LNG站预冷技术初探

科技信息　０科教前沿Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００８年第９期　ＬＮＧ站预冷技术初探　高瑞均　（中原石油勘探局勘察设计研究院　河南濮阳４５７００１）　【摘　要】本文以广东省佛山市天然气管网公司ＬＮＧ气化站预冷投产的工程实践为基础，详细总结和阐述了ＬＮＧ气化站预冷置换方案、　操作中的经验处理、关键技术参数以及应注意的事项等。　【关键词】ＬＮＧ（液化天然气）；气化站；ＬＮＧ储罐；预冷；ＢＯＧ（ＩＸ１蒸气）；保冷　１．概述　ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ）即液化天然气．是天然气另一种存在　形态。天然气在常压（ｉ０１．３２５ｋＰ丑）状态下．温度为一１６２℃时呈液态．１　体积的ＬＮＧ大致可以转化６００体积的天然气。利用这些性质．在低温　下将天然气液化后。利用槽罐运输方式进行运输．然后再将其气化进　入城市燃气管网。利用该方式使那些天然气资源贫缺或管道天然气无　法到达的地区利用天然气资源成为可能。通常ＬＮＧ用船运输到接收　终端后．大部分气化为天然气．用管道输送给用户．小部分用汽车输送　到卫星站．这种“卫星汽化站”的供气方式从２００４年以后．在我国也得　到了快速发展。ＬＮＧ气化站主要包括卸车增压器、ＬＮＧ储罐、储罐增　压器、气化器－，ＢＯＧ缓冲罐、灌装泵、ＥＡＧ加热器以及相应的调压、计　量、加臭等设备组成。对于一个新建的ＬＮＧ储配站。由于Ｉ　Ｇ的特殊　性质（低温、易燃易爆），因此，在系统投运之前，必须对管路及设备进行　预冷及置换．以检验管道、阀门及设备的安全性．施工安装的质量等．　为安全投产做好准备。本文以广东省佛山市天然气管网公司ＬＮＧ气　化站的预冷置换过程为例。对气化站预冷置换过程中的经验及教训做　一总结。　２．气化站工艺流程简图　３．预冷前的准备工作　３．１液氮（ＬＮＧ储罐设计容量的１５～２０％）　３．２与液氮槽车卸车口连接的快装接头　３．３检查阀门并确认所有阀门处于关闭状态　３．４确认放空系统所有盲板拆除，放空系统畅通　３．５打开所有安全阀根部阀，打开两个降压调节阀的前后阀；打开　储罐气相放空根部阀。　３．６压力表根部阀全部打开；储罐液位计根部阀；气液平衡阀打开　３．７便携式热电偶测温仪和便携式可燃气体报警仪　３．８预冷人员所需工作服、工作鞋、防冻手套　３．９对讲机　３．１０预冷需要的手表和记录表格．１５分钟记录一次　４．预冷的必要性　ＬＮＧ气化站内低温管道和储罐在正式进入ＬＮＧ之前，要首先进　行充分的冷却，即预冷过程。ＬＮＧ储罐及管路通常采用奥氏体不锈钢　材料。奥氏体不锈钢具有优异的低温性能，但线膨胀系数较大。在ＬＮＧ　温度条件下（一１６２℃），不锈钢收缩率约为千分之三，即１００ｍ管路大约　收缩３００ｍｍ。因此．虽然在设计时考虑了冷收缩的补偿．但是在温度　变化速率较大时．依然存在因温度变化过快、热应力过大而使材料或　连接部位产生损坏的问题，这就要求在低温管道和设备进入低温液体　前，首先进行预冷操作。预冷时储罐和管道温度要逐步降低．应先气后　液．防止温度骤降对设备和管件造成损伤．冷却速率控制在在５０℃／１１　左右。　５．预冷流程　卸车增压器一Ｖ一１０１～Ｖ一１０６储罐一储罐增压器一灌装泵及装车　台管道一空温式气化器一ＢＯＧ加热器　６　操作要点　６．１卸车区至罐区的阀门要按要求依次开启．并随时观察储罐的　压力。　６　２开启气动阀之前必须先打开气动阀前后的阀门。　６　３站内所有的阀门．操作人员必须接到指令后再操作。　６　４操作人员注意监控温度、压力变化随时报告．同时按指令进行　操作。　６．５预冷操作前必须检查确认所有阀门（安全阀的根部阀除外）处　于关闭状态．所有安全阀的根部阀全部打开。　６．６阀门的开启顺序是从介质下游依次向上开启．关闭从上往下　依次关闭。