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LNG點(diǎn)供（氣化站）工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理

發(fā)布時(shí)間：

2024-01-17 09:11

LNG(液化天然氣)已成為目前無(wú)法使用管輸天然氣供氣城市的主要?dú)庠椿蜻^(guò)渡氣源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的補(bǔ)充氣源或調(diào)峰氣源。LNG氣化站憑借其建設(shè)周期短以及能迅速滿足用氣市場(chǎng)需求的優(yōu)勢(shì)，已逐漸在我國(guó)東南沿海眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源緊缺的中小城市建成，成為永久供氣設(shè)施或管輸天然氣到達(dá)前的過(guò)渡供氣設(shè)施。國(guó)內(nèi)LNG供氣技術(shù)正處于發(fā)展和完善階段，本文擬以近年?yáng)|南沿海建設(shè)的部分LNG氣化站為例，對(duì)其工藝流程、設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理進(jìn)行探討。

1 LNG氣化站工藝流程

1．1 LNG卸車(chē)工藝

LNG通過(guò)公路槽車(chē)或罐式集裝箱車(chē)從LNG液化工廠運(yùn)抵用氣城市LNG氣化站，利用槽車(chē)上的空溫式升壓氣化器對(duì)槽車(chē)儲(chǔ)罐進(jìn)行升壓(或通過(guò)站內(nèi)設(shè)置的卸車(chē)增壓氣化器對(duì)罐式集裝箱車(chē)進(jìn)行升壓)，使槽車(chē)與LNG儲(chǔ)罐之間形成一定的壓差，利用此壓差將槽車(chē)中的LNG卸入氣化站儲(chǔ)罐內(nèi)。卸車(chē)結(jié)束時(shí)，通過(guò)卸車(chē)臺(tái)氣相管道回收槽車(chē)中的氣相天然氣。

卸車(chē)時(shí)，為防止LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高而影響卸車(chē)速度，當(dāng)槽車(chē)中的LNG溫度低于儲(chǔ)罐中LNG的溫度時(shí)，采用上進(jìn)液方式。槽車(chē)中的低溫LNG通過(guò)儲(chǔ)罐上進(jìn)液管?chē)娮煲試娏軤顟B(tài)進(jìn)入儲(chǔ)罐，將部分氣體冷卻為液體而降低罐內(nèi)壓力，使卸車(chē)得以順利進(jìn)行。若槽車(chē)中的LNG溫度高于儲(chǔ)罐中LNG的溫度時(shí)，采用下進(jìn)液方式，高溫LNG由下進(jìn)液口進(jìn)入儲(chǔ)罐，與罐內(nèi)低溫LNG混合而降溫，避免高溫LNG由上進(jìn)液口進(jìn)入罐內(nèi)蒸發(fā)而升高罐內(nèi)壓力導(dǎo)致卸車(chē)?yán)щy。實(shí)際操作中，由于目前LNG氣源地距用氣城市較遠(yuǎn)，長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)竭_(dá)用氣城市時(shí)，槽車(chē)內(nèi)的LNG溫度通常高于氣化站儲(chǔ)罐中LNG的溫度，只能采用下進(jìn)液方式。所以除首次充裝LNG時(shí)采用上進(jìn)液方式外，正常卸槽車(chē)時(shí)基本都采用下進(jìn)液方式。

為防止卸車(chē)時(shí)急冷產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力損壞管道或影響卸車(chē)速度，每次卸車(chē)前都應(yīng)當(dāng)用儲(chǔ)罐中的LNG對(duì)卸車(chē)管道進(jìn)行預(yù)冷。同時(shí)應(yīng)防止快速開(kāi)啟或關(guān)閉閥門(mén)使LNG的流速突然改變而產(chǎn)生液擊損壞管道。

