一种将天然气卸入LNG生产装置的方法和系统

技术领域

本申请涉及天然气处理技术领域，特别涉及一种将天然气卸入LNG生产装置的方法和系统。

背景技术

当前，天然气资源为世界紧缺资源；在国内，由于国土面积宽广，铺设超长距离的天然气管输网不现实，因此常常在产气地把天然气处理并液化成为LNG，并用车将LNG运输到其它需要天然气的地方。生产LNG的原料天然气来源是多样化的，其中有一部分天然气是高压天然气(如特殊的孤井气等等)。当某地勘测出的高压天然气总气量不多，新建一个LNG工厂就不经济，因此需要将这类高压天然气通过移动式的高压天然气卸车装置向正在运行的LNG生产装置进行卸车，从而得到LNG产品。

LNG生产装置通常是由加压、预处理、液化三个部分组成的。生产商希望将高压天然气从高压天然气装置卸车进入到LNG生产装置；高压天然气的压力一般在5～30MPa之间，而生产LNG的原料天然气的压力一般在1～2MPa之间，经原料气压缩机压缩后的压力一般在4～6MPa之间。这样一来，当高压天然气在卸车进入LNG生产装置时，由于压差太大，对LNG生产装置可能造成冲击，并且每天需要卸车的次数多，各个高压天然气装置的压力不相等，卸车为不定时卸车，各个高压天然气装置的卸车可能同时也可能不同时，在卸车过程中，LNG生产装置的天然气处理量可能会变大，造成液化工序来不及调整导致LNG产品升温，原料气压缩机憋压跳车等问题。然而为了避免以上的问题，如果采用很缓慢的速度卸车，又会造成卸车时间过长，不能完成每日的卸车计划。

基于此，如何实现高压天然气装置向正在运行的LNG生产装置快速、高效、稳定的卸车是本领域技术人员需要思考的技术问题。

发明内容

为实现上述目的，本申请提供一种将天然气卸入LNG生产装置的方法，用于将卸车单元中的原料气卸至LNG生产装置中，LNG生产装置包括原料气压缩机，全部卸车单元的低压侧卸车出口和原料气压缩机的入口连通，全部卸车单元的高压侧卸车出口和原料气压缩机的出口连通；方法包括：

确定卸车总流量值F

根据总流量值F

根据高压流量值F

针对不同的卸车单元，

当卸车单元的内部压力值PIm大于等于高低压切换值Pm时，控制卸车单元以高压流量值F

当卸车单元的内部压力值PIm小于高低压切换值Pm时，根据卸车总流量值F

相对于上述背景技术，本申请提供的将天然气卸入LNG生产装置的方法，用于将卸车单元中的原料气卸至LNG生产装置中，LNG生产装置包括原料气压缩机，全部卸车单元的低压侧卸车出口和原料气压缩机的入口连通，全部卸车单元的高压侧卸车出口和原料气压缩机的出口连通；方法包括：确定卸车总流量值F

如此设置的将天然气卸入LNG生产装置的方法，能够针对不同卸车单元实现以不同流速进行卸车，针对不同的卸车单元，当卸车单元的内部压力值PIm大于等于高低压切换值Pm时，控制卸车单元以高压流量值F

其中，预设高压分配流量值的获取方式为：

通过公式((PIm-P

其中，PIm为第m个卸车单元的内部压力值，P

其中，高低压切换值Pm的获取方式为：

通过公式((F

其中，

F

其中，根据卸车总流量值F

通过卸车总流量值F

其中，预设低压分配流量值的获取方式为：

通过公式3600×((PIm-P

其中，PIm为第m个卸车单元的内部压力值，P

其中，LNG生产装置还包括：连通于原料气压缩机的入口处的流量调节回路；

方法还包括：

控制流量调节回路中的流量值为LNG生产装置在卸车之前的流量值减去全部卸车单元的流量实际值的总和，流量实际值的总和为在高压侧卸车时的高压流量实际值或在低压侧卸车时的低压流量实际值。

