Система налива сжиженного природного газа (СПГ) в автоцистерны формально состоит из тех же элементов, что и любой пост налива топлива: насос подачи, наливной трубопровод, стояк или рукав и средство определения отпущенного количества. Однако криогенная температура меняет работу каждого из этих элементов. При атмосферном давлении СПГ кипит примерно при −162 °C, точное значение зависит от состава. Поэтому налив невозможно начать без захолаживания трубопровода и оборудования, жидкость, поступающая в цистерну, сжимает паровое пространство, и пары нужно куда-то отводить, а количество, как правило, определяется в единицах массы, а не объёма.
Общая технологическая схема отдельного поста налива описана на странице о системах налива автоцистерн. Здесь мы разбираем, почему для СПГ эта схема строится иначе и из каких этапов состоит операция налива.
Что меняет криогенная среда
· Теплоприток и испарение: СПГ закипает при контакте с тёплой поверхностью. В незахоложенном трубопроводе невозможно обеспечить управляемый и измеримый поток, поэтому каждый налив начинается с захолаживания.
· Давление в цистерне: Автоцистерны для СПГ представляют собой криогенные сосуды с вакуумной изоляцией: внутренний сосуд под давлением и наружный кожух. При наливе давление в паровом пространстве растёт и регулируется через линию возврата паров или иным способом, предусмотренным конструкцией цистерны.
· Учёт по массе: Плотность СПГ сильно зависит от состава и температуры, поэтому количество при наливе автоцистерн обычно определяется прямым измерением массы.
Этапы операции налива
В справочнике по коммерческому учёту СПГ, выпускаемом международной группой импортёров СПГ (GIIGNL), налив автоцистерны описан как последовательность этапов:
1. Сброс давления из цистерны, если используется линия возврата паров.
2. Начальный период с малым расходом для захолаживания трубопровода, стояка или рукава.
3. Плавное увеличение расхода до номинального значения.
4. Стабильный налив на номинальном расходе.
5. Снижение расхода и остановка при приближении к заданной дозе.
Каждый этап является шагом алгоритма системы управления наливом. Поскольку при захолаживании поток может быть двухфазным, на объектах с динамическим измерением заранее определяют, как этот период учитывается коммерчески. Международная рекомендация по законодательной метрологии OIML R 117-1:2019 допускает контур рециркуляции после расходомера для захолаживания, но требует, чтобы отпуск не начинался или прекращался, пока через этот контур идёт продукт.
Возврат паров и давление в цистерне
К цистерне обычно подключают рукав или стояк возврата паров, и отпарной газ (BOG), образующийся при наливе, возвращается на объект. В аннотации европейского стандарта EN 1473:2021 по проектированию береговых установок СПГ присоединения для налива и слива автоцистерн с возвратом паров также указаны среди границ установки. При этом не всякая конструкция цистерны требует линии возврата паров, поэтому типы обслуживаемых цистерн нужно определить в начале проекта.
Влияние возвращаемых паров на коммерческое количество зависит от способа учёта. При взвешивании на автомобильных весах до и после налива оно автоматически отражается в разнице масс, если первое взвешивание выполнено до сброса давления из цистерны. При динамическом измерении расходомером возвращённые пары нужно измерять отдельно и вычитать. Конструкция паровой линии и её связь с системой BOG рассмотрены на странице о возврате паров на терминалах СПГ.
Автомобильные весы или расходомер?
Наиболее распространённый способ определения налитого количества по-прежнему взвешивание цистерны до и после налива. Альтернатива состоит в динамическом измерении кориолисовым массовым расходомером или ультразвуковым расходомером на наливной линии; по данным GIIGNL, такой подход постепенно внедряется в коммерческом учёте малотоннажного СПГ. Динамическое измерение работает только тогда, когда продукт в расходомере остаётся жидким на протяжении всего измерения, поэтому до начала учёта нужно убедиться, что линия заполнена и захоложена.
Многие объекты сочетают оба метода: расходомер управляет дозой и останавливает налив на заданном количестве, а для коммерческого документа используется результат взвешивания. Какое измерение является основанием для расчёта, определяют правила терминала и соглашение между продавцом и покупателем. Проектированию криогенного узла учёта и расчёту энергии посвящены отдельные страницы.
Предел наполнения и допуск цистерны
Цистерну для СПГ никогда не заполняют на весь геометрический объём. Во время перевозки теплоприток продолжается и давление растёт, поэтому максимальная доза устанавливается перед каждым наливом исходя из конструкции цистерны и применимых правил перевозки, например европейского соглашения ДОПОГ (ADR) о перевозке опасных грузов автомобильным транспортом. Это значение вводится в контроллер налива как уставка. Перед первым наливом на объекте владелец цистерны, как правило, предоставляет её технические данные и свидетельство о вместимости, выданное уполномоченной организацией.
