淺析上海城市天然氣供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)急儲(chǔ)備措施站的設(shè)計(jì)改良

——上海LNG事故氣源備用站

 

上海天然氣管網(wǎng)公司(201204)  張  明

1上海五號溝LNG事故氣源備用站 (一期)概況

   

1999年4月東海天然氣早期開采供應(yīng)上海城市燃?xì)夤こ探ǔ赏哆\(yùn)，開始向上海浦東地區(qū)供應(yīng)天然氣．工程設(shè)計(jì)供氣能力120萬m3／d。根據(jù)上、下游供氣協(xié)議，因海上開采風(fēng)險(xiǎn)和臺(tái)風(fēng)等不可抗拒因素，上游一年內(nèi)可能有10天的****連續(xù)停供氣期。為此．在下游工程中建LNG事故氣源備用站(以下簡稱LNG站)，主要用于上游停產(chǎn)或長輸管線事故時(shí)

向輸配系統(tǒng)提供臨時(shí)應(yīng)急氣源，以保障輸配系統(tǒng)可靠、安全、連續(xù)地向用戶供氣。

    LNG站位于浦東新區(qū)東面的長江岸邊，九二墾區(qū)內(nèi)北端．總占地78 700m2，總投資約6．15億元，于1999年11月建成后開始調(diào)試，2000年4月10日正式投運(yùn)．并先后通過了液化能力、儲(chǔ)罐自然蒸發(fā)率、氣化能力等各項(xiàng)性能測試，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

1．1．1工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

    進(jìn)站、出站天然氣壓力：0．8MPa-1．5MPa

    液化能力：174m3LNG／d(相當(dāng)于10萬m。天然氣／d)

    氣化能力：120m3LNG／h(相當(dāng)于6．9萬m3天然氣／h)

    LNG儲(chǔ)罐容積：2萬m3LNG(相當(dāng)于1 200萬m。天然氣．其中可利用儲(chǔ)量約1 000萬m3)

    LNG儲(chǔ)罐自然蒸發(fā)率：每天0．08％

1．1．2工藝流程

    由天然氣高壓管網(wǎng)(O．8MPa至1．5MPa)輸送至LNG站的天然氣，經(jīng)過濾、計(jì)量、加壓后，進(jìn)行脫除酸性氣體和脫水凈化，再經(jīng)液化工段液化后，送至LNG儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)輸配系統(tǒng)需要LNG站供氣時(shí)儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG經(jīng)泵加壓送至氣化裝置，經(jīng)氣化、加臭、調(diào)壓、計(jì)量后送人天然氣高壓管網(wǎng)。LNG儲(chǔ)罐在儲(chǔ)存期間，產(chǎn)生的常量蒸發(fā)氣(BOG)，經(jīng)BOG處理工段經(jīng)壓縮機(jī)增壓后送入天然氣高壓管網(wǎng)。當(dāng)有超量BOG發(fā)生時(shí)，多余部分可送至火炬燃燒排放。此外，LNG站還配有燃料氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、火炬放散系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、柴油系統(tǒng)、除鹽水裝置及供配電系統(tǒng)等生產(chǎn)輔助公用設(shè)施。LNG站的運(yùn)行采用DCS集中控制系統(tǒng)。

基本工藝流程框圖如圖1。

 

 

1．1．3主要工藝選擇

1．1．3．1氣體預(yù)處理工藝

    天然氣在進(jìn)入液化工段前，必須先進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過濾、計(jì)量、加壓至液化工段所需壓力后，脫除原料天然氣中的C02、H2S及H20，避免在液化過程中產(chǎn)生水合物、冰和固態(tài)二氧化碳而使管道堵塞。氣體預(yù)處理包括3個(gè)工段：過濾計(jì)量和壓縮工段、脫酸性氣體工段、脫水工段。液化前天然氣預(yù)處理的要求：C02<50x10~；H2S<4×10_6；H20<lxl0~。

