液化天然氣(LNG)氣化站設(shè)計(jì)優(yōu)化

液化   氣氣化站(以下簡(jiǎn)稱LNG氣化站)是對(duì)無(wú)法使用管輸   氣城鎮(zhèn)的主要?dú)庠椿蜻^(guò)渡氣源，也是許多使用管輸   氣供氣城鎮(zhèn)的補(bǔ)充氣源或調(diào)峰氣源。從2000年至今，我院在廣東、廣西、江蘇、山東、福建、江西、河南、遼寧、吉林等多省市己設(shè)計(jì)LNG氣化站幾十座，規(guī)模從2*50m³到12*150m³不等。“、工期快、投資低”是每個(gè)氣化站建設(shè)的基本要求，所以設(shè)計(jì)   優(yōu)化。
　　一、LNG氣化站工藝簡(jiǎn)介
　　LNG氣化站主要包括卸車臺(tái)、低溫儲(chǔ)罐、增壓系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)及調(diào)壓、計(jì)量和加臭系統(tǒng)。LNG通過(guò)低溫槽車運(yùn)到氣化站，槽車通過(guò)卸車增壓器進(jìn)行增壓，在壓差作用下，通過(guò)卸車臺(tái)的管道進(jìn)入站內(nèi)的低溫儲(chǔ)罐。低溫儲(chǔ)罐通過(guò)儲(chǔ)罐增壓器使儲(chǔ)罐壓力達(dá)到   值，罐內(nèi)LNG通過(guò)出液管道進(jìn)入氣化器，LNG經(jīng)過(guò)氣化器汽化后變成氣態(tài)，然后通過(guò)調(diào)壓、計(jì)量和加臭后輸送城市中壓燃?xì)夤艿馈?br /> 　　二、設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性
　　設(shè)計(jì)質(zhì)量決定項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)確定了項(xiàng)目的建設(shè)方案后，要想LNG供氣流程適用、向用戶供氣   、工程造價(jià)合理、運(yùn)行后經(jīng)濟(jì)效益高，關(guān)鍵在于工程設(shè)計(jì)。據(jù)西方   分析，不到建設(shè)工程全壽命費(fèi)用1%的設(shè)計(jì)費(fèi)對(duì)工程造價(jià)的影響度占75%以上，可見(jiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)整個(gè)工程建設(shè)的重要性。
　　具體影響LNG氣化站造價(jià)的主要因素有設(shè)備選型、總圖設(shè)計(jì)、電氣設(shè)施、消防設(shè)施、自控方案等。
　　根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，通常工程直接費(fèi)約占項(xiàng)目總造價(jià)的70%，設(shè)備費(fèi)又占工程直接費(fèi)的48%~50%，設(shè)備費(fèi)中主要是LNG儲(chǔ)罐的費(fèi)用。
　　三、優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
　　1、氣化站工程方案的優(yōu)化
　　氣化站工程包括土建工程(包括給排水)、工藝設(shè)備安裝工程(包括儀表電氣)、消防安裝工程，各部分在投資總額中所占比例不同。典型的氣化站可分為儲(chǔ)存系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、調(diào)壓與計(jì)量加臭系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電氣與儀表控制系統(tǒng)和配套輔助工程系統(tǒng)，這些系統(tǒng)設(shè)備的大小、處理的能力決定于氣化站的供氣能力，也就是說(shuō)氣化站的設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣規(guī)模和氣化能力，決定了氣化站的投資。對(duì)于土建工程，除綜合樓外，輔助用房、消池、道路工程、給排水，電氣，儀表工程均與儲(chǔ)氣規(guī)模有關(guān)。