其中，LNG生产装置还包括预处理装置和液化装置，原料气压缩机、预处理装置和液化装置三者依次连接，原料气压缩机的入口和原料气压缩机的出口之间连通有回流阀，原料气压缩机和预处理装置之间连通有第一调压回路，预处理装置和液化装置之间连通有第二调压回路；

方法还包括：

控制第一调压回路中的压力值为原料气压缩机的出口处的期望压力值加上回流阀在开始动作时的压力偏差值；

控制第二调压回路中的压力值为LNG生产装置的压力期望值P

一种将天然气卸入LNG生产装置的系统，用于根据上述的将天然气卸入LNG生产装置的方法将卸车单元中的原料气卸至LNG生产装置中，LNG生产装置包括原料气压缩机，全部卸车单元的低压侧卸车出口和原料气压缩机的入口连通，全部卸车单元的高压侧卸车出口和原料气压缩机的出口连通；

将天然气卸入LNG生产装置的系统用于：

确定卸车总流量值F

根据总流量值F

根据高压流量值F

针对不同的卸车单元，

当卸车单元的内部压力值PIm大于等于高低压切换值Pm时，控制卸车单元以高压流量值F

当卸车单元的内部压力值PIm小于高低压切换值Pm时，根据卸车总流量值F

其中，任一卸车单元包括低压侧子卸车出口和高压侧子卸车出口，低压侧子卸车出口和高压侧子卸车出口还连通有卸车阀和单向阀，全部低压侧子卸车出口连通形成低压侧卸车出口，全部高压侧子卸车出口连通形成高压侧卸车出口，低压侧卸车出口和高压侧卸车出口还设有复热器。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的将天然气卸入LNG生产装置的系统的示意图；

图2为图1中卸车引导系统的示意图；

图3为本申请实施例所提供的将天然气卸入LNG生产装置的方法的流程图；

图4为卸车单元的高压流量值F

图5为卸车单元的低压流量值F

图6为卸车单元的高压侧卸车出口的流量曲线图；

图7为卸车单元的低压侧卸车出口的流量曲线图；

图8为全部卸车单元的总卸车流量曲线图；

图9为卸车单元的内部压力值PIm的曲线图；

图10为在卸车时LNG生产装置的参数曲线图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

本申请实施例提供的一种将天然气卸入LNG生产装置的方法和系统，请先参见附图1，附图1为将天然气卸入LNG生产装置的系统的示意图，上述方法应用在附图1所示的系统中，附图1亦可以看做是包括该系统的LNG生产装置的整体结构图。其中，卸车引导系统、稳定批控系统和流量分配系统是最为核心的改进点，原料气压缩机、预处理单元和液化单元的功能和设置方式可参考现有技术。

卸车引导系统和n个卸车入口连通，也即，卸车引导系统的输入端和卸车入口1、卸车入口2、……卸车入口n连通，在这里，每一个卸车入口用于接收不同卸车单元的原料气，卸车引导系统的输出端包括低压侧卸车出口和高压侧卸车出口，低压侧卸车出口和原料气压缩机的入口连通，高压侧卸车出口和所述原料气压缩机的出口连通，可以认为的是，部所述卸车单元的低压侧卸车出口和所述原料气压缩机的入口连通，全部所述卸车单元的高压侧卸车出口和所述原料气压缩机的出口连通。

请参见附图2，图2为图1中卸车引导系统的示意图；卸车引导系统包括1～n个小单元，每个小单元能实现的功能一样。每个小单元入口各连接了高压天然气装置即卸车入口，而各自的高压出口侧汇流在一起形成了上述的高压侧卸车出口，各自的低压出口侧汇流在一起形成了上述的低压侧卸车出口。每个小单元含有一个压力变送器PI1m(其中m属于01到n)、流量变送器FIC1m(高压侧、低压侧共用一个流量计)、高压侧卸车阀m、低压侧卸车阀m、两个单向阀。卸车引导系统的高压侧卸车出口和低压侧卸车出口各有一个复热器，防止降压节流后温度过低，各小单元有一个卸车旋钮m，整个卸车引导系统有一个允许卸车按钮。

