离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统与方法
技术领域
本发明涉及一种离岸LNG接收站的码头平台低温管线保冷方法，并提供了本方法实施所需要的隔离设施、仪表控制、安全联锁及泄放设施。
背景技术
液化天然气具有质量热值高、效率高、污染小、环境友好性强的特点，是一种应用广泛的优质能源。随着液化天然气应用(以下称“LNG”)的普及和LNG产业的不断发展，LNG的应用基础设施种类越来越多，除了常规的LNG接收终端外，还涌现出了许多不同形式的LNG接收及再气化基础设施，浮式LNG再气化装置(以下称“FSRU”)即为其中之一。FSRU是具有接收、存储、转运、再气化外输等多种功能于一体的特种装备，配备推进系统，兼具LNG运输船功能。主要功能为LNG的储存及再气化，将从其它LNG船舶接收的LNG加压气化后，输送到管网中提供给天然气用户，是离岸LNG接收站的最佳选择。
通常离岸LNG接收站远离海岸线，位于海上。典型示意图如图1所示。来自LNG液化厂的LNG运输船(以下称“LNGC”)，连接码头平台9一侧的液相卸料臂91，经码头平台9上卸船总管92将LNG输送至另一侧的液相装料臂93，将LNG输送至FSRU的储罐中。装船回气臂94以及卸船回气臂95将FSRU装船置换产生的BOG返回至LNGC的储罐中。来自FSRU上气化设施的高压天然气经码头平台9一侧的高压气体外输臂将高压天然气输送至码头平台9的计量、调压装置，然后进入海底管线将天然气输送至用户。
对于传统陆域LNG接收站，当LNGC完成卸料离港后，需将接收站的低压LNG通过码头保冷循环管线将LNG输送至码头，经卸船总管返回至接收站的LNG储罐中，以此来维持大尺寸的该卸船总管(通常为40～48”)处于冷却状态，以便于再次进行LNGC卸料时对卸船总管重复预冷，减少操作时间，避免物料损失，节省运行费用，降低预冷操作潜在的泄漏、应力集中等安全风险。
对于离岸LNG接收站，当LNGC完成卸料离港后，仍然需要维持卸船管线处于冷态状态，避免出现复温过程造成的低温管线上下表面温差较大现象，通常FSRU可提供低压LNG，但FSRU却没有低压LNG经卸船管线保冷后循环至FSRU的接口。由于FSRU上的工艺流程也无法为该功能进行单独改造。因此需要在码头平台的工艺流程方案设计中实现码头卸船管线保冷循环的功能。
此外，由于离岸LNG接收站位于海上，当恶劣天气或台风发生时，FSRU和LNGC均需要离开码头，此时LNG码头平台管线然需要维持卸船管线处于冷却状态，此状态下保冷用LNG来源及保冷循环后LNG的去处均需考虑。
发明内容
本发明所要解决的技术难题是提供一种离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统与方法，以此来维持大尺寸卸船总管(通常为40～48”)处于冷却状态，避免每次卸船前对卸船总管重复预冷，减少操作时间，提高码头利用率，避免重复预冷导致的潜在泄漏、应力集中等安全风险。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统，具有卸船臂、装船臂、装船回气臂以及卸船回气臂，其中：
卸船臂与LNGC相连，各卸船臂经卸船支管连接至卸船总管，卸船总管又通过各装船支管连通至装船臂，装船臂与FSRU相连，以将LNGC中的LNG输送至FSRU的储罐中；
装船回气臂与FSRU相连，并通过BOG回气总管连通至卸船回气臂，卸船回气臂再连通至LNGC，以将FSRU装船置换产生的BOG返回至LNGC的储罐；其特征在于：
各卸船支管设置有卸船支管切断阀，还连接有卸船放空支管和卸船排净支管；各装船支管设置有装船支管切断阀，还连接有装船放空支管和装船排净支管；
各卸船放空支管以及各装船放空支管由放空总管汇合连通至码头排净罐；各卸船排净支管以及各装船排净支管由排净总管汇合连通至所述码头排净罐；
所述码头排净罐通过码头排净罐气相平衡线与BOG回气总管相连通。
所述的离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统，其中：所述码头排净罐还通过压力控制阀调压后通过码头放空筒与外部相连通。
所述的离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统，其中：所述码头排净罐还连接有循环泵，所述循环泵通过循环泵保冷管线与所述卸船总管相连通，还通过循环泵回流管线与所述码头排净罐回接。
