CN111174084A - 一种实现lng接收站同时装卸船的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种实现LNG接收站同时装卸船的方法和系统，包括：用于连接LNG装卸船管线的过泊管线，一套气动控制的开关阀，BOG压缩机，LNG储罐，火炬控制系统及相应的LNG压力控制系统。第一LNG运输船所卸的LNG一部分通过正常卸料管线卸往LNG储罐，一部分LNG经过泊管线，通过设置在装船管线上的调节阀控制流量卸往第二LNG运输船，同时船舱压力与LNG储罐压力匹配在一个定值，紧急工况下LNG储罐顶部的气相压力联锁关停过泊管线上的XV阀，恢复仅卸船过程；此外，一方面通过压力控制调节BOG压缩机的负荷，另一方面通过设置在火炬前PV控制阀将一定量的BOG泄放至火炬，使整个BOG系统的压力保持稳定。该控制系统主要通过压力传感器、变送器，以及PLC硬线实现整个控制系统的联锁。

Description

一种实现LNG接收站同时装卸船的方法和系统
技术领域
本发明涉及LNG接收站设置装、卸船码头，并可同时实现装卸船功能领域，具体涉及一种实现LNG接收站同时装卸船的方法和系统。
背景技术
作为清洁高效的能源，液化天然气(LNG)在民用及工业领域占有的份额逐年增加，特别是2017年冬季的“气荒”严重影响国内LNG的供求关系，而随着国家对短程LNG海上及沿江运输的开放，LNG转运市场将不仅局限于通过LNG槽车进行运输，利用小船进行LNG转运逐渐走入政府和企业的视野。
在LNG接收站领域，大部分接收站仅设置卸船码头，设有装船码头的LNG接收站很少，而目前设有装船码头的LNG接收站，其装船管线引自低压LNG总管，通过装船管线设置的流量控制回路实现稳定的装船功能。
上述系统在实际工程案例中普遍存在以下几个问题：
1、自低压LNG管线经装船管线实现装船功能，由于低压LNG管线依靠罐内泵提供动力，同时需要保证装车及BOG再冷凝器的正常运行，为了保证BOG再冷凝器的压力，罐内泵一般扬程较高，约为270m左右，低压LNG总管压力需保持在0.8MPag～1.0MPag左右，而装船压力仅需0.2MPag～0.3MPag，无效能耗较大。
2、小型LNG船仓储容积范围较大，从3000方到15万方船都有，计量效果难以精确。
3、BOG系统压力控制复杂，压力控制不稳，导致装卸船时间延长。
4、利用低压LNG总管进行装船，压力损失大，BOG产生量大，BOG系统压力控制不稳定。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种全新的装卸船系统，同时具备必要的紧急停车功能。
根据本发明的第一个实施方案，提供一种实现LNG接收站同时装卸船的系统，该系统包括：
计划卸载LNG的第一LNG运输船、计划装载LNG的第二LNG运输船、用于储存LNG的LNG储罐、用于调控系统BOG压力的BOG压缩机、用于放空BOG的火炬及暂存BOG的火炬分液罐；
其中，第一LNG运输船的卸船液相臂汇合成卸料总管连接至LNG储罐，LNG储罐内设置有装船泵，装船泵通过LNG装船管线连接到装船液相臂，装船液相臂进一步与第二LNG运输船连接，卸料总管与LNG装船管线之间通过过泊管线相互连接。
卸料总管上设有控制第一LNG运输船卸料总流量的第一流量计，过泊管线上设有用于切断LNG运往第二LNG运输船的切断阀和防止管道内LNG回流的止回阀，LNG装船管线上设有装船流量调节阀(可包括并联设置的用于控制装入小型LNG运输船流量的流量调节阀和用于控制装入大型LNG运输船的流量调节阀，即分程调节)，在LNG装船管线上设置第二流量计，与装船流量调节阀和第一流量计联合实现装船流量的控制；