1．2 LNG氣化站流程與儲(chǔ)罐自動(dòng)增壓

　?、貺NG氣化站流程

　　LNG氣化站的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 城市LNG氣化站工藝流程

②儲(chǔ)罐自動(dòng)增壓與LNG氣化

　　靠壓力推動(dòng)，LNG從儲(chǔ)罐流向空溫式氣化器，氣化為氣態(tài)天然氣后供應(yīng)用戶。隨著儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的流出，罐內(nèi)壓力不斷降低，LNG出罐速度逐漸變慢直至停止。因此，正常供氣操作中必須不斷向儲(chǔ)罐補(bǔ)充氣體，將罐內(nèi)壓力維持在一定范圍內(nèi)，才能使LNG氣化過(guò)程持續(xù)下去。儲(chǔ)罐的增壓是利用自動(dòng)增壓調(diào)節(jié)閥和自增壓空溫式氣化器實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低于自動(dòng)增壓閥的設(shè)定開(kāi)啟值時(shí)，自動(dòng)增壓閥打開(kāi)，儲(chǔ)罐內(nèi)LNG靠液位差流入自增壓空溫式氣化器(自增壓空溫式氣化器的安裝高度應(yīng)低于儲(chǔ)罐的最低液位)，在自增壓空溫式氣化器中LNG經(jīng)過(guò)與空氣換熱氣化成氣態(tài)天然氣，然后氣態(tài)天然氣流入儲(chǔ)罐內(nèi)，將儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升至所需的工作壓力。利用該壓力將儲(chǔ)罐內(nèi)LNG送至空溫式氣化器氣化，然后對(duì)氣化后的天然氣進(jìn)行調(diào)壓(通常調(diào)至0．4MPa)、計(jì)量、加臭后，送入城市中壓輸配管網(wǎng)為用戶供氣。在夏季空溫式氣化器天然氣出口溫度可達(dá)15℃，直接進(jìn)管網(wǎng)使用。在冬季或雨季，氣化器氣化效率大大降低，尤其是在寒冷的北方，冬季時(shí)氣化器出口天然氣的溫度(比環(huán)境溫度低約10℃)遠(yuǎn)低于0℃而成為低溫天然氣。為防止低溫天然氣直接進(jìn)入城市中壓管網(wǎng)導(dǎo)致管道閥門(mén)等設(shè)施產(chǎn)生低溫脆裂，也為防止低溫天然氣密度大而產(chǎn)生過(guò)大的供銷(xiāo)差，氣化后的天然氣需再經(jīng)水浴式天然氣加熱器將其溫度升到10℃，然后再送入城市輸配管網(wǎng)。

　　通常設(shè)置兩組以上空溫式氣化器組，相互切換使用。當(dāng)一組使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，氣化器結(jié)霜嚴(yán)重，導(dǎo)致氣化器氣化效率降低，出口溫度達(dá)不到要求時(shí)，人工(或自動(dòng)或定時(shí))切換到另一組使用，本組進(jìn)行自然化霜備用。

　　在自增壓過(guò)程中隨著氣態(tài)天然氣的不斷流入，儲(chǔ)罐的壓力不斷升高，當(dāng)壓力升高到自動(dòng)增壓調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉壓力(比設(shè)定的開(kāi)啟壓力約高10%)時(shí)自動(dòng)增壓閥關(guān)閉，增壓過(guò)程結(jié)束。隨著氣化過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力又低于增壓閥設(shè)定的開(kāi)啟壓力時(shí)，自動(dòng)增壓閥打開(kāi)，開(kāi)始新一輪增壓。

2 LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)

2．1 設(shè)計(jì)決定項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益

　　當(dāng)確定了項(xiàng)目的建設(shè)方案后，要采用先進(jìn)適用的LNG供氣流程、安全可靠地向用戶供氣、合理降低工程造價(jià)、提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)鍵在于工程設(shè)計(jì)[1]。據(jù)西方國(guó)家分析，不到建設(shè)工程全壽命費(fèi)用1％的設(shè)計(jì)費(fèi)對(duì)工程造價(jià)的影響度占75％以上，設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)整個(gè)建設(shè)工程的效益至關(guān)重要。

　　影響LNG氣化站造價(jià)的主要因素有設(shè)備選型(根據(jù)供氣規(guī)模、工藝流程等確定)、總圖設(shè)計(jì)(總平面布置、占地面積、地形地貌、消防要求等)、自控方案(主要是儀表選型)。

　　通常，工程直接費(fèi)約占項(xiàng)目總造價(jià)的70%，設(shè)備費(fèi)又占工程直接費(fèi)的48％～50％，設(shè)備費(fèi)中主要是LNG儲(chǔ)罐的費(fèi)用。

．2 氣化站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

　　至今我國(guó)尚無(wú)LNG的專(zhuān)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在LNG氣化站設(shè)計(jì)時(shí)，常采用的設(shè)計(jì)規(guī)范為：GB 50028—93《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(2002年版)、GBJ 16—87《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2001年版)、GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、美國(guó)NFPA—59A《液化天然氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝卸標(biāo)準(zhǔn)》。其中GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》是由中石油參照和套用美國(guó)NFPA—59A標(biāo)準(zhǔn)起草的，許多內(nèi)容和數(shù)據(jù)來(lái)自NFPA—59A標(biāo)準(zhǔn)。由于NF-PA—59A標(biāo)準(zhǔn)消防要求高，導(dǎo)致工程造價(jià)高，目前難以在國(guó)內(nèi)實(shí)施。目前國(guó)內(nèi)LNG氣化站設(shè)計(jì)基本參照GB 50028—93《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(2002年版)設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明安全可行。

