王兆凤

(中石油华东设计院有限公司，山东 青岛 266071)

液化天然气(LNG)接收站项目群是我国“四大油气进口战略通道”之一的海上油气战略通道的重要组成部分[1]，有强大的应急调峰功能且相关业务受地缘政治影响较小。国内已建、在建和扩建中的LNG接收站约20座，LNG贸易量以每年约12%的速度增长[2]，更加有力地保障了国家能源安全，为国家经济稳步发展奠定了基础。

LNG储罐是LNG接收站的核心设备，储罐占接收站投资的30%以上，因此罐容的设计计算至关重要，同时由于受LNG运输船的有效容积和运输安排、单个储罐的安全余量、满足季节调峰任务的存储量、以及其它可能出现的事件，比如LNG运输船来期的推迟及检修，或者无法预料的意外事件，比如遇上恶劣的天气，等等突发事件所需的储备量[3]。充分利用用气的月不均匀性调整船期，可大大降低LNG的储存量。可将用气低峰月的某些LNG来船调至用气高峰月，也可增大用气低峰月的LNG来船期，减小用气高峰月的LNG来船期[4]。在此基础上，本文通过理论计算对LNG储罐罐容进行了模拟与方案比选，通过调整船期得到了最优方案。

1 LNG存储系统工艺

LNG经由卸料管线进入LNG储罐内低温储存，根据LNG的密度选择进罐方式。相比罐内LNG密度小的选择从储罐下部进料，反之选择从上部进料，有效避免分层。为了防止储罐内的LNG分层及翻滚，站内储罐设有液位、温度、密度监测系统来实时监测储罐[5]。

LNG储罐内设有低压泵以保证LNG的低压输出。低压泵的出口管线均要汇总到低压输出管网。为确保各台低压泵在同等的流量下工作，需要能灵活控制泵的出口流量，因此，每台泵的出口管线上都安装了流量控制阀，除此之外，该流量控制阀还可以在紧急情况下切断输出。此外，每台低压泵的出口管线上都要设置最小流量控制回路，但在正常操作条件下，这条回路要保持关闭。在输出量很小或者为零的时候，这条回路将开始工作，用来保护低压泵。在接收站零输出的情况下，仍然要有一台低压泵保持运行，使小部分LNG在卸料管线及输出管线中循环，以确保系统一直处于低温状态[6-7]。

2 LNG接收站储存能力

方案一：不调整船期

根据LNG接收站承担季节调峰的特点，接收站的处理能力为600万t/a，接收站储存能力计算由下式给出：

V=V1+V2+V3

其中：LNG密度按437.4kg/m3考虑；

V——接收站LNG储存能力，m3；

V1——LNG船装卸有效船容，m3；

V2——储备量，考虑最大不可作业期间的储备量，本站按5天的储备量考虑，m3；

V3——季节调峰储量，m3。

2.1 V1的计算

本接收站LNG船的主力船容按215000m3考虑，其有效船容为206400m3。即：

V1=206400m3

2.2 V2的计算

V2的计算与整个LNG接收站的年供气能力有关，考虑5天的最大不可作业天数。图1为用户用气月不均匀系数。

图1 某城市用气月不均匀系数

由图可知，一年中12月用气量最大。在V2的计算中，取12月的五天考虑最大不可作业期间的储备量。

V2=600×107÷350÷437.4×1.36×5=195963m3

2.3 V3的计算

V3的计算量很大程度上考虑的是接收站的季节调峰。以2013年基本方案季节调峰为例，四至十月为低峰月，一至三月、十一至十二月为高峰月。在低峰月，接收站将在储罐内贮存一定数量的LNG，来确保满足高峰月的供气要求。经计算得，2013年基本方案最大季调峰系数为3.75%。

