LNG气化站的设计

LNG气化站的设计1LNG气化站的工艺流程概述LNG由槽车运至气化站，利用LNG卸车增压器使槽车内压力增高，将槽车内LNG送至LNG低温储罐内储存。当从LNG储罐外排时，先通过储罐的白增压系统，使储罐压力升高，然后打开储罐液相出口阀，通过压力差将储罐内的LNG送至气化器后，经调压、计量、加臭等工序送入市政燃气管网。当室外环境温度较低，空温式气化器出口的天然气温度低于5℃时，需在空温式气化器出口串联水浴式加热器，对气化后的天然气进行加热。2LNG的潜在危险根据LNG的特性，在LNG储存和生产过程中，如操作不慎会产生如下危险。①设备或管道低温脆断设备及管道在低温状态下，可能会发生材质脆断，如有LNG泄漏极容易冻伤操作者。另外，LNG泄漏或溢流后会急剧气化，形成LNG蒸气云团使人窒息。②受热超压由于LNG气液体积比很大，所以少量LNG受热就能转化为大量的气体，可使设备及管道内压力急剧上升而发生超压事故。③爆炸若LNG泄漏、气化后与空气混合达到爆炸极限，此时遇到明火极易发生爆炸、燃烧，产生的热辐射会对人体及设备造成巨大危害。3LNG气化站的设计目前，我国颁布关于LNG气化站设计的相关规范，主要有《城镇燃气设计规范》GB50028—2006、《石油天然气工程设计防火规范》GB50183—2004、《火灾自动报警系统设计规范》GB50116—98、《建筑设计防火规范》GB50016—2006等；常用的国外标准主要有美国标准《液化天然气(LNG)生产、储存和装运标准》NFPA59A。在这些规范中对LNG气化站的设计做了明确规定。3.1LNG气化站的选址及总图布置①LNG气化站选址气化站的位置与其安全性有着密切的关系，因此气化站应布置在交通方便且远离人员密集的地方，与周围的建构筑物防火间距必须符合《城镇燃气设计规范》GB50028—2006的规定，而且要考虑容易接入城镇的天然气管网，为远期发展预留足够的空间。②LNG气化站总图布置合理布置气化站内的建构筑物、工艺设施，可使整个气化站安全、经济、美观。站区总平面应分区布置，即分为生产区(包括卸车、储存、气化、调压等工艺区)和辅助区，生产区布置在站区全年最小频率风向的上风侧或上侧风侧，站内建构筑物的防火间距必须符合《城镇燃气设计规范》GB50028—2006的规定。3.2LNG气化站卸车及管道预冷工艺①卸车LNG卸车时，一般不需要额外消耗动力，通过卸车增压器使槽车压力升高，在压力差的作用下将LNG送至储罐内。槽车内的气体则回收到BOG储罐或经调压、计量、加臭后送入管网。在卸车过程中要注意两个问题：一是，液体在管道中流动或进入储罐后可能气化，生成的气体也会进入储罐，导致储罐内压力升高，阻碍卸车；二是，随着液体进入，储罐液位升高，气相空间被不断压缩，使储罐内压力升高，致使液体流速大大下降[1]。这些问题的解决措施如下。a.合理使用储罐的上进液口和下进液口，上进液时LNG以喷淋的形式进入罐内，下进液则为常规的进液方式。当槽车的液体温度比储罐的液体温度低时，可以选择上进液。此时，液体以喷淋方式穿过储罐气相空间，过冷液滴会吸收储罐内的气体，使得储罐内压力下降，从而加快卸车的速度。上进液口之所以采用喷淋方式，是为了加大气液的换热面积，气液两相在储罐内形成对流，加速降压过程。槽车的液体温度比储罐的液体温度高时，应选择下进液。温度相对较高的LNG进入储罐后先接触温度相对较低的液体，使其迅速降温，减弱气化倾向，避免对卸车产生影响。当然，如果没有温度差可任意选择进液方式。b.卸车工艺见图1。在储罐自动减压阀(阀门12)上并联一个截止阀(阀门14)，卸车时打开截止阀，提高BOG的流量，使储罐保持稳定的压力，卸车结束后关闭。②管道预冷卸车台管道为常温管道，而LNG为低温液体，所以每次卸车前都要对卸车台至储罐入口的液相管道先进行预冷，以便减少卸车时间，防止管道破裂。管道预冷工艺见图1。为了达到预冷的目的，通常是在卸车台处将主液相管道和气相管道间设置2个跨接阀门(阀门2、阀门15)。预冷时关闭阀门1、阀门3，打开阀门15，再打开阀门9，让低温液体缓慢地进入液相管道，这时候管道降温产生的气体就会通过跨接阀门15进入BOG储罐，而达到预冷的目的。