2．3 LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

　　儲(chǔ)罐是LNG氣化站的主要設(shè)備，占有較大的造價(jià)比例，應(yīng)高度重視儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)。

2．3．1 LNG儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　LNG儲(chǔ)罐按結(jié)構(gòu)形式可分為地下儲(chǔ)罐、地上金屬儲(chǔ)罐和金屬/預(yù)應(yīng)力混凝土儲(chǔ)罐3類(lèi)。地上LNG儲(chǔ)罐又分為金屬子母儲(chǔ)罐和金屬單罐2種。金屬子母儲(chǔ)罐是由3只以上子罐并列組裝在一個(gè)大型母罐(即外罐)之中，子罐通常為立式圓筒形，母罐為立式平底拱蓋圓筒形。子母罐多用于天然氣液化工廠。城市LNG氣化站的儲(chǔ)罐通常采用立式雙層金屬單罐，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類(lèi)似于直立的暖瓶，內(nèi)罐支撐于外罐上，內(nèi)外罐之間是真空粉末絕熱層。儲(chǔ)罐容積有50m3和100m3，多采用100m3儲(chǔ)罐。

　　對(duì)于100m3立式儲(chǔ)罐，其內(nèi)罐內(nèi)徑為3000mm，外罐內(nèi)徑為3200mm，罐體加支座總高度為17100mm，儲(chǔ)罐幾何容積為105．28m3。

2．3．2 設(shè)計(jì)壓力與計(jì)算壓力的確定

　　目前絕大部分100m3立式LNG儲(chǔ)罐的最高工作壓力為0．8MPa。按照GB 150—1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定，當(dāng)儲(chǔ)罐的最高工作壓力為0．8MPa時(shí)，可取設(shè)計(jì)壓力為0．84MPa。儲(chǔ)罐的充裝系數(shù)為0．95，內(nèi)罐充裝LNG后的液柱凈壓力為0．062MPa，內(nèi)外罐之間絕對(duì)壓力為5Pa，則內(nèi)罐的計(jì)算壓力為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(shí)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(fù)壓。所以外罐為外壓容器，設(shè)計(jì)壓力為-0．1MPa。

2．3．3 100m3LNG儲(chǔ)罐的選材

　　正常操作時(shí)LNG儲(chǔ)罐的工作溫度為-162．3℃，第一次投用前要用-196℃的液氮對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行預(yù)冷[2、3]，則儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度為-196℃。內(nèi)罐既要承受介質(zhì)的工作壓力，又要承受LNG的低溫，要求內(nèi)罐材料必須具有良好的低溫綜合機(jī)械性能，尤其要具有良好的低溫韌性，因此內(nèi)罐材料采用0Crl8Ni9，相當(dāng)于ASME(美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)的304。

　　根據(jù)內(nèi)罐的計(jì)算壓力和所選材料，內(nèi)罐的計(jì)算厚度和設(shè)計(jì)厚度分別為11．1mm和12．0mm。作為常溫外壓容器，外罐材料選用低合金容器鋼16MnR，其設(shè)計(jì)厚度為10．0mm。

2．3．4 接管設(shè)計(jì)

　　開(kāi)設(shè)在儲(chǔ)罐內(nèi)罐上的接管口有：上進(jìn)液口、下進(jìn)液口、出液口、氣相口、測(cè)滿口、上液位計(jì)口、下液位計(jì)口、工藝人孔8個(gè)接管口。內(nèi)罐上的接管材質(zhì)都為0Cr18Ni9。

　　為便于定期測(cè)量真空度和抽真空，在外罐下封頭上開(kāi)設(shè)有抽真空口(抽完真空后該管口被封閉)。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)置防爆裝置。

2．3．5 液位測(cè)量裝置設(shè)計(jì)

　　為防止儲(chǔ)罐內(nèi)LNG充裝過(guò)量或運(yùn)行中罐內(nèi)LNG太少危及儲(chǔ)罐和工藝系統(tǒng)安全，在儲(chǔ)罐上分別設(shè)置測(cè)滿口與差壓式液位計(jì)兩套獨(dú)立液位測(cè)量裝置[4]，其靈敏度與可靠性對(duì)LNG儲(chǔ)罐的安全至關(guān)重要。在向儲(chǔ)罐充裝LNG時(shí)，通過(guò)差壓式液位計(jì)所顯示的靜壓力讀數(shù)，可從靜壓力與充裝質(zhì)量對(duì)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(dá)到充裝上限時(shí)，LNG液體會(huì)從測(cè)滿口溢出，提醒操作人員手動(dòng)切斷進(jìn)料。儲(chǔ)罐自控系統(tǒng)還設(shè)有高限報(bào)警(充裝量為罐容的85％)、緊急切斷(充裝量為罐容的95％)、低限報(bào)警(剩余LNG量為罐容的10％)。

