lng工廠選址及總圖設(shè)計(jì)的影響因素分析

0燃?xì)饫迷谔烊粴夤艿赖膽?yīng)用液化天然氣（lkg）具有清潔環(huán)保、低價格低廉（相對于液化天然氣、石油產(chǎn)品）以及國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等特點(diǎn)。因此，主要用于中小市的城市氣體、工業(yè)燃料、城市氣體的調(diào)節(jié)和事故發(fā)生、天然氣汽車、特殊氣體的使用等領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至2013年10月,國內(nèi)已建LNG工廠30座,規(guī)劃和在建LNG工廠17座。然而國內(nèi)LNG有關(guān)規(guī)范體系不夠健全,在此背景下,總結(jié)LNG工廠選址和總圖設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯得尤為重要。1-1333-1333LNG工廠將原料天然氣增壓、脫硫、脫碳、脫水、脫汞、脫重?zé)N等深度處理后,經(jīng)過液化裝置進(jìn)行-162℃液化,然后常壓儲存后裝車(船)外運(yùn)。1.1lc工廠一般由成本固定組成LNG工廠一般構(gòu)成見表1。1.2儲罐、要求外運(yùn)原料天然氣通過工廠截?cái)嚅y組進(jìn)入工廠,依次通過壓縮機(jī)增壓、脫硫、脫碳、脫水、脫汞及脫重?zé)N等處理后,進(jìn)入液化裝置進(jìn)行液化。液化裝置產(chǎn)生的LNG產(chǎn)品進(jìn)入儲罐區(qū)儲存和裝車外運(yùn)。LNG儲罐與裝車區(qū)產(chǎn)生閃蒸氣(BOG),經(jīng)過BOG壓縮機(jī)增壓后可作為燃料氣,或再次液化。冷劑儲存為液化裝置提供開車和運(yùn)行中補(bǔ)充冷劑,同時回收停車時制冷循環(huán)系統(tǒng)中的冷劑。1.3以烴為原料的烴處理工藝天然氣處理廠僅對原料天然氣進(jìn)行脫硫、脫碳、脫水、脫汞、脫重?zé)N處理,使其達(dá)到產(chǎn)品氣要求。而LNG工廠不僅需要在天然氣處理廠處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行深度脫除,而且增加了液化裝置、LNG儲罐、裝車設(shè)施、冷劑儲存裝置和閃蒸汽(BOG)增壓裝置。2lc工廠的位置要點(diǎn)2.1監(jiān)獄站、公路建筑功能區(qū)0m安全間距靠近公路的廠(站),應(yīng)滿足《公路安全保護(hù)條例》對易燃易爆設(shè)施距離公路邊緣100m安全間距的要求和公路建筑控制區(qū)的范圍要求?？拷F路的廠(站),應(yīng)滿足《鐵路運(yùn)輸安全保護(hù)條例》對易燃易爆設(shè)施距離鐵路200m安全間距的要求。應(yīng)滿足地方規(guī)劃局、國土資源局、環(huán)境保護(hù)廳和發(fā)改委等部門關(guān)于LNG廠(站)選址政策法規(guī)文件的要求。2.2對水面蒸發(fā)的影響LNG儲罐若發(fā)生溢流,溢流到地面的LNG將蒸發(fā)。蒸發(fā)熱量主要來自土壤及周圍空氣對流的熱傳導(dǎo),也來自太陽輻射。LNG蒸發(fā)是一個瞬態(tài)過程,初始時蒸發(fā)率較大,隨著土壤的凍結(jié),蒸發(fā)率將逐漸減小。溢流到水面的LNG的蒸發(fā)率比溢流到地面的高。由于劇烈的擾動,水面很少出現(xiàn)結(jié)冰。擾動的水流可為LNG的沸騰提供近乎穩(wěn)定的熱量,而不像土壤提供的熱量會逐漸減小。溢流出的低溫LNG容易引起低溫凍傷、麻醉、窒息,并可能引起冷爆炸甚至火災(zāi)。鄰近江河、海岸選址,應(yīng)采取措施防止低溫LNG溢流污染水域。2.3lng蒸汽云發(fā)生火災(zāi)和地區(qū)LNG最重大的安全問題是蒸汽云的形成以及可能導(dǎo)致的火災(zāi)。LNG在大氣壓下的液化溫度為-162℃。當(dāng)溫度低于-112℃時,LNG蒸汽質(zhì)量比15.6℃下的空氣質(zhì)量重,但隨著溫度的升高,該氣體變得比空氣輕。LNG泄露后將大量吸收環(huán)境熱量,開始劇烈沸騰和蒸發(fā),蒸發(fā)氣體沿地面形成擴(kuò)散流層。蒸發(fā)氣體向環(huán)境吸收熱量并逐漸擴(kuò)散的同時,還將周圍環(huán)境空氣冷卻到露點(diǎn)以下,形成可見的蒸汽云移動,蒸汽云遇到明火則發(fā)生火災(zāi)和爆炸。應(yīng)盡量將LNG廠址選在人口密度較低的地區(qū),且應(yīng)采取措施阻止事故狀態(tài)下形成蒸汽云飄向明火,尤其是廠外火炬區(qū)。對于周邊情況復(fù)雜的LNG工廠,應(yīng)找專業(yè)機(jī)構(gòu)對廠址進(jìn)行蒸汽云擴(kuò)散專項(xiàng)評估,以進(jìn)一步論證選址合理性。