所述的离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统，其中：所述码头排净罐设置有压力安全阀。
一种离岸LNG接收站的码头平台管线保冷方法，采用前述离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统，其特征在于：
卸船完成后，各卸船放空支管、各装船放空支管上的阀门维持在关闭状态，将各卸船支管上的卸船支管切断阀以及各装船支管上的阀门关闭，打开各卸船排净支管与各装船排净支管上的阀门，打开排净总管与码头排净罐之间的阀门，将卸船臂和装船臂中储存的LNG通过各卸船排净支管、各装船排净支管以及排净总管收集至码头排净罐；
收集完毕后，关闭各卸船排净支管、各装船排净支管上的阀门，并且断开各卸船臂、卸船回气臂同LNGC的连接，断开各装船臂同FSRU的连接，维持装船回气臂同FSRU的连接状态；
打开各卸船放空支管与卸船总管相接管路上的阀门，打开各装船放空支管与卸船总管相接管路上的阀门，维持码头排净罐气相平衡线的阀门处于开启状态。
所述的离岸LNG接收站的码头平台管线保冷方法，其中：卸船总管中的LNG吸收环境热量产生的蒸发气自然挥发，被收集至码头排净罐，再通过码头排净罐气相平衡线、BOG回气总管以及装船回气臂送至FSRU的储罐进行处理。
一种离岸LNG接收站的码头平台管线保冷方法，采用前述离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统，其特征在于：
各卸船放空支管与卸船总管相接管路上的阀门关闭，各装船放空支管与卸船总管相接管路上的阀门关闭，维持码头排净罐气相平衡线的阀门处于开启状态；
将一根装船臂连接至FSRU，并打开该一根装船臂所对应的装船排净管线阀门，将来自FSRU喷淋泵输出的小流量LNG经装船臂、装船排净支管、排净总管对码头排净罐进行填充，然后关闭FSRU喷淋泵，完成装船臂的氮气吹扫后，关闭该一根装船臂所对应的装船排净管线阀门，以断开该一根装船臂；
打开各卸船支管与排净总管之间的阀门以及各装船支管与排净总管之间的阀门，开启循环泵，LNG进入卸船总管，经各卸船支管以及各装船支管进入码头排净罐。
所述的离岸LNG接收站的码头平台管线保冷方法，其中：产生的蒸发气通过码头排净罐气相平衡线、BOG回气总管以及装船回气臂返回至FSRU的储罐进行处理。
所述的离岸LNG接收站的码头平台管线保冷方法，其中：FSRU离港情况下，产生的蒸发气通过码头排净罐的压力控制阀调压后，通过码头放空筒放空。
目前国内还没有建设和投产的离岸LNG接收站，由于国内优质海岸线的缺乏，离岸LNG接收站凭借工期短、投资低、收效快等特点将会迎来高速发展期。本发明针对新颖的离岸LNG接收站工艺及生产需求，提供一种灵活、节能、运维稳定的码头平台管线保冷方法及控制措施，使其具有适用工况广、设备运行可靠性高、灵活性强、环境友好性好、运维成本低，安全性高等优点。
附图说明
图1是传统LNGC与FSRU对接示意图。
图2是本发明提供的离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统与方法的结构示意图。
附图标记说明：L-001卸船臂；L-101装船臂；L-002卸船回气臂；L-102装船回气臂；D-01码头排净罐；P-01循环泵；VS-01放空筒；N-管汇口；P001卸船支管；P005装船支管；P004卸船总管；P105码头排净罐气相平衡线；P102-BOG回气总管；P201卸船放空支管；P208装船放空支管；P207放空总管；P301卸船排净支管；P306装船排净支管；P311-排净总管；P401循环泵保冷管线；P402循环泵回流管线；LC码头排净罐液位传感器；PC01码头排净罐压力传感器；FT01第一出口流量传感器；FT02第二出口流量传感器；A14阀门；A19阀门；A20压力控制阀；A01卸船支管切断阀；A02阀门；阀门A08；阀门A09；A21止回阀；A22阀门；A23阀门；A24最小回流阀；B01装船支管切断阀；B02阀门；B08阀门；B09阀门；B14阀门；
[现有技术部分]9码头平台；91液相卸料臂；92卸船总管；93液相装料臂。
具体实施方式
如图2所示，首先介绍本发明提供的一种离岸LNG接收站的码头平台管线保冷系统，具有卸船臂L-001、装船臂L-101、装船回气臂L-102以及卸船回气臂L-002，其中：
