LNG氣化站工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及要點(diǎn)分析

李興泉 施靜林

（山東匯通能源利用集團(tuán)有限公司，山東 煙臺 264002）

考慮到提高A市的應(yīng)急儲備能力，保障不可中斷用戶的應(yīng)急儲備用氣，同時(shí)為了能夠充分利用現(xiàn)有土地資源，簡化前期手續(xù)辦理流程和周期，更好的服務(wù)于天然氣汽車的發(fā)展，合理減少項(xiàng)目投資成本，提高運(yùn)營收益率，某燃?xì)夤緵Q定建設(shè)一座具備加氣功能的LNG氣化站。本人個(gè)人觀點(diǎn)認(rèn)為在未來城鎮(zhèn)化發(fā)展對土地資源的使用越來越緊張的條件下，建設(shè)LNG氣化站與LNG加氣站的合建站將越來越普及，同時(shí)還可以產(chǎn)生的BOG直接輸送到下游管網(wǎng)，從而節(jié)約了天然氣能源，也對環(huán)境減少了污染。因此本文以某LNG氣化加氣站為例，介紹工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及要點(diǎn)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于A市某次高壓B天然氣門站內(nèi)的自有土地。建設(shè)內(nèi)容為儲氣容積為900m3的LNG氣化站1座，占地面積約30.38畝。項(xiàng)目總投資為6551萬元，其中工程費(fèi)為5017萬元，工程建設(shè)其他費(fèi)用為938萬元，預(yù)備費(fèi)為596萬元。

1.2 設(shè)計(jì)規(guī)模

本項(xiàng)目考慮6個(gè)150立方米的LNG低溫真空罐，總儲存容積為900立方米，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氣態(tài)天然氣為54萬立方米。在應(yīng)急狀況下，氣化規(guī)模為1萬立方米／時(shí)，每天按24小時(shí)考慮，則該站的應(yīng)急天數(shù)為2.25天。針對儲存規(guī)模為900m3的氣化站，可考慮兩種建設(shè)方案，方案一設(shè)計(jì)6個(gè)150m3的真空罐，對應(yīng)消防水池總?cè)莘e為2000m3（包括兩個(gè)1000m，獨(dú)立水池）；方案二設(shè)計(jì)1個(gè)900m3的子母罐，對應(yīng)消防水池總?cè)莘e為4000m3（包括兩個(gè)2000m3獨(dú)立水池）。方案二和方案一相比，消防水池占地大，所以工程推薦方案一。

2 LNG氣化站工藝LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 總圖布置

總體設(shè)計(jì)思想包括：站區(qū)內(nèi)布置、服務(wù)對象（公交、運(yùn)輸車輛、私家汽車等）、站點(diǎn)設(shè)計(jì)容量、符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求、對周邊環(huán)境的影響、投資回報(bào)率、運(yùn)營維保、網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)等。本LNG氣化站站內(nèi)設(shè)置900m3LNG低溫儲罐，該項(xiàng)目氣源由槽車運(yùn)輸至場站。設(shè)計(jì)主要設(shè)備有150m3LNG儲罐6臺，卸車增壓器3臺、儲罐增壓器3臺、空溫式氣化器4臺、水浴式加熱器1臺、BOG加熱器1臺、EAG加熱器1臺、調(diào)壓撬1臺、計(jì)量撬1臺、加氣機(jī)4臺等。LNG氣化加氣站分為生產(chǎn)區(qū)、輔助區(qū)和辦公區(qū)。生產(chǎn)區(qū)布置在廠區(qū)南部，輔助區(qū)布置在廠區(qū)東北部，辦公區(qū)布置在廠區(qū)西部。生產(chǎn)區(qū)主要包括卸車區(qū)、LNG儲罐區(qū)、氣化區(qū)、加氣區(qū)及加氣站房等；輔助區(qū)有配電室、柴油發(fā)電機(jī)房、消防水池及泵房、鍋爐房、壓縮機(jī)房、深井間等；辦公區(qū)由辦公樓、值班室、控制室、車庫組成。各個(gè)功能區(qū)要具備劃分清晰、彼此貼臨，聯(lián)系緊密的特點(diǎn)。

2.2 設(shè)備布置

1）儲罐基礎(chǔ)高度，潛液泵所需凈正壓頭為1-4米，其進(jìn)口高出設(shè)備底約0.5米，基礎(chǔ)高為0.2米，則在考慮儲罐基礎(chǔ)高度時(shí)，應(yīng)保證儲罐底部高于地面不小于1.7米。

