液化天然气接收站工艺与工程

作者荐语——中国工程院院士 孙丽丽在中国石化出版社的大力支持下，《液化天然气接收站工艺与工程》得以出版，这对推动液化天然气接收站技术的发展尤为重要。天然气作为一种优质、清洁、高效的低碳化石能源，在世界上的年消费量迅速增长，其在一次能源结构中的占比不断攀升。2020年，新型冠状病毒肺炎疫情（简称“新冠疫情”）席卷着整个世界，深刻影响世界政治经济形势，碳达峰、碳中和引发社会经济深远变革，气候多发给世界能源安全带来严峻挑战。面对纷繁复杂的国际形势，我国在能源革命领域均取得了长足进步，经济社会发展和能源发展展现强劲韧性和活力。2020年，虽然受新冠疫情抑制消费的影响，但是我国天然气需求仍有增长，同比增长36%，其中液化天然气同比增长115%，约占天然气总进口量的663%。预计在“十四五”及未来一段时间内，我国天然气行业将立足“双碳”目标和经济社会新形势，不断完善产供储销体系，满足经济社会发展对清洁能源增量的需求，推动天然气对传统高碳化石能源存量替代，构建现代能源体系下天然气与新能源融合发展的新格局，实现行业高质量发展。近年来，我国LNG接收站建设进度不断加快。在LNG接收站技术领域，日本、美国、德国、法国、西班牙等国家起步较早，一直垄断着LNG接收站的成套工艺技术和核心装备技术。针对引进技术投资大、时间长、能耗高等一系列问题，中国石化深耕细作、笃行致远，开展应用基础和工艺技术、装备技术、控制技术、工程技术等方面的研究工作，形成了具有自主知识产权的安全高效环保大型液化天然气接收站成套技术，在LNG接收站建设中得到了工业应用，并进行了快速的推广。安全高效环保大型液化天然气接收站成套技术自科研开发至今，仅有短短十年的时间，但在接收站成套工艺技术、工程设计及生产实践等方面取得的成果十分显著，采用自主技术建设的中国石化天津液化天然气接收站自2018年3月投产以来，连续稳定运行，积累了丰富的知识和经验。为了适应我国LNG接收站迅猛发展的趋势，撰写本书以全面总结我国LNG接收站的成果和经验，对促进此项技术的发展和人才培养十分必要。本书由孙丽丽、李凤奇负责总框架设计、草拟撰写提纲、制定编写要求并统稿和定稿。章由赵广明、孙丽丽和王险峰撰写；第二章节由李凤奇、李明撰写，第二节由拓小杰、李海燕撰写，第三节由孙丽丽、王燕飞、张健、王燕飞撰写，第四节由李明、刘志成撰写，第五节和第六节由孙丽丽、李凤奇、刘世平、赵睿撰写，第七节由王燕飞、李海燕撰写，第八节由陈苏屏、李凤奇撰写，第九节由赵珂撰写；第三章节～第三节由多志丽和李明撰写，第四节由李凤奇和孙丽丽撰写；第四章节由李凤奇撰写，第二节由李晓琳撰写，第三节由王文焘撰写；第五章节由李凤奇撰写，第二节由尹青锋、赵睿、李明、刘世平撰写，第三节由张宇鹏、张秀锋撰写；第六章由田鹏飞、于海奇撰写；第七章节由于海奇、李少鹏撰写，第二节由李少鹏撰写，第三节由于海奇、田鹏飞撰写；第八章节和第二节由张健撰写，第三节由刘进龙、于海英撰写；第九章由赵文忠、孙丽丽、马思瑶撰写；第十章节由王强撰写，第二节由李海燕、吴发建撰写，第三节由李凤奇撰写，第四节由田鹏飞撰写，第五节由霍东海撰写；第十一章由计立明和王聪撰写；第十二章节由丁乙、汲广胜、吴经天撰写，第二节由丁乙、张天、赵颖撰写，第三节由丁乙、李皓月和王刚撰写；第十三章节由丁乙和马慧超撰写，第二节由黄华、薛坤和王国瑞撰写；第十四章节由孙丽丽、李蕾、薛新强、、彭颖撰写，第二节由多志丽、朱建鲁、李玉星撰写，第三节由李薇和孙丽丽撰写。蒋荣兴、郭宏新、丘平、王存智、刘丰、孟庆海、张迎恺、李进锋、薛军、周鑫、武铜柱、刘建立、吴文革、陈瑞金、付俊涛、王若青、彭明、王超、刘丽生、刘海潇、汤雅雯、李文欣、吴梦雨、柴帅等也为本书做出了贡献。本书撰稿人多年来一直从事LNG接收站技术科研、设计和生产工作，除西南石油大学李薇教授外，主要来自中国石化工程建设有限公司、中石化天津液化天然气有限责任公司、江苏中圣高科技产业有限公司和中石化第四建设有限公司等单位，他们都具有较高的理论水平和丰富的实践经验，为本书的质量提供了保证。本书的撰写力求做到理论与实践相结合、工艺与工程相结合、技术与经济相结合，以使本书具有科学性、新颖性、系统性和实用性。但由于专业面广、水平有限，虽经多次讨论和修改，仍难免有不妥或不足之处，敬请广大读者批评指正。