季节调峰系数=∑(A-B)÷C (∑：需求高峰期)=3.75%

式中：A：需求高峰期的每月需求量；

B：月平均需求量；

C：年需求总量。

V3=年需求量×季节调峰系数600×107÷437.4×0.0375=514403.3m3

2.4 V的计算

可得：

V=206400+195963.2+514403.3=916766.6m3

方案二：调整船期

根据LNG接收终端的年供气能力及LNG船的有效船容，可得出一年中需要67艘LNG船才能满足城市的用气。经初步计算的LNG接收站的船期为5.4天，现规定在用气高峰月以5天为船期，在用气低峰月以6天为一个船期。在上述基础上，LNG接收站得到均匀的气源。

根据图1，可知一年中的用气月不均匀系数，进一步计算得每个月的日均匀用气量，见表1。由表的数据，加上运输来的LNG量，再减去当日的日用气量，依次累计，可得出LNG接收站每日需要储存的LNG量，见图2。可得不调整船期的方案，接收站最高需要754878.6m3的LNG储存量。

充分利用用气的月不均匀性调整船期，可大大降低LNG的储存量。可将用气低峰月的某些LNG来船调至用气高峰月，也可增大用气低峰月的LNG来船期，减小用气高峰月的LNG来船期。本接收站将在全年均匀供气的基础上，将用气低峰月六月中旬的一艘来船调至用气高峰月十月末，将用气低峰月八月中旬的一艘来船调至用气高峰月十二月上旬。经反复试验、比较，按此种方案调整船期时LNG储存量最小。此种调整方案下，本LNG接收站每日需要储存的LNG量变化曲线如图2所示，接收站最大存储需求量为448771.1m3。

表1 各月用气量

图2 LNG接收站日要求储存量

3 LNG储罐数量方案比选

方案一：不调整船期

经计算得，LNG接收站以5.4天为一个船期。为使调整船期计算方便，四～十月低峰月取6天为一个船期，其余月份以5天为一个船期。

LNG船对LNG接收站全年均匀供气，考虑最大不可作业期间的储备量，但是不采取调整LNG船期的方法来缓解调峰压力，接收站储存能力及储罐数量计算见表2。

表2 接收站储罐数量的计算

方案二：调整船期

高峰月时为保证供气量充足稳定，个别来船日一次来两艘LNG船。低峰月为了避免LNG接收站LNG储存量过大，个别来船日取消来船。经过多种调整船期的比较，图2所示的调整方案使得LNG接收站的LNG储存量最小。此调整方案是在全年均匀供气的基础上，将低峰月的两艘来船调至高峰月十月末。此时LNG接收站储存能力及储罐数量计算见表3。

表3 接收站储罐数量的计算

方案分析：

方案一：若本接收站全年均匀送气，接收站为满足下游市场季节调峰的要求，接收站需建六座160000m3储罐。但从总图布置上分析，接收站无法布置如此多数量的储罐。而且，本方案大多数时间内储罐中的LNG只用于储备，仅仅在需求高峰期时才能得以有效利用。此种方案储罐利用率很低，投资不合理。

方案二：若将供气低峰月的LNG船调整至供气高峰月，以缓解接收站季节调峰压力，则接收站设置三座160000m3的储罐即可满足储存需求。根据世界LNG接收站运营情况、LNG船运输方式及贸易协议，与上游供气方签订船运协议，调整船期或购买现货用于季节调峰是相对可行的。通过调整船期可以减少三个储罐的投资，而且提高了LNG利用率，大大提高了项目的经济效益。

综合以上因素考虑，LNG接收站拟采用方案二，即于建设三座160000m3储罐。

4 结论

本文对600万t/a的LNG接收终端的罐容进行了设计计算，在LNG接收站储存能力计算的基础上，通过方案比选以及调整船期将LNG储罐数量同6座降低为3座，大幅度降低了LNG接收站的投资，同时满足了下周储气调峰的需求，同时建议通过购买LNG现货的方式，在保证供气安全的基础上灵活利用储罐空间，可以提高项目的收益。