2.4式氣儲存和火炬區(qū)的熱輻射2.4.1儲罐熱輻射泄露后的LNG不斷汽化,逐漸形成蒸汽云,遇明火則可能引起“池火”,其火焰和熱輻射將對周邊人員和設(shè)施造成危害。熱輻射傷害和破壞標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB50183-2004《石油天然氣工程防火設(shè)計(jì)規(guī)范》對于周邊情況復(fù)雜的LNG工廠,應(yīng)對儲罐熱輻射進(jìn)行專項(xiàng)評估,進(jìn)一步論證選址合理性。LNG儲罐安全間距無法滿足的,應(yīng)通過調(diào)整儲罐位置、改變儲罐類型、降低LNG儲存總量或縮小圍堰大小等措施來減小安全間距,若還不能滿足要求,應(yīng)考慮拆遷工程量或改變廠址。2.4.2熱輻射的影響由于LNG工廠與常規(guī)天然氣處理廠比,增設(shè)了液化裝置、LNG儲罐、裝車設(shè)施、冷劑儲存裝置和閃蒸氣(BOG)增壓裝置,因此放空量及熱輻射量相應(yīng)增加,選址時不能忽視火炬區(qū),應(yīng)充分考慮其熱輻射范圍。對于LNG儲罐區(qū)和火炬區(qū)熱輻射影響范圍是否需要征地或隔離,應(yīng)在選址階段與建設(shè)方、地方相關(guān)部門充分溝通。2.5lng槽車交通量計(jì)算選址尚應(yīng)考慮交通依托情況,應(yīng)根據(jù)LNG工廠規(guī)模、儲存周期、裝車時間等參數(shù),計(jì)算LNG槽車交通量,并結(jié)合槽車載重評估擬選廠(站)址公路依托情況,判斷其能否滿足交通運(yùn)輸要求。3標(biāo)準(zhǔn)lng工廠總體規(guī)劃和使用3.1lng裝置-或nfpa-2009年目前常用的國外LNG工廠總圖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要有美國防火協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NFPA59A-2009《LNG生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)》和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1473-2005《LNG設(shè)備-岸上裝置設(shè)計(jì)》。3.2防火設(shè)計(jì)規(guī)范國內(nèi)常用LNG工廠總圖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是GB50183-2004《石油天然氣工程防火設(shè)計(jì)規(guī)范》第10章《液化天然氣站場》、GB/T20368-2012《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)》(等同于美國防火協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NFPA59A-2009)及JTS165-5-2009《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》。3.3lng為液化烴根據(jù)GB50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第2.0.19條、第3.0.1條、第3.0.2條及其對應(yīng)條文解釋,LNG既不屬于液化烴GB50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》僅適用于總儲存容積不大于2000m故有必要特別指出,將GB50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和GB50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》用于LNG工廠是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?1.lng工廠的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)4.1總體布置要點(diǎn)4.1.1符合交付流程的設(shè)備根據(jù)流程在滿足規(guī)范的條件下,應(yīng)盡量縮短火炬區(qū)和儲罐區(qū)的距離,保證低壓氣放空。4.1.2外罐和雙容罐不同類型LNG儲罐的圍堰大小及熱輻射影響范圍不同。目前應(yīng)用的絕大多數(shù)LNG儲罐可分為三類:單容罐、雙容罐和全容罐。這三種儲罐都是雙壁儲罐,但在事故狀態(tài)下,三種儲罐容納液體和氣體的能力是不同的,總圖布置也存在較大差異。