液化天然氣(LNG)氣化站設計優化

液化   氣氣化站(以下簡稱LNG氣化站)是對無法使用管輸   氣城鎮的主要氣源或過渡氣源，也是許多使用管輸   氣供氣城鎮的補充氣源或調峰氣源。從2000年至今，我院在廣東、廣西、江蘇、山東、福建、江西、河南、遼寧、吉林等多省市己設計LNG氣化站幾十座，規模從2*50m³到12*150m³不等。“、工期快、投資低”是每個氣化站建設的基本要求，所以設計   優化。
　　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、氣化系統及調壓、計量和加臭系統。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LNG通過出液管道進入氣化器，LNG經過氣化器汽化后變成氣態，然后通過調壓、計量和加臭后輸送城市中壓燃氣管道。
　　二、設計優化的重要性
　　設計質量決定項目的經濟效益，當確定了項目的建設方案后，要想LNG供氣流程適用、向用戶供氣   、工程造價合理、運行后經濟效益高，關鍵在于工程設計。據西方   分析，不到建設工程全壽命費用1%的設計費對工程造價的影響度占75%以上，可見設計質量對整個工程建設的重要性。
　　具體影響LNG氣化站造價的主要因素有設備選型、總圖設計、電氣設施、消防設施、自控方案等。
　　根據以往經驗，通常工程直接費約占項目總造價的70%，設備費又占工程直接費的48%~50%，設備費中主要是LNG儲罐的費用。
　　三、優化設計的主要內容
　　1、氣化站工程方案的優化
　　氣化站工程包括土建工程(包括給排水)、工藝設備安裝工程(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、輸送系統、氣化系統、調壓與計量加臭系統、消防系統、電氣與儀表控制系統和配套輔助工程系統，這些系統設備的大小、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計儲氣規模和氣化能力，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模有關。
　　城市氣源有主氣源、輔助氣源、過渡性氣源、調峰氣源、備用氣源等不同的形式，燃氣供應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   、穩定、；對調峰氣源和備用氣源除要求與主氣源有互換性外，還要求氣源供應有，工藝設備簡單，投運時間短。因此，在工程項目投資前期應根據城市規劃、長輸管線到達的時間，對氣化站建設性質，建站條件，氣源供應能力與方式，材料及設備等，進行方案論證、經濟分析比較后，在工程設計前應進化站方案優化設計。
　　2、儲罐設計優化
　　(1)真空罐為雙層金屬罐，內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到現場。
　　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罐外面，內外罐之間也是填充絕熱材料，夾層通入干燥氮氣，以防止濕空氣進入。儲罐的內罐在工廠制造、試壓后運到現場，外罐在現場安裝。
　　儲存規模在1000m³~5000m³的儲配站，可以根據情況選用儲罐或常壓罐儲存，由于內罐運輸要求，目前國內單臺儲罐   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)常壓罐的結構有雙金屬罐，還有外罐采用預應力混凝土結構的；有地上罐，還有地下罐，20000m³以下的多為雙金屬罐。常壓罐的內外罐均在現場安裝制造，生產周期較長。
　　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。其罐體由內外兩層構成，兩層間為絕熱結構，為保冷層。內罐用于儲存液化   氣，而外殼則起保護、保冷作用。為了減少外部熱量向罐內的傳入，所設計的內外罐是各自分離并獨立的。罐項是自立式拱頂，內罐罐項   有足夠的強度及穩定性以承受由保冷材料等引起的外部壓力和由內部氣體產生的內部壓力。
　　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、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。在設計和制造絕熱結構時，   注意采用措施。
　　儲罐總容量通常為3~5天高峰月平均日用氣量確定。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，則儲罐總容量還要考慮氣源廠檢修時能正常供氣。
　　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，可從靜壓力與充裝質量對照表上直觀方便地讀出罐內LNG的液面高度、體積和質量。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。儲罐自控系統還要設高限報警(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、氣化系統設計優化
　　儲罐自動增壓與LNG氣化靠壓差推動，隨著儲罐內LNG的流出，罐內壓力不斷降低，正常運行中需要將儲罐內壓力維持在   范圍，才能使LNG氣化持續下去。儲罐的增壓是利用自動升壓調節閥和儲罐自增壓氣化器實現的。當儲罐內壓力低于自動升壓調節閥的設定開啟值時，自動升壓調節閥打開，儲罐內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低于儲罐的   低液位)，在自增壓氣化器中液態LNG經過與空氣換熱氣化成氣態   氣，然后氣態   氣流入儲罐，將罐內壓力升至設定工作壓力。利用該壓力將罐內LNG輸送至空溫式氣化器氣化，氣化后的   氣(壓力通常為0.6MPa)經過調壓(通常調至0.2MPa~0.4MPa)、計量、加臭后，輸送至城市中壓燃氣管網。結合國內在運行LNG氣化站的實際調查結果，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。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導致管道、閥門等設施發生低溫脆裂，另外低溫   氣密度大會產生較大的供銷差，因此氣化后的   氣需再經水浴式加熱器或電加熱NG復熱器將其溫度升到10℃左右，然后再經調壓計量加臭輸送至城市燃氣管網。
