[0001] 本发明涉及一种用于LNG储罐中的干燥氮气进行循环与液氮混合后预冷LNG管道的系统和方法，属于管道低温预冷领域。

[0002] 目前，在LNG接收站工程项目中卸料管道和低压外输等管道在投产前需要进行预冷作业，预冷需要控制管道降温速度在10℃以内，管道顶部和底部温差不超过50℃。管道预冷作业为了检查管道在低温的冷缩，特别是较长的管道容易出现较大的管道位移，大管径的管道顶部和底部可能出现较大温差，造成管道弯曲变形。LNG接收站的投产前管道预冷多采用液氮预冷。预冷的方式主要通过液氮槽车给空温式气化器供应液氮，气化后的低温氮气注入LNG管道进行预冷，氮气通过导淋口放空，储罐和BOG管道放空。LNG管道预冷主要采用控制进入高温和低温气化器的流量，来控制进入LNG管道低温氮气的温度和流量，从而控制的管道的降温速度。目前LNG管道采用低温氮气预冷时，低温氮气的温度主要靠空温式气化器提供热量来调节，管道预冷产生的低温氮气排入大气造成了浪费。

[0042] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0043] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0044] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0045] 下面，结合附图对本发明提供的LNG接收站氮气循环管道预冷系统和工艺流程进行详细的说明。

[0046] 实施例1

[0047] 如图1所示，本实施例LNG接收站氮气循环管道预冷系统，用于预冷LNG接收站46寸长度为500米的卸料管道，将管道的末端预冷至‑110～‑120℃，本系统包括液氮槽车1、入口冷却罐3、氮气鼓风机4、气液混合器5、待预冷的LNG管道6和LNG储罐7，其中，液氮槽车1与入口冷却罐3的液氮入口之间通过连接软管2连接，入口冷却罐3的氮气入口与LNG储罐7的氮气出口之间通过连接软管2连接，入口冷却罐3的氮气出口与氮气鼓风机4的入口连接，氮气鼓风机4的第一出口与气液混合器5的氮气入口连接，入口冷却罐3的液氮出口与气液混合器5的液氮入口连接，气液混合器5的氮气出口与待预冷的LNG管道6的氮气入口之间通过连接软管2连接，待预冷的LNG管道6的氮气出口与LNG储罐7的氮气入口连接。

[0048] 本实施例中，LNG储罐7的氮气出口通过LNG储罐7的BOG管线和罐下BOG总管道与入3
口冷却罐3的氮气入口连接，LNG储罐7中的氮气2000Nm/h通过罐顶的BOG阀门V‑1进入罐下BOG总管道，然后通过连接软管2与入口冷却罐3的氮气入口连接；

[0049] 本实施例中，优选地，入口冷却罐3内设有冷却盘管和丝网分离器；入口冷却罐3内设有连接入口冷却罐的液氮入口和入口冷却罐的液氮出口的冷却盘管，来自液氮槽车的液氮和来自LNG储罐的氮气在入口冷却罐内进行换热；入口冷却罐3内的氮气出口处设有丝网分离器，用于分离LNG储罐中的氮气中被冷凝的水分；即，LNG储罐7中的氮气，在入口分离罐3中与来自LNG槽车的液氮进行换热，氮气被冷却至0～‑20℃，氮气中水分被换热器管(冷却盘管)冷凝，通过入口冷却罐3中丝网分离器分离出干燥的氮气。

[0050] 本实施例中，设置氮气鼓风机4，将从入口冷却罐3来的氮气5～10kPaG增压到1003
～150kPaG，鼓风机输出流量为500～2000Nm /h，通过鼓风机出口流量控制阀10进行流量控制。

[0051] 本实施例中，优选地，设置气液混合器5，将氮气鼓风机4增压的高温氮气和LNG槽车来的液氮在气液混合器5中进行混合，将液氮气化。液氮入口位于气液混合器5的上端，且与设置于气液混合器5内的盘管雾化喷射器连接；气液混合器5的氮气入口位于气液混合器5的下端，进入气液混合器5内的液氮和氮气进行逆流接触换热；气液混合器5的氮气出口位于气液混合器5的顶部。

[0052] 本实施例中，待预冷的LNG管道6的氮气出口与LNG码头8的卸料管线连接，然后通过液相臂跨接至气相臂与BOG总管相连接，BOG总管通过LNG储罐的BOG管线与LNG储罐7的氮气入口连接；LNG储罐7的顶部设有放空控制阀15；即，经过气液混合器5的低温氮气注入待预冷的LNG卸料管道6，低温氮气通过LNG卸料管道至LNG码头8的卸料管线，通过液相臂跨接至气相臂，与BOG总管相连接，再返回LNG储罐7，复温的低温氮气一部分通过LNG储罐7顶放空，一部分再返回到入口冷却罐3，形成预冷的氮气循环。

