随着我国“西气东输”工程的蓬勃开展,全国性的天然气利用热已经掀起。天然气作为目前世界上最佳能源,在我国城市气源的选择中已被高度重视,大力推广天然气已成为我国的能源政策。但由于天然气长距离管道输送的工程规模大,投资高、建设周期长,短时间内长输管线难以到达大部分城市。
利用高压,将天然气体积缩小约250倍(CNG)进行运输,然后将其降压的方式解决了部分城市的天然气气源问题。而应用超低温冷冻技术使天然气变为液态(体积缩小约600倍)、采用超低温保冷槽罐,通过汽车、火车、轮船等方式远距离输送天然气、然后经超低温保冷储罐储存再气化的LNG供气方式与CNG方式相比,输送效率更高,安全可靠性能更强,能够更好的解决城市天然气气源问题。
液化天然气（LNG）能够很好的将资源地域分布与市场需求之间的矛盾解决，为了使能源短缺的问题得到解决，我国引进了液化天然气，各类液化天然气储存气化站、储配站、简易撬装供应站便应运而生，并等到了快速的发展。这些场站建设、投产与运营管理中的技术和安全问题也一直为人们所重视，特别是 LNG 储罐的预冷和投产一直被列为天然气场站管理中的重中之重。
一、预冷工艺流程
LNG 储配站预冷的介质一般为液氮，这是由于液氮为惰性、无色、无嗅、无腐蚀性、不可燃烧，不支持燃烧，温度极低，是构成大气的大部分（体积比78.03%，重量比 75.5%），来源广，因此液氮成为 LNG 储配站的预冷的理想介质。
预冷大体指导思想，设备及管道的初级预冷先使用气相氮气，然后用液相氮再进行深度预冷。
LNG气化站工艺流程见图1
（一、）准备
1、打开所有气动与电动阀门;(紧急切断阀)
2、用卸车软管连接槽车与气化站卸车口101线,进入准备状态；
充装管道和气化后管道上所有阀门均处于待工作状态;
（二、）预冷
液氮槽车有带自增压和不带自增压两种类型,直接影响预冷方式的选择。
LNG储配站预冷工艺流程见图2。
1、液氮槽车不带自增压系统的预冷流程
*如低温氮气发生量不足,可以考虑利用卸车台处的卸车增压器,但要注意事先做好对卸车增压器的吹扫与置换。
①接车:液氮槽车以不大于5km/h的速度进入LNG储配站,运
行人员对槽车进行复磅,然后槽车到卸车台就位。提示司机拉上手刹,拔下车钥匙,挡好防滑块,车前放好警示牌,提起车辆静电导除线挂好,避免因其与地面虚接产生静电火花。然后将卸车台接地线与槽车接好。
打开槽车后门卸下法兰盖,连接好气、液相软管。确认卸车台所有阀门处于关闭状态,并将情况汇报给控制室人员。控制室人员做好记录,随时关注自控数据,发现异常及时和现场沟通。
②槽车增压:首先吹扫软管,打开槽车紧急切断阀,开启卸车台自增压液相放散阀X403。然后微开槽车自增压液相阀,对自增压液相软管吹扫1min左右,关闭放散阀,同时关闭槽车自增压液相阀。随即打开卸车台自增压液相控制阀X104,打开卸车台自增压气相控制阀X201,以及槽车气相放散阀,微开槽车自增压液相控制阀,对自增压器和自增压气相软管进行吹扫。合格后关闭槽车气相放散阀,开启槽车自增压气相阀,打开槽车自增压液相控制阀,对槽车增压。
③用低温氮气进行储罐预冷:当槽车压力达到0.6MPa时,打
开卸车台第一道进液控制阀X101,打开卸车台第一道气液连通阀X102,缓慢打开储罐上进液阀G103、下进液阀G14,用低温氮气进行储罐预冷。待储罐压力升至0.2MPa时,关闭阀X101,此时关注槽车压力,适当调节槽车自增压液相控制阀。储罐保冷15min后,打开储罐BOG双向安全阀的旁通阀G415,经EAG系统排空氮气。如此升降压反复进行,保证管道和储罐与低温氮气充分、均匀接触,从而使管道和储罐降温均匀、缓慢。测满阀是为检测储罐是否过量充装而设置的阀门,它从储罐内筒上部引出,经保冷层由罐体下封头引出罐体外设置，它内部的气体温度最接近于储罐内部的温度。判断储罐内部温度,通过测满阀放出气体,用温度计测量,至预期值,储罐气体预冷完成。
