XXXX年威海液化天然氣(LNG)氣化站工藝設(shè)計(jì)介紹

/威海液化天然氣(LNG）氣化站工藝設(shè)計(jì)介紹本文編者:：佛山市三水美豐鋁塑復(fù)合管有限公司

1.前言?威海市原計(jì)劃采用龍口—煙臺(tái)長(zhǎng)輸管道供應(yīng)的渤海天然氣作為城市燃?xì)鈿庠?，但由于目前該管線(xiàn)的建設(shè)進(jìn)度不能滿(mǎn)足威海市原計(jì)劃2005年供氣的要求,這就需要選擇一種合適的氣源作為啟動(dòng)氣源。隨著國(guó)內(nèi)天然氣行業(yè)的發(fā)展，威海市天然氣來(lái)源有著更為廣泛的選擇條件,特別是新疆廣匯及廣東深圳液化天然氣項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施，給威海市采用LNG作為天然氣啟動(dòng)氣源提供了原料來(lái)源.

與CNG相比，LNG是最佳的啟動(dòng)、培育和搶占市場(chǎng)的先期資源。LNG槽車(chē)運(yùn)輸方便,成本低廉;不受上游設(shè)施建設(shè)進(jìn)度的制約；LNG供應(yīng)系統(tǒng)安裝方便、施工:期短，并能隨著供氣規(guī)模的逐步擴(kuò)大而擴(kuò)大,先期投資也較低.最后，當(dāng)管道天然氣到來(lái)時(shí),LＮG站可什為調(diào)峰和備用氣源繼續(xù)使用。因此,我院于2004年初對(duì)原可研報(bào)告進(jìn)行修改、補(bǔ)充，將液化天然氣（以下簡(jiǎn)稱(chēng)LNG)氣化站作為提前啟動(dòng)氣源.本工程一次設(shè)計(jì),分期投產(chǎn)，一期工程供氣4.0×104m3／d,二期工程供氣８．６×104ｍ3/d,用戶(hù)為居民、商業(yè)及部分工業(yè)用戶(hù)。

2．氣化站工藝介紹?2.1氣質(zhì)成分與理化參數(shù)

２．1.1氣質(zhì)成分

目前，國(guó)內(nèi)LNG氣化站所采用的液態(tài)天然氣大多是河南中原油田生產(chǎn)的，目前中原油田L(fēng)NG已經(jīng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，因此本工程擬采用新疆廣匯生產(chǎn)的LＮG作為主氣源，同時(shí)在卸車(chē)方式等也考慮了使用其他氣源的可能.?根據(jù)新疆廣匯提供的ＬN(yùn)G組分,確定本工程設(shè)計(jì)計(jì)算用天然氣組分如下：天然氣組分摩爾分子百分?jǐn)?shù)ＣH482.4２２C2H611.100C３H84.533Ｎ20。８23２其余1.11282.1．2理化參數(shù)

經(jīng)過(guò)計(jì)算，新疆廣匯LNG氣源的理化參數(shù)見(jiàn)下表：理化參數(shù)參數(shù)值高熱值（MJ/Nｍ3)46.723低熱值(MJ/Ｎm3)42．340液態(tài)密度（MJ／Ｎm3)４67氣態(tài)密度(MJ／Ｎｍ3）０.8629華白數(shù)（MＪ／Ｎm3）57。196運(yùn)動(dòng)粘度（m3／s)(標(biāo)態(tài))10.98×10—6燃燒勢(shì)4２.5７5爆炸上限(％）4.31８爆炸下限（%）１4。３57由上表可知，LNG氣源的華白數(shù)為57.1９6MJ/Nm3，燃燒勢(shì)為４2.575;同時(shí)威海市將來(lái)也有采用渤海天然氣的可能，而渤海天然氣的華白數(shù)為48．8８MJ/Nm３，燃燒勢(shì)為45．18,盡管均符合《城市燃?xì)夥诸?lèi)》（GB／T1３６１1-９２）中1２Ｔ類(lèi)，但新疆廣匯的ＬN(yùn)G氣源比渤海天然氣氣源華白數(shù)高出近17％,屆時(shí)灶具如果不加以改造的話(huà)，必將導(dǎo)致將來(lái)用戶(hù)灶具適應(yīng)性差、燃燒不穩(wěn)定。此外，本ＬN(yùn)G站屬于啟動(dòng)氣源，將來(lái)即使煙臺(tái)長(zhǎng)輸管道來(lái)氣以后，它作為備用、調(diào)峰氣源，屆時(shí)，仍有供氣的可能,因此,這兩種氣源如能互換是最經(jīng)濟(jì)的。在設(shè)計(jì)中為解決這個(gè)問(wèn)題，在汽化斤的流程中增加了一套摻混空氣系統(tǒng)，將LNG氣源氣(低熱值4２．34MＪ／Nm3)與壓縮空氣進(jìn)行高壓比例式摻混,摻至可與渤海大然氣（低熱值35．1１MＪ/Ｎm3）互換,這樣將來(lái)威海市不論是采用渤海天然氣作為最終氣源,還是將來(lái)事故情況下用LNG作為備用氣源,用戶(hù)處均能保證用氣安全、穩(wěn)定，還節(jié)省了大量改造灶具的費(fèi)用。經(jīng)過(guò)計(jì)算，新疆廣匯氣源與空氣的摻混比例采用８8:12即可達(dá)到要求，而且安全可靠。?2。2工藝流程