一般在槽车到之前1～2h进行预冷(利用储罐内LNG)，预冷结束后关闭跨接阀门15。卸车结束后再关闭阀门1，打开阀门3及跨接阀门2，让槽车内残留的气体进入BOG储罐，待液相管道升到正常温度后(观察管道裸露处霜冻的情况来判断)，即可关闭跨接阀门2。3.3LNG的储存①储罐容积的确定储罐的总容积通常按3～7d高峰月平均日用气量来确定，还应考虑长期供气气源厂的数量、检修时间、运输周期及用户用气波动等因素，工业用气量要根据用气设备性质及生产的具体要求确定。若只有一个气源厂，则储罐的总容积应考虑在气源厂检修期间能保证正常供气。②LNG的储存方式储罐是LNG气化站的主要设备，直接影响气化站的正常生产，也占有较大的造价比例。按结构形式可分为地下储罐、地上金属储罐和金属预应力混凝土储罐[2]。对于LNG储罐，现有真空粉末绝热型储罐、正压堆积绝热型储罐和高真空层绝热型储罐，中、小型气化站一般选用真空粉末绝热型低温储罐。储罐分内、外两层，夹层填充珠光砂并抽真空，减小外界热量传入，保证罐内LNG日气化率低于0.3%[3]。③储罐内LNG的翻滚与分层LNG的翻滚会导致储罐内失去压力、温度平衡，使储罐内压力升高，而分层是导致储罐内液体翻滚的必要条件。为保证储罐压力的稳定，必须防止LNG的翻滚与分层。在实际设计过程中我们可以采取一些方法防止LNG的翻滚与分层。a.对储罐内LNG进行竖向温度检测。b.设置循环系统，LNG的循环有2种方法。第一，如站区设有低温泵，可以采用低温泵使储罐内LNG循环，从而消除LNG密度差；第二，储罐之间相互倒罐，使LNG循环。c.合理设计充装工艺。3.4LNG的气化气化装置是气化站向外界供气的主要装置，设计中我们通常采用空温式气化器，其气化能力宜为用气城镇高峰小时计算流量的I.3～1.5倍，不少于2台，并且应有1台备用。当环境温度较低时，空温式气化器出口天然气温度低于5℃时，应将出口天然气进行二次加热，以保证整个供气的正常运行。一般天然气加热器采用水浴式加热器。3.5BOG与EAG(安全放散气体)的处理BOG主要来源于LNG槽车回气和储罐每天0.3%的自然气化。现在常用的槽车容积为40m3，回收BOG的时间按照30min计算，卸完LNG的槽车内气相压力约为0.55MPa，根据末端天然气压力的不同，回收BOG后槽车内的压力也不同，一般可以按照0.2MPa计算。回收槽车回气需要BOG加热器流量为280m3/h，加LNG储罐的自然蒸发量，则可计算出BOG加热器流量。LNG的储存温度为-163℃，即BOG的温度约为-163℃，为保证设备的安全，要将BOG加热到15℃。根据流量和温度可以确定BOG加热器的规格。回收的BOG经过调压、计量、加臭后可以直接进入管网，如果用户用气非连续则需要设置BOG储罐进行储存。EAG主要是在设备或管道超压时排放。当LNG气化为气体天然气时，天然气比常温空气轻时的临界温度为-110℃。为防止EAG在放散时聚集，则需将EAG加热至高于-110℃后放散。容积为100m3的LNG储罐选择500m3/h的EAG加热器，最大量放散时出口温度不会低于-15℃[4、5]。4结语LNG在我国城镇燃气发展过程中发挥着越来越重要的作用。LNG气化站的设计，必须严格遵守现行国家相关规范，安全合理地布置总图，严格控制管道及设备的温度、压力参数，并应设计合理、安全的自动控制、电气、消防设施，消除LNG的各种隐患，使其在社会发展中发挥更大的作用。参考文献：[1]杨伟波.LNG气化站的技术安全要素[J].上海煤气，2007，(1)：19-21.[2]张立希，陈慧芳.LNG接受终端的工艺系统及设备[J].石油与天然气化工，1999，28(3)：163-166.[3]胡炯华.LNG气化站的设计[J].有色冶金设计与研究，2007，28(5)：1-3.[4]吴创明.LNG气化站工艺设计与运行管理[J].煤气与热力，2006，26(4)：1-7.[5]刘新领.液化天然气供气站的建设[J].煤气与热力，2002.22(1)：35-36.