2．3．6 絕熱層設(shè)計(jì)

　　LNG儲(chǔ)罐的絕熱層有以下3種形式：

　?、俑哒婵斩鄬永p繞式絕熱層。多用于LNG槽車(chē)和罐式集裝箱車(chē)。

　?、谡龎憾逊e絕熱層。這種絕熱方式是將絕熱材料堆積在內(nèi)外罐之間的夾層中，夾層通氮?dú)?，通常絕熱層較厚。廣泛應(yīng)用于大中型LNG儲(chǔ)罐和儲(chǔ)槽，例如立式金屬LNG子母儲(chǔ)罐。

　?、壅婵辗勰┙^熱層。常用的單罐公稱容積為100m3和50m3的圓筒形雙金屬LNG儲(chǔ)罐通常采用這種絕熱方式。在LNG儲(chǔ)罐內(nèi)外罐之間的夾層中填充粉末(珠光砂)，然后將該夾層抽成高真空。通常用蒸發(fā)率來(lái)衡量?jī)?chǔ)罐的絕熱性能。目前國(guó)產(chǎn)LNG儲(chǔ)罐的日靜態(tài)蒸發(fā)率體積分?jǐn)?shù)≤0．3％。

2．3．7 LNG儲(chǔ)罐總?cè)萘?/span>

　　儲(chǔ)罐總?cè)萘客ǔ０磧?chǔ)存3d高峰月平均日用氣量確定。同時(shí)還應(yīng)考慮氣源點(diǎn)的個(gè)數(shù)、氣源廠檢修時(shí)間、氣源運(yùn)輸周期、用戶用氣波動(dòng)情況等因素。對(duì)氣源的要求是不少于2個(gè)供氣點(diǎn)。若只有1個(gè)供氣點(diǎn)，則儲(chǔ)罐總?cè)萘窟€要考慮氣源廠檢修時(shí)能保證正常供氣。

2．4 BOG緩沖罐

　　對(duì)于調(diào)峰型LNG氣化站，為了回收非調(diào)峰期接卸槽車(chē)的余氣和儲(chǔ)罐中的BOG(Boil Off Gas，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(chē)余氣量設(shè)置。

2．5 氣化器、加熱器選型設(shè)計(jì)

2．5．1 儲(chǔ)罐增壓氣化器

　　按100m3的LNG儲(chǔ)罐裝滿90m3的LNG后，在30min內(nèi)將10m3氣相空間的壓力由卸車(chē)狀態(tài)的0．4MPa升壓至工作狀態(tài)的0．6MPa進(jìn)行計(jì)算。據(jù)計(jì)算結(jié)果，每臺(tái)儲(chǔ)罐選用1臺(tái)氣化量為200m3/h的空溫式氣化器為儲(chǔ)罐增壓，LNG進(jìn)增壓氣化器的溫度為-162．3℃，氣態(tài)天然氣出增壓氣化器的溫度為-145℃。

　　設(shè)計(jì)多采用1臺(tái)LNG儲(chǔ)罐帶1臺(tái)增壓氣化器。也可多臺(tái)儲(chǔ)罐共用1臺(tái)或1組氣化器增壓，通過(guò)閥門(mén)切換，可簡(jiǎn)化流程，減少設(shè)備，降低造價(jià)。

2．5．2 卸車(chē)增壓氣化器

　　由于LNG集裝箱罐車(chē)上不配備增壓裝置，因此站內(nèi)設(shè)置氣化量為300m3/h的卸車(chē)增壓氣化器，將罐車(chē)壓力增至0．6MPa。LNG進(jìn)氣化器溫度為-162．3℃，氣態(tài)天然氣出氣化器溫度為-145℃。

2．5．3 BOG加熱器

　　由于站內(nèi)BOG發(fā)生量最大的是回收槽車(chē)卸車(chē)后的氣相天然氣，故BOG空溫式加熱器的設(shè)計(jì)能力按此進(jìn)行計(jì)算，回收槽車(chē)卸車(chē)后的氣相天然氣的時(shí)間按30min計(jì)。以1臺(tái)40m3的槽車(chē)壓力從0．6MPa降至0．3MPa為例，計(jì)算出所需BOG空溫式氣化器的能力為240m3/h。一般根據(jù)氣化站可同時(shí)接卸槽車(chē)的數(shù)量選用BOG空溫式加熱器。通常BOG加熱器的加熱能力為500～1000m3/h。在冬季使用水浴式天然氣加熱器時(shí)，將BOG用作熱水鍋爐的燃料，其余季節(jié)送入城市輸配管網(wǎng)。

