大型LNG储罐液位控制设定优化

【摘要】在中国现有的大型LNG接收站中所有的大型LNG储罐几乎全部采用16万方地上全容储罐，但由于各个项目对储罐液位控制的设定要求不尽相同，这造成储罐实际容积存在一定差异，通过分析各项目招标时对LNG储罐液位控制的要求，结合罐内泵厂家资料以及接收站生产运行状态，对LNG储罐液位控制的设定要求提出新的优化建议。

【关键词】大型LNG储罐 液位控制 罐内泵 NPSHR

国内目前投产和即将投产的接收站，中海油有广东大鹏、福建莆田、上海洋山岗和浙江宁波；中石油有大连和江苏项目；这些接收站项目建造的大型LNG储罐对外都统称为16万方地上全容储罐，但各项目储罐的总容积没有一个相同的，最大的浙江LNG储罐全容积达到了18.2万方，而广东大鹏和上海项目的储罐全容积约为17.7万方，福建项目储罐全容积约为17.9万方，造成如此差别的直接原因是储罐低低低液位设定差异。

目前国内项目普遍采用的储罐液位设定方法是业主规定一个NPSHA值，将这个值定义为低低低液位（LALLL）即泵的关断液位，然后以LALLL液位为基准，按照15分钟和5分钟的罐内泵最大外输量，推断出低低液位LALL报警和低液位LAL报警值，其中LALL作为泵的再启动点，LAL设为最低操作液位。在LAL的基础上增加的16万方LNG体积被称作净工作容积（或有效净容积），设定一个正常操作液面高度值LAH报警点，16万方储罐就是指这个净容积；再按照15分钟和5分钟的最大LNG卸船量，推断出高高液位LAHH和高高高液位LAHHH报警，作为储罐的最高可装载液位设定。详见后图1：内罐壁高

图1 通用的储罐液位设定

这种LNG储罐招标时常用的液位设定要求可保证投标过程中的各承包商投标的一致性，但各项目业主规定罐内泵NPSHA值时随意性较大，从1.2米到2.4米都有被采用，并且经常出现将NPSHR值误当作NPSHA值写入招标文件，或者规定NPSHA但没有规定 NPSHR与NPSHA的最小差值要求，这让储罐EPC承包商在选择购买罐内泵时有较大自由度。当储罐EPC厂家按照业主规定的NPSH值选购罐内泵时，通常只会买NPSHR值无限接近要求，价格较低的罐内泵，而国际上的主要LNG罐内泵厂家产品存在着较大差异，以下是国内某项目中三家国际知名泵厂家提供的罐内泵NPSHR曲线图。很明显同等参数要求下三台泵的NPSHR值差距巨大，第一家的额定值只有0.4米，极限0.6米，而第三家的额定值都有2米，极限值更超过了3米；但当业主在储罐EPC招标中只标明要求NPSHR或LALLL为2米时，那第三家泵厂的罐内泵很可能因为价格便宜而被储罐EPC商选用。

同时5分钟最大外输泵量对80米内罐直径的LNG储罐来说，液位差只有约20毫米，在操作运行中很容易产生误报。特别是在特殊的操作状况下，如福建LNG接收站运行期间曾有过一次因台风无法卸船进料，但又必须保障下游城市用气的特殊工况，这时操作者不得不取消LALL报警与罐内泵关断的连锁功能，强行将LALL到LALLL间甚至更低的LNG抽出，而储罐设计液位时的15分钟液位差，并不能表现泵的性能，从而在这种特殊工况操作时泵损坏的风险很大。

如何在储罐EPC招标期间，在落实储罐罐容得同时，充分考虑运行风险，特建议对储罐液位控制设定作以下优化：

一般罐内泵为两极潜没泵，泵体和电机都潜没在低温的LNG液中，和冷却全部直接通过LNG液，所以罐内液位高度应要满足泵体潜没高度，一般泵体高度为1700毫米左右；

（1）按照选定罐内泵额定流量下NPSHR值加300毫米作为NPSHA值，该值设定为LALLL泵最低外输液位；

（2）参考选定罐内泵曲线中极限状态NPSHR值，设定其为LALL，作为泵再启动液位和正常操作关泵液位；

（3）在LALL基础上要求最少15分钟的最大外输量确定为LAL，作为低液位报警和最低操作液位；

（4）其他高液位设定方法参考原通用做法不变。

（5）按此液位控制优化要求招标，可充分调动储罐EPC承包商的设计积极性，体现出各承包商的设计能力，督促其购买质量优秀的罐内泵，并可使业主在今后的运行中充分了解和利用储罐容积，挖掘罐内泵的能力以应付突发的特殊工况。