请参见附图3，图3为本申请实施例所提供的将天然气卸入LNG生产装置的方法的流程图，同时，图3也可看做是图1中稳定控制系统的工作流程图，其中，将天然气卸入LNG生产装置的方法包括：

确定卸车总流量值F

根据所述总流量值F

根据所述高压流量值F

针对不同的所述卸车单元，

当所述卸车单元的内部压力值PIm大于等于所述高低压切换值Pm时，控制所述卸车单元以所述高压流量值F

当所述卸车单元的内部压力值PIm小于所述高低压切换值Pm时，根据所述卸车总流量值F

附图3中，脚标m为1到n之间，一共n个卸车单元，当准备卸第m车时，将卸车旋钮m置于“卸车”，此时高低压卸车标志变量Am为一一对应。从1到n的卸车逻辑为并行关系，互不影响，不定时的(即可以同时发生，也可以不同时发生，也可以错开一定的时间差先后发生)。在任何时候，卸车旋钮m置于停止时，高压侧卸车阀m和低压侧卸车阀m将全关，并回到准备卸车m这一步。

当流量调节阀回路FICm处于高压侧卸车时，标记Am＝2；当处于低压侧卸车时，标记Am＝1。当不处于卸车状态时，Am＝0。

流量分配系统是对卸车引导系统中的流量控制设定值进行分配的算法，无论是高压侧卸车还是低压侧卸车，在压力充足的情况下，希望卸车引导系统的卸车总流量F

卸车旋钮m置于“卸车”时，流量分配系统开始工作。刚开始，卸车引导系统有m个小单元进行流量分配并在高压侧卸车。

目标函数F

为了区分高压侧和低压侧，增加高和低脚标，因此函数改为

F

目标函数F

直线F

F

F

PIm为第m个所述卸车单元的内部压力值，P

在计算高低压切换压力值Pm时，本次卸车Pm值固定不变，每次卸车旋钮置于“卸车”时，计算并更新Pm。

高低压切换值Pm的获取方式为：

通过公式((F

其中，F

其中，根据所述卸车总流量值F

通过所述卸车总流量值F

每当任意一个Am从2变为1时，比如A

低压侧卸车可能会出现和高压侧卸车并行工作的情况。

记录下Am为1时和Am为2时之间的时间差，即高压侧卸车时间tm秒。

给低压侧卸车分配流量设定值F

目标函数：

F

其中FIC

当Am从2变为1或者Am从0变为1时，进行流量分配计算。

目标函数F

直线F

其中，所述预设低压分配流量值的获取方式为：

通过公式3600×((PIm-P

其中，PIm为第m个所述卸车单元的内部压力值，P

每当任意一个Am从1变为0时，比如A

分配计算时，目标函数F

新得到的F

请继续参见附图1，所述LNG生产装置还包括：连通于所述原料气压缩机的入口处的流量调节回路；

上述方法还包括：

控制所述流量调节回路中的流量值为所述LNG生产装置在卸车之前的流量值减去全部所述卸车单元的流量实际值的总和，所述流量实际值的总和为在高压侧卸车时的高压流量实际值或在低压侧卸车时的低压流量实际值。

LNG生产装置还包括预处理装置和液化装置，所述原料气压缩机、所述预处理装置和所述液化装置三者依次连接，所述原料气压缩机的入口和所述原料气压缩机的出口之间连通有回流阀，所述原料气压缩机和所述预处理装置之间连通有第一调压回路，所述预处理装置和所述液化装置之间连通有第二调压回路；

