LNG供氣站工藝設計

1.LNG儲罐的設計
　　(1)LNG儲罐結構設計
　　LNG儲罐按結構形式可分為：地下儲罐、地上金屬儲罐和金屬/預應力混凝土儲罐3大類。地上LNG儲罐又分為金屬子母儲罐和金屬單罐2種。LNG供氣站采用何種儲罐方式，主要取決于其儲存量。儲存量在1200一5000m³可采用子母罐帶壓儲存和常壓儲槽儲存，子母罐的單罐容積一般在600一1750m³。子母罐帶壓儲存與常壓儲存相比其流程簡單、設備數量少、運營費用低，但儲罐投資較大。儲存量在1200m³以下的城市LNG供氣站，基本都采用真空罐帶壓儲存。為便于儲罐自增壓操作，帶壓真空罐通常采用立式雙層金屬罐。其內部結構類似于直立的暖瓶，內罐支撐于外罐上，內、外罐之間是真空粉末絕熱層。受運輸和整體吊裝條件的限制，單罐容積多采用100m³，個別站用50m³。
　　常用的100m³立式儲罐，內罐內徑為3000mm，外罐內徑為3200mm，罐體加支座總高度17100mm，儲罐幾何容積為105.28m³。
　　(2)設計壓力與計算壓力的確定
　　目前絕大部分100m³立式LNG儲罐的   高工作壓力為0.8MPa(個別為0.5MPa)。按照GB150-1998《鋼制壓力容器》的規定，當儲罐的   高工作壓力為0.8MPa時，設計壓力為0.84MPa；充裝系數0.95，考慮液柱凈壓力和內外罐間的高真空，內罐的計算壓力為1.01MPa。
　　外罐的主要作用是通過吊掛或支撐形式固定內罐與絕熱材料，同時與內罐之間形成高真空絕熱層。作用在外罐上的荷載主要為內罐和介質的重力荷載以及絕熱層的真空負壓。因此，外罐為外壓容器，設計壓力為-0.1MPa。
　　(3)LNG儲罐的選材
　　正常操作時LNG儲罐工作溫度為-162.3℃，   次投用前要用-196℃的液氮對儲罐進行預冷，取儲罐的設計溫度為-196℃。內罐既要承受介質的工作壓力，又要承受LNG的低溫，內罐材料   具有良好的低溫綜合機械性能。因此內罐材料采用0Cr18Ni9(相當于ASME標準的304)。
　　據內罐的計算壓力和所選材料，內罐的計算厚度和設計厚度分別為11.1mm和12mm。
　　作為常溫外壓容器，外罐材料選用16MnR，設計厚度為10mm。
　　(4)接管設計
　　開設在儲罐內罐上的接管口有：上進液口、下進液口、出液口、氣相口、測滿口、上液位計口、下液位計口、工藝人孔等8個接管口。其中：在內罐上封頭開設有上進液口、   閥氣相口、液位計氣相口、測滿口、工藝人孔；下封頭開設有下進液口、液位計液相口、出液口。所有內罐上的接管材料都為0Cr18Ni9。
　　為便于定期測量真空度和抽真空，在外罐下封頭上開設有抽真空口(抽完真空后該管口被封結)。為防止真空失效和內罐介質漏入外罐，在外罐上封頭設置有裝置。
　　(5)液位測量裝置設計
　　為防止儲罐內LNG充裝過量或運行中罐內LNG太少危及儲罐和工藝系統   ，在儲罐上分別設置有測滿口與差壓式液位計2套獨立液位測量系統。這是觀測儲罐內部液位的“眼睛”，對LNG儲罐的   運行至關重要。在向儲罐充裝LNG和日常運行時，通過差壓式液位計所顯示的靜壓力讀數，可從靜壓力與充裝重量對照表上直觀方便的讀出罐內LNG的液面高度、容積和重量。當達到充裝上限時，LNG液體會從罐頂測滿口溢出，操作工應立即手動切斷進料。為   充裝和運行，儲罐設置有高限報警(充裝量85%)、緊急切斷(充裝量)、低限報警(剩余10%LNG)。
　　(6)絕熱層設計
　　LNG儲罐的絕熱層有以下3種形式。
　　①高真空多層纏繞式絕熱：多用于LNG槽車和罐式集裝箱車。
　　②正壓堆積絕熱：將珠光砂堆積在內外罐間的夾層中，夾層通氮氣，絕熱層較厚，廣泛應用于大中型LNG子母罐和常壓儲槽。