本书集中展现我国近十年来为解决温室气体排放、实现低碳工业的重要途径——液化天然气（LNG）接收站技术水平，总结、归纳LNG接收站工艺与工程技术所取得的成就，详细阐述LNG接收站工艺与控制技术、冷能综合利用技术、安全消防技术、节能与环保技术、技术经济分析、工程设计与标准化建造技术、开车与运行技术、智能站场等内容，重点介绍超大型LNG储罐技术、关键装备国产化技术及工业应用、高效节能新工艺。同时完整展现我国LNG接收站技术现状，不仅解决我国天然气供需矛盾，促进经济社会发展全面绿色转型，而且实现生态环境质量改善由量变到质变，体现“双碳”战略背景下中国创新技术水平。

孙丽丽，曾任中国石化工程建设有限公司副总工程师，现任中国石化工程建设有限公司技术委员会主任。中国工程院院士，石化工程技术和管理专家，全国工程勘察设计大师。长期致力于石化工程技术、设计和管理的研究与实践，开发了高效环保芳烃集成设计技术，在芳烃自主技术工程创新上填补了国内空白；研发了原油清洁高效转化系列工程技术，在炼油技术集成创新上取得了重大突破；攻克了高酸天然气净化关键技术，解决了高酸天然气大规模安全高效净化处理的世界性难题。主持设计建成了我国首套自主技术芳烃联合装置、首座单系列千万吨级炼油厂和世界第二大高酸天然气净化厂等多项标志性石化工程。 李凤奇，曾任中国石化工程建设有限公司专业副总、公司副总监。长期工作在石油化工工程研究、设计、建设和管理的线，参与或负责多项国家和省部级科研攻关及国内重大工程项目，解决了多项关键、重大工程技术难题，部分成果填补国内空白并达到国际领先水平，荣获省部级科技奖1项。参与编制的《油品储运设计手册》（上、下册）一书于1997年出版。

目 录

章绪论(1)
节概述(1)
第二节液化天然气接收站发展现状及展望(18)
第三节液化天然气接收站建造技术(22)
参考文献(30)
第二章工艺与控制技术(31)
节概述(31)
第二节液化天然气卸船(33)
第三节液化天然气储存(40)
第四节液化天然气陆上运输(67)
第五节蒸发气体处理(71)
第六节液化天然气气化外输系统(76)
第七节天然气计量与外输(81)
第八节火炬系统(83)
第九节自动控制技术(92)
参考文献(95)
第三章液化天然气冷能综合利用技术(96)
节概述(96)
第二节液化天然气冷能利用的相关产业政策(98)
第三节液化天然气冷能利用原理及分析(98)
第四节液化天然气冷能利用方案(100)
参考文献(137)
第四章液化天然气储罐技术(140)
节概述(140)
第二节内罐及储罐保冷结构设计(141)
第三节地基处理与外罐工程技术(158)
第五章主要装备技术(185)
节概述(185)

