威海液化天然气气化站工艺设计介绍

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1、威海液化天然气(LNG)气化站工艺设计介绍摘要：本文简要介绍了威海市LNG气化站的工艺设计，主要设备选型及安 全措施。关键词：液化天然气： 工艺流程；设备：安全1. 前言威海市原计划采用龙口烟台长输管道供应的渤海天然气作为城市燃气气 源，但由于目前该管线的建设进度不能满足威海市原计划 2005 年供气的要求， 这就需要选择一种合适的气源作为启动气源。随着国内天然气行业的发展，威海 市天然气来源有着更为广泛的选择条件，特别是新疆广汇及广东深圳液化天然气 项目的规划和实施，给威海市采用LNG作为天然气启动气源提供了原料来源。与CNG相比，LNG是最佳的启动、培育和抢占市场的先期资源。LNG槽 车运

2、输方便，成本低廉；不受上游设施建设进度的制约；LNG供应系统安装方 便、施工：期短，并能随着供气规模的逐步扩大而扩大，先期投资也较低。最后， 当管道天然气到来时，LNG站可什为调峰和备用气源继续使用。因此，我院于 2004年初对原可研报告进行修改、补充，将液化天然气(以下简称LNG)气化站 作为提前启动气源。本工程一次设计，分期投产，一期工程供气4. 0xl04m3/d, 二期工程供气8.6x104m3/d，用户为居民、商业及部分工业用户。2. 气化站工艺介绍 2.1气质成分与理化参数2. 1. 1气质成分目前，国内LNG气化站所采用的液态天然气大多是河南中原油田生产的， 目前中原油田LNG已

3、经出现供不应求的局面，因此本工程拟采用新疆广汇生产 的LNG作为主气源，同时在卸车方式等也考虑了使用其他气源的可能。根据新疆广汇提供的LNG组分，确定本工程设计计算用天然气组分如下：天然气组分摩尔分子百分数CH482.422C2H611.100C3H84.533N20.8232其余1.1128212 理化参数经过计算，新疆广汇LNG气源的理化参数见下表:理化参数参数值高热值(MJ/Nm3)46.723低热值(MJ/Nm3)42.340液态密度(MJ/Nm3)467气态密度(MJ/Nm3)0.8629华白数(MJ/Nm3)57.196运动粘度(m3/s)(标态)10.98x10-6燃烧势42.5

4、75爆炸上限()4.318爆炸下限()14.357由上表可知，LNG气源的华白数为57. 196MJ/Nm3，燃烧势为42. 575；同时威海市将来也有采用渤海天然气的可能，而渤海天然气的华白数为48. 88MJ/Nm3,燃烧势为45. 18,尽管均符合城市燃气分类(GB / T13611-92) 中12T类，但新疆广汇的LNG气源比渤海天然气气源华白数高出近17%,届时 灶具如果不加以改造的话，必将导致将来用户灶具适应性差、燃烧不稳定。此外， 本 LNG 站属于启动气源，将来即使烟台长输管道来气以后，它作为备用、调峰 气源，届时，仍有供气的可能，因此，这两种气源如能互换是最经济的。在设计 中

5、为解决这个问题，在汽化斤的流程中增加了一套掺混空气系统，将LNG气源 气（低热值42. 34MJ/Nm3）与压缩空气进行高压比例式掺混，掺至可与渤海大然 气（低热值35. 11MJ / Nm3）互换，这样将来威海市不论是采用渤海天然气作为最 终气源，还是将来事故情况下用LNG作为备用气源，用户处均能保证用气安全、 稳定，还节省了大量改造灶具的费用。经过计算，新疆广汇气源与空气的掺混比 例采用 88：12即可达到要求，而且安全可靠。2. 2工艺流程目前。国内LNG气化站所采用的液态天然气运输方式通常有LNG槽车和 罐式集装箱车两种。河南中原油田生产的LNG采用槽车运输方式，而新疆广汇 生产的LN

6、G则采用罐式集装箱车运输。由 LNG 槽车或集装箱车运送来的液化天然气，在卸车台通过槽车白带的自 增压系统（对于槽车运输方式）或通过卸车台的增压器（对于集装箱年运输方式）增 压后送入LNG储罐储存，储罐内的LNG通过储罐区的自增压器增压到0. 5 0. 6Mpa后，进入空温式气化器。在空温式气化器中，LNG经过与空气换热， 发生相变，出口天然气温度高于环境温度10C以上，再通过缓冲罐缓冲，之后进 入掺混装置，与压缩空气进行等压掺混，掺混后的天然气压力在0. 4MPa 左右， 分为两路，一路调压、计量后送入市区老管网，以中一低压两级管网供气，出站 压力为0. 1MPa：另一路计量后直接以0. 4

