LNG接收站再冷凝器设计的对比.pdf

垫型圭型生!墅堂苎!塑璺墼邕一文章编号：1 0 0 0 8 2 4 1(2 0 1 2)z l-0 1 1 9-0 3L N G 接收站再冷凝器设计的对比鲁珊曹耀中中石油江苏液化天然气有限公司江苏南通2 2 6 0 0 1鲁珊等L N G 接收站再冷凝器设计的对比油气储运，2 0 1 2，3 1(z 1)：1 1 9 1 2 1，1 2 4摘要：L N G 由于特殊的储存条件，在L N G 接收站逗行过程中会不可避免地产生蒸发气。再玲凝器用于冷凝L N G 接收站在运行过程中产生的蒸发气，是L N G 接收站运行控制的核心关系到整个接收站的平稳运行。从基本构造和控制原理两个方面，对江苏L N G 接收站再冷凝器设计与K O G A S公司的设计进行对比，重点分析了两种不同设计中再玲凝器的压力和液位的控制以及在各种干扰因素影响下两种不同设计再冷凝的运行情况。由此得出两种设计的利弊为争后的工艺改造及二期建设提供一定的参考依据。关键词：L N G 接收站；蒸发气：再冷凝器；设计；对比分析中图分类号：r E 8 9文献标识码：Ad o i：C N K h1 0 6 0 4 7 巧i s s n1 0 0 0 8 2 4 12 0 1 2 z 1 0 3 4L N G 在常压、一1 6 0 的温度下储存，不可避免的环境漏热使得L N G 接收站的储罐、设备、管道内产生大量蒸发气(B()G)。目前L N G 接收站B(】G 的处理工艺大致可分为直接加压至高压输气管网和B()G再冷凝两种。由于气体比液体阶段加压需要更多能量故大部分接收站采用的是B O G 再冷凝工艺”o。再冷凝工艺的主要设备是B()G 压缩机和再冷凝器。再冷凝器主要有两个功能：提供足够的B(B 与L N G接触空问井保证足够的接触时间，利用过冷的L N G将B O G 再冷凝。作为L N G 高压泵的入口缓冲罐，保证高压泵的入口压力。再冷凝器的液位和压力的稳定是B O G 处理系统稳定操作的关键”j。在前期的运行过程中，江苏L N G 接收站遇到了小外输量且B O G 产生量大、槽车装车导致低压输出总管压力波动、槽车返气导致B O G 总管压力及温度波动等情况下，造成再冷凝器操作困难。针对这些问题，对比分析了江苏L N G 接收站和K C A A S 公司再冷凝器的设计为今后工艺优化和扩建提供参考。1L N G 接收站工艺流程概述L N G 接收站流程(图1)：船上的L N G 经由卸料臂、卸料总管进入到储罐，储罐中的L N G 经低压泵增压至1 2M P a 后进入高压泵，经加压至9M P a 后进入气化器气化，然后输送至天然气管网。储罐及低温设备、管道保冷循环及卸料过程中所产生的l i j()G，经B(压缩机加压后进入再冷凝器与来自低压泵的过冷L N G 接触混合并液化成L N G，然后进入高压泵。在卸船期间，站内产生的部分B(B 经过回流鼓风机加压，经由气相返同臂进入船舱补允船舱压山o。图1L N G 接收站工艺流程图2 江苏L N G 接收站再冷凝器设计2 1 基本构造江苏L N G 的再冷凝嚣采用的是单壳单罐设计内部构件主要有破涡器、拉西环填料层、液体分布器、气体分布盘、液体折流板、气体折流板、填料支撑板、闪万方数据塑曼塑丝2。1 2 年j 月第3 l 卷第。l 蚶j 油j。衔连蒸盘(图2)。其中液体分布器、气体分布盘主要是为了增大B O G 和L N G 的接触面秘，提高冷凝效果。液体分布器共有两组，一组有4 个喷嘴。气体分呐i 盘均布有1 0 0 个升气管和1 0 0 个孔。回国2 江苏L N G 再冷凝器内部示意图2 2 控制原理B()G 从再冷凝器的顶部与从再冷凝器上部进入的L N G 同时进入再冷凝器的填料层进行直接接触冷凝液化，进入再冷凝器的L N G 流量则基于B(的流量、压力、温度和再冷凝器的出口压力，根据计算公式进行计算并调节控制。进入再冷凝器的B O G 量以维持定量为原则，用于液化B O G 的L N G 流量则按一定比例与B O G 混合，以控制再冷凝器的液位和保持高压泵入口压力的稳定。正常操作工况下，再冷凝器的操作压力由再冷凝器出口管道压力控制器的设定值决定，主要通过再冷凝器旁路的压力控制阀控制再冷凝器压力，调节进入高压泵的L N G 流量，确保高压泵入口的压力，避免高压象发生气蚀。同时通过B O G 压缩机的负荷控制、再冷凝器的补气阀和放空阀辅助控制再冷凝器的压力及液位(图3)。P C V l 3 0 0 6 0 2 B图3 江苏L N G 再冷凝器控制简国3K O G A S 公司再冷凝器设计3,1 基本构造K O G A S 公司再冷凝器采用的是双壳双罐设计，其内部主要由填料层、升气管、密封盘、液体分布器、环隙空问等组成。