LNG 氣化站工藝設(shè)計及施工管理

龐美飛

（上海生特輝建設(shè)有限公司 上海 200335）

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）氣化站是城市利用LNG 的主要措施，而LNG 氣化站工程是一項龐大的工程。我國東南沿海地區(qū)經(jīng)濟相對發(fā)達(dá)，燃料已由傳統(tǒng)的煤油改為天然氣［1］。LNG 氣化站與人們的生活息息相關(guān)，已成為城市生活建設(shè)和環(huán)境保護的重要措施，LNG 氣化站的建設(shè)需要專業(yè)知識強的工程技術(shù)人員［1］。LNG 氣化站工藝設(shè)計及施工管理是一系列切實可行的工作，需要不斷滿足高標(biāo)準(zhǔn)和高技術(shù)要求，使LNG 氣化站更好地造福人類。

1 LNG 氣化站工藝設(shè)計

1.1 LNG 氣化站工藝概述

城鎮(zhèn)內(nèi)小型LNG 氣化站，主要是利用LNG 槽車，將槽車內(nèi)LNG 輸送至立式LNG 低溫儲罐儲存。當(dāng)城鎮(zhèn)管網(wǎng)天然氣短缺時，從LNG 低溫儲罐往市政天然氣管網(wǎng)輸送氣化后的天然氣。

1.2 LNG 氣化站選址

LNG 氣化站的位置和總體布局關(guān)系到安全以及交通便利，布置必須符合《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》的要求，并需要滿足城市居民的需求，為未來的發(fā)展留下足夠的空間。

合理布置氣化站結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)施，使整個氣化站安全、經(jīng)濟、美觀。站場總平面布置分為生產(chǎn)區(qū)（含卸車、儲存、氣化、調(diào)壓等工藝區(qū)）和輔助區(qū)（含控制室、消防水池等）。生產(chǎn)區(qū)應(yīng)設(shè)置在年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)向。

1.3 LNG 氣化站主要設(shè)備的選擇

LNG 儲罐主要分為立式真空儲罐、帶壓子母儲罐、低溫常壓罐等。

立式真空罐為雙層金屬罐，內(nèi)罐為耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐為碳鋼材料，夾層填充絕熱材料，并抽真空。當(dāng)LNG總儲存量在1 000 m3以下，一般采用多臺真空罐共同儲存。本文只要介紹以立式真空罐作為LNG 儲罐的LNG 氣化站。

帶壓子母罐的內(nèi)罐是多個耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐是一個大碳鋼容器罩在多個內(nèi)罐外面，內(nèi)外罐之間也是填充絕熱材料，夾層通入干燥氮氣，以濕空氣方式進(jìn)入。當(dāng)儲存規(guī)模在1 000 m3～5 000 m3時，一般采用帶壓子母罐。

低溫常壓罐的結(jié)構(gòu)有雙金屬罐，也有預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；有地上罐，也有地下罐；一般用于儲存量較大的情況。

LNG 氣化器主要采用翅片式空氣氣化器，在末端輸送處才會根據(jù)需要配置水浴加熱器。空氣氣化器投資成本低、運行成本低，但體積大、占地面積大。冬季翅片式空氣氣化器出口天然氣溫度不超過5 ℃時，在送氣末端再添加水浴加熱器使溫度符合要求。水浴加熱器的優(yōu)點是它體積小，使用方便，出口溫度更穩(wěn)定，初始投資成本相對較低，維護成本相對比翅片式空氣氣化器高［2］。

1.4 卸車

液化天然氣在卸車過程中不需要額外的電力。LNG 槽車內(nèi)液化天然氣經(jīng)過一個翅片式空氣氣化器（也叫自增壓氣化器），氣化后氣相天然氣返回到LNG 槽車，以此增加LNG 槽車內(nèi)的壓力，當(dāng)壓差達(dá)到一定值之后，打開LNG 主液相管道閥門，LNG 在壓差作用下從LNG 槽車輸送至LNG 儲罐。卸料過程中要注意2 個問題：①液體通過管道時或進(jìn)入罐內(nèi)后可能產(chǎn)生閃蒸，產(chǎn)生的氣體也可能進(jìn)入罐內(nèi)，引起罐內(nèi)壓力升高，阻礙卸車；②隨著液體的進(jìn)入，罐內(nèi)液位上升，而氣相空間會不斷被壓縮，這會增加罐內(nèi)壓力，大大減少液體流量［3］。

