CN107092767B - 一种计算lng储罐内bog存量及产生量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种计算LNG储罐内BOG存量及产生量的方法，包括以下步骤，采样时间t时刻的站控数据：实时气相空间温度T _BOG、储罐压力P、储罐液位L，①根据储罐内天然气各组分体积组成，计算临界压力Pc、临界温度Tc；②计算对比压力Pr、对比温度Tr；③计算压缩因子Z；④计算BOG水容积；⑤计算标准状态下BOG实时体积V _BOG，进而求得LNG储罐内BOG存量V _N；⑥对时间t和VBOG进行线性拟合，计算BOG实时产生速率。对储罐内BOG的状态进行监测，计算BOG实时存量及产生速率，可以为生产运营提供数据，从而为降低运营成本及避免安全事故提供数据支持，提高了安全性能，降低了成本。

Description

一种计算LNG储罐内BOG存量及产生量的方法

技术领域

本发明涉及一种计算LNG储罐内BOG存量及产生量的方法。

背景技术

LNG(Liquefied Natural Gas)是一种在常温下经过预处理，脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162℃的以液态形式运输和储存的天然气。其主要成分为占摩尔体积70％-95％的甲烷，其余为乙烷、丙烷、丁烷和少量的氮、二氧化碳、硫化氢等。它是一种无色、无味、无毒的液体，其燃点较高(接近于600℃)，燃烧速度不快，无腐蚀性，比重小于水的1/2。

液化天然气(LNG)储罐是液化天然气运输和储存必不可少的储存装备。LNG储罐是在常压低温(-162℃)下对天然气进行储存，由于储存时的温度特别低，因而对储罐的保温性要求就特别高。当储罐进行储气运行时，无论保温层做的多好，都无法避免热量从外界传入罐内，这会导致储罐内气体温度升高，使储罐内气体压力增加。当压力超过安全值时会使安全排气阀打开排除气体，造成大量气体的浪费；如果罐内气体压力增长过快，还会造成非常重大的安全事故。因而对储罐内BOG的状态进行监测，计算BOG实时存量及产生速率，可以为生产运营提供数据，从而为降低运营成本及避免安全事故提供数据支持。

目前已建的LNG储罐监测系统加测数据大同小异，主要都是监测LNG液位、罐内温度和储罐压力这三个数据，缺少对BOG存量及产生速率计算和显示的模块。储罐内BOG温度在-162℃附近，在此低温状态下的天然气不能看做理想气体，难以换算成标准体积。以上两点因素造成了对LNG储罐BOG产生状态监控的困难。

正如前文所述，对LNG储罐内BOG产生量及产生速率的监测，关系到储罐的安全运营，关系到LNG场站运营的经济成本。但现有的储罐站控系统掣肘了对BOG的监测，本发明针对这一问题，研究了一种通过现有监测数据计算LNG储罐内BOG存量及产生速率的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种计算LNG储罐内BOG存量及产生量的方法，其具有操作简单、计算方便实时监测的特性。

本发明是这样实现的：一种计算LNG储罐内BOG存量及产生量的方法，其包括：

(a)、采样时间t时刻的站控数据：实时气相空间温度T_BOG、储罐压力P、储罐液位L，根据储罐内LNG各组分体积组成，计算临界压力P_c、临界温度T_c，天然气为混合气体，其P_c、T_c按公式(1)(2)计算：

P_c＝y₁P_c1+y₂P_c2+…+y_nP_cn (1)

T_c＝y₁T_c1+y₂T_c2+…+y_nT_cn (2)

式中：P_c1、P_c2、P_cn——储罐内各气体组分的临界压力，

T_c1、T_c2、T_cn——储罐内各气体组分的临界温度，

y₁、y₂、y_n——储罐内各气体组分的体积分数；

(b)、将P_c、T_c代入下式(3)和(4)，根据式(3)计算对比压力Pr，式(4)计算对比温度Tr，

(c)、根据P_r、T_r选取在P、T_BOG条件下BOG的压缩因子Z；

(d)、计算实时BOG水容积V_BOG，根据液位L与实时LNG体积V_LNG对应关系，然后根据式(5)：

V_BOG＝V_总-V_LNG (5)

