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1、 作者简介:初燕群,1957年生,硕士,高级工程师;1982年毕业于原华东石油学院勘探系,曾任中国海洋石油总公司科技发展部总经理,现任广东大鹏液化天然气有限公司副总裁。地址:(518034)广东省深圳市深南大道4001号时代金融中心11楼。电话:(0755)33326701。E2mail :chu. yanqun dplng. com液化天然气接收站应用技术()初燕群 陈文煜 牛军锋 刘新凌(广东大鹏液化天然气有限公司)初燕群等.液化天然气接收站应用技术() .天然气工业,2007 ,27(1) :1202123.摘 要 2006年6月中海油在广东省深圳大鹏建成投运了国内第一个液化天然气接收站
2、,标志着我国已开始拥有多元化的天然气资源来源。为此,从技术应用的角度,对接收站的码头卸载、 储存及闪蒸气处理、LNG输送及气化、 气体外输及液体外运的主要工艺过程和控制原理进行了简要分析;介绍了主要设备卸料臂、 低温潜液泵、 闪蒸气压缩机、 开架式海水气化器、 浸没燃烧式气化器、 海水泵的性能参数和结构特点;概述了接收站的电气配置和仪控的集散控制系统、 安全仪表系统、 火气监控系统等。主题词 液化天然气 接收站 工艺过程 设备 仪电系统 技术 广东大鹏LN G接收站的主要功能是接收、 储存和将LN G 再气化,并通过管网向电厂和城市用户供气,也可通 过槽车向用户直接供应LNG。广东大鹏液化天然
3、气接收站码头位于深圳市,从2006年5月28日停靠第一艘LNG运输船舶到 同年12月31日为止,已进口LNG共13船75104t (液体116104m3左右)。再气化后的天然气 提供给以下用户:珠江三角洲新建的电厂和城市燃 气用户、 香港电灯( HEC)、 香港中华煤气( HKCG)以及与该接收站相邻的东部电厂。由于接收站是以上 用户的唯一供气源,因而该接收站被设计成全年连 续运行。从应用技术的角度,对已经建成并投运的广东 大鹏液化天然气接收站的接收系统进行了介绍。一、 工艺过程系统1.卸载LNG运输船到达接收站码头,利用码头装备的 激光靠泊系统并通过拖轮牵引到位后,抛锚、 系缆,码头有冗余配
4、置的系缆系统,能监测缆绳的荷载及 张力,可自动脱缆,并为船岸间通讯提供气、 电、 或光 缆的连接。3台直径400 mm液相卸料臂和1台直径400mm气相返回臂由液压系统驱动,经手动操作与船上对应管口逐一连接。在连接前,码头的冷态循环应该停止以防止非正常时大量LNG泄漏,但应当尽 可能晚的泄压以免卸料线回暖。在卸船开始前,通过接收站BOG(蒸发气)回收 系统使储罐的压力略低于船舱的压力,以使气体从船舱流向储罐,并部分冷却气相返回线。卸船开始 时,首先打通气相返回线流程,设定管线压力16. 6kPa(表压,下同) ,气体从船舱流向BOG总管,然后 打通液相卸料线,以200 m3/ h的低流量卸料,
5、一般 在75 min内将卸料速率增加到设计值12100 m3/ h ,同时增加BOG压缩机的负荷以确保蒸发气总管的 压力。卸载操作产生的BOG大部分将返回船舱以 维持船舱的压力,其余的气体由BOG回收系统回 收。此时储罐压力设定在25 kPa。卸船结束前半小 时,逐台停止卸料泵,最后卸料流速降到零。卸料和气相线流程关闭,用氮气吹扫后泄压至20 kPa ;断开 臂与船上管口的连接。码头的冷态循环将尽快恢 复,当储罐压力下降到10 kPa时,关停1台BOG压 缩机,另1台在串级模式下控制蒸发气总管的压力。在LNG卸料总管上设有气化取样设施,可在卸船的全过程进行连续取样,卸船完成后气体样品经 化验室