再冷凝器内罐与外罐的顶部隔离，底部相通(图4)，气体分布盘上大约有直径为3 8m m 的d q r L2 3 7 个，直径为7 6c r n 的升气管4 0 个。为了增大B O G 和L N G 的接触面积和接触时间，其填料采用了鲍尔环、拉西环和规整填料3 种材料。1 2-B O G 管道图4K O G A$再冷凝器构造简图(I R=2 5 4 m m)3 2 控制原理从B O G 压缩机来的B O G 部分进入内罐被冷凝，另一部分进入环隙空间来控制再玲凝器的压力。再冷凝器内罐的液位、压力、温度通过低选得到的值来控制去内罐被冷凝这一路的控制阀的开度，进而控制去冷凝的B()G 量。去环隙空间的B()G 量由该路的一个控制阀控制，根据在环隙空间测得的压力控制阀门的开关。当从B O G 压缩机来的B O G 压力太低时，高压补气阔会打开补充气体；当环隙空间内压力太高时，去B O G 总管的放空阀会打开。进入再冷凝器的万方数据鲁珊等1 N(；接收站再挣凝器 殳“的尉比I 司l 暮讨论L N G 量直接由再冷凝器的液位控制直接根据再冷凝器液位的高低调节I N G 该路上的控制阀的开度。图5 为K O G A S 公司再冷凝器柠制简图。P l C 赵一甄彳可4 对比分析4 1 基本结构江苏L N G 再冷凝器采用单壁罐，罐内有填料层，而K()G A S 公司的再冷凝器采用双罐，且每个罐有两层罐壁，内壁q-#b 壁问有环隙空间环隙空间底部与内罐相连顶部不相通只有内罐中有填料层。江苏L N G 采用两层拉西环填料，(0 G A S 公司采用鲍尔环、拉西环和规整填料的3 层结构填料层的主要作用都是为了增加B()G 和L N G 的接触面积和接触时间。4 2 再冷凝器压力控制的方式(1)从低压输出总管来的L N G 一部分进入再冷凝器，另一部分进入再冷凝器的旁路。L N G 有两路流向，通过旁路控制再冷凝器压力；而在K O G A S 的设计中，利用环隙的B(】G 压力控制再冷凝器压力，从低压输出总管来的L N G 全部进入再冷凝器冷凝B O G 冷凝B(X；生成的L N G 与进入再冷凝器的L N G 一同去下游高压泵。(2)江苏L N G 的再冷凝器中从压缩机来的所有B O G 都参与再冷凝，参与再冷凝B O G 的量直接影响再冷凝器的压力和液位。K O G A S 公司的再冷凝器中从B O G 压缩机来的B O G 一部分进入内罐被过冷的L N G 冷凝，另一部分B o G 进入环隙空间用于控制再冷凝器的压力，再冷凝器的压力主要靠环隙空间的B(压力来控制。(3)江苏L N G 进入再冷凝器的L N G 量与进入再冷凝器的B O G 的流量、温度、压力以及液气比有关，而K o G A S 公司进入再冷凝器的L N G 量只与再冷凝器的液位有关。4 3 系统其他因素的干扰4 3 1 对于江苏L N G 再冷凝器的干扰(1)日前江苏L N G 的再冷凝器的压力由再冷凝器底部管道旁路上的一个#1 5 2 的控制阀自动调节而底部管道上有一个d 3 5 6 的控制阀手动保持一定开度。由于自动调节阀较小，压力调节跟踪较慢，当低压输出总管的压力下降时，再冷凝器底部压力也随之下降。同理，当低压输出总管压力上升时，再冷凝器底部压力也随之上升。(2)当下游外输量上升时，下游输量增加，再冷凝器底部管道旁路的一个士1 5 2 控制阀自动调节存在一定的滞后性，此时再冷凝器底部压力下降。反之再冷凝器底部压力上升。(3)再冷凝器入口B O G 流量增大时，进入再冷凝器的L N G 量正比增大，再冷凝器的L N G 入口阀逐渐开大，但是存在一定的滞后性，因此在一段时间内实际进入再冷凝器的L N G 量小于需要进入再冷凝器的L N G 量，从而造成再冷凝器的压力及底部压力均上升。同理，再冷凝器入口B。G 流量减小时再冷凝器的压力及底部压力均下降。如果压缩机来气量频繁波动，将导致再冷凝器的不稳定。432 对于K O G A S 再冷凝器的干扰由于从低压输出总管来的L N G 全部进入再冷凝器，进入内罐被冷凝的B O G 并不起主要控制再冷凝器压力的作用，主要靠环隙空间的B O G 的量控制再冷凝器的压力，L N G 管道的压力波动对再冷凝器压力影响不大，但是在低输量下，再冷凝器无法冷凝所有产生的B O G，因而导致再冷凝器操作困难。5 结束语根据以上分析，K O G A S 公司的再冷凝器设计相对复杂，建造费用相对较高，但是在控制方面比较有优势。究其本质，其设计中从低压输出总管来的L N G全部进入再冷凝器通过一个压力控制阀控制环隙空间的B O G 量，从而控制再冷凝器的压力，有效杜绝了上下游波动引起的再冷凝器的波动。江苏L N G 的再冷凝器设计相对简单经济。