卸船臂L-001通过管汇口N与LNGC相连，各卸船臂L-001经卸船支管P001连接至卸船总管P004，卸船总管P004又通过各装船支管P005连通至装船臂L-101，装船臂L-101通过管汇口N与FSRU相连，以将LNGC中的LNG输送至FSRU的储罐中，实现装船动作；
装船回气臂L-102通过管汇口N与FSRU相连，并通过BOG回气总管P102连通至卸船回气臂L-002，卸船回气臂L-002再通过管汇口N连通至LNGC，以将FSRU装船置换产生的BOG返回至LNGC的储罐。
各卸船支管P001设置有卸船支管切断阀A01，还连接有卸船放空支管P201和卸船排净支管P301；各装船支管P005设置有装船支管切断阀B01，还连接有装船放空支管P208和装船排净支管P306；
各卸船放空支管P201以及各装船放空支管P208由放空总管P207汇合连通至码头排净罐D-01；各卸船排净支管P301以及各装船排净支管P306由排净总管P311汇合连通至所述码头排净罐D-01；
所述码头排净罐D-01通过码头排净罐气相平衡线P105与BOG回气总管P102相连通，所述码头排净罐D-01还通过压力控制阀A20调压后通过码头放空筒VS-01与外部相连通；
所述码头排净罐D-01还连接有循环泵P-01，所述循环泵P-01通过循环泵保冷管线P401与所述卸船总管P004相连通，还通过循环泵回流管线P402与所述码头排净罐D-01回接。
所述码头排净罐D-01设置有压力安全阀，以保证码头排净的本质安全。
本发明主要包含三种主要运行模式，分别为卸船模式、非卸船自然蒸发保冷模式、非卸船泵循环保冷模式，在保障离岸LNG接收站码头平台保冷可行性和可靠性的前提下，最大程度实现操作模式切换的灵活性。
卸船模式：
来自LNGC的LNG经卸船臂L-001经卸船支管P001、卸船总管P004、装船支管P005输送至装船臂L-101后进入FSRU的储罐中，卸船管线利用卸船过程大量LNG实现保冷；FSRU装船置换产生的BOG经装船回气臂L-102、BOG回气总管P102、卸船回气臂L-002返回至LNGC的储罐。
卸船期间，卸船放空支管P201、卸船排净支管P301、装船放空支管P208、装船排净支管P306上的阀门A08、A02、B08、B02保持关闭状态，码头排净罐气相平衡线P105上的阀门A19保持常开状态，循环泵P-01为停运状态。
非卸船自然挥发保冷模式：
卸船完成后，各卸船放空支管P201、各装船放空支管P208上的阀门A08、B08维持在关闭状态，将各卸船支管P001上的卸船支管切断阀A01以及各装船支管P005上的阀门B01关闭，打开各卸船排净支管P301与各装船排净支管P306上的阀门A02、B02，打开排净总管P311与码头排净罐D-01之间的阀门A23，将卸船臂L-001和装船臂L-101中储存的LNG通过各卸船排净支管P301、各装船排净支管P306以及排净总管P311收集至码头排净罐D-01。
收集完毕后，关闭各卸船排净支管P301、各装船排净支管P306上的阀门A02、B02，并且断开各卸船臂L-001、卸船回气臂L-002同LNGC的管汇口N的连接，断开各装船臂L-101同FSRU的管汇口N的连接，维持装船回气臂L-102同FSRU的管汇口N的连接状态。
若距离下一次卸船时间较短(≤3天)，卸船频次高，可采用卸船总管P004中存储的LNG自然挥发来维持卸船总管的冷却状态。此工况下，打开各卸船放空支管P201与卸船总管P004相接管路上的阀门A09，打开各装船放空支管P208与卸船总管P004相接管路上的阀门B09，维持码头排净罐气相平衡线P105的阀门A19处于开启状态。此时，卸船总管P004吸收环境热量产生的蒸发气自然挥发，经高点泄放总管收集至码头排净罐D-01，再通过码头排净罐气相平衡线P105、BOG回气总管P102以及装船回气臂L-102送至FSRU的储罐进行处理。
非卸船泵循环保冷模式：
