LNG氣化站的設計

發布時間：

2024-07-19 08:45

1 LNG氣化站的工藝流程概述

LNG由槽車運至氣化站，利用LNG卸車增壓器使槽車內壓力增高，將槽車內LNG送至LNG低溫儲罐內儲存。當從LNG儲罐外排時，先通過儲罐的白增壓系統，使儲罐壓力升高，然后打開儲罐液相出口閥，通過壓力差將儲罐內的LNG送至氣化器后，經調壓、計量、加臭等工序送入市政燃氣管網。當室外環境溫度較低，空溫式氣化器出口的天然氣溫度低于5℃時，需在空溫式氣化器出口串聯水浴式加熱器，對氣化后的天然氣進行加熱。

2 LNG的潛在危險

根據LNG的特性，在LNG儲存和生產過程中，如操作不慎會產生如下危險。

①設備或管道低溫脆斷

設備及管道在低溫狀態下，可能會發生材質脆斷，如有LNG泄漏極容易凍傷操作者。另外，LNG泄漏或溢流后會急劇氣化，形成LNG蒸氣云團使人窒息。

②受熱超壓

由于LNG氣液體積比很大，所以少量LNG受熱就能轉化為大量的氣體，可使設備及管道內壓力急劇上升而發生超壓事故。

③爆炸

若LNG泄漏、氣化后與空氣混合達到爆炸極限，此時遇到明火極易發生爆炸、燃燒，產生的熱輻射會對人體及設備造成巨大危害。

3 LNG氣化站的設計

目前，我國頒布關于LNG氣化站設計的相關規范，主要有《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006、《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183—2004、《火災自動報警系統設計規范》GB 50116—98、《建筑設計防火規范》GB 50016—2006等；常用的國外標準主要有美國標準《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運標準》NFPA 59A。在這些規范中對LNG氣化站的設計做了明確規定。

3.1 LNG氣化站的選址及總圖布置

① LNG氣化站選址

氣化站的位置與其安全性有著密切的關系，因此氣化站應布置在交通方便且遠離人員密集的地方，與周圍的建構筑物防火間距必須符合《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006的規定，而且要考慮容易接入城鎮的天然氣管網，為遠期發展預留足夠的空間。

② LNG氣化站總圖布置

合理布置氣化站內的建構筑物、工藝設施，可使整個氣化站安全、經濟、美觀。站區總平面應分區布置，即分為生產區(包括卸車、儲存、氣化、調壓等工藝區)和輔助區，生產區布置在站區全年最小頻率風向的上風側或上側風側，站內建構筑物的防火間距必須符合《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006的規定。

3.2 LNG氣化站卸車及管道預冷工藝

①卸車

LNG卸車時，一般不需要額外消耗動力，通過卸車增壓器使槽車壓力升高，在壓力差的作用下將LNG送至儲罐內。槽車內的氣體則回收到BOG儲罐或經調壓、計量、加臭后送入管網。

在卸車過程中要注意兩個問題：一是，液體在管道中流動或進入儲罐后可能氣化，生成的氣體也會進入儲罐，導致儲罐內壓力升高，阻礙卸車；二是，隨著液體進入，儲罐液位升高，氣相空間被不斷壓縮，使儲罐內壓力升高，致使液體流速大大下降。這些問題的解決措施如下。

a. 合理使用儲罐的上進液口和下進液口，上進液時LNG以噴淋的形式進入罐內，下進液則為常規的進液方式。當槽車的液體溫度比儲罐的液體溫度低時，可以選擇上進液。此時，液體以噴淋方式穿過儲罐氣相空間，過冷液滴會吸收儲罐內的氣體，使得儲罐內壓力下降，從而加快卸車的速度。上進液口之所以采用噴淋方式，是為了加大氣液的換熱面積，氣液兩相在儲罐內形成對流，加速降壓過程。槽車的液體溫度比儲罐的液體溫度高時，應選擇下進液。溫度相對較高的LNG進入儲罐后先接觸溫度相對較低的液體，使其迅速降溫，減弱氣化傾向，避免對卸車產生影響。當然，如果沒有溫度差可任意選擇進液方式。