建造费用比较低。但是在实际运行过程中，再冷凝器很容(下转至1 2 4 页)竺兰丛壁型+五i万方数据咝2 0 1 2 年5 月第3 l 卷第z l 期油乞锚适量计及流量调节阀的运行状态。(4)温控调节器T I C 亦可选择换热后的B O G 温度作为控制目标，一定程度上保证进入再冷凝器的B O G 温度恒定。(5)温控调节器T I C 具备手、自动切换功能，可直接输入阀位，也可根据目标温度实现自动跟踪，但调节步长要小且缓，以防水击对高压泵运行造成危害。(6)设置旁路流程及阀门，当换热器不备用时，全开T C V 和X V 一1，关闭X V 一2、X V 一3、X V 一4、X V 一5，恢复原有流程，正常气化外输。3 结论B o G 预冷再冷凝工艺基于当前工艺现状，充分利用高压泵出口冷能，经换热进一步降低B(_ b 温度一定程度解决了低外输量工况下B()G 处理量不足、储罐压力偏高等问题，使再冷凝器实现高效运行，同时保证了高压泵入口L N G 的温度更低，减小了高压泵发生汽蚀的风险，实现了高压泵的安全平稳运转。此外，因输至气化器的L N G 温度升高，气化所需的海水量或燃料气量将减少，故提高了海水利用效率，降低了燃料气消耗，具有一定的节能降耗效果。参考文献：1 顾安忠，鲁雪生液化天然气技术手册 M 北京，机械工业出版社，2 0 1 0；1 8 0-2 2 0 2 王彦，信鹏，高萃仙，等L N G 接收站蒸发气的产生与气量计算 J 油气储运2 0 1 0，2 9(5)：3 6 3-3 6 4 3 吕俊，张昌维，傅皓L N G 接收站)G 压缩机处理能力计算及选型研究E J 化工设计，2 0 1 1，2 1(1)：1 4-1 6 4 杨志国，李亚军液化天然气接收站蒸发气体再冷凝工艺的优化 J 化工学报，2 0 0 9，6 0(1 1)：28 7 6 28 8 1 5 金光，李亚军L N G 接收站蒸发气体处理工艺 J 低温工程。2 0 1 1(1 7 9)：5 1 5 6(收稿日期：2 0 1 2-0 4-0 6；编辑：关中原)作者简介：杨忠明，助理工程师，1 9 8 7 年生，2 0 1 0 年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，现主要从事L N G 接收站生产运行工作。电话：1 8 7 5 1 3 5 1 6 0 6：E r n a i hb r a i n t s i n a c o r t l(上接第1 2 1 页)易受到低压输出总管、B O G 总管、下游管网波动的干扰。究其原因，江苏L N G 主要由再冷凝器旁路控制再冷凝器压力，此压力不仅仅取决于再冷凝器。还受到上下游压力的影响。任何个因素的波动都会对再冷凝器产生干扰。参考文献：1 刘金浩。金国强L N G 接收站B O G 气体处理工艺 J 化工设计。2 0 0 6(1)；1 3 1 6 2 初燕群，陈文煜液化天然气接收站应用技术(I)J 天然气工业，2 0 0 7(1)：1 2 0 1 2 3 3 李亚军，陈行水，液化天然气接收站蒸发气体再冷凝工艺控制系统优化 J 低温T 程2 0 1 1(3)：4 4 4 9 4 顾安忠液化天然气技术 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 3：1 4 5 1 4 7 5 张立希L N G 接收终端的工艺系统及设备 J 石油与天然气化工，1 9 9 9(3)：1 6 3 1 6 6(收稿日期：2 0 1 2-0 4 0 6；编辑：潘红丽)作者简介：鲁珊，助理工程师，1 9 8 9 年生，2 0 1 0 年毕业于西安石油大学油气储运工程专业，现主要从事L N G 接收站的运行操作工作。电话：1 5 9 5 0 8 4 9 8 5 2,E m a i hl u s h a n l n g 1 2 6 c o m万方数据LNG接收站再冷凝器设计的对比LNG接收站再冷凝器设计的对比作者：鲁珊，曹耀中作者单位：中石油江苏液化天然气有限公司,江苏南通,226001刊名：油气储运英文刊名：Oil&Gas Storage and Transportation年，卷(期)：2012,31(z1)参考文献(5条)参考文献(5条)1.刘金浩;金国强 LNG接收站BOG气体处理工艺期刊论文-化工设计 2006(01)2.初燕群;陈文煜 液化天然气接收站应用技术()期刊论文-天然气工业 2007(01)3.李亚军;陈行水 液化天然气接收站蒸发气体再冷凝工艺控制系统优化期刊论文-低温工程 2011(03)4.顾安忠 液化天然气技术 20035.张立希 LNG接收终端的工艺系统及设备 1999(03)本文链接：http:/