浅析上海城市天然气供应系统应急储备措施

浅析上海城市天然气供应系统应急浅析上海城市天然气供应系统应急 储备措施储备措施 1 上海五号沟上海五号沟 lng 事故气源备用站事故气源备用站 一期一期 概况概况 1999 年 4 月东海天然气早期开采供应上海城市燃气工程建 成投运 开始向上海浦东地区供应天然气 工程设计供气能力 120 万 m3 d 根据上 下游供气协议 因海上开采风险和台风等不 可抗拒因素 上游一年内可能有 10 天的最大连续停供气期 为 此 在下游工程中建 lng 事故气源备用站 以下简称 lng 站 主要 用于上游停产或长输管线事故时向输配系统提供临时应急气源 以保障输配系统可靠 安全 连续地向用户供气 lng 站位于浦东新区东面的长江岸边 九二垦区内北端 总占 地 78700m2 总投资约 6 15 亿元 于 1999 年 11 月建成后开始 调试 2000 年 4 月 10 日正式投运 并先后通过了液化能力 储 罐自然蒸发率 气化能力等各项性能测试 达到了设计要求 1 1 工艺简介工艺简介 1 1 1 工艺设计参数 进站 出站天然气压力 0 8mpa 1 5mpa 液化能力 174m3lng d 相当于 10 万 m3 天然气 d 气化能力 120m3lng h 相当于 6 9 万 m3 天然气 h lng 储罐容积 2 万 m3lng 相当于 1200 万 m3 天然气 其 中可利用储量约 1000 万 m3 lng 储罐自然蒸发率 每天 0 08 1 1 2 工艺流程 由天然气高压管网 0 8mpa 至 1 5mpa 输送至 lng 站的天 然气 经过滤 计量 加压后 进行脱除酸性气体和脱水净化 再 经液化工段液化后 送至 lng 储罐内储存 当输配系统需要 lng 站供气时 储罐内的 lng 经泵加压送至气化装置 经气化 加 臭 调压 计量后送入天然气高压管网 lng 储罐在储存期间 产生的常量蒸发气 bog 经 bog 处理工段经压缩机增压后送 入天然气高压管网 当有超量 bog 发生时 多余部分可送至火炬 燃烧排放 此外 lng 站还配有燃料气系统 压缩空气系统 火炬放散系统 消防系统 氮气系统 柴油系统 除盐水装置 及供配电系统等生产辅助公用设施 lng 站的运行采用 dcs 集 中控制系统 基本工艺流程框图如图 1 1 1 3 主要工艺选择 1 1 3 1 气体预处理工艺 天然气在进入液化工段前 必须先进行预处理 经过滤 计 量 加压至液化工段所需压力后 脱除原料天然气中的 c02 h2s 及 h2o 避免在液化过程中产生水合物 冰和固态二 氧化碳而使管道堵塞 气体预处理包括 3 个工段 过滤计量和 压缩工段 脱酸性气体工段 脱水工段 液化前天然气预处理 的要求 c0250 10 6 h2s4 10 6 h2ol 10 6 1 过滤计量和压缩工段 天然气由高压管网 0 8mpa 至 1 5mpa 进站后 进入高效 过滤器除去 5um 以上的固体杂质和液滴 主要是水 再由计量 器计量后 除少部分供站内作燃料外 其余绝大部分进入压缩机 加压至 5mpa 然后送至净化 脱酸 脱水 工段 2 脱酸性气体工段 天然气中的酸性气体主要是指 c02 和 h2s 根据东海平湖天 然气的气质情况 c02 含量较高 几乎不含 h2s lng 站采用以 mea 单乙醇胺 r nh2 为溶剂的化学吸收法脱除酸性气体 以脱 co2 为主 mea 的水溶液称作胺液 胺液与酸性气体反应生成化 合物 从而吸收酸性气体 反应后的胺液可再生 即当温度升 高 压力降低时 化合物将分解出酸性气体 使胺液可重复使用 由过滤计量和压缩工段送来的天然气经过分离器 除去因 第二级压缩而析出的液滴 然后进入吸收塔下部 吸收塔中 贫 胺液 未吸收酸性气体的胺液 从吸收塔上部喷淋而下 天然气中 的酸性气体被贫胺液吸收 脱除酸性气体后的天然气从吸收塔 顶部出来 在出口冷凝器中冷却 然后由出口气液分离器分离 出从吸收塔带来的胺液 含有饱和水蒸气的天然气进至脱水工 段 3 脱水工段 选用分子筛为脱水剂 两个分子筛气体干燥器循环工作 一个脱水 另一个再生 脱酸性气体后含有饱和水蒸气的天然气 被送至分子筛气 体干燥器 经脱水后成为干气 含水量 1 10 6 再经过过滤后 进入液化工段 1 1 3 2 液化工艺 lng 站采用的液化工艺一般有以下 3 种 单一流体膨胀制 冷液化工艺 