液化天然氣(LNG)氣化站設(shè)計優(yōu)化

液化   氣氣化站(以下簡稱LNG氣化站)是對無法使用管輸   氣城鎮(zhèn)的主要氣源或過渡氣源，也是許多使用管輸   氣供氣城鎮(zhèn)的補充氣源或調(diào)峰氣源。從2000年至今，我院在廣東、廣西、江蘇、山東、福建、江西、河南、遼寧、吉林等多省市己設(shè)計LNG氣化站幾十座，規(guī)模從2*50m³到12*150m³不等。“、工期快、投資低”是每個氣化站建設(shè)的基本要求，所以設(shè)計   優(yōu)化。
　　一、LNG氣化站工藝簡介
　　LNG氣化站主要包括卸車臺、低溫儲罐、增壓系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)及調(diào)壓、計量和加臭系統(tǒng)。LNG通過低溫槽車運到氣化站，槽車通過卸車增壓器進行增壓，在壓差作用下，通過卸車臺的管道進入站內(nèi)的低溫儲罐。低溫儲罐通過儲罐增壓器使儲罐壓力達到   值，罐內(nèi)LNG通過出液管道進入氣化器，LNG經(jīng)過氣化器汽化后變成氣態(tài)，然后通過調(diào)壓、計量和加臭后輸送城市中壓燃氣管道。
　　二、設(shè)計優(yōu)化的重要性
　　設(shè)計質(zhì)量決定項目的經(jīng)濟效益，當確定了項目的建設(shè)方案后，要想LNG供氣流程適用、向用戶供氣   、工程造價合理、運行后經(jīng)濟效益高，關(guān)鍵在于工程設(shè)計。據(jù)西方   分析，不到建設(shè)工程全壽命費用1%的設(shè)計費對工程造價的影響度占75%以上，可見設(shè)計質(zhì)量對整個工程建設(shè)的重要性。
　　具體影響LNG氣化站造價的主要因素有設(shè)備選型、總圖設(shè)計、電氣設(shè)施、消防設(shè)施、自控方案等。
　　根據(jù)以往經(jīng)驗，通常工程直接費約占項目總造價的70%，設(shè)備費又占工程直接費的48%~50%，設(shè)備費中主要是LNG儲罐的費用。
　　三、優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)容
　　1、氣化站工程方案的優(yōu)化
　　氣化站工程包括土建工程(包括給排水)、工藝設(shè)備安裝工程(包括儀表電氣)、消防安裝工程，各部分在投資總額中所占比例不同。典型的氣化站可分為儲存系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、調(diào)壓與計量加臭系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電氣與儀表控制系統(tǒng)和配套輔助工程系統(tǒng)，這些系統(tǒng)設(shè)備的大小、處理的能力決定于氣化站的供氣能力，也就是說氣化站的設(shè)計儲氣規(guī)模和氣化能力，決定了氣化站的投資。對于土建工程，除綜合樓外，輔助用房、消池、道路工程、給排水，電氣，儀表工程均與儲氣規(guī)模有關(guān)。
　　城市氣源有主氣源、輔助氣源、過渡性氣源、調(diào)峰氣源、備用氣源等不同的形式，燃氣供應(yīng)對不同的氣源有不同的要求，一般對主氣源和輔助氣源要求   、穩(wěn)定、；對調(diào)峰氣源和備用氣源除要求與主氣源有互換性外，還要求氣源供應(yīng)有，工藝設(shè)備簡單，投運時間短。因此，在工程項目投資前期應(yīng)根據(jù)城市規(guī)劃、長輸管線到達的時間，對氣化站建設(shè)性質(zhì)，建站條件，氣源供應(yīng)能力與方式，材料及設(shè)備等，進行方案論證、經(jīng)濟分析比較后，在工程設(shè)計前應(yīng)進化站方案優(yōu)化設(shè)計。
　　2、儲罐設(shè)計優(yōu)化
　　(1)真空罐為雙層金屬罐，內(nèi)罐為耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐采用碳鋼材料，夾層填充絕熱材料，并抽真空。真空罐是在工廠制造試壓完畢后整體運輸?shù)浆F(xiàn)場。
　　LNG總儲存量在1000m³以下，一般采用多臺真空罐集中儲存，目前國內(nèi)真空罐單罐容積   大可以做到150m³。真空罐工藝流程比較簡單，一般采用增壓器給儲罐增壓，物料靠壓力自流進入氣化器，不使用動力設(shè)備，能耗低，因此的小型LNG氣化站基本上全部采用真空罐形式。