第二节主要静设备(186)
第三节主要动设备(203)
参考文献(224)
第六章给排水技术(226)
节概述(226)
第二节给水(226)
第三节排水(239)
参考文献(252)
第七章安全消防技术(253)
节概述(253)
第二节安全技术(253)
第三节消防技术(282)
参考文献(300)
第八章节能环保技术(301)
节概述(301)
第二节节能技术(301)
第三节环保技术(309)
参考文献(320)
第九章技术经济(321)
节概述(321)
第二节液化天然气接收站投资特性分析(340)
第三节液化天然气接收站成本特性分析(344)
第四节液化天然气接收站财务特性分析(348)
参考文献(353)
第十章工程设计(354)
节总平面布置(354)
第二节管道设计原则及要求(372)
第三节设备和管道保冷设计(385)
第四节给水排水和消防设计(403)
第五节标准化设计(422)
参考文献(435)
第十一章标准化建造(436)
节液化天然气储罐标准化建造(436)
第二节组织管理(437)
第三节健康、安全、环保管理标准化(443)
第四节方案标准化(448)
第五节施工质量管理(475)
第十二章开车技术(485)
节投产试车纲要(485)
第二节投产总体方案(488)
第三节现场投产实践及建议(497)
第十三章生产运行(502)
节生产组织机构(502)
第二节生产运行操作(502)
第十四章智能站场展望(517)
节数字化集成设计与智能站场设计(517)
第二节液化天然气数字孪生平台建设(531)
第三节工艺仿真模拟优化(534)
第四节智能运营指挥中心(545)
第五节库存管理与控制(549)
参考文献(563)

本书集中展现我国近十年来为解决温室气体排放、实现低碳工业的重要途径——液化天然气（LNG）接收站技术水平，总结、归纳LNG接收站工艺与工程技术所取得的成就，详细阐述LNG接收站工艺与控制技术、冷能综合利用技术、安全消防技术、节能与环保技术、技术经济分析、工程设计与标准化建造技术、开车与运行技术、智能站场等内容，重点介绍超大型LNG储罐技术、关键装备国产化技术及工业应用、高效节能新工艺。同时完整展现我国LNG接收站技术现状，不仅解决我国天然气供需矛盾，促进经济社会发展全面绿色转型，而且实现生态环境质量改善由量变到质变，体现“双碳”战略背景下中国创新技术水平。

孙丽丽，曾任中国石化工程建设有限公司副总工程师，现任中国石化工程建设有限公司技术委员会主任。中国工程院院士，石化工程技术和管理专家，全国工程勘察设计大师。长期致力于石化工程技术、设计和管理的研究与实践，开发了高效环保芳烃集成设计技术，在芳烃自主技术工程创新上填补了国内空白；研发了原油清洁高效转化系列工程技术，在炼油技术集成创新上取得了重大突破；攻克了高酸天然气净化关键技术，解决了高酸天然气大规模安全高效净化处理的世界性难题。主持设计建成了我国首套自主技术芳烃联合装置、首座单系列千万吨级炼油厂和世界第二大高酸天然气净化厂等多项标志性石化工程。 李凤奇，曾任中国石化工程建设有限公司专业副总、公司副总监。长期工作在石油化工工程研究、设计、建设和管理的线，参与或负责多项国家和省部级科研攻关及国内重大工程项目，解决了多项关键、重大工程技术难题，部分成果填补国内空白并达到国际领先水平，荣获省部级科技奖1项。参与编制的《油品储运设计手册》（上、下册）一书于1997年出版。

