CN214744950U - 长距离lng卸料管线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种长距离LNG卸料管线系统，包括LNG卸料系统、LNG二次增压系统、LNG储存系统、LNG气化系统和液氮循环系统。与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：一、LNG卸料管保冷系统效果好，单位长度管路热损失少，阻力损失低；二、增设LNG缓冲罐和二次增压系统输送过程中提高LNG输送扬程，使得LNG卸料系统输送距离更远；三、与填海造陆来满足LNG接卸的技术方案相比，本实用新型投资成本更低，更环保。

Description

长距离LNG卸料管线系统

技术领域

本实用新型涉及一种长距离LNG卸料管线系统。

背景技术

目前，全球大型LNG接收站需要兼容26.6万m³LNG船舶，因此考虑卸载时间限制(参考中国石油LNG长贸协议中规定，LNG运输船在港口停泊时间不超过36小时，卸船前后的操作时间合计约11小时，则卸船时间大约为25小时，目前最大LNG运输船为26.7万方船型，需要最小卸船速率约为10400m³/h)，在流量为12000m³/h的工况下，采用DN1000-DN1200的卸船总管通常可以输送的最远距离约为3km左右(LNG码头至LNG接收站储罐的距离)。若拟建的LNG码头距离陆上LNG储罐超过3km，在LNG卸船过程中，将因为LNG温升和沿程阻力降增大致使卸船压力不足，导致无法按时完成LNG卸船任务。

同时随着中国围填海管控措施逐步落实，通过填海造陆的LNG接收站建设方案将逐渐成为历史，同时优质的深水港资源越发稀缺，为满足LNG接收站码头LNG大容量船舶停泊所需的水深要求(26.7万方LNG船的满载吃水深度为13.6m，停泊所需的水深为15.6m)，未来LNG接收站选址方案将会普遍面临长距离LNG卸船至LNG接收站的难题，为LNG接收站选址及建设带来诸多挑战。故开展“长距离LNG输送系统”的研究，提出合理的、经济性良好、可实施的设计方案，具有十分重要的现实意义。

发明内容

为了克服现有LNG卸料管输送系统的服务距离短的缺点，解决长距离LNG码头的站址选址存在困难的问题，本实用新型提供了一种长距离LNG卸料管线系统，结合了国内外LNG卸料管线的现有制造水平，同时LNG卸料管阻力损失、LNG缓冲罐、二次增压、LNG卸料管保冷技术进行了改进及创新，本实用新型的工程应用，将突破LNG接收站选址受限于远距离LNG码头条件的限制，相较于传统围填海造陆方案，长距离LNG卸料管线系统具有投资省、技术成熟可靠环保、可实现工程化应用的优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种长距离LNG卸料管线系统，包括LNG卸料系统、LNG二次增压系统、LNG储存系统、LNG气化系统和液氮循环系统，所述LNG卸料系统包括LNG卸船臂和LNG卸料管；所述LNG二次增压系统包括LNG缓冲罐和LNG二次增压泵；所述LNG储存系统包括LNG储罐；所述LNG气化系统包括LNG海水汽化器、LNG/氮气换热器、LNG/海水换热器；所述液氮循环系统包括氮膨胀制冷循环系统、液氮储罐、氮气空温加热器、氮气压缩机吸入罐、氮气压缩机；其中：

LNG卸船臂、LNG卸料管、LNG缓冲罐、二次增压泵、LNG储罐、再冷凝器、LNG高压输出泵、LNG海水汽化器依次连接，LNG高压输出泵、LNG/氮气换热器、低温天然气/海水换热器依次连接；

氮气压缩机、LNG/氮气换热器、氮膨胀制冷循环系统、液氮储罐依次连接，液氮储罐的液相出口经液氮管道连接至LNG卸料管和LNG缓冲罐，液氮储罐的气相出口与经过LNG卸料管和LNG缓冲罐的液氮管道汇并后依次与氮气空温加热器、氮气压缩机吸入罐和氮气压缩机连接。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：

一、LNG卸料管保冷系统效果好，单位长度管路热损失少，阻力损失低。

对LNG管道输送系统而言，影响LNG卸料管道输送长度的主要因素为管路压降和保冷效果，在LNG卸料管保冷效果良好的情况下，管路阻力损失越小，LNG卸料管的输送距离越远。本实用新型采用的保冷方案为卸船管线采用液氮伴冷，液氮来源为LNG接收站内的小型液氮装置，该系统由LNG/氮气换热器和氮膨胀制冷循环系统提供冷量将氮气液化成液氮产品。液氮通过缠绕在LNG卸料管外壁的DN80液氮管道，为LNG卸料管提供充足的冷量隔绝，使得LNG卸料管内的LNG温度不受环境温度温升，以避免管道阻力上升。