解決這些問題的方法如下：進(jìn)行管道預(yù)冷工作，合理使用LNG 儲罐進(jìn)料口。在進(jìn)料過程中，連續(xù)向LNG 儲罐內(nèi)注入液化天然氣。當(dāng)LNG 槽車內(nèi)液體溫度低于LNG 儲罐內(nèi)液體溫度時，可選擇上進(jìn)料方式。此時，液體通過罐內(nèi)氣相空間噴射，過冷液滴將吸收罐內(nèi)氣體，降低罐內(nèi)壓力，加快卸車速度。增大氣液換熱面積，在罐內(nèi)形成氣液兩相對流，加速減壓過程。當(dāng)LNG 槽車內(nèi)液體溫度高于LNG 儲罐內(nèi)液體溫度時，應(yīng)選用下進(jìn)料方式。溫度較高的液化天然氣進(jìn)入儲罐后，首先與溫度較低的液體接觸，迅速降溫，以減少氣化傾向，避免影響卸車。當(dāng)然，如果沒有溫差，也可以自由選擇。選擇合適的進(jìn)料口，不但可以降低LNG 儲罐的壓力，也可以減少翻滾的發(fā)生。

1.5 管道預(yù)冷工藝

卸料平臺管道為常溫管，LNG 為低溫液體。因此，從卸料平臺到儲罐組的液體管道在每次進(jìn)料前都應(yīng)進(jìn)行預(yù)冷處理，以減少LNG 閃蒸量并防止管道破裂。為達(dá)到預(yù)冷處理的目的，在進(jìn)行LNG 槽車自增壓的同時，留出小流量的LNG 液體通往LNG 儲罐，進(jìn)行管道預(yù)冷。兩個閥門通常安裝在主液相管道和氣相天然氣管道之間。在預(yù)冷處理過程中，打開相應(yīng)閥門，使低溫流體緩慢進(jìn)液過相管道，部分氣化氣體進(jìn)入氣相管網(wǎng)系統(tǒng)。當(dāng)液相管網(wǎng)上溫度傳感器送達(dá)的溫度明顯降至LNG 液體溫度時，停止預(yù)冷。

1.6 LNG 儲罐氣化

從LNG 低溫儲罐往天然氣管網(wǎng)輸送時，首先通過氣化器自增壓系統(tǒng)提高LNG 儲罐內(nèi)部壓力，打開罐的底部出液閥，將儲罐內(nèi)的LNG 送至翅片式空氣氣化器，經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)、計量、除臭劑等過程被傳送到燃?xì)庀到y(tǒng)管道，然后傳送到城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)。冬天氣化后的天然氣溫度低于5 ℃時，需要在翅片式空氣氣化器出口增加水浴加熱器，以保證氣化效果。

1.7 對于氣化氣(BOG)的處理方式

BOG 主要來自LNG 低溫儲罐（每天0.3%的儲罐自然氣化率），LNG 槽車卸車時也會產(chǎn)生小部分的氣化氣體。氣化的LNG 氣體再經(jīng)過翅片式氣化器，以提高溫度，直接送到城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)。

2 LNG 氣化站的施工管理

LNG 氣化站的施工最重要的是保證安全。施工的主要作業(yè)有：生產(chǎn)區(qū)（打樁、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、埋地管道、消防水池基坑、LNG儲罐以及氣化器安裝、管道儀表安裝），輔助區(qū)（雨水井，輔房基礎(chǔ)及上部建筑物，消防及報警設(shè)施，場內(nèi)道路）。