　　③真空粉末絕熱：容積為100m³和50m³的真空壓力罐常采用這種絕熱方式。在儲罐內外罐之間的夾層中填充粉末(珠光砂)后抽成5Pa的高真空用于絕熱。通常用蒸發率來衡量儲罐的絕熱性能，LNG儲罐的日蒸發率小于等于0.3%(體積比)。
　　(7)LNG儲罐總容量
　　儲罐總容量通常按儲存3天高峰月平均日用氣量來計算確定。同時還應考慮氣源點的個數、氣源廠檢修時間、氣源運輸周期、用戶用氣波動等因素。對氣源的要求是不少于2個供氣點。若只有1個供氣點，則儲罐總容量還應考慮氣源廠檢修時能正常供氣。
　　2.BOG緩沖罐
　　對于調峰型LNG供氣站，為回收非調峰期接卸槽車的余氣和儲罐中的BOG(蒸發氣體)，或   氣混氣站為了均勻混氣，常在BOG加熱器出口增設BOG緩沖罐，其容量按回收槽車余氣量計算設置。
　　3.空溫式氣化器設計
　　(1)儲罐增壓氣化器
　　按100m³LNG儲罐裝滿90m³LNG后，在30min內將10m³氣相空間的壓力由卸車狀態的0.4MPa升壓至工作狀態的0.6MPa進行計算，據計算結果每個儲罐需選用1臺氣化量為200m³/h空溫式氣化器為其增壓。
　　氣化器的設計參數：設計壓力1.0MPa；工作壓力0.6MPa；設計溫度-196~60℃；工作溫度-145~162.3℃；安裝方式為臥式；材料為LF21。
　　目前設計多采用1個LNG儲罐帶1個自增壓氣化器。也可多個儲罐共用1臺或一組氣化器增壓，通過閥門切換，可簡化流程、減少設備、節省投資。
　　(2)卸車增壓氣化器
　　由于LNG集裝箱罐車上不配加壓裝置，因而站內要設置氣化量為300m³/h的卸車增壓氣化器，將罐車壓力增至0.6MPa。設計參數同儲罐增壓氣化器。
　　(3)空溫式氣化器
　　空溫式氣化器是LNG供氣站向城市用戶供氣的主要氣化設施。氣化器的氣化能力按用氣城市高峰小時計算流量的1.3一1.5倍確定。常用的單臺氣化器的氣化能力為1500一2000m³/h，2~4臺為1組，設計上配置2~3組，相互切換使用。當一組使用時間過長，氣化器結霜嚴重，導致氣化器氣化效率降低，出口溫度達不到要求時，人工(或自動或定時)切換到另一組，本組進行自然化霜備用。
　　設計參數：設計壓力為1.0MPa；工作壓力為0.6MP、設計溫度為一196從溫度為-145~-162.3℃；出口溫度大于或等于環境溫度-5℃；安裝方式為立式；材料為LF21。
　　(4)BOG加熱器
　　由于站內BOG發生量   大的是回收槽車卸車后的氣相   氣，故BOG空溫式加熱器的設計能力按此進行計算。回收槽車卸車后的氣相   氣的時間按30min計。以一臺40m³的槽車，壓力從0.6MPa降至0.3MPa為例，計算出所需空溫式BOG加熱器的能力為240m³/h。實際選用的加熱能力略大于理論計算能力，為500~1000m³/h。在冬季使用水浴式NG加熱器時，將BOG用作熱水鍋爐的燃料，其余季節送入城市輸配管網。設計參數同空溫式氣化器。
　　(5)NG加熱器(水浴式)
　　當環境溫度較低，空溫式氣化器出口NG溫度低于5℃時，在空溫式氣化器后串聯水浴式加熱器，對氣化后的   氣進行加熱。加熱器的加熱能力根據高峰小時用氣量的1.3~1.5倍確定。   氣出加熱器的溫度約為10℃。
　　(6)EAG加熱器
　　LNG常壓下的沸點溫度為161.5℃，常壓下儲存溫度為-162.3℃，密度為426kg/m³(-165.5℃，101.325kPa)。當LNG氣化為NG時，其臨界浮力溫度為-107℃：①當NG溫度高于-107℃時，NG比空氣輕，將從泄漏處上升飄走；②當NG溫度低于-107℃時，NG比空氣重，低溫NG會向下集聚與空氣形成可燃性爆炸物。為防止   種情況出現，流程中設置一臺空溫式放散氣體加熱器，放散氣體先通過該加熱器加熱使其密度小于空氣，然后再引入高空放散。