6、色谱分析,得出组成、 密度、 热值,用于计算卸 载量等。2.储存及闪蒸气处理接收站建有2个全容式水泥顶储罐,每个有效容积为16104m3,设计压力为- 1. 529 kPa ,正021加工利用与安全环保 天 然 气 工 业 2007年1月常操作压力2. 525 kPa ,最高操作液位34. 6 m ,最 低操作液位2. 9 m。依据卸料LNG的密度,可以从LNG储罐的上部管口直接进入,也可通过内部插入 管由底部进入。通常,较重的LNG从上部进入,较 轻的LN G从下部进入。同时,也可通过LNG低压输送泵将罐内LNG循环到上部或底部,从而有效防 止分层、 翻滚现象的产生。储罐的压力控制是关键问题
7、。有4个安全阀(3+ 1) ,设定值为29 kPa ,6个真空阀(5 + 1) ,设定值 为- 0. 5 kPa。设绝压控制器来控制BOG压缩机的流量,设表压控制器来控制真空阀和放火炬气体调 节阀。2个罐的绝压信号经过高选送往压力控制器, 压力控制器的信号与来自再凝器的荷载超驰控制信 号低选后送往BOG压缩机控制其荷载。2个罐的 表压信号经过高选后送往BOG总管压力控制器分程控制2个放火炬气体调节阀。每个罐都设有液位 密度 温度连续测量设 施,以防止LNG储罐出现分层翻滚现象。该测量设 施由数字逻辑单元和电机驱动单元组成,可在LN G 储罐内垂直移动、 测量。当温差超过0. 3 或密度差超过0
8、. 8 kg/ m3时,人工操作LN G低压输送泵对 罐内LNG进行循环操作。在LN G贮罐顶部还设有蒸发气体取样器,在化 验室分析样品以监测开车时或由于罐内形成真空而 导致空气进入时,蒸发气中的氮、 氧含量。闪蒸气处理控制系统主要包括BOG压缩机荷 载控制和再冷凝器流量、 压力、 液位控制,加上储罐 的压力信号,实时处理闪蒸气,确保接收站在各种操 作模式下的平稳运行。再冷凝器的内筒为不锈钢鲍 尔环填充床,蒸发气和LNG都从再冷凝器的顶部进入,并在填充床中混合,保持压力和液位恒定,以确 保LNG高压输送泵的入口压力恒定。再冷凝器处有3个控制器的信号进行低选并超 驰控制压缩机的荷载:一个是确保高
9、压输送泵入口LNG保持液态的再冷凝器出口压差控制器;另一个是保证LN G与BOG在填料床层有效接触面积的最 小液位控制器;还有一个是用于调整出口压力的再 冷凝器旁路最小流量控制器。再冷凝器设有旁路,以保证再冷凝器检修时,LNG的输出可继续进行。3.LNG输送及气化接收站LN G输送系统采用两级泵输送系统。 即LNG储罐内低压输送泵把LNG从储罐输送到再 冷凝器后,再进入LNG高压输送泵,加压到9 MPa后通过总管输送到气化器。LNG低压输送泵是潜液泵,安装在LNG贮罐 的泵井中。共设有6台LNG低压输送泵,分别安装 在2个LNG贮罐中。LNG低压输送泵每台的输送 能力为180 t/ h ,高压
10、输送泵每台的输送能力也是180 t/ h ,通常是5台运行、1台备用。在每台低压、 高压输送泵出口管线上均设有小流量回流管线,保 证泵可以在最小流量约130 m3/ h时运行。从LN G低压输送泵来的LNG大部分将直接输 送到高压输送泵进口,小部分将送到再冷凝器去冷凝闪蒸气,但在无卸船的正常操作时,部分LN G将 循环到卸船总管,以保持卸船总管的冷状态。当LNG接收站处于 “零输出” 状态时,除1台低压输送 泵外其他所有的低压、 高压输送泵停止运行。该泵 运行以确保少量的LNG在卸船总管中及LNG输送管线中进行循环,保持接收站系统处于冷状态。LNG在气化器中再气化为天然气,气化器中的 操作压力
11、为9 MPa ,气化后的天然气最低温度为0。LNG接收站设有两种蒸发器:5台海水开架 式气化器和1台浸没燃烧式气化器。在LNG接收站正常操作时使用海水开架式气化器,其能力为180t/ h ,通常5台全部运行。为保护海洋生态资源,海 水开架式气化器的海水进出口温差控制在5以 内。浸没燃烧式气化器通常只作为调峰或海水开架 式气化器维修时使用。4.气体外输及液体外运气化后的天然气压力为9 MPa、0,经外输总 管分别输往输气干线、 港灯( HEC)和中华煤气( HKCG) ;东部电厂的管线从输气干线的清管器后接出,经计量、 减压到5. 4 MPa后送出。接收站外输管线上共有5个计量撬,使用超声波流量