　　城市氣源有主氣源、輔助氣源、過(guò)渡性氣源、調(diào)峰氣源、備用氣源等不同的形式，燃?xì)夤?yīng)對(duì)不同的氣源有不同的要求，一般對(duì)主氣源和輔助氣源要求   、穩(wěn)定、；對(duì)調(diào)峰氣源和備用氣源除要求與主氣源有互換性外，還要求氣源供應(yīng)有，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，投運(yùn)時(shí)間短。因此，在工程項(xiàng)目投資前期應(yīng)根據(jù)城市規(guī)劃、長(zhǎng)輸管線到達(dá)的時(shí)間，對(duì)氣化站建設(shè)性質(zhì)，建站條件，氣源供應(yīng)能力與方式，材料及設(shè)備等，進(jìn)行方案論證、經(jīng)濟(jì)分析比較后，在工程設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)化站方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　2、儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　(1)真空罐為雙層金屬罐，內(nèi)罐為耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐采用碳鋼材料，夾層填充絕熱材料，并抽真空。真空罐是在工廠制造試壓完畢后整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。
　　LNG總儲(chǔ)存量在1000m³以下，一般采用多臺(tái)真空罐集中儲(chǔ)存，目前國(guó)內(nèi)真空罐單罐容積   大可以做到150m³。真空罐工藝流程比較簡(jiǎn)單，一般采用增壓器給儲(chǔ)罐增壓，物料靠壓力自流進(jìn)入氣化器，不使用動(dòng)力設(shè)備，能耗低，因此的小型LNG氣化站基本上全部采用真空罐形式。
　　(2)子母罐的內(nèi)罐是多個(gè)耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐是一個(gè)大碳鋼容器罩在多個(gè)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?dú)?，以防止?jié)窨諝膺M(jìn)入。儲(chǔ)罐的內(nèi)罐在工廠制造、試壓后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，外罐在現(xiàn)場(chǎng)安裝。
　　儲(chǔ)存規(guī)模在1000m³~5000m³的儲(chǔ)配站，可以根據(jù)情況選用儲(chǔ)罐或常壓罐儲(chǔ)存，由于內(nèi)罐運(yùn)輸要求，目前國(guó)內(nèi)單臺(tái)儲(chǔ)罐   大可以做到2500m³，采用儲(chǔ)罐的氣化工藝流程與真空罐大致相同，由于夾層需要通氮?dú)?，裝置中多了一套氮?dú)庋b置。
　　(3)常壓罐的結(jié)構(gòu)有雙金屬罐，還有外罐采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的；有地上罐，還有地下罐，20000m³以下的多為雙金屬罐。常壓罐的內(nèi)外罐均在現(xiàn)場(chǎng)安裝制造，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。
　　LNG低溫常壓儲(chǔ)罐的操作壓力為15kPa，操作溫度為-162℃，為平底雙壁圓柱形。其罐體由內(nèi)外兩層構(gòu)成，兩層間為絕熱結(jié)構(gòu)，為保冷層。內(nèi)罐用于儲(chǔ)存液化   氣，而外殼則起保護(hù)、保冷作用。為了減少外部熱量向罐內(nèi)的傳入，所設(shè)計(jì)的內(nèi)外罐是各自分離并獨(dú)立的。罐項(xiàng)是自立式拱頂，內(nèi)罐罐項(xiàng)   有足夠的強(qiáng)度及穩(wěn)定性以承受由保冷材料等引起的外部壓力和由內(nèi)部氣體產(chǎn)生的內(nèi)部壓力。
　　儲(chǔ)罐采用珠光砂為保冷材料，并充入干燥的氮?dú)?，夾層微正壓，絕熱材料與大氣隔離，避免了大氣壓力或溫度變化的影響以及濕空氣進(jìn)入內(nèi)、外罐間保冷層，增加了保冷材料的使用壽命，和提高了保冷材料的使用效果。在設(shè)計(jì)和制造絕熱結(jié)構(gòu)時(shí)，   注意采用措施。
　　儲(chǔ)罐總?cè)萘客ǔ?~5天高峰月平均日用氣量確定。同時(shí)還應(yīng)考慮氣源點(diǎn)的個(gè)數(shù)、氣源廠檢修時(shí)間、氣源運(yùn)輸周期、用戶用氣波動(dòng)情況等因素。對(duì)氣源的要求是不少于2個(gè)供氣點(diǎn)。若只有1個(gè)供氣點(diǎn)，則儲(chǔ)罐總?cè)萘窟€要考慮氣源廠檢修時(shí)能正常供氣。
　　為防止儲(chǔ)罐內(nèi)LNG充裝過(guò)量或運(yùn)行中罐內(nèi)LNG太少危及儲(chǔ)罐和工藝系統(tǒng)   ，在儲(chǔ)罐上分別設(shè)置測(cè)滿口與差壓式液位計(jì)兩套獨(dú)立液位測(cè)量裝置，其靈敏度與性對(duì)LNG儲(chǔ)罐的   至關(guān)重要。在向儲(chǔ)罐充裝LNG時(shí)，通過(guò)差壓式液位計(jì)所顯示的靜壓力讀數(shù)，可從靜壓力與充裝質(zhì)量對(duì)照表上直觀方便地讀出罐內(nèi)LNG的液面高度、體積和質(zhì)量。當(dāng)達(dá)到充裝上限時(shí)，LNG液體會(huì)從測(cè)滿口溢出，提醒操作人員手動(dòng)切斷進(jìn)料。儲(chǔ)罐自控系統(tǒng)還要設(shè)高限報(bào)警(充裝量為罐容的85%)、緊急切斷(充裝量為罐容的)、低限報(bào)警(剩余LNG量為罐容的10%)。