    （1）過濾計(jì)量和壓縮工段

    天然氣由高壓管網(wǎng)(0．8 MPa至1．5MPa)進(jìn)站后，進(jìn)入高效過濾器除去5斗m以上的固體雜質(zhì)和液滴(主要是水)，再由計(jì)量器計(jì)量后，除少部分供站內(nèi)作燃料外，其余絕大部分進(jìn)人壓縮機(jī)加壓至5MPa,然后送至凈化(脫醇、脫水)工段。

    (2)脫酸性氣體工段

    天然氣中的酸性氣體主要是指C02和H2S，根據(jù)東海平湖天然氣的氣質(zhì)情況(C02含量較高，幾乎不含H2S)，LNG站采用以MEA(單乙醇胺，R-NH2)為溶劑的化學(xué)吸收法脫除酸性氣體(以脫C02為主)。MEA的水溶液稱作胺液，胺液與酸性氣體反應(yīng)生成化合物，從而吸收酸性氣體。反應(yīng)后的胺液可再生，即當(dāng)溫度升高、壓力降低時(shí)．化合物將分解出酸

性氣體．使胺液可重復(fù)使用。

    由過濾計(jì)量和壓縮工段送來的天然氣經(jīng)過分離器，除去因第二級壓縮而析出的液滴．然后進(jìn)人吸收塔下部。吸收塔中，貧胺液(未吸收酸性氣體的胺液)從吸收塔上部噴淋而下．天然氣中的酸性氣體被貧胺液吸收。脫除酸性氣體后的天然氣從吸收塔頂部出來．在出口冷凝器中冷卻．然后由出口氣液分離器分離出從吸收塔帶來的胺液．含有飽和水蒸氣的天

然氣進(jìn)至脫水工段。

   （3）脫水工段

    選用分子篩為脫水劑．兩個(gè)分子篩氣體干燥器循環(huán)工作，一個(gè)脫水，另一個(gè)再生。

    脫酸性氣體后含有飽和水蒸氣的天然氣．被送至分子篩氣體干燥器，經(jīng)脫水后成為干氣(含水量≤1×10-6)，再經(jīng)過過濾后進(jìn)人液化工段。

1．1．3．2液化工藝

    LNG站采用的液化工藝一般有以下3種：單一流體膨脹制冷液化工藝、多種制冷劑級聯(lián)制冷液化工藝和混合制冷劑制冷液化工藝。其中單一流體膨脹制冷液化工藝有利用原料氣較高壓力的膨脹工藝和用N2高壓膨脹制冷循環(huán)工藝；多種制冷劑級聯(lián)制冷液化工藝以多種(通常為三種)制冷劑各為獨(dú)立制冷循環(huán)閉路。對原料天然氣依次進(jìn)行不同程度的遞次制冷而達(dá)到全部液化；混合制冷劑(MCR)制冷液化工藝則是利用多種成分(N：、C1、C2、C3、C4、C5等)混合物形成的閉路循環(huán)．通過單級或多級壓縮膨脹達(dá)到制冷目的。

    根據(jù)LNG站的各種工藝條件，在比較各方案的技術(shù)和投資情況，考慮本LNG站的運(yùn)行負(fù)荷特點(diǎn)．液化工段采用了法國燃?xì)夤�司的一種混合制冷劑(MCR)循環(huán)階式制冷工藝(C．I．I)。本站使用的MCR的組分有氮?dú)狻⒓淄椤⒁彝椤⒈�烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷，通過三級壓縮膨脹的閉路循環(huán)達(dá)到致冷目的，使原料天然氣液化。

    從脫水工段來的天然氣在冷箱上部進(jìn)入，在冷箱中被預(yù)冷后流人重?zé)N分離器．天然氣中的重?zé)N被凝析并分離，天然氣返入冷箱。在冷箱中天然氣被深冷直至液化，然后經(jīng)節(jié)流閥達(dá)到-161~C、0．1MPa后，送至LNG儲(chǔ)罐。