2.1 生產(chǎn)區(qū)的施工管理

LNG 立式儲罐對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的要求高，需要挖基坑并打樁。如果基坑較深，需要對基坑方案進(jìn)行專家論證。施工過程中，必須做好基坑圍護，防止人員跌落等傷亡事故。打樁以及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的施工，由于工序較多，每個工序之間環(huán)環(huán)相扣，需要注意天氣變化對施工的影響，尤其夏天雨季施工對施工質(zhì)量和進(jìn)度影響較大。在進(jìn)行打樁以及基坑基礎(chǔ)施工之后，需要做好埋地管道的套管敷設(shè)，以避免反復(fù)的破土及恢復(fù)工作。做好以上工作后，原則上生廠區(qū)就可以進(jìn)行硬化地坪的工作。LNG 儲罐的安裝次序可以在硬化地坪前，也可以在硬化地坪后，考慮到起吊LNG 儲罐的吊車較重，為避免對硬化地坪的破壞，可以選擇先安裝LNG 儲罐。其他設(shè)備、管道以及儀表的安裝可以待地坪硬化后，與其他施工同時進(jìn)行，但需要避開場內(nèi)道路施工工序，因為當(dāng)進(jìn)行場內(nèi)道路施工時，無法為場內(nèi)運送材料等物資。

2.2 輔助區(qū)的施工管理

輔助區(qū)的施工，主要特點是施工作業(yè)內(nèi)容多、施工空間小、交叉作業(yè)多，施工次序的選擇對施工進(jìn)度有較大影響。一般先進(jìn)行輔房的基礎(chǔ)工作，待輔房封頂后，進(jìn)行雨水井以及場內(nèi)道路工作。待場內(nèi)道路硬化后，進(jìn)行輔房內(nèi)的裝修工作，以及其他收尾工作。

2.3 其他注意事項

施工過程中，要嚴(yán)格遵守設(shè)計圖紙以及設(shè)計要求進(jìn)行施工，并且把好材料的質(zhì)量關(guān)，確保工程質(zhì)量。密切跟蹤材料的到場情況，以免對進(jìn)度產(chǎn)生影響，從而增加施工成本。

3 LNG 的儲存

3.1 儲罐容量

儲罐總?cè)莘e通常按3 d～7 d 的日均氣量確定。天然氣廠的數(shù)量、使用壽命、工業(yè)用氣質(zhì)量等因素取決于天然氣設(shè)備的性質(zhì)和具體用途。如果只有1 座天然氣廠，在維護天然氣管道時，應(yīng)考慮儲氣罐的總?cè)萘浚员ＷC天然氣的正常供應(yīng)。

3.2 存儲模式

儲罐是LNG 儲存站的主要設(shè)備。這直接影響到儲能站的正常生產(chǎn)，并且涉及到相當(dāng)一部分成本。使用保溫性能較好的LNG 儲罐保證罐內(nèi)LNG 汽化率低于0.3%。

3.3 LNG 翻滾

LNG 在儲罐內(nèi)滾動分層會導(dǎo)致罐內(nèi)壓力和溫度失去平衡，罐內(nèi)壓力升高。為了保持壓力穩(wěn)定，必須防止液化天然氣的分層。在設(shè)計過程中，可以采取一些措施防止LNG 的分層和LNG 儲罐垂直溫度檢測。

4 LNG 的潛在危害

根據(jù)液化天然氣的特點，在儲存和生產(chǎn)過程中處理不當(dāng)會造成以下危害：設(shè)備或管道在低溫下發(fā)生脆性斷裂，操作人員容易凍傷。此外，液化天然氣由熱超壓產(chǎn)生的少量液化天然氣可轉(zhuǎn)化為大量的天然氣。加熱時，壓力會增加。設(shè)備和管道迅速增加，壓力超過時發(fā)生事故。LNG 與空氣的氣化和混合達(dá)到爆炸極限，增加了爆炸和燃燒的危險，會對人員和設(shè)備造成很大的損害。

5 結(jié)語

在當(dāng)今可持續(xù)資源節(jié)約型社會，LNG 作為1 種清潔能源將得到越來越廣泛的應(yīng)用。在LNG 的應(yīng)用過程中，必須采用增壓控制閥的方法來實現(xiàn)自動增壓的功能。同時，氣壓站也是主要危險源，要與消防、公安等部門建立協(xié)作聯(lián)系，確保問題及時解決，把損失降到最低。LNG 氣化站的設(shè)計和施工要有效的監(jiān)管，國家有關(guān)部門要制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，實行嚴(yán)格的監(jiān)督。LNG 在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，因此，必須以保證安全。