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LNG氣化站的設計
發(fā)布時(shí)間:
2024-07-19 08:45
1 LNG氣化站的工藝流程概述
LNG由槽車(chē)運至氣化站,利用LNG卸車(chē)增壓器使槽車(chē)內壓力增高,將槽車(chē)內LNG送至LNG低溫儲罐內儲存。當從LNG儲罐外排時(shí),先通過(guò)儲罐的白增壓系統,使儲罐壓力升高,然后打開(kāi)儲罐液相出口閥,通過(guò)壓力差將儲罐內的LNG送至氣化器后,經(jīng)調壓、計量、加臭等工序送入市政燃氣管網(wǎng)。當室外環(huán)境溫度較低,空溫式氣化器出口的天然氣溫度低于5℃時(shí),需在空溫式氣化器出口串聯(lián)水浴式加熱器,對氣化后的天然氣進(jìn)行加熱。
2 LNG的潛在危險
根據LNG的特性,在LNG儲存和生產(chǎn)過(guò)程中,如操作不慎會(huì )產(chǎn)生如下危險。
①設備或管道低溫脆斷
設備及管道在低溫狀態(tài)下,可能會(huì )發(fā)生材質(zhì)脆斷,如有LNG泄漏極容易凍傷操作者。另外,LNG泄漏或溢流后會(huì )急劇氣化,形成LNG蒸氣云團使人窒息。
②受熱超壓
由于LNG氣液體積比很大,所以少量LNG受熱就能轉化為大量的氣體,可使設備及管道內壓力急劇上升而發(fā)生超壓事故。
③爆炸
若LNG泄漏、氣化后與空氣混合達到爆炸極限,此時(shí)遇到明火極易發(fā)生爆炸、燃燒,產(chǎn)生的熱輻射會(huì )對人體及設備造成巨大危害。
3 LNG氣化站的設計
目前,我國頒布關(guān)于LNG氣化站設計的相關(guān)規范,主要有《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006、《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183—2004、《火災自動(dòng)報警系統設計規范》GB 50116—98、《建筑設計防火規范》GB 50016—2006等;常用的國外標準主要有美國標準《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運標準》NFPA 59A。在這些規范中對LNG氣化站的設計做了明確規定。
3.1 LNG氣化站的選址及總圖布置
① LNG氣化站選址
氣化站的位置與其安全性有著(zhù)密切的關(guān)系,因此氣化站應布置在交通方便且遠離人員密集的地方,與周?chē)慕嬛锓阑痖g距必須符合《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006的規定,而且要考慮容易接入城鎮的天然氣管網(wǎng),為遠期發(fā)展預留足夠的空間。
② LNG氣化站總圖布置
合理布置氣化站內的建構筑物、工藝設施,可使整個(gè)氣化站安全、經(jīng)濟、美觀(guān)。站區總平面應分區布置,即分為生產(chǎn)區(包括卸車(chē)、儲存、氣化、調壓等工藝區)和輔助區,生產(chǎn)區布置在站區全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側或上側風(fēng)側,站內建構筑物的防火間距必須符合《城鎮燃氣設計規范》GB 50028—2006的規定。
3.2 LNG氣化站卸車(chē)及管道預冷工藝
①卸車(chē)
LNG卸車(chē)時(shí),一般不需要額外消耗動(dòng)力,通過(guò)卸車(chē)增壓器使槽車(chē)壓力升高,在壓力差的作用下將LNG送至儲罐內。槽車(chē)內的氣體則回收到BOG儲罐或經(jīng)調壓、計量、加臭后送入管網(wǎng)。
在卸車(chē)過(guò)程中要注意兩個(gè)問(wèn)題:一是,液體在管道中流動(dòng)或進(jìn)入儲罐后可能氣化,生成的氣體也會(huì )進(jìn)入儲罐,導致儲罐內壓力升高,阻礙卸車(chē);二是,隨著(zhù)液體進(jìn)入,儲罐液位升高,氣相空間被不斷壓縮,使儲罐內壓力升高,致使液體流速大大下降。這些問(wèn)題的解決措施如下。
a. 合理使用儲罐的上進(jìn)液口和下進(jìn)液口,上進(jìn)液時(shí)LNG以噴淋的形式進(jìn)入罐內,下進(jìn)液則為常規的進(jìn)液方式。當槽車(chē)的液體溫度比儲罐的液體溫度低時(shí),可以選擇上進(jìn)液。此時(shí),液體以噴淋方式穿過(guò)儲罐氣相空間,過(guò)冷液滴會(huì )吸收儲罐內的氣體,使得儲罐內壓力下降,從而加快卸車(chē)的速度。上進(jìn)液口之所以采用噴淋方式,是為了加大氣液的換熱面積,氣液兩相在儲罐內形成對流,加速降壓過(guò)程。槽車(chē)的液體溫度比儲罐的液體溫度高時(shí),應選擇下進(jìn)液。溫度相對較高的LNG進(jìn)入儲罐后先接觸溫度相對較低的液體,使其迅速降溫,減弱氣化傾向,避免對卸車(chē)產(chǎn)生影響。當然,如果沒(méi)有溫度差可任意選擇進(jìn)液方式。
b. 卸車(chē)工藝見(jiàn)圖1。在儲罐自動(dòng)減壓閥(閥門(mén)12)上并聯(lián)一個(gè)截止閥(閥門(mén)14),卸車(chē)時(shí)打開(kāi)截止閥,提高BOG的流量,使儲罐保持穩定的壓力,卸車(chē)結束后關(guān)閉。
