LNG儲(chǔ)罐自增壓氣化器的計(jì)算選型
LNG儲(chǔ)罐自增壓氣化器的計(jì)算選型
一、概述
隨著管道天然氣的覆蓋范圍和消費(fèi)群體不斷擴(kuò)大，用氣的不均勻性的矛盾也逐步顯現(xiàn)，比如居民和餐飲用氣的潮汐現(xiàn)象突出。此外，冬季的供氣矛盾近年來日益明顯。用氣的不均勻性矛盾考驗(yàn)著城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)的運(yùn)行水平和運(yùn)行保障能力?，F(xiàn)在，單純地依靠管網(wǎng)儲(chǔ)氣已經(jīng)滿足不了用氣調(diào)節(jié)需求，這就要求燃?xì)馄髽I(yè)具有一定程度的調(diào)峰儲(chǔ)備和應(yīng)急儲(chǔ)備。《城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾項(xiàng)l例》中也提出要健全燃?xì)鈶?yīng)急儲(chǔ)備制度，提高燃?xì)鈶?yīng)急保障能力。而城鎮(zhèn)燃?xì)舛鄬哟蝺?chǔ)備體系氣源以液化天然氣為主，常用儲(chǔ)備方式為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐。
LNG儲(chǔ)罐充液卸液主要依靠?jī)?chǔ)罐頂部氣相空間壓力和罐內(nèi)液體自重進(jìn)行，一般無機(jī)械外力作用。為維持罐內(nèi)氣液平衡，需要利用增壓氣化器生成足夠的滿足氣相空間壓力要求的氣體?？梢娫鰤簹饣鞯倪x型關(guān)乎儲(chǔ)罐的運(yùn)行和安全。
二、LNG儲(chǔ)罐自增壓氣化器的工作流程
2.1 理論分析
LNG儲(chǔ)罐正常工作時(shí)，LNG儲(chǔ)罐出液管穩(wěn)定出液，儲(chǔ)罐內(nèi)液面不斷下降，氣相空間容積不斷增大，為維持氣相空間穩(wěn)定的壓力，氣相空間內(nèi)需要不斷補(bǔ)充飽和氣體，補(bǔ)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(nèi)LNG液體靜壓。因?yàn)镻空>>P靜，可認(rèn)為P=P空。）在此過程中，氣相空間氣體對(duì)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(jì)液體輸送過程中的溫升，進(jìn)入氣化器的液體溫度可等同于儲(chǔ)罐內(nèi)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(chǔ)罐氣相空間，該氣體的焓記為i（壓力為P、溫度為T飽）。根據(jù)能量守恒定理，氣化器吸入的熱量應(yīng)滿足液體氣化和罐內(nèi)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(chǔ)罐自增壓流程
儲(chǔ)罐自增壓工藝部分涉及設(shè)備有增壓調(diào)節(jié)閥和自增壓氣化器。自增壓氣化器主要工作過程分為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐充液后的增壓和LNG儲(chǔ)罐正常工作持續(xù)出液時(shí)的增壓兩部分。增壓調(diào)節(jié)閥的壓力設(shè)置與LNG儲(chǔ)罐的工作壓力有關(guān)，假定儲(chǔ)罐正常工作壓力為0.6MPa。
LNG儲(chǔ)罐正常工作時(shí)，增壓調(diào)節(jié)閥的開啟壓力設(shè)為0.6MPa，當(dāng)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低于0.6MPa時(shí)，增壓調(diào)節(jié)閥開啟，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(diào)節(jié)閥后沿氣相管進(jìn)入儲(chǔ)罐氣相空間；當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力高出增壓調(diào)節(jié)閥開啟壓力10%~15%時(shí)，增壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，自增壓氣化器停止工作。
LNG儲(chǔ)罐充液時(shí)，為保證槽車卸液順利，需要對(duì)LNG槽車增壓、LNG儲(chǔ)罐降壓，LNG儲(chǔ)罐常降壓到0.3MPa左右，以讓槽車與儲(chǔ)罐之間維持0.2MPa以上的壓差。卸液完成后，LNG儲(chǔ)罐需利用自增壓氣化器將儲(chǔ)罐內(nèi)壓力由0.3MPa增加至0.6MPa。
三、選型計(jì)算
3.1 LNG槽車卸液完成后儲(chǔ)罐增壓