目前。國(guó)內(nèi)LNＧ氣化站所采用的液態(tài)天然氣運(yùn)輸方式通常有LNＧ槽車(chē)和罐式集裝箱車(chē)兩種。河南中原油田生產(chǎn)的LＮG采用槽車(chē)運(yùn)輸方式,而新疆廣匯生產(chǎn)的ＬN(yùn)G則采用罐式集裝箱車(chē)運(yùn)輸.

由LNG槽車(chē)或集裝箱車(chē)運(yùn)送來(lái)的液化天然氣,在卸車(chē)臺(tái)通過(guò)槽車(chē)白帶的自增壓系統(tǒng)（對(duì)于槽車(chē)運(yùn)輸方式）或通過(guò)卸車(chē)臺(tái)的增壓器（對(duì)于集裝箱年運(yùn)輸方式）增壓后送入LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNＧ通過(guò)儲(chǔ)罐區(qū)的自增壓器增壓到0.5～0．6Mpa后,進(jìn)入空溫式氣化器。在空溫式氣化器中,ＬN(yùn)Ｇ經(jīng)過(guò)與空氣換熱，發(fā)生相變,出口天然氣溫度高于環(huán)境溫度10℃以上，再通過(guò)緩沖罐緩沖,之后進(jìn)入摻混裝置，與壓縮空氣進(jìn)行等壓摻混，摻混后的天然氣壓力在0．4MＰa左右，分為兩路,一路調(diào)壓、計(jì)量后送入市區(qū)老管網(wǎng),以中一低壓兩級(jí)管網(wǎng)供氣,出站壓力為0。１MPａ：另一路計(jì)量后直接以0．４MPa壓力送入新建城市外環(huán),以中壓?jiǎn)渭?jí)供氣。進(jìn)入管網(wǎng)前的天然氣進(jìn)行加臭，加臭劑采用四氫噻吩。冬季空浴式氣化器出口氣體溫度達(dá)不到5℃時(shí),使用水浴式ＮG加熱器加熱,使其出口天然氣溫度達(dá)到5℃～1O℃.氣化站的工藝流程框圖如下:３。主要設(shè)備選型

３.1LＮG儲(chǔ)罐

3．1．1儲(chǔ)罐選型

LNG儲(chǔ)罐按圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱方式分類(lèi)，大致有以下３種：?a）真中粉末隔熱

隔熱方式為夾層抽真空，填充粉末（珠光砂)，常見(jiàn)于小型LＮG儲(chǔ)罐。真空粉末絕熱儲(chǔ)罐由于其生產(chǎn)技術(shù)與液氧、液氮等儲(chǔ)罐基本一樣，因而目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的制造技術(shù)也很成熟,由于其運(yùn)行維護(hù)相對(duì)方便、靈活，目前使用較多。國(guó)內(nèi)LＮG氣化站常用的大多為５0ｍ3和100ｍ３圓筒型雙金屬真空粉末ＬN(yùn)G儲(chǔ)罐。目前最大可做到200ｍ3，但由于體積較大，運(yùn)輸比較困難，一般較少采用。真空粉末隔熱儲(chǔ)罐也有制成球形的,但球型罐使用范圍通常為為200～1500m3，且球形儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)安裝難度大.