單容罐指單個儲罐或者由內(nèi)罐和外罐組成的儲罐,其設(shè)計(jì)和建造僅需單容罐的內(nèi)罐滿足其儲存低溫液體所應(yīng)具備的低溫延展性要求。單容罐的內(nèi)罐是5%~9%鎳鋼,外罐是普通碳鋼。外罐(如需要)主要起固定、保護(hù)隔熱層以及保持清掃氣體壓力的作用,而不是用來在內(nèi)罐漏時容納低溫液體產(chǎn)品。單容罐應(yīng)設(shè)置圍堰,圍堰大小應(yīng)根據(jù)LNG儲罐液位高度、儲罐內(nèi)液面上的蒸汽壓力等參數(shù)確定。儲罐區(qū)圍堰的大小和高度關(guān)系圍堰與儲罐內(nèi)壁的距離為x,圍堰頂與最高液位的距離為y,x應(yīng)大于或等于y加液面上的蒸汽壓力的LNG當(dāng)量壓頭高度。單容罐圍堰圍合的容積應(yīng)滿足LNG儲罐破裂后泄露LNG的全部容積。圍合面積決定“池火”熱輻射量及其安全距離,因此圍堰面積越小,安全間距就越小。因此若滿足容積要求,圍堰高度則會高于常見高度3~6m。為了方便消防操作,圍堰相對儲罐區(qū)外地坪,高度不超過2.2m,因此需要將儲罐內(nèi)地坪降低(常見高度0.8~3.8m)。單容罐圍堰熱輻射距離需從圍堰算起,而不是從儲罐壁算起。雙容罐是在設(shè)計(jì)和建造上使其內(nèi)罐和外罐都能單獨(dú)容納所儲存的低溫液體產(chǎn)品的雙層儲罐。雙容罐具有耐低溫的金屬材料或混凝土的外罐。為盡可能縮小所泄漏罐內(nèi)液體的積聚范圍,外罐與內(nèi)罐之間的距離不應(yīng)超過6m。在正常工況下,低溫液體產(chǎn)品盛裝在內(nèi)罐中。當(dāng)內(nèi)罐發(fā)生液體泄漏時,外罐可用來容納這些泄漏出的低溫液態(tài)產(chǎn)品,但不能用來容納因液體泄漏而產(chǎn)生的蒸發(fā)氣。全容罐雙容罐和全容罐無需再設(shè)置圍堰,熱輻射距離從儲罐壁算起,相應(yīng)熱輻射量及其安全間距成倍減小。4.1.3圍堰至室外建構(gòu)筑物的阻隔距離LNG、冷劑的火災(zāi)危險性為甲A類,在規(guī)范執(zhí)行中應(yīng)特別注意安全間距。參照NFPA59A-2009中提供的“LNG火災(zāi)輻射模型”,結(jié)合LNG儲罐區(qū)圍堰大小,可計(jì)算出圍堰至室外活動場所、建(構(gòu))筑物的隔熱距離。GB50183第5.3.2條規(guī)定“儲罐組消防車道與防火堤的外坡腳線之間的距離不小于3m,儲罐中心與最近的消防車道之間的距離不應(yīng)大于80m”,在總平面布置中應(yīng)特別注意。4.1.4平面布置的布置廠內(nèi)原料氣壓縮機(jī)、冷劑壓縮機(jī)、BOG壓縮機(jī)、空氮站、循環(huán)水冷卻裝置和裝車區(qū)均為噪聲源,在總平面布置時,應(yīng)盡量將以上設(shè)施靠近廠區(qū)邊緣布置,并遠(yuǎn)離人員集中辦公區(qū)。4.1.5環(huán)入式、排放式、入庫式等汽車整車裝車區(qū)應(yīng)獨(dú)立成區(qū)布置在工廠邊緣,并設(shè)置圍欄。LNG槽車轉(zhuǎn)彎半徑18m,轉(zhuǎn)彎半徑較大,規(guī)劃裝車路線很重要。裝車區(qū)的布置形式有環(huán)入式裝車和倒入式裝車。環(huán)入式裝車:車輛各行其道,可在很大程度上減少車輛交錯,車輛貫穿裝車棚,進(jìn)出全程不需要倒車。具有順暢、快捷、安全等優(yōu)點(diǎn)。但占地較大,故適合裝車位較多的工廠。環(huán)入式裝車平面圖見圖2。倒入式裝車:車輛進(jìn)入裝車區(qū)后,需將車尾倒至裝車棚。倒入式裝車占地較少,但當(dāng)裝車位較多時,車輛交叉較多,且車輛需要倒車,容易引發(fā)輕車和重車碰撞事故。倒入式裝車適合裝車位較少的工廠。倒入式裝車平面圖見圖3。4.2lng含壓壓合理布置儲罐區(qū)盡量利用天然坑洼地形,并采用坑式儲罐,能有效攔蓄泄漏后的LNG擴(kuò)散。階梯式布置時,LNG儲罐區(qū)在高處布置時,儲罐區(qū)防火堤外局部區(qū)域標(biāo)高要低于周邊,形成低洼,并采取防止LNG從高處向低處流淌的措施。對液化裝置、裝車區(qū)、儲罐區(qū)及冷劑儲存區(qū)采取措施,禁止將LNG排入封閉的排水溝內(nèi)或地下管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)。切斷LNG與外部管道、管溝聯(lián)系,為了防止泄露的LNG竄入市政地下管網(wǎng)系統(tǒng),在LNG容易泄露處,需確保場地排水系統(tǒng)經(jīng)過一段明渠或者敞口水池再排出,LNG儲蓄攔蓄區(qū)必須設(shè)置檢漏報(bào)警裝置。事故污水池應(yīng)盡量靠近儲罐區(qū)、液化裝置區(qū)和裝車區(qū),且應(yīng)位于全廠較低處。4.3lng低溫管道,管道無地