2．5．4 空溫式氣化器

　　空溫式氣化器是LNG氣化站向城市供氣的主要?dú)饣O(shè)施。氣化器的氣化能力按高峰小時(shí)用氣量確定，并留有一定的余量，通常按高峰小時(shí)用氣量的1．3～1．5倍確定。單臺(tái)氣化器的氣化能力按2000m3/h計(jì)算，2～4臺(tái)為一組，設(shè)計(jì)上配置2～3組，相互切換使用。

2．5．5 水浴式天然氣加熱器

　　當(dāng)環(huán)境溫度較低，空溫式氣化器出口氣態(tài)天然氣溫度低于5℃時(shí)，在空溫式氣化器后串聯(lián)水浴式天然氣加熱器，對(duì)氣化后的天然氣進(jìn)行加熱[5、6]。加熱器的加熱能力按高峰小時(shí)用氣量的1．3～1．5倍確定。

2．5．6 安全放散氣體(EAG)加熱器

　　LNG是以甲烷為主的液態(tài)混合物，常壓下的沸點(diǎn)溫度為-161．5℃，常壓下儲(chǔ)存溫度為-162．3℃，密度約430 kg/m3。當(dāng)LNG氣化為氣態(tài)天然氣時(shí)，其臨界浮力溫度為-107℃。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度高于-107℃時(shí)，氣態(tài)天然氣比空氣輕，將從泄漏處上升飄走。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度低于-107℃時(shí)，氣態(tài)天然氣比空氣重，低溫氣態(tài)天然氣會(huì)向下積聚，與空氣形成可燃性爆炸物。為了防止安全閥放空的低溫氣態(tài)天然氣向下積聚形成爆炸性混合物，設(shè)置1臺(tái)空溫式安全放散氣體加熱器，放散氣體先通過(guò)該加熱器加熱，使其密度小于空氣，然后再引入高空放散。

　　EAG空溫式加熱器設(shè)備能力按100m3儲(chǔ)罐的最大安全放散量進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，100m3儲(chǔ)罐的安全放散量為500m3/h，設(shè)計(jì)中選擇氣化量為500m3/h的空溫式加熱器1臺(tái)。進(jìn)加熱器氣體溫度取-145℃，出加熱器氣體溫度取-15℃。

　　對(duì)于南方不設(shè)EAG加熱裝置的LNG氣化站，為了防止安全閥起跳后放出的低溫LNG氣液混合物冷灼傷操作人員，應(yīng)將單個(gè)安全閥放散管和儲(chǔ)罐放散管接入集中放散總管放散。

2．6 調(diào)壓、計(jì)量與加臭裝置

　　根據(jù)LNG氣化站的規(guī)模選擇調(diào)壓裝置。通常設(shè)置2路調(diào)壓裝置，調(diào)壓器選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調(diào)壓器。

　　計(jì)量采用渦輪流量計(jì)。加臭劑采用四氫噻吩，加臭以隔膜式計(jì)量泵為動(dòng)力，根據(jù)流量信號(hào)將加臭劑注入燃?xì)夤艿乐小?/span>

2．7 閥門(mén)與管材管件選型設(shè)計(jì)

2．7．1 閥門(mén)選型設(shè)計(jì)

　　工藝系統(tǒng)閥門(mén)應(yīng)滿足輸送LNG的壓力和流量要求，同時(shí)必須具備耐-196℃的低溫性能。常用的LNG閥門(mén)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。閥門(mén)材料為0Cr18Ni9。

2．7．2 管材、管件、法蘭選型設(shè)計(jì)

　　①介質(zhì)溫度≤-20℃的管道采用輸送流體用不銹鋼無(wú)縫鋼管(GB/T 14976—2002)，材質(zhì)為0Cr18Ni9。管件均采用材質(zhì)為0crl8Ni9的無(wú)縫沖壓管件(GB/T 12459—90)。法蘭采用凹凸面長(zhǎng)頸對(duì)焊鋼制管法蘭(HG 20592—97)，其材質(zhì)為0Cr18Ni9。法蘭密封墊片采用金屬纏繞式墊片，材質(zhì)為0crl8Ni9。緊固件采用專(zhuān)用雙頭螺柱、螺母，材質(zhì)為0Crl8Ni9。