b）正壓堆積隔熱

采用絕熱材料，夾層通氮?dú)?，絕熱層通常較厚，廣泛應(yīng)用于大中型LNＧ儲(chǔ)罐和儲(chǔ)槽.通常為立式LＮＧ子母式儲(chǔ)罐。

ｃ)高真空多層隔熱。?采用高真空多層纏繞絕熱，多用于槽車(chē)。

本工程采用國(guó)內(nèi)LＮG氣化站常用的圓筒形雙金屬真空粉末LＮG儲(chǔ)罐?？紤]到立式罐節(jié)省占地，且立式罐LNG靜壓頭大，對(duì)自增壓器工作有利,因此采用立式雙金屬真空粉末ＬN(yùn)G儲(chǔ)罐。?3．1．2儲(chǔ)罐臺(tái)數(shù)?儲(chǔ)罐臺(tái)數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮氣源點(diǎn)的個(gè)數(shù)、氣源檢修時(shí)間、運(yùn)輸周期、用戶(hù)用氣波動(dòng)情況等困素，本工程LＮG來(lái)源有可能采用河南中原油田或新疆廣匯兩個(gè)氣源，運(yùn)輸周期最遠(yuǎn)步縮短運(yùn)輸周期，綜合考慮以上情況，本工程儲(chǔ)存天數(shù)定為計(jì)算月平均日的5天.經(jīng)計(jì)算,一期選用１00m3立式儲(chǔ)罐4臺(tái)，二期增加４臺(tái).其主要工藝參數(shù)如下:?工作壓力：0.6MＰa，?設(shè)計(jì)壓力:0.77MPa,

工作溫度：-１62℃，?設(shè)計(jì)溫度:—19６℃,?單臺(tái)水容積:１０5m3，?內(nèi)罐直徑3０0０mm,內(nèi)罐材質(zhì)：OＣｒl８Ni9，?外罐直徑3500ｍm，外罐材質(zhì):16MnＲ，夾層填充珠光砂并抽真空。

3．2空溫式氣化器

3．2.１氣化能力

氣化器的氣化能力根據(jù)高峰小時(shí)用氣量確定,并留有一定富裕量。設(shè)計(jì)上配置兩組,互相切換使用。本項(xiàng)目一期工程高峰小時(shí)流量3880m3／h，二期工程高峰小時(shí)流量889３m３／h.據(jù)此，一期選用6臺(tái)2000ｍ３／ｈ空溫式氣化器,分為2組，每組3臺(tái)，互相切換:二期增加４臺(tái)，每組5臺(tái)，互相切換。?3.２．2主要工藝參數(shù)?工作壓力:0。6MPa,?設(shè)計(jì)壓力:１。0ＭPa,

工作溫度：-162℃,?設(shè)計(jì)溫度:－1９6℃，

立式，主體材質(zhì)：鋁翅片管(LF21）,

氣化能力:2０00m3／h,?出口溫度：低于環(huán)境溫度10℃。

３.3水浴式NG加熱器?當(dāng)環(huán)境溫度較低,空溫式氣化器出口NＧ溫度低于5℃時(shí),在空溫式氣化器后串聯(lián)水浴式NG加熱器，對(duì)氣化后的天然氣進(jìn)行加熱.?加熱器的加熱能力同樣根據(jù)高峰小時(shí)用氣量確定，一期設(shè)置1臺(tái)5０00ｍ３／h水浴式NＧ加熱器，二期增加1臺(tái)。

３．３.2主要工藝參數(shù)