④液氮预冷:将储罐放空至微正压,关闭储罐下进液阀G104关闭卸车台第一道气液连通阀X102,缓慢打开槽车出液控制阀,使液氮从储罐上部进液少量。控制槽车出液阀门开度,打开阀G415经EAG总给储罐泄压,使储罐压力保持在0.3MP。当储罐压力升高较快时要及时关闭槽车出液阀。
⑤通过测满阀放出气体,测量温度降到-110℃,并且液位计有
指示后,说明储罐内部温度基本达到液氮常压下的沸点(-196℃)，这时可以慢慢打开储罐下进液阀,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。若压力升高则要及时关闭下进液阀停止进液。用手感觉罐体外温度,确认储罐保冷层真空度无问题。
⑥管道、绝热层降温达到热稳定状态需要一定保冷时间，在此期间储罐蒸发率远远高于0.3%。150m3的储罐每天液位下降5~10cm,LNG置换预定最长10d,因此确定保留罐内1m的液位。我们在保冷过程中平均每天液位下降5cm。储罐液位达到1m时进液结束,关闭储罐上、下进液阀。打开卸车台去B0G总管控制阀X202,再打开卸车台第二道气液连通阀X103,同时关闭槽车出液阀,使进液总管内积存的液氮气化产生的低温氮气通过BOG总管,经由阀Q414至放散总管放散。此过程同时对BOG回收管道进行了初步预冷。
⑦储罐自增压系统预冷:依次打开储罐自增压第二道气相控制阀G202、自增压器出口阀、入口阀、自增压调节阀的旁通阀、自增压液相气动控制阀G109,关闭储罐气相根部控制阀G201,随即打开自增压液相控制阀G108。然后依次打开自增压管道上安全阀的旁通阀进行放散预冷处理,随后打开储罐气相手动放空阀G415，使自增压管道预冷后的低温氮气经由G415至EAG系统放空,预冷自增压系统管道。反复操作直至合格。合格后关闭G108,同时打开G201,关闭放散阀G415。
⑧气化系统预冷:依次打开空温式气化器出口放散旁通阀Q411、空温式气化器入口气动阀Q112、空温式气化器入口控制阀Q111。再打开储罐出液第二道控制阀G113(阀G111和G112为常开状态),使低温氮气对出液管及空温式气化器系统进行吹扫预冷。依次打开出液管道上安全阀的旁通阀进行放散预冷处理。预冷后的低温氮气经空温式气化器出口放散旁通阀Q411至EAG系统排空。反复操作直至合格。合格后关闭储罐出液第二道控制阅G113,依压力情况开关空温式气化器出口放散旁通阀Q411。
⑨BOG系统的预冷:打开BOG出口放散旁通阀Q414,并打通BOG管道系统,打开储罐降压调节阀旁通阀G205,对BOG系统进行吹扫预冷。合格后,关闭G205。打开G103、X103、X202,对卸车区连接BOG管道吹扫预冷至合格。合格后关闭G103、X103、X202,依管道压力情况开关Q414。
2、液氮槽车带自增压系统的预冷流程
带自增压系统的液氮槽车的增压气相管道通过气相阀门直接与车体相连,无法与卸车台气相管道连接,因此不能提供低温氮气,故预冷前期应尽量放缓槽车出液速度,使液氮在进液管道内迅速完全气化间接实现低温气体预冷,保证预冷质量具体流程如下。
①接车,同上。
②槽车增压,通过槽车白增压系统给槽车增至0.6MPa，
③缓慢打开槽车出液控制阀、卸车台第一道进液控制阀X101。
缓慢打开储罐上进液阀,控制槽车出液阀门开度,打开阀G415经EAG总管给储罐泄压,使储罐压力保持在0.3Ma,当储罐压力升高较快时，要打开储罐出液阀及出液管道安全阀的旁通阀,必要时关闭槽车出液阀。此时不能关闭上进液阀,防止未完全预冷的进液管道内压力迅速升高。
④后续作业同上。
3、工作要点
*预冷时,要注意观察、测量各管道(主要为液相管道伸缩位移,可以在预冷前做个记号,预冷达到一定温度时再测量该记号的位置变化)
(1)气化站预冷工作开始之前,准备工中的“现场条件”全部实现。
(2)预冷前、中、后应对储罐区的高程进行测试,并做好书面
记录。
(3)预冷之前,用氮气对低温储罐、管道进行吹扫,进一步去
