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LNG氣化站的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：
2024-07-19 08:45
1 LNG氣化站的工藝流程概述
LNG由槽車運(yùn)至氣化站，利用LNG卸車增壓器使槽車內(nèi)壓力增高，將槽車內(nèi)LNG送至LNG低溫儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)從LNG儲(chǔ)罐外排時(shí)，先通過儲(chǔ)罐的白增壓系統(tǒng)，使儲(chǔ)罐壓力升高，然后打開儲(chǔ)罐液相出口閥，通過壓力差將儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG送至氣化器后，經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量、加臭等工序送入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。當(dāng)室外環(huán)境溫度較低，空溫式氣化器出口的天然氣溫度低于5℃時(shí)，需在空溫式氣化器出口串聯(lián)水浴式加熱器，對氣化后的天然氣進(jìn)行加熱。
2 LNG的潛在危險(xiǎn)
根據(jù)LNG的特性，在LNG儲(chǔ)存和生產(chǎn)過程中，如操作不慎會(huì)產(chǎn)生如下危險(xiǎn)。
①設(shè)備或管道低溫脆斷
設(shè)備及管道在低溫狀態(tài)下，可能會(huì)發(fā)生材質(zhì)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(huì)急劇氣化，形成LNG蒸氣云團(tuán)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(zhuǎn)化為大量的氣體，可使設(shè)備及管道內(nèi)壓力急劇上升而發(fā)生超壓事故。
③爆炸
若LNG泄漏、氣化后與空氣混合達(dá)到爆炸極限，此時(shí)遇到明火極易發(fā)生爆炸、燃燒，產(chǎn)生的熱輻射會(huì)對人體及設(shè)備造成巨大危害。
3 LNG氣化站的設(shè)計(jì)
目前，我國頒布關(guān)于LNG氣化站設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，主要有《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028—2006、《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50183—2004、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50116—98、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2006等；常用的國外標(biāo)準(zhǔn)主要有美國標(biāo)準(zhǔn)《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)》NFPA 59A。在這些規(guī)范中對LNG氣化站的設(shè)計(jì)做了明確規(guī)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(guān)系，因此氣化站應(yīng)布置在交通方便且遠(yuǎn)離人員密集的地方，與周圍的建構(gòu)筑物防火間距必須符合《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028—2006的規(guī)定，而且要考慮容易接入城鎮(zhèn)的天然氣管網(wǎng)，為遠(yuǎn)期發(fā)展預(yù)留足夠的空間。
② LNG氣化站總圖布置
合理布置氣化站內(nèi)的建構(gòu)筑物、工藝設(shè)施，可使整個(gè)氣化站安全、經(jīng)濟(jì)、美觀。站區(qū)總平面應(yīng)分區(qū)布置，即分為生產(chǎn)區(qū)(包括卸車、儲(chǔ)存、氣化、調(diào)壓等工藝區(qū))和輔助區(qū)，生產(chǎn)區(qū)布置在站區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)或上側(cè)風(fēng)側(cè)，站內(nèi)建構(gòu)筑物的防火間距必須符合《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028—2006的規(guī)定。
3.2 LNG氣化站卸車及管道預(yù)冷工藝
①卸車
LNG卸車時(shí)，一般不需要額外消耗動(dòng)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(chǔ)罐內(nèi)。槽車內(nèi)的氣體則回收到BOG儲(chǔ)罐或經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量、加臭后送入管網(wǎng)。
在卸車過程中要注意兩個(gè)問題：一是，液體在管道中流動(dòng)或進(jìn)入儲(chǔ)罐后可能氣化，生成的氣體也會(huì)進(jìn)入儲(chǔ)罐，導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高，阻礙卸車；二是，隨著液體進(jìn)入，儲(chǔ)罐液位升高，氣相空間被不斷壓縮，使儲(chǔ)罐內(nèi)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(chǔ)罐的上進(jìn)液口和下進(jìn)液口，上進(jìn)液時(shí)LNG以噴淋的形式進(jìn)入罐內(nèi)，下進(jìn)液則為常規(guī)的進(jìn)液方式。當(dāng)槽車的液體溫度比儲(chǔ)罐的液體溫度低時(shí)，可以選擇上進(jìn)液。此時(shí)，液體以噴淋方式穿過儲(chǔ)罐氣相空間，過冷液滴會(huì)吸收儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體，使得儲(chǔ)罐內(nèi)壓力下降，從而加快卸車的速度。上進(jìn)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(chǔ)罐內(nèi)形成對流，加速降壓過程。槽車的液體溫度比儲(chǔ)罐的液體溫度高時(shí)，應(yīng)選擇下進(jìn)液。溫度相對較高的LNG進(jìn)入儲(chǔ)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(chǎn)生影響。當(dāng)然，如果沒有溫度差可任意選擇進(jìn)液方式。