多种制冷剂级联制冷液化工艺和混合制冷剂制冷 液化工艺 其中单一流体膨胀制冷液化工艺有利用原料气较高 压力的膨胀工艺和用 n2 高压膨胀制冷循环工艺 多种制冷剂级 联制冷液化工艺以多种 通常为三种 制冷剂各为独立制冷循环闭 路 对原料天然气依次进行不同程度的递次制冷而达到全部液 化 混合制冷剂 mcr 制冷液化工艺则是利用多种成分 n2 c1 c2 c3 c4 c5 等 混合物形成的闭路循环 通过单 级或多级压缩膨胀达到制冷目的 根据 lng 站的各种工艺条件 在比较各方案的技术和投 资情况 考虑本 lng 站的运行负荷特点 液化工段采用了法国 燃气公司的一种混合制冷剂 mcr 循环阶式制冷工艺 c i i 本站 使用的 mcr 的组分有氮气 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁 烷 异戊烷 通过三级压缩膨胀的闭路循环达到致冷目的 使 原料天然气液化 从脱水工段来的天然气在冷箱上部进入 在冷箱中被预冷 后流入重烃分离器 天然气中的重烃被凝析并分离 天然气返 入冷箱 在冷箱中天然气被深冷直至液化 然后经节流阀达到 161 0 1mpa 后 送至 lng 储罐 1 1 3 3 储存工艺 经液化工段的 162 lng 进入储罐储存 lng 储罐一般常 见有 3 种类型 即双金属地面储罐 预应力钢筋混凝土外壳地 面储罐及地下储罐 从安全性 经济性 先进性和成熟性等方 面考虑 本站采用预应力钢筋混凝土外壳 自承式 9 镍钢内 胆的全容式 lng 低温储槽 公称容积为 20000m3 最大自然蒸 发率 0 08 内胆直径为 33 5m 高 26m 所有进入内胆的管 道均通过罐顶穿越 在底部和罐壁设有碳钢板焊成的隔气层 在外壳 内胆之间的环型空间内及储罐顶部充满弹性体垫衬和 珍珠岩 底部采用泡沫玻璃 用以绝热 1 1 3 4 气化及加臭计量工艺 需要时 储罐内的 lng 由罐内的 lng 泵送至气化器 根 据上海 lng 站用于应急气源或调峰的功能特点和要求 选用启 动灵活迅速的浸没燃烧式气化器 从燃料气系统来的天然气在 喷嘴内燃烧 燃烧产物直接进入水浴使水浴产生搅动并被加热 从 lng 泵来的 lng 进至浸没在水浴中的不锈钢盘管 在盘管内 的 lng 被水浴和烟气加热而升温并气化 气化后的天然气经过 加臭 计量后输送至天然气高压管网 1 1 3 5 b0g 处理工艺 bog 是指 lng 系统中由于 lng 受热而自然蒸发的低温气 态天然气 boil 0ff gas 主要由 lng 储槽和管道等受热产生的 bog 及由 lng 储罐内的 lng 液下泵运行时产生的热量而生成的 bog 组成 本站选 用的 bog 处理方法为 由 bog 压缩机压送至燃料气系统或天然 气高压管网 各路 bog 送至 bog 压缩机吸入筒 经 bog 压缩机增压后 由空气冷却器冷 却 然后 在液化或气化期间送至燃料气系统 在备用期间通过计 量加臭送至天然气高压管网 当 bog 流量大于压缩机工作能力 时 多余气体通过集气管送至火炬燃烧 1 2 lng 站使用情况站使用情况 2000 年 8 月 9 日至 8 月 16 日 9 月 14 日至 9 月 19 日 10 月 15 日至 10 月 26 日期间 东气上游由于设备检修 海底管 道损坏以及受台风影响等因 素而引起的停供期共达 26 天 lng 站及时启动 气化量共达 750 万 m3 左右 保证了直供用户的正常用气 2001 年 4 月 4 日至 4 月 9 日 东气上游由于设备检修停供 lng 站及时启动气化装置保证正常供气 2002 年 12 月 根据调度命令 lng 站及时启动并根据需要调 节气化量 保证了高峰用气需求 自投运以来 lng 站已先后 14 次启用气化装置 总气化量超 过 2 300 万 m3 在上游设备故障和检修 海上平台因台风影响 而停供 输气管线发生故障以及用气高峰时 都能及时向管网 供气 充分发挥了备用气源的作用 体现了启动迅速 调节灵活的 特性 在保证向用户不间断供气中起到了至关重要的作用 2 上海天然气快速发展对供应应急保障提出更高要求上海天然气快速发展对供应应急保障提出更高要求 随着 2003 年东海平湖天然气一期工程的扩产 日供气量达 到 1 80 万 m3 d 则现有 5 号沟 lng 事故气源备用站的容量明显 不足 应急保障天数仅为 