XXXX年威海液化天然气(LNG)气化站工艺设计介绍

/威海液化天然气(LNG）气化站工艺设计介绍本文编者:：佛山市三水美丰铝塑复合管有限公司

1.前言ﻫ威海市原计划采用龙口—烟台长输管道供应的渤海天然气作为城市燃气气源，但由于目前该管线的建设进度不能满足威海市原计划2005年供气的要求,这就需要选择一种合适的气源作为启动气源。随着国内天然气行业的发展，威海市天然气来源有着更为广泛的选择条件,特别是新疆广汇及广东深圳液化天然气项目的规划和实施，给威海市采用LNG作为天然气启动气源提供了原料来源.

与CNG相比，LNG是最佳的启动、培育和抢占市场的先期资源。LNG槽车运输方便,成本低廉;不受上游设施建设进度的制约；LNG供应系统安装方便、施工:期短，并能随着供气规模的逐步扩大而扩大,先期投资也较低.最后，当管道天然气到来时,LＮG站可什为调峰和备用气源继续使用。因此,我院于2004年初对原可研报告进行修改、补充，将液化天然气（以下简称LNG)气化站作为提前启动气源.本工程一次设计,分期投产，一期工程供气4.0×104m3／d,二期工程供气８．６×104ｍ3/d,用户为居民、商业及部分工业用户。

2．气化站工艺介绍ﻫ2.1气质成分与理化参数

２．1.1气质成分

目前，国内LNG气化站所采用的液态天然气大多是河南中原油田生产的，目前中原油田LNG已经出现供不应求的局面，因此本工程拟采用新疆广汇生产的LＮG作为主气源，同时在卸车方式等也考虑了使用其他气源的可能.ﻫ根据新疆广汇提供的ＬNG组分,确定本工程设计计算用天然气组分如下：天然气组分摩尔分子百分数ＣH482.4２２C2H611.100C３H84.533Ｎ20。８23２其余1.11282.1．2理化参数

经过计算，新疆广汇LNG气源的理化参数见下表：理化参数参数值高热值（MJ/Nｍ3)46.723低热值(MJ/Ｎm3)42．340液态密度（MJ／Ｎm3)４67气态密度(MJ／Ｎｍ3）０.8629华白数（MＪ／Ｎm3）57。196运动粘度（m3／s)(标态)10.98×10—6燃烧势4２.5７5爆炸上限(％）4.31８爆炸下限（%）１4。３57由上表可知，LNG气源的华白数为57.1９6MJ/Nm3，燃烧势为４2.575;同时威海市将来也有采用渤海天然气的可能，而渤海天然气的华白数为48．8８MJ/Nm３，燃烧势为45．18,尽管均符合《城市燃气分类》（GB／T1３６１1-９２）中1２Ｔ类，但新疆广汇的ＬNG气源比渤海天然气气源华白数高出近17％,届时灶具如果不加以改造的话，必将导致将来用户灶具适应性差、燃烧不稳定。此外，本ＬNG站属于启动气源，将来即使烟台长输管道来气以后，它作为备用、调峰气源，届时，仍有供气的可能,因此,这两种气源如能互换是最经济的。在设计中为解决这个问题，在汽化斤的流程中增加了一套掺混空气系统，将LNG气源气(低热值4２．34MＪ／Nm3)与压缩空气进行高压比例式掺混,掺至可与渤海大然气（低热值35．1１MＪ/Ｎm3）互换,这样将来威海市不论是采用渤海天然气作为最终气源,还是将来事故情况下用LNG作为备用气源,用户处均能保证用气安全、稳定，还节省了大量改造灶具的费用。经过计算，新疆广汇气源与空气的掺混比例采用８8:12即可达到要求，而且安全可靠。ﻫ2。2工艺流程

目前。国内LNＧ气化站所采用的液态天然气运输方式通常有LNＧ槽车和罐式集装箱车两种。河南中原油田生产的LＮG采用槽车运输方式,而新疆广汇生产的ＬNG则采用罐式集装箱车运输.

由LNG槽车或集装箱车运送来的液化天然气,在卸车台通过槽车白带的自增压系统（对于槽车运输方式）或通过卸车台的增压器（对于集装箱年运输方式）增压后送入LNG储罐储存，储罐内的LNＧ通过储罐区的自增压器增压到0.5～0．6Mpa后,进入空温式气化器。在空温式气化器中,ＬNＧ经过与空气换热，发生相变,出口天然气温度高于环境温度10℃以上，再通过缓冲罐缓冲,之后进入掺混装置，与压缩空气进行等压掺混，掺混后的天然气压力在0．4MＰa左右，分为两路,一路调压、计量后送入市区老管网,以中一低压两级管网供气,出站压力为0。１MPａ：另一路计量后直接以0．４MPa压力送入新建城市外环,以中压单级供气。进入管网前的天然气进行加臭，加臭剂采用四氢噻吩。冬季空浴式气化器出口气体温度达不到5℃时,使用水浴式ＮG加热器加热,使其出口天然气温度达到5℃～1O℃.气化站的工艺流程框图如下:３。主要设备选型

