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)鈿庠矗捎谀壳霸摴芫€的建設(shè)進(jìn)度不能滿足威海市原計(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，用戶為居民、商業(yè)及部分工業(yè)用戶。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LNG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)過計(jì)算，新疆廣匯LNG氣源的理化參數(shù)見下表：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)夥诸悺?GB／T13611-92)中12T類，但新疆廣匯的LNG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，必將導(dǎo)致將來用戶灶具適應(yīng)性差、燃燒不穩(wěn)定。此外，本LNG站屬于啟動(dòng)氣源，將來即使煙臺(tái)長(zhǎng)輸管道來氣以后，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，這樣將來威海市不論是采用渤海天然氣作為最終氣源，還是將來事故情況下用LNG作為備用氣源，用戶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槽車和罐式集裝箱車兩種。河南中原油田生產(chǎn)的LNG采用槽車運(yùn)輸方式，而新疆廣匯生產(chǎn)的LNG則采用罐式集裝箱車運(yùn)輸。由LNG槽車或集裝箱車運(yùn)送來的液化天然氣，在卸車臺(tái)通過槽車白帶的自增壓系統(tǒng)(對(duì)于槽車運(yùn)輸方式)或通過卸車臺(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，LNG經(jīng)過與空氣換熱，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，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LNG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)猓^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。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LNG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、用戶用氣波動(dòng)情況等困素，本工程LNG來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和槽車卸車的BOG，通過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，放散氣體先通過該加熱器，經(jīng)過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1備，以及相應(yīng)的無熱再生空氣干燥器、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)迅速冷卻周圍空氣中的水蒸汽，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LNG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)行溫差大帶來的相關(guān)要求：及進(jìn)行LNG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)尚無針對(duì)液化天然氣的專門規(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)LNG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、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縫鋼管，材質(zhì)為0Crl8Ni9。LNG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)鍵閥門選用日本進(jìn)口低溫閥門，其余閥門一律選用國(guó)產(chǎn)專用低溫閥門。LNG系統(tǒng)在常溫