二、增设LNG缓冲罐和二次增压系统输送过程中提高LNG输送扬程，使得LNG卸料系统输送距离更远。

通常，20万方LNG储罐的高度为60m，LNG栈桥的高度为20m，即高差为40m，转化为LNG的扬程为177KPa，将LNG缓冲罐设置于邻近LNG栈桥处的陆上，在传统LNG卸料管系统的基础上，增设LNG缓冲罐和二次增压泵，可以将LNG从栈桥与LNG储罐顶部的扬程高差转化为水平输送距离，进一步提高了LNG卸料管输送距离。

同时我们设置的LNG缓冲罐具备液氮伴冷保温功能，可以进一步降低二级增压泵入口气蚀的可能性。

三、与填海造陆来满足LNG接卸的技术方案相比，本实用新型投资成本更低，更环保。

目前，针对国内外针对长距离LNG码头的接收站选址，通常采用填海造陆的建设方案，将LNG接收站建设在人工岛上，以缩短LNG卸料管长度，随着围填海管控措施逐步落实，该建设方案将受到限制。同时，填海造陆方案的建设成本相比于长距离LNG卸料管道系统方案显著增加。故针对长距离LNG接卸的接收站，本实用新型的应用将显著降低“带远距离LNG码头的LNG接收站”的投资成本，提高经济效益。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是长距离LGN卸料管系统构成示意图；

图2为液氮管线伴冷示意图；

图3为LNG缓冲罐伴冷示意图。

图中附图标记包括：LNG卸船臂1、带伴冷的LNG卸料管2、LNG缓冲罐3、二次增压泵4、LNG储罐5、BOG压缩机6、BOG高压压缩机7、再冷凝器8、LNG高压输出泵9、LNG海水汽化器10、LNG/氮气换热器11、低温天然气/海水换热器12、氮膨胀制冷循环系统13、液氮储罐14、氮气空温加热器15、氮气压缩机吸入罐16、氮气压缩机17、BOG卸船鼓风机18、BOG卸船臂19。

具体实施方式

一种长距离LNG卸料管线系统，如图1所示，包括：LNG卸料管2、LNG缓冲罐3、二次增压泵4、LNG/氮气换热器11、氮膨胀制冷循环系统13、液氮储罐14、氮气空温加热器15、氮气压缩机吸入罐16和氮气压缩机17等，其中：

LNG卸船臂1、LNG卸料管2、LNG缓冲罐3、二次增压泵4、LNG储罐5、再冷凝器8、LNG高压输出泵9、LNG海水汽化器10依次连接，LNG高压输出泵9、LNG/氮气换热器11、低温天然气/海水换热器12依次连接；海水供应分别接入LNG海水汽化器10和低温天然气/海水换热器12后再外排；

LNG储罐5、BOG压缩机6、再冷凝器8依次连接；

所述BOG压缩机6与BOG高压压缩机7连接；

LNG储罐5、BOG卸船鼓风机18、BOG卸船臂19依次连接；

BOG高压压缩机7出口的高温天然气、LNG海水汽化器10出口的高温天然气、低温天然气/海水换热器12出口的高温天然气统一作为天然气外销。

氮气压缩机17、LNG/氮气换热器11、氮膨胀制冷循环系统13、液氮储罐14依次连接；液氮储罐14液相出口的低温液氮为LNG卸料管2和LNG缓冲罐3进行保冷后变成低温氮气，与液氮储罐14气相出口的低温氮气汇合后依次经过氮气空温加热器15和氮气压缩机吸入罐16，然后进入氮气压缩机17中；氮气压缩机17出口的高压常温氮气经过LNG/氮气换热器11换热后成为高压低温氮气，再经氮膨胀制冷循环系统13后成为高压液氮。

以下将本实用新型分成六大系统进行详细描述：

一、LNG卸料系统

LNG卸料系统包括LNG卸船臂1和LNG卸料管2，用于LNG卸料。

本实用新型将目前传统LNG卸料系统的LNG卸料管2尺寸从40"提高至42"，卸船臂1的尺寸从16"提高至20"。LNG卸料管尺寸及卸船臂的尺寸增大，在相同的LNG输送量条件下，LNG流速及单位管路损失降低。

