威海液化天然氣(LNG)氣化站工藝設(shè)計介紹摘要：本文簡要介紹了威海市LNG氣化站的工藝設(shè)計，主要設(shè)備選型及安全措施。關(guān)鍵詞：液化天然氣：工藝流程；設(shè)備：安全前言威海市原計劃采用龍口—煙臺長輸管道供應(yīng)的渤海天然氣作為城市燃氣氣源，但由于目前該管線的建設(shè)進度不能滿足威海市原計劃2005年供氣的要求，這就需要選擇一種合適的氣源作為啟動氣源。隨著國內(nèi)天然氣行業(yè)的發(fā)展，威海市天然氣來源有著更為廣泛的選擇條件，特別是新疆廣匯及廣東深圳液化天然氣項目的規(guī)劃和實施，給威海市采用LNG作為天然氣啟動氣源提供了原料來源。與CNG相比，LNG是最佳的啟動、培育和搶占市場的先期資源。LNG槽車運輸方便，成本低廉；不受上游設(shè)施建設(shè)進度的制約；LNG供應(yīng)系統(tǒng)安裝方便、施工：期短，并能隨著供氣規(guī)模的逐步擴大而擴大，先期投資也較低。最后，當管道天然氣到來時，LNG站可什為調(diào)峰和備用氣源繼續(xù)使用。因此，我院于2004年初對原可研報告進行修改、補充，將液化天然氣(以下簡稱LNG)氣化站作為提前啟動氣源。本工程一次設(shè)計，分期投產(chǎn)，一期工程供氣4.0x104m3/d,二期工程供氣8.6x104m3/d,用戶為居民、商業(yè)及部分工業(yè)用戶。2．氣化站工藝介紹1氣質(zhì)成分與理化參數(shù)1.1氣質(zhì)成分目前，國內(nèi)LNG氣化站所采用的液態(tài)天然氣大多是河南中原油田生產(chǎn)的，目前中原油田L(fēng)NG已經(jīng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，因此本工程擬采用新疆廣匯生產(chǎn)的LNG作為主氣源，同時在卸車方式等也考慮了使用其他氣源的可能。根據(jù)新疆廣匯提供的LNG組分，確定本工程設(shè)計計算用天然氣組分如下：天然氣組分摩爾分子百分數(shù)CH482.422C2H611.100C3H84.533N20.8232其余1.11282.1.2理化參數(shù)經(jīng)過計算，新疆廣匯LNG氣源的理化參數(shù)見下表：理化參數(shù)參數(shù)值高熱值(MJ/Nm3)46.723低熱值(MJ/Nm3)42.340液態(tài)密度(MJ/Nm3)467氣態(tài)密度(MJ/Nm3)0.8629華白數(shù)(MJ/Nm3)57.196運動粘度（m3/s）（標態(tài)）10.98x10-6燃燒勢42.575爆炸上限（％）4.318爆炸下限（％）14.357由上表可知，LNG氣源的華白數(shù)為57.196MJ/Nm3,燃燒勢為42.575；同時威海市將來也有采用渤海天然氣的可能，而渤海天然氣的華白數(shù)為48.88MJ/Nm3,燃燒勢為45.18,盡管均符合《城市燃氣分類》（GB/T13611-92）中12T類，但新疆廣匯的LNG氣源比渤海天然氣氣源華白數(shù)高出近17%，屆時灶具如果不加以改造的話，必將導(dǎo)致將來用戶灶具適應(yīng)性差、燃燒不穩(wěn)定。此外，本LNG站屬于啟動氣源，將來即使煙臺長輸管道來氣以后，它作為備用、調(diào)峰氣源，屆時，仍有供氣的可能，因此，這兩種氣源如能互換是最經(jīng)濟的。在設(shè)計中為解決這個問題，在汽化斤的流程中增加了一套摻混空氣系統(tǒng)，將LNG氣源氣（低熱值42.34MJ/Nm3）與壓縮空氣進行高壓比例式摻混，摻至可與渤海大然氣（低熱值35.11MJ/Nm3）互換，這樣將來威海市不論是采用渤海天然氣作為最終氣源，還是將來事故情況下用LNG作為備用氣源，用戶處均能保證用氣安全、穩(wěn)定，還節(jié)省了大量改造灶具的費用。經(jīng)過計算，新疆廣匯氣源與空氣的摻混比例采用88：12即可達到要求，而且安全可靠。