　?、诮橘|(zhì)溫度>-20℃的工藝管道，當(dāng)公稱直徑≤200 mm時(shí)，采用輸送流體用無(wú)縫鋼管(GB/T8163—1999)，材質(zhì)為20號(hào)鋼；當(dāng)公稱徑>200mm時(shí)采用焊接鋼管(GB/T 3041—2001)，材質(zhì)為Q235B。管件均采用材質(zhì)為20號(hào)鋼的無(wú)縫沖壓管件(GB/T 12459—90)。法蘭采用凸面帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭(HG 20592—97)，材質(zhì)為20號(hào)鋼。法蘭密封墊片采用柔性石墨復(fù)合墊片(HG 20629—97)。

　　 LNG工藝管道安裝除必要的法蘭連接外，均采用焊接連接。低溫工藝管道用聚氨酯絕熱管托和復(fù)合聚乙烯絕熱管殼進(jìn)行絕熱。碳素鋼工藝管道作防腐處理。

2．7．3 冷收縮問(wèn)題

　　LNG管道通常采用奧氏體不銹鋼管，材質(zhì)為0crl8Ni9，雖然其具有優(yōu)異的低溫機(jī)械性能，但冷收縮率高達(dá)0．003。站區(qū)LNG管道在常溫下安裝，在低溫下運(yùn)行，前后溫差高達(dá)180℃，存在著較大的冷收縮量和溫差應(yīng)力，通常采用“門(mén)形”補(bǔ)償裝置補(bǔ)償工藝管道的冷收縮。

2．8 工藝控制點(diǎn)的設(shè)置

　　LNG氣化站的工藝控制系統(tǒng)包括站內(nèi)工藝裝置的運(yùn)行參數(shù)采集和自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制、聯(lián)鎖控制和越限報(bào)警。控制點(diǎn)的設(shè)置包括以下內(nèi)容：

　?、傩盾?chē)進(jìn)液總管壓力；

　　②空溫式氣化器出氣管壓力與溫度；

　　③水浴式天然氣加熱器出氣管壓力與溫度；

　?、躄NG儲(chǔ)罐的液位、壓力與報(bào)警聯(lián)鎖；

　　⑤BOG加熱器壓力；

　?、拚{(diào)壓器后壓力；

　?、叱稣玖髁?；

　?、嗉映魴C(jī)(自帶儀表控制)。

2．9 消防設(shè)計(jì)

　　LNG氣化站的消防設(shè)計(jì)根據(jù)CB 50028—93《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(2002年版)LPG部分進(jìn)行。在LNG儲(chǔ)罐周?chē)O(shè)置圍堰區(qū)，以保證將儲(chǔ)罐發(fā)生事故時(shí)對(duì)周?chē)O(shè)施造成的危害降低到最小程度。在LNG儲(chǔ)罐上設(shè)置噴淋系統(tǒng)，噴淋強(qiáng)度為0．15 L/(s·m2)，噴淋用水量按著火儲(chǔ)罐的全表面積計(jì)算，距著火儲(chǔ)罐直徑1．5倍范圍內(nèi)的相鄰儲(chǔ)罐按其表面積的50％計(jì)算。水槍用水量按GBJ 16—87《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2001年版)和GB 50028—93《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(2002年版)選取。

3 運(yùn)行管理

3．1 運(yùn)行基本要求

　　LNG氣化站運(yùn)行的基本要求是：①防止LNG和氣態(tài)天然氣泄漏從而與空氣形成爆炸性混合物。②消除引發(fā)燃燒、爆炸的基本條件，按規(guī)范要求對(duì)LNG工藝系統(tǒng)與設(shè)備進(jìn)行消防保護(hù)。③防止LNG設(shè)備超壓和超壓排放。④防止LNG的低溫特性和巨大的溫差對(duì)工藝系統(tǒng)的危害及對(duì)操作人員的冷灼傷。

3．2 工藝系統(tǒng)預(yù)冷

　　在LNG氣化站竣工后正式投運(yùn)前，應(yīng)使用液氮對(duì)低溫系統(tǒng)中的設(shè)備和工藝管道進(jìn)行干燥、預(yù)冷、惰化和鈍化。預(yù)冷時(shí)利用液氮槽車(chē)閥門(mén)的開(kāi)啟度來(lái)控制管道或設(shè)備的冷卻速率≤1℃/min。管道或設(shè)備溫度每降低20℃，停止預(yù)冷，檢查系統(tǒng)氣密性和管道與設(shè)備的位移。預(yù)冷結(jié)束后用LNG儲(chǔ)罐內(nèi)殘留的液氮?dú)饣蟠祾?、置換常溫設(shè)備及管道，最后用LNG將儲(chǔ)罐中的液氮置換出來(lái)，就可正式充裝LNG進(jìn)行供氣。