[0053] 本实施例中，优选地，为了实现预冷操作的自动控制，本实施例LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括液氮流量控制系统，包括液氮流量控制阀9和液氮流量控制器，液氮流量控制阀9设置于连接液氮槽车1和入口冷却罐3的液氮入口之间的管路上；液氮流量控制系统被配置为：读取预冷氮气入口温度变送器TIC05和预冷氮气入口压力变送器PT04的压力，预冷氮气入口流量变送器FT02的数值，通过温度和压力补偿计算方法【F＝P3*SQRT(C1(273+P2)*(P1+202)/C2)，其中，C1表示设定温度(K)，C2表示设定压力(kPa)，P1表示实际压力(kPa)，P2表示实际温度(℃)，P3表示未补偿前流量】，计算出注入预冷管道的实时低温氮气的流量F，此氮气流量作为液氮流量控制器FIC02的流量输入；根据待预冷的LNG管道6末端(码头侧卸料管道)温度，设定预冷氮气入口温度变送器TIC05的温度低于预冷管道末端温度15～30℃，根据注入的氮气温度、预冷管道的散热量和降温速度，通过HYSYS软件模拟计算需要注入低温氮气的流量，来设定液氮流量控制器FIC02的流量的设定值。预冷氮气入口温度变送器TIC05与液氮流量控制器FIC02，液氮流量调节阀9组成串级的PID控制系统，以调节液氮流量调节阀9的开度。

[0054] 本实施例中，优选地，为了实现预冷操作的自动控制，本实施例LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括鼓风机出口流量控制系统，包括鼓风机出口流量控制阀10和鼓风机出口流量控制器，鼓风机出口流量控制阀10设置于氮气鼓风机4的第二出口与入口冷却罐3的氮气入口之间的管路上；鼓风机出口流量控制系统被配置为：读取氮气鼓风机出口温度变送器TT02和氮气鼓风机出口压力变送器PT02的压力，气液混合器气相入口流量变送器FT01的数值，通过温度和压力补偿计算方法，计算出鼓风机出口实时高温氮气的流量，此氮气流量作为鼓风机出口流量控制器FIC01控制器的流量输入，将其反馈给鼓风机出口流量控制器FIC01；根据注入预冷管道的低温氮气的流量即预冷氮气入口流量变送器FT02的数值和温度即预冷氮气入口温度变送器TIC05的数值，通过HYSYS软件模拟计算(FY‑02计算模块)出需要的液氮和氮气的流量及比例，来设定鼓风机出口流量控制器FIC01的设定值；液氮流量调节阀FIC02的流量、鼓风机出口流量控制器FIC01和鼓风机出口流量控制阀10组成比率控制的PID控制回路，以此调节鼓风机出口流量控制阀10的开度。

[0055] 本实施例中，优选地，为了实现预冷操作的自动控制，本实施例LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括冷却罐氮气出口温度控制系统，包括液氮旁路控制阀11和冷却罐氮气出口温度控制器，液氮旁路控制阀11位于连接入口冷却罐3的液氮出口和入口冷却罐3的液氮入口之间的管路上；冷却罐氮气出口温度控制系统被配置为：读取冷却罐3氮气出口温度变送器即入口冷却罐罐顶出口温度变送器TT01的数值，并将其反馈给冷却罐氮气出口温度控制器TIC01，控制冷却罐3的氮气出口的温度设定值为0～‑20℃，入口冷却罐罐顶出口温度变送器TT01温度、冷却罐氮气出口温度控制器TIC01和液氮旁路控制阀11组成PID控制回路，以调节液氮旁路控制阀11的开度，实现冷却罐3氮气出口温度的控制。

[0056] 上述的实施例，入口冷却罐入口管线上设置入口冷却罐液氮入口温度变送器TT03及入口冷却罐入口压力变送器PT03用以监测入口温度及压力；

[0057] 入口冷却罐的氮气入口处设有出预冷管线隔离阀12，待预冷的管线的氮气入口处设有进预冷管线隔离阀13；

[0058] 入口冷却罐液氮出口处设有入口冷却罐液氮出口温度变送器TT04，用以监测出口液氮温度；

[0059] 预冷氮气入口处设有预冷氮气入口温度变送器TT05，用以监测入口低温氮气温度；

[0060] 入口冷却罐顶部管线设有入口冷却罐罐顶出口压力变送器PT01，用以监测氮气出口压力；

[0061] LNG储罐与待预冷的LNG管道之间的管线上设有待预冷管线与LNG罐顶连接线上控制阀14；

[0062] LNG储罐的罐顶设有LNG罐顶放空控制阀15，用于控制储罐内部及BOG总管的压力。

[0063] 上述的实施例，液氮槽车与管道的连接处通过软管连接，入口冷却罐的氮气入口处通过软管与LNG储罐的BOG管道连接，预冷的LNG储罐的氮气出口处通过软管与LNG储罐的BOG管道连接。

[0064] 实施操作步骤

[0065] 如图1所示，用于预冷LNG接收站46寸长度为500米的卸料管道，将管道的末端预冷至‑110～‑120℃，本实施例LNG接收站氮气循环管道预冷方法，包括如下步骤：

[0066] S1、来自LNG储罐7的氮气2000Nm3/h通过罐顶和来自液氮槽车1的液氮在入口冷却罐3中进行热交换，氮气被液氮冷却至0～‑20℃；

[0067] S2、从入口冷却罐2输出的氮气通入鼓风机4中进行增压，由5～10kPaG增压至1003
～150kPaG，鼓风机输出流量为500～2000Nm /h，增压后的氮气进入气液混合器5；同时，从入口冷却罐3输出的液氮进入气液混合器5；其中，鼓风机出口的温度不超过100℃；

[0068] S3、气液混合器5中的氮气和液氮混合后进入待预冷的LNG管道6中对管道进行预冷，预冷之后的氮气进入LNG储罐7中；

[0069] 管道预冷过程中，LNG管道6预冷的降温速度控制在每小时降低5～10℃，LNG储罐的压力保持在10～20kPaG。