LNG储罐设有储罐气相管道，第一LNG运输船的卸船气相臂与卸船气相管道连接，第二LNG运输船的装船气相臂与装船气相管道连接，储罐气相管道、卸船气相管道、装船气相管道均连接到BOG总管，BOG总管分出一个支管连接BOG压缩机，BOG总管还与火炬分液罐的进口连接，火炬分液罐的出口与火炬连接。
进一步地，LNG装船管线上可进一步设有装船泵出口调节切断阀。装船泵优选是LNG储罐内设有的仅用于装船的低扬程(例如为130-180m LNG，优选为160m LNG)泵。
进一步地，LNG储罐顶部设有用于监测整个系统内气相压力并与过泊管道上的切断阀联锁控制的气相压力计。
进一步地，在过泊管道上设置一与过泊管道并联的用于保证冷循环的截止阀。
进一步地，卸船气相管道上设有第一压力控制阀，装船气相管道上设有第二压力控制阀，火炬分液罐的BOG输入管道上设有第三压力控制阀，
LNG储罐顶部的气相压力计与第二压力控制阀、BOG压缩机及第三压力控制阀联锁控制。
进一步地，第一流量计、LNG储罐顶部的气相压力计与中控室(控制单元，计算单元，如计算机)连接。
卸料总管上可设有控制卸料到LNG储罐流量的第三流量调节阀。
传统的LNG接收站在卸船气相线、装船气相线及BOG压缩机入口均设有紧急关断阀，当整个BOG系统压力超过设定值时，中控室得到压力报警后，关闭正在运行系统的紧急关断阀，使其与BOG总管隔断。本发明在过泊管道上增设切断阀，使其与LNG储罐顶部的气相压力控制装置形成的压力联锁回路，专门用于在BOG系统超压时紧急关停过泊工况，使整个卸船过程恢复到仅卸船至LNG储罐的操作。
该系统适用于拟建或已建装船或加注码头的LNG接收站。
已建具备可装船功能的LNG接收站，主要依靠低压LNG总管进行装船，极大的浪费了高扬程(约270m LNG)的罐内泵效率，由于低压LNG总管压力高，船舱压力低，压力降低引起的BOG闪蒸气体量大，罐内泵提供无效扬程产生的功率又进一步会增大BOG的蒸发量，也造成了一定的能源浪费，在设备负荷核算上，需对压缩机负荷进行重新核算，否则在装卸船同时进行时，大量的BOG气体只能通过火炬燃烧掉，造成资源浪费。
BOG量的波动，从另一个角度也将影响整个BOG系统的压力稳定，压力的波动影响装卸船操作的稳定运行，进一步影响装卸船速度。
根据本发明的第二个实施方案，提供一种实现LNG接收站同时装卸船的控制方法，所述方法包括：
(1)第一LNG运输船到达卸船码头，第二LNG运输船(作为小型LNG运输船或大型LNG运输船)LNG到达装船码头后，卸船码头停靠的LNG运输船舱内的LNG由第一LNG运输船内的输送泵，通过卸船液相臂输送到卸料总管中，经由过泊管线送入LNG装船管线，装设在卸料总管的第一流量计通过LNG接收站工程师设定的流量，控制LNG装船管线上的流量调节阀开度，使进入第二LNG运输船的LNG流量稳定在设定值，其余的LNG输送至LNG储罐；
(2)LNG进入LNG装船码头的LNG装船船舱后置换出来的蒸发气(例如约35kPag)，经装船气相臂到达装船气相管道，经过设置在装船气相管线上的调压阀降压后输送至LNG接收站的BOG总管，以维持整个BOG系统的在正常压力范围(例如15-24kPag)内运行，设置在LNG储罐顶部的气相压力计，将检测到的压力信号转变为电信号经过硬线控制装船气相管道上的第二压力控制阀开度，当装船气相管道上的压力高于LNG储罐的气相压力时，关小第二压力控制阀开度，反之，开大第二压力控制阀开度，使装船气相管道设定压力保持与LNG储罐压力一致(例如15-24kPag)，第二LNG运输船船舱的压力和LNG储罐的压力略高于第一LNG运输船船舱的压力，以保证不加压而可以源源不断的使BOG气体返回到LNG卸船船舱，平衡LNG卸船的压力；
(3)设置在LNG储罐顶部的气相压力计将BOG系统压力信号转变为数字信号，传送至中控室逻辑单元，与预设的压力值进行比较，如果压力高于此压力值，将信号经硬线传输给BOG压缩机，直接调大BOG压缩机负的荷，反之，如果压力低于设定的压力值，降低BOG压缩机负荷，使BOG系统压力维持在一个稳定的范围，如果BOG系统的压力明显高于高压报警设定值，一方面通过第三压力控制阀将BOG气体放散至火炬燃烧，另一方面可经过中控室操作员的确认紧急关闭过泊管线的切断阀，停止装船操作，恢复传统LNG接收站的卸船工况；