1．1．3．3儲(chǔ)存工藝

    經(jīng)液化工段的-162~CLNG進(jìn)人儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。LNG儲(chǔ)罐一般常見有3種類型，即雙金屬地面儲(chǔ)罐、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土外殼地面儲(chǔ)罐及地下儲(chǔ)罐。從安全性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性和成熟性等方面考慮．本站采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土外殼、自承式9％鎳鋼內(nèi)膽的全容式LNG低溫儲(chǔ)槽．公稱容積為20 000m3．****自然蒸發(fā)率0．08％，內(nèi)膽直徑為33．5m．高26m。所有進(jìn)入內(nèi)膽的管道均通過罐頂穿越。在底部和罐壁設(shè)有碳鋼板焊成的隔氣層。在外殼、內(nèi)膽之間的環(huán)型空間內(nèi)及儲(chǔ)罐頂部充滿彈性體墊襯和珍珠巖，底部采用泡沫玻璃，用以絕熱。

1．1．3．4氣化及加臭計(jì)量工藝

    需要時(shí)．儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG由罐內(nèi)的LNG泵送至氣化器．根據(jù)上海LNG站用于應(yīng)急氣源或調(diào)峰的功能特點(diǎn)和要求，選用啟動(dòng)靈活迅速的浸沒燃燒式氣

產(chǎn)物直接進(jìn)入水浴使水浴產(chǎn)生攪動(dòng)并被加熱。從LNG泵來的LNG進(jìn)至浸沒在水浴中的不銹鋼盤管，在盤管內(nèi)的LNG被水浴和煙氣加熱而升溫并氣化。氣化后的天然氣經(jīng)過加臭、計(jì)量后輸送至天然氣高壓暫剛。

1．1．3．5BOG處理土藝

    BOG是指LNG系統(tǒng)中由于LNG受熱而自然蒸發(fā)的低溫氣態(tài)天然氣(B0il Off Gas)，主要由LNG儲(chǔ)槽和管道等受熱產(chǎn)生的BOG及由LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG液下泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量而生成的BOG組成送至燃料氣系統(tǒng)或天然氣高壓管網(wǎng)。各路BOG送至BOG壓縮機(jī)吸入筒，經(jīng)BOG壓縮機(jī)增壓后，由空氣冷卻器冷卻。然后，在液化或氣化期間送至燃料氣系

統(tǒng)．在備用期間通過計(jì)量加臭送至天然氣高壓管網(wǎng)。當(dāng)BOG流量大于壓縮機(jī)工作能力時(shí)，多余氣體通過集氣管送至火炬燃燒。

1．2 LNG站使用情況

    2000年8月9日至8月16日、9月14日至9月19日、10月15日至10月26日期間，東氣上游由于設(shè)備檢修、海底管道損壞以及受臺(tái)風(fēng)影響等因素而引起的停供期共達(dá)26天，LNG站及時(shí)啟動(dòng)，氣化量共達(dá)750萬m3左右，保證了直供用戶的正常用氣。

    2001年4月4日至4月9日，東氣上游由于設(shè)備檢修停供，LNG站及時(shí)啟動(dòng)氣化裝保證正常供氣。

    2002年12月，根據(jù)調(diào)度命令，LNG站及時(shí)啟動(dòng)并根據(jù)需要調(diào)節(jié)氣化量，保證了高峰用氣需求。

    自投運(yùn)以來，LNG站已先后14次啟用氣化裝置．總氣化量超過2 300萬m3，在上游設(shè)備故障和檢修、海上平臺(tái)因臺(tái)風(fēng)影響而停供、輸氣管線發(fā)生故障以及用氣高峰時(shí)，都能及時(shí)向管網(wǎng)供氣，充分發(fā)揮了備用氣源的作用，體現(xiàn)了啟動(dòng)迅速、調(diào)節(jié)靈活的性．在保證向用戶不間斷供氣中起到了至關(guān)重要作用。