以100 m3儲(chǔ)罐為例，充裝率按0.9計(jì)算，氣相空間為10 m3。LNG槽車卸液完成后，儲(chǔ)罐內(nèi)將氣相空間壓力要由0.3MPa提升到0.6MPa，完成時(shí)間按30min計(jì)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。《燃?xì)夤こ碳夹g(shù)手冊(cè)》中指出，在溫度較低，實(shí)際氣體的狀態(tài)方程在計(jì)算時(shí)需計(jì)入壓縮系數(shù)。查甲烷臨界溫度190.58K，臨界壓力4.544MPa。
在0.4MPa（絕壓）時(shí)，對(duì)比溫度Tr=131.4/190.58=0.69，對(duì)比壓力Pr=0.4/4.544=0.09,查表得壓縮系數(shù)Z1=0.89。
同理，在0.7MPa（絕壓）時(shí)Z2=0.84。
儲(chǔ)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(nèi)氣化量為142m3。
3.2 LNG儲(chǔ)罐向管網(wǎng)供氣時(shí)儲(chǔ)罐增壓
氣化站向管網(wǎng)供氣，儲(chǔ)罐持續(xù)出液，LNG在管內(nèi)流速不大于1m/s,以LNG儲(chǔ)罐出液管DN50（D57x3.5）為例。
儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)：07*7.07/141.7*293/0.101325*1/0.84=120m3/h。
兩個(gè)計(jì)算結(jié)果取大值，自增壓氣化器的規(guī)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(guī)格不小于200m3/h。
四、結(jié)論
1.自增壓氣化器的規(guī)格與LNG儲(chǔ)罐的工作壓力、所處環(huán)境等情況有關(guān)。LNG儲(chǔ)罐在正常工作狀態(tài)時(shí)和儲(chǔ)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(yīng)取兩者中的大值。
2.BOG、EAG氣化器規(guī)格型號(hào)可根據(jù)運(yùn)行參數(shù)參照計(jì)算選型。
3.在0.6MPa工作壓力時(shí)，100 m3儲(chǔ)罐的自增壓氣化器規(guī)格不小于200 m3/h。
隨著管道天然氣的覆蓋范圍和消費(fèi)群體不斷擴(kuò)大，用氣的不均勻性的矛盾也逐步顯現(xiàn)，比如居民和餐飲用氣的潮汐現(xiàn)象突出。此外，冬季的供氣矛盾近年來日益明顯。用氣的不均勻性矛盾考驗(yàn)著城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)的運(yùn)行水平和運(yùn)行保障能力?，F(xiàn)在，單純地依靠管網(wǎng)儲(chǔ)氣已經(jīng)滿足不了用氣調(diào)節(jié)需求，這就要求燃?xì)馄髽I(yè)具有一定程度的調(diào)峰儲(chǔ)備和應(yīng)急儲(chǔ)備。《城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾項(xiàng)l例》中也提出要健全燃?xì)鈶?yīng)急儲(chǔ)備制度，提高燃?xì)鈶?yīng)急保障能力。而城鎮(zhèn)燃?xì)舛鄬哟蝺?chǔ)備體系氣源以液化天然氣為主，常用儲(chǔ)備方式為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐。
LNG儲(chǔ)罐充液卸液主要依靠?jī)?chǔ)罐頂部氣相空間壓力和罐內(nèi)液體自重進(jìn)行，一般無機(jī)械外力作用。為維持罐內(nèi)氣液平衡，需要利用增壓氣化器生成足夠的滿足氣相空間壓力要求的氣體?？梢娫鰤簹饣鞯倪x型關(guān)乎儲(chǔ)罐的運(yùn)行和安全。
二、LNG儲(chǔ)罐自增壓氣化器的工作流程
2.1 理論分析
LNG儲(chǔ)罐正常工作時(shí)，LNG儲(chǔ)罐出液管穩(wěn)定出液，儲(chǔ)罐內(nèi)液面不斷下降，氣相空間容積不斷增大，為維持氣相空間穩(wěn)定的壓力，氣相空間內(nèi)需要不斷補(bǔ)充飽和氣體，補(bǔ)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(nèi)LNG液體靜壓。因?yàn)镻空>>P靜，可認(rèn)為P=P空。）在此過程中，氣相空間氣體對(duì)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(jì)液體輸送過程中的溫升，進(jìn)入氣化器的液體溫度可等同于儲(chǔ)罐內(nèi)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(chǔ)罐氣相空間，該氣體的焓記為i（壓力為P、溫度為T飽）。根據(jù)能量守恒定理，氣化器吸入的熱量應(yīng)滿足液體氣化和罐內(nèi)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(chǔ)罐自增壓流程