(4)当无LNG卸船时，利用LNG储罐内设置的装船泵进行装船，引自装船泵的LNG输送至装船总管，进而输送到装船码头，依靠设置在装船码头的装船液相臂输送至LNG装船船舱，此时，打开设置在过泊管道上的止回阀，用于防止装船的LNG返回到卸料总管中，在LNG接收站正常运行，无卸船无装船操作时，整个过泊管线的保冷循环通过截止阀实现，降低了切断阀的使用频率，延长整个过泊管线及切断阀的使用寿命。
由于低压LNG管线的压力需要兼顾到再冷凝器的运行压力，压力较高，但船舱所需压力较低，压力降引起的BOG闪蒸量明显高，另一方面，过高的运行压力将引起无效的压力损失，增加整个LNG接收站的能耗。为此，在LNG储罐中设单独的装船泵，并设置区别于低压LNG系统的装船管线，装船泵扬程低为约130-180m LNG，优选为160m LNG，仅需兼顾充装各种LNG船的扬程，这将会明显降低此部分压力损耗，同时大大降低装船过程产生的BOG。设置在LNG储罐的单独低扬程(约160mLNG)的装船泵，单独的装船管线区别于低压LNG总管，用于无卸船仅装船工况。
在过泊管线上设置高压力联锁的气动切断阀及止回阀，装船功能还可通过卸船过泊进行装船工作，止回阀保证过泊管线上不出现倒流，截止阀保证保冷循环，降低整个装船系统及装置运行的能耗。切断阀的自动开关功能由LNG储罐顶部的气相压力控制装置控制，紧急工况下，如：BOG系统压力上升至26kPag，LNG储罐的压力报警并激活XV阀的联锁动作，经操作人员的确认后自动关闭XV阀，停止装船操作，恢复常规卸船操作，即由LNG卸船船舱到LNG储罐的路由，而不进行过泊过程。
卸船管线流量控制回路，通过设置在卸料总管上的第一流量控制装置，将流量信号转变为电信号通过硬线传输到运算器进行比较运算，通过信号传输至装船管线流量控制回路运算器上，经过执行器调节阀组开度，自动调节装船流量，剩余部分LNG直接卸往LNG储罐。
LNG储罐的压力控制回路，控制过程分阶段控制超压。设置在装船管线的压力控制回路可实现直接控制装船泵出口PV阀开度，稳定装船总管的压力。
为了适应不同容积范围的船型，装船流量调节阀为两个分程控制的调节阀，大阀用于充装大船，小阀用于充装小型LNG船，使装船的范围扩大。
本发明具有以下有益效果：
1.由于利用了较小扬程的LNG装船泵(例如为130-180m LNG，优选为160m LNG)，减少了BOG的产生量，降低装船过程的能耗。
2.由于在装船管线上设置了调节阀组，大阀适用于大船，小阀适用于小型LNG船，灵活多变，适用的船舱容积范围增大。
3.有效控制了整个系统的BOG系统压力稳定，降低了BOG系统闪蒸量。
4.在传统LNG接收站BOG系统压力控制的基础上，增加了压力控制切断阀管段的联锁回路，利用多种方式稳定BOG系统的压力。
附图说明
图1为本发明的一种实现LNG接收站同时装卸船的系统示意图。
图2为装卸船同时操作时的系统示意图。
图3为仅装船时的系统示意图。
附图标记：
第一LNG运输船1，第二LNG运输船2，LNG储罐3，BOG压缩机4，火炬5，火炬分液罐6，装船泵7，
卸船液相臂l1，卸料总管L1，LNG装船管线L2，过泊管线L3，装船液相臂l2，储罐气相管道L4,卸船气相臂l3，卸船气相管道L5，装船气相臂l4,装船气相管道L6，BOG总管L7，支管L8，
PV-01为卸船气相管道的第一压力控制阀，XV-01为过泊管线的切断阀，GB-01为小尺寸管线的截止阀，CH-01为过泊管线上的止回阀，PV-02为装船气相管道的第二压力控制阀，PV-03为火炬分液罐的BOG输入管道上的第三压力控制阀，FV-02为流量调节阀，FV-03为流量调节阀,FV-01为流量调节阀，HV-01为装船泵出口调节切断阀，第一流量计FIC-01，第二流量计FIC-02，气相压力计PIC-01。