3．3 運(yùn)行管理與安全保護(hù)

3．3．1 LNG儲(chǔ)罐的壓力控制

　　正常運(yùn)行中，必須將LNG儲(chǔ)罐的操作壓力控制在允許的范圍內(nèi)。華南地區(qū)LNG儲(chǔ)罐的正常工作壓力范圍為0．3～0．7MPa，罐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí)，可利用自增壓氣化器和自增壓閥對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行增壓。增壓下限由自增壓閥開(kāi)啟壓力確定，增壓上限由自增壓閥的自動(dòng)關(guān)閉壓力確定，其值通常比設(shè)定的自增壓閥開(kāi)啟壓力約高15％。例如：當(dāng)LNG用作城市燃?xì)庵鳉庠磿r(shí)，若自增壓閥的開(kāi)啟壓力設(shè)定為0．6MPa，自增壓閥的關(guān)閉壓力約為0．69 MPa，儲(chǔ)罐的增壓值為0．09MPa。

　　儲(chǔ)罐的最高工作壓力由設(shè)置在儲(chǔ)罐低溫氣相管道上的自動(dòng)減壓調(diào)節(jié)閥的定壓值(前壓)限定。當(dāng)儲(chǔ)罐最高工作壓力達(dá)到減壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定開(kāi)啟值時(shí)，減壓閥自動(dòng)開(kāi)啟卸壓，以保護(hù)儲(chǔ)罐安全。為保證增壓閥和減壓閥工作時(shí)互不干擾，增壓閥的關(guān)閉壓力與減壓閥的開(kāi)啟壓力不能重疊，應(yīng)保證0．05MPa以上的壓力差?？紤]兩閥的制造精度，合適的壓力差應(yīng)在設(shè)備調(diào)試中確定。

3．3．2 LNG儲(chǔ)罐的超壓保護(hù)

　　LNG在儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)由于儲(chǔ)罐的“環(huán)境漏熱”而緩慢蒸發(fā)(日靜態(tài)蒸發(fā)率體積分?jǐn)?shù)≤0．3％)，導(dǎo)致儲(chǔ)罐的壓力逐步升高，最終危及儲(chǔ)罐安全。為保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)上采用儲(chǔ)罐減壓調(diào)節(jié)閥、壓力報(bào)警手動(dòng)放散、安全閥起跳三級(jí)安全保護(hù)措施來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)罐的超壓保護(hù)。

　　其保護(hù)順序?yàn)椋寒?dāng)儲(chǔ)罐壓力上升到減壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定開(kāi)啟值時(shí)，減壓調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開(kāi)泄放氣態(tài)天然氣；當(dāng)減壓調(diào)節(jié)閥失靈，罐內(nèi)壓力繼續(xù)上升，達(dá)到壓力報(bào)警值時(shí)，壓力報(bào)警，手動(dòng)放散卸壓；當(dāng)減壓調(diào)節(jié)閥失靈且手動(dòng)放散未開(kāi)啟時(shí)，安全閥起跳卸壓，保證LNG儲(chǔ)罐的運(yùn)行安全。對(duì)于最大工作壓力為0．80MPa的LNG儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)壓力為0．84MPa，減壓調(diào)節(jié)閥的設(shè)定開(kāi)啟壓力為0．76MPa，儲(chǔ)罐報(bào)警壓力為0．78MPa，安全閥開(kāi)啟壓力為0．80MPa，安全閥排放壓力為0．88MPa。

3．3．3 LNG的翻滾與預(yù)防

　　LNG在儲(chǔ)存過(guò)程中可能出現(xiàn)分層而引起翻滾，致使LNG大量蒸發(fā)導(dǎo)致儲(chǔ)罐壓力迅速升高而超過(guò)設(shè)計(jì)壓力[7]，如果不能及時(shí)放散卸壓，將嚴(yán)重危及儲(chǔ)罐的安全。

　　大量研究證明，由于以下原因引起LNG出現(xiàn)分層而導(dǎo)致翻滾：

　?、賰?chǔ)罐中先后充注的LNG產(chǎn)地不同、組分不同而導(dǎo)致密度不同。

　?、谙群蟪渥⒌腖NG溫度不同而導(dǎo)致密度不同。

　?、巯瘸渥⒌腖NG由于輕組分甲烷的蒸發(fā)與后充注的LNG密度不同。

　　要防止LNG產(chǎn)生翻滾引發(fā)事故，必須防止儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG出現(xiàn)分層，常采用如下措施。