　　(2)子母罐的內(nèi)罐是多個耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐是一個大碳鋼容器罩在多個內(nèi)罐外面，內(nèi)外罐之間也是填充絕熱材料，夾層通入干燥氮氣，以防止?jié)窨諝膺M入。儲罐的內(nèi)罐在工廠制造、試壓后運到現(xiàn)場，外罐在現(xiàn)場安裝。
　　儲存規(guī)模在1000m³~5000m³的儲配站，可以根據(jù)情況選用儲罐或常壓罐儲存，由于內(nèi)罐運輸要求，目前國內(nèi)單臺儲罐   大可以做到2500m³，采用儲罐的氣化工藝流程與真空罐大致相同，由于夾層需要通氮氣，裝置中多了一套氮氣裝置。
　　(3)常壓罐的結(jié)構(gòu)有雙金屬罐，還有外罐采用預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的；有地上罐，還有地下罐，20000m³以下的多為雙金屬罐。常壓罐的內(nèi)外罐均在現(xiàn)場安裝制造，生產(chǎn)周期較長。
　　LNG低溫常壓儲罐的操作壓力為15kPa，操作溫度為-162℃，為平底雙壁圓柱形。其罐體由內(nèi)外兩層構(gòu)成，兩層間為絕熱結(jié)構(gòu)，為保冷層。內(nèi)罐用于儲存液化   氣，而外殼則起保護、保冷作用。為了減少外部熱量向罐內(nèi)的傳入，所設(shè)計的內(nèi)外罐是各自分離并獨立的。罐項是自立式拱頂，內(nèi)罐罐項   有足夠的強度及穩(wěn)定性以承受由保冷材料等引起的外部壓力和由內(nèi)部氣體產(chǎn)生的內(nèi)部壓力。
　　儲罐采用珠光砂為保冷材料，并充入干燥的氮氣，夾層微正壓，絕熱材料與大氣隔離，避免了大氣壓力或溫度變化的影響以及濕空氣進入內(nèi)、外罐間保冷層，增加了保冷材料的使用壽命，和提高了保冷材料的使用效果。在設(shè)計和制造絕熱結(jié)構(gòu)時，   注意采用措施。
　　儲罐總?cè)萘客ǔ?~5天高峰月平均日用氣量確定。同時還應(yīng)考慮氣源點的個數(shù)、氣源廠檢修時間、氣源運輸周期、用戶用氣波動情況等因素。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?cè)萘窟€要考慮氣源廠檢修時能正常供氣。
　　為防止儲罐內(nèi)LNG充裝過量或運行中罐內(nèi)LNG太少危及儲罐和工藝系統(tǒng)   ，在儲罐上分別設(shè)置測滿口與差壓式液位計兩套獨立液位測量裝置，其靈敏度與性對LNG儲罐的   至關(guān)重要。在向儲罐充裝LNG時，通過差壓式液位計所顯示的靜壓力讀數(shù)，可從靜壓力與充裝質(zhì)量對照表上直觀方便地讀出罐內(nèi)LNG的液面高度、體積和質(zhì)量。當達到充裝上限時，LNG液體會從測滿口溢出，提醒操作人員手動切斷進料。儲罐自控系統(tǒng)還要設(shè)高限報警(充裝量為罐容的85%)、緊急切斷(充裝量為罐容的)、低限報警(剩余LNG量為罐容的10%)。
　　3、氣化系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化
　　儲罐自動增壓與LNG氣化靠壓差推動，隨著儲罐內(nèi)LNG的流出，罐內(nèi)壓力不斷降低，正常運行中需要將儲罐內(nèi)壓力維持在   范圍，才能使LNG氣化持續(xù)下去。儲罐的增壓是利用自動升壓調(diào)節(jié)閥和儲罐自增壓氣化器實現(xiàn)的。當儲罐內(nèi)壓力低于自動升壓調(diào)節(jié)閥的設(shè)定開啟值時，自動升壓調(diào)節(jié)閥打開，儲罐內(nèi)LNG利用液位差流入自增壓氣化器(因此自增壓氣化器的安裝高度應(yīng)低于儲罐的   低液位)，在自增壓氣化器中液態(tài)LNG經(jīng)過與空氣換熱氣化成氣態(tài)   氣，然后氣態(tài)   氣流入儲罐，將罐內(nèi)壓力升至設(shè)定工作壓力。利用該壓力將罐內(nèi)LNG輸送至空溫式氣化器氣化，氣化后的   氣(壓力通常為0.6MPa)經(jīng)過調(diào)壓(通常調(diào)至0.2MPa~0.4MPa)、計量、加臭后，輸送至城市中壓燃氣管網(wǎng)。結(jié)合國內(nèi)在運行LNG氣化站的實際調(diào)查結(jié)果，在夏季，空溫式氣化器   氣出口溫度可達15℃，可直接輸送至城市管網(wǎng)。在冬季或雨季，氣化器氣化效率降低，尤其是在寒冷的北方，冬季時氣化器出口   氣的溫度(比環(huán)境溫度低約10℃)遠低于0℃而成為低溫   氣。為防止低溫   氣直接進入城市中壓管網(wǎng)導致管道、閥門等設(shè)施發(fā)生低溫脆裂，另外低溫   氣密度大會產(chǎn)生較大的供銷差，因此氣化后的   氣需再經(jīng)水浴式加熱器或電加熱NG復熱器將其溫度升到10℃左右，然后再經(jīng)調(diào)壓計量加臭輸送至城市燃氣管網(wǎng)。
