发表时间：2020-05-26T07:18:05.583Z 来源：《防护工程》2020年4期作者：贾石磊
[导读] LNG低温储罐是整个LNG接收站中最重要的设备，具有投资额度大、施工周期长等特点。在储罐投用前的预冷是最为关键的调试工作，储罐冷却危险性大，控制难度高。以实际的大型LNG低温储罐为例，介绍了储罐机械完工后的主要调试工作，重点阐述了储罐预冷相关技术，包括冷却方法、冷却系统、喷嘴选型、冷却喷淋量计算、前提条件、预冷过程等内容。 贾石磊
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摘要：LNG低温储罐是整个LNG接收站中最重要的设备，具有投资额度大、施工周期长等特点。在储罐投用前的预冷是最为关键的调试工作，储罐冷却危险性大，控制难度高。以实际的大型LNG低温储罐为例，介绍了储罐机械完工后的主要调试工作，重点阐述了储罐预冷相关技术，包括冷却方法、冷却系统、喷嘴选型、冷却喷淋量计算、前提条件、预冷过程等内容。
关键词：LNG气化站；液氮；预冷
引言
经过近些年的发展，目前国内设计、施工单位逐渐掌握大型及特大型低温储罐的设计、建造技术及相关调试技术。但就技术含量、施工难度而言，LNG储罐预冷调试相关工作仍是整个接收站的关键工作，在实际项目中往往作为单项工程，采用独立招标方式，由承包商单独管理。针对储罐调试工作中储罐冷却危险高、操作难度大的特点，本文以海洋石油工程股份有限公司已完工的某LNG储罐项目为例，重点阐述了储罐冷却调试的相关技术。
1概述
储罐调试工作，是全面检验储罐建造成果，调整管线仪表状态，为储罐正式投产做准备的工作。整个调试工作大体分为2个阶段。
①预试车：即储罐系统（包括工艺系统、公用系统、供电系统、仪表和控制系统、通信系统和安全系统）安装测试，储罐的水压、气压（包括正压和负压）试验及氮气置换等工作。此部分工作的共同点是不涉及碳氢化合物的使用。
②试车：对LNG储罐及相关低温管道进行冷却工作，使整个低温储罐及相关管道具备接受低温LNG的能力，进液并达到一定的液位后，进行低压泵的性能测试、液位仪表的调试、控制系统测试和储罐蒸发率的测试等调试工作。
2储罐结构
本文所述储罐为双层金属结构，储罐容积为内罐10000m3，外罐直径为27000mm，高度为28915mm；内罐直径为25000mm，高度22000mm，外罐材质Q345R，内罐材质为S30408，外罐为拱顶，内罐为吊顶，内外罐夹层间填充珠光砂，底部夹层铺垫泡沫玻璃砖，内外罐顶部空间用矿物岩棉覆盖，整个储罐总重量为950000kg。
3储罐预冷喷淋系统
3.1喷嘴的选型
由于水幕喷头喷出的水能形成雾状层及膜状层的双层效果，其均匀性、隔离性、冷却效果均好，一般选用水幕型喷嘴进行储罐的预冷。喷头的型号根据液体的压力及流量进行确定。
3.2喷淋系统
喷淋系统设计为一套带有喷淋装置的环形管路，环形管路位于储罐内罐中心顶部，高度与内罐相当。为实现良好的冷却效果，储罐环路宜安装喷淋装置。理想的喷淋效果是，雾状LNG在遇到管壁之前或遇到罐壁时能够汽化，不在罐壁及罐底产生积液。
4预冷流程
4.1液氮预冷
低温氮气预冷结束后，可开始进行液氮预冷。
（1）将1#储罐压力放空至微正压，关闭下部进液阀，关闭液位计平衡阀（位于罐体进液根部阀上方）。
（2）打开1#储罐上进液阀，接着缓慢开启槽车的液相阀至较小开度，使液氮从储罐上进液管线缓慢进入。控制卸车台阀门开度使压力保持在0.3Mpa。储罐压力升高至0.2~0.3Mpa要及时关闭卸车台阀门，打开储罐气相根部阀及手动放散阀（CGH5-8）泄压。反复进行此操作。
（3）当液位计有液位指示时，可缓慢打开储罐下进液阀，上下进液管线同时进液。进液过程中储罐厂家负责记录储罐压力，防止压力升高，若压力升高要及时关闭下部进液阀。同时监测储罐外体温度，确认储罐绝热状态良好。