具体实施方式
下面，将结合附图1、2、3和实施例对本发明进行进一步详细的说明。
如图1-3所示，本发明的一种实现LNG接收站同时装卸船的系统，该系统包括：计划卸载LNG的第一LNG运输船1、计划装载LNG的第二LNG运输船2、用于储存LNG的LNG储罐3、用于调控系统BOG压力的BOG压缩机4、用于放空BOG的火炬5及暂存BOG的火炬分液罐6；
其中，第一LNG运输船1的卸船液相臂l1汇合成卸料总管L1连接至LNG储罐3，LNG储罐3内设置有装船泵7，装船泵7通过LNG装船管线L2连接到装船液相臂12，装船液相臂l2进一步与第二LNG运输船2连接，卸料总管L1与LNG装船管线L2之间通过过泊管线L3相互连接，
卸料总管L1上设有控制第一LNG运输船卸料总流量的第一流量计FIC-01，过泊管线L3上设有用于切断LNG运往第二LNG运输船的切断阀XV-01和防止管道内LNG回流的止回阀CH-01，LNG装船管线L2上设有装船流量调节阀(可包括并联设置的用于控制装入小型第二LNG运输船流量的流量调节阀FV-02和用于控制装入大型第二LNG运输船的流量调节阀FV-03)，在LNG装船管线L2上设置第二流量计FIC-02，其与装船流量调节阀(FV-02，FV-03)和第一流量计FIC-01联锁控制；
LNG储罐3设有储罐气相管道L4，第一LNG运输船的卸船气相臂l3与卸船气相管道L5连接，第二LNG运输船的装船气相臂l4与装船气相管道L6连接，储罐气相管道L4、卸船气相管道L5、装船气相管道L6均连接到BOG总管L7，BOG总管L7分出一个支管L8连接BOG压缩机4，BOG总管L7还与火炬分液罐6的进口连接，火炬分液罐6的出口与火炬5连接。
在一个实施方案中，LNG装船管线上可进一步设有装船泵出口调节切断阀HV-01。装船泵7优选是LNG储罐3内设有的仅用于装船的低扬程(例如为130-180m LNG，优选为160mLNG)泵。
在另一个实施方案中，LNG储罐顶部设有用于监测整个系统内气相压力并与过泊管道上的切断阀XV-01联锁控制的气相压力计PIC-01。
在一个实施方案中，在过泊管道上设置一与过泊管道并联的用于保证冷循环的截止阀GB-01。
在又一个实施方案中，卸船气相管道上设有第一压力控制阀PV-01，装船气相管道上设有第二压力控制阀PV-02，火炬分液罐的BOG输入管道上设有第三压力控制阀PV-03，
LNG储罐顶部的气相压力计PIC-01与第二压力控制阀PV-02、BOG压缩机及第三压力控制阀PV-03联锁控制。
第一流量计FIC-01、LNG储罐顶部的气相压力计PIC-01与中控室(控制单元，如计算机)连接。
卸料总管L1上可设有控制卸料到LNG储罐流量的第三流量调节阀FV-01。
卸料总管上可设有孔板流量计(未示出)。
实施例
(1)一艘LNG运输船(作为第一LNG运输船，27万m3LNG)到达卸船码头，第二LNG运输船(4万m3)到达装船码头后，通过设置在卸料总管上的孔板流量计，检测卸船总流量(12000m3)，LNG接收站操作工根据预先与LNG装船方签订的协议，设定返装船流量(3200m3)，通过第一LNG运输内的输送泵，由卸船液相臂输送到卸料总管中，经由过泊管线送入LNG装船管线，装设在卸料总管的第一流量计FIC-01通过LNG接收站工程师设定的流量，控制LNG装船管线上的流量调节阀FV-02开度，使进入第二LNG运输船的LNG流量稳定在设定值(3200m3)，其余的LNG输送至LNG储罐；
