的要求中起到至關(guān)重