开启阀门时要从小到大慢慢分级开启。不能一下全开．关闭　阀门时感觉关住就可以。不要强力关闭。　７．预冷主要步骤　７．１先用低温氮气预冷（１）检查卸车金属软管完好状况，管内无雨　水、垃圾等杂物。将金属软管连接到槽车上，并检查连接是否牢固。ｆ２）　打开槽车自增压器（或使用卸车增压器）。使槽车压力升高至０．３ＭＰａ。　缓慢打开槽车气相阀门，检查软管连接处有无泄漏。（３）向储罐内缓慢　冲入低温氮气。待储罐压力上升至０．２ＭＰａ左右。关闭卸车台卸液阀　门，储罐保冷１５ｍｉｎ后，打开储罐测满阀，排出氮气．该过程重复进行。　ｆ４）判断储罐内部温度，通过测满阀放出气体，用温度计测定，当气体温　度到达预期值后（一７０。Ｃ～１００。Ｃ），气体预冷工作完成。　７，２液氮预冷ｆ１）将储罐压力放空至微正压，关闭下部进液阀。关　闭液位计平衡阀，投用液位计。（２）缓慢打开槽车液相阀至较小开度。缓　慢关小槽车气相阀。使液氮从储罐上部进液。控制卸车台阀门开度，使　压力保持在０．３ＭＰａ。等储罐压力升高至０．２　ＭＰａ～０．３ＭＰａ，要及时关闭　卸车台阀门，打开储罐气相手动放空泄压，反复进行此操作。（３）细听储　罐内的声音并同时观测储罐的压力。等声音减小，压力不再上升时。可　慢慢打开储罐下部进液紧急切断阀前后阀，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。压力升高时要及时关闭　槽车的出液阀，同时打开储罐气相手动放空泄压。ｆ４）储罐的液位计达　到一定值时（一般为储罐的２０％），进液结束。（５）进液任务完成后，关　闭槽车液相阀门，打开槽车气相阀门，向储罐吹扫卸液管线。（６）关闭槽　车阀门及卸车台卸液阀门，卸下软管。关闭卸车台阀门后应将此阀与　止回阀间的液体放空。（７）关闭储罐气相手动放空阀、储罐下部进液紧　急切断阀前截止阀。储罐上部进液阀待卸车ＬＮＧ管道恢复常温后再　关闭。（８）利用储罐内的液氮对增压器、空浴式气化器及其它低温管道　进行预冷。　７－３放空低温氮气的利用　液氮预冷时需要通过气相管放空低温　氮气，这些低温氮气可以通过与其他罐相连的气相管道。对其他储罐　进行预冷。可以节约液氮。　８　管道及设备检查内容　８　１储罐：检查储罐外壁不出现“出汗”现象，真空度检测合格。　８，２汽化器：检查结霜部位焊口无泄漏，翅片不出现变形。　８３低温阀门：阀体螺栓无松动．填料、阀杆及阀体法兰无泄漏。　８．４低温管道：焊缝没有泄漏，法兰螺栓预紧力合适，螺栓无松动．　管道伸缩均匀，支架管托没有移位。　（下转第４１页）　维普资讯 http://www.cqvip.com 科技信息　０科教前沿０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００８年第９期　高反镜反射率时，选用功率大、谱线宽的激光器，不仅调腔容易，测量　定度进行了探讨。从中可得出以下结论：在腔衰荡技术应用中，选择功　系统对腔长失调也不敏感。　率稍大的激光光源和腔长稍长的谐振腔，有利于测量精度和灵敏度的　３．２腔参数选择　衰荡腔常采用共焦腔或稳定腔结构．其参数选　提高；选择入射光光谱宽度较窄的激光光源有利于提高腔出射光强和　择主要是指腔镜及腔长选择，其中腔镜参数选择包括腔镜反射率、曲　探测器获得的信号信噪比，但它对腔体腔长的稳定度提出了更高的要　率半径等。首先由（５）式中的系数Ｔ，Ｔ：可表示为：　求：腔镜反射率的选择也与入射光光谱线宽的选择类似，因此这些都　Ｔ１Ｔ２＝（１一Ｒ１）（１一Ｒ　＝Ｉ＋Ｒ１Ｒ２一（Ｒ１＋Ｒ　≤［１－（Ｒ１Ｒ　ｒ１　（７）　需根据实际情况权衡决定，探测器和数据采集卡的选择主要注重其噪　式中等号当且仅当Ｒ１：　成立，因此在相同腔内损耗的条件下，　声水平、采样速度及转换精度等，探测器越灵敏，信噪比越高．数据采　选择反射率尽量接近的镜片更能提高出射光功率；腔镜反射率的选择　集卡采样速度越快、转化精度越高，同样的拟合方法，精度肯定越高。　