LNG储罐内BOG动态模拟研究

LNG储罐漏热引起的BOG蒸发速率、BOG压力(罐内压力)的运行控制是LNG接收终端正常运行的关键。通过对LNG储罐内流体热响应过程的分析,建立了储罐内流体的计算模型,开展了储罐热负荷、BOG排出速率对BOG蒸发速率和压力的影响的动态模拟分析,提出了BOG蒸发和排出速率控制的建议。     

温降速率对LNG储罐预冷影响的数值模拟

LNG储罐在投产前需要进行调试,其中LNG储罐预冷是最重要的环节。采用MATLAB软件,建立16×104 m3地上全容式常压LNG储罐预冷模型,研究预冷过程中LNG喷淋量、BOG排放量、储罐压力、LNG气化率及温降速率的变化规律对LNG储罐预冷的影响。研究结果表明:在恒定温降速率下,LNG喷淋流量逐渐增加、BOG排放流量及储罐压力先增后减、LNG气化率仅在预冷后期逐渐降低;随着温降速率增大,LNG喷淋流量、BOG排放流量及罐内压力均增加,但LNG喷淋总量及BOG排放总量减小,LNG气化率仅在预冷后期随温降速率增大而增大;在温降速率超过3 K/h后,对LNG储罐预冷影响较小;在对LNG储罐进行预冷分析时,太阳辐射的影响不可忽略。为了保障LNG储罐投产工作的顺利开展,建议在预冷前期,将温降速度控制在1 K/h之内;在预冷后期,为提高LNG冷量利用率,应增大温降速率,将平均温降速率控制在2～3 K/h。经过实例验证,LNG储罐预冷模型模拟误差均小于10%,可以满足工程应用要求,对于LNG储罐实际预冷过程、预冷方案设计及预冷参数优化具有参考意义。(图2,表2,参20)     

大气压变化对蒸发气压缩机处理能力的影响

大气压变化对LNG接收站蒸发气量(BOG)计算的影响因工程项目自身特点不同而有所差异,结合不同工程项目的储罐压力控制方式,详细分析大气压变化对BOG产生量的影响,结果表明:对于采用LNG储罐表压来控制BOG压缩机运行负荷的LNG接收站,在计算BOG量时,应将大气压降低考虑在内,尤其是对于沿海地区大气压波动较频繁的工程项目;对于采用LNG储罐绝对压力来控制BOG压缩机运行负荷的LNG接收站,在计算BOG量时无需考虑大气压变化。基于国内外BOG计算方法的对比结果,推荐了较为合理的计算方法,可为LNG接收站中BOG产生量的计算,以及如何确定BOG压缩机处理能力提供借鉴。     

非卸船工况下LNG接收站BOG产生量的计算

在LNG接收站运行过程中,准确计算BOG产生量是保证安全生产的重要工作之一。基于BOG产生量常用的计算方法,总结了非卸船工况下BOG产生量的关键因素,主要包括储罐吸热、保冷管道吸热、泵运行产热,同时增加了再冷凝器冷凝BOG随保冷循环LNG重新回流到储罐这一不可忽略的因素,并分析了罐压变化对BOG产生量的影响。通过对罐压不变、罐压逐渐上升、罐压逐渐下降3种工况下的BOG产生量与处理量进行计算,结果表明:在3种不同工况下,利用储罐吸热量、保冷管道吸热量、泵热量回流量、再冷凝器冷凝BOG回流储罐流量计算BOG产生量具有较高的准确性和可行性;BOG产生量与处理量计算结果的偏差均小于5%,但若忽略冷凝BOG回流储罐、罐压变化的影响,则二者偏差可分别达到50%、23%。在LNG接收站生产运行中,建议重视罐压变化对BOG产生量的影响,并对再冷凝器冷凝BOG回流储罐的流量加以控制。(图1,表15,参32)     

大型LNG储罐罐壁隔热层保冷性能及其优化

为了提高大型LNG储罐罐壁隔热层的保冷性能,对其隔热层厚度进行优化。采用理论分析与数值计算相结合的方法,在不同隔热层厚度下,从储罐的保冷损失、蒸发率、外罐壁受力及变形情况3个方面来评价隔热层保冷性能,并对隔热层的厚度进行优选。结果表明:太阳辐射对储罐温度场影响较大,在进行LNG储罐保冷分析及相关设计时不可忽略;LNG储罐罐壁隔热层(主要指膨胀珍珠岩)厚度与保冷损失率呈反比,当膨胀珍珠岩达到一定厚度后,随厚度增加,保冷损失减小缓慢;随着隔热层厚度的变化,外罐壁的受力和变形较大,因此应该关注不同隔热层厚度对罐壁结构的影响。     

