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(guó)內(nèi)天然氣市場(chǎng)的擴(kuò)張，國(guó)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(chǎng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。LNG接收站,作為L(zhǎng)NG進(jìn)口的接收終端,其運(yùn)行平穩(wěn)與否,直接關(guān)系著國(guó)家能源戰(zhàn)略能否順利開(kāi)展。LNG接收站的主要作用為接受、儲(chǔ)存進(jìn)口船運(yùn)LNG,并通過(guò)氣化或槽車(chē)外輸?shù)韧緩綄⑦M(jìn)口LNG外輸,滿(mǎn)足下游用戶(hù)需求。接受站內(nèi)主要工藝系統(tǒng)包括卸船系統(tǒng)、儲(chǔ)罐系統(tǒng)、高低壓輸出系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)以及槽車(chē)系統(tǒng)。各系統(tǒng)在接收站日常運(yùn)行過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的BOG(閃蒸氣)。正常工況下,接收站產(chǎn)生的BOG會(huì)由BOG壓縮機(jī)加壓后通過(guò)再冷凝器冷凝為L(zhǎng)NG或直接通過(guò)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(lái)源分析在LNG接收站日常運(yùn)行中,各系統(tǒng)均會(huì)產(chǎn)生BOG,筆者著重考慮BOG產(chǎn)生量最大的幾個(gè)系統(tǒng)及過(guò)程進(jìn)行分析。1.1在正常情況下，bog路徑1.1.1儲(chǔ)罐系統(tǒng)產(chǎn)生bog儲(chǔ)罐系統(tǒng)作為接收站接收儲(chǔ)存LNG的容器,在日常儲(chǔ)存LNG過(guò)程中,由于管壁吸熱、設(shè)備運(yùn)行等因素,會(huì)在儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生大量的BOG,儲(chǔ)罐系統(tǒng)與BOG總管相通,正常工況下儲(chǔ)罐系統(tǒng)壓力會(huì)維持在17~25kPa左右。1.1.2保冷管線(xiàn)產(chǎn)生bog在接收站運(yùn)行過(guò)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(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量BOG,重點(diǎn)考慮卸船管線(xiàn)、低壓輸出管線(xiàn)、高壓外輸管線(xiàn)、裝車(chē)管線(xiàn)、碼頭保冷管線(xiàn)BOG及主要保冷管線(xiàn)產(chǎn)生情況。1.1.3卸料過(guò)程中儲(chǔ)罐內(nèi)lng閃蒸產(chǎn)生熱在卸船過(guò)程中,LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐,由于儲(chǔ)罐溫度與進(jìn)入的LNG溫度不同,會(huì)進(jìn)行相互換熱,正常情況下,卸料LNG溫度高于儲(chǔ)罐內(nèi)溫度,因此會(huì)釋放大量熱量,造成儲(chǔ)罐內(nèi)LNG吸熱閃蒸。同時(shí),LNG船在將LNG輸送到站內(nèi)儲(chǔ)罐過(guò)程中,需要站內(nèi)補(bǔ)充BOG對(duì)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(chǔ)罐bog當(dāng)臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí),接收站所在地區(qū)大氣壓力急劇下降,這將導(dǎo)致儲(chǔ)罐系統(tǒng)內(nèi)氣相空間表壓降低,正常工況下,一般會(huì)增加壓縮機(jī)負(fù)荷,降低升高,在此過(guò)程中,儲(chǔ)罐內(nèi)大量LNG閃蒸生成大量BOG。1.2.2在火災(zāi)期間，儲(chǔ)水池的額外bog發(fā)生了當(dāng)儲(chǔ)罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí),儲(chǔ)罐外壁溫度升高會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)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(huì)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(jì)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(chǔ)水池的自然蒸發(fā)根據(jù)接收站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),儲(chǔ)罐自然蒸發(fā)率一般按照0.05%計(jì)算,江蘇LNG接收站現(xiàn)有3座16×10式中,ρ由公式(1)計(jì)算得:Q2.2管道中的bog生產(chǎn)根據(jù)江蘇設(shè)計(jì)資料,接受站內(nèi)管道相關(guān)數(shù)據(jù)如表2。通過(guò)公式(2)計(jì)算可得LNG接收站管道內(nèi)產(chǎn)生BOG量Q2.3卸船過(guò)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(guò)卸料臂將船上的LNG輸送到儲(chǔ)罐,船上的LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐時(shí),由于體積置換,儲(chǔ)罐會(huì)有大量的LNG進(jìn)入BOG管線(xiàn);而且船上LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐時(shí)與儲(chǔ)罐原有的LNG焓值不一樣,會(huì)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(huì)不斷降低,為了維持船艙壓力穩(wěn)定,需要對(duì)船艙進(jìn)行返氣來(lái)維持船艙壓力。