1、LNG氣化站的工藝設(shè)計摘要：論述了液化天然氣氣化站的工藝流程，針對LNG氣化站主要設(shè)備的工藝設(shè)計問題作了主要探討，并介紹了LNG氣化站的安全設(shè)計。關(guān)鍵詞：LNG氣化站；工藝流程；工藝設(shè)計TechnologicalDesignofLNGVaporizingStationLIPei-ming,JIAOWen-ling(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnologyHarbin150090,China)Abstract:ThearticleintroducestechnologicalflowofLNG

2、vaporizingstation,mainlydiscussestechnologicaldesignonthemainfacilitiesofLNGvaporizingstationandintroducessafedesigninLNGvaporizingstation.Keywords:LNGvaporizingstation;processflow;technologicaldesign0引言液化天然氣(LNG)1是將天然氣經(jīng)過脫水、脫重燃、脫酸性氣體等凈化處理后，采用節(jié)流、膨脹或外加冷源制冷工藝，在常壓和-162C條件下液化而成。液化天然氣無味、無色、無毒、無腐蝕性，體積約是常壓下

3、氣態(tài)天然氣體積的1/600。LNG因具有運輸效率高、用途廣、供氣設(shè)施造價低、見效快、方式靈活等特點，目前已經(jīng)成為無法使用管輸天然氣供氣城市的主要氣源或過渡氣源，同時也成為許多使用管輸天然氣供氣城市的補充氣源或調(diào)峰、應(yīng)急氣源。作為城市利用LNG的主要設(shè)施，LNG氣化站1-4憑借其建設(shè)周期短、能方便及時的滿足市場用氣需求的特點，已成為我國東南沿海眾多經(jīng)濟較發(fā)達、但能源緊缺地區(qū)的永久供氣設(shè)施或管輸天然氣到達前的過渡供氣設(shè)施。1 LNG氣化站的工藝流程3液化天然氣由低溫槽車運至氣化站，利用槽車自帶的增壓器給槽車儲罐增壓，利用壓差將LNG送入LNG儲罐，進行卸車。通過儲罐增壓器將LNG增壓，進入空溫式氣

4、化器，LNG吸熱氣化發(fā)生相變，成為天然氣。當(dāng)天然氣在空溫式氣化器出口溫度較低時，需要經(jīng)水浴式加熱器氣化并調(diào)壓、計量、加臭后送入城市高（中）壓管網(wǎng)。圖1為送入城市中壓管網(wǎng)的空溫式LNG氣化站工藝流程圖。圖1空溫式LNG氣化站工藝流程圖Fig1ProcessflowofLNGvaporizingstation2 LNG氣化站的工藝設(shè)計LNG氣化站的工藝設(shè)備及裝置主要有LNG儲罐、BOG儲罐、LNG氣化器及增壓器、調(diào)壓、計量與加臭裝置、閥門與管材管件等。2.1 LNG儲罐的設(shè)計3-52.1.1 LNG儲罐形式的確定儲罐形式的確定6考慮儲存規(guī)模、設(shè)備投資、建造周期、占地面積等綜合因素。目前，國內(nèi)外常用

5、的LNG低溫儲槽有常壓儲存、子母罐帶壓儲存及單罐帶壓儲存3種方式6。常壓罐投資最省，占地面積小，維護方便，運行費用低，但保溫性能較差，排液需要低溫泵，運行費用稍高，施工周期稍長。子母罐運行費用低，操作簡單，而保溫性能較單罐差，絕熱材料使用量多，占地面積較大，投資最大。單罐施工周期較短，投資居中，運行費用低，操作簡單，保溫效果好，可靠，技術(shù)成熟，但運輸較麻煩，占地面積大，管路和閥門多。LNG供氣站采用何種儲罐方式，主要取決于其儲存量4。儲存量在12005000m3可采用子母罐帶壓儲存和常壓儲槽儲存，子母罐的單罐容積一般在6001750m3。儲存量在1200m3以下的城市LNG氣化站，基本都采用真

6、空罐帶壓儲存。受運輸和整體吊裝條件的限制，單罐容積多采用100m3,個別站用50m3。2.1.2 設(shè)計壓力與計算壓力的確定目前，絕大部分100m3立式LNG儲罐的最高工作壓力為0.8MPa。按照GB1501998鋼制壓力容器的規(guī)定，當(dāng)儲罐的最高工作壓力為0.8MPa時，可取設(shè)計壓力為0.84MPa?？紤]到儲罐的充裝系數(shù)、液柱凈壓力和內(nèi)外罐間的高真空，內(nèi)罐的計算壓力6般取為1.01MPa.外罐的主要作用是以吊掛式或支撐式固定內(nèi)罐與絕熱材料，同時與內(nèi)罐形成高真空絕熱層。作用在外罐上的荷載主要為內(nèi)罐和介質(zhì)的重力荷載以及絕熱層的真空負壓。外罐為外壓容器，設(shè)計壓力3一般取為-0.1MPa。2.1.3 1