液化天然气BOG的计算方法与处理工艺

介绍了液化天然气蒸发气(BoilOffGas,BOG)的产生原因,不同条件下BOG量的计算方法,以及直接压缩和再冷凝两种BOG处理工艺。利用伯努利方程定量地对两种处理工艺的能耗进行对比,并进行实例验算。结果表明:在相同工况下,再冷凝工艺比直接压缩工艺节能,且处理的BOG量越大、LNG储罐储存压力越低﹑外输管网压力越高,再冷凝工艺的节能效果越明显。得出结论:再冷凝工艺适用于大型LNG接收站处理BOG,直接压缩工艺适用于小型LNG卫星站处理BOG。     

LNG接收站BOG处理工艺优化及功耗分析

为优化LNG接收站BOG处理工艺,降低整个接收站的功耗,以外输量为200 t/h、储罐BOG蒸发量为3.04 t/h的某LNG接收站为例,对再冷凝工艺和直接压缩工艺两种典型的BOG处理工艺进行了功耗分析,得出BOG压缩机和LNG高压泵的功耗为整个工艺的主要功耗。运用ASPENHYSYS模拟软件对现有工艺流程进行了优化:在现有BOG处理工艺的基础上,通过对LNG进一步加压至高于外输压力,靠气化后膨胀高压外输天然气做功来实现BOG的压缩和对LNG的加压。优化结果表明:BOG直接压缩工艺和再冷凝工艺分别节约功耗1 616.27 k W、1 270.64 k W。     

LNG加气站BOG再液化工艺

为了减少LNG加气站中BOG直接放空造成的环境污染与能源浪费,以加气能力为1×104 m3/d的LNG加气站为例,计算BOG的日蒸发量,并使用HYSYS软件模拟适用于该LNG加气站的BOG再液化工艺流程,逐步优化制冷网格,计算该加气站BOG再液化所需的LNG流量。对于加气能力为1×104 m3/d的LNG加气站,增设1套BOG再液化装置(1台BOG压缩机、1个BOG缓冲罐、1台再冷凝器及1个调压阀),即可实现BOG的再液化。调节流程中各节点参数后得出:当过冷LNG的流量达到90 kg/h时,BOG完全冷凝。该BOG再液化流程利用LNG自身冷量冷凝BOG,并回注于LNG储罐中,不仅可提高BOG回收率,使其在LNG加气站中循环利用,保证罐内温度、压力在一定范围内,同时可有效地减少LNG冷能浪费。(图4,表7,参10)     

江苏LNG接收站BOG预冷再冷凝工艺可行性

针对江苏LNG接收站长期处于低外输量运行工况储罐压力偏高、设备运行存在潜在安全隐患等问题,分析了LNG接收站BOG的产生原因,包括储罐吸热、管道漏热以及一些其他因素,提出了B()G预冷再冷凝工艺,即经过BOG压缩机压缩后的BOG,不直接进入再冷凝器,而先进入换热器,与高压泵出口输出的LNG间接换热,BOG经过预冷后再进入再冷凝器冷凝处理,而换热后的LNG继续进入气化器气化外输,从而达到预冷BOG的目的,实现低外输量工况下BOG处理最优化.同时,从方案的可行性出发,提出了相关注意事项.与现有工艺流程相比,新工艺在低外输量工况下能够处理更多的BOG,从而有效降低储罐压力,为避免高压泵发生气蚀提供了可靠的温度保证,并表现出一定节能降耗的效果.     

LNG储罐优化数学模型及其应用

在LNG系统中,LNG储罐设施所占的投资比例较大,为节省投资,基于压力和蒸发率的关系对LNG储罐进行优化。相对于LNG单容罐,全容罐在经济和安全方面的优势更明显。介绍了LNG全容罐保温系统的组成和优化原理,提出通过调整保温层厚度代替储罐的增压系统进行罐内压力调节并达到高压储存的目的,在储罐安全的条件下,利用BOG压缩机对蒸发气进行再冷凝,实现LNG的循环利用。基于此,建立了LNG储罐优化数学模型,并利用VC＋＋语言编写计算程序对其求解,算例分析结果表明：该模型可行且适用于LNG系统的优化。     

