液化天然气接收站不同船期下动态罐容模型建立及分析

液化天然气接收站不同船期下动态罐容模型建立及分析

王浩,陈维思,张浩楠,李阳,张奕

北京燃气集团(天津)液化天然气有限公司

单位省市：天津市

单位邮编：300451

摘要:根据规划的不同船期模式,考虑外输量的季节调峰､日调峰以及安全余量影响,建立了均匀船期､自主船期2种罐容动态计算模型｡针对某接收站,分别采用2种模型进行计算｡以下是具体内容｡

关键词:动态罐容;均匀船期;自主船期

液化天然气接收站罐容计算包括静态罐容计算及动态罐容计算两种方式｡静态罐容计算是计算某一时刻下接收站罐容需求量｡动态罐容是每时刻下接收站LNG库存量,取最大值为接收站罐容需求量｡船期是影响动态罐容计算的重要因素｡

本文主要研究均匀船期和自主船期2种模式｡均匀船期是指根据站场处理规模及码头运行能力均匀安排1年的船期｡自主船期是指完全根据库存量合理安排船期,当库存量小于安全储量时,通过卸船来增加库存量｡

1动态罐容计算

因为静态计算法仅能计算某个瞬时状态下接收站所需罐容,不能准确地表达接收站连续运行时所需罐容｡同时静态计算法没有考虑船期安排､季节调峰等对接收站存储能力的影响,因此其既无法计算最大罐容出现的工况,也无法体现极端工况下的储罐需求量,从而无法合理安排站场生产运行｡

动态罐容计算见式(1)｡本文计算原则为接收站LNG库存量需大于等于零｡

V(t)=V(t-1)+qs(t)-q(t)(1)

式中:V(t)———t时刻下接收站LNG库存量,

m3;V(t-1)———(t-1)时刻下接收站LNG库存量,

m3;qs(t)———卸船工况t时刻下的卸船量,

m3,若为非卸船工况,则该值为0;

q(t)———(t-1)至t时刻,接收站外输量,m3｡

由式(1)可知,接收站罐容计算的决定性因素包括接收站日外输量及船期｡

2动态罐容计算影响因素

2.1接收站外输量

接收站工程建设可研阶段,市场分析报告会根据市场需求预测该接收站每月外输量｡为了计算的准确性,在动态罐容分析时,根据日不均匀系数将月外输量细化至日外输量,然后平均至小时外输量(此处不再考虑小时不均匀系数影响)｡

2.2船期

均匀船期一般多用于天然气液化厂,即销售方｡半均匀船期､自主船期多用于天然气接收站,即购买方｡目前市场主流是16×104~18×104的大型LNG船,充装系数为0.9｡

2.3安全储存天数

安全储备天数为码头不可连续作业天数与船期延迟天数之和｡安全储备量Sq为安全储存天数与当天外输需求量之积｡在半均匀船期及均匀船期模型中考虑了发生1次不可作业的极端工况｡

2.4单码头卸船频率

根据海事规定,LNG船不允许夜航,因此需根据实际航线长度､站场的卸船速率,在考虑手续办理时间后,确定单座码头两船最小间隔天数D｡

3动态罐容计算模型

3.1均匀船期动态模型

根据市场预测及日不均匀系数,确定每天外输量{Ai}i=1~365,则年外输量为B=∑Ai｡每年到港LNG船数计算见式(2)｡

N=B/ρ/(Vε)(2)

式中:N———每年到港LNG船数,向上取整,艘;

B———年总外输量,kg;

ρ———LNG密度,kg/m3;

V———主力船型有效容积,m3;

ε———充装系数,取0.9｡

非卸船日,令mi=0;卸船日,令mi=1｡一年中每天第24时刻实际罐容计算见式(3)｡

T1=A0+m1×V×ε-A1i=1Ti=Ti-1+mi×V×ε-Ai{(3)1

式中:T1､Ti､Ti-1———分别为第1天､第i天､第(i-1)天的第24时刻实际罐容,m3;