7、00m3LNG儲罐的選材、接管設(shè)計及液位測量裝置設(shè)計3-8正常操作時，LNG儲罐工作溫度為-162.3C,第一次投用前要用-196C的液氮對儲罐進行預(yù)冷，取儲罐的設(shè)計溫度為-196Co內(nèi)罐既要承受介質(zhì)的工作壓力，又要承受LNG的低溫，內(nèi)罐材料必須具有良好的低溫綜合機械性能，故采用0Cr18Ni9（相當(dāng)于ASME標準的304）。據(jù)內(nèi)罐的計算壓力和所選材料，內(nèi)罐的計算厚度和設(shè)計厚度分別為11.1mm和12mm.作為常溫外壓容器，外罐材料選用16MnR,設(shè)計厚度為10mm。開設(shè)在儲罐內(nèi)罐上的接管口有上進液口、下進液口、出液口、氣相口、測滿口、上液位計口、下液位計口、工藝人孔等8個接管口。為便于定期測

8、量真空度和抽真空，在外罐下封頭上開設(shè)有抽真空口（抽完真空后該管口被封結(jié)）。為防止真空失效和內(nèi)罐介質(zhì)漏入外罐，在外罐上封頭設(shè)置有防爆裝置。為防止儲罐內(nèi)LNG充裝過量或運行中罐內(nèi)LNG太少危及儲罐和工藝系統(tǒng)安全，在儲罐上分別設(shè)置測滿口與差壓式液位計兩套獨立液位測量裝置8,其靈敏度與可靠性對LNG儲罐的安全至關(guān)重要。在向儲罐充裝LNG時，通過差壓式液位計所顯示的靜壓力讀數(shù)，可從靜壓力與充裝質(zhì)量對照表上直觀方便地讀出罐內(nèi)LNG的液面高度、體積和質(zhì)量。當(dāng)達到充裝上限時，LNG液體會從測滿口溢出，提醒操作人員手動切斷進料。儲罐自控系統(tǒng)還設(shè)有高限報警（充裝量為罐容的85%）、緊急切斷（充裝量為罐容的95%）

9、、低限報警（剩余LNG量為罐容的10%）。2.2 BOG緩沖罐的設(shè)計對于調(diào)峰型LNG氣化站，為了回收非調(diào)峰期接卸槽車的余氣和儲罐中的BOG（BoilOffGas,蒸發(fā)氣體），或?qū)τ谔烊粴饣鞖庹緸榱司鶆蚧鞖?，常在BOG加熱器的出口增設(shè)BOG緩沖罐，其容量按回收槽車余氣量設(shè)置。2.3 增壓器的設(shè)計當(dāng)儲罐內(nèi)的低溫液體向外排出時，儲罐內(nèi)的壓力會逐漸下降。為了保持儲罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定，必須對儲罐進行增壓。低溫容器的增壓系統(tǒng)主要有低溫泵增壓系統(tǒng)、外部氣源增壓系統(tǒng)和自增壓系統(tǒng)。低溫泵增壓系統(tǒng)是在排液口設(shè)置低溫泵，利用泵的機械功使低溫液體增壓，并向氣化器輸液。但低溫泵要求外部安裝條件比較嚴格，不適于小型供氣系統(tǒng)。

10、外部氣源增壓系統(tǒng)是利用外來的氣源實現(xiàn)增壓和排液過程，但需要額外的CNG儲罐和高壓天然氣。自增壓系統(tǒng)是目前各種低溫儲罐最常用的增壓系統(tǒng)，是將部分的LNG排出儲罐，經(jīng)氣化器氣化后，再返回至儲罐的氣相空間，從而達到儲罐增壓的目的。2.4 氣化器的設(shè)計LNG的氣化應(yīng)滿足當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及工藝要求，可選用的氣化器10有加熱式氣化器和環(huán)境式氣化器。加熱式氣化器的氣化熱源為蒸汽或熱水等?，F(xiàn)通常采用的加熱式氣化器是水浴式氣化器。環(huán)境式氣化器采用自然環(huán)境的熱源，如大氣、海水或地?zé)崴，F(xiàn)通常采用的環(huán)境式氣化器是空溫式氣化器?？諟厥綒饣魇荓NG供氣站向城市用戶供氣的主要氣化設(shè)施。冬季環(huán)境溫度較低時，即當(dāng)空溫式氣化器