　　EAG(   放散氣體)空溫式加熱器設備能力按100m³儲罐的   大   放散量進行計算，經計算其   放散量為500m³/h，設計中選擇氣化量為500m³/h的空溫式加熱器1臺。進加熱器氣體溫度為-145℃，出加熱器氣體溫度為-15℃。
　　對于南方不設EAG裝置的LNG供氣站，為了防止   閥起跳后放出的低溫LNG氣液混合物冷灼傷操作人員，應將單個   閥放散管和儲罐放散管接入總管集中放散。
　　4.調壓計量與加臭裝置設計
　　根據LNG供氣站的規模選擇調壓裝置。通常設置2路調壓裝置，選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調壓器。
　　計量采用渦輪流量計。加臭劑采用四氫噻吩，加臭以隔膜式計量泵為動力，根據流量信號將臭味劑注入燃氣管道中。
　　5.閥門與管道管件選型設計
　　(1)閥門選型設計
　　工藝系統閥門應滿足輸送LNG的壓力和流量要求，同時   具備耐-196℃的低溫性能。常用的LNG閥門主要有：增壓調節閥、減壓調節閥、緊急切斷閥、低溫截止閥、   閥、止回閥等。其中增壓調節閥、減壓調節閥、緊急切斷閥宜采用，其余可采用國產閥門。閥門材料為0Cr18Ni9。
　　(2)管道管件法蘭選型設計
　　1)介質溫度小于或等于-20℃的管道采用輸送流體用不銹鋼無縫鋼管(GB/T14976-2002)，材質為0Cr18Ni9。管件均采用材質為0Cr18Ni9的無縫沖壓管件(GB/T1245-90)。法蘭采用凹凸面長頸對焊鋼制管法蘭(H620592-97)，材質為0Cr18Ni9；法蘭密封墊片采用金屬纏繞式墊片(0Cr18Ni9)。
　　2)介質溫度大于一20℃的工藝管道，當管徑小于或等于DN200時，采用輸送流體用無縫鋼管(GB/T8163)，材質為20#鋼；當管徑大于DN200時采用ERW(高頻直縫電阻焊)焊接鋼管(GB/T3041-001)，材質為Q235B。管件均采用20#鋼無縫沖壓管件(GB/T1245990)。法蘭采用20#鋼突面帶頸對焊鋼制管法蘭(HG20592-97)。法蘭密封墊片采用柔性石墨復合墊片(HG20629-97)。
　　LNG工藝管道安裝除   的法蘭連接外，均采用焊接連接。低溫工藝管道用聚胺脂管托和復合聚乙烯管殼進行絕熱。碳鋼工藝管道作處理。
　　(3)防止冷收縮設計
　　用作LNG管道的奧氏體不銹鋼雖具有優異的低溫機械性能，但冷收縮率高達3‰。站區LNG管路在常溫下安裝，在低溫下運行，前后溫差高達180℃，存在著較大的冷收縮量和溫差應力，通常采用“門形”補償裝置對工藝管道進行冷收縮補償。
　　6.工藝控制設計
　　LNG供氣站的工藝控制系統包括站內工藝裝置的運行參數采集和自動控制、遠程控制、連鎖控制和越限報警。通常在以下位置設置控制點：①卸車進液總管；②空溫式氣化器出氣管；③水浴式NG加熱器出氣管；④100m³LNG儲罐；OBOG加熱器壓力；⑥調壓器后壓力；⑦出站流量；⑧加臭機(自帶儀表控制)。
　　調壓器選用超壓切斷式，當出口壓力超壓時自動切換。調壓器后設   放散閥，超壓后   放散。   氣出站管道上設電動閥，當站內   氣泄漏濃度達限聲光報警時；或出站閥后壓力高出設定壓力聲光報警時；或緊急情況(如失火)時，都可在控制室切斷進、出口電動閥。
　　7.消防設計
　　LNG供氣站的消防設計根據GB50028-93《城鎮燃氣設計規范》(2002年版)LPG篇進行。在LNG儲罐周圍設置圍堰區，通常1臺罐為1組，每組之間以0.3m高防液堤分隔，儲罐區四周以1.0m高防液堤分隔外界分隔開，以儲罐發生事故時對周圍設施造成的危害降低到   小程度。為儲罐   運行，在LNG儲罐上設置冷卻噴淋系統。LNG儲罐的消防用水量按儲罐固定冷卻噴淋用水量和火災時水槍用水量之和計算。