A0———初始库存量,m3;

A1､Ai———分别为第1天､第i天总外输量,m3｡

卸船日卸船后罐容计算见式(4)｡

TSi=Ti-1+V×ε-Ai×V×ε24θ(4)

式中:TSi———卸船日卸船后罐容,m3;

θ———卸船速率,m3/h｡

若min(Ti)<0,则接收站所需罐容为{max(TSi)-min(Ti)};若min(Ti)≥0,则接收站所需罐容为{max(TSi)}｡

3.2自主船期动态模型

自主船期动态模型与上述两种模型不同之处为船期的确定｡设接收站安全储备量为Sq,当储罐库存量Ti-1

4某接收站动态罐容计算

中国某沿海城市拟建设规模为600×104t/a的LNG接收站,日不均匀系数高值取1.2,低值取0.8,设置该站每日外输量见图1｡

该接收站建设1座LNG码头,以17.2×104m3LNG船为主力船型,装载系数为0.9,卸船速率为14000m3/h,LNG密度为425kg/m3｡该地区海事不允许夜航,根据船容及卸载速率计算,每座码头卸船最小间隔时间为2d,即每座码头最大卸船频率为3d卸载1船｡

图1某接收站每日外输分解

4.1均匀船期动态计算

该接收站规模为600×104t/a,则需要卸载的LNG船次为:

N=600/[0.425×(17.2×0.9)]=91.2≈92艘两船,间隔时间Δt=365/92-1=4,即4d卸载1船｡

根据编制的“LNG储罐均匀船期罐容计算程序”进行模拟计算｡根据模拟结果可得,均匀船期动态计算最大罐容需求为165×104m3,需建设9座20×104m3LNG储罐｡

图2均匀船期动态计算得到的罐容需求

3.3自主船期动态计算

该站位于北方,考虑码头受气候影响,不可连续作业天数取5d;考虑海运途中､货源或船只等突发状况导致船延迟到达天数2d,则安全储备天数为7d,安全储备量为Sq=7Ai｡

单座码头连续两船卸载间隔最小为2d｡根据编制的“LNG储罐自主船期罐容计算程序”进行模拟计算｡由模拟结果可得:在不考虑冬季发生因环境影响和船期延误导致无法卸船工况时,自主船期最大罐容需求为43.7×104m3,需建设3座20×104m3LNG储罐;1年来船92艘,与均匀船期､半均匀船期计算结果一致｡工况下的罐容需求根据编制的“LNG储罐自主船期罐容计算程序1.1”模拟计算12月15日~次年1月30日之间发生1次7d不可连续作业工况罐容需求｡该程序可自动模拟计算该段时间每一天处于不可作业工况下接收站罐容需求,并选出其中最大值｡由计算结果可知,当1月20日起发生极端工况时,罐容需求最大,为69.4×104m3,需建设4座20×104m3LNG储罐｡

3.42种动态模型对比

根据某接收站的模拟结果可知:

1)在不发生极端工况的情况下,采用均匀船期模型､自主船期模型计算,罐容需求量分别为165×104､43.7×104m3｡自主船期模型较均匀船期模型可节省73.5%罐容｡

2)采用均匀船期模型,所需罐容最大;采用半均匀船期模型,所需罐容适中;采用自主船期模型,所需罐容最少,可节省大量建设投资｡

3)建议各接收站项目根据实际进货计划,合理安全船期,尽可能做到自主船期经营模式,从而减少储罐建造个数,节省投资｡

4结论

1)动态罐容计算方法考虑船期安排､气量的季节调峰和日调峰以及安全余量影响,其罐容都应该采用动态罐容分析法确定,以符合生产实际需求｡

2)均匀船期模型对船期安排自由度最小,自主船期模型较高｡自主船期模型适用于公司具有多座接收站､可自由安排船期的情况｡

3)建议各接收站项目根据实际进货计划,合理安全船期,尽可能做到自主船期经营模式,从而减少储罐建造个数,节省投资｡

参考文献:

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