LNG接收站储罐罐容计算方法对比分析

侯军

广东阳江海陵湾液化天然气有限责任公司 （广东 阳江529500）

近几年来，国家致力于大气污染治理，多地制定“城市气化”规划，实施煤改气、油改气、燃气热电联产工程，天然气需求急速扩张。2017年6月23日，国家发改委发布《加快推进天然气利用的意见》，要求建立综合储气调峰和应急保障体系，以解决气荒问题。LNG接收站的大力开发、建设将大大提升天然气供应能力，为调峰储气及应急保障提供有力支撑。LNG接收站储罐的配置情况直接影响到接收站开发、运营的安全可靠性与经济性。因此，有必要对LNG接收站储罐罐容进行合理计算，在保障接收站稳定供气的同时，最大限度地提高投资回报率。

1 LNG接收站储罐罐容计算方法

LNG接收站储罐罐容需要综合考虑最大设计LNG运输船船容、LNG接收站外输要求、调峰与应急储备需求、码头状况、LNG运输船的延期或维修等多种因素来确定[1-2]。国内外储罐罐容的计算方法较多，常用的有以下3种。

1.1 方法1

储罐罐容V可根据式（1）进行计算：

式中：V1为LNG运输船有效船容，m3；t为卸船时间，h；q为最小输转量（仅保持正常气态外输），m3/h；s为码头最大连续不可作业天数,d；Qa为最大日外输量，m3/d。

1.2 方法2

储罐罐容V可按式（2）进行计算：

式中：m为应急储备天数，d；Qb为年度日均外输量，m3/d。

1.3 方法3

储罐罐容V还可按式（3）进行计算：

式中：Qc为高峰月日均外输量，m3/d；n为季节调峰系数；Qy为年用气总量，m3。

2 储罐罐容计算参数的选取

2.1 LNG运输船有效船容

LNG运输船有效船容即接卸LNG运输船所需的罐容，可根据接收站最大设计LNG船型确定，一般取最大设计LNG船型装载量的96%～98%。国内LNG接收站储罐罐容计算中LNG运输船有效船容常取最大设计船型装载量的96%，以下LNG运输船有效船容计算采用国内常用做法。不同最大设计LNG船型下，运输船有效船容详见表1。

表1 不同最大设计LNG船型下运输船有效船容

2.2 码头最大连续不可作业天数

英国规范《Maritime Works-Part 2∶Code of Practice for the Design of Quay Walls,Jetties and Dolphins》（BS6349-2∶2010）规定：油气码头的年不可作业天数一般不可超过10%[3]。

西班牙规范《Actions in the Design of Maritime and Harbor Works》（ROM 0.2-90）规定：在船舶停泊区域，对于没有定期航线的专用码头，其最大不可作业时间为600小时/年或60小时/月[4]。

我国JTS 165-5—2016《液化天然气码头设计规范》规定：海港液化天然气码头最长连续不可作业天数不宜超过5天[5]。

根据国内外规范，结合国内LNG接收站设计惯用做法，确定接收站码头最大连续不可作业天数取为5天。

2.3 季节调峰系数

天然气市场用户需求量随着季节的变化而变化。因此，对于兼具调峰功能的LNG接收站而言，有必要考虑季节性调峰。季节调峰系数n可根据式（4）进行计算。

式中：M为需求高峰期的每月需求量，m3；N为月平均需求量，m3。

季节调峰系数可以根据往年的市场用气状况

式中：Vsx为第x个罐的死库容，m3；k为储罐数量。

当LNG接收站采用的储罐规格一致时，式（5）可简化为：计算得到。为使数据更可靠，可算出最近5年的季节调峰系数，根据调峰系数的变化趋势预测今后几年的季节调峰系数，并据此计算季节调峰储备量。

2.4 死库容

储罐底部的LNG因输送泵所需最低吸入净压头（NPSH）限制而无法利用。该部分在计算储罐罐容时作为不可用容积考虑。上述4种方法均未考虑由于潜液泵NPSH值的要求而剩余约2 m的滞留量[6]。死罐容V2可根据式（5）进行计算：

3 算例及结果分析

假设LNG接收站的设计规模为300×104t/a（年用气总量），其中气化外输230×104t/a，槽车外输50×104t/a，槽船外输20×104t/a；最大设计船型为21.7×104m3；LNG密度为430 t/m3；年操作天数为365天；应急储备天数为5天；码头最大连续不可作业天数为5天；季节调峰系数为3%；高峰月不均匀系数为1.2；日不均匀系数为1.2；有效卸船时间为14 h。采用上述3种方法，可得到计算结果[7]见表2。

表2 3种罐容计算方法的结果对比分析

由表2可知，方法3考虑了季节调峰，其库容计算结果最大；方法1未考虑接收站的调峰功能，其库容计算得到的结果最小；方法2介于方法1与方法3之间，考虑了接收站在较极端条件下的平稳供气需求，但对于季节性调峰未加以考虑。

4 计算方法的选择与优化

上述计算方法均未考虑储罐的死库容，但该部分LNG在实际运营过程中是存在但不可计入工作容积的。因此，需在储罐罐容计算时将死库容考虑在内。为保障接收站稳定供气的同时，最大限度地提高投资回报率，根据接收站的定位对各种计算方法及参数进行优化，以确定合适的罐容。

对于基本负荷型LNG接收站，储罐罐容V可在方法1的基础上进行简单优化，计算，见式（7）：

对于兼顾调峰型LNG接收站，储罐罐容V可在方法2的基础上进行简单优化，计算见式（8）：

式中：应急储备天数m的大小需根据接收站的定位确定。若接收站承担的调峰任务较重或市场用气波动较大，则可适当增大m值。

对于调峰型LNG接收站，储罐罐容V可在方法3的基础上进行简单优化，计算见式（9）：

式中：l为季节调峰保障率，取值区间为[33.3%，100%]。l的取值需根据LNG接收站承担的调峰任务确定，当承担的调峰任务较重时，l的取值也就越大，反之越小。

5 结束语

储罐罐容的计算是LNG接收站设计的关键环节，直接关系到LNG接收站的运营安全与经济效益。在储罐罐容计算中，需根据LNG接收站的定位及市场需求情况选择合适的计算方法和参数，以确保所计算出来的结果能更贴近需求，储罐的罐容能够得到高效利用。