若距离下一次卸船时间较长(＞3天)，卸船频次略高，采用卸船总管P004中存储的LNG自然挥发不足以维持卸船总管P004的冷却状态，需要对码头平台LNG管线进行补充LNG。此时，各卸船放空支管P201与卸船总管P004相接管路上的阀门A09关闭，各装船放空支管P208与卸船总管P004相接管路上的阀门B09关闭，维持码头排净罐气相平衡线P105的阀门A19处于开启状态；将一根装船臂L-101连接至FSRU，并打开该一根装船臂L-101所对应的装船排净管线阀门B02，将来自FSRU喷淋泵输出的小流量LNG经装船臂L-101、装船排净支管P306、排净总管P311、阀门A23对码头排净罐D-01进行填充至50％液位高度以上，然后关闭FSRU喷淋泵，完成装船臂L-101的氮气吹扫后，关闭该一根装船臂L-101所对应的装船排净管线阀门B02，以断开该一根装船臂L-101。随后，打开各卸船支管P001与排净总管P311之间的阀门A14以及各装船支管P005与排净总管P311之间的阀门B14，此时开启循环泵P-01，LNG经止回阀A21、阀门A22后进入卸船总管P004，经各卸船支管P001以及各装船支管P005进入码头排净罐D-01，以此循环往复，实现卸船管线的冷态。在此期间产生的蒸发气仍通过码头排净罐气相平衡线P105、BOG回气总管P102以及装船回气臂L-102返回至FSRU的储罐进行处理。
FSRU离港模式下，类似于非卸船泵循环保冷模式，但FSRU离港模式下产生的蒸发气会通过码头排净罐D-01的压力控制阀A20调压后，通过码头放空筒VS-01放空。
主要控制回路：
本发明的主要控制回路包括：
码头排净罐D-01的压力传感器PC01，用于测量码头排净罐D-01的压力，反馈控制放空管线的压力控制阀A20；
码头排净罐D-01的液位传感器LC，用于测量码头排净罐D-01的液位，液位低低联锁停循环泵P-01；
循环泵P-01的第一出口流量传感器FT01，用于测量循环泵P-01流量，控制循环泵P-01的最小回流阀A24，保护循环泵P-01的正常运行；
循环泵P-01的第二出口流量传感器FT02，用于测量循环泵流量，流量低低联锁停循环泵P-01。
上述3种运行模式分别进行DCS和SIS组态，3种模式分别独立设置和选择，控制简单，最大程度降低操作人员误操作的概率。
综上所述，本发明提供一种灵活、运维稳定的码头平台管线保冷方法及控制措施，避免每次卸船前对卸船总管重复预冷，减少操作时间，提高码头利用率，避免重复预冷潜在泄漏、应力集中等安全风险，此工艺方法适用工况广、环境友好性好、运维成本低，安全性高；具体来说：
(1)本发明主要包含3种主要运行模式，卸船模式、非卸船自然蒸发保冷模式和非卸船泵循环保冷模式，在保障离岸LNG接收站码头平台保冷可行性和可靠性的前提下，控制简单，最大程度实现操作模式切换的灵活性。
(2)若距离下一次卸船时间较短(≤3天)，卸船频次高，可采用卸船总管中存储的LNG自然蒸发来实现维持卸船总管的冷却状态，期间卸船总管吸热产生的蒸发气自然挥发，经高点泄放总管收集至码头排净罐，通过码头排净罐平衡管线和回气总管相连，进而通过装船回气臂将产生的蒸发气送至FSRU的储罐进行处理。
(3)若距离下一次卸船时间较长(＞3天)，卸船频次略高，采用卸船总管中存储的LNG自然蒸发不足以实现维持卸船总管的冷却状态，需启动码头收集罐的循环泵为冷循环LNG提供动力，以此循环往复实现卸船管线的冷态。期间产生的蒸发气仍通过码头收集罐平衡线、气相返回管线、装船回气臂返回至FSRU储罐。
(4)FSRU离港模式下码头平台产生的蒸发气通过码头收集罐的压力控制阀A20调压后排入码头放空筒VS-01，在非FSRU离港模式下，此放空方式可作为蒸发气回气至FSRU储罐的备用。
(5)码头排净罐D-01设置有压力安全阀，保证码头排净罐的本质安全设计。
(6)当码头排净罐的压力传感器PC01的压力高于设定值时，压力控制回路会开启控制阀A20泄压，维持码头排净罐的压力维持在正常范围；
(7)当码头排净罐的液位传感器LC所测数值低于设定值时，液位低低控制回路会联锁停循环泵P-01，避免循环泵的气蚀；
(8)当循环泵出口流量传感器FT01的数值低于设定值时，流量控制回路会开启最小回流控制阀A24，维持循环泵的最小流量，避免循环泵的损坏；
(9)当循环泵出口流量传感器FT02的数值低于设定值时，流量低低控制回路会联锁停循环泵P-01，避免循环泵的气蚀、震动及甚至损坏。
总之，本发明的优点包括：
(1)解决了离岸LNG接收站码头平台工艺管线的保冷难题，并针对不同的操作模式给出了可选择的工艺技术及控制措施，通过减少甚至避免卸船总管的重复预冷，最大程度减少泄漏源和应力变化等现象；通过减少操作人员的操作时间，提高码头利用率和安全性。
(2)本发明提供的码头保冷方式的控制回路简单，易于操作控制，稳定性强；并设置有独立完整的安全仪表控制系统，安全性高。
(3)本发明的三种运行模式单独组态，控制逻辑简单，独立行强，操作灵活性高，最大程度降低操作人员误操作的概率。同时可互为备用，备用率高，稳定性强。