对于测量结果的影响是矛盾的．但从（５）式分析看来，腔镜反射率变小　综上所叙．本文得出的结论对于该技术应用时的参数选择具有重要指　　会引起腔衰荡时间的减少，不利于测量精度和灵敏度。因此．腔镜反射　导意义。率的选择需要根据被测损耗大小及探测器灵敏度、噪声水平等来具体　决定；由（５）可知，腔长与衰荡时间成正比，选择长的腔长有利于测量　【参考文献】　精度，但工程应用中希望测量腔体体积小，文献　表明，在腔镜参数不　ｔｉｍｅ［Ｊ１．Ａｐｐ１．Ｏｐｔ．，１９８４，２３（８）：１２３８—１２４５．　变的情况下．选择将共焦腔长度缩短为原来的０．７３倍得到的稳定腔　ｄｅｃａｙ　２］Ａ．０’Ｋｅｅｆｅ，Ｄ．Ａ．Ｇ．Ｄｅａｃｏｎ．Ｃａｖｉｔｙ　ｒｉｎｇ－ｄｏｗｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅ￣ｒ　ｆｏｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　有利于提高测量精度。腔曲率半径的选择首先必须满足稳定腔条件，　［ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｕｓｉｎｇ　ｐｕｌｓｅｄ　ｌａｓｅｒ　ＳＯＵＷ＇Ｃ￣［Ｊ］．Ｒｅ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ　ｒｕｍ．，１９８８，５９（１２）：２５４４￣　此外还要考虑腔内衍射损耗以及对于失调灵敏度等等，这和腔长有　［１］Ｄ．Ｚ．Ａｎｄｅ￣ｏｎｊ．Ｃ．Ｆｒｉｓｃｈ，Ｃ．Ｓ．Ｍａｓｓｅｒ．Ｍｉｎｏｒ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃａｖｉｔｙ　关，文献【１１　早有讨论．在此不再重复。　［３］Ｇ．Ｂｅｒｄｅｎ，Ｒ．Ｐｅｅｔｅｒｓ，ａｎｄ　Ｇ．Ｍｅ￣ｅｒ．Ｃａｖｉｔｙ　ｒｉｎｇ－ｄｏｗｎ　（５）式中还有一个与腔参数选择有关重要参数Ｎ．它反映了谐振　ｓｃｈｅｍｅｓ　ａｎｄ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｒｅｖ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．２０００，１９（４）：５６５￣６０７．　腔腔镜失调情况．腔镜失调包括腔镜面绕轴向的偏差以及两腔镜的非　［４］孙福革，戴东旭，解金春等．用光腔衰荡光谱方法精确测量高反镜的反射率叨．　２５５１．　共轴等．它使得腔内光波来回往返次数有限。　中国激光．１９９９．Ａ２６（１）：３５—３８．　３．３其他参数选择　腔衰荡技术测量系统参数选择还包括探测器　［５］徐勇，桑风亭等．ＣＲＤＳ技术实时检测ＣＯＩＬ中０２浓度的实验研究叨．化学物　和数据采集卡的选择。探测器选择包括其光谱响应范围、光电转化效　理学报．１９９８．１　１（６）：５６１—５６５．　６］易亨瑜，吕百达．胡晓阳等．腔长失调对光腔衰荡法测量精度的影响［ＪＪ．强激光　率、转化速度及其信号放大倍数等．这些决定于腔出射光频率、功率以　［与粒子束．２００４．１６（８）：９９３—９９６．　及腔衰荡时间．一般常采用结型光电器件如硅光二极管．它性能比较　稳定、噪声小、响应速度快。当信号特别弱时．也可采用光电倍增管等　１１（１）：２６～３０．　高灵敏度探测器。数据采集卡的选择包括采样速度、精度等，一般腔衰　１９９８．［８］陈徐宗．姚继良等．用于高分辨率光谱研究的窄线宽半导体激光器及其特征　荡时间为ＵＳ量级．因此为了采集足够多的数据．一般使用的卡采样速　研究　．光学学报．１９９６，１６（１０）：１３８３—１３８８．　度应在１０ＭＨｚ／ｓ以上。很明显，探测器信噪比越高，信号幅值越大．数　据采集卡采样速度越高、精度越好，最后数据拟合精度必定越好。　４．