大型LNG储罐泄漏扩散研究进展

大型LNG 储罐一旦发生泄漏,将会对周边人员和财产构成重大威胁。基于充分调研,分别从理论、试验及数值模拟3 个方面论述了国内外关于LNG 泄漏扩散的研究进展,尤其是近年来国内外在数值模拟方面的突破性研究成果。大型LNG 储罐泄漏后的气体扩散理论模型主要有高斯模型、唯象模型、箱及相似模型、浅层模型;通过LNG 泄漏试验获取了大量基础数据,主要包括气象条件参数、气云、液池燃烧的相关数据;在数值模拟方面,对LNG 泄漏气云扩散开展了大量研究,尤其是针对不同影响因素耦合作用下LNG 的泄漏扩散演变过程、气云变化形态、影响区域、爆炸范围等进行了模拟分析。通过对比分析发现,数值模拟方法具有成本低、精度高、可操性强等优点,既能有效拓展理论和试验研究成果,又能开展复杂工况下LNG 泄漏扩散的研究。对3 种方法的研究趋势进行了预测,提出大型LNG 储罐泄漏扩散的研究还需与接收站实际情况相结合,指出在今后的研究中应以数值模拟研究为主、试验与理论研究为辅。     

大型LNG储罐的完整性管理与解构

基于管道的完整性管理体系已经得到一定程度的发展和实践应用,而钢质储罐尤其是大型LNG储罐的完整性管理概念和相应方法尚处于探讨阶段。从对管道的完整性管理进行解构开始,通过探寻其概念起源、实用目的、技术体系与管理体系的核心,深入剖析了管道完整性管理的实质。在可迁移的基础上,从LNG储罐的基本特征出发并依据相关国际规范,尝试建立LNG全容罐完整性管理概念,提出其主要体系框架,结合一般钢质储罐的风险评价方法及国外对LNG储罐生命周期与老化的最新研究成果,提出LNG储罐的完整性评价方法,从而为我国LNG行业建立完整性管理体系提供积极借鉴,同时丰富完整性管理的内涵。     

液化天然气的储运技术

介绍了液化天然气的输送与储存技术发展现状,指出液化天然气管道工程设计中应注意的几个主要技术问题,对目前采用的液化天然气储存技术进行了技术和经济两方面的分析和比较,结果表明,当单罐设计容量超过2×104m3时,采用金属混凝土罐比较经济.     

BOG脱氮对PRICO液化工艺的影响

国内基本负荷型LNG工厂大多采用PRICO液化工艺,对于原料气中氮气摩尔分数超过1％的LNG工厂,储罐和装车站产生的蒸发气重新进入装置回收甲烷的过程,易导致系统内氮气含量不断累积,造成蒸发气量和蒸发气再液化过程动力消耗的增加.PRICO改进工艺通过对再液化后的蒸发气进行脱氮处理,合理选择氮气闪蒸压力,可以有效降低LNG产品的气化分率,减少BOG产生量,降低冷剂用量和BOG压缩机、冷剂压缩机的负荷.采用HYSYS软件对某LNG工厂的液化和蒸发气回收单元进行工艺模拟,分别计算了蒸发气脱氮气和蒸发气不脱氮气2种工况下的蒸发气压缩机负荷、冷剂负荷及LNG产量.计算结果表明：闪蒸脱氮后进入冷箱再液化的蒸发气氮气摩尔分数由脱氮前的34.62％降低至25.9％,改进型PRICO工艺蒸发气压缩机功率降低38.1％,液化蒸发气所需的冷剂负荷减少46.5％,冷剂量减少2.6％,相应冷剂压缩机的负荷降低328 4.3 kW,LNG产量减少7.2 t/d.（表1,图4,参8）     

球罐的硫化物应力腐蚀及预防措施

含硫化氢的液化气球罐存在着由腐性环境条件而引起的腐蚀破裂。结合球罐的具体情况，对硫化物应力腐蚀形成的特点，影响因素及其预防措施进行了分析和探讨。指出：球罐金属材料的硬度，安装或使用过程中产生的应力，液化石油气中Ｈ２Ｓ的浓度及水分含量的共同作用导致了球罐腐蚀破裂。     

LNG接收站储罐罐容的计算方法

随着我国进口LNG量的快速增长,LNG储罐已成为接收站的重要储存设施,其容量大小不仅直接影响接收站LNG的接收和天然气的外输,而且直接影响接收站的投资和运行的经济性。由于LNG接收站的存储特点,其存储能力会受到许多因素的影响,包括LNG运输船的运输方案、天然气外输方案、接收站的作业特点等。通过分析,确定了影响LNG储罐罐容的因素和罐容的计算方法,并对不同计算方法进行了讨论。     

LNG储存中的安全问题

LNG的超低温、易燃易爆等特点,使其储存特性不同于一般的流体介质,在储存过程中必然遇到一些特殊的安全问题需要处理。阐述了LNG分层翻滚和间歇泉的形成机理和预防措施;介绍了LNG的安全充注流程及压力控制方法;分析了LNG低温特性可能引发的一系列安全问题,提出了必要的防护措施;讨论了LNG储罐区的安全问题,给出了较全面的安全与防火建议。（图1,参7）