LNG儲罐自增壓氣化器的計算選型
LNG儲罐自增壓氣化器的計算選型
一、概述
隨著(zhù)管道天然氣的覆蓋范圍和消費群體不斷擴大，用氣的不均勻性的矛盾也逐步顯現，比如居民和餐飲用氣的潮汐現象突出。此外，冬季的供氣矛盾近年來(lái)日益明顯。用氣的不均勻性矛盾考驗著(zhù)城鎮燃氣企業(yè)的運行水平和運行保障能力?，F在，單純地依靠管網(wǎng)儲氣已經(jīng)滿(mǎn)足不了用氣調節需求，這就要求燃氣企業(yè)具有一定程度的調峰儲備和應急儲備?！冻擎側細夤芾項l例》中也提出要健全燃氣應急儲備制度，提高燃氣應急保障能力。而城鎮燃氣多層次儲備體系氣源以液化天然氣為主，常用儲備方式為L(cháng)NG儲罐。
LNG儲罐充液卸液主要依靠?jì)揄敳繗庀嗫臻g壓力和罐內液體自重進(jìn)行，一般無(wú)機械外力作用。為維持罐內氣液平衡，需要利用增壓氣化器生成足夠的滿(mǎn)足氣相空間壓力要求的氣體?？梢?jiàn)增壓氣化器的選型關(guān)乎儲罐的運行和安全。
二、LNG儲罐自增壓氣化器的工作流程
2.1 理論分析
LNG儲罐正常工作時(shí)，LNG儲罐出液管穩定出液，儲罐內液面不斷下降，氣相空間容積不斷增大，為維持氣相空間穩定的壓力，氣相空間內需要不斷補充飽和氣體，補充的氣體體積V等于液體輸送量V液；LNG的輸送壓力P=P空+P靜。（其中P空-氣相空間壓力，P靜-罐內LNG液體靜壓。因為P空>>P靜，可認為P=P空。）在此過(guò)程中，氣相空間氣體對液體所作的功為=PV。
自增壓氣化器生成的氣體為輸送壓力下的過(guò)飽和氣體，氣體的工作溫度取輸送壓力下的飽和溫度T飽。自增壓氣化器進(jìn)口的液體壓力為P，不計液體輸送過(guò)程中的溫升，進(jìn)入氣化器的液體溫度可等同于儲罐內液體的溫度，該狀態(tài)下液體的焓為i?。氣化器出口飽和氣體被引入儲罐氣相空間，該氣體的焓記為i（壓力為P、溫度為T(mén)飽）。根據能量守恒定理，氣化器吸入的熱量應滿(mǎn)足液體氣化和罐內氣體做功的能量，即：
Q=Vρ（i-i?）+N。（ρ -飽和氣體的密度）。
2.2 LNG儲罐自增壓流程
儲罐自增壓工藝部分涉及設備有增壓調節閥和自增壓氣化器。自增壓氣化器主要工作過(guò)程分為L(cháng)NG儲罐充液后的增壓和LNG儲罐正常工作持續出液時(shí)的增壓兩部分。增壓調節閥的壓力設置與LNG儲罐的工作壓力有關(guān)，假定儲罐正常工作壓力為0.6MPa。
LNG儲罐正常工作時(shí)，增壓調節閥的開(kāi)啟壓力設為0.6MPa，當LNG儲罐內壓力低于0.6MPa時(shí)，增壓調節閥開(kāi)啟，液相天然氣經(jīng)出液管進(jìn)入自增壓汽化器后氣化，經(jīng)由增壓調節閥后沿氣相管進(jìn)入儲罐氣相空間；當儲罐內壓力高出增壓調節閥開(kāi)啟壓力10%~15%時(shí)，增壓調節閥關(guān)閉，自增壓氣化器停止工作。
LNG儲罐充液時(shí)，為保證槽車(chē)卸液順利，需要對LNG槽車(chē)增壓、LNG儲罐降壓，LNG儲罐常降壓到0.3MPa左右，以讓槽車(chē)與儲罐之間維持0.2MPa以上的壓差。卸液完成后，LNG儲罐需利用自增壓氣化器將儲罐內壓力由0.3MPa增加至0.6MPa。
三、選型計算
3.1 LNG槽車(chē)卸液完成后儲罐增壓
以100 m3儲罐為例，充裝率按0.9計算，氣相空間為10 m3。LNG槽車(chē)卸液完成后，儲罐內將氣相空間壓力要由0.3MPa提升到0.6MPa，完成時(shí)間按30min計算。
