LNG储罐自增压气化器的计算选型
LNG储罐自增压气化器的计算选型
一、概述
随着管道天然气的覆盖范围和消费群体不断扩大，用气的不均匀性的矛盾也逐步显现，比如居民和餐饮用气的潮汐现象突出。此外，冬季的供气矛盾近年来日益明显。用气的不均匀性矛盾考验着城镇燃气企业的运行水平和运行保障能力。现在，单纯地依靠管网储气已经满足不了用气调节需求，这就要求燃气企业具有一定程度的调峰储备和应急储备。《城镇燃气管理条例》中也提出要健全燃气应急储备制度，提高燃气应急保障能力。而城镇燃气多层次储备体系气源以液化天然气为主，常用储备方式为LNG储罐。
LNG储罐充液卸液主要依靠储罐顶部气相空间压力和罐内液体自重进行，一般无机械外力作用。为维持罐内气液平衡，需要利用增压气化器生成足够的满足气相空间压力要求的气体。可见增压气化器的选型关乎储罐的运行和安全。
二、LNG储罐自增压气化器的工作流程
2.1 理论分析
LNG储罐正常工作时，LNG储罐出液管稳定出液，储罐内液面不断下降，气相空间容积不断增大，为维持气相空间稳定的压力，气相空间内需要不断补充饱和气体，补充的气体体积V等于液体输送量V液；LNG的输送压力P=P空+P静。（其中P空-气相空间压力，P静-罐内LNG液体静压。因为P空>>P静，可认为P=P空。）在此过程中，气相空间气体对液体所作的功为=PV。
自增压气化器生成的气体为输送压力下的过饱和气体，气体的工作温度取输送压力下的饱和温度T饱。自增压气化器进口的液体压力为P，不计液体输送过程中的温升，进入气化器的液体温度可等同于储罐内液体的温度，该状态下液体的焓为i?。气化器出口饱和气体被引入储罐气相空间，该气体的焓记为i（压力为P、温度为T饱）。根据能量守恒定理，气化器吸入的热量应满足液体气化和罐内气体做功的能量，即：
Q=Vρ（i-i?）+N。（ρ -饱和气体的密度）。
2.2 LNG储罐自增压流程
储罐自增压工艺部分涉及设备有增压调节阀和自增压气化器。自增压气化器主要工作过程分为LNG储罐充液后的增压和LNG储罐正常工作持续出液时的增压两部分。增压调节阀的压力设置与LNG储罐的工作压力有关，假定储罐正常工作压力为0.6MPa。
LNG储罐正常工作时，增压调节阀的开启压力设为0.6MPa，当LNG储罐内压力低于0.6MPa时，增压调节阀开启，液相天然气经出液管进入自增压汽化器后气化，经由增压调节阀后沿气相管进入储罐气相空间；当储罐内压力高出增压调节阀开启压力10%~15%时，增压调节阀关闭，自增压气化器停止工作。
LNG储罐充液时，为保证槽车卸液顺利，需要对LNG槽车增压、LNG储罐降压，LNG储罐常降压到0.3MPa左右，以让槽车与储罐之间维持0.2MPa以上的压差。卸液完成后，LNG储罐需利用自增压气化器将储罐内压力由0.3MPa增加至0.6MPa。
三、选型计算
3.1 LNG槽车卸液完成后储罐增压
以100 m3储罐为例，充装率按0.9计算，气相空间为10 m3。LNG槽车卸液完成后，储罐内将气相空间压力要由0.3MPa提升到0.6MPa，完成时间按30min计算。
查《液化天然气技术》，甲烷在0.4MPa（绝压）时，饱和气体温度为131.4K；在0.7MPa（绝压）时，饱和气体温度为141.7K。《燃气工程技术手册》中指出，在温度较低，实际气体的状态方程在计算时需计入压缩系数。查甲烷临界温度190.58K，临界压力4.544MPa。
在0.4MPa（绝压）时，对比温度Tr=131.4/190.58=0.69，对比压力Pr=0.4/4.544=0.09,查表得压缩系数Z1=0.89。
同理，在0.7MPa（绝压）时Z2=0.84。
储罐由0.3MPa增压至0.6MPa时所需气化量：Q1=0.7*10/141.7*293/0.101325*1/0.84-0.4*10/131.4*293/0.101325*1/0.89=71m3。
单位时间内气化量为142m3。
3.2 LNG储罐向管网供气时储罐增压
气化站向管网供气，储罐持续出液，LNG在管内流速不大于1m/s,以LNG储罐出液管DN50（D57x3.5）为例。
储罐出液流量：3.14/4*0.052*1*3600=7.07m3/h。
减少的液相空间需要0.6MPa饱和气体填充，折算到标准状态时：07*7.07/141.7*293/0.101325*1/0.84=120m3/h。
两个计算结果取大值，自增压气化器的规格不小于142m3/h，考虑综上到实际气化效果，自增压汽化器规格不小于200m3/h。
四、结论
1.自增压气化器的规格与LNG储罐的工作压力、所处环境等情况有关。LNG储罐在正常工作状态时和储罐充装完成后增压状态时所需的饱和气量是不一样的，应取两者中的大值。
2.BOG、EAG气化器规格型号可根据运行参数参照计算选型。
3.在0.6MPa工作压力时，100 m3储罐的自增压气化器规格不小于200 m3/h。