儲(chǔ)罐自增壓工藝部分涉及設(shè)備有增壓調(diào)節(jié)閥和自增壓氣化器。自增壓氣化器主要工作過程分為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐充液后的增壓和LNG儲(chǔ)罐正常工作持續(xù)出液時(shí)的增壓兩部分。增壓調(diào)節(jié)閥的壓力設(shè)置與LNG儲(chǔ)罐的工作壓力有關(guān)，假定儲(chǔ)罐正常工作壓力為0.6MPa。
LNG儲(chǔ)罐正常工作時(shí)，增壓調(diào)節(jié)閥的開啟壓力設(shè)為0.6MPa，當(dāng)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低于0.6MPa時(shí)，增壓調(diào)節(jié)閥開啟，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(diào)節(jié)閥后沿氣相管進(jìn)入儲(chǔ)罐氣相空間；當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力高出增壓調(diào)節(jié)閥開啟壓力10%~15%時(shí)，增壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，自增壓氣化器停止工作。
LNG儲(chǔ)罐充液時(shí)，為保證槽車卸液順利，需要對(duì)LNG槽車增壓、LNG儲(chǔ)罐降壓，LNG儲(chǔ)罐常降壓到0.3MPa左右，以讓槽車與儲(chǔ)罐之間維持0.2MPa以上的壓差。卸液完成后，LNG儲(chǔ)罐需利用自增壓氣化器將儲(chǔ)罐內(nèi)壓力由0.3MPa增加至0.6MPa。
三、選型計(jì)算
3.1 LNG槽車卸液完成后儲(chǔ)罐增壓
以100 m3儲(chǔ)罐為例，充裝率按0.9計(jì)算，氣相空間為10 m3。LNG槽車卸液完成后，儲(chǔ)罐內(nèi)將氣相空間壓力要由0.3MPa提升到0.6MPa，完成時(shí)間按30min計(jì)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。《燃?xì)夤こ碳夹g(shù)手冊(cè)》中指出，在溫度較低，實(shí)際氣體的狀態(tài)方程在計(jì)算時(shí)需計(jì)入壓縮系數(shù)。查甲烷臨界溫度190.58K，臨界壓力4.544MPa。
在0.4MPa（絕壓）時(shí)，對(duì)比溫度Tr=131.4/190.58=0.69，對(duì)比壓力Pr=0.4/4.544=0.09,查表得壓縮系數(shù)Z1=0.89。
同理，在0.7MPa（絕壓）時(shí)Z2=0.84。
儲(chǔ)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(nèi)氣化量為142m3。
3.2 LNG儲(chǔ)罐向管網(wǎng)供氣時(shí)儲(chǔ)罐增壓
氣化站向管網(wǎng)供氣，儲(chǔ)罐持續(xù)出液，LNG在管內(nèi)流速不大于1m/s,以LNG儲(chǔ)罐出液管DN50（D57x3.5）為例。
儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)：07*7.07/141.7*293/0.101325*1/0.84=120m3/h。
兩個(gè)計(jì)算結(jié)果取大值，自增壓氣化器的規(guī)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(guī)格不小于200m3/h。
四、結(jié)論
1.自增壓氣化器的規(guī)格與LNG儲(chǔ)罐的工作壓力、所處環(huán)境等情況有關(guān)。LNG儲(chǔ)罐在正常工作狀態(tài)時(shí)和儲(chǔ)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(yīng)取兩者中的大值。
2.BOG、EAG氣化器規(guī)格型號(hào)可根據(jù)運(yùn)行參數(shù)參照計(jì)算選型。
3.在0.6MPa工作壓力時(shí)，100 m3儲(chǔ)罐的自增壓氣化器規(guī)格不小于200 m3/h。