查《液化天然氣技術(shù)》，甲烷在0.4MPa（絕壓）時(shí)，飽和氣體溫度為131.4K；在0.7MPa（絕壓）時(shí)，飽和氣體溫度為141.7K?！度細夤こ碳夹g(shù)手冊》中指出，在溫度較低，實(shí)際氣體的狀態(tài)方程在計算時(shí)需計入壓縮系數。查甲烷臨界溫度190.58K，臨界壓力4.544MPa。
在0.4MPa（絕壓）時(shí)，對比溫度Tr=131.4/190.58=0.69，對比壓力Pr=0.4/4.544=0.09,查表得壓縮系數Z1=0.89。
同理，在0.7MPa（絕壓）時(shí)Z2=0.84。
儲罐由0.3MPa增壓至0.6MPa時(shí)所需氣化量：Q1=0.7*10/141.7*293/0.101325*1/0.84-0.4*10/131.4*293/0.101325*1/0.89=71m3。
單位時(shí)間內氣化量為142m3。
3.2 LNG儲罐向管網(wǎng)供氣時(shí)儲罐增壓
氣化站向管網(wǎng)供氣，儲罐持續出液，LNG在管內流速不大于1m/s,以L(fǎng)NG儲罐出液管DN50（D57x3.5）為例。
儲罐出液流量：3.14/4*0.052*1*3600=7.07m3/h。
減少的液相空間需要0.6MPa飽和氣體填充，折算到標準狀態(tài)時(shí)：07*7.07/141.7*293/0.101325*1/0.84=120m3/h。
兩個(gè)計算結果取大值，自增壓氣化器的規格不小于142m3/h，考慮綜上到實(shí)際氣化效果，自增壓汽化器規格不小于200m3/h。
四、結論
1.自增壓氣化器的規格與LNG儲罐的工作壓力、所處環(huán)境等情況有關(guān)。LNG儲罐在正常工作狀態(tài)時(shí)和儲罐充裝完成后增壓狀態(tài)時(shí)所需的飽和氣量是不一樣的，應取兩者中的大值。
2.BOG、EAG氣化器規格型號可根據運行參數參照計算選型。
3.在0.6MPa工作壓力時(shí)，100 m3儲罐的自增壓氣化器規格不小于200 m3/h。
隨著(zhù)管道天然氣的覆蓋范圍和消費群體不斷擴大，用氣的不均勻性的矛盾也逐步顯現，比如居民和餐飲用氣的潮汐現象突出。此外，冬季的供氣矛盾近年來(lái)日益明顯。用氣的不均勻性矛盾考驗著(zhù)城鎮燃氣企業(yè)的運行水平和運行保障能力?，F在，單純地依靠管網(wǎng)儲氣已經(jīng)滿(mǎn)足不了用氣調節需求，這就要求燃氣企業(yè)具有一定程度的調峰儲備和應急儲備?！冻擎側細夤芾項l例》中也提出要健全燃氣應急儲備制度，提高燃氣應急保障能力。而城鎮燃氣多層次儲備體系氣源以液化天然氣為主，常用儲備方式為L(cháng)NG儲罐。
LNG儲罐充液卸液主要依靠?jì)揄敳繗庀嗫臻g壓力和罐內液體自重進(jìn)行，一般無(wú)機械外力作用。為維持罐內氣液平衡，需要利用增壓氣化器生成足夠的滿(mǎn)足氣相空間壓力要求的氣體?？梢?jiàn)增壓氣化器的選型關(guān)乎儲罐的運行和安全。
二、LNG儲罐自增壓氣化器的工作流程
2.1 理論分析
LNG儲罐正常工作時(shí)，LNG儲罐出液管穩定出液，儲罐內液面不斷下降，氣相空間容積不斷增大，為維持氣相空間穩定的壓力，氣相空間內需要不斷補充飽和氣體，補充的氣體體積V等于液體輸送量V液；LNG的輸送壓力P=P空+P靜。（其中P空-氣相空間壓力，P靜-罐內LNG液體靜壓。因為P空>>P靜，可認為P=P空。）在此過(guò)程中，氣相空間氣體對液體所作的功為=PV。
自增壓氣化器生成的氣體為輸送壓力下的過(guò)飽和氣體，氣體的工作溫度取輸送壓力下的飽和溫度T飽。自增壓氣化器進(jìn)口的液體壓力為P，不計液體輸送過(guò)程中的溫升，進(jìn)入氣化器的液體溫度可等同于儲罐內液體的溫度，該狀態(tài)下液體的焓為i?。氣化器出口飽和氣體被引入儲罐氣相空間，該氣體的焓記為i（壓力為P、溫度為T(mén)飽）。根據能量守恒定理，氣化器吸入的熱量應滿(mǎn)足液體氣化和罐內氣體做功的能量，即：