上述方法还包括：

控制所述第一调压回路中的压力值为所述原料气压缩机的出口处的期望压力值加上所述回流阀在开始动作时的压力偏差值；

控制所述第二调压回路中的压力值为所述LNG生产装置的压力期望值P

附图1中的稳定批控系统，需要设置好以下设定值：

FIC02流量设定值F＝FI03期望值-(FIC101+FIC102+……FIC1n)；

其中FIC101到FIC1n为流量测量值。FIC02调节主要目的是针对刚开始卸车时、流量分配系统调节出现较大误差时、卸车完毕时出现的对LNG生产装置的流量波动进行控制。FI03期望值为卸车之前，LNG生产装置的流量。

PIC02压力设定值P＝PI02期望值+δP；

其中：δP为期望回流阀开始动作的压力偏差值；

PIC03压力设定值；

P

FIC101到FIC1n的设定值Fm为卸车期望的流量值，由流量分配系统决定。

高低压卸车的压力切换值Pm，由流量分配系统决定。

卸车结束流量设定值F0。

预计卸车总流量值F

当以上都准备好后，进入卸车环节，即执行附图3中的控制过程。

举例来说，一套LNG生产装置，接受三台卸车单元的卸车，在即将卸车之前，LNG生产装置的稳定工作点为：

原料气压缩机入口压力PI01约为1550kPa，压缩机出口压力PIC02的测量值约为5400kPa，天然气总处理量FI03约为1875kmol/h(即每天100万Nm

在即将卸车之前，卸车引导系统的工作点为：

罐1压力(即卸车入口1的压力PI101)约为20000kPa，罐2压力(即卸车入口2的压力PI102)约为16000kPa，罐3压力(即卸车入口3的压力PI103)约为18000kPa。罐1卸车流量FIC101、罐2卸车流量FIC102、罐3卸车流量FIC103三者都约为0kmol/h。每个高压天然气装置上的罐的容积为18m

在即将卸车之前，稳定批控系统和流量分配系统的设定值如下：

生产人员期望在40分钟内(即t

压缩机入口流量FIC02流量设定值，

F＝1875-(FIC101+FIC102+FIC103)，其中FIC101、FIC102、FIC103为测量值，F为进原料气压缩机流量(压缩机入口流量)，FIC02为控制回路的设定值，1875kmol就是在稳定生产过程中，天然气每小时总的处理量，也就是每小时进液化工序的量。上式中，利用1875减去卸车引导系统中的所有流量计的测量值的总和，就得到了F。

压缩机出口压力设定值

PIC02压力设定值P＝5400kPa+50kPa＝5450kPa

卸车结束流量设定值F0＝10kmol/h；

其中，δP的50kPa是一个经验值，目的是压缩机回流阀要在压力确实已经升高了的情况下才动作打开，为了不频繁动作，需要一个“不动作的范围”，当然，也可以取30kPa、50kPa或者70kPa等，只要不设太大或者太小即可。

此外，F0代表卸车已经卸不动了的标志流量，没有一个定值，也可以设5、10或者15等，该值设得越大就越早结束，本文中的10kmol/h是一个经验值。

当以上数据准备好后，点击允许卸载按钮，卸车引导系统里的高压侧卸车阀1、高压侧卸车阀2、高压侧卸车阀3、低压侧卸车阀1、低压侧卸车阀2、低压侧卸车阀3全部初始化关闭。

将卸车旋钮1、2、3置于“卸车”，流量分配系统开始计算。

F

F

F

其中，作为示例，仅给出F

将目标函数F

F

高低压切换压力值P1＝6.97MPa，P2＝5.99MPa，P3＝6.44MPa。

其中，作为示例，仅给出P1的计算公式，P1＝((408×22.4)