除水分并置换空气。检验标准是采用露点仪检测置换气达到-30~40℃的露点为止。(可能比较困难达到,要用掉较多的氮气,因此要看储罐内的氮气量是否足够)
(4)预冷的降温曲线目前尚无依据,暂按预冷初期缓慢降温进
行。冷却速度控制在50℃/h,逐渐降温,同时观察各设备及管道技术参数的变化,积累数据,形成完整的预冷工艺流程。
(5)液氮预冷开始时储罐内部温度仍远高于液氮的沸点,必须
采用上进液的方式,确保进入储罐的液氮完全气化,且有利于在罐内形成对流换热。充液过程控制在槽车与储罐的压力差为0.3MPa。
(6)充装液氮开始时液氮的气化率很高,产生的气体使储罐内
压上升,当压力上升至0.5MPa以上时,打开BOG手动放空阀、BOG自力式降压阀或放散阀,从而保持储罐压力。当储罐内压不再上升或降低时可下进液,并增大充液速度,直至储罐液位达到1m。
(7)充氮预冷过程中如发现泄漏、设备材料发生问题,应及时
关闭阀门,标注位置,及时报告,进行处理。处理合格后方可再行预冷。
(8)预冷过程中和预冷后,必须注意观察设备材料性能、技术
参数的变化,并进行书面记录。如储罐某种性能、技术参数发生突变,应针对该台储罐测试其蒸发率和真空度。
(9)在密闭空间内液氮吸收外部热量,将导致压力急剧上升,
因此在操作中应注意阀门关闭顺序,严禁出现低温液体被封闭的情况。
(10)预冷过程中阀门遇冷收缩,可能导致螺栓松动,产生泄漏。
若外界空气及水蒸气进入管道中,水蒸气遇冷凝结会产生冻住阀门的现象。因此应密切注意阀门情况,对松动、泄漏情况及时处理,及时采取措施,以免阀门冻住。
(11)注意检查软管连接是否出现泄漏,人员应远离此处。
(12)储罐预冷采用由远及近的顺序逐台进行。为节约液氮,前一台储罐预冷完成后,将其气相管阀门打开,排出来的低温氮气经由气相管道导入相邻需要预冷的储罐,对储罐进行低温氮气预冷。
4、设备检测标准
①储罐外壁不出现结露、结霜现象,真空度合格。
②气化器结霜部位焊口无泄漏,翅片不出现变形。
③低温阀门螺栓无松动,填料、阀体、法兰无泄漏。
④低温管道无泄漏,法兰螺栓无松动,管道伸缩均匀,支架无
位移。
⑤储罐预冷的主要技术参数:储罐压力为0.2~0.5MPa,预冷
时间为3h/台,液位为1m,可维持与LNG置换时间约10d。
5、预冷完成后LNG置换前设备及管道状态
①所有储罐保持1m左右液位,压力为0.2MPa。
②关闭所有储罐进出液阀门,开启阀Q411及储罐进出液管道
连通阀(为简化图面,图2中未画出该阀),待进出液管道恢复至常温且压力为0.1MPa时关闭阀Q411。
③密切注意储罐升压情况,超过0.5MPa时打开手动放散阀为
储罐卸压。
④在此期间根据LNG的到站时间适时安排储罐升降压、出站调压系统的调试。
二、常见预冷步骤中的革新
我们注意到，在液氮预冷步骤中，LNG储罐进液时，是“缓慢打开储罐上进液阀门，使槽车内的低温氮气进入储罐内（液相氮气进入储罐后会立刻气化）”，由于氮气的密度比空气的密度大，氮气自然从储罐上部往下部沉，而本来位于储罐下部的空气由于受密度小和氮气的挤压会慢慢往储罐上部飘，两者相互融合、相互稀释，再从储罐上部的气相管道放掉，速度非常缓慢，也十分浪费氮气。
针对这一情况，我们如果利用氮气和空气密度的不同，在液氮预冷步骤中，LNG 储罐进液时，是“缓慢打开储罐下进液阀门，使槽车内的低温氮气进入储罐内”，这样密度较大的氮气相对于空气一直处于储罐的下部，密度较小的空气会自然而然的被氮气一层一层的往储罐上部挤压和转移，它们之间只有界面的接触，如果打开储罐上部的气相管道，空气会顺理成章的被置换出储罐，这样一来，整个预冷中的这一关键环节就不仅大大提高了速度，也大大的节省了氮气，降低了成本，提高了安全系数。
总的来说，LNG 储罐的预冷是整个液化天然气（LNG）储配站预冷投产中的最关键环节，该项技术也在不断探索中渐趋成熟，结合实际情况正确采用预冷方法不仅能提高速度，而且能有效降低预冷的成本，也能保证预冷的安全。