　　3、氣化系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　儲(chǔ)罐自動(dòng)增壓與LNG氣化靠壓差推動(dòng)，隨著儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的流出，罐內(nèi)壓力不斷降低，正常運(yùn)行中需要將儲(chǔ)罐內(nèi)壓力維持在   范圍，才能使LNG氣化持續(xù)下去。儲(chǔ)罐的增壓是利用自動(dòng)升壓調(diào)節(jié)閥和儲(chǔ)罐自增壓氣化器實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低于自動(dòng)升壓調(diào)節(jié)閥的設(shè)定開(kāi)啟值時(shí)，自動(dòng)升壓調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，儲(chǔ)罐內(nèi)LNG利用液位差流入自增壓氣化器(因此自增壓氣化器的安裝高度應(yīng)低于儲(chǔ)罐的   低液位)，在自增壓氣化器中液態(tài)LNG經(jīng)過(guò)與空氣換熱氣化成氣態(tài)   氣，然后氣態(tài)   氣流入儲(chǔ)罐，將罐內(nèi)壓力升至設(shè)定工作壓力。利用該壓力將罐內(nèi)LNG輸送至空溫式氣化器氣化，氣化后的   氣(壓力通常為0.6MPa)經(jīng)過(guò)調(diào)壓(通常調(diào)至0.2MPa~0.4MPa)、計(jì)量、加臭后，輸送至城市中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)。結(jié)合國(guó)內(nèi)在運(yùn)行LNG氣化站的實(shí)際調(diào)查結(jié)果，在夏季，空溫式氣化器   氣出口溫度可達(dá)15℃，可直接輸送至城市管網(wǎng)。在冬季或雨季，氣化器氣化效率降低，尤其是在寒冷的北方，冬季時(shí)氣化器出口   氣的溫度(比環(huán)境溫度低約10℃)遠(yuǎn)低于0℃而成為低溫   氣。為防止低溫   氣直接進(jìn)入城市中壓管網(wǎng)導(dǎo)致管道、閥門(mén)等設(shè)施發(fā)生低溫脆裂，另外低溫   氣密度大會(huì)產(chǎn)生較大的供銷差，因此氣化后的   氣需再經(jīng)水浴式加熱器或電加熱NG復(fù)熱器將其溫度升到10℃左右，然后再經(jīng)調(diào)壓計(jì)量加臭輸送至城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。
　　空溫式氣化器的連續(xù)工作時(shí)間一般為6h~8h，如若超過(guò)8h，則出氣溫度會(huì)降低，長(zhǎng)時(shí)間使用，氣化器結(jié)霜嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致氣化效率降低，需要另外備用一套切換使用。另外，氣化器布置的疏密程度以及氣化器距離相鄰建構(gòu)筑物的距離都對(duì)氣化器氣化效率有較大影響，因此在總圖布置時(shí)，應(yīng)結(jié)合工藝管線布置，站區(qū)用地范圍，站區(qū)美觀的情況下適當(dāng)增大相鄰氣化器或周邊建構(gòu)筑物的距離，以利于氣化器的對(duì)外換熱。
　　4、工藝和材料的設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　工藝設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足運(yùn)行和規(guī)范要求的同時(shí)兼顧總圖美觀和操作方便，符合生產(chǎn)場(chǎng)所基本要求和地形特征，合理配置設(shè)備、工藝管線。在LNG儲(chǔ)罐的進(jìn)出液總管上增設(shè)連通管，既可用于LNG儲(chǔ)罐間的倒罐，又可對(duì)LNG液相管進(jìn)行冷循環(huán)，保持管道處于低溫狀態(tài)。站內(nèi)設(shè)置的氮?dú)怃撈繛榫o急切斷氣動(dòng)閥門(mén)提供氣源，有條件的場(chǎng)站可采用壓縮空氣作為緊急切斷閥的動(dòng)力(建空氣壓縮機(jī)房)。根據(jù)LNG氣化站的規(guī)模選擇調(diào)壓裝置。通常設(shè)置兩路調(diào)壓裝置，調(diào)壓器選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調(diào)壓器。計(jì)量采用渦輪流量計(jì)。加臭劑采用四氫噻吩，加臭以隔膜式計(jì)量泵為動(dòng)力，根據(jù)流量信號(hào)將加臭劑注入燃?xì)夤艿乐小?br /> 　　閥門(mén)選型設(shè)計(jì)：工藝系統(tǒng)閥門(mén)應(yīng)滿足