所述LNG卸料管2的结构如图2所示，在LNG卸料管外壁采用保冷材料层21外保冷，保冷材料21为聚异氰脲酸酯(PIR)，保冷材料的性能满足SY/T7350-2016《低温管道与设备防腐保冷技术规范》的技术规定。在保冷材料层21内设置DN80液氮伴冷管22，内管为LNG卸船总管23，与LNG卸船臂1连接。

LNG卸料管系统工艺流程如下：LNG通过卸船泵增压至LNG过滤器，再经LNG卸船臂1后进入LNG卸船总管。为维持LNG船舱中的BOG气压力，陆上LNG储罐5的BOG气经过BOG鼓风机18经BOG管道输送至BOG卸船臂19，进入LNG船舱。

二、LNG二次增压系统

LNG二次增压系统包括LNG缓冲罐3和LNG二次增压泵4，可有效增加LNG卸料管2的输送距离。

传统的LNG卸料管经过栈桥直接输送至接收站LNG储罐，LNG储罐顶部进料管口与LNG卸船臂高压约40m，LNG需要克服40m的位高阻力损失，折算为LNG的扬程为228m，本实用新型在陆域设置1台卧式LNG缓冲罐3和LNG二次增压泵4(罐外安装)，卧式缓冲罐设置在低位，即可节省228m LNG装船泵的扬程，从而实现LNG卸料管更远距离的输送。

所述LNG缓冲罐3为低温LNG卧式罐，该低温LNG卧式罐为双层罐，该罐设置于与栈桥相接的陆域。所述LNG缓冲罐3的具体结构如图3所示，包括：内罐31、外罐32、液氮层33和保冷层34，其中：内罐31储存LNG，外罐32与内罐31的夹层装满液氮形成液氮层33，用于对内罐31中储存的LNG进行保冷。在外罐32外壁设置保冷层34。所述LNG缓冲罐3为双金属壁储罐，内外壁之间充满液氮对内罐的LNG提供冷量，降低内罐LNG的挥发损失，LNG缓冲罐3的外罐壁采用保冷材料外保冷，保冷材料材质为聚异氰脲酸酯(PIR)。

三、LNG储存系统

LNG储存系统包括LNG储罐5，LNG储罐5为预应力混凝土罐，为16万m³或20万m³的容积，设置于LNG接收站内。

四、LNG气化系统

LNG气化系统包括LNG海水汽化器10、LNG/氮气换热器11、LNG/海水换热器12。

LNG海水汽化器10为海水开架式气化器(ORV)，LNG在ORV中与海水进行换热气化后外输。

在制取液氮的系统中，LNG/氮气换热器11为管壳式汽化器，将氮气预冷至-150℃后，LNG再经过LNG/海水换热器12气化后外输。

五、液氮循环系统

液氮循环系统包括氮膨胀制冷循环系统13、液氮储罐14、氮气空温加热器15、氮气压缩机吸入罐16、氮气压缩机17，用于为LNG卸料管2、LNG缓冲罐3提供冷量，避免LNG挥发损失。

本实用新型采用LNG接收站自产液氮为LNG卸船总管和LNG缓冲罐提供保冷介质。氮气经氮气压缩机17增压至3MPa.g，经LNG/氮气换热器11换热至-150℃，再经液氮膨胀制冷系统13，将液氮制冷至-182℃，经J-T降压至0.4MPa.g，储存于液氮储罐14中，再经液氮管道输送至LNG卸料总管2和LNG缓冲罐3进行保冷。LNG卸料管道为42"无缝不锈钢管，通过在卸料管上缠绕3-4根3"液氮管道释放冷量，在卸船时维持LNG卸料管在-163℃下操作，可实现LNG管内介质在过冷状态下输送。LNG缓冲罐为双层罐，内罐储存LNG，外罐与内罐的夹层通过充满液氮进行保冷。

六、BOG回收系统

LNG储罐5在环境吸入过程中，部分LNG挥发成BOG气，经BOG压缩机6增压至0.7-1.0MPa.g进入再冷凝器8再冷凝成LNG，在LNG海水汽化器10停工状态时，BOG经BOG高压压缩机7增压外输至下游管网。