(2)LNG进入LNG装船码头的第二LNG运输船船舱后置换出来的蒸发气(35kPag)，经装船气相管道及调压阀后输送至LNG接收站的BOG总管，以维持整个BOG系统的在正常压力范围(15-24kPag)内运行，设置在LNG储罐顶部的第一流量计FIC-01，将检测到的压力信号转变为电信号经过硬线控制装船气相管道上的第二压力控制阀PV-02开度，当装船气相管道上的压力高于LNG储罐的气相压力时，关小PV-02阀门开度，反之，开大PV-02阀门开度，使装船气相管道设定压力保持与LNG储罐压力一致(15-24kPagkPag)，第二LNG运输船船舱的压力和LNG储罐的压力略高于第一LNG运输船船舱的压力，以保证不加压而可以源源不断的使BOG气体返回到LNG卸船船舱，平衡LNG卸船的压力；
(3)设置在LNG储罐顶部的气相压力计将BOG系统压力信号转变为数字信号，传送至中控室逻辑单元，与预设的压力值进行比较，如果压力高于此压力值，将信号经硬线传输给BOG压缩机，直接调大BOG压缩机负的荷，反之，如果压力低于设定的压力值，降低BOG压缩机负荷，使BOG系统压力维持在一个稳定的范围，如果BOG系统的压力明显高于高压报警设定值，一方面通过第三压力控制阀PV-03将BOG气体放散至火炬燃烧，另一方面可经过中控室操作员的确认紧急关闭过泊管线的切断阀，停止装船操作，恢复传统LNG接收站的卸船工况；
(4)当无第二LNG运输船时，利用LNG储罐内设置的装船泵(扬程为160m LNG)进行装船，引自装船泵的LNG输送至装船总管，进而输送到装船码头，依靠设置在装船码头的装船液相臂输送至LNG装船船舱，此时，打开设置在过泊管道上的止回阀CH-01，用于防止装船的LNG返回到卸料总管中，在LNG接收站正常运行，无卸船无装船操作时，整个过泊管线的保冷循环通过截止阀GB-01实现，降低了切断阀的使用频率，延长整个过泊管线及切断阀的使用寿命。
与常规的LNG储罐气相压力控制BOG压缩机负荷一致，通过LNG储罐的压力控制压缩机负荷维持BOG系统的压力稳定，除此之外，当BOG系统的压力进一步升高，不仅可通过开启第三压力控制阀(火炬放散阀)PV-03，也可以利用本发明所述的压力联锁关闭过泊管线的XV-01阀实现，使整个系统恢复传统LNG接收站卸船至LNG储罐的操作，减少BOG系统的不稳定造成的影响。
上述系统的优点包括：
(1)极大的降低LNG接收站的能耗，使装卸船过程中产生BOG量减少，避免了不必要的经济损失。
(2)装船操作更加灵活，可以采用装卸船同时操作，同时也可以利用低扬程的装船泵进行装船。
(3)增大装船过程的稳定性，通过逐级的压力控制，确保整个BOG系统的压力维持在一个稳定的压力范围内，保证整个装船过程稳定的运行。
(4)提高装船过程的安全性，当发生不利于装卸船同时操作的工况时，可通过自动控制系统直接关停某一系统的操作，恢复到更为安全的操作过程。
(5)增强装船功能船型的适应性，不仅仅能兼顾小船装船流量要求，装大船时可利用装船泵对流量进行补充，满足装大船的功能需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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 (9)

1.一种实现LNG接收站同时装卸船的系统，其包括：
计划卸载LNG的第一LNG运输船、计划装载LNG的第二LNG运输船、用于储存LNG的LNG储罐、用于调控系统BOG压力的BOG压缩机、用于放空BOG的火炬及暂存BOG的火炬分液罐；
其中，第一LNG运输船的卸船液相臂汇合成卸料总管连接至LNG储罐，LNG储罐内设置有装船泵，装船泵通过LNG装船管线连接到装船液相臂，装船液相臂进一步与第二LNG运输船连接，卸料总管与LNG装船管线之间通过过泊管线相互连接，
