LNG储配站的预冷
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LNG储配站的预冷
作者：付明宇 李… 文章来源：秦皇岛市燃气总公司 点击数：
152 更新时间：2009-8-11 21:45:33 1 概述
随着城市经济的快速发展和城市规模的不断扩大，人工煤气供应已不能满足社会发展的要求，发展天然气势在必行[1～3]。为适应社会及公司发展的需要，我公司决定建设LNG储配站工程，以扩大供应能力并实现天然气转换。且LNG储配站可作为未来管输天然气的事故应急及调峰气源。
LNG储配站设有10台150m3立式LNG储罐(采用真空粉末隔热)[4]。工艺区设有4台单台气化能力为2000m3/h的空温式气化器，1台加热能力为24000m3/h的天然气加热器，1台气化能力为20000m3/h的水浴式LNG气化器，一台处理能力为1000m3/h的BOG(Boil Off Gas，蒸发气体)加热器，1台处理能力为500m3/h的EAG(紧急放散气体)加热器。LNG储配站工艺流程见图1。
[4]
预冷是确保LNG储配站顺利投产试运行的重点工作。通过预冷使常温的LNG管道和储罐达到低温工作状态，防止LNG突然进入常温管道和储罐，引起管道和储罐急剧收缩，从而可能造成管道和储罐的损坏。另外，可以检验低温设备和管道设施的低温性能，主要包括低温材料的质量、焊接质量、管道冷缩量和管托支撑的变化、低温阀门的密封性、储罐的真空性能[5]。
我们于2008年6月一次性顺利完成了LNG储配站预冷工作，现将预冷工作进行总结。 2 准备工作 2.1 现场条件
① LNG储配站现场除保冷以外工程全部完成，包括土建工程、站区安装工程、消防工程、自控系统及配电系统等。
② 所有设备的单机调试以及整个系统的调试全部完成，防静电测试合格。
③ 整个工艺系统的强度试验、气密性试验和干燥氮气吹扫全部合格。
④ 所有阀门处于关闭状态，放空系统所有盲板拆除。
⑤ 储罐及进出液管道内保持0.1MPa左右的氮气。 2.2 工具设备及劳保用品
露点仪1台，真空表1支，温度计(-196～20℃)1支，水平仪1台，人员所需的防冻鞋、工作服及防冻手套，铜质紧固工具及液氮槽车卸车口连接的快装接头，液氮约120m3。 2.3 组织工作
① 安全操作规程
a.设备安全操作规程编辑成册，且相关规程全部上墙。 b.现场设备及工艺管道、阀门等按照图纸规定编号挂牌、标示。
② 人员配置 a.预冷工作设总指挥1名，负责整个预冷工作的指挥、实施、组织、监督、协调。
b.现场指挥1名，负责预冷工作现场的指挥、实施、组织、调度。 c.卸车台操作员设3人，储罐区操作员设3人，气化区操作员设3人，自控室操作员设2人，预冷管道操作员设2人，所有操作人员负责各自分区的数据的记录、阀门的开关、分区情况的观察、突发事件的应急处理等。
③ 实施
a.预冷开始前2d所有操作人员应全部到位，根据安排，统一调度，集中熟悉预冷工艺，为后续工作打下基础。
b.后勤保障工作成立专门小组，负责预冷过程的液氮及各种材料的供应、现场工作人员的生活保障等工作。
c.通知关键设备、阀门(如储罐、气化器、低温阀门等)供应商以及自控系统安装公司、气化站安装公司等的有关人员到预冷现场，以解决出现的紧急情况。 3 预冷工艺流程 3.1 预冷工艺流程
液氮槽车有带自增压和不带自增压两种类型，直接影响预冷方式的选择。LNG储配站预冷工艺流程见图2。
3.2 液氮槽车不带自增压系统的预冷流程
① 接车：液氮槽车以不大于5km/h的速度进入LNG储配站，运行人员对槽车进行复磅，然后槽车到卸车台就位。提示司机拉上手刹，拔下车钥匙，挡好防滑块，车前放好警示牌，提起车辆静电导除线挂好，避免因其与地面虚接产生静电火花。然后将卸车台接地线与槽车接好。打开槽车后门卸下法兰盖，连接好气、液相软管。确认卸车台所有阀门处于关闭状态，并将情况汇报给控制室人员。控制室人员做好记录，随时关注自控数据，发现异常及时和现场沟通。