2上海天然氣快速發(fā)展對供應(yīng)應(yīng)急保障提出更高要求

   隨著2003年東海平湖天然氣一期工程的擴(kuò)產(chǎn)，日供氣量達(dá)到180萬m3／d，則現(xiàn)有5號溝LNG事故，氣源備用站的容量明顯不足，應(yīng)急保障天數(shù)僅為6天左右。因此東海平湖天然氣的供氣安全性和抗風(fēng)險(xiǎn)能力較差，急需提高。

    2004年1月”西氣東輸”工程東線的建成投產(chǎn)，“西氣東輸”天然氣開始供應(yīng)上海。2005年供氣量達(dá)12．7億m3，2006年預(yù)計(jì)年供氣量有望達(dá)到16億m3，至2006年6月高峰日供氣量達(dá)到674萬m3。今后幾年．“西氣東輸”天然氣供應(yīng)量還將逐年增加。對于“西氣東輸”天然氣，其管道全長約4 000km．根據(jù)”西氣東輸工程可行性研究報(bào)告

輸管線中斷輸氣的事故頻率為1．68次，a，每年持續(xù)68h．如果考慮洪水、山體山坡、地震等無法抗拒地重大災(zāi)難．其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)不止68小時(shí)。即使江蘇金壇地下儲(chǔ)氣庫建成，也很難在事故工況下完全滿足下游用戶安全用氣的要求。上海作為”西氣東輸”工程的末端用戶，其在供氣安全方面所承受的風(fēng)險(xiǎn)更大。根據(jù)規(guī)劃，上海LNG接收站規(guī)劃站址在洋山深

西門堂，該項(xiàng)目包括LNG船碼頭、LNG接收站及海底輸氣管道，一期設(shè)計(jì)規(guī)模300萬t/a，計(jì)劃將于2009年建成投產(chǎn)，二期設(shè)計(jì)規(guī)模600萬t/a，計(jì)劃將于2012年建成。遠(yuǎn)期天然氣供應(yīng)量將達(dá)到上漣氣量的60％以上，天然氣用戶對進(jìn)口LNG的依賴性將大大提高。一旦LNG海底輸氣管道、LNG接收站及其供氣上游或LNG船運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)出現(xiàn)故障引起停供，將會(huì)使得上海天然氣供應(yīng)處于癱瘓狀態(tài)。

    上海作為國際性大都市，保證城市天然氣供應(yīng)的安全可靠性尤為重要，必須考慮一定的天然氣應(yīng)急保障措施。

一般，天然氣供應(yīng)應(yīng)急保障可考慮多氣源供應(yīng)互補(bǔ)、地下儲(chǔ)氣庫、LNG儲(chǔ)存等措施。據(jù)有關(guān)方面調(diào)查，上海不具備建造地下儲(chǔ)氣庫的地質(zhì)構(gòu)造條件。而在上海LNG接收站建成前，由于“西氣東輸”供應(yīng)上海的天然氣量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過東海平湖天然氣的供應(yīng)量，西氣事故時(shí)，東氣將難以補(bǔ)充。因此．采用LNG儲(chǔ)存方式即建設(shè)LNG事故氣源備用站．對于上海來說是較為有效可行的應(yīng)急保障措施之一。

五號溝LNG站位于浦東新區(qū)東面的長江岸邊．具有上海不可多得的岸線資源條件．早在五號溝LNG事故氣源備用站建設(shè)的同時(shí)．在規(guī)劃選址工作的進(jìn)行中已經(jīng)研究考慮在九二墾區(qū)東側(cè)至規(guī)劃駁岸線預(yù)留小型LNG接收站的發(fā)展用地和岸線、碼頭。而隨著長江口疏浚工程的完成，長江口水深條件也可基本滿足建設(shè)小型碼頭，利用小型LNG船運(yùn)輸LNG。而且，擴(kuò)建現(xiàn)有的五號溝LNG站并建小型碼頭，可充分利用現(xiàn)有的儲(chǔ)存設(shè)施、氣化設(shè)施、BOG處理設(shè)施以及相應(yīng)的公用配套設(shè)施，可減少工程量、減