计算得到实时BOG水容积V_BOG，式中V_总为储罐总容积；

(e)、根据式(6)将V_BOG转换为标准状态下体积，可得LNG储罐内BOG存量V_N，单位Nm³：

式中P₀、T₀分别为标准状态下的压力、温度。

进一步地，步骤(d)中，根据储罐厂家提供的换算表格，求得液位L与实时LNG体积V_LNG对应关系。

进一步地，步骤(c)中的压缩因子Z是根据压缩因子Z与对比压力P_r、对比温度T_r的关系查图获得。

一种计算LNG储罐内BOG存量计算储罐内BOG产生量的方法：

选取采样时刻前m个时间点的V_N数据，并且该采样时间段内，储罐无BOG排放、加液等操作，采用最小二乘法，对V_N(1～m),t(1～m)进行线性拟合如式(7)：

[a,b]＝linerfit(V_N,t) (7)

得到V_N随时间变化的线性关系如式(8)：

V_N＝a×t+b (8)

其中得到的a即为该时刻下BOG产生速率，单位Nm³/min。

进一步地，m为大于10的正整数，且m为10分钟内超过10的一个数据。

本发明通过上述手段对储罐内BOG的状态进行监测，计算BOG实时存量及产生速率，可以为生产运营提供数据，从而为降低运营成本及避免安全事故提供数据支持，提高了安全性能，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的流程图。

图2为本发明实施例中压缩因子Z与对比压力Pr、对比温度Tr的关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，本发明实施例提供一种计算LNG储罐内BOG存量及产生量的方法，其包括(a)、(b)、(c)、(d)、(e)五步，具体请参见如下描述。

(a)、采样时间t时刻的站控数据：实时气相空间温度T_BOG、储罐压力P、储罐液位L，根据储罐内LNG各组分体积组成，计算临界压力P_c(绝压)、临界温度T_c。天然气为混合气体，其P_c、T_c按公式(1)(2)计算：

P_c＝y₁P_c1+y₂P_c2+…+y_nP_cn (1)

T_c＝y₁T_c1+y₂T_c2+…+y_nT_cn (2)

式中：P_c1、P_c2、P_cn——储罐内各气体组分的临界压力，如CH₄、C₂H₆、N₂等，从表一可得；

T_c1、T_c2、T_cn——储罐内各气体组分的临界温度，如CH₄、C₂H₆、N₂等，从表一可得；

y₁、y₂、y_n——储罐内各气体组分的体积分数。

下表一为天然气常见组分及其临界性质

(b)、将P_c、T_c代入下式(3)和(4)，根据式(3)计算对比压力Pr，式(4)计算对比温度Tr。

(c)、请参照图2，根据P_r、T_r查图选取在P、T_BOG条件下BOG的压缩因子Z，压缩因子Z是根据压缩因子Z与对比压力P_r、对比温度T_r的关系获得。

(d)、计算实时BOG水容积V_BOG，根据液位L与实时LNG体积V_LNG对应关系，然后根据式(5)：

V_BOG＝V_总-V_LNG (5)

计算得到实时BOG水容积V_BOG，式中V_总为储罐总容积，根据储罐厂家提供的换算表格，求得液位L与实时LNG体积V_LNG对应关系。

(e)、根据式(6)将V_BOG转换为标准状态下体积，可得LNG储罐内BOG存量V_N，单位Nm³：

式中P₀、T₀分别为标准状态下的压力(绝压)、温度，通过以上五个步骤，可通过站控数据计算得出每个采样时刻对应的V_N。

据此进一步计算BOG的产生速率，方法如下：选取采样时刻前m个时间点的V_N数据，并且该采样时间段内，储罐无BOG排放、加液等操作，为了平衡数据的实时性及稳定性，过滤采样误差对数据的影响，m以10分钟时间段内超过10个数据为宜，即采样频率高于1次/分钟的10个以上数据，m为大于10的正整数，采用最小二乘法，对V_N(1～m),t(1～m)进行线性拟合如式(7)：

[a,b]＝linerfit(V_N,t) (7)

得到V_N随时间变化的线性关系如式(8)：

V_N＝a×t+b (8)

其中得到的a即为该时刻下BOG产生速率，单位Nm³/min。

以下以一个具体的例子做进一步的说明，以便于更清楚的理解本发明的思想。

以某场站一个60m³的储罐系统为例：

其总容积V_总＝60m³，厂家提供的该储罐液位与LNG体积对照关系如表二所示：

表二储罐液位与V_LNG对照表

储罐内天然气的组分及体积百分数如表三所示：

表三罐内天然气组分及体积分数

组分名称	CH<sub>4</sub>	C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>	C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>	N<sub>2</sub>	CO<sub>2</sub>
						体积分数y<sub>i</sub>	0.975	0.002	0.002	0.016	0.005