　　①將不同氣源的LNG分開(kāi)儲(chǔ)存，避免因密度差引起LNG分層。

　?、跒榉乐瓜群笞⑷雰?chǔ)罐中的LNG產(chǎn)生密度差，采取以下充注方法：

　　a．槽車(chē)中的LNG與儲(chǔ)罐中的LNG密度相近時(shí)從儲(chǔ)罐的下進(jìn)液口充注；

　　b．槽車(chē)中的輕質(zhì)LNG充注到重質(zhì)LNG儲(chǔ)罐中時(shí)從儲(chǔ)罐的下進(jìn)液口充注；

　　c．槽車(chē)中的重質(zhì)LNG充注到輕質(zhì)LNG儲(chǔ)罐中時(shí)，從儲(chǔ)罐的上進(jìn)液口充注。

　?、蹆?chǔ)罐中的進(jìn)液管使用混合噴嘴和多孔管，可使新充注的LNG與原有LNG充分混合，從而避免分層。

　　④對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)存的LNG，采取定期倒罐的方式防止其因靜止而分層。

3．3．4 運(yùn)行監(jiān)控與安全保護(hù)

　?、貺NG儲(chǔ)罐高、低液位緊急切斷。在每臺(tái)LNG儲(chǔ)罐的進(jìn)液管和出液管上均裝設(shè)氣動(dòng)緊急切斷閥，在緊急情況下，可在卸車(chē)臺(tái)、儲(chǔ)罐區(qū)、控制室緊急切斷進(jìn)出液管路。在進(jìn)液管緊急切斷閥的進(jìn)出口管路和出液管緊急切斷閥的出口管路上分別安裝管道安全閥，用于緊急切斷閥關(guān)閉后管道泄壓。

　?、跉饣骱鬁囟瘸迗?bào)警，聯(lián)鎖關(guān)斷氣化器進(jìn)液管。重點(diǎn)是對(duì)氣化器出口氣體溫度進(jìn)行檢測(cè)、報(bào)警和聯(lián)鎖。正常操作時(shí)，當(dāng)達(dá)到額定負(fù)荷時(shí)氣化器的氣體出口溫度比環(huán)境溫度低10℃。當(dāng)氣化器結(jié)霜過(guò)多或發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)溫度檢測(cè)超限報(bào)警、聯(lián)鎖關(guān)斷氣化器進(jìn)液管實(shí)現(xiàn)對(duì)氣化器的控制。

　　③在LNG工藝裝置區(qū)設(shè)天然氣泄漏濃度探測(cè)器。當(dāng)其濃度超越報(bào)警限值時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，并可在控制室迅速關(guān)閉進(jìn)、出口電動(dòng)閥。

　　④選擇超壓切斷式調(diào)壓器。調(diào)壓器出口壓力超壓時(shí)，自動(dòng)切換。調(diào)壓器后設(shè)安全放散閥，超壓后安全放散。

　?、萏烊粴獬稣竟苈肪O(shè)電動(dòng)閥，可在控制室迅速切斷。

　?、蕹稣鹃y后壓力高出設(shè)定報(bào)警壓力時(shí)聲光報(bào)警。

　?、呔o急情況時(shí)，可遠(yuǎn)程關(guān)閉出站電動(dòng)閥。

4 結(jié)語(yǔ)

　?、俨僮髦袘?yīng)優(yōu)先采用增壓調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐的自動(dòng)增壓。若自增壓閥關(guān)閉不嚴(yán)，增壓結(jié)束時(shí)必須將增壓氣化器進(jìn)液管根閥關(guān)閉。

　?、贚NG儲(chǔ)罐的工作壓力、設(shè)計(jì)壓力、計(jì)算壓力分別有不同的定義和特定用途，不能將計(jì)算壓力誤作為設(shè)計(jì)壓力，以免錯(cuò)設(shè)儲(chǔ)罐安全閥開(kāi)啟壓力。

　　③采用儲(chǔ)罐減壓調(diào)節(jié)閥、壓力報(bào)警手動(dòng)放散、安全閥起跳三級(jí)安全措施保護(hù)儲(chǔ)罐時(shí)，其壓力設(shè)定由低到高依次為：減壓調(diào)節(jié)閥定壓值、壓力報(bào)警定壓值、安全閥定壓值。

　?、茉跐M足LNG儲(chǔ)罐整體運(yùn)輸與吊裝要求的前提下，提高單罐公稱容積、減少儲(chǔ)罐數(shù)量、簡(jiǎn)化工藝管路和減少低溫儀表與閥門(mén)數(shù)量，是合理降低LNG氣化站造價(jià)的有效措施。

⑤為促進(jìn)LNG的安全利用，應(yīng)盡快頒布先進(jìn)適用、符合國(guó)情的LNG設(shè)計(jì)規(guī)范

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