Q=Vρ（i-i?）+N。（ρ -飽和氣體的密度）。
2.2 LNG儲罐自增壓流程
儲罐自增壓工藝部分涉及設備有增壓調節閥和自增壓氣化器。自增壓氣化器主要工作過(guò)程分為L(cháng)NG儲罐充液后的增壓和LNG儲罐正常工作持續出液時(shí)的增壓兩部分。增壓調節閥的壓力設置與LNG儲罐的工作壓力有關(guān)，假定儲罐正常工作壓力為0.6MPa。
LNG儲罐正常工作時(shí)，增壓調節閥的開(kāi)啟壓力設為0.6MPa，當LNG儲罐內壓力低于0.6MPa時(shí)，增壓調節閥開(kāi)啟，液相天然氣經(jīng)出液管進(jìn)入自增壓汽化器后氣化，經(jīng)由增壓調節閥后沿氣相管進(jìn)入儲罐氣相空間；當儲罐內壓力高出增壓調節閥開(kāi)啟壓力10%~15%時(shí)，增壓調節閥關(guān)閉，自增壓氣化器停止工作。
LNG儲罐充液時(shí)，為保證槽車(chē)卸液順利，需要對LNG槽車(chē)增壓、LNG儲罐降壓，LNG儲罐常降壓到0.3MPa左右，以讓槽車(chē)與儲罐之間維持0.2MPa以上的壓差。卸液完成后，LNG儲罐需利用自增壓氣化器將儲罐內壓力由0.3MPa增加至0.6MPa。
三、選型計算
3.1 LNG槽車(chē)卸液完成后儲罐增壓
以100 m3儲罐為例，充裝率按0.9計算，氣相空間為10 m3。LNG槽車(chē)卸液完成后，儲罐內將氣相空間壓力要由0.3MPa提升到0.6MPa，完成時(shí)間按30min計算。
查《液化天然氣技術(shù)》，甲烷在0.4MPa（絕壓）時(shí)，飽和氣體溫度為131.4K；在0.7MPa（絕壓）時(shí)，飽和氣體溫度為141.7K?！度細夤こ碳夹g(shù)手冊》中指出，在溫度較低，實(shí)際氣體的狀態(tài)方程在計算時(shí)需計入壓縮系數。查甲烷臨界溫度190.58K，臨界壓力4.544MPa。
在0.4MPa（絕壓）時(shí)，對比溫度Tr=131.4/190.58=0.69，對比壓力Pr=0.4/4.544=0.09,查表得壓縮系數Z1=0.89。
同理，在0.7MPa（絕壓）時(shí)Z2=0.84。
儲罐由0.3MPa增壓至0.6MPa時(shí)所需氣化量：Q1=0.7*10/141.7*293/0.101325*1/0.84-0.4*10/131.4*293/0.101325*1/0.89=71m3。
單位時(shí)間內氣化量為142m3。
3.2 LNG儲罐向管網(wǎng)供氣時(shí)儲罐增壓
氣化站向管網(wǎng)供氣，儲罐持續出液，LNG在管內流速不大于1m/s,以L(fǎng)NG儲罐出液管DN50（D57x3.5）為例。
儲罐出液流量：3.14/4*0.052*1*3600=7.07m3/h。
減少的液相空間需要0.6MPa飽和氣體填充，折算到標準狀態(tài)時(shí)：07*7.07/141.7*293/0.101325*1/0.84=120m3/h。
兩個(gè)計算結果取大值，自增壓氣化器的規格不小于142m3/h，考慮綜上到實(shí)際氣化效果，自增壓汽化器規格不小于200m3/h。
四、結論
1.自增壓氣化器的規格與LNG儲罐的工作壓力、所處環(huán)境等情況有關(guān)。LNG儲罐在正常工作狀態(tài)時(shí)和儲罐充裝完成后增壓狀態(tài)時(shí)所需的飽和氣量是不一樣的，應取兩者中的大值。
2.BOG、EAG氣化器規格型號可根據運行參數參照計算選型。
3.在0.6MPa工作壓力時(shí)，100 m3儲罐的自增壓氣化器規格不小于200 m3/h。