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LNG接收站火炬處理能力分析與計(jì)算
隨著國(guó)內(nèi)氣市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張,國(guó)內(nèi)氣需求量越來(lái)越大,LNG以其600:1的高壓縮比特性在氣市場(chǎng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。LNG接收站,作為L(zhǎng)NG的接收終端,其運(yùn)行平穩(wěn)與否,直接關(guān)系著能源戰(zhàn)略能否順利開(kāi)展。
LNG接收站的主要作用為接受、儲(chǔ)存船運(yùn)LNG,并通過(guò)氣化或槽車外輸?shù)韧緩綄NG外輸,滿足下游用戶需求。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)。但當(dāng)接收站遇到如火災(zāi)、長(zhǎng)時(shí)間斷電、臺(tái)風(fēng)等突發(fā)情況或其他重大災(zāi)害導(dǎo)致BOG處理系統(tǒng)失去處理能力時(shí),為了接收站的,火炬系統(tǒng)作為緊急處理方式,能夠緊急處理多余BOG,接收站的。筆者以LNG接收站為例,利用實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù),借鑒計(jì)算方法,對(duì)接收站火炬系統(tǒng)的處理能力進(jìn)行分析和計(jì)算。
1.正常工況下BOG產(chǎn)生途徑
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17一25kPa左右。
1.2管道內(nèi)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,但是仍不能隔熱,在與環(huán)境換熱過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量BOG,考慮卸船管線、低壓輸出管線、高壓外輸管線、裝車管線、碼頭保冷管線BOG及主要保冷管線產(chǎn)生情況。
1.1.3卸料過(guò)程中儲(chǔ)罐內(nèi)LNG閃蒸產(chǎn)生BOG及向船艙返氣BOG
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突發(fā)狀況下BOG產(chǎn)生途徑
1.2.1臺(tái)風(fēng)過(guò)境情況下儲(chǔ)罐BOG產(chǎn)生
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火災(zāi)情況下儲(chǔ)罐額外BOG產(chǎn)生
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火炬系統(tǒng)處理能力計(jì)算
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。
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;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。
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。
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。
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。
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)重要的作用。經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算可知,LNG接收站的火炬系統(tǒng)滿足處理突發(fā)情況的要求,能夠較好的接收站運(yùn)行要求。事實(shí)也證明,在突發(fā)情況來(lái)臨時(shí),火炬系統(tǒng)的確能夠較好的穩(wěn)定儲(chǔ)罐系統(tǒng)壓力,接收站的。