工作壓力：0。6MPa,

設(shè)計(jì)硬度力：０。8MPa，

進(jìn)氣溫度；≮—3０℃,?出氣溫度：５~10℃，?加熱能力;５000m3／h,?加熱用熱水由站內(nèi)自建的鍋爐房供應(yīng)。

3.4BOG加熱器?LＮG儲(chǔ)罐日蒸發(fā)率大約為0．15％,這部分蒸發(fā)了的氣體（簡(jiǎn)稱(chēng)BOＧ)如果不及時(shí)排出，將造成儲(chǔ)罐壓力升高,為此設(shè)置了降壓調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)壓力自動(dòng)排出BOG。儲(chǔ)罐蒸發(fā)的ＢＯG和槽車(chē)卸車(chē)的BOG,通過(guò)１臺(tái)BOG加熱器加熱后進(jìn)入BＯＧ儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，在冬季使用水浴式ＮG加熱器時(shí),ＢOG可作為熱水鍋爐的燃料，夏季可進(jìn)入管網(wǎng).?3.5EＡG加熱器

低溫系統(tǒng)安全閥放空的全部是低溫氣體,在大約－１０7℃以下時(shí),天然氣的重度大于常溫下的空氣，排放不易擴(kuò)散，會(huì)向下積聚。因此設(shè)置一臺(tái)空溫式放散氣體加熱器,放散氣體先通過(guò)該加熱器，經(jīng)過(guò)與空氣換熱后的天然氣比重會(huì)小于空氣,高點(diǎn)放散后將容易擴(kuò)散,從而不易形成爆炸性混合物.

3．６空壓站設(shè)備?為保證天然氣與空氣進(jìn)行高壓比例式摻混，選用14。16m３／miｎ風(fēng)冷式螺桿空氣壓縮機(jī)3臺(tái)，2開(kāi)1備,以及相應(yīng)的無(wú)熱再生空氣干燥器、壓縮空氣除油器、除塵器以及橇裝式靜態(tài)混合器等設(shè)備。?4．安全設(shè)計(jì)

４．1危害分析

液化天然氣是天然氣儲(chǔ)存和輸送的一種有效的方法，在實(shí)際應(yīng)州中,用戶(hù)使用的是氣化后的天然氣，因此,在考慮LNG設(shè)備或工程的安全問(wèn)題時(shí)，不僅要考慮天然氣所具有的易燃易爆的危險(xiǎn)性，還要考慮液態(tài)的低溫特性和由此引發(fā)的安全問(wèn)題.

液化天然氣的主要成分是甲烷,屬易燃易爆氣體，能與空氣混合形成爆炸性混合物,其爆炸下限較低（約為4.3%)，少量泄漏一旦遇到明火就易引起爆炸:同時(shí)液態(tài)天然氣又有低溫的特性，如果發(fā)生LNG溢出或泄漏,在-107℃以下時(shí)，氣體密度比空氣大,容易向下積聚，溢出的LＮG蒸發(fā)速度非?？?，并會(huì)迅速冷卻周?chē)諝庵械乃羝?形成大量的白色蒸汽云,并四處擴(kuò)散，如果遇到火源將引起火災(zāi)，造成嚴(yán)重后果，低溫還會(huì)導(dǎo)致灼傷、凍傷、體溫降低等；另外，LNG系統(tǒng)在常溫下安裝，在低溫條件下運(yùn)行，前后溫差很大（～18０c0）：因此，在設(shè)計(jì)中都必須采取必要的措施。?4．2安全考慮

對(duì)于液化天然氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和氣化供氣的各個(gè)環(huán)節(jié),主要考慮的安全問(wèn)題就是如何防止天然氣泄漏，與空氣形成可燃的混合氣體，消除引發(fā)爆炸、燃燒的基本條件以及ＬN(yùn)G設(shè)備的防火及消防要求；防止LNG設(shè)備超壓，引起超壓排放；由于LNG的低溫特性，對(duì)材料和設(shè)備制作方面的相關(guān)要求:LNG系統(tǒng)安裝與運(yùn)行溫差大帶來(lái)的相關(guān)要求：及進(jìn)行ＬN(yùn)G操作時(shí)，操作人員的防護(hù)等。?4．2．1有關(guān)規(guī)范?由于目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)液化天然氣的專(zhuān)門(mén)規(guī)范,而《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GＢ50160—92，99年版）中液化烴的定義中包含有液化天然氣,因此在消防方面主要執(zhí)行的是《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50160—92)中的相關(guān)條款，同時(shí)也部分借鑒了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ＮFＰA5９A《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)》:在氣化后的常溫天然氣部分則主要執(zhí)行的是《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50０28-９3，2002年版)。最近國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行修改，擬增加液化天然氣一個(gè)章節(jié),我們期待這個(gè)規(guī)范能夠盡快執(zhí)行。?４。2.２設(shè)計(jì)措施?a)緊急關(guān)閉系統(tǒng)(ESD）