② 槽车增压：首先吹扫软管，打开槽车紧急切断阀，开启卸车台自增压液相放散阀X403。然后微开槽车自增压液相阀，对自增压液相软管吹扫1min左右，关闭放散阀，同时关闭槽车自增压液相阀。随即打开卸车台自增压液相控制阀X104，打开卸车台白增压气相控制阀X201，以及槽车气相放散阀，微开槽车自增压液相控制阀，对自增压器和自增压气相软管进行吹扫。合格后关闭槽车气相放散阀，开启槽车白增压气相阀，打开槽车自增压液相控制阀，对槽车增压。 ③ 用低温氮气进行储罐预冷：当槽车压力达到0.6MPa时，打开卸车台第一道进液控制阀X101，打开卸车台第一道气液连通阀X102，缓慢打开储罐上进液阀G10
3、下进液阀G104，用低温氮气进行储罐预冷。待储罐压力升至0.2MPa时，关闭阀X101，此时关注槽车压力，适当调节槽车自增压液相控制阀。储罐保冷15min后，打开储罐BOG双向安全阀的旁通阀G415，经EAG系统排空氮气。如此升降压反复进行，保证管道和储罐与低温氮气充分、均匀接触，从而使管道和储罐降温均匀、缓慢。测满阀是为检测储罐是否过量充装而设置的阀门，它从储罐内筒上部引出，经保冷层由罐体下封头引出罐体外设置，它内部的气体温度最接近于储罐内部的温度[4]。判断储罐内部温度，通过测满阀放出气体，用温度计测量，至预期值，储罐气体预冷完成。
④ 液氮预冷：将储罐放空至微正压，关闭储罐下进液阀G104，关闭卸车台第一道气液连通阀X102，缓慢打开槽车出液控制阀，使液氮从储罐上部进液少量。控制槽车出液阀门开度，打开阀G415经EAG总管给储罐泄压，使储罐压力保持在0.3MPa。当储罐压力升高较快时要及时关闭槽车出液阀。
⑤ 通过测满阀放出气体，测量温度降到-110℃，并且液位计有指示后，说明储罐内部温度基本达到液氮常压下的沸点(-196℃)，这时可以慢慢打开储罐下进液阀，上、下同时进液。进液过程中要密切观察，记录储罐压力，防止压力升高。若压力升高则要及时关闭下进液阀停止进液。用手感觉罐体外温度，确认储罐保冷层真空度无问题。
⑥ 管道、绝热层降温达到热稳定状态需要一定保冷时间[5]，在此期间储罐蒸发率远远高于0.3%。按前期的考察经验，150m3的储罐每天液位下降5～10cm，LNG置换预定最长10d，因此确定保留罐内1m的液位。我们在保冷过程中实际平均每天液位下降5cm。储罐液位达到1m时进液结束，关闭储罐上、下进液阀。打开卸车台去BOG总管控制阀X202，再打开卸车台第二道气液连通阀X103，同时关闭槽车出液阀，使进液总管内积存的液氮气化产生的低温氮气通过BOG总管，经由阀Q414至放散总管放散。此过程同时对BOG回收管道进行了初步预冷。 ⑦ 储罐自增压系统预冷：依次打开储罐自增压第二道气相控制阀G20
2、自增压器出口阀、入口阀、自增压调节阀的旁通阀、自增压液相气动控制阀G109，关闭储罐气相根部控制阀G201，随即打开自增压液相控制阀G108。然后依次打开自增压管道上安全阀的旁通阀进行放散预冷处理，随后打开储罐气相手动放空阀G415，使自增压管道预冷后的低温氮气经由G415至EAG系统放空，预冷自增压系统管道。反复操作直至合格。合格后关闭G108，同时打开G201，关闭放散阀G415。
⑧ 气化系统预冷：依次打开空温式气化器出口放散旁通阀Q
411、空温式气化器入口气动阀Q1
12、空温式气化器入口控制阀Q111。再打开储罐出液第二道控制阀G113(阀G111和G112为常开状态)，使低温氮气对出液管及空温式气化器系统进行吹扫预冷。依次打开出液管道上安全阀的旁通阀进行放散预冷处理。预冷后的低温氮气经空温式气化器出口放散旁通阀Q411至EAG系统排空。反复操作直至合格。合格后关闭储罐出液第二道控制阀G113，依压力情况开关空温式气化器出口放散旁通阀Q411。
⑨ BOG系统的预冷：打开BOG出口放散旁通阀Q414，并打通BOG管道系统，打开储罐降压调节阀旁通阀G205，对BOG系统进行吹扫预冷。合格后，关闭G205。打开G10
3、X10
3、X202，对卸车区连接BOG管道吹扫预冷至合格。合格后关闭G10
3、X10
3、X202，依管道压力情况开关Q414。 3.3 液氮槽车带自增压系统的预冷流程
带自增压系统的液氮槽车的增压气相管道通过气相阀门直接与车体相连，无法与卸车台气相管道连接，因此不能提供低温氮气，故预冷前期应尽量放缓槽车出液速度，使液氮在进液管道内迅速完全气化，间接实现低温气体预冷，保证预冷质量。具体流程如下。