　　輸送LNG的壓力和流量要求，同時(shí)   具備耐-196℃的低溫性能。常用的LNG閥門(mén)主要有升壓調(diào)節(jié)閥、降壓調(diào)節(jié)閥、緊急切斷閥、低溫截止閥、   閥、止回閥等。閥門(mén)材料為OCr18Ni9。LNG管道通常采用奧氏體不銹鋼管，材質(zhì)為OCr18Ni9，雖然其具有優(yōu)異的低溫機(jī)械性能，但冷收縮率高達(dá)0.003。站區(qū)LNG管道在常溫下安裝，在低溫下運(yùn)行，前后溫差達(dá)180℃，存在較大的冷收縮量和溫差應(yīng)力，通常采用“門(mén)形”補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償工藝管道的冷收縮。由于LNG閥門(mén)和LNG管道單價(jià)較高，且在工藝管道投資中所站比重較大，因此選擇合理的管徑和閥門(mén)數(shù)量對(duì)減少投資尤為重要。不同的設(shè)計(jì)方案，在滿足工藝要求的情況下，較小的管徑，閥門(mén)和管件規(guī)格也相應(yīng)較小，很明顯的會(huì)節(jié)省投資。LNG管道中包含大量的閥門(mén)，由于法蘭隨溫度變化容易產(chǎn)生微小泄漏，因此理想狀態(tài)是閥門(mén)都采用焊接連接，盡量減少法蘭接頭的數(shù)量，以減少液化   氣泄漏的可能性。但是由于周期性檢修和臨時(shí)檢修的需要，系統(tǒng)內(nèi)   要有法蘭連接，以便于管道斷開(kāi)、隔離、置換和吹掃。特別是在儲(chǔ)罐和管道連接部位   在根部閥前設(shè)置法蘭連接，以便于儲(chǔ)罐的周期檢驗(yàn)。
　　5、圍堰的設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　儲(chǔ)罐周圍   設(shè)置防護(hù)堤，阻止一旦外泄的低溫液體流向其他地方。儲(chǔ)罐安裝位置、儲(chǔ)罐間距、防護(hù)堤設(shè)置的重要性都應(yīng)給予高度重視。圍堰容積應(yīng)能夠容納儲(chǔ)罐內(nèi)總的液化   氣量，儲(chǔ)罐鋼筋混凝土基礎(chǔ)高度應(yīng)當(dāng)高于圍堰內(nèi)的液化   氣液位高度。防止儲(chǔ)罐裙座支撐被低溫液體接觸導(dǎo)致脆裂，導(dǎo)致   大事故發(fā)生。經(jīng)過(guò)圍堰的管線或電纜儀表管槽都不能經(jīng)過(guò)圍堰開(kāi)孔，避免低溫液體沿管線間隙泄露到外面。同樣，圍堰內(nèi)的排水也   通過(guò)泵由圍堰頂部排出，不允許采用重力排水法。
　　6、消系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　消防設(shè)計(jì)的原則就是以防為主，防消結(jié)合。一是災(zāi)發(fā)生。在生產(chǎn)區(qū)設(shè)置多個(gè)可燃?xì)怏w報(bào)警探頭，并和儲(chǔ)罐液相出口緊急切斷閥聯(lián)鎖，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，緊急切斷閥可立即關(guān)閉，防止LNG大量泄出；   是一旦發(fā)生火災(zāi)能自救。消滅初期火災(zāi)，控制較大火災(zāi)，防止火災(zāi)擴(kuò)大蔓延，給消防隊(duì)前來(lái)滅火爭(zhēng)取時(shí)間。水在LNG站場(chǎng)與其它消防系統(tǒng)的用途不同，水既不能控制也不能熄滅LNG站場(chǎng)的火災(zāi)，水遇到LNG火災(zāi)時(shí)，只會(huì)加速LNG的氣化，進(jìn)而加快其燃燒速度。對(duì)火災(zāi)的控制反而起到相反的作用。因此水在LNG站場(chǎng)主要是用來(lái)冷卻其它受到火災(zāi)熱輻射的儲(chǔ)罐或設(shè)備，防止火災(zāi)繼續(xù)蔓延。在圍堰處增加泡沫發(fā)生器，一旦發(fā)生LNG泄漏，可以通過(guò)在LNG表面覆蓋泡沫方法，減少LNG蒸發(fā)速度。另外，在有條件的地方，消系統(tǒng)與城市供水管網(wǎng)相連，在連接處設(shè)置止回閥，穩(wěn)定站內(nèi)水壓，防止站內(nèi)消倒流至城市供水管網(wǎng)。同時(shí)也可以將消池的容量設(shè)計(jì)減小，節(jié)省投資。
