南京市某LNG應急儲配站設計問題分析

饒映明，陳國輝

（1.中建八局第三建設有限公司設計研究院，江蘇南京 210000；2.南京江寧華潤燃氣有限公司，江蘇南京 210000）

1 項目概況

南京市某LNG應急儲配站容量為800m3LNG立式儲罐（儲罐幾何容積4×200m3），場站設計氣化規(guī)模為20 000m3/h，LNG經(jīng)過升壓氣化后直接進入原有高壓燃氣管道（設計壓力4.0MPa），作為應急調(diào)峰氣源使用。場站主要建設內(nèi)容包括場站工藝系統(tǒng)、全站集中控制及管理系統(tǒng)、全站配套公用工程。

2 工藝流程及事故工況的應對措施

2.1 工藝流程

南京市某LNG應急儲配站基本功能有LNG裝卸、儲存、加壓、氣化、計量加臭外輸、LNG瓶組罐裝、BOG回收及放散系統(tǒng)等，同時為后期接中壓管道預留中壓接口。該站的工藝流框程見圖1。

圖1 LNG儲配站工藝流程框圖

（1）卸車工藝

卸車時，采用站內(nèi)設卸車增壓撬的方式。卸車前須對裝液儲罐減壓，打開專門設置的手動BOG閥進行卸壓至0.3MPa左右。槽車中的LNG在常壓、-162℃條件下，利用站內(nèi)卸車增壓器給槽車增壓至0.6MPa，利用壓差將LNG通過液相管線送入儲配站需儲液低溫儲罐。

（2）儲存增壓工藝

LNG儲罐內(nèi)儲存壓力較低，運行時需要對LNG儲罐進行增壓，以維持其0.50-0.60MPa的壓力，保證正常流量。

（3）LNG低溫泵增壓工藝

LNG儲罐正常運行時，壓力維持在0.5～0.6MPa，LNG需要通過LNG低溫泵增壓至3.5MPa后進入氣化器，氣化后外輸。

（4）氣化加熱工藝

氣化加熱常規(guī)方式有高壓空溫式氣化器和強制水浴式氣化器兩種形式，本設計采用高壓空溫式氣化器與強制水浴式氣化器相互備用的方式，夏季使用自然能源，冬季利用強制水浴式氣化器進行增熱，即可滿足生產(chǎn)需要，又可充分利用環(huán)境熱量，降低能耗。

（5）BOG工藝

BOG主要來源于LNG儲罐、卸車過程以及LNG灌裝過程，BOG的處理采用直接加熱調(diào)壓輸出的方式。

（6）灌裝工藝

LNG灌裝工藝主要灌裝的鋼瓶規(guī)格為410L液化天然氣鋼瓶。灌裝鋼瓶時，液化天然氣通過液相天然氣管道進入液化天然氣鋼瓶中，鋼瓶中天然氣氣相（BOG）通過氣相回收管道進入BOG加熱器加熱并調(diào)壓加臭后進入城鎮(zhèn)天然氣管道。這樣使灌裝時的壓差始終保持在0.3MPa左右，以提高灌裝速度。

（7）EAG工藝

為了保證系統(tǒng)的安全，LNG儲罐及LNG液相管道上兩個切斷閥之間必須設置安全閥，EAG氣體主要在設備及管道超壓時排放。為防止EAG在放散時聚集，需將EAG加熱至高于-107℃后，經(jīng)阻火器通過10m高的放散塔高點排放。

（8）高壓計量加臭及中壓調(diào)壓計量撬工藝

高壓計量加臭撬主路調(diào)壓采用3+0結構，工作壓力3.5MPa；中壓調(diào)壓計量撬BOG路調(diào)壓采用2+0結構，進口壓力0.4～0.6MPa，出口壓力0.36MPa；自用氣調(diào)壓系統(tǒng)采用2+0結構，進口壓力0.2～0.36MPa，出口壓力10kPa。

加臭采用橇裝式自動加臭設備，加臭設備為三路三泵設計，其中高壓天然氣管道加臭為雙路雙泵設計，中壓天然氣管道加臭為單路單泵設計，加臭計量20mg/m3。

2.2 事故工況的應對措施[3]

（1）故障

① LNG低溫泵

本設計采用兩臺低溫泵互為備用的形式，任意一臺泵均可滿足生產(chǎn)的需求。

② 閥門

在設備及管道上設置的緊急切斷閥均設置有閥位指示裝置。

③工藝管道

在設備進出口均設置了閥門，當連接各設備的管道泄漏時，可將管道兩端的閥門關閉，通過放空閥將管道內(nèi)的液體或者氣體放空進行檢修。

（2）儲罐應急泄壓

由于火災或者其他原因造成儲罐內(nèi)液體分層或者翻滾時，儲罐氣相出口的減壓閥打開，將產(chǎn)生的BOG排至BOG總管，通過BOG氣化器升溫后，進入城鎮(zhèn)中壓管網(wǎng)。