7、MPa压力送入新建城市外环，以中 压单级供气。进入管网前的天然气进行加臭，加臭剂采用四氢噻吩。冬季空浴式 气化器出口气体温度达不到5C时，使用水浴式NG加热器加热，使其出口天然 气温度达到5C10C。气化站的工艺流程框图如下：3. 主要设备选型3. 1 LNG储罐311 储罐选型LNG储罐按围护结构的隔热方式分类，大致有以下3种：a）真中粉末隔热隔热方式为夹层抽真空，填充粉末（珠光砂），常见于小型 LNG 储罐。真空 粉末绝热储罐由于其生产技术与液氧、液氮等储罐基本一样，因而目前国内生产 厂家的制造技术也很成熟，由于其运行维护相对方便、灵活，目前使用较多。国 内LNG气化站常用的大多为50m3

8、和100m3圆筒型双金属真空粉末LNG储罐。目前最大可做到200m3,但由于体积较大，运输比较困难，一般较少采用。真空 粉末隔热储罐也有制成球形的，但球型罐使用范围通常为为2001500m3,且球 形储罐现场安装难度大。b）正压堆积隔热 采用绝热材料，夹层通氮气，绝热层通常较厚，广泛应用于大中型 LNG 储罐和储槽。通常为立式LNG子母式储罐。c）高真空多层隔热。采用高真空多层缠绕绝热，多用于槽车。本工程采用国内 LNG 气化站常用的圆筒形双金属真空粉末 LNG 储罐。考 虑到立式罐节省占地，且立式罐 LNG 静压头大，对自增压器工作有利，因此采 用立式双金属真空粉末LNG储罐。312 储罐台

9、数储罐台数的选择应综合考虑气源点的个数、气源检修时间、运输周期、用户 用气波动情况等困素，本工程 LNG 来源有可能采用河南中原油田或新疆广汇两 个气源，运输周期最远的可达 5 天，但随着新疆广汇气源的配套工程建成，将在 内地建设若干个转运站，这将进一步缩短运输周期，综合考虑以上情况，本工程 储存天数定为计算月平均日的5天。经计算，一期选用100m3立式储罐4台，二 期增加 4 台。其主要工艺参数如下：工作压力：0. 6MPa,设计压力： 077MPa，工作温度：-162C,设计温度：-196C,单台水容积： 105m3，内罐直径3000mm,内罐材质：OCrl8Ni9,外罐直径3500mm,

10、外罐材质：16MnR，夹层填充珠光砂并抽真空。3.2 空温式气化器3. 2. 1 气化能力气化器的气化能力根据高峰小时用气量确定,并留有一定富裕量。设计上配 置两组，互相切换使用。本项目一期工程高峰小时流量3880m3/h,二期工程高 峰小时流量8893m3/h。据此，一期选用6台2000m3 / h空温式气化器，分为2 组,每组 3 台,互相切换：二期增加 4 台,每组 5 台,互相切换。3. 2. 2 主要工艺参数工作压力： 0. 6MPa,设计压力： 1. 0MPa,工作温度： -162C,设计温度： -196C,立式，主体材质：铝翅片管(LF21),气化能力： 2000m3/ h,出口

11、温度：低于环境温度 10C。3. 3水浴式NG加热器当环境温度较低，空温式气化器出口 NG温度低于5C时，在空温式气化器 后串联水浴式NG加热器，对气化后的天然气进行加热。331 加热能力加热器的加热能力同样根据高峰小时用气量确定，一期设置 1台 5000m3h水浴式NG加热器，二期增加1台。33. 2 主要工艺参数工作压力：0. 6MPa,设计硬度力： 08MPa,进气温度；-30C,出气温度：510C,加热能力； 5000m3h，加热用热水由站内自建的锅炉房供应。3. 4 BOG加热器LNG储罐日蒸发率大约为0. 15%,这部分蒸发了的气体（简称BOG）如果不 及时排出，将造成储罐压力升高

12、，为此设置了降压调节阀，可根据压力自动排出 BOG。储罐蒸发的BOG和槽车卸车的BOG，通过1台BOG加热器加热后进入 BOG储罐储存，在冬季使用水浴式NG加热器时，BOG可作为热水锅炉的燃料, 夏季可进入管网。3. 5 EAG加热器低温系统安全阀放空的全部是低温气体，在大约-107C以下时，天然气的重 度大于常温下的空气，排放不易扩散，会向下积聚。因此设置一台空温式放散气 体加热器，放散气体先通过该加热器，经过与空气换热后的天然气比重会小于空 气，高点放散后将容易扩散，从而不易形成爆炸性混合物。3.6 空压站设备为保证天然气与空气进行高压比例式掺混，选用14. 16m3 / min风冷式螺杆