在2015-5-2 9：44：00这个时刻，其气相空间温度T_BOG为-135.23℃，压力P(储罐压力)为0.43Mpa(表压)，液位计示数L(储罐液位)为671.3mm。

根据以上数据，计算该时刻下BOG存量过程如下：

①计算临界压力P_c(绝压)、临界温度T_c，根据式(1)式(2)及表一、三计算得：

P_c＝0.975×4.64+0.002×4.88+0.002×4.40+0.016×3.39+0.005×7.39＝4.63Mpa

T_c＝0.975×191.05+0.002×305.45+0.002×368.85+0.016×126.20+0.005×304.20＝191.16K

②计算P_r、T_r，根据式(3)式(4)计算得：

2选择压缩因子Z，查图二，在P_r＝0.115、T_r＝0.706条件下Z＝0.86。

④计算BOG水容积V_BOG，根据表二，L＝671.3mm情况下V_LNG＝38.40m³，然后根据式(5)：

V_BOG＝V_总-V_LNG＝60-38.40＝21.60m³

得到该时刻下BOG水容积V_BOG＝21.60m³。

⑤计算BOG存量V_N，根据式(6)，将数据带入；

得此时刻2015-5-2 9：44：00下，该储罐内BOG存量为261.52Nm³。

⑥选取从2015-5-2 9：35：00到2015-5-2 9：44：00间以分钟为间隔十个点的站控数据，此时间段内无BOG排放和加液等操作，如表四：

表四2015-5-2 9：35：00到2015-5-2 9：44：00间的站控数据

对每一个数据点重复①至⑤过程计算相应的实时存量V_N得到表五：

表五罐内天然气实时存量

然后根据式(7)对表中数据进行线性拟合:

[a,b]＝linerfit(V_N,t)

得到：

a＝0.484Nm³/min

b＝256.40Nm³

即：

V_N＝0.484×t+256.40

即在2015-5-2 9：44：00这个时间点，BOG实时产生速率为0.484Nm³/min，罐内实时BOG存量为261.52Nm³。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种计算LNG储罐内BOG存量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)、采样时间t时刻的站控数据：实时气相空间温度T_BOG、储罐压力P、储罐液位L，根据储罐内LNG各组分体积组成，计算临界压力P_c、临界温度T_c，天然气为混合气体，其P_c、T_c按公式(1)(2)计算：

P_c＝y₁P_c1+y₂P_c2+…+y_nP_cn (1)

T_c＝y₁T_c1+y₂T_c2+…+y_nT_cn (2)

式中：P_c1、P_c2、P_cn——储罐内各气体组分的临界压力，

T_c1、T_c2、T_cn——储罐内各气体组分的临界温度，

y₁、y₂、y_n——储罐内各气体组分的体积分数；

(b)、将P_c、T_c代入下式(3)和(4)，根据式(3)计算对比压力Pr，式(4)计算对比温度Tr，

(c)、根据P_r、T_r选取在P、T_BOG条件下BOG的压缩因子Z；

(d)、计算实时BOG水容积V_BOG，根据液位L与实时LNG体积V_LNG对应关系，然后根据式(5)：

V_BOG＝V_总-V_LNG (5)

计算得到实时BOG水容积V_BOG，式中V_总为储罐总容积；

(e)、根据式(6)将V_BOG转换为标准状态下体积，可得LNG储罐内BOG存量V_N，单位Nm³：

式中P₀、T₀分别为标准状态下的压力、温度；

(f)选取采样时刻前m个时间点的V_N数据，并且该采样时间段内，储罐无BOG排放、加液等操作，采用最小二乘法，对V_N(1～m)，t(1～m)进行线性拟合如式(7)：

[a，b]＝linerfit(V_N，t) (7)

得到V_N随时间变化的线性关系如式(8)：

V_N＝a×t+b (8)

其中得到的a即为该时刻下BOG产生速率，单位Nm³/min。

2.如权利要求1所述的一种计算LNG储罐内BOG存量的方法，其特征在于：步骤(d)中，根据储罐厂家提供的换算表格，求得液位L与实时LNG体积V_LNG对应关系。

3.如权利要求1所述的一种计算LNG储罐内BOG存量的方法，其特征在于：步骤(c)中的压缩因子Z是根据压缩因子Z与对比压力P_r、对比温度T_r的关系查图获得。

4.如权利要求1所述的一种计算储罐内BOG产生量的方法，其特征在于：m为大于10的正整数，且m为10分钟内超过10的一个数据。

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