6 天左右 因此东海平湖天然气的供气 安全性和抗险能力较差 急需提高 2004 年 1 月 两气东输 工程东线的建成投产 西气东输 天然气开始供应上海 2005 年供量达 12 7 亿 m3 2006 年预计 年供气量有望达到亿 m3 至 2006 年 6 月高峰日供气量达到 674 万 m3 今后几年 西气东输 天然气供应量还将逐年增加 对于 西气东输 天然气 其管道全长约 4 000km 根据 西气东 输工程可行性研究报告 长输管线中断输气的事故频率为 1 68 次 a 每年持续 68h 如果考虑洪水 山体山坡 地震等无法抗 拒地重大灾难 其持续时间远不止 68 小时 即使江苏金坛地下 储气库建成 也很难在事故工况下完全满足下游用户安全用气 的要求 上海作为 西气东输 工程的末端用户 其在供气安全 方面所承受的风险更大 根据规划 上海 lng 接收站规划站址 在洋山深水港 西门堂 该项目包括 lng 船码头 lng 接收站及海底输气 管道 一期设计规模 300 万 t a 计划将于 2009 年建成投产 二期 设计规模 600 万 t a 计划将于于 2012 年建成 远期天然气供应 量将达到上海总用气量的 60 以上 天然气用户对进口 lng 的 依赖性将大大提高 一旦 lng 海底输气管道 lng 接收站及其 供气上游或 lng 船运输等环节出现故障引起停供 将会使得上 海天然气供应处于瘫痪状态 上海作为国际性大都市 保证城市天然气供应的安全可靠 性尤为重要 必须考虑一定的天然气应急保障措施 一般 天然气供应应急保障可考虑多气源供应互补 地下 储气库 lng 储存等措施 据有关方面调查 上海不具备建造 地下储气库的地质构造条件 而在上海 lng 接收站建成前 由 于 西气东输 供应上海的天然气量将远远超过东海平湖天然气 的供应量 西气事故时 东气将难以补充 因此 采用 lng 储 存方式即建设 lng 事故气源备用站 对于上海来说是较为有效 可行的应急保障措施之一 3 五号沟五号沟 lng 事故气源备用站扩建事故气源备用站扩建 二期二期 工程工程 五号沟 lng 站位于浦东新区东面的长江岸边 具有上海 不可多得的岸线资源条件 早在百号沟 lng 事故气源备用站建 设的同时 在规划选址工作的进行中已经研究考虑在九二垦区 东侧至规划驳岸线预留小型 lng 接收站的发展用地和岸线 码 头 而随着长江口疏浚工程的完成 长江口水深条件也可基本 满足建设小型码头 利用小型 lng 船运输 lng 而且 扩建现 有的五号沟 lng 站并建小型码头 可充分利用现有的储存设施 气化设施 bog 处理设施以及相应的公用配套设施 可减少工 程量 减少投资 缩短建设周期 经过反复论证和研究 五号沟 lng 事故气源备用站扩建 项目已正式启动 3 1 扩建规模扩建规模 扩建后储存能力 12 万 m3 lng 其中新增 10 万 m3 lng 扩建后气化能力 31 万 m3 h 其中新增 24 万 m3 h lng 船专用码头 设计船型 4 万 m3 小型 lng 船 最大卸 载能力 5 000m3 h lng 3 2 基本功能基本功能 扩建项目的基本功能包括 1 接收 操作和靠泊 lng 船 2 从 lng 船卸液至 lng 储罐 将 lng 存储在 lng 储罐中 3 在 天然气管网有需求时 将 lng 从储罐用泵送到气化器中 以合适 的压力将天然气输送到天然气外输管线 并对送入外输管线的 天然气进行计量和加臭 4 处理卸载过程中产生和操作过程中 吸热产生的 bog 蒸发气 5 lng 槽车的装载和卸载 经过比较 扩建项目拟采用的储存工艺 气化工艺 bog 处理工艺均与现有 lng 站相同 3 3 主要建设内容主要建设内容 新建 lng 专用码头 设计船型 4 万 m3 小型 lng 运输船 lng 卸液臂 lng 储罐 5 万 m3 2 座 浸没燃烧式气化器 12 万 m3 h 2 台 lng 储罐泵 2 台 bog 压缩机 2 台 加臭 计量设施 其他配套及公用工程 五号沟 lng 事故气源备用站扩建项目计划 2008 年建成 届时 lng 站的可利用储量约为 5760 万 m3 根据用气预测 届 时在 西气东输 天然气管道事故工况下 若不考虑天然气发电 以及 50 的大工业用气 应急储备天数可达到 10 天左右 根据上海市天然气发展规划目标 上海市天然气安