　　7、電氣設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　根據(jù)工藝生產(chǎn)設(shè)備對(duì)供電性的要求，站區(qū)供電通常按二類負(fù)荷設(shè)計(jì)，兩路電源供電，一路引自市電系統(tǒng)，另一路由自備柴油發(fā)電機(jī)(應(yīng)急啟動(dòng)型)提供。在電網(wǎng)供電斷開(kāi)情況下柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)起動(dòng)并自動(dòng)投入供電母線，以消防設(shè)備在消防事故情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　消防設(shè)備用電負(fù)荷和生產(chǎn)辦公負(fù)荷不同時(shí)工作。大容量用電設(shè)備采用降壓起動(dòng)。建筑物的照度應(yīng)符合現(xiàn)行   標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034的規(guī)定。燈具形式視其環(huán)境不同采用、、防塵或普通型。儀表控制間、配電室等重要場(chǎng)所設(shè)置平時(shí)/應(yīng)急照明兩用燈具，應(yīng)急時(shí)間不少于30min。
　　8、氣化站辦公用房的設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　氣化站土建安裝工程的投資較大，主要有綜合樓、輔助用房、消池、站區(qū)道路、場(chǎng)地工程。其中綜合樓占較大的比例。目前所建LNG綜合樓一般是兩層或者多層，面積較大，考慮了公司辦公功能，大多超過(guò)600㎡。而LNG氣化站所建位置一般都遠(yuǎn)離市區(qū)，公司主要辦公一般都在市內(nèi)，綜合樓利用率較低。從氣化站正常運(yùn)行角度考慮，設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)控室、一個(gè)站長(zhǎng)室、一個(gè)會(huì)議室、一個(gè)休息室、一個(gè)工具室和兩個(gè)洗手間，面積大約在200㎡即可以滿足使用，由兩層樓改為單層設(shè)計(jì)，這樣可以減少不少的投資。
　　四、設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要性
　　設(shè)計(jì)質(zhì)量間接影響著投資，不能片面為節(jié)約投資，不重視設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)而出現(xiàn)設(shè)計(jì)的不合理或影響正常使用。有些質(zhì)量差的設(shè)計(jì)圖紙，各圖紙間相互矛盾，造成施工返工、停工的現(xiàn)象，如：儲(chǔ)罐區(qū)和氣化區(qū)管線標(biāo)高不一致；工藝管線布置不合理，管道交叉較多，彎頭設(shè)置位置不合理等，造成質(zhì)量缺陷或   隱患，進(jìn)而造成投資的浪費(fèi)。
　　五、施工階段的設(shè)計(jì)優(yōu)化
　　設(shè)計(jì)不是完成施工圖就算結(jié)束，在實(shí)際施工中，因現(xiàn)場(chǎng)條件的改變，或者因前期基礎(chǔ)資料提供的不完整，或者設(shè)計(jì)考慮不周全，施工圖可能存在不合理的地方，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不應(yīng)教條的執(zhí)行“嚴(yán)格按圖施工的條例”，應(yīng)及時(shí)對(duì)合理的建議聯(lián)系設(shè)計(jì)院作   的修改，對(duì)不確定的問(wèn)題，也及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)院，搞清楚設(shè)計(jì)思路通過(guò)設(shè)計(jì)變   再進(jìn)行下一步施工。
　　LNG行業(yè)發(fā)展在我國(guó)還處于發(fā)展初期氣化站設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行   標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50028的規(guī)定，在設(shè)計(jì)優(yōu)化和   運(yùn)行等方面，我們還需要不斷的實(shí)踐和總結(jié)，積學(xué)習(xí)和吸收技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為今后建設(shè)      ，   ，   節(jié)能的，   環(huán)保，      的氣化站奠定基礎(chǔ)。