大型常壓lng儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程分析

大型常壓lng儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程分析

大型鼎盛時(shí)期lng存儲(chǔ)是lng接收站中非常重要的單元設(shè)備，占地面積大，施工準(zhǔn)備和調(diào)試的技術(shù)要求高。11.液化冷卻方案1.1lng儲(chǔ)罐冷卻對(duì)于分期建設(shè)的LNG接收站來(lái)說(shuō)，LNG儲(chǔ)罐一般也是分期建設(shè)完成，所以LNG儲(chǔ)罐的冷卻方式常分為兩種：(1)在LNG接收站試運(yùn)投產(chǎn)過(guò)程中，利用接卸首船的LNG對(duì)接收站內(nèi)前期建成的儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻，當(dāng)LNG儲(chǔ)罐達(dá)到使用條件后，進(jìn)行其他調(diào)試工作。(2)在LNG接收站正式運(yùn)行后，利用LNG接收站自身儲(chǔ)存的LNG，對(duì)后期建成需投用的LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻。王良軍等以下針對(duì)大連LNG項(xiàng)目接收首船LNG時(shí)，利用船上供應(yīng)的LNG對(duì)接收站罐容為16×101.2lng儲(chǔ)罐冷卻LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻前需具備以下條件：(1)相關(guān)工藝管道已完成氮?dú)飧稍锖椭脫Q。(2)內(nèi)罐、穹頂、內(nèi)外罐夾層、罐底等空間已完成氮?dú)飧稍锖椭脫Q。(3)LNG儲(chǔ)罐和相關(guān)工藝管道完成連通，壓力保持在7.5kPa左右。(4)火炬投入使用，長(zhǎng)明燈已經(jīng)點(diǎn)燃。(5)利用船上提供的蒸發(fā)氣（BOG）完成卸料總管冷卻，并完成LNG儲(chǔ)罐內(nèi)氮?dú)庵脫Q，儲(chǔ)罐內(nèi)BOG已通過(guò)BOG總管排至火炬系統(tǒng)進(jìn)行燃燒。(6)儲(chǔ)罐頂部的卸料總管與地面卸料總管已經(jīng)同時(shí)充滿LNG。(7)按照PI&D圖的要求檢查所有工藝閥門、放空閥門、安全閥上下游手閥、儀表的隔離閥狀態(tài)。(8)噴淋管道已安裝完畢。LNG儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程中應(yīng)注意：(1)管道在冷卻過(guò)程中，低溫管道不僅會(huì)產(chǎn)生收縮變形，而且可能由于冷卻速度過(guò)快導(dǎo)致其產(chǎn)生彎曲變形。因此，在冷卻期間需定期巡檢，密切監(jiān)視管托位移和影響管道正常收縮的障礙物。(2)一旦管托位移超出設(shè)計(jì)范圍，需立即停止冷卻，待管道變形恢復(fù)正常后方可繼續(xù)冷卻。(3)需定期檢查閥門和法蘭連接處有無(wú)泄漏，一旦泄漏發(fā)生，需及時(shí)處理。(4)儲(chǔ)罐必須在嚴(yán)格、持續(xù)的監(jiān)視下進(jìn)行冷卻，特別要嚴(yán)密監(jiān)視儲(chǔ)罐壓力、冷卻所用LNG流量、內(nèi)罐壁板和底板的溫度。(5)LNG儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程中，需注意觀察火炬系統(tǒng)，關(guān)注火炬入口分液罐的液位和溫度，液位超過(guò)設(shè)計(jì)要求后立即解決，防止發(fā)生火雨；同時(shí)關(guān)注長(zhǎng)明燈是否正常，一旦長(zhǎng)明燈熄滅，立即重新點(diǎn)燃。(6)時(shí)刻關(guān)注天氣變化狀況，一旦出現(xiàn)惡劣天氣導(dǎo)致卸船中斷，需立即采取緊急措施停止儲(chǔ)罐冷卻等工作。2關(guān)于冷卻過(guò)程和相關(guān)數(shù)據(jù)的討論2.1冷卻速率LNG儲(chǔ)罐冷卻前需對(duì)卸料總管、低壓輸送總管等進(jìn)行冷卻，以防止這些管道因上下表面溫差過(guò)大而拱起，這種變形產(chǎn)生的巨大應(yīng)力會(huì)損壞管道或管道支架及附屬系統(tǒng)，而且如此大的應(yīng)力也會(huì)損壞儲(chǔ)罐或其他設(shè)備及其附屬系統(tǒng)。因此，在管道冷卻過(guò)程中，要求冷卻速率不能超過(guò)10℃/h，管道上下面溫差不能超過(guò)50℃。為了防止管道因冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力過(guò)大造成變形過(guò)大，保證冷卻要求，首先利用LNG船上汽化器產(chǎn)生的BOG冷卻卸料總管、進(jìn)料豎管和低壓輸送總管（圖1）。LNG船上汽化器產(chǎn)生的低溫BOG首先通過(guò)卸料臂進(jìn)入卸料總管對(duì)其進(jìn)行冷卻，當(dāng)?shù)蜏谺OG抵達(dá)卸料總管末端后分為兩路，一路通過(guò)閥XV1進(jìn)入進(jìn)料豎管對(duì)其進(jìn)行冷卻，經(jīng)閥HCV1和HCV2進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐，另一路通過(guò)閥XV2進(jìn)入低壓輸送總管對(duì)其進(jìn)行冷卻，經(jīng)高壓輸送總管和高壓排凈管道進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐，最后匯入LNG儲(chǔ)罐的BOG氣體經(jīng)BOG總管排至火炬系統(tǒng)燃燒。當(dāng)進(jìn)料豎管末端溫度T2.2儲(chǔ)罐噴淋流量在利用船上汽化器產(chǎn)生的BOG氣體冷卻管道過(guò)程中，同時(shí)利用進(jìn)入儲(chǔ)罐的BOG完成氮?dú)庵脫Q。