液化天然气气化站储罐的优化配置_时国华

煤气与热力

GAS&HEAT

Vol.27No.3Mar.2007

液化天然气

液化天然气气化站储罐的优化配置

时国华,　段常贵,　王江江,　张旭涛

市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)

　　摘　要:　研究了气化站储罐优化配置问题,在满足气化站正常供气的前提下,应用整数非线性规划理论建立了优化模型,使存储年费用最小。以某气化站为例进行了实例验证,结果表明,该模型合理有效,可准确地确定存储年费用最小的液化天然气储罐配置。　　关键词:　液化天然气气化站;　储罐配置;　优化

中图分类号:TU996　　文献标识码:A　　文章编号:1000-4416(2007)03-0018-03

1

2

1

1

(1.华北电力大学能源与动力工程学院,河北保定071003;2.哈尔滨工业大学

OptimizedConfigurationofStorageTanksinLNGVaporizingStation

SHIGuo2hua,　DUANChang2gui,　WANGJiang2jiang,　ZHANGXu2tao

1

2

1

1

(1.SchoolofEnergyandPowerEngineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding

071003,China;2.CollegeofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HaerbinInstitute

ofTechnology,Haerbin150090,China)

　　Abstract:　Theoptimizedconfigurationofstoragetanksinvaporizingstationisstudied.Onthepremiseofmeetingthenormalgassupplyinvaporizingstation,theoptimizationmodelisestablishedu2singintegernon2linearprogrammingtheorytominimizetheannualstoragecost.Theverificationiscon2ductedtakingavaporizingstationforexample.Theresultshowsthatthemodelisrationalandefficient.ItcanaccuratelydeterminetheconfigurationofLNGstoragetankswithminimumannualstoragecost.

　　Keywords:　LNGvaporizingstation;　configurationofstoragetanks;　optimization　　天然气经液化后,其体积仅为原气态体积的1/620,可以降低天然气的储存和运输成本。因此,

气化站的储罐优化配置研究非常必要。

1　LNG储罐

液化天然气(LNG)贸易占全球天然气贸易的份额越来越大。我国在深圳大鹏湾和福建湄洲湾也建成了LNG接收终端,用于引进澳大利亚和印尼的LNG。随着国内这些大型LNG接收终端的建设和

LNG储罐通常为常压、低温双层金属储罐,分

地上式和地下式两类,其中地上式根据辅助容器的不同,又分为单容罐、双容罐和全容罐3种。

单容罐在金属罐外有比罐低得多的混凝土围堰,用于防止主容器(金属罐)发生事故时LNG外溢扩散。混凝土围堰的高度取决于罐容和围堰距罐壁的距离。

双容罐在金属罐外围设置一面高度与罐高相近,并与金属罐分开的圆柱形混凝土防护墙。

全容罐在金属罐外有一个带顶的全封闭混凝土

[6]

一些LNG工厂的建成投产,LNG供气技术正被广泛应用于许多中小城市的非管输供气

[1～5]

。

为了保证供气的可靠性,LNG气化站设置储罐来储存LNG。LNG储罐是气化站的主要设备,而且造价高,其造价在整个气化站设备造价中的比例很大,对LNG供气技术的经济性影响也很大。因此,

・18・

www.watergasheat.com时国华,等:液化天然气气化站储罐的优化配置　

n

第27卷　第3期

外罐,能防止LNG和蒸发气的泄漏。

2　优化模型2.1　模型的目标函数

　　　tqd≤620∑VηiiNixii=1

(2)

在满足气化站正常运行的前提下,选用年费用指标最小作为存储优化的目标函数。存储年费用指标通常包括储罐的年折旧费用、储罐的年修理维护费用、相应年管理费及人员的年工资。参考国内一些已建LNG气化站工程实例,储罐的年修理维护费用通常可以折合成一定比例的储罐年折旧费用,相应年管理费及人员年工资通常可以折合成一定比例的储罐成本费用。据此,可以得到如下目标函数。　　　mina+(1+b)

1-ftg

i=1n

　　　Ai=1　　　　　　　xi=11000000　　　xi=0

(3)

式中　t———储存时间,d

3

qd———计算月平均日用气量,m/d620———气、液体积比

3

Vi———第i种型号LNG储罐的容积,mηi———充装系数

Ai———筛选因子[8]

min(Vη——选中型号的LNG储罐中最iiAi)—∑mixiNi(1)式中　a———相应年管理费及人员年工资占储罐成本费用的比例b———储罐年修理维护费用占储罐年折旧费用的比例

f———储罐的净残值率,一般为3%～5%

[7]

小的有效容积,m

LNG气化站内储罐的数量应该是多台。当某储罐的LNG即将用完时,低液位报警设施启动,而且该储罐将通过手动和自动降压系统将气体输送至蒸发气(BoilOffGas,简称BOG)加热器加热,然后送入BOG储罐,当储罐泄放到一定压力后,才可以接收来自槽车的LNG。这个过程需要一段时间,如果是单台储罐,将导致供气中断,这是不允许的,所以气化站内应该设置多台储罐。当一台储罐内的LNG即将用完时,通过低液位报警联动将另一台储

