液化天然气城市供气站的设计

液化天然气城市供气站的设计摘要：本文结合新奥燃气六座LNG站的设计和建设实践，对LNG站的设计流程、设备选择、安全设计进行了介绍。关键词：液化天然气；储罐；气化器；加热器；BOGDesignoftheLNGcity-supplyingstationWangXue(HebeiHuaxinTechnologyDevelopmentCompanyofGasEngineering,XinaoGroup,Langfang065001,China)Abstract:Thepaperintroducedthedesigningcourse、instrumentsselectionandsafetydesignoftheLNGstationbasedonthepracticeofdesigningandconstructionofthesixLNGstationinXinaogas.Keywords:LNG;StorageTank;Evaporator;Heater;BOG1引言LNG气化站工程是对LNG进行卸车、储存、气化并向用户提供洁净天然气的工程新奥燃气在2000年就着手进行液化天然气应用方面的技术储备工作，并在2001年派出多名技术人员去日本进行LNG的应用考察。并掌握了LNG城市供气设计和运营技术，2002年5月30日新奥燃气与河南中原绿能高科有限公司签定了液化天然气供用合同，供气量为6～7万标立方米/天。2002年3月我公司与中国市政工程华北设计研究院联合设计完成新奥燃气第一座LNG气化站-蚌埠气化站，这是我公司引进和消化吸收国内外LNG应用技术，并结合新奥燃气的具体情况，成功设计建造的LNG气化站。蚌埠LNG项目竣工后，又进行了河南新乡、山东日照、安徽六安、滁州、亳州、北京密云等地的LNG项目的施工图设计工作。现已投产的有蚌埠、新乡、日照、六安、滁州LNG气化站，其余正在建设中。2气化站工艺流程的简述LNG主要成分为甲烷，另有少量乙烷、丙烷等烃类，几乎不含水、硫、二氧化碳等物质，是一种洁净、利于环保的能源。液化天然气常压下储存温度为-1620C,液化后体积缩小为原来的600多倍，运输方便，使用经济。LNG气化站工程为国内新技术。目前，新奥燃气的气化站主要采用两种工艺流程。LNG由低温槽车运至气化站，在卸车台利用槽车自带的增压器对槽车储罐加压，利用压差将LNG送入LNG储罐储存。气化时通过储罐增压器将LNG增压后：流程一是采用两组空温式气化器组，相互切换使用，当一组使用时间过长，气化器结霜严重，导致气化器气化效率降低，出口温度达不到要求，人工（或自动或定时）切换到另一组使用，本组进行自然化霜。在夏季，经空温式气化器气化后天然气温度可达15℃左右，可以直接进管网；在冬季或雨季，由于环境温度或湿度的影响，气化器气化效率大大降低，气化后天然气温度达不到要求时，经NG加热器加热，达到允许温度，再进管网。流程二是采用一组空温式气化器加NG加热器和另一组LNG水浴式气化器，两组相互切换使用和相互备用，当空温式气化器能力不足或检修时，将储罐内的LNG送到LNG热水气化器，通过热水进行热量传递，将LNG气化（温度为10℃）送入管网。流程一的优点是充分利用自然热源（空气），运行成本低，缺点是气化器体积较大，投资较多。流程二的优点是利用人工资源的气化器体积较小，投资较小，缺点是运行成本较高，需要的配套附属设施（锅炉、循环泵等）投资较大。从长期运行看，推荐采用流程一。3主要工艺设备选型与配置3.1选择配置原则LNG为低温深冷介质，对站内工艺设备设施的选择应遵循如下原则：1.相关设备设施要具有可靠的耐低温深冷性能。特别是储存设备应至少满足耐低温-162℃以下，应达到-196℃。2.储存设备保冷性能要好。若LNG储存设备保冷性能不好，将引起设备内温度升高，压力上升，危险性增大。3.LNG输送管道、截止阀门等的耐低温性应与LNG储存设施一致。4.除满足工艺要求外，所有安全阀件应耐低温且完好、灵敏可靠。3.2设备选型3.2.1LNG储罐LNG储罐可分为地下储罐、地上金属储罐和金属/混凝土储罐三类，地上LNG储罐又分为金属子母储罐和金属单罐两种。考虑到LNG储罐的运输、制造和国内的实际情况，对中小城市一般选择50米3和100米3的卧式或立式圆筒形低温真空粉末绝热储罐，新奥燃气在新乡、日照、六安、滁州等选用的都是100米3的立式罐，一是占地小，二是国内厂家制造技术都比较成熟。储罐的设计总容量一般按2-3天高峰月平均日用气量计算确定，对气源的要求是不少于2个供气点。如果只有一个供气点，则储罐总储量还要考虑气源厂检修时能保证正常供气。100米3的立式储罐最高工作压力目前有0.5Mpa和0.8Mpa两种，最低工作温度为-196℃。单台水容积100米3，内罐直径3000mm，内胆材料0Cr18Ni9；外罐直径3500mm，材质16MnR。