2）安全間距，GB50028-2006主要適用于LNG氣化站，而LNG氣化站通常建于城市建成區(qū)以外。除重要公共建筑外，規(guī)范中LNG儲罐及放散總管與站外建、構(gòu)筑物的防火間距比GB50156-2012（2014年版）中LNG儲罐及放散管與站外建、構(gòu)筑物的防火間距大。但是GB50156-2012（2014年版）對此有比較詳細(xì)的規(guī)定，而GB50028-2006對卸車點(diǎn)、加氣機(jī)等與站外建、構(gòu)筑物的防火間距以及加氣區(qū)內(nèi)設(shè)施（儲罐與加氣機(jī)、站房、放散管等）之間的防火間距均沒有涉及。GB50156-2012（2014年版）主要適用于LNG加氣站、L-CNG加氣站等場站的工程設(shè)計(jì)和施工。就LNG加氣站而言，主要適用于LNG總儲存容積不大于180m3的情況，該規(guī)范對LNG加氣站的規(guī)模，卸車點(diǎn)、LNG儲罐、加氣機(jī)、放散管管口與站外建、構(gòu)筑物的防火間距，LNG加氣站內(nèi)設(shè)施之間的防火間距及消防系統(tǒng)均作了明確規(guī)定。在消防設(shè)施方面，GB50028-2006比GB50156-2012更嚴(yán)格：①在儲罐的消防設(shè)施方面，GB50028要求儲罐的單罐容積＞20m3，或總?cè)莘e＞50m3，時(shí)，儲罐應(yīng)設(shè)置固定消防冷卻系統(tǒng)；而GB50156中沒有明確規(guī)定需要設(shè)固定消防冷卻系統(tǒng)。②對移動式消防用水量方面，GB50028要求單罐容積小于等于50m3或總?cè)莘e小于等于200m3時(shí)，水槍用水量不小于20L／S，連續(xù)供水時(shí)間不小于3小時(shí)；單罐容積大于50m3或總?cè)莘e大于200m3時(shí)，水槍用水量不小于30L／S，連續(xù)供水時(shí)間不小于6小時(shí)。而GB50156中規(guī)定一級站消火栓消防水量不應(yīng)小于20L／S，連續(xù)供水時(shí)間不小于2小時(shí)；二級站消火栓消防水量不應(yīng)小于15L／S，連續(xù)供水時(shí)間不小于2小時(shí)。3）氣化器之間的距離，按照規(guī)范要求，氣化器之間應(yīng)至少不小1.5米間距。本項(xiàng)目中的空溫式氣化器規(guī)格為5000Nm3／h，長×寬×高為3.3米×3.0米×10.3米。因?yàn)轶w積大，為了保證合適的維檢修空間，將原設(shè)計(jì)的中心距由4m擴(kuò)大至5m。

2.3 管道布置

對槽車卸車區(qū)、儲罐區(qū)、氣化區(qū)的LNG，BOG，EAG、壓縮空氣管道主要采用低支架架空敷設(shè)。汽車加氣區(qū)的管道采用管溝敷設(shè)，管底距溝底不小于0.2m，為了檢修方便，管溝內(nèi)不填砂，做濃度報(bào)警。

1）管系選擇，LNG管道通常采用奧氏體不銹鋼管，材質(zhì)為06Crl9Ni10，具有優(yōu)異的低溫機(jī)械性能。站區(qū)LNG管道在常溫（20℃）下安裝，在低溫（-162℃）下運(yùn)行，預(yù)冷時(shí)溫度為-196℃，前后溫差高達(dá)216℃，存在著較大的冷收縮量和溫差應(yīng)力，通常采用“II”型和“L”型自然補(bǔ)償，補(bǔ)償工藝管道的冷收縮。奧氏體不銹鋼管在-162℃時(shí)，線性膨脹率為0.0015cm／m·℃；在20℃時(shí)，線性膨脹率為0.0016cm／m·℃。根據(jù) 《管架標(biāo)準(zhǔn)圖））HG／T21629-1999。當(dāng)L＝300mm時(shí)，適用于管道軸向伸長量為50mm，能承受最大軸向推力18000N；當(dāng)L＝450mm時(shí)，適用于管道軸向伸長量為125mm，能承受最大軸向推力25000N。根據(jù)以上參數(shù)，當(dāng)管托長度為300mm，要將位移量控制在50mm以內(nèi)，直管段的長度需要小于15.5米；當(dāng)管托長度為450mm，要將位移量控制在125mm以內(nèi)，直管段的長度需要小于46.25米。本工程選擇“L”型管系，示意圖如下：

圖2 “L”型管系接支管示意圖

通過計(jì)算，本管系中固定支架的接點(diǎn)號分別為20、190、230、280和320，在操作狀態(tài)下，DN100時(shí)固定支架20的推力為7605N。奧氏體不銹鋼的許用應(yīng)力為137894.3kPa，管系的一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均滿足材料要求。彎頭節(jié)點(diǎn)80處的位移為48.787mm；支架節(jié)90處的位移為30.227mm，滿足要求。

2）管道間距，管道保冷層的厚度為100mm，并且考慮100mm的安裝檢修空間，保證管道的凈距為300mm。

3）管道高程，因加液區(qū)管溝內(nèi)的管道彎頭上面與溝道蓋板之間間距過小，保溫量不夠，影響溝道蓋板，因此將溝內(nèi)管道標(biāo)高整體下降0.15m。

3 結(jié)語

綜上，本建設(shè)項(xiàng)目的選址符合國家現(xiàn)行有關(guān)安全生產(chǎn)法律、法規(guī)和區(qū)域規(guī)劃的要求。所采取的工藝技術(shù)先進(jìn)可靠，生產(chǎn)設(shè)備選配合理，公用工程和輔助設(shè)施可滿足項(xiàng)目生產(chǎn)、安全的要求。