（3）火災

在儲罐區(qū)、氣化區(qū)、卸車區(qū)等重點區(qū)域設置了防爆急停按鈕、火焰探測系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)。儲罐區(qū)為重點監(jiān)控區(qū)，當發(fā)生局部火災時，未著火儲罐迅速啟動噴淋冷卻裝置，著火儲罐的LNG也可實現(xiàn)倒罐功能，同時儲罐的氣相管道也可將產(chǎn)生的氣體迅速排放至放空系統(tǒng)，啟動消防系統(tǒng)，迅速撲滅火災。

（4）誤操作

本項目中閥門較多，由于人為誤操作可導致系統(tǒng)壓力升高。為防止誤操作造成事故，在設備、閥門及閥門間的管道上均設置緊急放散系統(tǒng)，并采用手動與自動雙保險的設置，減壓與升壓系統(tǒng)均采用機械式的設置，減少人員的操作，在主要閥門上設置閥位顯示和監(jiān)測。

（5）LNG泄漏

在存在LNG大量泄漏可能性的儲罐區(qū)、卸車區(qū)設置積液池，一旦發(fā)生泄漏，泄漏的LNG將經(jīng)倒流溝流入積液池。儲罐區(qū)、卸車區(qū)均設有低溫探頭，可燃氣體報警探測器和高倍數(shù)泡沫系統(tǒng)，當LNG泄漏后，采用高倍數(shù)泡沫覆蓋，控制LNG蒸發(fā)速度，逐步清除泄漏的LNG。

2.3 站控系統(tǒng)

站控系統(tǒng)采用PLC、上位機和輸入輸出設備組成一套完整獨立的集中控制系統(tǒng)。相關運行參數(shù)采用就地顯示控制及控制室顯示，并通過站控系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和控制。各部位的壓力表、液位計、緊急切斷閥、各類報警監(jiān)測（低溫、泄漏）器等均根據(jù)需要采用就地顯示、控制及控制室監(jiān)視和控制。

站控系統(tǒng)預留通信接口，與燃氣公司的SCADA調(diào)度中心通信。

為了便于人員操作，在儲罐區(qū)防護堤外、卸車去區(qū)、氣化區(qū)設置相應的ESD按鈕。

3 消防設計

3.1 消防滅火設施

主要消防滅火設置有水噴霧系統(tǒng)、高倍數(shù)泡沫發(fā)生器、消火栓、干粉滅火器等。

3.2 消防水量的計算

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》GB50974—2014[4]規(guī)定要求，本項目同一時間內(nèi)的火災次數(shù)應按一次考慮，消防水量應按需水量最大的儲罐區(qū)計算。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028—2006[5]的規(guī)定計算消防水量，消防水量主要包括冷卻噴淋水量和消防水槍水量，噴淋裝置的供水強度取0.15L/s·m2，消防水槍用水量取30L/s，火災連續(xù)時間6h計算，則消防總用水量為 1 720.44m3。本項目設置蓄水量為900m3的消防水池2座。

4 加熱系統(tǒng)

LNG氣化成常溫天然氣需要吸收大量的熱量，考慮到LNG氣化冷霧和冬季低溫氣化的穩(wěn)定性，該項目氣化系統(tǒng)由強制氣化系統(tǒng)和自然氣化系統(tǒng)組成，故該系統(tǒng)需要為自然氣化水浴式復熱器和LNG強制氣化器提供熱源，熱源采用天然氣熱水鍋爐。

根據(jù)工藝系統(tǒng)、節(jié)能及工作效率的需要，自然氣化復熱供熱水系統(tǒng)和強制氣化供熱水系統(tǒng)設置為相互獨立系統(tǒng)。水浴式復熱器進口最低溫度為-15℃，出口溫度為5℃，自然氣化復熱量為20 000m3(標)/h（NG）；LNG強制氣化器進口最低溫度為-138℃，出口溫度為5℃，LNG強制氣化量為20 000m3/h（NG）。計算得自然氣化后復熱器換熱量為0.35MW，故選用2臺0.35MW熱水爐（一開一備）；強制氣化換熱量為4.20MW[2]，故根據(jù)要求選用2臺2.10MW熱水鍋爐（同時啟用）。兩系統(tǒng)互為備用，通常情況開啟自然復熱供熱水系統(tǒng)，待自然氣化復熱效果達不到預期氣化規(guī)模時，開啟強制氣化供熱水系統(tǒng)。

5 結論及建議

隨著社會的不斷發(fā)展，天然氣的應用在人類的生產(chǎn)生活中扮演著越來越重要的作用，城市天然氣應急調(diào)峰設施作為城市供氣的保障措施，成為了燃氣企業(yè)亟待解決的問題。

1）應急調(diào)峰站采用高壓氣化系統(tǒng)形式適用于氣化規(guī)模較大，場站周邊僅有高壓管網(wǎng)，站址距離集中用氣點較遠等情況；

2）強制氣化與自然氣化相結合的氣化系統(tǒng)可充分利用環(huán)境能量，降低能耗，也可保障冬季極端天氣的燃氣保供穩(wěn)定性，減少冷霧對周邊環(huán)境的影響；

3）自然氣化復熱器和強制氣化器所需燃氣鍋爐熱水供應系統(tǒng)按兩套系統(tǒng)設計，可合理選擇不同系統(tǒng)運行，節(jié)約能源，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象。