在LNG卸船时，LNG卸船泵的抽吸会形成船舱低压，需要采用BOG卸船鼓风机18将接收站内BOG增压后经BOG卸船臂19输送至LNG船以平衡船舱压力。

本实用新型的工作原理是：

根据管路阻力损失计算的公式，通过增大LNG卸料管2的口径或降低卸料流速以降低单位长度管路的阻力损失；采用液氮管道对LNG卸料管进行保冷，以确保LNG卸料管内LNG流体处于过冷状态，以增大输送距离；通过增加LNG缓冲罐3和LNG二次增压泵4，可实现比传统LNG卸料管输送更远的距离。具体如下：

卸船系统LNG运输船到达卸船码头泊位后，LNG由运输船上的卸料泵，经过LNG卸船臂1，进入长距离LNG卸料管线系统输送到LNG储罐中。先后通过LNG缓冲罐3、二次增压泵4，进入LNG储罐5。

为平衡船舱压力，陆上LNG储罐5内的部分BOG气通过卸船鼓风机18增压送入卸船气相返回管线，再经气相返回臂19返回LNG船舱中。

为了减少LNG进入陆上LNG储罐时的闪蒸量，卸船期间，LNG储罐内的压力升高，并将部分置换的蒸发气返回到船舱中，使储罐和船舱之间形成压差平衡。蒸发气由气相返回管线返回船舱，压力通过气相返回臂入口的压力控制阀进行调节，以确保回气压力不超出LNG运输船的船舱压力要求。卸船操作时，考虑到LNG船型和储罐的储存能力，可以同时卸料至两个储罐。每座LNG储罐均设有液位计，可用来检测LNG进料量。卸船管线设有取样系统。在卸船完成后，LNG运输船脱离前，用氮气从卸船臂顶部开始吹扫，将卸船臂内的LNG分别压送回船内和LNG卸船总管，利用温度计来判断卸船臂内的LNG是否吹扫完全。在卸船期间，冷循环停止，一部分来自船上的LNG通过循环管线，因此在卸船期间，循环管线内的流体流动是反向的。

Claims (7)

1.一种长距离LNG卸料管线系统，其特征在于：包括LNG卸料系统、LNG二次增压系统、LNG储存系统、LNG气化系统和液氮循环系统，所述LNG卸料系统包括LNG卸船臂和LNG卸料管；所述LNG二次增压系统包括LNG缓冲罐和LNG二次增压泵；所述LNG储存系统包括LNG储罐；所述LNG气化系统包括LNG海水汽化器、LNG/氮气换热器、LNG/海水换热器；所述液氮循环系统包括氮膨胀制冷循环系统、液氮储罐、氮气空温加热器、氮气压缩机吸入罐、氮气压缩机；其中：

LNG卸船臂、LNG卸料管、LNG缓冲罐、二次增压泵、LNG储罐、再冷凝器、LNG高压输出泵、LNG海水汽化器依次连接，LNG高压输出泵、LNG/氮气换热器、低温天然气/海水换热器依次连接；

氮气压缩机、LNG/氮气换热器、氮膨胀制冷循环系统、液氮储罐依次连接，液氮储罐的液相出口经液氮管道连接至LNG卸料管和LNG缓冲罐，液氮储罐的气相出口与经过LNG卸料管和LNG缓冲罐的液氮管道汇并后依次与氮气空温加热器、氮气压缩机吸入罐和氮气压缩机连接。

2.根据权利要求1所述的长距离LNG卸料管线系统，其特征在于：LNG储罐、BOG卸船鼓风机、BOG卸船臂依次连接。

3.根据权利要求1所述的长距离LNG卸料管线系统，其特征在于：LNG储罐、BOG压缩机、再冷凝器依次连接。

4.根据权利要求3所述的长距离LNG卸料管线系统，其特征在于：BOG压缩机与BOG高压压缩机连接。

5.根据权利要求1所述的长距离LNG卸料管线系统，其特征在于：LNG海水汽化器和低温天然气/海水换热器共用海水供应系统和海水外排系统。

6.根据权利要求1所述的长距离LNG卸料管线系统，其特征在于：在LNG卸料管外壁设置保冷材料层，在保冷材料层内设置液氮伴冷管。

7.根据权利要求1所述的长距离LNG卸料管线系统，其特征在于：所述LNG缓冲罐为卧式双金属壁储罐，内罐储存LNG，外罐与内罐的夹层充满液氮。

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