LNG接收站罐容与季调峰计算.docx
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LNG接收站罐容与季调峰计算
LNG接收站罐容与季调峰计算
本文介绍了季调峰的概念及常规的季调峰是怎样的原理和解决的方式。
由于LNG产业链的特殊性，要考虑LNG运输以及接收站的接卸能力，LNG接收站罐容就成为设计中最关键的参数之一，从经济合理的角度考虑，LNG接收站必须承担市场用气的季调峰。
广东LNG、福建LNG、上海LNG接收站是由SOFREGAZ设计的，本文分析SZ设计和TGE设计，两种方法对罐容的计算原则及存在的差异。
同时分析罐容计算与市场用气的关系，可以得出结论，SZ设计的罐容的计算与市场的用气曲线不存在相关性，上海是SZ在国内设计的最后一个LNG项目，因此虽然其罐容的计算引入了安全系数，增大了罐容的计算结果，但仍然与市场用气曲线，特别是季调峰没有联系,因此针对国内的调峰接收站的设计，SOFREGAZ的计算公式有待斟酌。
浙江LNG接收站一期设计规模为300万吨/年，二期为600万吨/年。
其接收站由TGE承担FEED设计，本文同时介绍了TGE的罐容计算原则，分别以预测的浙江第一版市场数据和第二版市场数据为例，分析了此计算方法与市场用气曲线的联系，能较好解决调峰问题。
但对浙江第二版市场数据，应用TGE的计算原则，计算所得罐容偏小，分析出其不合理性，并从新角度出发，对TGE的计算的原理进行改进，找出新的季调峰系数的确定方式，从而得出一个合理的计算结果。
关键词：
LNG接收站、季调峰、罐容计算
LNG接收站的季调峰
在对城市及电厂供气系统中，LNG的下游用户主要为LNG调峰电厂和城市用户。
调峰电厂昼夜用气变化较大，但总的来说小时用气量变化不大，而城市用户小时用气量变化较大。
因此总用气量每时都在发生变化，而气源供气不可能完全按照用户用气量的变化而随时间变化。
为了保证按用户需求不间断地供气，必须解决供气与城市及电厂用气的平衡问题。
对于城市燃气的小时及日不均匀变化，可以通过省管网及城市卫星站，LPG调峰站等多种手段来解决，但是对于占用气绝大部分比例的电厂来说，电厂小时，日调峰只能用大型储气库调峰来解决。
由于每日用气差异的累积，在一年里累积的月不均匀性表现出在几个月里是用气的高峰期，在其他几个月里是用气的低谷期，常规下这种季节的峰谷是靠大型储气库（如地下储气库）来调节的。
这种调峰方式常用于本国天然气资源相对丰富并以陆上管网（道）供气为主的地区或国家，例如北美、欧洲、前苏联等。
地下储气库是天然气长输管线供气系统中不可缺少的部分，对解决季节用气高峰或供气系统发生事故时保证连续供气有着重要作用。
地下储气库的类型主要有：
含水层地下储气库，盐穴地下储气库，枯竭油、气田地下储气库。
经济分析资料表明，几种储存方式中，建设地下储气库最经济、成本最低，可以用较少的投资来改善对用户的供气需要。
针对国内现在引进的几个LNG项目，采用地下储气库的方式由于受到地理条件的限制，在近期实现可能性比较渺茫，季节性调峰的任务就落在了LNG接收站的储罐上。
由于LNG产业链的特殊性，要考虑LNG运输以及接收站的接卸能力，LNG接收站罐容就成为设计中最关键的参数之一。
LNG接收站扮演着地下储气库的角色，从经济合理的角度考虑，承担季调峰任务是最为经济的。
LNG罐容常规计算方法
LNG接收站罐容的计算公式，有几种型式，其中下面一种最为常见，
Vs=[Vt+（n×Q）-（t×q）]/k
其中：
Vs——所需的最小罐容
Vt——从LNG船所卸的最大容量（165000m3）
n——最大不可作业天数（一般按5天计算）
Q——接收站LNG最大输出量（包括干线的输出和槽车）
t——卸船时间（一般可按14个小时）
q——接收站LNG的最小输出量
k——罐容的安全系数
由公式可以看出，此计算结果保证了接卸LNG船时所需的最大罐容，罐容的计算中与市场的用气曲线及市场的总用气量没有任何关联，没有考虑市场用气的调峰，所谓的最大和最小输出量是基荷型接收站的最大、最小流量，其计算结果并不适用于LNG接收站调峰的设计。
这种计算适用于欧洲LNG接收站的设计模式，即市场用气的调峰是用地下储气库来满足的，LNG接收站并不承担季调峰的任务，LNG接收站的输出是比较均匀一致的，不存在调峰的问题。
TGE罐容计算方法
日本的接收站多是以承担调峰任务为主的，在调峰问题研究上有成熟的经验。
以东京瓦斯（TokyoGasEngineering）给浙江设计的LNG接收站为例，对罐容的计算进行分析。
其计算公式为：
V=V1+V2+V3+V4
V——接收站LNG储罐罐容；m3
V1——LNG船装卸有效船容（145，000m3）；
V2——备用量，考虑最大不可作业期间的备用量，一般按5天的平均备用量考虑（年需求量/365×5）；m3
V3——季调峰存储量m3；（V3=年需求量×季调峰系数），
V4——呆滞存储量，可按罐容的3%考虑；m3
LNG密度可按0.448来考虑。
由以上公式可以看出，对于一个LNG进口量和船运规模确定的LNG接收站，其罐容计算的关键在于V3－季调峰存储量，即季调峰系数的确定。
按年300万吨LNG需求量设计，预测的第一版市场用气曲线如下：
表1第一版市场数据月不均匀系数