筆者通過(guò)HYSYS軟件對(duì)接收站的卸船流程進(jìn)行模擬,并對(duì)卸船過(guò)程中產(chǎn)生的BOG進(jìn)行計(jì)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(chǔ)罐壓力穩(wěn)定,卸船時(shí)LNG的體積流量將壓縮儲(chǔ)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(chǔ)罐氣相空間的氣體狀態(tài)一致。通過(guò)HYSYS模擬得到卸船時(shí)由于體積置換產(chǎn)生的BOG量是27.267t/h。2.3.2進(jìn)入儲(chǔ)罐lng卸料閃蒸主要是儲(chǔ)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(chǔ)罐的過(guò)程中,通過(guò)與外界不斷的熱交換,LNG的溫度和壓力會(huì)不斷發(fā)生變化,進(jìn)入儲(chǔ)罐時(shí)與儲(chǔ)罐的LNG焓值不一樣,從而發(fā)生閃蒸。利用HYSYS進(jìn)行閃蒸計(jì)算的流程圖部分如圖2所示。物流8是從船上進(jìn)入儲(chǔ)罐的LNG,物流10是儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG,將它的狀態(tài)設(shè)為飽和狀態(tài)。通過(guò)HYSYS可以知道進(jìn)入儲(chǔ)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(chǔ)罐閃蒸產(chǎn)生的蒸發(fā)量計(jì)算公式如下:式中,h通過(guò)軟件模擬得到BOG閃蒸量為6581kg/h。2.3.3返氣量部分的計(jì)算卸料時(shí)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(duì)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(guò)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(jì)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(jì)算時(shí)需要添加兩個(gè)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(lái)模擬計(jì)算返回氣的流量,通過(guò)這兩個(gè)調(diào)整模塊的迭代計(jì)算模擬出船艙返氣量為19.57t/h。綜上所述,卸船期間儲(chǔ)罐BOG增加量Q2.4儲(chǔ)罐不同液位的bog閃蒸量在發(fā)生臺(tái)風(fēng)過(guò)境過(guò)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(chǔ)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(gè)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(yàn)關(guān)聯(lián)式式中,q′為過(guò)熱LNG引起的BOG閃蒸量,lb/h;q′′為儲(chǔ)罐20%液位時(shí)BOG閃蒸量,lb/h;Q為儲(chǔ)罐滿(mǎn)罐時(shí)BOG閃蒸量,lb/h;P其中3個(gè)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(tái)儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后可得3臺(tái)儲(chǔ)罐總閃蒸量:q因此可求得,當(dāng)臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí),儲(chǔ)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(chǔ)罐區(qū)無(wú)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(chǔ)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(guò)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(jì)算得:式中,Φ為火災(zāi)產(chǎn)生單位面積的熱流量,W/m儲(chǔ)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(shí),總熱流量可由下式計(jì)算:式中,D為儲(chǔ)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(shí)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(jì)算每相線(xiàn)度的計(jì)算以上分別計(jì)算了各種情況下儲(chǔ)罐BOG閃蒸量,總結(jié)數(shù)據(jù)如下:①儲(chǔ)罐自然閃蒸量Q由于在臺(tái)風(fēng)預(yù)警條件下禁止卸船,因此③④⑤工況并不會(huì)同時(shí)發(fā)生。對(duì)極端情況進(jìn)行假設(shè)并對(duì)火炬處理能力進(jìn)行如下計(jì)算。情景1:臺(tái)風(fēng)過(guò)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(shí),儲(chǔ)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(shí),儲(chǔ)罐BOG閃蒸量為:因此,火炬計(jì)算最大處理能力應(yīng)比48222.66kg/h大即可,根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,應(yīng)留有一定設(shè)計(jì)余量,當(dāng)余量系數(shù)為1.5時(shí),火炬設(shè)計(jì)能力應(yīng)為:由江蘇LNG接收站火炬的設(shè)計(jì)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的BOG,正常情況下通過(guò)再冷凝工藝或高壓壓縮外輸工藝,使接收站內(nèi)管道、儲(chǔ)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(shí),火炬系統(tǒng)作為保障站內(nèi)壓力穩(wěn)定的一項(xiàng)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