b. 卸車工藝見圖1。在儲(chǔ)罐自動(dòng)減壓閥(閥門12)上并聯(lián)一個(gè)截止閥(閥門14)，卸車時(shí)打開截止閥，提高BOG的流量，使儲(chǔ)罐保持穩(wěn)定的壓力，卸車結(jié)束后關(guān)閉。
②管道預(yù)冷
卸車臺(tái)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(tái)至儲(chǔ)罐入口的液相管道先進(jìn)行預(yù)冷，以便減少卸車時(shí)間，防止管道破裂。管道預(yù)冷工藝見圖1。為了達(dá)到預(yù)冷的目的，通常是在卸車臺(tái)處將主液相管道和氣相管道間設(shè)置2個(gè)跨接閥門(閥門2、閥門15)。預(yù)冷時(shí)關(guān)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(jìn)入液相管道，這時(shí)候管道降溫產(chǎn)生的氣體就會(huì)通過跨接閥門15進(jìn)入BOG儲(chǔ)罐，而達(dá)到預(yù)冷的目的。一般在槽車到之前1～2h進(jìn)行預(yù)冷(利用儲(chǔ)罐內(nèi)LNG)，預(yù)冷結(jié)束后關(guān)閉跨接閥門15。卸車結(jié)束后再關(guān)閉閥門1，打開閥門3及跨接閥門2，讓槽車內(nèi)殘留的氣體進(jìn)入BOG儲(chǔ)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(guān)閉跨接閥門2。
3.3 LNG的儲(chǔ)存
①儲(chǔ)罐容積的確定
儲(chǔ)罐的總?cè)莘e通常按3～7d高峰月平均日用氣量來確定，還應(yīng)考慮長期供氣氣源廠的數(shù)量、檢修時(shí)間、運(yùn)輸周期及用戶用氣波動(dòng)等因素，工業(yè)用氣量要根據(jù)用氣設(shè)備性質(zhì)及生產(chǎn)的具體要求確定。若只有一個(gè)氣源廠，則儲(chǔ)罐的總?cè)莘e應(yīng)考慮在氣源廠檢修期間能保證正常供氣。
② LNG的儲(chǔ)存方式
儲(chǔ)罐是LNG氣化站的主要設(shè)備，直接影響氣化站的正常生產(chǎn)，也占有較大的造價(jià)比例。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。對于LNG儲(chǔ)罐，現(xiàn)有真空粉末絕熱型儲(chǔ)罐、正壓堆積絕熱型儲(chǔ)罐和高真空層絕熱型儲(chǔ)罐，中、小型氣化站一般選用真空粉末絕熱型低溫儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐分內(nèi)、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(nèi)LNG日氣化率低于0.3%。
③儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的翻滾與分層
LNG的翻滾會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)失去壓力、溫度平衡，使儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高，而分層是導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)液體翻滾的必要條件。為保證儲(chǔ)罐壓力的穩(wěn)定，必須防止LNG的翻滾與分層。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(chǔ)罐內(nèi)LNG進(jìn)行豎向溫度檢測。
b. 設(shè)置循環(huán)系統(tǒng)，LNG的循環(huán)有2種方法。第一，如站區(qū)設(shè)有低溫泵，可以采用低溫泵使儲(chǔ)罐內(nèi)LNG循環(huán)，從而消除LNG密度差；第二，儲(chǔ)罐之間相互倒罐，使LNG循環(huán)。
c. 合理設(shè)計(jì)充裝工藝。
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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(shè)計(jì)中我們通常采用空溫式氣化器，其氣化能力宜為用氣城鎮(zhèn)高峰小時(shí)計(jì)算流量的I.3～1.5倍，不少于2臺(tái)，并且應(yīng)有1臺(tái)備用。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，空溫式氣化器出口天然氣溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)將出口天然氣進(jìn)行二次加熱，以保證整個(gè)供氣的正常運(yùn)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(chǔ)罐每天0.3%的自然氣化。現(xiàn)在常用的槽車容積為40m3，回收BOG的時(shí)間按照30min計(jì)算，卸完LNG的槽車內(nèi)氣相壓力約為0.55MPa，根據(jù)末端天然氣壓力的不同，回收BOG后槽車內(nèi)的壓力也不同，一般可以按照0.2MPa計(jì)算。回收槽車回氣需要BOG加熱器流量為280m3/h，加LNG儲(chǔ)罐的自然蒸發(fā)量，則可計(jì)算出BOG加熱器流量。LNG的儲(chǔ)存溫度為-163℃，即BOG的溫度約為-163℃，為保證設(shè)備的安全，要將BOG加熱到15℃。根據(jù)流量和溫度可以確定BOG加熱器的規(guī)格。回收的BOG經(jīng)過調(diào)壓、計(jì)量、加臭后可以直接進(jìn)入管網(wǎng)，如果用戶用氣非連續(xù)則需要設(shè)置BOG儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存。
EAG主要是在設(shè)備或管道超壓時(shí)排放。當(dāng)LNG氣化為氣體天然氣時(shí)，天然氣比常溫空氣輕時(shí)的臨界溫度為-110℃。為防止EAG在放散時(shí)聚集，則需將EAG加熱至高于-110℃后放散。容積為100m3的LNG儲(chǔ)罐選擇500m3/h的EAG加熱器，最大量放散時(shí)出口溫度不會(huì)低于-15℃。
4 結(jié)語
LNG在我國城鎮(zhèn)燃?xì)獍l(fā)展過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。LNG氣化站的設(shè)計(jì)，必須嚴(yán)格遵守現(xiàn)行國家相關(guān)規(guī)范，安全合理地布置總圖，嚴(yán)格控制管道及設(shè)備的溫度、壓力參數(shù)，并應(yīng)設(shè)計(jì)合理、安全的自動(dòng)控制、電氣、消防設(shè)施，消除LNG的各種隱患，使其在社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。
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