天然气作为一种清洁能源,正迅速地被开发利用。目前国内从改变能源结构和改善环境状况
角度出发,正积极发展液化天然气(LNG)技术,液化天然气项目在各地纷纷启动。沿海城市一般建液化天然气接收站,从海外接收液化天然气;而内地拥有天然气资源地区则建设天然气液化工厂。无论是液化天然气接收站,还是天然气液化厂,低温储罐都是最为关键的设备,所占项目的投资比例也较高。文献[1]中介绍了各种天然气储罐,其中应用最为广泛的是圆柱型常压低温储罐。本文探讨此类低温储罐的安全保护系统的设计。
罐内储存的LNG为饱和液体,罐内温度为-160℃～-163℃,尽管低温储罐有良好的绝热性能,但罐内和环境的热量交换导致少量LNG蒸发成闪蒸气(BOG),低温储罐压力控制在比外界大气压略高(50mbarg)。如果BOG气体不能及时排出,储罐可能会超压;反之如果BOG压缩机的抽气量过大等因素会造成储罐罐出现负压。不难想象,无论超压还是负压,对储罐均会产生严重的威胁,因此压力安全保护系统的设计十分关键。
1 设计思路
按照标准[2]分类,LNG圆柱型常压低温储
罐可分为单包容、双包容和全包容类型,设计压力通常为-6mbarg～140mbarg,如果采用混凝土罐顶,自重较重,设计的正压还可以高些。无论哪种形式,基本都是微正压。
影响LNG低温储罐压力上升的因素包括[3]:①LNG进入储罐产生的容积置换效应;②大气压的下降;③从环境吸入热量,包括正常吸热、火灾和翻滚等的LNG蒸发。
影响LNG低温储罐压力下降的因素包括[3]:①LNG泵对外输送产生的容积置换;②BOG压缩机空吸(无LNG进料);③外界大气压的上升。
应该说两种因素一定程度上相互抵消,再加上通过调节BOG压缩机的抽气量大小,可以维持罐在正常压力范围内。LNG储罐压力控制总体思路是由于大气压变化,物料进出,正常吸热产生的常规压力波动通过调节BOG压缩机的抽气量维持罐压;火灾或翻滚等极端情况下罐压剧烈变化,需要安全阀和真空阀等保护性措施。因此归纳起来可以分为两个层次,即常规压力控制系统和压力安全保护系统。
常规压力控制系统可用变频、机械调速或多台机组,通过BOG压缩机抽气量的变化调节LNG储罐的压力。BOG压缩机最大处理能力根据前面所述导致储罐压力上升的几种因素共同作用时的BOG量,不包括火灾,LNG翻滚极端状况来确定。
当BOG压缩机出现故障或LNG储罐压力剧烈变化超出BOG压缩机调节能力范围时,压力安全保护系统启动对付极端状况,确保储罐的安全打开,BOG气体排放大气。 (2)负压时,依次采取具体措施:①通过调节阀补入干燥天然气或氮气;②打开储罐真空阀,补入空气。 2 超压定量分析 以上讨论提供了LNG储罐压力控制的基本思路,但并没为工程设计提供BOG量的计算方法,无法为储罐安全阀、真空阀、调节阀及BOG压缩机提供设计参数及选型。下面针对单 个LNG储罐不同工况引起的BOG量逐个分析,给出计算方法或估算方法,
并对可能出现的组合工况进行分析。211 容积置换 在LNG进料过程中,由于外来LNG的注入,必然导致液位上升,为维持储罐的微正压, 液面上层空间的BOG气体应及时排出,其体积流量和进入LN
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