少投資、縮短建設(shè)周期。

    經(jīng)過反復(fù)論證和研究，五號溝LNG事故氣源備用站擴(kuò)建項(xiàng)目已正式啟動(dòng)。

3．1擴(kuò)建規(guī)模

    擴(kuò)建后儲(chǔ)存能力：12萬m，fLNG)，其中新增10萬m3(LNG)。

    擴(kuò)建后氣化能力：31萬m弧．其中新增24萬m3/h。

    LNG船專用碼頭：設(shè)計(jì)船型4萬m。小型LNG船，****卸載能力5 000m3/h (LNG)。

3．2基本功能

    擴(kuò)建項(xiàng)目的基本功能包括：(1)接收、操作和靠泊LNG船。(2)從LNG船卸液至LNG儲(chǔ)罐，將LNG存儲(chǔ)在LNG儲(chǔ)罐中。(3)在天然氣管網(wǎng)有需求時(shí)。將LNG從儲(chǔ)罐用泵送到氣化器中，以合適的壓力將天然氣輸送到天然氣外輸管線，并對送入外輸管線的天然氣進(jìn)行計(jì)量和加臭。（4）處理卸載過程中產(chǎn)生和操作過程中吸熱產(chǎn)生的BOG蒸發(fā)氣。（5）LNG槽車的裝載和卸載。

經(jīng)過比較，擴(kuò)建項(xiàng)目擬采用的儲(chǔ)存工藝、氣化工藝、BOG處理工藝均與現(xiàn)有LNG站相同。

3．3主要建設(shè)內(nèi)容

    新建LNG專用碼頭(設(shè)計(jì)船型4萬ms小型LNG運(yùn)輸船)：

    LNG卸液臂：

    LNG儲(chǔ)罐5萬m3x2座：

    浸沒燃燒式氣化器12萬m％×2臺(tái)：

    LNG儲(chǔ)罐泵2臺(tái)：

    BOG壓縮機(jī)2臺(tái)：

    加臭、計(jì)量設(shè)施：

    其他配套及公用工程。

    五號溝LNG事故氣源備用站擴(kuò)建項(xiàng)目計(jì)劃2008年建成，屆時(shí)LNG站的可利用儲(chǔ)量約為5 760萬m3。根據(jù)用氣預(yù)測，屆時(shí)在”西氣東輸”天然氣管道事故工況下，若不考慮天然氣發(fā)電以及50％的大工業(yè)用氣，應(yīng)急儲(chǔ)備天數(shù)可達(dá)到10天左右．

根據(jù)上海市天然氣發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)．上海市天然氣安全應(yīng)急儲(chǔ)備應(yīng)達(dá)到2010年應(yīng)急保障天數(shù)為15天，2020年應(yīng)急保障天數(shù)為30天的要求。因此．五號溝LNG事故氣源備用站擴(kuò)建項(xiàng)目的建設(shè)．尚不能完全滿足上海市天然氣應(yīng)急保障儲(chǔ)備的需要．必須加快第二個(gè)、第三個(gè)LNG應(yīng)急儲(chǔ)備站建設(shè)的規(guī)劃和前期研究工作。此外，為保證上海市天然氣的安全穩(wěn)定供應(yīng)，規(guī)劃可考慮以下應(yīng)急保障措施：結(jié)合進(jìn)口LNG接收站的建設(shè)，適當(dāng)考慮一定的應(yīng)急儲(chǔ)備量：加強(qiáng)需求側(cè)的管理，發(fā)展一定量的可中斷用戶：積極推進(jìn)長江三角洲主干管網(wǎng)連通。爭取長江三角洲輸氣管線及金壇等地下儲(chǔ)氣庫的儲(chǔ)氣能力：積極創(chuàng)造條件爭取引進(jìn)第四氣源，實(shí)現(xiàn)多氣源互補(bǔ)。