11、出口天然氣溫度低于5c時，則需要在空溫式氣化器后串聯(lián)加熱式氣化器加熱天然氣?？諟厥綒饣鞯膬?yōu)點是運行成本低，缺點是氣化器體積大、投資高、在冬季和雨天氣化器出口溫度較低。水浴式氣化器的優(yōu)點是氣化器體積小、投資較低、氣化器出口溫度穩(wěn)定，缺點是運行費用很高，1臺水浴式氣化器的年運行費用可購買1臺空溫式氣化器。所以，除東北等少數(shù)寒冷地區(qū)外，基本都采用空溫式氣化LNG流程。為了防止冬季和雨天空溫式氣化器出口天然氣的溫度低，損壞后續(xù)的管道并加大供銷差，在空溫式氣化器的出口常串接1臺水浴式加熱器。空溫式氣化器和加熱式氣化器的選型，應(yīng)根據(jù)高峰小時用氣量和氣化器的氣化能力來確定。2.5 調(diào)壓計量與加臭裝置設(shè)計1

12、0根據(jù)LNG供氣站的規(guī)模選擇調(diào)壓裝置。通常設(shè)置2路調(diào)壓裝置，選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調(diào)壓器。計量采用渦輪流量計，加臭劑采用四氫曝吩，加臭以隔膜式計量泵為動力，根據(jù)流量信號將臭味劑注入天然氣管道中。2.6 閥門與管道管件選型設(shè)計3-62.6.1 閥門選型設(shè)計工藝系統(tǒng)閥門應(yīng)滿足輸送LNG的壓力和流量要求，同時必須具備耐-196C的低溫性能。常用的LNG閥門主要有：增壓調(diào)節(jié)閥、減壓調(diào)節(jié)閥、緊急切斷閥、低溫截止閥、安全閥、止回閥等。其中增壓調(diào)節(jié)閥、減壓調(diào)節(jié)閥、緊急切斷閥宜采用進口，其余可采用國產(chǎn)閥門。閥門材料為0Cr18Ni9。2.6.2 管道管件法蘭選型設(shè)計(1)介質(zhì)溫度小于或等于-20C的管

13、道采用輸送流體用不銹鋼無縫鋼(GB/T149762002),材質(zhì)為0Cr18Ni9。管件均采用材質(zhì)為0Cr18Ni9的無縫沖壓管件(GB/T1245290)。法蘭采用凹凸面長頸對焊鋼制管法蘭(HG20592297),材質(zhì)為0Cr18Ni9;法蘭密封墊片采用金屬纏繞式墊片(0Cr18Ni9)。(2)介質(zhì)溫度大于-20C的工藝管道，當(dāng)管徑小于或等于DN200時，采用輸送流體用無縫鋼管(GB/T8163),材質(zhì)為20號鋼；當(dāng)管徑大于DN200時采用ERW(高頻直縫電阻焊)焊接鋼管11(GB/T30412001)，材質(zhì)為Q235B。管件均采用20號鋼無縫沖壓管件(GB/T12459290).法蘭采用2

14、0號鋼突面帶頸對鋼制管法蘭(HG20592297)。法蘭密封墊片采用柔性石墨復(fù)合墊片(HG20629297)。LNG工藝管道安裝除必要的法蘭連接外，均采用焊接連接。低溫工藝管道用聚胺脂管托和復(fù)合聚乙烯管殼進行絕熱。碳鋼工藝管道作防腐處理。2.6.3 防止冷收縮設(shè)計用作LNG管道的奧氏體不銹鋼雖具有優(yōu)異的低溫機械性能，但冷收縮率高達3%°9。站區(qū)LNG管路在常溫下安裝，在低溫下運行，前后溫差高達180C,存在著較大的冷收縮量和溫差應(yīng)力，通常采用門形”補償裝置對工藝管道進行冷收縮補償。3 LNG氣化站的安全設(shè)計LNG氣化站運對于LNG的氣化供應(yīng)環(huán)節(jié)，主要考慮的是安全問題，所以工程設(shè)計和行的安全就是防止天然氣泄漏、消除可能導(dǎo)致燃燒的因素以及滿足LNG設(shè)備的防火及消防要求。為了防止低溫LNG設(shè)備超壓，引起超壓排放和爆炸，在裝置中還應(yīng)設(shè)有BOG系統(tǒng)、放散系統(tǒng)和氮氣吹掃系統(tǒng)等9。另外，由于LNG的低溫特性，操作人員應(yīng)做好必要的防護。安全設(shè)計需要相關(guān)規(guī)定的限制，我國應(yīng)該盡快頒布LNG設(shè)計規(guī)范，以指導(dǎo)LNG應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計、施工安裝和運行管理。LNG氣化器的選型必須考慮供氣站所在地域的環(huán)境氣溫，對東北等寒冷地區(qū)，應(yīng)采用水浴式和空溫式氣化