2工藝流程目前。國內(nèi)LNG氣化站所采用的液態(tài)天然氣運輸方式通常有LNG槽車和罐式集裝箱車兩種。河南中原油田生產(chǎn)的LNG采用槽車運輸方式，而新疆廣匯生產(chǎn)的LNG則采用罐式集裝箱車運輸。由LNG槽車或集裝箱車運送來的液化天然氣，在卸車臺通過槽車白帶的自增壓系統(tǒng)（對于槽車運輸方式）或通過卸車臺的增壓器（對于集裝箱年運輸方式）增壓后送入LNG儲罐儲存，儲罐內(nèi)的LNG通過儲罐區(qū)的自增壓器增壓到0.5?0.6Mpa后，進入空溫式氣化器。在空溫式氣化器中，LNG經(jīng)過與空氣換熱，發(fā)生相變，出口天然氣溫度高于環(huán)境溫度10°C以上，再通過緩沖罐緩沖，之后進入摻混裝置，與壓縮空氣進行等壓摻混，摻混后的天然氣壓力在0.4MPa左右，分為兩路，一路調(diào)壓、計量后送入市區(qū)老管網(wǎng)，以中一低壓兩級管網(wǎng)供氣，出站壓力為0.1MPa：另一路計量后直接以0.4MPa壓力送入新建城市外環(huán)，以中壓單級供氣。進入管網(wǎng)前的天然氣進行加臭，加臭劑采用四氫噻吩。冬季空浴式氣化器出口氣體溫度達不到5C時，使用水浴式NG加熱器加熱，使其出口天然氣溫度達到5C?1OC。氣化站的工藝流程框圖如下：主要設(shè)備選型1LNG儲罐3.1.1儲罐選型LNG儲罐按圍護結(jié)構(gòu)的隔熱方式分類，大致有以下3種：a） 真中粉末隔熱隔熱方式為夾層抽真空，填充粉末（珠光砂），常見于小型LNG儲罐。真空粉末絕熱儲罐由于其生產(chǎn)技術(shù)與液氧、液氮等儲罐基本一樣，因而目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家的制造技術(shù)也很成熟，由于其運行維護相對方便、靈活，目前使用較多。國內(nèi)LNG氣化站常用的大多為50m3和100m3圓筒型雙金屬真空粉末LNG儲罐。目前最大可做到200m3，但由于體積較大，運輸比較困難，一般較少采用。真空粉末隔熱儲罐也有制成球形的，但球型罐使用范圍通常為為200?1500m3，且球形儲罐現(xiàn)場安裝難度大。b） 正壓堆積隔熱采用絕熱材料，夾層通氮氣，絕熱層通常較厚，廣泛應(yīng)用于大中型LNG儲罐和儲槽。通常為立式LNG子母式儲罐。c） 高真空多層隔熱。采用高真空多層纏繞絕熱，多用于槽車。本工程采用國內(nèi)LNG氣化站常用的圓筒形雙金屬真空粉末LNG儲罐。考慮到立式罐節(jié)省占地，且立式罐LNG靜壓頭大，對自增壓器工作有利，因此采用立式雙金屬真空粉末LNG儲罐。3．1．2儲罐臺數(shù)儲罐臺數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮氣源點的個數(shù)、氣源檢修時間、運輸周期、用戶用氣波動情況等困素，本工程LNG來源有可能采用河南中原油田或新疆廣匯兩個氣源，運輸周期最遠的可達5天，但隨著新疆廣匯氣源的配套工程建成，將在內(nèi)地建設(shè)若干個轉(zhuǎn)運站，這將進一步縮短運輸周期，綜合考慮以上情況，本工程儲存天數(shù)定為計算月平均日的5天。經(jīng)計算，一期選用100m3立式儲罐4臺，二期增加4臺。其主要工藝參數(shù)如下：工作壓力：0.6MPa,設(shè)計壓力：0．77MPa，工作溫度：-162°C,設(shè)計溫度：-196C,單臺水容積：105m3，內(nèi)罐直徑3000mm，內(nèi)罐材質(zhì)：OCrl8Ni9,外罐直徑3500mm，外罐材質(zhì)：16MnR,夾層填充珠光砂并抽真空。2空溫式氣化器2.1氣化能力氣化器的氣化能力根據(jù)高峰小時用氣量確定，并留有一定富裕量。設(shè)計上配置兩組，互相切換使用。本項目一期工程高峰小時流量3880m3/h,二期工程高峰小時流量8893m3/h。據(jù)此，一期選用6臺2000m3/h空溫式氣化器，分為2組，每組3臺，互相切換：二期增加4臺，每組5臺，互相切換。