　　空溫式氣化器的連續(xù)工作時間一般為6h~8h，如若超過8h，則出氣溫度會降低，長時間使用，氣化器結(jié)霜嚴重，會導致氣化效率降低，需要另外備用一套切換使用。另外，氣化器布置的疏密程度以及氣化器距離相鄰建構(gòu)筑物的距離都對氣化器氣化效率有較大影響，因此在總圖布置時，應(yīng)結(jié)合工藝管線布置，站區(qū)用地范圍，站區(qū)美觀的情況下適當增大相鄰氣化器或周邊建構(gòu)筑物的距離，以利于氣化器的對外換熱。
　　4、工藝和材料的設(shè)計優(yōu)化
　　工藝設(shè)計應(yīng)在滿足運行和規(guī)范要求的同時兼顧總圖美觀和操作方便，符合生產(chǎn)場所基本要求和地形特征，合理配置設(shè)備、工藝管線。在LNG儲罐的進出液總管上增設(shè)連通管，既可用于LNG儲罐間的倒罐，又可對LNG液相管進行冷循環(huán)，保持管道處于低溫狀態(tài)。站內(nèi)設(shè)置的氮氣鋼瓶為緊急切斷氣動閥門提供氣源，有條件的場站可采用壓縮空氣作為緊急切斷閥的動力(建空氣壓縮機房)。根據(jù)LNG氣化站的規(guī)模選擇調(diào)壓裝置。通常設(shè)置兩路調(diào)壓裝置，調(diào)壓器選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調(diào)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(jù)流量信號將加臭劑注入燃氣管道中。
　　閥門選型設(shè)計：工藝系統(tǒng)閥門應(yīng)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閥門主要有升壓調(diào)節(jié)閥、降壓調(diào)節(jié)閥、緊急切斷閥、低溫截止閥、   閥、止回閥等。閥門材料為OCr18Ni9。LNG管道通常采用奧氏體不銹鋼管，材質(zhì)為OCr18Ni9，雖然其具有優(yōu)異的低溫機械性能，但冷收縮率高達0.003。站區(qū)LNG管道在常溫下安裝，在低溫下運行，前后溫差達180℃，存在較大的冷收縮量和溫差應(yīng)力，通常采用“門形”補償裝置來補償工藝管道的冷收縮。由于LNG閥門和LNG管道單價較高，且在工藝管道投資中所站比重較大，因此選擇合理的管徑和閥門數(shù)量對減少投資尤為重要。不同的設(shè)計方案，在滿足工藝要求的情況下，較小的管徑，閥門和管件規(guī)格也相應(yīng)較小，很明顯的會節(jié)省投資。LNG管道中包含大量的閥門，由于法蘭隨溫度變化容易產(chǎn)生微小泄漏，因此理想狀態(tài)是閥門都采用焊接連接，盡量減少法蘭接頭的數(shù)量，以減少液化   氣泄漏的可能性。但是由于周期性檢修和臨時檢修的需要，系統(tǒng)內(nèi)   要有法蘭連接，以便于管道斷開、隔離、置換和吹掃。特別是在儲罐和管道連接部位   在根部閥前設(shè)置法蘭連接，以便于儲罐的周期檢驗。
　　5、圍堰的設(shè)計優(yōu)化
　　儲罐周圍   設(shè)置防護堤，阻止一旦外泄的低溫液體流向其他地方。儲罐安裝位置、儲罐間距、防護堤設(shè)置的重要性都應(yīng)給予高度重視。圍堰容積應(yīng)能夠容納儲罐內(nèi)總的液化   氣量，儲罐鋼筋混凝土基礎(chǔ)高度應(yīng)當高于圍堰內(nèi)的液化   氣液位高度。防止儲罐裙座支撐被低溫液體接觸導致脆裂，導致   大事故發(fā)生。經(jīng)過圍堰的管線或電纜儀表管槽都不能經(jīng)過圍堰開孔，避免低溫液體沿管線間隙泄露到外面。同樣，圍堰內(nèi)的排水也   通過泵由圍堰頂部排出，不允許采用重力排水法。
　　6、消系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化