① 接车，同上。
② 槽车增压，通过槽车自增压系统给槽车增至0.6MPa。 ③ 缓慢打开槽车出液控制阀、卸车台第一道进液控制阀X101。缓慢打开储罐上进液阀，控制槽车出液阀门开度。打开阀G415经EAG总管给储罐泄压，使储罐压力保持在0.3MPa，当储罐压力升高较快时，要打开储罐出液阀及出液管道安全阀的旁通阀，必要时关闭槽车出液阀。此时不能关闭上进液阀，防止未完全预冷的进液管道内压力迅速升高。
④ 后续作业同上。 4 工作要点
(1) 气化站预冷工作开始之前，准备工作中的“现场条件”全部实现。 (2) 预冷前、中、后应对储罐区的高程进行测试，并做好书面记录。 (3) 预冷之前，用氮气对低温储罐、管道进行吹扫，进一步去除水分并置换空气。检验标准是采用露点仪检测置换气达到-30～-40℃的露点为止。 (4) 预冷的降温曲线目前尚无依据，暂按预冷初期缓慢降温进行。冷却速度控制在50℃/h，逐渐降温，同时观察各设备及管道技术参数的变化，积累数据，形成完整的预冷工艺流程。
(5) 液氮预冷开始时储罐内部温度仍远高于液氮的沸点，必须采用上进液的方式，确保进入储罐的液氮完全气化，且有利于在罐内形成对流换热。充液过程控制在槽车与储罐的压力差为0.3MPa。
(6) 充装液氮开始时液氮的气化率很高，产生的气体使储罐内压上升，当压力上升至0.5MPa以上时，打开BOG手动放空阀、BOG自力式降压阀或放散阀，从而保持储罐压力。当储罐内压不再上升或降低时可下进液，并增大充液速度，直至储罐液位达到1m。
(7) 充氮预冷过程中如发现泄漏、设备材料发生问题，应及时关闭阀门，标注位置，及时报告，进行处理。处理合格后方可再行预冷。 (8) 预冷过程中和预冷后，必须注意观察设备材料性能、技术参数的变化，并进行书面记录。如储罐某种性能、技术参数发生突变，应针对该台储罐测试其蒸发率和真空度。
(9) 在密闭空间内液氮吸收外部热量，将导致压力急剧上升，因此在操作中应注意阀门关闭顺序，严禁出现低温液体被封闭的情况。
(10) 预冷过程中阀门遇冷收缩，可能导致螺栓松动，产生泄漏。若外界空气及水蒸气进入管道中，水蒸气遇冷凝结会产生冻住阀门的现象。因此应密切注意阀门情况，对松动、泄漏情况及时处理，及时采取措施，以免阀门冻住。 (11) 注意检查软管连接是否出现泄漏，人员应远离此处。
(12) 储罐预冷采用由远及近的顺序逐台进行。为节约液氮，前一台储罐预冷完成后，将其气相管阀门打开，排出来的低温氮气经由气相管道导入相邻需要预冷的储罐，对储罐进行低温氮气预冷。 5 设备检测标准
① 储罐外壁不出现结露、结霜现象，真空度合格。
② 气化器结霜部位焊口无泄漏，翅片不出现变形。
③ 低温阀门螺栓无松动，填料、阀体、法兰无泄漏。
④ 低温管道无泄漏，法兰螺栓无松动，管道伸缩均匀，支架无位移。
⑤ 储罐预冷的主要技术参数：储罐压力为0.2～0.5MPa，预冷时间为3h/台，液位为1m，可维持与LNG置换时间约10d。 6 预冷完成后LNG置换前设备及管道状态
① 所有储罐保持1m左右液位，压力为0.2MPa。 ② 关闭所有储罐进出液阀门，开启阀Q411及储罐进出液管道连通阀(为简化图面，图2中未画出该阀)，待进出液管道恢复至常温且压力为0.1MPa时关闭阀Q411。
③ 密切注意储罐升压情况，超过0.5MPa时打开手动放散阀为储罐卸压。
④ 在此期间根据LNG的到站时间适时安排储罐升降压、出站调压系统的调试。 参考文献：
[1] 张超，段常贵，谢翔.LNG储罐排空时间的确定[J].煤气与热力，2006，26(7)：1-4.[2] 兰书彬.液化天然气气化站设计的改进[J].煤气与热力，2006，26(11)：4-7.[3] 王磊，李帆.LNG气化站的安全设计[J].煤气与热力，2005，25(6)：30-33.[4] 顾安忠，鲁雪生，汪荣顺，等.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社，2006.[5] 敬加强，梁光川，蒋宏业.液化天然气技术问答[M].北京：化学工业出版社，2007.
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