3.2.2主要工藝參數(shù)工作壓力：0.6MPa，設(shè)計壓力：1.0MPa，工作溫度：-162C，設(shè)計溫度：-196C，立式，主體材質(zhì)：鋁翅片管(LF21),氣化能力：2000m3/h，出口溫度：低于環(huán)境溫度10C。3.3水浴式NG加熱器當環(huán)境溫度較低，空溫式氣化器出口NG溫度低于5C時，在空溫式氣化器后串聯(lián)水浴式NG加熱器，對氣化后的天然氣進行加熱。3.3.1加熱能力加熱器的加熱能力同樣根據(jù)高峰小時用氣量確定，一期設(shè)置1臺5000m3/h水浴式NG加熱器，二期增加1臺。3.3.2主要工藝參數(shù)工作壓力：0.6MPa，設(shè)計硬度力：0.8MPa,進氣溫度；^-30°C,出氣溫度：5?10C,加熱能力；5000m3／h,加熱用熱水由站內(nèi)自建的鍋爐房供應(yīng)。3．4BOG加熱器LNG儲罐日蒸發(fā)率大約為0.15%，這部分蒸發(fā)了的氣體（簡稱BOG）如果不及時排出，將造成儲罐壓力升高，為此設(shè)置了降壓調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)壓力自動排出BOG。儲罐蒸發(fā)的BOG和槽車卸車的BOG，通過1臺BOG加熱器加熱后進入BOG儲罐儲存，在冬季使用水浴式NG加熱器時，BOG可作為熱水鍋爐的燃料，夏季可進入管網(wǎng)。3.5EAG加熱器低溫系統(tǒng)安全閥放空的全部是低溫氣體，在大約-107C以下時，天然氣的重度大于常溫下的空氣，排放不易擴散，會向下積聚。因此設(shè)置一臺空溫式放散氣體加熱器，放散氣體先通過該加熱器，經(jīng)過與空氣換熱后的天然氣比重會小于空氣，高點放散后將容易擴散，從而不易形成爆炸性混合物。6空壓站設(shè)備為保證天然氣與空氣進行高壓比例式摻混，選用14.16m3/min風(fēng)冷式螺桿空氣壓縮機3臺，2開1備，以及相應(yīng)的無熱再生空氣干燥器、壓縮空氣除油器、除塵器以及橇裝式靜態(tài)混合器等設(shè)備。4?安全設(shè)計1危害分析液化天然氣是天然氣儲存和輸送的一種有效的方法，在實際應(yīng)州中，用戶使用的是氣化后的天然氣，因此，在考慮LNG設(shè)備或工程的安全問題時，不僅要考慮天然氣所具有的易燃易爆的危險性，還要考慮液態(tài)的低溫特性和由此引發(fā)的安全問題。液化天然氣的主要成分是甲烷，屬易燃易爆氣體，能與空氣混合形成爆炸性混合物，其爆炸下限較低（約為4.3%），少量泄漏一旦遇到明火就易引起爆炸：同時液態(tài)天然氣又有低溫的特性，如果發(fā)生LNG溢出或泄漏，在-107C以下時，氣體密度比空氣大，容易向下積聚，溢出的LNG蒸發(fā)速度非?？欤杆倮鋮s周圍空氣中的水蒸汽，形成大量的白色蒸汽云，并四處擴散，如果遇到火源將引起火災(zāi)，造成嚴重后果，低溫還會導(dǎo)致灼傷、凍傷、體溫降低等；另外，LNG系統(tǒng)在常溫下安裝，在低溫條件下運行，前后溫差很大（?180C0）:因此，在設(shè)計中都必須采取必要的措施。2安全考慮對于液化天然氣的生產(chǎn)、儲運和氣化供氣的各個環(huán)節(jié)，主要考慮的安全問題就是如何防止天然氣泄漏，與空氣形成可燃的混合氣體，消除引發(fā)爆炸、燃燒的基本條件以及LNG設(shè)備的防火及消防要求；防止LNG設(shè)備超壓，引起超壓排放；由于LNG的低溫特性，對材料和設(shè)備制作方面的相關(guān)要求：LNG系統(tǒng)安裝與運行溫差大帶來的相關(guān)要求：及進行LNG操作時，操作人員的防護等。