3

,

本文取4%

tg———储罐的折旧年限,a,一般为20an———储罐型号的个数

mi———第i种型号储罐的设备价格,元xi———0-1变量,xi=0表示气化站不选用

罐的进气阀打开,增压到一定压力后,自动切换到该

储罐。因此,储罐台数约束条件为式(4)。　　　∑xiNi≥2

i=1n

第i种型号的储罐,xi=1表示气化站选用第i种型号的储罐

Ni———气化站中第i种型号储罐的数量,台

(4)

本文采用年限平均法计算储罐的年折旧费用为:　　　1-ftg

i=1n

考虑到一个气化站设置的储罐容积规格如果太

多,则会导致生产过程和管理的复杂化,从而增加生产和管理成本,因此,规定一个气化站内的储罐的容积规格不超过2种,即:　　　1≤∑xi≤2

i=1n

∑mixiNi

(5)

2.2　模型的约束条件

LNG气化站内应有必要的天然气存储量,以保

证在特殊的气候和交通条件(如:洪水、暴雨、冰雪、道路堵塞等)下造成LNG槽车运输中断的紧急情况时,仍可以连续稳定地向用户供气。考虑到我国LNG生产基地数量和地理位置的实际情况以及安

全性,国内现有的LNG气化站的储存时间较长,一般在7d以内。气化站内设置的储罐容量必须满足储存时间内用气量的要求。为了缩小模型最优解的搜索范围,给出了储罐容量的上限及筛选因子。据此,可得储罐容量约束条件。

储罐的台数必定为整数,所以Ni为整数变量。而xi为0-1变量,因此对这两类变量给出如下约束。

Ni=0　　　　　　　　xi=0

(6)　　　Ni>0且为正整数　　　xi=1

(7)　　　xi∈{0,1}

2.3　模型的决策变量

本模型主要确定气化站选用何种型号的LNG储罐及其台数时,气化站存储年费用最小,因此,本优化模型的决策变量为xi和Ni。同时,Ai作为筛选因子,求解过程中也需要确定,所以也为决策变量。

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第27卷　第3期

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针对具体的LNG供气工程,qd是已知的,储存时间t在前期的可行性研究中也可以确定。对于具

ηi和mi都可以从厂家处得体型号的储罐,其Vi、

到。

3　实例验证

4　结语

笔者根据上面建立的整数非线性规划模型,采用罚函数法,编制了模型的求解程序。下面以具体实例验证模型的有效性和合理性。

福建某LNG气化站的计算月平均日用气量qd=12.9×10m/d,储存时间t=4.2d,相应年管理

4

3

①　通过建立定量的数学规划模型解决了

LNG气化站的储罐优化配置问题,并编制了相应的程序。

②　可供中小城镇建设LNG气化站时进行存储方案优选,得到的结果可靠、客观性强。③　在优化的基础上,有助于更好地分析LNG供气技术的经济性。参考文献:

[1]　杨俊杰,陈志斌.城镇CNG与LNG供气方案的经济

费及人员年工资占储罐成本费用的比例为5%,储

罐年修理维护费用占储罐年折旧费用的比例为30%。厂家提供的各型号LNG储罐的容积、充装系数和设备价格见表1。

表1　LNG储罐参数Tab.1　ParametersofLNGstoragetank

分析[J].煤气与热力,2003,23(1):28-29.

[2]　刘建海,何贵龙,杨起华,等.小区液化天然气供气站

的探讨[J].煤气与热力,2003,23(1):50-52.

[3]　江金华,金颖,冯春强.液化天然气在城市燃气的应用

[J].煤气与热力,2003,23(1):53-54.

[4]　刘新领.液化天然气供气站的建设[J].煤气与热力,

200

2002,22(1):35-36.

[5]　徐正康,吴洪松.液化天然气在燃气工业中的应用

127×10

4

容积

3/m充装系数设备价格

/元

30501000.90

150

40×10

4

58×10

4

95×10

4

156×10

4

[J].煤气与热力,1998,18(5):27-29.

[6]　李志军.液化天然气接收站的工艺系统[J].中国海

　　将上述数据赋值给程序,求得该气化站年存储

费用最低的储罐组合方案。求解结果及该气化站实际的存储方案见表2。

表2　某气化站最优存储方案与实际存储方案

Tab.2　Mostoptimalstorageschemeandactualstorage

schemeofavaporizingstation

上油气(工程),2002,14(6):8-13.

[7]　傅家骥,仝允桓.工业技术经济学[M].北京:清华大

学出版社,1996.

[8]　施光燕,董加礼.最优化方法[M].北京:高等教育出

版社,1999.

作者简介:时国华(1980-　),　男,　江苏无锡人,　

助教,　硕士,　主要从事燃气输配的教学与研究工作。

电话:(0312)7522443

E-mail:lucksgh@126.com

参数最优存储方案

3

储罐组合5×200m

4

年存储费用/(元・a-1)87.7×10

4

实际存储方案

7×150m99.9×10

34

　　优化后的存储方案的年存储费用比实际的年存储费用节省12.2×10元/a。优化后的存储方案储罐台数少,土建施工费用也将相应降低。・工程信息・

收稿日期:2006-03-27;　修回日期:2006-04-23

吉林省集安市集中供热工程简介

建设单位:吉林省集安市对外贸易经济合作局。

工程规模:新建14MW锅炉2台和配套热网设施。

4

工程造价:4500×10元。建设期:2006年—2010年。

(本刊通讯员　供稿)

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