总结　２００５，１７（４）：５２３－５２７．　［１０］吴强，郭光灿．光学［Ｍ】．合肥：中国科学技术大学出版社．２００３．　［７］朱方强、姜开利等，腔衰荡吸收测量中光源线宽影响研究叨，化学物理学报．　［９］易亨瑜，吕百达，张凯等．衰荡腔测量中的腔参数选择叨．强激光与粒子束，　本文在考虑入射光线宽和谐振腔失调等情况下，对连续波腔衰荡　［１１］周炳琨，高以智等．激光原理［Ｍ】．北京：国防工业出版社．２０００．　应用大气光学基础［Ｍ】．北京：气象出版社．１９９０．　光谱技术的腔出射光强公式进行了理论推导．并就影响腔出射光强大　［１２］宋正方．小、探测器获得的腔出射光强信号信噪比及影响测量精度和稳定性的　若干因素进行了分析和数值模拟．就如何选择参数提高测量精度和稳　［责任编辑：张新雷］　（上接第４２页）８．５液氮在储罐内放置２～３天，观察液位变化及压　力上升情况。并检测储罐预冷前后储罐真空度的变化。　１０．几点体会　１Ｏ．１预冷前管道的吹扫应分段进行．应由罐内向外部吹扫。吹扫　时阀门应拆除塑料密封面（金属密封面除外）．在做气密性试验前重新　９．安全及注意事项　９．１熟悉介质的物理性质　置换过程中发生的主要物理过程即热　装上，以防焊渣、沙砾等杂物损坏密封面，造成阀门关闭不严；控制仪　量的交换以及随之产生的气化冷凝。因此，在过程中，首先应了解氮气　表设备暂不连接。　及天然气的物理性质。见表一１　１０．２预冷过程中．阀门遇低温液体会产生冷缩，可导致螺丝松动．　表一１　名称　氮气　天然气　气态密／￣（ｋｇ／ｍ３）　１．２４８　０．７３３　液态密度（ｋｇ／ｍ３）　液化温度。Ｃ（１０１．３２５ＭＰａ）　８１０　４４３—４４８　—１９６　—１６２　产生泄漏，出现“喷雾”现象，因此，施工单位一定要随着预冷过程的进　行，同时对阀门法兰进行观察并做冷紧工作。　１Ｏ．３进液管道的保冷施工最好在预冷前完成。这样做的好处是：　（１）在预冷时可以检查保冷效果；（２）如果预冷工作是在室外环境温度　较高时进行，可以避免由于液体气化较快而致使进液失败；（３）节省液　氮　１Ｏ．４在进液过程中由于吸热及相变的过程，储罐内的压力不断变　９．２熟悉工艺流程及设备安装　预冷前．应熟悉站内工艺流程及　管路的工艺连接。在某些情况下，为达到同一目的．可以有不同的实施　化。进液时应从上部开始．这样喷淋的低温液氮会将周围的氮气迅速　方案。气体的放散、储罐之间的倒罐等作业都可通过多种方法实现。　冷却并部分液化．可以使储罐内的温度快速下降，同时，储罐内的压力　９．３随时注意压力、温度等参数的变化　站内温度、压力等仪表　会先升高然后稳会趋于稳定（或少有下降）。该过程中储罐内会有响　是为了工作管理人员能清楚掌握站内运行状况以便安全有效地进行　动，声音会由强到弱。此时，为加快进液速度可以开启下部进液阀门，　操作和控制而专门设计的。在预冷过程中，应充分利用这些仪器仪表．　上下同时进液。在实际操作过程中．应随时观察储罐压力，当压力快速　根据压力表、温度计、液位表的变化情况，分析管道及设备内的气体　升高时，应关小进液阀门（或打开放散管减压）。使其不超过设计压力。　（液体）状态．从而达到更好的控制。　１１．结束语　９．４在密闭空间内液氮吸收外部热量将会导致压力急剧上升．因　ＬＮＧ气化站预冷目的是为随后进ＬＮＧ做准备的。在预冷过程中，　此在操作中要注意阀门关闭顺序．严禁出现低温液体被封闭的情况发　对温度、压力、进液速度、置换时间及操作步骤应科学安排和严格控　生。　制。防止出现急冷、超压等现象的发生。为了更好的控制预冷过程中的　９．５注意检查软管连接处是否出现泄漏，非操作人员应远离此处。　各个环节．操作人员要熟悉ＬＮＧ气化站的工艺流程，同时掌握相关气　９．６注意观察管道及储罐压力上升情况。　体的物理性质。　９．７注意检查安全阀和关闭的截止阀后有无结霜情况，有结霜说　明阀门关闭不严或有内漏。　［责任编辑：张新雷］　４１