　　消防設(shè)計的原則就是以防為主，防消結(jié)合。一是災(zāi)發(fā)生。在生產(chǎn)區(qū)設(shè)置多個可燃氣體報警探頭，并和儲罐液相出口緊急切斷閥聯(lián)鎖，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，緊急切斷閥可立即關(guān)閉，防止LNG大量泄出；   是一旦發(fā)生火災(zāi)能自救。消滅初期火災(zāi)，控制較大火災(zāi)，防止火災(zāi)擴大蔓延，給消防隊前來滅火爭取時間。水在LNG站場與其它消防系統(tǒng)的用途不同，水既不能控制也不能熄滅LNG站場的火災(zāi)，水遇到LNG火災(zāi)時，只會加速LNG的氣化，進而加快其燃燒速度。對火災(zāi)的控制反而起到相反的作用。因此水在LNG站場主要是用來冷卻其它受到火災(zāi)熱輻射的儲罐或設(shè)備，防止火災(zāi)繼續(xù)蔓延。在圍堰處增加泡沫發(fā)生器，一旦發(fā)生LNG泄漏，可以通過在LNG表面覆蓋泡沫方法，減少LNG蒸發(fā)速度。另外，在有條件的地方，消系統(tǒng)與城市供水管網(wǎng)相連，在連接處設(shè)置止回閥，穩(wěn)定站內(nèi)水壓，防止站內(nèi)消倒流至城市供水管網(wǎng)。同時也可以將消池的容量設(shè)計減小，節(jié)省投資。
　　7、電氣設(shè)計優(yōu)化
　　根據(jù)工藝生產(chǎn)設(shè)備對供電性的要求，站區(qū)供電通常按二類負荷設(shè)計，兩路電源供電，一路引自市電系統(tǒng)，另一路由自備柴油發(fā)電機(應(yīng)急啟動型)提供。在電網(wǎng)供電斷開情況下柴油發(fā)電機自動起動并自動投入供電母線，以消防設(shè)備在消防事故情況下運轉(zhuǎn)。
　　消防設(shè)備用電負荷和生產(chǎn)辦公負荷不同時工作。大容量用電設(shè)備采用降壓起動。建筑物的照度應(yīng)符合現(xiàn)行   標準《工業(yè)企業(yè)照明設(shè)計標準》GB50034的規(guī)定。燈具形式視其環(huán)境不同采用、、防塵或普通型。儀表控制間、配電室等重要場所設(shè)置平時/應(yīng)急照明兩用燈具，應(yīng)急時間不少于30min。
　　8、氣化站辦公用房的設(shè)計優(yōu)化
　　氣化站土建安裝工程的投資較大，主要有綜合樓、輔助用房、消池、站區(qū)道路、場地工程。其中綜合樓占較大的比例。目前所建LNG綜合樓一般是兩層或者多層，面積較大，考慮了公司辦公功能，大多超過600㎡。而LNG氣化站所建位置一般都遠離市區(qū)，公司主要辦公一般都在市內(nèi)，綜合樓利用率較低。從氣化站正常運行角度考慮，設(shè)計一個監(jiān)控室、一個站長室、一個會議室、一個休息室、一個工具室和兩個洗手間，面積大約在200㎡即可以滿足使用，由兩層樓改為單層設(shè)計，這樣可以減少不少的投資。
　　四、設(shè)計質(zhì)量的重要性
　　設(shè)計質(zhì)量間接影響著投資，不能片面為節(jié)約投資，不重視設(shè)計優(yōu)化，進而出現(xiàn)設(shè)計的不合理或影響正常使用。有些質(zhì)量差的設(shè)計圖紙，各圖紙間相互矛盾，造成施工返工、停工的現(xiàn)象，如：儲罐區(qū)和氣化區(qū)管線標高不一致；工藝管線布置不合理，管道交叉較多，彎頭設(shè)置位置不合理等，造成質(zhì)量缺陷或   隱患，進而造成投資的浪費。
　　五、施工階段的設(shè)計優(yōu)化
　　設(shè)計不是完成施工圖就算結(jié)束，在實際施工中，因現(xiàn)場條件的改變，或者因前期基礎(chǔ)資料提供的不完整，或者設(shè)計考慮不周全，施工圖可能存在不合理的地方，現(xiàn)場施工時發(fā)現(xiàn)問題，不應(yīng)教條的執(zhí)行“嚴格按圖施工的條例”，應(yīng)及時對合理的建議聯(lián)系設(shè)計院作   的修改，對不確定的問題，也及時反饋到設(shè)計院，搞清楚設(shè)計思路通過設(shè)計變   再進行下一步施工。
　　LNG行業(yè)發(fā)展在我國還處于發(fā)展初期氣化站設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行   標準《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》GB50028的規(guī)定，在設(shè)計優(yōu)化和   運行等方面，我們還需要不斷的實踐和總結(jié)，積學習和吸收技術(shù)和經(jīng)驗，為今后建設(shè)      ，   ，   節(jié)能的，   環(huán)保，      的氣化站奠定基礎(chǔ)。