夹层充填珠光砂并抽真空；罐高约17米。内罐为内压容器，外罐为外压容器。3.2.2空温式气化器a、气化能力气化器的气化能力按高峰小时用气量的1.3～1.5倍确定，配置两组，相互切换使用。b、主要工艺参数设计LNG入口温度：-162℃出气化器温度：环境温度减10℃正常操作压力：0.4～0.8Mpac、结构型式立式、长方体；管路为翅片式。3.2.3水浴式NG加热器a、加热能力加热器的加热能力按高峰小时用气量的1.3～1.5倍确定，配置两台，相互切换使用。b、主要工艺参数设计NG入口温度：当地极端最低温度减10℃出加热器温度：+10℃正常操作压力：0.4～0.8Mpac、结构型式立式、圆筒形。3.2.4BOG加热器由于站内BOG发生量最大的为回收槽车卸车后的气相天然气，BOG空温式加热器的设计能力按此进行计算，回收槽车卸车后的气相天然气的时间按30分钟计，以一台40米3的槽车，压力从0.6Mpa降至0.3Mpa为例，计算出所需BOG空温式气化器的能力为240标米3/小时。3.2.5LNG阀门、管道及管件应满足输送LNG压力、流量要求，且具备耐低温性能（-196℃）。低温截止阀、止回阀采用四川空分生产的低温焊接阀门，接管要求采用公制，材料采用0Cr18Ni9，紧急切断阀、升压阀和降压阀采用日本进口的阀门。LNG输送管道：采用输送流体用热轧不锈钢管材质为0Cr18Ni9（GB/T14976-94），法兰均采用公制凸面带颈对焊钢制法兰（HG20592-97）,工艺管道管件采用对焊无缝管件（GB/12459-90）;密封垫片均采用金属缠绕垫片（0Cr18Ni9），紧固件采用专用级双头螺栓、螺母（1Cr18Ni9）。4安全设计影响供气站设计的安全因素有：安全标准平面布置控制方式消防4.1安全标准由于目前国内尚无LNG的有关设计规范，参照美国《液化天然气生产、储存和处理标准》NFPA59规范，暂按液化石油气有关规范进行消防、选址和总平面布置设计。4.2平面布置发生LNG泄漏事故的危险是火灾和热辐射，如果在泄漏事故的早期阶段没有遇到明火，则沸腾的LNG产生的气体与空气混合时被带到下风侧，这个气闭一直存在爆炸的可能性，直至空气将其稀释到爆炸下限以下。在LNG特性中，一个固有的安全因素是甲烷含量高。在空气温度为（21℃）时，它的临界浮力温度为（-110℃）。在这个温度以上，甲烷比空气轻，将从泄漏处上升飘走。甲烷也有一个较宽的爆炸范围（5-15%）。尽管下限较高，但由于它的自然浮力和快速的扩散，积存可燃混合气体的可能性要比LPG小的多，因此采用液化石油气的规范进行总平面布置是合理的。4.3控制方式4.3.1LNG卸车在日常操作中，各种不稳定状态时有发生，这就是潜在的危险。如果卸车管线中存在这种情况，将会导致两种结果：急冷和水击。不仅对于初次启动，而且在每次卸车操作时，发生急冷都是危险的，冷却的一个结果是挠曲现象。它是由于在管道的顶部和底部形成温度梯度，导致管道在支架间挠曲，由于应力高，挠曲现象可以导致事故。因此在卸车前，必须通过正确的冷却工艺和控制来避免这些现象的发生，设计上设置现场控制盘，对储罐和管道的液位、压力、温度等参数进行现场监测，发生事故，通过现场操作盘上的紧急停车按扭，关断所有气动快切阀。4.3.2储罐区在防液堤内设置可燃气体浓度报警器、低温探头，发生漏液时，浓度和温度同时报警。在储罐上设置压力、液位报警连锁装置，任何不正常的运行状态都将被检测、报警和控制。在LNG储存中，翻滚是一个主要的安全问题。因输送到储罐的LNG成分不同而导致的分层引起翻滚。由于热量损失，超过一个周期的时间，LNG的底层成为过饱和层。当这个过饱和底层（由于静压头不会气化）因温度相同而突然升到顶部时，将会迅速产生大量的气体。防止翻滚的一个方法是把不同品质的LNG分开储存，通过泵定期将储存部分进行再循环。4.3.3LNG气化对气化器的控制主要对气化器出口的气体温度进行检测、报警和连锁，正常操作时，气化器的气体出口温度比环境温度低10℃（当达到额定负荷时），当气化器结霜过多或发生故障时，通过温度检测实现对气化器的开、停进行控制。4.4消防按液化石油气有关消防规范设计。储罐设置喷淋系统，喷淋强度0.15升/秒·米2，喷淋用水量按着火储罐的全表面积计算，距着火储罐直径1.5倍范围内的相邻储罐按其表面积的一半计算。水枪用水量按《建筑设计防火规范》和《城镇燃气设计规范》选取。5结论合理的选择工艺流程、设备配置和安全设计是保证LNG供气站安全、可靠、经济运行的关键因素，我们经过多个城市LNG供气站的设计，积累了比较丰富的经验。通过对LNG储、供、输工艺设备的改进，解决了供气站的安全消防问题。另外，气化站的重要设备、管道和管件，我们均采用国产化，这对提高液化天然气应用技术有积极的意义。