　　空溫式氣化器的連續工作時間一般為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，應結合工藝管線布置，站區用地范圍，站區美觀的情況下適當增大相鄰氣化器或周邊建構筑物的距離，以利于氣化器的對外換熱。
　　4、工藝和材料的設計優化
　　工藝設計應在滿足運行和規范要求的同時兼顧總圖美觀和操作方便，符合生產場所基本要求和地形特征，合理配置設備、工藝管線。在LNG儲罐的進出液總管上增設連通管，既可用于LNG儲罐間的倒罐，又可對LNG液相管進行冷循環，保持管道處于低溫狀態。站內設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LNG氣化站的規模選擇調壓裝置。通常設置兩路調壓裝置，調壓器選用帶指揮器、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，根據流量信號將加臭劑注入燃氣管道中。
　　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閥門主要有升壓調節閥、降壓調節閥、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，材質為OCr18Ni9，雖然其具有優異的低溫機械性能，但冷收縮率高達0.003。站區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量對減少投資尤為重要。不同的設計方案，在滿足工藝要求的情況下，較小的管徑，閥門和管件規格也相應較小，很明顯的會節省投資。LNG管道中包含大量的閥門，由于法蘭隨溫度變化容易產生微小泄漏，因此理想狀態是閥門都采用焊接連接，盡量減少法蘭接頭的數量，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，系統內   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   在根部閥前設置法蘭連接，以便于儲罐的周期檢驗。
　　5、圍堰的設計優化
　　儲罐周圍   設置防護堤，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、防護堤設置的重要性都應給予高度重視。圍堰容積應能夠容納儲罐內總的液化   氣量，儲罐鋼筋混凝土基礎高度應當高于圍堰內的液化   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   大事故發生。經過圍堰的管線或電纜儀表管槽都不能經過圍堰開孔，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、消系統設計優化
　　消防設計的原則就是以防為主，防消結合。一是災發生。在生產區設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鎖，一旦發現泄漏，緊急切斷閥可立即關閉，防止LNG大量泄出；   是一旦發生火災能自救。消滅初期火災，控制較大火災，防止火災擴大蔓延，給消防隊前來滅火爭取時間。水在LNG站場與其它消防系統的用途不同，水既不能控制也不能熄滅LNG站場的火災，水遇到LNG火災時，只會加速LNG的氣化，進而加快其燃燒速度。對火災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熱輻射的儲罐或設備，防止火災繼續蔓延。在圍堰處增加泡沫發生器，一旦發生LNG泄漏，可以通過在LNG表面覆蓋泡沫方法，減少LNG蒸發速度。另外，在有條件的地方，消系統與城市供水管網相連，在連接處設置止回閥，穩定站內水壓，防止站內消倒流至城市供水管網。同時也可以將消池的容量設計減小，節省投資。
　　7、電氣設計優化
　　根據工藝生產設備對供電性的要求，站區供電通常按二類負荷設計，兩路電源供電，一路引自市電系統，另一路由自備柴油發電機(應急啟動型)提供。在電網供電斷開情況下柴油發電機自動起動并自動投入供電母線，以消防設備在消防事故情況下運轉。
　　消防設備用電負荷和生產辦公負荷不同時工作。大容量用電設備采用降壓起動。建筑物的照度應符合現行   標準《工業企業照明設計標準》GB50034的規定。燈具形式視其環境不同采用、、防塵或普通型。儀表控制間、配電室等重要場所設置平時/應急照明兩用燈具，應急時間不少于30min。
　　8、氣化站辦公用房的設計優化
　　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，公司主要辦公一般都在市內，綜合樓利用率較低。從氣化站正常運行角度考慮，設計一個監控室、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計，這樣可以減少不少的投資。
　　四、設計質量的重要性
　　設計質量間接影響著投資，不能片面為節約投資，不重視設計優化，進而出現設計的不合理或影響正常使用。有些質量差的設計圖紙，各圖紙間相互矛盾，造成施工返工、停工的現象，如：儲罐區和氣化區管線標高不一致；工藝管線布置不合理，管道交叉較多，彎頭設置位置不合理等，造成質量缺陷或   隱患，進而造成投資的浪費。
　　五、施工階段的設計優化
　　設計不是完成施工圖就算結束，在實際施工中，因現場條件的改變，或者因前期基礎資料提供的不完整，或者設計考慮不周全，施工圖可能存在不合理的地方，現場施工時發現問題，不應教條的執行“嚴格按圖施工的條例”，應及時對合理的建議聯系設計院作   的修改，對不確定的問題，也及時反饋到設計院，搞清楚設計思路通過設計變   再進行下一步施工。
　　LNG行業發展在我國還處于發展初期氣化站設計應符合現行   標準《城鎮燃氣設計規范》GB50028的規定，在設計優化和   運行等方面，我們還需要不斷的實踐和總結，積學習和吸收技術和經驗，為今后建設      ，   ，   節能的，   環保，      的氣化站奠定基礎。