卸料总管上设有控制第一LNG运输船卸料总流量的第一流量计，过泊管线上设有用于切断LNG运往第二LNG运输船的切断阀和防止管道内LNG回流的止回阀，LNG装船管线上设有装船流量调节阀(可包括并联设置的用于控制装入小型LNG运输船流量的流量调节阀和用于控制装入大型LNG运输船的流量调节阀，即分程调节)，在LNG装船管线上设置第二流量计，与装船流量调节阀和第一流量计联合实现装船流量的控制；
LNG储罐设有储罐气相管道，第一LNG运输船的卸船气相臂与卸船气相管道连接，第二LNG运输船的装船气相臂与装船气相管道连接，储罐气相管道、卸船气相管道、装船气相管道均连接到BOG总管，BOG总管分出一个支管连接BOG压缩机，BOG总管还与火炬分液罐的进口连接，火炬分液罐的出口与火炬连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，LNG装船管线上进一步设有装船泵出口调节切断阀。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，LNG储罐顶部设有用于监测整个系统内气相压力并与过泊管道上的切断阀联锁的气相压力计。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，在过泊管道上设置一与过泊管道并联的用于保证冷循环的截止阀。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，卸船气相管道上设有第一压力控制阀，装船气相管道上设有第二压力控制阀，火炬分液罐的BOG输入管道上设有第三压力控制阀，
LNG储罐顶部的气相压力计与第二压力控制阀、BOG压缩机及第三压力控制阀联锁控制。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，第一流量计、LNG储罐顶部的气相压力计与中控室(控制单元，计算单元，如计算机)连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，卸料总管上设有控制卸料到LNG储罐流量的第三流量调节阀。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，装船泵的扬程为130-180mLNG。
9.一种采用权利要求1-8的任一项所述的系统实现LNG接收站同时装卸船的方法，该方法包括：
(1)第一LNG运输船船舱内的LNG由LNG卸船内的输送泵，通过卸船液相臂输送到卸料总管中，经由过泊管线送入LNG装船管线，装设在卸料总管的第一流量计控制装船总线上的流量调节阀开度，使进入第二LNG运输船的LNG流量稳定在设定值，其余的LNG输送至LNG储罐；
(2)LNG进入的第二LNG运输船船舱后置换出来的蒸发气(例如35kPag)，经装船气相臂到达装船气相管道，经过设置在装船气相管线上的调压阀降压后输送至LNG接收站的BOG总管，以维持整个BOG系统的在正常压力范围(例如15-24kPag)内运行，LNG储罐顶部的气相压力计控制装船气相管道上的第二压力控制阀开度，当装船气相管道上的压力高于LNG储罐的气相压力时，关小第二压力控制阀开度，反之，开大第二压力控制阀开度，使装船气相管道设定压力保持与LNG储罐压力一致(例如压力值为15-24kPag)；
(3)设置在LNG储罐顶部的气相压力计将BOG系统压力信号转变为数字信号，传送至中控室逻辑单元，与预设的压力值进行比较，如果压力高于预设压力值，直接调大BOG压缩机负荷，反之，降低BOG压缩机负荷，如果BOG系统的压力明显高于高压报警设定值，一方面通过第三压力控制阀将BOG气体放散至火炬燃烧，另一方面关闭过泊管线的切断阀，停止装船操作，恢复传统LNG接收站的卸船工况；
(4)当无LNG卸船时，利用装船泵进行装船，引自装船泵的LNG输送至装船总管，经装船液相臂输送至LNG装船船舱，此时，打开过泊管线上的止回阀。
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