单包容型LNG储罐预冷的工程案例优化

LNG储罐的置换、干燥和预冷是实践性很强的操作过程，现场情况有时会偏离前期设计时的假定条件，此时需要根据实际情况，在坚持设计准则的前提下变更预冷方案，并与设计单位密切沟通，最终形成优化并可行的操作方案。以下以甘肃中石油昆仑燃气LNG项目等为例来说明LNG储罐预冷的操作实践。

1.背景

甘肃中石油昆仑燃气LNG项目主工艺采用单回路混合冷剂整体循环液化工艺，日处理331300m³（标）原料气，日生产215t LNG。LNG储罐为6000m³，原设计中储罐的预冷为使用LNG进行预冷，考虑到当时LNG获得的便利性及LNG成本，项目业主希望用液氮进行储罐预冷。而该项目LNG储罐内罐设计可承受的最低温度为-180℃，为了避免液氮温度过底对内罐造成损害，考虑将液氮气相和液相混合后控制其温度在-165℃范围内再进入储罐进行预冷。为此进行了相关的热力学计算和模拟，以下为方案简述。

2.方案设计及计算

（1）基本方案 为了实现混合后的温度控制在-165℃范围内，储罐冷却利用气化器将部分液氮气化成低温氮气，低温氮气进入储罐及相关系统进行预冷。将冷箱LNG出口管线上的2′预留口处与液氮气化器出口管线连接，并安装现场温度计监控混合预冷介质的温度。如图2-37所示，经气化后的氮气与液氮混合，以小流率通过3′的产品管线引入液体产品冷却管口N5，打开内罐排放管N19上的阀门，排放气体。调整液氮气化器旁通管线的阀门或是冷却管口N5上的阀门开度（低温气相时）就可以实时调节储罐冷却速度。

图2-36 20000m³LNG储罐RTD罐壁布置图

图2-37 6000m³LNG储罐预冷方案布置图

（2）控温方案模拟计算 该项目LNG储罐内罐的设计温度为最低可承受-180℃，而液氮的温度是-196℃，因此必须将液氮气相和液相混合后再进入储罐，而且要严格控制其温度在-165℃范围内。为此设计了如图2-38所示的调节手段，并运用HYSYS软件对各控制物流进行了模拟，模拟计算结果见表2-21。

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图2-38 6000立方LNG储罐预冷方案模拟计算

表2-21 6000立方单包容LNG储罐预冷稳态模拟计算结果

此外，还可以运用模型或是HYSYS的动态模拟技术对储罐预冷的动态进行模拟，这将在作者相关的文献中专题介绍而不在此冗述。

3.储罐预冷完成情况

如图2-39所示的降温曲线所示，兰州LNG储罐预冷历经65h，内罐温度从最初的4.7℃降至-162℃，整个预冷过程内罐温度降温平稳，平均降温幅度为2.5℃，内外罐夹层温度保持较好，预冷过程完全符合设计要求。LNG储罐预冷共用液氮122t，由于控温的需要，部分液氮的潜热未得到利用从而造成液氮消耗量比设计热负荷下的计算量略高。但是考虑到低温气相介质控温更加平稳，且不会造成液氮温度的直接冲击，从而更加安全可靠。在经济性方面，相比较当时较难于获得且价格高昂的LNG预冷，也有效地节约了预冷成本。

图2-39 6000m³单包容LNG储罐降温趋势图

4.结论

LNG工厂中配套的液化天然气储罐的预冷是工厂投料试车前一个重要的调试活动，其过程又具有很强的实践性：在严格遵守设计方的基本工艺条件的同时，需要根据项目的实际情况制定并实施可靠又经济的方案，为此需要深入了解操作过程的基本热力学模型及计算，确保方案的经济合理。