推荐序 ——中国工程院院士 曹湘洪 天然气是化石能源中含碳量的优质清洁能源。从地下开发出来的天然气经过处理后，硫和其他有害物质含量很低，作为燃料使用，二氧化硫和颗粒污染物排放几乎为零，二氧化碳排放也显著低于燃油，更低于燃煤。它可以方便地用于燃气轮机发电供热，能效超过60%，也可以方便地用于固体氧化物燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池发电供热，热电联供能效可达85%～90%。天然气化工利用，能高效转化成甲醇、甲醛、乙烯、丙烯等基础化学品，进而生产人类生存和社会发展不可或缺的含碳化学品和含碳材料。天然气是世界能源低碳化转型、实现碳达峰碳中和进程中重要的基础性能源。当然，天然气一旦进入大气层，和二氧化碳相比，其温室气体效应约增大25倍，因此在开发利用天然气过程中应该采取严格的措施防止向大气中泄漏或逸散。由于天然气使用方便、清洁低碳的特性，全球天然气的开发利用步伐不断加快。为了解决地球上天然气资源分布不均衡，除发展天然气管输管道外，催生了天然气液化技术和液化天然气（LNG）储运、接收技术，带动了材料与装备制造业的技术进步和发展。当今世界，LNG已成为连接产用、满足世界缺气地区与国家需求的为活跃的天然气供应形式，形成了规模宏大的LNG产业链。2000年，我国天然气消费量仅为247亿立方米，随着经济社会的发展，我国2020年的消费量已增长到3280亿立方米；2006年开始进口天然气，2020年天然气进口量已达到1413亿立方米，进口依存度为43%。在进口天然气中，LNG进口已成为天然气主要进口方式，2020年LNG进口量占天然气总进口量的663%。据不完全统计，截至2020年12月，我国已投用的LNG接收站达22座，已建在建LNG接收站能力6940万吨。中国科学院邹才能院士预测，2030年我国天然气消费量可能达到5500亿～6000亿立方米，国内天然气供应能力约2000亿立方米，平衡进口管道气能力和已建在建LNG接收站能力，还需增建LNG接收站能力1200亿～1700亿立方米（8633万吨～122亿吨）。我国进口LNG，在较长一段时间内LNG接收站工程建设项目多采用引进技术，核心材料与装备也依赖国外厂商，要支付高昂的专利和专有技术费和装备购置费。为了实现LNG接收站成套技术的国产化，推进LNG接收站工艺与工程技术自立自强，带动我国LNG装备制造业的发展，中国石化工程建设有限公司主动担当、积极作为，下决心开发低能耗、低建设投资、高操作弹性的大型液化天然气接收站成套技术，以天津液化天然气接收站等建设项目为依托，实施系统攻关，在工艺创新的同时，同步开展装备研发、系统优化设计和工程统筹实施，并基于运筹学理论，创新建立LNG接收站生产运行管理新模式，形成了具有自主知识产权的高效环保大型液化天然气接收站成套技术，建成的接收站实现了安全稳定长周期运行。与国际上同类技术相比，采用本技术设计建设的LNG接收站安全性提高，操作弹性大、能量消耗少、投资成本低，蒸发气一次再冷凝效率高，具有显著的技术优势。为更好地推广大型液化天然气接收站成套技术，提高我国LNG接收站工程设计建设水平和接收站安全高效运行和维护的能力，中国工程院院士孙丽丽、正高级工程师李凤奇担任总撰稿人，组织LNG接收站成套技术开发、设计建设和运行维护等方面专家撰写了《液化天然气接收站工艺与工程》一书，该书从应用基础研究、工艺工程技术开发、生产运行与管理等方面，对LNG接收站工艺技术原理、设计方法、生产实践及技术进展等进行了系统总结，是一部理论与实践相结合，具有较高学术水平和应用价值的著作。该书的出版发行，对推动LNG接收站技术的进步，服务更多新的大型LNG接收站的工程设计与项目建设，管理和运行好LNG接收站具有重要的指导意义。相信本书能受到广大读者的欢迎。