每臺(tái)LＮG儲(chǔ)罐的底部進(jìn)液管和出液管均裝設(shè)了氣動(dòng)緊急切斷閥，在緊急情況下,可在卸車(chē)臺(tái)、儲(chǔ)罐區(qū)或控制室就近切斷.緊急切斷系統(tǒng)可控制LNG的連續(xù)釋放產(chǎn)生的危害。

b）可燃?xì)怏w檢測(cè)儀

在卸車(chē)臺(tái)、儲(chǔ)罐區(qū)及氣化區(qū)等天然氣有可能發(fā)生泄漏的地方，均設(shè)置了可燃?xì)怏w檢測(cè)儀,當(dāng)檢測(cè)出的環(huán)境中可燃?xì)怏w含量超標(biāo)（達(dá)到爆炸下限的2０％)時(shí)發(fā)出警報(bào)，工作人員可根據(jù)具體情況選擇處理.

c）低溫檢測(cè)儀?在儲(chǔ)罐底部等有可能發(fā)生LNG泄漏并有可能對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)造成損害的地方,設(shè)置低溫檢測(cè)儀，在檢測(cè)到異常低溫時(shí)報(bào)警.?d）控制系統(tǒng)

LＮG儲(chǔ)罐液位設(shè)高、低液位報(bào)警，當(dāng)儲(chǔ)罐在空溫式氣化器進(jìn)液管道上設(shè)置氣動(dòng)緊急切斷閥，與出口溫度聯(lián)鎖。當(dāng)氣化器結(jié)霜過(guò)多或發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致出口溫度低于正常值時(shí)，報(bào)警并聯(lián)鎖切斷。此外，還設(shè)有一些溫度、壓力檢測(cè)項(xiàng)目,以實(shí)現(xiàn)安全控制。?ｅ)安全泄放系統(tǒng)?ＬN(yùn)G的體積膨脹系數(shù)很高,通?？蛇_(dá)６００倍，在密閉情況下,LＮG受熱膨脹，引起管道內(nèi)壓急劇升高會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生破裂,因此，在液相管道兩道閥門(mén)之間加設(shè)安全閥。此外,LNG儲(chǔ)罐也設(shè)有安全閥，一旦罐內(nèi)壓力超高,安全閥起跳,可將超壓氣體排出，保護(hù)儲(chǔ)罐.

ｆ）消防?在LNG儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置了排液溝和積液池，安裝移動(dòng)式泡沫滅火裝置,設(shè)置了2×1500m3的消防水池,廠區(qū)設(shè)置環(huán)狀消防給水管網(wǎng)，安裝地上消火栓若干，儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置1米高的擋液堤，并安裝消防水炮及消防噴淋裝置，此外儲(chǔ)罐匡和氣化巨還分別設(shè)置干粉滅火裝置著干.?g)火災(zāi)報(bào)警?卸車(chē)臺(tái)、儲(chǔ)罐區(qū)、氣化區(qū)均設(shè)置了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)感煙探頭探測(cè)到的情況報(bào)警或人為手動(dòng)報(bào)警。

h)閥門(mén)、管道及管件

站區(qū)工藝管道大體上分為兩種。介質(zhì)溫度大于-20℃的管道選用碳鋼無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為2０＃鋼：介質(zhì)溫度小于—20℃的管道選用不銹鋼無(wú)縫鋼管,材質(zhì)為0Ｃｒl8Ni9.?ＬN(yùn)Ｇ管件采用與LNＧ輸送管道相同（或相匹配）技術(shù)要求的管件,如法蘭采用不銹鋼材質(zhì)的０Cｒl8Ni9,密封墊片采用不銹鋼金屬纏繞墊片。?根據(jù)目前國(guó)內(nèi)LNG站運(yùn)行的情況，關(guān)鍵閥門(mén)選用日本進(jìn)口低溫閥門(mén)，其余閥門(mén)一律選用國(guó)產(chǎn)專(zhuān)用低溫閥門(mén)。?LNG系統(tǒng)在常溫條件下安裝，在低溫條