4.2低温氮气预冷
首先进行低温氮气预冷，步骤如下：
（1）打开1#储罐根部气相阀及手动放散阀（CGH5-8），将储罐压力降至0.1Mpa以下，接着关闭手动放散阀（CGH5-8）。
（2）打开1#储罐下进液阀及1#卸车台进液阀门（CGH6-1）。
（3）缓慢开启液氮槽车气相阀，通过卸车台进液管道进入储罐，待储罐压力上升后（0.1~0.2Mpa左右），打开1#储罐手动放散阀（CGH5-8），使低温氮气将常温氮气从储罐放散管排出（进气速度由槽车气相阀控制）。
（4）通过储罐溢流阀排放气体，用温度计测定温度达到-100℃左右时关闭下进液阀，气体预冷工作结束（无法测量温度时，以阀门出口凝霜为依据）。
（5）2#罐、3#罐、4#罐、5#罐的低温氮气预冷按照相同步骤进行。
5预冷工艺优化分析
5.1低温BOG和LNG预冷工艺结果分析
5.1.1低温BOG和LNG预冷工艺优化
直接通入133.15K的BOG，以最大程度降低BOG流量，其他条件不变，得到低温BOG和LNG预冷工艺最优运行方案。BOG流量大大减小，从0.008kg/s增长至4.5kg/s，消耗BOG133t，LNG23t，总计156t，较减少了近110t，节省77万元。流量减小使预冷速度下降，预冷时长由30.57h增加至54.5h。由入口流量与降温速率关系，45h后，增加BOG流量无法增大降温速率，因为管道内流体温度已降至最低值，这意味着BOG预冷后期大量BOG未能被利用，低温BOG直接被排空浪费。
5.1.2低温BOG和LNG预冷工艺优化
BOG预冷后期大流量BOG对管道降温作用有限，因此得到管道温度降至173.15K时进入LNG预冷阶段的工艺方案。提前进入LNG预冷阶段，极大地减少了BOG后期流量，共消耗BOG89t、LNG27.9t，共计116.9t，用量减少147.6t，预冷时长增加25.1h，节约成本103万元。
5.2预冷工艺安全性分析
在预冷过程中，需保证管道降温速率＜10K/h和顶底温差＜50K，计算中监控温度较低的下壁面降温速率。在四种方案运行过程中，最大降温速率为10K/h，顶底最大温差为34.95K，出现在LNG预冷首段管道。预冷介质温度越低，最大顶底温差越大，直接使用LNG预冷最大顶底温差达34.95K，满足安全要求。在运行过程中，通过控制降温速率可同时控制最大顶底温差。
6冷却注意事项
①储罐冷却时要严格控制储罐的冷却速度，内罐的冷却速度控制在3，℃/h，最大冷却速度为5，℃/h。罐壁或罐底上任意相邻的测温元件最大温差为30，℃/h。在冷却过程中严格监视储罐测温元件读数。
②储罐冷却时主要管线，要有专人监控，定期巡检，密切监视管托位移及影响管道正常收缩的障碍物，
应对在冷却过程中发生的管线变形。
③储罐必须在严格并且持续的监视下进行冷却，特别要严密监视储罐压力、冷却用LNG流量等数据。
④注意卸料管线阀门、法兰是否发生泄漏，保证BOG排放系统、火炬放空设施正常工作。
结语
预冷是LNG储罐安全运行的最后一道保护闸，要充分认识到预冷的重要性和危险性，在储罐预冷结束后要静置2~3天，观察储罐压力是否稳定，各个系统的管路、阀门、法兰等处是否有泄漏现象，同时要观察管道冷缩和管托的变化情况，是否有变形情况发生；根据工程特点及现场施工环境，合理调整预冷施工顺序，同时要注意保证施工人员的安全，做好应急预案工作。另外，预冷介质的用量受当地的气候、预冷速度、预冷时间等多种因素影响，我们在选择预冷方式的时候，要综合考虑这些影响因素，选择适合自己的最优预冷方案。
参考文献：
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