３.1LＮG储罐

3．1．1储罐选型

LNG储罐按围护结构的隔热方式分类，大致有以下３种：ﻫa）真中粉末隔热

隔热方式为夹层抽真空，填充粉末（珠光砂)，常见于小型LＮG储罐。真空粉末绝热储罐由于其生产技术与液氧、液氮等储罐基本一样，因而目前国内生产厂家的制造技术也很成熟,由于其运行维护相对方便、灵活，目前使用较多。国内LＮG气化站常用的大多为５0ｍ3和100ｍ３圆筒型双金属真空粉末ＬNG储罐。目前最大可做到200ｍ3，但由于体积较大，运输比较困难，一般较少采用。真空粉末隔热储罐也有制成球形的,但球型罐使用范围通常为为200～1500m3，且球形储罐现场安装难度大.

b）正压堆积隔热

采用绝热材料，夹层通氮气，绝热层通常较厚，广泛应用于大中型LNＧ储罐和储槽.通常为立式LＮＧ子母式储罐。

ｃ)高真空多层隔热。ﻫ采用高真空多层缠绕绝热，多用于槽车。

本工程采用国内LＮG气化站常用的圆筒形双金属真空粉末LＮG储罐。考虑到立式罐节省占地，且立式罐LNG静压头大，对自增压器工作有利,因此采用立式双金属真空粉末ＬNG储罐。ﻫ3．1．2储罐台数ﻫ储罐台数的选择应综合考虑气源点的个数、气源检修时间、运输周期、用户用气波动情况等困素，本工程LＮG来源有可能采用河南中原油田或新疆广汇两个气源，运输周期最远步缩短运输周期，综合考虑以上情况，本工程储存天数定为计算月平均日的5天.经计算,一期选用１00m3立式储罐4台，二期增加４台.其主要工艺参数如下:ﻫ工作压力：0.6MＰa，ﻫ设计压力:0.77MPa,

工作温度：-１62℃，ﻫ设计温度:—19６℃,ﻫ单台水容积:１０5m3，ﻫ内罐直径3０0０mm,内罐材质：OＣｒl８Ni9，ﻫ外罐直径3500ｍm，外罐材质:16MnＲ，夹层填充珠光砂并抽真空。

3．2空温式气化器

3．2.１气化能力

气化器的气化能力根据高峰小时用气量确定,并留有一定富裕量。设计上配置两组,互相切换使用。本项目一期工程高峰小时流量3880m3／h，二期工程高峰小时流量889３m３／h.据此，一期选用6台2000ｍ３／ｈ空温式气化器,分为2组，每组3台，互相切换:二期增加４台，每组5台，互相切换。ﻫ3.２．2主要工艺参数ﻫ工作压力:0。6MPa,ﻫ设计压力:１。0ＭPa,

工作温度：-162℃,ﻫ设计温度:－1９6℃，

立式，主体材质：铝翅片管(LF21）,

气化能力:2０00m3／h,ﻫ出口温度：低于环境温度10℃。

３.3水浴式NG加热器ﻫ当环境温度较低,空温式气化器出口NＧ温度低于5℃时,在空温式气化器后串联水浴式NG加热器，对气化后的天然气进行加热.ﻫ加热器的加热能力同样根据高峰小时用气量确定，一期设置1台5０00ｍ３／h水浴式NＧ加热器，二期增加1台。

３．３.2主要工艺参数

工作压力：0。6MPa,

设计硬度力：０。8MPa，

进气温度；≮—3０℃,ﻫ出气温度：５~10℃，ﻫ加热能力;５000m3／h,ﻫ加热用热水由站内自建的锅炉房供应。

3.4BOG加热器ﻫLＮG储罐日蒸发率大约为0．15％,这部分蒸发了的气体（简称BOＧ)如果不及时排出，将造成储罐压力升高,为此设置了降压调节阀，可根据压力自动排出BOG。储罐蒸发的ＢＯG和槽车卸车的BOG,通过１台BOG加热器加热后进入BＯＧ储罐储存，在冬季使用水浴式ＮG加热器时,ＢOG可作为热水锅炉的燃料，夏季可进入管网.ﻫ3.5EＡG加热器

低温系统安全阀放空的全部是低温气体,在大约－１０7℃以下时,天然气的重度大于常温下的空气，排放不易扩散，会向下积聚。因此设置一台空温式放散气体加热器,放散气体先通过该加热器，经过与空气换热后的天然气比重会小于空气,高点放散后将容易扩散,从而不易形成爆炸性混合物.

3．６空压站设备ﻫ为保证天然气与空气进行高压比例式掺混，选用14。16m３／miｎ风冷式螺杆空气压缩机3台，2开1备,以及相应的无热再生空气干燥器、压缩空气除油器、除尘器以及橇装式静态混合器等设备。ﻫ4．安全设计

４．1危害分析

液化天然气是天然气储存和输送的一种有效的方法，在实际应州中,用户使用的是气化后的天然气，因此,在考虑LNG设备或工程的安全问题时，不仅要考虑天然气所具有的易燃易爆的危险性，还要考虑液态的低温特性和由此引发的安全问题.