12、计,其中输 气干线、 香港电灯管线、 东部电厂管线上各1台,中 华煤气管线2台。除东部电厂外的输气管线,在计 量撬的下游还分别设有清管器。在外输天然气总管 上设有一套天然气取样设施及在线气体分析仪,可实时监测外输天然气的质量(包括气体组成、 烃露 点、 水露点、 硫化氢及总硫含量) ,为东部电厂管线设 有一套单独的天然气取样设施及在线气体分析仪, 只做气体组成分析。气体组成与计量撬内超声波流 量计的数据送往流量计算机以计算外输量及热值,用于贸易交接。中华煤气在接收站内也设置了自有 天然气取样设施及在线气体分析仪。由于接收站的 外输天然气主要用于发电,因此未设加臭系统,也未 设置热值调整系统。1
13、21第27卷第1期 天 然 气 工 业 加工利用与安全环保为了满足输气干线管道系统储气调峰需求,必 须对进入首站的天然气小时流量比例加以控制。在 气化器的入口LNG管线上设有流量调节,正常操作 时用来控制LNG高压输送泵的外输流量(该流量调 节可以由操作员手动控制)。当外输天然气总管上的压力变化过大时,该流量也可根据外输天然气总 管上的压力变化来控制,通过调节LN G高压输送泵 的外输流量来保证外输天然气总管上的压力稳定, 从而满足外输流量变化要求。接收站设计有LN G槽车装车系统,采用冷态带压装车方案,低温液态LNG由LNG储罐内低压输 送泵抽出后进入LN G总管,大部分LN G去再冷凝 器
14、、 高压输送泵、 气化器等下游气体外输系统,一部 分LNG经低温管线输送至槽车灌装站,通过液相装 车臂装入槽车,同时槽车内气体经气相臂返回,汇总后接入蒸发气总管。每条装车线设计灌装能力为80m3/ h ,配备氮气吹扫系统;为保持装车管线的低温状 态,每条装车线设置了LNG冷循环管线。二、 设备应用卸料臂为悬吊型旋转平衡式海洋卸料臂,共4 台:3台液相卸料臂、1台气相返回臂,其中间的气、 液臂可互为转化备用,均为液压驱动。还设有手摇 泵和氮气瓶以备紧急情况下使用。LNG臂的尺寸 为DN40022 m ,流量为4033 m3/ h。设有手动快速接头M - QCDC和ESD紧急关断系统,ESD1动
15、作时,双球阀DBV紧急关闭; ESD2动作时,除了双 球阀DBV紧急关闭外,紧急脱离系统ERS快速脱 开。万向旋转接头是卸料臂的关键部分,为避免泄 漏及冻结卡涩,使用三道密封,内部两道防止LN G外漏,外部一道防止外部水蒸气内漏冻结,同时使用 微正压氮气吹扫密封。臂上有8个位置感应器以检 测臂的倾角是否正常。每个储罐内有低压输送泵3台,并预留备用泵 井,共6台。选用两级浸没式离心泵,流量420 m3/h ,扬程304 m ,设计压力为1. 89 MPa ,温度- 170/60,电机功率250 kW。泵的吸入底阀安装在罐 底部,一旦安装到位,将无检修机会,所以,该阀的密 封非常重要,选用了双密封
16、的阀门。选用自润滑型 轴承,无需外部润滑,同时泵本身设计有平衡装置,平衡自身的轴向力减少轴承的受力,延长使用寿命 及维修周期,配置振动检测系统。仪表及电缆接线 箱始终有氮气吹扫以防止空气或天然气进入。高压输送泵也是浸没式离心泵(十四级叶轮) ,共6台。为避免LN G气化对泵造成气蚀,将其安装 在一个充满LNG的吸入罐内,罐内保持一定液位并 将气化的气体返回系统。泵的流量为:419 m3/ h ,扬 程为2076 m ,设计压力1. 89/ 13. 65 MPa ,设计温度- 170 / 60,电机功率1800 kW。高压泵的设计与低压泵类似,也选用自润滑轴承并带有平衡装置, 配置振动检测系统。仪表及电缆接线箱始终有氮气 吹扫以防止空气或天然气进入。操作或试泵时,如 果第一次未成功,一定不能立即连续再启动,必须有 一定的时间间隔,待其充分预冷并查明原因后,