2.1有關(guān)規(guī)范由于目前國內(nèi)尚無針對液化天然氣的專門規(guī)范，而《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160—92,99年版）中液化烴的定義中包含有液化天然氣，因此在消防方面主要執(zhí)行的是《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160—92）中的相關(guān)條款，同時也部分借鑒了美國標準NFPA59A《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝運標準》：在氣化后的常溫天然氣部分則主要執(zhí)行的是《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028-93,2002年版）。最近國家有關(guān)部門對《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》進行修改，擬增加液化天然氣一個章節(jié)，我們期待這個規(guī)范能夠盡快執(zhí)行。2.2設(shè)計措施a）緊急關(guān)閉系統(tǒng)（ESD）每臺LNG儲罐的底部進液管和出液管均裝設(shè)了氣動緊急切斷閥，在緊急情況下，可在卸車臺、儲罐區(qū)或控制室就近切斷。緊急切斷系統(tǒng)可控制LNG的連續(xù)釋放產(chǎn)生的危害。b） 可燃氣體檢測儀在卸車臺、儲罐區(qū)及氣化區(qū)等天然氣有可能發(fā)生泄漏的地方，均設(shè)置了可燃氣體檢測儀，當檢測出的環(huán)境中可燃氣體含量超標（達到爆炸下限的20％）時發(fā)出警報，工作人員可根據(jù)具體情況選擇處理。c） 低溫檢測儀在儲罐底部等有可能發(fā)生LNG泄漏并有可能對設(shè)備基礎(chǔ)造成損害的地方，設(shè)置低溫檢測儀，在檢測到異常低溫時報警。d） 控制系統(tǒng)LNG儲罐液位設(shè)高、低液位報警，當儲罐在空溫式氣化器進液管道上設(shè)置氣動緊急切斷閥，與出口溫度聯(lián)鎖．當氣化器結(jié)霜過多或發(fā)生故障時，導(dǎo)致出口溫度低于正常值時，報警并聯(lián)鎖切斷。此外，還設(shè)有一些溫度、壓力檢測項目，以實現(xiàn)安全控制。e） 安全泄放系統(tǒng)LNG的體積膨脹系數(shù)很高，通?？蛇_600倍，在密閉情況下，LNG受熱膨脹，引起管道內(nèi)壓急劇升高會導(dǎo)致管道發(fā)生破裂，因此，在液相管道兩道閥門之間加設(shè)安全閥。此外，LNG儲罐也設(shè)有安全閥，一旦罐內(nèi)壓力超高，安全閥起跳，可將超壓氣體排出，保護儲罐。f） 消防在LNG儲罐區(qū)設(shè)置了排液溝和積液池，安裝移動式泡沫滅火裝置，設(shè)置了2x1500m3的消防水池，廠區(qū)設(shè)置環(huán)狀消防給水管網(wǎng)，安裝地上消火栓若干，儲罐區(qū)設(shè)置1米高的擋液堤，并安裝消防水炮及消防噴淋裝置，此外儲罐匡和氣化巨還分別設(shè)置干粉滅火裝置著干。g） 火災(zāi)報警卸車臺、儲罐區(qū)、氣化區(qū)均設(shè)置了火災(zāi)報警系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場感煙探頭探測到的情況報警或人為手動報警。h） 閥門、管道及管件站區(qū)工藝管道大體上分為兩種。介質(zhì)溫度大于-20r的管道選用碳鋼無縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼：介質(zhì)溫度小于-20r的管道選用不銹鋼無縫鋼管，材質(zhì)為0Crl8Ni9。LNG管件采用與LNG輸送管道相同（或相匹配）技術(shù)要求的管件，如法蘭采用不銹鋼材質(zhì)的0Crl8Ni9,密封墊片采用不銹鋼金屬纏繞墊片。根據(jù)目前國內(nèi)LNG站運行的情況，關(guān)鍵閥門選用日本進口低溫閥門，其余閥門一律選用國產(chǎn)專用低溫閥門。LNG系