b. 卸車工藝見圖1。在儲罐自動減壓閥(閥門12)上并聯一個截止閥(閥門14)，卸車時打開截止閥，提高BOG的流量，使儲罐保持穩定的壓力，卸車結束后關閉。

②管道預冷

卸車臺管道為常溫管道，而LNG為低溫液體，所以每次卸車前都要對卸車臺至儲罐入口的液相管道先進行預冷，以便減少卸車時間，防止管道破裂。管道預冷工藝見圖1。為了達到預冷的目的，通常是在卸車臺處將主液相管道和氣相管道間設置2個跨接閥門(閥門2、閥門15)。預冷時關閉閥門1、閥門3，打開閥門15，再打開閥門9，讓低溫液體緩慢地進入液相管道，這時候管道降溫產生的氣體就會通過跨接閥門15進入BOG儲罐，而達到預冷的目的。一般在槽車到之前1～2h進行預冷(利用儲罐內LNG)，預冷結束后關閉跨接閥門15。卸車結束后再關閉閥門1，打開閥門3及跨接閥門2，讓槽車內殘留的氣體進入BOG儲罐，待液相管道升到正常溫度后(觀察管道裸露處霜凍的情況來判斷)，即可關閉跨接閥門2。

3.3 LNG的儲存

①儲罐容積的確定

儲罐的總容積通常按3～7d高峰月平均日用氣量來確定，還應考慮長期供氣氣源廠的數量、檢修時間、運輸周期及用戶用氣波動等因素，工業用氣量要根據用氣設備性質及生產的具體要求確定。若只有一個氣源廠，則儲罐的總容積應考慮在氣源廠檢修期間能保證正常供氣。

② LNG的儲存方式

儲罐是LNG氣化站的主要設備，直接影響氣化站的正常生產，也占有較大的造價比例。按結構形式可分為地下儲罐、地上金屬儲罐和金屬預應力混凝土儲罐。對于LNG儲罐，現有真空粉末絕熱型儲罐、正壓堆積絕熱型儲罐和高真空層絕熱型儲罐，中、小型氣化站一般選用真空粉末絕熱型低溫儲罐。儲罐分內、外兩層，夾層填充珠光砂并抽真空，減小外界熱量傳入，保證罐內LNG日氣化率低于0.3%。

③儲罐內LNG的翻滾與分層

LNG的翻滾會導致儲罐內失去壓力、溫度平衡，使儲罐內壓力升高，而分層是導致儲罐內液體翻滾的必要條件。為保證儲罐壓力的穩定，必須防止LNG的翻滾與分層。在實際設計過程中我們可以采取一些方法防止LNG的翻滾與分層。

a. 對儲罐內LNG進行豎向溫度檢測。

b. 設置循環系統，LNG的循環有2種方法。第一，如站區設有低溫泵，可以采用低溫泵使儲罐內LNG循環，從而消除LNG密度差；第二，儲罐之間相互倒罐，使LNG循環。

c. 合理設計充裝工藝。

3.4 LNG的氣化

氣化裝置是氣化站向外界供氣的主要裝置，設計中我們通常采用空溫式氣化器，其氣化能力宜為用氣城鎮高峰小時計算流量的I.3～1.5倍，不少于2臺，并且應有1臺備用。當環境溫度較低時，空溫式氣化器出口天然氣溫度低于5℃時，應將出口天然氣進行二次加熱，以保證整個供氣的正常運行。一般天然氣加熱器采用水浴式加熱器。

3.5 BOG與EAG(安全放散氣體)的處理

BOG主要來源于LNG槽車回氣和儲罐每天0.3%的自然氣化。現在常用的槽車容積為40m3，回收BOG的時間按照30min計算，卸完LNG的槽車內氣相壓力約為0.55MPa，根據末端天然氣壓力的不同，回收BOG后槽車內的壓力也不同，一般可以按照0.2MPa計算。回收槽車回氣需要BOG加熱器流量為280m3/h，加LNG儲罐的自然蒸發量，則可計算出BOG加熱器流量。LNG的儲存溫度為-163℃，即BOG的溫度約為-163℃，為保證設備的安全，要將BOG加熱到15℃。根據流量和溫度可以確定BOG加熱器的規格。回收的BOG經過調壓、計量、加臭后可以直接進入管網，如果用戶用氣非連續則需要設置BOG儲罐進行儲存。

EAG主要是在設備或管道超壓時排放。當LNG氣化為氣體天然氣時，天然氣比常溫空氣輕時的臨界溫度為-110℃。為防止EAG在放散時聚集，則需將EAG加熱至高于-110℃后放散。容積為100m3的LNG儲罐選擇500m3/h的EAG加熱器，最大量放散時出口溫度不會低于-15℃。

4 結語

LNG在我國城鎮燃氣發展過程中發揮著越來越重要的作用。LNG氣化站的設計，必須嚴格遵守現行國家相關規范，安全合理地布置總圖，嚴格控制管道及設備的溫度、壓力參數，并應設計合理、安全的自動控制、電氣、消防設施，消除LNG的各種隱患，使其在社會發展中發揮更大的作用。

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LNG氣化站的設計