當(dāng)進(jìn)料豎管末端溫度T儲(chǔ)罐冷卻期間應(yīng)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐罐壁及底部的溫度，尤其是罐底溫度，使其冷卻速率維持在3℃/h，最大冷卻速率不能超過(guò)5℃/h，為了保證儲(chǔ)罐冷卻速率平穩(wěn)，需專人對(duì)噴淋管道上手閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制噴淋流量。為保證噴淋流量的穩(wěn)定，卸料總管壓力需保持在0.3MPa左右，因此，當(dāng)LNG船上供應(yīng)的LNG量超過(guò)冷卻噴淋流量時(shí)，通過(guò)低壓輸送總管末端安裝的臨時(shí)汽化器將多余量的LNG汽化成BOG對(duì)高壓輸送總管和高壓排凈進(jìn)行冷卻，冷卻所用的BOG最終匯入儲(chǔ)罐。2.3罐底溫度檢測(cè)點(diǎn)最大差值的確定儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)主要包括罐底溫度、罐底溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大溫差、冷卻速率、噴淋流量、儲(chǔ)罐壓力等參數(shù)。儲(chǔ)罐壓力可通過(guò)壓力控制閥分梯度進(jìn)行調(diào)節(jié)，若壓力上升過(guò)快可利用儲(chǔ)罐頂部放空閥進(jìn)行調(diào)整。以下僅對(duì)LNG儲(chǔ)罐罐底溫度變化情況和冷卻噴淋流量進(jìn)行分析。冷卻過(guò)程中，為了監(jiān)控儲(chǔ)罐罐底不同位置的溫度變化梯度，在LNG儲(chǔ)罐罐底布置多個(gè)溫度探測(cè)點(diǎn)。測(cè)量并繪制大連LNG接收站1為了防止罐底不同位置溫差過(guò)大導(dǎo)致儲(chǔ)罐變形過(guò)大，要求冷卻過(guò)程中內(nèi)罐底部任意兩個(gè)相鄰檢測(cè)點(diǎn)的溫度差不得超過(guò)30℃，任意兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度差不得超過(guò)50℃。如果溫度差超過(guò)上述數(shù)值，應(yīng)停止向儲(chǔ)罐內(nèi)注入LNG，直至溫差在允許值以內(nèi)。在冷卻過(guò)程中，罐底溫度檢測(cè)點(diǎn)最大差值隨著冷卻時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大，最大值發(fā)生在冷卻過(guò)程的第45h，為21.92℃，隨后逐漸減?。▓D5）。噴淋流量隨著冷卻時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，前20d，冷卻噴淋流量基本小于5t/h，隨著儲(chǔ)罐溫度的降低，為了保持一定的冷卻速率，噴淋流量逐漸增大，最大值為29.39t/h（圖6）。通過(guò)綜合對(duì)比儲(chǔ)罐冷卻溫度曲線、儲(chǔ)罐冷卻速率變化、罐底溫度檢測(cè)點(diǎn)最大差值變化和噴淋流量變化情況可知：(1)儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程中，儲(chǔ)罐溫度變化速率在冷卻前期與冷卻噴淋流量的變化速率相關(guān)；而冷卻后期，隨著噴淋流量的增加，流量的波動(dòng)對(duì)儲(chǔ)罐冷卻速率影響不大。因此，在儲(chǔ)罐冷卻前期需格外注意控制噴淋流量。(2)在儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程前期，內(nèi)罐底部溫度檢測(cè)點(diǎn)最大差值的變化趨勢(shì)隨著噴淋流量的增加而增加；當(dāng)罐底平均溫度達(dá)到-100℃后，罐底溫度檢測(cè)點(diǎn)最大差值逐漸減小。3儲(chǔ)罐冷卻控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題(1）在管道冷卻過(guò)程中，因管道變形導(dǎo)致卸料總管上管托最大位移為150mm（在允許范圍之內(nèi)），一些鋼結(jié)構(gòu)障礙物對(duì)管道正常變形起阻礙作用，通過(guò)及時(shí)將其切割、拆除，消除了管道應(yīng)力。建議在今后的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，提前預(yù)估管道變形量，清除管道周圍障礙物，防止管道冷卻過(guò)程中因障礙物阻礙管道變形造成事故。(2）在管道冷卻過(guò)程中，一些管道法蘭連接處出現(xiàn)輕微泄漏，通過(guò)巡檢及時(shí)發(fā)現(xiàn)并緊固，未造成泄漏增加。建議在儲(chǔ)罐和管道冷卻過(guò)程中定時(shí)巡檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，在施工過(guò)程中法蘭緊固操作需嚴(yán)格依據(jù)緊固力矩等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行。(3）在儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程中，火炬分液罐液位因BOG溫度低、組分重和電加熱器負(fù)荷小等原因持續(xù)上升，超過(guò)設(shè)計(jì)高液位。為了避免火炬分液罐液位繼續(xù)升高，發(fā)生火雨事故，因此改變流程，BOG不經(jīng)過(guò)火炬分液罐而直接通過(guò)火炬分液罐旁路進(jìn)入火炬燃燒。(4）在儲(chǔ)罐冷卻過(guò)程中，冷卻噴淋流量控制的穩(wěn)定性關(guān)系著儲(chǔ)罐冷卻速率和冷卻質(zhì)量，因此，為保持噴淋管道壓力和儲(chǔ)罐冷卻速率穩(wěn)定，利用更精密的流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)進(jìn)行流量