②管道預冷
卸車(chē)臺管道為常溫管道,而LNG為低溫液體,所以每次卸車(chē)前都要對卸車(chē)臺至儲罐入口的液相管道先進(jìn)行預冷,以便減少卸車(chē)時(shí)間,防止管道破裂。管道預冷工藝見(jiàn)圖1。為了達到預冷的目的,通常是在卸車(chē)臺處將主液相管道和氣相管道間設置2個(gè)跨接閥門(mén)(閥門(mén)2、閥門(mén)15)。預冷時(shí)關(guān)閉閥門(mén)1、閥門(mén)3,打開(kāi)閥門(mén)15,再打開(kāi)閥門(mén)9,讓低溫液體緩慢地進(jìn)入液相管道,這時(shí)候管道降溫產(chǎn)生的氣體就會(huì )通過(guò)跨接閥門(mén)15進(jìn)入BOG儲罐,而達到預冷的目的。一般在槽車(chē)到之前1~2h進(jìn)行預冷(利用儲罐內LNG),預冷結束后關(guān)閉跨接閥門(mén)15。卸車(chē)結束后再關(guān)閉閥門(mén)1,打開(kāi)閥門(mén)3及跨接閥門(mén)2,讓槽車(chē)內殘留的氣體進(jìn)入BOG儲罐,待液相管道升到正常溫度后(觀(guān)察管道裸露處霜凍的情況來(lái)判斷),即可關(guān)閉跨接閥門(mén)2。
3.3 LNG的儲存
①儲罐容積的確定
儲罐的總容積通常按3~7d高峰月平均日用氣量來(lái)確定,還應考慮長(cháng)期供氣氣源廠(chǎng)的數量、檢修時(shí)間、運輸周期及用戶(hù)用氣波動(dòng)等因素,工業(yè)用氣量要根據用氣設備性質(zhì)及生產(chǎn)的具體要求確定。若只有一個(gè)氣源廠(chǎng),則儲罐的總容積應考慮在氣源廠(chǎng)檢修期間能保證正常供氣。
② LNG的儲存方式
儲罐是LNG氣化站的主要設備,直接影響氣化站的正常生產(chǎn),也占有較大的造價(jià)比例。按結構形式可分為地下儲罐、地上金屬儲罐和金屬預應力混凝土儲罐。對于LNG儲罐,現有真空粉末絕熱型儲罐、正壓堆積絕熱型儲罐和高真空層絕熱型儲罐,中、小型氣化站一般選用真空粉末絕熱型低溫儲罐。儲罐分內、外兩層,夾層填充珠光砂并抽真空,減小外界熱量傳入,保證罐內LNG日氣化率低于0.3%。
③儲罐內LNG的翻滾與分層
LNG的翻滾會(huì )導致儲罐內失去壓力、溫度平衡,使儲罐內壓力升高,而分層是導致儲罐內液體翻滾的必要條件。為保證儲罐壓力的穩定,必須防止LNG的翻滾與分層。在實(shí)際設計過(guò)程中我們可以采取一些方法防止LNG的翻滾與分層。
a. 對儲罐內LNG進(jìn)行豎向溫度檢測。
b. 設置循環(huán)系統,LNG的循環(huán)有2種方法。第一,如站區設有低溫泵,可以采用低溫泵使儲罐內LNG循環(huán),從而消除LNG密度差;第二,儲罐之間相互倒罐,使LNG循環(huán)。
c. 合理設計充裝工藝。
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3.4 LNG的氣化
氣化裝置是氣化站向外界供氣的主要裝置,設計中我們通常采用空溫式氣化器,其氣化能力宜為用氣城鎮高峰小時(shí)計算流量的I.3~1.5倍,不少于2臺,并且應有1臺備用。當環(huán)境溫度較低時(shí),空溫式氣化器出口天然氣溫度低于5℃時(shí),應將出口天然氣進(jìn)行二次加熱,以保證整個(gè)供氣的正常運行。一般天然氣加熱器采用水浴式加熱器。
3.5 BOG與EAG(安全放散氣體)的處理
BOG主要來(lái)源于LNG槽車(chē)回氣和儲罐每天0.3%的自然氣化?,F在常用的槽車(chē)容積為40m3,回收BOG的時(shí)間按照30min計算,卸完LNG的槽車(chē)內氣相壓力約為0.55MPa,根據末端天然氣壓力的不同,回收BOG后槽車(chē)內的壓力也不同,一般可以按照0.2MPa計算?;厥詹圮?chē)回氣需要BOG加熱器流量為280m3/h,加LNG儲罐的自然蒸發(fā)量,則可計算出BOG加熱器流量。LNG的儲存溫度為-163℃,即BOG的溫度約為-163℃,為保證設備的安全,要將BOG加熱到15℃。根據流量和溫度可以確定BOG加熱器的規格?;厥盏腂OG經(jīng)過(guò)調壓、計量、加臭后可以直接進(jìn)入管網(wǎng),如果用戶(hù)用氣非連續則需要設置BOG儲罐進(jìn)行儲存。
EAG主要是在設備或管道超壓時(shí)排放。當LNG氣化為氣體天然氣時(shí),天然氣比常溫空氣輕時(shí)的臨界溫度為-110℃。為防止EAG在放散時(shí)聚集,則需將EAG加熱至高于-110℃后放散。容積為100m3的LNG儲罐選擇500m3/h的EAG加熱器,最大量放散時(shí)出口溫度不會(huì )低于-15℃。
4 結語(yǔ)
LNG在我國城鎮燃氣發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。LNG氣化站的設計,必須嚴格遵守現行國家相關(guān)規范,安全合理地布置總圖,嚴格控制管道及設備的溫度、壓力參數,并應設計合理、安全的自動(dòng)控制、電氣、消防設施,消除LNG的各種隱患,使其在社會(huì )發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。
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