随着管道天然气的覆盖范围和消费群体不断扩大，用气的不均匀性的矛盾也逐步显现，比如居民和餐饮用气的潮汐现象突出。此外，冬季的供气矛盾近年来日益明显。用气的不均匀性矛盾考验着城镇燃气企业的运行水平和运行保障能力。现在，单纯地依靠管网储气已经满足不了用气调节需求，这就要求燃气企业具有一定程度的调峰储备和应急储备。《城镇燃气管理条例》中也提出要健全燃气应急储备制度，提高燃气应急保障能力。而城镇燃气多层次储备体系气源以液化天然气为主，常用储备方式为LNG储罐。
LNG储罐充液卸液主要依靠储罐顶部气相空间压力和罐内液体自重进行，一般无机械外力作用。为维持罐内气液平衡，需要利用增压气化器生成足够的满足气相空间压力要求的气体。可见增压气化器的选型关乎储罐的运行和安全。
二、LNG储罐自增压气化器的工作流程
2.1 理论分析
LNG储罐正常工作时，LNG储罐出液管稳定出液，储罐内液面不断下降，气相空间容积不断增大，为维持气相空间稳定的压力，气相空间内需要不断补充饱和气体，补充的气体体积V等于液体输送量V液；LNG的输送压力P=P空+P静。（其中P空-气相空间压力，P静-罐内LNG液体静压。因为P空>>P静，可认为P=P空。）在此过程中，气相空间气体对液体所作的功为=PV。
自增压气化器生成的气体为输送压力下的过饱和气体，气体的工作温度取输送压力下的饱和温度T饱。自增压气化器进口的液体压力为P，不计液体输送过程中的温升，进入气化器的液体温度可等同于储罐内液体的温度，该状态下液体的焓为i?。气化器出口饱和气体被引入储罐气相空间，该气体的焓记为i（压力为P、温度为T饱）。根据能量守恒定理，气化器吸入的热量应满足液体气化和罐内气体做功的能量，即：
Q=Vρ（i-i?）+N。（ρ -饱和气体的密度）。
2.2 LNG储罐自增压流程
储罐自增压工艺部分涉及设备有增压调节阀和自增压气化器。自增压气化器主要工作过程分为LNG储罐充液后的增压和LNG储罐正常工作持续出液时的增压两部分。增压调节阀的压力设置与LNG储罐的工作压力有关，假定储罐正常工作压力为0.6MPa。
LNG储罐正常工作时，增压调节阀的开启压力设为0.6MPa，当LNG储罐内压力低于0.6MPa时，增压调节阀开启，液相天然气经出液管进入自增压汽化器后气化，经由增压调节阀后沿气相管进入储罐气相空间；当储罐内压力高出增压调节阀开启压力10%~15%时，增压调节阀关闭，自增压气化器停止工作。
LNG储罐充液时，为保证槽车卸液顺利，需要对LNG槽车增压、LNG储罐降压，LNG储罐常降压到0.3MPa左右，以让槽车与储罐之间维持0.2MPa以上的压差。卸液完成后，LNG储罐需利用自增压气化器将储罐内压力由0.3MPa增加至0.6MPa。
三、选型计算
3.1 LNG槽车卸液完成后储罐增压
以100 m3储罐为例，充装率按0.9计算，气相空间为10 m3。LNG槽车卸液完成后，储罐内将气相空间压力要由0.3MPa提升到0.6MPa，完成时间按30min计算。
查《液化天然气技术》，甲烷在0.4MPa（绝压）时，饱和气体温度为131.4K；在0.7MPa（绝压）时，饱和气体温度为141.7K。《燃气工程技术手册》中指出，在温度较低，实际气体的状态方程在计算时需计入压缩系数。查甲烷临界温度190.58K，临界压力4.544MPa。
在0.4MPa（绝压）时，对比温度Tr=131.4/190.58=0.69，对比压力Pr=0.4/4.544=0.09,查表得压缩系数Z1=0.89。
同理，在0.7MPa（绝压）时Z2=0.84。
储罐由0.3MPa增压至0.6MPa时所需气化量：Q1=0.7*10/141.7*293/0.101325*1/0.84-0.4*10/131.4*293/0.101325*1/0.89=71m3。
单位时间内气化量为142m3。
3.2 LNG储罐向管网供气时储罐增压
气化站向管网供气，储罐持续出液，LNG在管内流速不大于1m/s,以LNG储罐出液管DN50（D57x3.5）为例。
储罐出液流量：3.14/4*0.052*1*3600=7.07m3/h。
减少的液相空间需要0.6MPa饱和气体填充，折算到标准状态时：07*7.07/141.7*293/0.101325*1/0.84=120m3/h。
两个计算结果取大值，自增压气化器的规格不小于142m3/h，考虑综上到实际气化效果，自增压汽化器规格不小于200m3/h。
四、结论
1.自增压气化器的规格与LNG储罐的工作压力、所处环境等情况有关。LNG储罐在正常工作状态时和储罐充装完成后增压状态时所需的饱和气量是不一样的，应取两者中的大值。
2.BOG、EAG气化器规格型号可根据运行参数参照计算选型。
3.在0.6MPa工作压力时，100 m3储罐的自增压气化器规格不小于200 m3/h。