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
系数
1.3
1.074
1.037
0.785
0.865
0.88
1.05
1.189
0.99
0.76
0.94
1.13
图1第一版市场用气曲线（2010年）
表2第二版市场数据月不均匀系数
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2010年
1.047
0.879
1.019
0.848
0.913
0.908
1.14
1.135
0.979
0.867
1.026
1.239
图2第二版市场用气曲线
由上图可知，最大波峰值为11月到次年1月的量为2.6%，最大波谷为4月份到6月份，其值为2.76%，我们先用原TGE的方法来确认季调峰系数，取大值即为2.76%。
计算结果经验证表明，按此思路确定季调峰系数偏小，由此计算的罐容也偏小，不满足调峰要求。
现换个角度，改进一下TGE季调峰系数的确定方法，从为满足季调峰供气系统，需要储存的气量的常规思维入手，考虑到由于LNG是按月均匀供应的，我们把上表2中不均匀系数转化成用气量的百分比，转换后的数据如下：
表3第二版市场数据用气及储气量月分析（2010年）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月不均匀系数
1.047
0.879
1.019
0.848
0.913
0.908
1.14
1.135
0.979
0.867
1.026
1.239
当月用气量%
8.73
7.33
8.49
7.07
7.61
7.57
9.5
9.46
8.16
7.23
8.55
10.33
当月供气量%
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
当月储气量%
-0.4
1
-0.16
1.26
0.72
0.76
-1.17
-1.13
0.17
1.1
-0.22
-2
累计储气量%
-0.4
0.6
0.44
1.7
2.42
3.18
2.01
0.88
1.05
2.15
1.93
-0.07
计算结果分析图表如下：
图3利用第二版市场数据所得储气罐工作曲线
供气系统的累计储气量为负值时，就意味着是必须预先储存的量；正值是需要的存储的量，我们不难理解，季调峰系数就是负的最大值与正的最大值的迭加，即为|-0.4%|+3.18%=3.58%。
计算结果与按TGE方法计算的结果2.76%有较大的出入。
我们再按表1的市场数据来验算一下上述改进计算方法，计算如下：
表4第一版市场数据用气及储气量月分析（2010年）
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
月不均匀系数
1.3
1.074
1.037
0.785
0.865
0.88
1.05
1.189
0.99
0.76
0.94
1.13
当月用气量
10.83
8.95
8.64
6.54
7.21
7.33
8.75
9.91
8.25
6.33
7.83
9.42
当月供气量
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
当月储气量
-2.5
-0.62
-0.31
1.79
1.12
1
-0.42
-1.58
0.08
2
0.5
-1.09
累积储气量
-2.5
-3.12
-3.43
-1.64
-0.52
0.48
0.06
-1.52
-1.44
0.56
1.06
-0.03
由表4可知，季调峰系数为1.06%+|-3.43%|=4.49%，与TGE对第一版市场数据计算结果4.5%基本吻合。
同样用TGE的计算方法，为什么会有这样的差异呢？
我们先来分析一下TGE的计算，TGE的计算是选取最大的波峰和波谷的最大值，来确定季调峰系数，其意义就在高峰用气期和低谷期取LNG储罐液位最大的变化范围。
这样对于波峰波谷相继的情况是适用的，如在用气波谷时，储罐储存一定量LNG，接着到供气波峰时，储罐可将原储存的LNG外输。
但是当两个波峰（波谷）之间只有一个较小的波谷（波峰），即波峰波谷界限不明显时，LNG储罐的液位在第一个供气波峰期降低后，在紧接的供气波谷期液位并没有出现大幅的上涨，而在第二个波峰期储罐的液位又开始大幅度降低，所以储罐的容量应考虑两次或两次以上的这种波峰（波谷）对罐容计算产生的影响，如果单纯考虑一个波峰或波谷，计算的结果肯定与实际结果有出入。
对于罐容的计算，只是一个理论的分析过程，实际上罐容的确定还应考虑市场落实情况、资源以及运输的安排，因此不能过于依赖理论计算的结果，各项目应结合实际，确定LNG储罐的容量。
LNG接收站储存能力的确定因素是多方面的，如码头最大连续不可作业天数、LNG接收站的外输要求、市场的用量、LNG运输船的数量、大小、往返时间及其它计划的或不可预料事件如LNG运输船的延期或维修、气候变化等。
其设计原则是在保证稳定供气的情况下，提高接收站储罐的利用率，尽可能提高LNG产业链的运营经济性。
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