回路FIC101投入自动，由于罐1压力PI101＝20000kPa＞P1＝6970kPa，所以回路FIC101将控制高压卸车阀1。

回路FIC102投入自动，由于罐2压力PI102＝16000kPa＞P2＝5990kPa，所以回路FIC102将控制高压卸车阀2。

回路FIC103投入自动，由于罐3压力PI103＝18000kPa＞P3＝6440kPa，所以回路FIC103将控制高压卸车阀3。

在1040秒时，罐1压力低于P1＝6970kPa，高压侧卸车阀1关闭，而FIC101切换到控制低压侧卸车阀1。Am1从2变为1。

其中，罐1压力即PI101，是实时监测的，可以在卸车引导系数里设置，检测到这个压力低于了P1的时候就切换到低压侧准备卸车。

高压侧则继续以F

F

继续进行卸车，测量值FIC101＝0kmol/h，FIC102≈327.9kmol/h，FIC103≈407.7kmol/h；

F

目标函数F

等到回路FIC103切换到低压侧时，在高压侧流量分配算法中排除掉F

……

根据稳定批控系统：

当FIC101测量值＜10kmol/h时，并计时1分钟后，罐1卸车结束，进行一次低压侧流量分配计算。提示“当前卸车已完成，请将卸车旋钮2置于‘停止’”。此时将卸车旋钮1置于停止，本次卸车结束。

当FIC103测量值＜10kmol/h时，并计时1分钟后，罐3卸车结束，进行一次低压侧流量分配计算。提示“当前卸车已完成，请将卸车旋钮3置于‘停止’”。此时将卸车旋钮3置于停止，本次卸车结束。

当FIC102测量值＜10kmol/h时，并计时1分钟后，罐2卸车结束，进行一次低压侧流量分配计算。提示“当前卸车已完成，请将卸车旋钮2置于‘停止’”。此时将卸车旋钮2置于停止，本次卸车结束。

其中，计时1分钟可以在稳定批控系统中设置，根据实际经验，也可以是2分钟等，如果若干分钟内，一直低于10，就认为卸不动了。如果坚持要卸到0，那么时间可能会延长较长时间，浪费时间。

针对整个卸车过程的各个测量值，可具体参见附图6至附图9，在整个卸车过程总计时间1900秒(约32分钟)，达到了事先期望的40分钟卸完车的要求。除此之外，在生产过程中，给LNG生产装置所带来的影响主要看三个参数，压缩机出口压力、天然气总处理量、系统压力。如图10所示。

由此可见，本申请能够在短时间内将三个高压天然气装置里(案例中为每个18m

每台天然气卸车装置的罐卸完车完毕后，还可以继续更换新的天然气卸车装置，进行下一轮卸车。如果在卸车引导系统中有空余的卸车单元，可以在现有卸车单元在卸车时，随时增加新的天然气卸车装置，随时卸车。

本申请还提供一种将天然气卸入LNG生产装置的系统，用于根据上述中将天然气卸入LNG生产装置的方法将卸车单元中的原料气卸至LNG生产装置中，所述LNG生产装置包括原料气压缩机，全部所述卸车单元的低压侧卸车出口和所述原料气压缩机的入口连通，全部所述卸车单元的高压侧卸车出口和所述原料气压缩机的出口连通；

所述将天然气卸入LNG生产装置的系统用于：

确定卸车总流量值F

根据所述总流量值F

根据所述高压流量值F

针对不同的所述卸车单元，

当所述卸车单元的内部压力值PIm大于等于所述高低压切换值Pm时，控制所述卸车单元以所述高压流量值F

当所述卸车单元的内部压力值PIm小于所述高低压切换值Pm时，根据所述卸车总流量值F

如上文记载，任一所述卸车单元包括低压侧子卸车出口和高压侧子卸车出口，所述低压侧子卸车出口和所述高压侧子卸车出口还连通有卸车阀和单向阀，全部所述低压侧子卸车出口连通形成所述低压侧卸车出口，全部所述高压侧子卸车出口连通形成所述高压侧卸车出口，所述低压侧卸车出口和所述高压侧卸车出口还设有复热器。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。