大型LNG儲(chǔ)罐液位控制設(shè)定優(yōu)化

宋坤

【摘要】在中國(guó)現(xiàn)有的大型LNG接收站中所有的大型LNG儲(chǔ)罐幾乎全部采用16萬(wàn)方地上全容儲(chǔ)罐，但由于各個(gè)項(xiàng)目對(duì)儲(chǔ)罐液位控制的設(shè)定要求不盡相同，這造成儲(chǔ)罐實(shí)際容積存在一定差異，通過(guò)分析各項(xiàng)目招標(biāo)時(shí)對(duì)LNG儲(chǔ)罐液位控制的要求，結(jié)合罐內(nèi)泵廠家資料以及接收站生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)LNG儲(chǔ)罐液位控制的設(shè)定要求提出新的優(yōu)化建議。

【關(guān)鍵詞】大型LNG儲(chǔ)罐 液位控制 罐內(nèi)泵 NPSHR

國(guó)內(nèi)目前投產(chǎn)和即將投產(chǎn)的接收站，中海油有廣東大鵬、福建莆田、上海洋山崗和浙江寧波；中石油有大連和江蘇項(xiàng)目；這些接收站項(xiàng)目建造的大型LNG儲(chǔ)罐對(duì)外都統(tǒng)稱為16萬(wàn)方地上全容儲(chǔ)罐，但各項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐的總?cè)莘e沒(méi)有一個(gè)相同的，最大的浙江LNG儲(chǔ)罐全容積達(dá)到了18.2萬(wàn)方，而廣東大鵬和上海項(xiàng)目的儲(chǔ)罐全容積約為17.7萬(wàn)方，福建項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐全容積約為17.9萬(wàn)方，造成如此差別的直接原因是儲(chǔ)罐低低低液位設(shè)定差異。

目前國(guó)內(nèi)項(xiàng)目普遍采用的儲(chǔ)罐液位設(shè)定方法是業(yè)主規(guī)定一個(gè)NPSHA值，將這個(gè)值定義為低低低液位（LALLL）即泵的關(guān)斷液位，然后以LALLL液位為基準(zhǔn)，按照15分鐘和5分鐘的罐內(nèi)泵最大外輸量，推斷出低低液位LALL報(bào)警和低液位LAL報(bào)警值，其中LALL作為泵的再啟動(dòng)點(diǎn)，LAL設(shè)為最低操作液位。在LAL的基礎(chǔ)上增加的16萬(wàn)方LNG體積被稱作凈工作容積（或有效凈容積），設(shè)定一個(gè)正常操作液面高度值LAH報(bào)警點(diǎn)，16萬(wàn)方儲(chǔ)罐就是指這個(gè)凈容積；再按照15分鐘和5分鐘的最大LNG卸船量，推斷出高高液位LAHH和高高高液位LAHHH報(bào)警，作為儲(chǔ)罐的最高可裝載液位設(shè)定。詳見(jiàn)后圖1：內(nèi)罐壁高

圖1 通用的儲(chǔ)罐液位設(shè)定

這種LNG儲(chǔ)罐招標(biāo)時(shí)常用的液位設(shè)定要求可保證投標(biāo)過(guò)程中的各承包商投標(biāo)的一致性，但各項(xiàng)目業(yè)主規(guī)定罐內(nèi)泵NPSHA值時(shí)隨意性較大，從1.2米到2.4米都有被采用，并且經(jīng)常出現(xiàn)將NPSHR值誤當(dāng)作NPSHA值寫入招標(biāo)文件，或者規(guī)定NPSHA但沒(méi)有規(guī)定 NPSHR與NPSHA的最小差值要求，這讓儲(chǔ)罐EPC承包商在選擇購(gòu)買罐內(nèi)泵時(shí)有較大自由度。當(dāng)儲(chǔ)罐EPC廠家按照業(yè)主規(guī)定的NPSH值選購(gòu)罐內(nèi)泵時(shí)，通常只會(huì)買NPSHR值無(wú)限接近要求，價(jià)格較低的罐內(nèi)泵，而國(guó)際上的主要LNG罐內(nèi)泵廠家產(chǎn)品存在著較大差異，以下是國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目中三家國(guó)際知名泵廠家提供的罐內(nèi)泵NPSHR曲線圖。很明顯同等參數(shù)要求下三臺(tái)泵的NPSHR值差距巨大，第一家的額定值只有0.4米，極限0.6米，而第三家的額定值都有2米，極限值更超過(guò)了3米；但當(dāng)業(yè)主在儲(chǔ)罐EPC招標(biāo)中只標(biāo)明要求NPSHR或LALLL為2米時(shí)，那第三家泵廠的罐內(nèi)泵很可能因?yàn)閮r(jià)格便宜而被儲(chǔ)罐EPC商選用。

同時(shí)5分鐘最大外輸泵量對(duì)80米內(nèi)罐直徑的LNG儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，液位差只有約20毫米，在操作運(yùn)行中很容易產(chǎn)生誤報(bào)。特別是在特殊的操作狀況下，如福建LNG接收站運(yùn)行期間曾有過(guò)一次因臺(tái)風(fēng)無(wú)法卸船進(jìn)料，但又必須保障下游城市用氣的特殊工況，這時(shí)操作者不得不取消LALL報(bào)警與罐內(nèi)泵關(guān)斷的連鎖功能，強(qiáng)行將LALL到LALLL間甚至更低的LNG抽出，而儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)液位時(shí)的15分鐘液位差，并不能表現(xiàn)泵的性能，從而在這種特殊工況操作時(shí)泵損壞的風(fēng)險(xiǎn)很大。

如何在儲(chǔ)罐EPC招標(biāo)期間，在落實(shí)儲(chǔ)罐罐容得同時(shí)，充分考慮運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，特建議對(duì)儲(chǔ)罐液位控制設(shè)定作以下優(yōu)化：

一般罐內(nèi)泵為兩極潛沒(méi)泵，泵體和電機(jī)都潛沒(méi)在低溫的LNG液中，潤(rùn)滑和冷卻全部直接通過(guò)LNG液，所以罐內(nèi)液位高度應(yīng)要滿足泵體潛沒(méi)高度，一般泵體高度為1700毫米左右；

（1）按照選定罐內(nèi)泵額定流量下NPSHR值加300毫米作為NPSHA值，該值設(shè)定為L(zhǎng)ALLL泵最低外輸液位；

（2）參考選定罐內(nèi)泵曲線中極限狀態(tài)NPSHR值，設(shè)定其為L(zhǎng)ALL，作為泵再啟動(dòng)液位和正常操作關(guān)泵液位；

（3）在LALL基礎(chǔ)上要求最少15分鐘的最大外輸量確定為L(zhǎng)AL，作為低液位報(bào)警和最低操作液位；

（4）其他高液位設(shè)定方法參考原通用做法不變。

（5）按此液位控制優(yōu)化要求招標(biāo)，可充分調(diào)動(dòng)儲(chǔ)罐EPC承包商的設(shè)計(jì)積極性，體現(xiàn)出各承包商的設(shè)計(jì)能力，督促其購(gòu)買質(zhì)量?jī)?yōu)秀的罐內(nèi)泵，并可使業(yè)主在今后的運(yùn)行中充分了解和利用儲(chǔ)罐容積，挖掘罐內(nèi)泵的能力以應(yīng)付突發(fā)的特殊工況。