大型LNG储罐预冷工艺优化管理

何永春

大型LNG储罐预冷工艺优化管理

何永春

（成都天然气化工总厂，四川成都 610000）

通过大型LNG储罐的预冷施工运用，提出了LN2+LNG预冷的工艺技术，并针对该预冷工艺的实际问题，找到解决办法，优化工艺管理。

大型LNG储罐；预冷；工艺；优化

1　项目背景

1.1LNG大型低温储罐预冷方案对比及选择

常见LNG储罐预冷方法是直接将LNG通过管道缓慢、均匀输送至储罐内，对储罐进行预冷。大型LNG储罐的预冷大体上分为两步：先利用低温流体对LNG储罐的卸料管线进行初步冷却，当达到指定冷却温度后，利用小流量的LNG进行卸料管线的最终冷却及灌注；之后利用冷却线及罐内冷却喷射环对储罐进行冷却，待储罐冷却达到目标温度及一定液位后，储罐冷却接触，然后进行储罐的灌注工作［1］。

1.2目前使用的LNG储罐预冷方案

预冷方案一：先利用液氮气液两相将LNG储罐冷却至-120℃、-110℃，再利用小流量的LNG储罐进行冷却。预冷方案二：利用LNG汽液两相对卸料管线、储罐内罐/拱顶/环空进行置换及初步冷却，当置换排放气中天然气含量至少达到30%、进罐竖管的温度达到-120℃时，置换结束；然后利用小流量的LNG对卸料管线及储罐进行先后顺序的冷却和灌注。

1.3预冷方案的对比及选择

两个预冷方案的对比见表1，通过对比可以看出，两个方案都可实现LNG大型低温储罐的预冷，方案一可先利用液氮将卸料管冷却至指定温度，缩短储罐投用时间。当站场液氮不能满足预冷使用时，采用方案二，即利用LNG实现对卸料管线及储罐的预冷和灌注。

表1　LNG大型低温储罐预冷方案对比

2　预冷方法存在的问题

通过以上分析并与工程实际结合，我们发现常见的LNG储罐预冷方法存在以下几方面的问题：

2.1安全性问题

LNG密度轻于空气，一旦发生泄漏，吸收环境中的热量后会迅速向周边环境扩散，遇到明火极易发生爆炸，对周边环境造成不可估量的损失。由于热胀冷缩，储罐及其附属管线受冷后会产生一定量的收缩，在连接处会有产生泄露的可能。储罐预冷过程中，预冷介质如果完全采用LNG，那么在整个过程中都会存在一定的风险。

2.2经济性问题

预冷用的LNG需完全从市场上购买，而市场上LNG价格较高，如果完全用LNG预冷储罐，那么无疑会增加预冷成本。

3　项目基本内涵

LN2+LNG预冷的工艺技术，先采用LN2预冷到一定温度后，再用LNG将储罐预冷到工作温度。这样，既减小了传统LNG预冷带来的泄漏风险，又避免了LN2预冷导致的温度过低问题。利用液氮和LNG对大型LNG储罐进行预冷降温方式、降温速率以及消耗量的研究，优化LN2+LNG预冷工艺技术。

针对LNG大型储罐预冷出现的两相流（间歇喷射泉）现象即LNG储罐预冷过程中，沿途管线吸热后会蒸发部分预冷介质，管线压力升高，介质进入LNG储罐后管线压力又降低，如此循环往复，造成管线压力间歇性升降，预冷介质也随之间歇性地喷入LNG储罐内。此种现象会使预冷过程中预冷介质的流量和LNG储罐的温降难以控制，从而造成储罐超压或者出现真空。利用流场模拟计算软件对储罐内预冷过程中的温度的变化进行模拟，并结合实际的施工数据，研究出LNG储罐预冷的最优方式［2］。

预冷介质的速率是工程实际运用中很难把握的一项数据。进入储罐的液体一旦过多，会引起罐内气体剧烈相变为液体，造成储罐真空，内罐变形。进入储罐的气体速率一旦过快，会造成罐内压力迅速上升，储罐超压。基于基础数据的收集，物性的计算对预冷介质进行估算，初步建立大型LNG储罐预冷作业的LNG及液氮消耗计算方法，形成可行且最优的LNG储罐预冷工艺参数。

4　预冷工艺优化结论

1）通过建立大型LNG储罐预冷作业的液氮和LNG消耗计算方法，在施工前对预冷介质的消耗进行估算，节约施工成本，有利于工程成本控制。

2）整个预冷过程需要约5～7d的时间（包括管道的预冷吹扫时间），传统的LNG预冷过程需要约10d的时间，同比时间成本节约达30%，同期降低了人工成本，提前了装置投产时间。

3）通过探索、编制施工方案预案，形成了大型LNG储罐预冷施工技术规范，为今后的同类施工提供了规范性文件和技术储备，降低工程前期成本。

4）LNG储罐预冷前期用液氮预冷，后期用LNG预冷，以此来取代传统的LNG直接预冷。这样不仅降低了预冷过程中燃烧爆炸的风险，在天然气预冷阶段，绝大多数汽化后的天然气通过现场的BOG压缩机压缩回管网，减少了对天然气资源的浪费，而且节约了预冷成本。

［1］ 蒲黎明，李莹珂，刘家洪，等.湖北500万方/天LNG工厂国产化示范工程主要技术方案选择［J］.广东化工，2014，（14）：191-192.

［2］ 李均方，李娇琳，张瑞春，等.液氮+LNG预冷在大型常压LNG储罐的应用［J］.石油与天然气化工，2015，（6）：66-69.

Large LNG Storage Tank Pre-Cooling Process Optimization Management

He Yong-chun

Through the use of pre-cooling construction of large LNG storage tank proposed LN2+LNG pre-cooling technology，and for the practical problems of the pre-cooling process，to find solutions to optimize process management.

large-scale LNG storage tank；precooling；technology；optimization

TE972

B

1003-6490（2016）06-0067-01

2016-06-11

何永春（1978—），女，四川西充人，工程师，主要研究方向为化工工艺。