摘要：LNG船液货输送系统是联接LNG船与岸上系统的纽带，同时也是LNG船的设计重点与难点，合理设计LNG船上的输送系统对安全性与稳定性至关重要。应用HYSYS软件对设计状态下的工艺流程和布置进行模拟计算，分析模拟结果，保证液货输送工艺流程及布置的准确。
关键词：LNG船；液货输送；工艺流程；HYSYS模拟计算
1.引言
LNG船上的液货装卸输送系统，是联系船与外部液化站和接受站的纽带，装卸过程稍有不慎，可能会导致液货泄露、液货翻滚、起火爆炸，从而危及船舶、人员和港口的安全。因此，为了控制液货装卸时间，同时也为保证液货在装卸过程中的稳定性，需要合理地设计LNG船上的液货输送系统。
2.LNG船液货输送系统工艺流程
1）卸载系统
LNG船到达码头后，LNG由船上的液货泵送出，输送到LNG液相汇总管，再分配到跨接管L1和L2，连接岸上LNG卸船臂，并通过卸船总管输送到岸上LNG储罐中。卸船时岸上储罐产生大量蒸发气BOG，部分BOG通过经气相返回臂，将部分BOG返回到船上跨接管，再经气相管汇，返回每个LNG液货舱中，以保持卸船系统的压力平衡。
2）装载系统
LNG运输船到达装载码头后，通过连接装卸臂和船上LNG液体跨接管、气体跨接管，LNG通过岸上LNG储罐的罐内泵输送至外输总管，然后进入码头卸料臂，与船上液体跨接管相连接，而后进入液体管汇，分配输送至各个液货舱，装载过程中，液货舱会产生大量的BOG蒸发气，一部分BOG蒸发气通过气体管汇汇集，进入气体跨接管，通过码头气相返回臂输送至岸上LNG储罐，平衡其压力。另一部分多余BOG蒸发气，在气相管汇上分配进入气相总管，进入船上BOG再液化装置，冷凝后返回各个液化舱。
3）液货舱系统
小型液化气运输船上布置有4个液货舱，每个液货舱为C-型储罐，双筒型。液货舱内设置液货泵， 用于LNG卸载。
每个液货舱设置有气相管汇，液相管汇、冷凝液管汇和扫气管汇。装载LNG时，LNG通过液相管汇进入液货舱，从底部进入。从上部进入时，可经过旁路阀进入冷凝液管线，通过冷凝管线喷淋进入液货舱, 预冷液舱。
冷凝管线用于返回经BOG再液化装置液化后的冷凝液，喷淋冷却液舱内气相，控制液舱内压力。其中液舱内的气相可通过气相管线，进入BOG再液化装置液化冷凝。
装船时，气相可通过气相返回管线进入岸上液化气储罐，平衡液货舱和储罐压力。
每个液货舱上设置有温度，压力和液位检测仪表。温度仪表设有不同液位温度检测点，监测液化气温度。压力仪表用于检测液货舱内压力，防止液舱超压。液位仪表检测液舱内液化气液位，供装卸时操作使用。同时，液货舱设置有取样口，可根据要求，采样检测LNG物性。液货舱上也设置有安全泄放阀门，用于紧急排放。
3.HYSYS中建立组态模型及计算
现在进行液货系统的计算大都使用国外专门的水力计算软件。国外的水力计算软件主要有Pipesystem，AFT，Hysys等，国内很少有专门针对LNG管道的水力计算软件。本项目使用HYSYS软件计算装卸系统过程的阻力损失和能量平衡，为设计LNG船液货输送系统提供依据，也为将来自主研发LNG船液货输送系统专用计算软件提供方法。
1）Aspen HYSYS 软件特点
Aspen HYSYS 是市场领先的过程建模工具，它可以为油气生产、气体加工、石油炼化和气体分离工业提供概念设计、优化、业务规划、资产管理和性能监控。Aspen HYSYS 软件主要特点有：智能化程度高，操作界面好，使用方便；软件包含的状态方程齐全，可以根据不同的原料气组成和工艺要求选用合适的状态方程；Aspen HYSYS特有的应用于全流程的组分管理，提供了一组功能强大的物性计算包，它的基础数据来源于世界著名的物性数据系统，并经过严格校验。这些数据包含20000个交互作用参数和4500多个纯物质数据。可以满足石油化工各种工艺计算；软件具有功能强大的工艺参数优化器，有五种算法供选择，可以解决有约束、无约束、等式约束和不等式约束的相关问题。
相比其它的水力计算软件单纯计算管路阻力损失，Aspen HYSYS不仅可以计算管道的阻力损失，还可以计算整个管网的能量平衡，计算出装卸过程中的介质的温度变化。但是，对于LNG船整个装卸过程的动态计算，包括HYSYS在内暂时几乎没有软件可以实现。
2）在Aspen HYSYS 中建立组图模型
在HYSYS软件中，建立LNG组态输送系统模型，如图1，进行装卸过程的管阻和能量平衡计算，验证输送系统工艺布置的合理性和设备选型的正确性。本项目研究对象是小型的液化气船，每条船配置4台双筒形液舱Tank（包括左舷+右舷），每台液舱Tank的左舷与右舷侧筒内各配置2台液下泵Pump，一用一备，每台泵出口（PumpOut）接阀门、弯头、管道至液相汇总管（Tee1Out），汇总后经过LNG卸船臂，通过卸船总管（Pipe10Out）输送到岸上LNG储罐中。
图1 LNG船液货装卸系统模型
3）LNG船液货输送系统设备选型
4台双筒形液舱（包括左舷+右舷），每台液舱容积约为5000 m3，液货舱内泵的参数为：Q=250m3/h, H=120mLc，P=60kW，每个液货舱内设2台泵，总计共8台泵。每个液货舱的泵出口管路管径为DN150，汇总管管径为DN300。装卸过程中液货舱内液货经泵输送到舱外，经船上的液货管道，输送到船两侧的阀组区，经卸料臂输送到岸上的储罐。整个液货输送系统设备及管件包括储罐、液货泵、管道、截止阀、弯头等。
4）流阻计算结果及分析
经过计算，LNG船装卸过程中，1、2、3、4液货舱液货管道压力和能量计算结果，见表1。观察各舱的压力损失和温度变化，其中液舱4的液货管道最长，管件最多，管道阻力损失和冷量损失也最大，管道的压力损失为241.7kPa, 管道内温度变化小于1℃，已在合理范围内。其余各舱的压力损失和温度变化更小，表明整个输送系统工艺布置和设备管段的选型是在合理范围。
表1 LNG船装卸过程物料和能量
参考文献
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论文作者:施凯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：货舱论文; 船上论文; 岸上论文; 气相论文; 输送系统论文; 软件论文; 管道论文; 《基层建设》2019年第14期论文;