液化天然气的主要成分是甲烷,属易燃易爆气体，能与空气混合形成爆炸性混合物,其爆炸下限较低（约为4.3%)，少量泄漏一旦遇到明火就易引起爆炸:同时液态天然气又有低温的特性，如果发生LNG溢出或泄漏,在-107℃以下时，气体密度比空气大,容易向下积聚，溢出的LＮG蒸发速度非常快，并会迅速冷却周围空气中的水蒸汽,形成大量的白色蒸汽云,并四处扩散，如果遇到火源将引起火灾，造成严重后果，低温还会导致灼伤、冻伤、体温降低等；另外，LNG系统在常温下安装，在低温条件下运行，前后温差很大（～18０c0）：因此，在设计中都必须采取必要的措施。ﻫ4．2安全考虑

对于液化天然气的生产、储运和气化供气的各个环节,主要考虑的安全问题就是如何防止天然气泄漏，与空气形成可燃的混合气体，消除引发爆炸、燃烧的基本条件以及ＬNG设备的防火及消防要求；防止LNG设备超压，引起超压排放；由于LNG的低温特性，对材料和设备制作方面的相关要求:LNG系统安装与运行温差大带来的相关要求：及进行ＬNG操作时，操作人员的防护等。ﻫ4．2．1有关规范ﻫ由于目前国内尚无针对液化天然气的专门规范,而《石油化工企业设计防火规范》(GＢ50160—92，99年版）中液化烃的定义中包含有液化天然气,因此在消防方面主要执行的是《石油化工企业设计防火规范》(GB50160—92)中的相关条款，同时也部分借鉴了美国标准ＮFＰA5９A《液化天然气（LNG）生产、储存和装运标准》:在气化后的常温天然气部分则主要执行的是《城镇燃气设计规范》(GB50０28-９3，2002年版)。最近国家有关部门对《城镇燃气设计规范》进行修改，拟增加液化天然气一个章节,我们期待这个规范能够尽快执行。ﻫ４。2.２设计措施ﻫa)紧急关闭系统(ESD）

每台LＮG储罐的底部进液管和出液管均装设了气动紧急切断阀，在紧急情况下,可在卸车台、储罐区或控制室就近切断.紧急切断系统可控制LNG的连续释放产生的危害。

b）可燃气体检测仪

在卸车台、储罐区及气化区等天然气有可能发生泄漏的地方，均设置了可燃气体检测仪,当检测出的环境中可燃气体含量超标（达到爆炸下限的2０％)时发出警报，工作人员可根据具体情况选择处理.

c）低温检测仪ﻫ在储罐底部等有可能发生LNG泄漏并有可能对设备基础造成损害的地方,设置低温检测仪，在检测到异常低温时报警.ﻫd）控制系统

LＮG储罐液位设高、低液位报警，当储罐在空温式气化器进液管道上设置气动紧急切断阀，与出口温度联锁。当气化器结霜过多或发生故障时，导致出口温度低于正常值时，报警并联锁切断。此外，还设有一些温度、压力检测项目,以实现安全控制。ﻫｅ)安全泄放系统ﻫＬNG的体积膨胀系数很高,通常可达６００倍，在密闭情况下,LＮG受热膨胀，引起管道内压急剧升高会导致管道发生破裂,因此，在液相管道两道阀门之间加设安全阀。此外,LNG储罐也设有安全阀，一旦罐内压力超高,安全阀起跳,可将超压气体排出，保护储罐.

ｆ）消防ﻫ在LNG储罐区设置了排液沟和积液池，安装移动式泡沫灭火装置,设置了2×1500m3的消防水池,厂区设置环状消防给水管网，安装地上消火栓若干，储罐区设置1米高的挡液堤，并安装消防水炮及消防喷淋装置，此外储罐匡和气化巨还分别设置干粉灭火装置着干.ﻫg)火灾报警ﻫ卸车台、储罐区、气化区均设置了火灾报警系统，可根据现场感烟探头探测到的情况报警或人为手动报警。

h)阀门、管道及管件

站区工艺管道大体上分为两种。介质温度大于-20℃的管道选用碳钢无缝钢管，材质为2０＃钢：介质温度小于—20℃的管道选用不锈钢无缝钢管,材质为0Ｃｒl8Ni9.ﻫＬNＧ管件采用与LNＧ输送管道相同（或相匹配）技术要求的管件,如法兰采用不锈钢材质的０Cｒl8Ni9,密封垫片采用不锈钢金属缠绕垫片。ﻫ根据目前国内LNG站运行的情况，关键阀门选用日本进口低温阀门，其余阀门一律选用国产专用低温阀门。ﻫLNG系统在常温条件下安装，在低温条