Исходные данные, специфичные для СПГ
Параметр | Почему важен при проектировании | Влияние на выбор |
Типы цистерн и расположение присоединений | Положение, размер и тип жидкостного и парового присоединений различаются у разных цистерн | Выбор стояка или рукава, муфт и компоновки поста |
Производительность налива и число цистерн в сутки | Определяют время налива и нагрузку насоса подачи | Диаметр линии, число насосов и типоразмер расходомера |
Давление в питающем резервуаре и тип насоса | Задают запас, который не даёт жидкости закипеть по длине линии | Выбор насоса, линии захолаживания и схемы рециркуляции |
Необходимость возврата паров | Давление в цистерне и возвращаемый BOG нагружают систему BOG терминала | Диаметр паровой линии, производительность системы BOG и коммерческий расчёт |
Способ определения количества | Весы и расходомер требуют разной инфраструктуры и поверки | Размещение весов или криогенный блочный узел учёта |
Криогенный рукав или стояк | Изменение длины и термоциклы между холодным и тёплым состоянием создают механические нагрузки | Тип рукава, опоры и схема аварийного расцепления |
Требования к конструкции, изготовлению, испытаниям и маркировке криогенных гибких рукавов установлены стандартом EN 12434; муфты регулируются другими стандартами. Цепочка аварийного останова (ESD), включая наливные стояки и муфты аварийного расцепления (ERC), подробно рассмотрена на странице о криогенных системах аварийного останова и безопасности.
Роль TLY Enerji в проектах налива СПГ
TLY Enerji выполняет для объектов налива и слива СПГ проектирование систем, поставку приборов, арматуры и насосов, инжиниринг, монтаж, пусконаладку и техническое обслуживание. В зависимости от объёма проекта в него могут входить криогенная система учёта, приборы измерения температуры и давления, регулирующие клапаны, а также мониторинг и отчётность на базе ПЛК и SCADA. Границы поставки согласуются в каждом проекте по техническому заданию с учётом интерфейсов с существующими резервуарами, насосами и системой BOG.
Данные для инженерной оценки поста налива
· Типы обслуживаемых цистерн, их вместимость и сведения о жидкостных и паровых присоединениях
· Число наливов в сутки и целевое время налива
· Рабочее давление в питающем резервуаре, имеющиеся насосы и диапазон состава СПГ
· Система обращения с BOG на терминале и её возможность принимать возвращаемые пары
· Предпочтительный способ учёта: весы, расходомер или их сочетание
· Данные, требуемые в коммерческом документе, и архитектура системы управления
Связанные страницы
· Системы налива автоцистерн: Цепочка оборудования и профиль налива поста независимо от продукта.
· Криогенные блочные узлы учёта: Проектирование криогенного узла учёта при выборе динамического измерения.
· Системы возврата паров на терминалах СПГ: Паровая линия, баланс давлений и связь с BOG при наливе.
· Блоки налива и слива СПГ: Объём поставки при исполнении наливного оборудования в виде готового блока.
· Криогенные системы аварийного останова: Уровни ESD, аварийного расцепления и обнаружения на посту налива.
· Коммерческий учёт СПГ: Как налитая масса превращается в количество энергии для расчётов.
Частые вопросы о наливе СПГ в автоцистерны
Зачем захолаживать наливную линию СПГ перед началом налива?
СПГ мгновенно испаряется при контакте с трубопроводом, стояком или стенкой цистерны, имеющими температуру окружающей среды. Если начать налив на полном расходе через тёплое оборудование, давление паров вырастет, поток станет двухфазным, а измерение количества потеряет достоверность. Поэтому налив начинают на малом расходе и увеличивают его по мере захолаживания системы.
Всем ли автоцистернам СПГ нужна линия возврата паров?
Нет. Рукава или стояки возврата паров широко применяются на наливных объектах, но некоторые конструкции цистерн их не требуют. Объекту следует с самого начала определить обслуживаемые типы цистерн. Если возврат паров используется при учёте расходомером, возвращённые пары измеряют и вычитают из отпущенного количества; при взвешивании их влияние отражается в разнице масс.
Может ли расходомер заменить автомобильные весы?
Может. Динамическое измерение кориолисовыми или ультразвуковыми расходомерами всё шире применяется в малотоннажном СПГ. Для этого необходимы однофазная жидкость в расходомере, отдельное измерение возвращённых паров и соответствие измерительной системы применимым требованиям законодательной метрологии. Какой метод является основанием для расчётов, определяется соглашением сторон.
Почему цистерну СПГ не заполняют полностью?
В пути цистерна продолжает получать тепло, часть жидкости испаряется, и давление в сосуде растёт. Для компенсации этого расширения необходимо оставить паровое пространство. Максимальная доза определяется перед каждым наливом исходя из конструкции цистерны и правил перевозки и вводится в систему управления наливом как уставка.
Наливной стояк или криогенный рукав?
Выбор зависит от расположения присоединений цистерны, производительности налива, компоновки поста и удобства оператора. Криогенные рукава обеспечивают гибкость, но требуют регулярного осмотра из-за изменения длины и термоциклов между холодным и тёплым состоянием. Стояки дают фиксированную геометрию. В обоих случаях схема аварийного расцепления и интеграция с ESD должны быть частью проекта.