13、 空气压缩机3台， 2开1备，以及相应的无热再生空气干燥器、压缩空气除油器、 除尘器以及橇装式静态混合器等设备。4. 安全设计4.1 危害分析液化天然气是天然气储存和输送的一种有效的方法，在实际应州中，用户使 用的是气化后的天然气，因此，在考虑LNG设备或工程的安全问题时，不仅要 考虑天然气所具有的易燃易爆的危险性，还要考虑液态的低温特性和由此引发的 安全问题。液化天然气的主要成分是甲烷，属易燃易爆气体，能与空气混合形成爆炸性 混合物，其爆炸下限较低（约为 43），少量泄漏一旦遇到明火就易引起爆炸： 同时液态天然气又有低温的特性，如果发生LNG溢出或泄漏，在-107C以下时， 气体密度比空气大

14、，容易向下积聚，溢出的LNG蒸发速度非常快，并会迅速冷 却周围空气中的水蒸汽，形成大量的白色蒸汽云，并四处扩散，如果遇到火源将 引起火灾，造成严重后果，低温还会导致灼伤、冻伤、体温降低等；另外， LNG 系统在常温下安装，在低温条件下运行，前后温差很大（180c0）:因此，在设计 中都必须采取必要的措施。42 安全考虑对于液化天然气的生产、储运和气化供气的各个环节，主要考虑的安全问题 就是如何防止天然气泄漏，与空气形成可燃的混合气体，消除引发爆炸、燃烧的 基本条件以及LNG设备的防火及消防要求；防止LNG设备超压，引起超压排 放；由于LNG的低温特性，对材料和设备制作方面的相关要求：LNG系统

15、安装 与运行温差大带来的相关要求：及进行LNG操作时，操作人员的防护等。 421 有关规范由于目前国内尚无针对液化天然气的专门规范，而石油化工企业设计防火 规范（GB5016092, 99年版）中液化烃的定义中包含有液化天然气，因此在消 防方面主要执行的是石油化工企业设计防火规范（GB5016092）中的相关条 款，同时也部分借鉴了美国标准NFPA 59A液化天然气（LNG）生产、储存和装 运标准：在气化后的常温天然气部分则主要执行的是城镇燃气设计规范 （GB50028-93， 2002 年版）。最近国家有关部门对城镇燃气设计规范进行修 改，拟增加液化天然气一个章节，我们期待这个规范能够尽快执

16、行。4. 22设计措施a）紧急关闭系统（ESD）每台LNG储罐的底部进液管和出液管均装设了气动紧急切断阀，在紧急情 况下，可在卸车台、储罐区或控制室就近切断。紧急切断系统可控制LNG的连 续释放产生的危害。b）可燃气体检测仪 在卸车台、储罐区及气化区等天然气有可能发生泄漏的地方，均设置了可燃气体检测仪，当检测出的环境中可燃气体含量超标（达到爆炸下限的 20）时发出 警报，工作人员可根据具体情况选择处理。c）低温检测仪在储罐底部等有可能发生 LNG 泄漏并有可能对设备基础造成损害的地方， 设置低温检测仪，在检测到异常低温时报警。d）控制系统LNG 储罐液位设高、低液位报警，当储罐在空温式气化器进

17、液管道上设置 气动紧急切断阀，与出口温度联锁当气化器结霜过多或发生故障时，导致出口 温度低于正常值时，报警并联锁切断。此外，还设有一些温度、压力检测项目， 以实现安全控制。E）安全泄放系统LNG的体积膨胀系数很高，通常可达600倍，在密闭情况下，LNG受热膨 胀，引起管道内压急剧升高会导致管道发生破裂，因此，在液相管道两道阀门之 间加设安全阀。此外， LNG 储罐也设有安全阀，一旦罐内压力超高，安全阀起 跳，可将超压气体排出，保护储罐。f）消防在 LNG 储罐区设置了排液沟和积液池，安装移动式泡沫灭火装置，设置了 2xl500m3的消防水池，厂区设置环状消防给水管网，安装地上消火栓若干，储 罐

18、区设置 1 米高的挡液堤，并安装消防水炮及消防喷淋装置，此外储罐匡和气化 巨还分别设置干粉灭火装置着干。g）火灾报警 卸车台、储罐区、气化区均设置了火灾报警系统，可根据现场感烟探头探测到的情况报警或人为手动报警。h）阀门、管道及管件站区工艺管道大体上分为两种。介质温度大于-20C的管道选用碳钢无缝钢 管，材质为20#钢：介质温度小于-20C的管道选用不锈钢无缝钢管，材质为0Crl8Ni9。LNG管件采用与LNG输送管道相同（或相匹配）技术要求的管件，如法兰采 用不锈钢材质的0Crl8Ni9，密封垫片采用不锈钢金属缠绕垫片。根据目前国内LNG站运行的情况，关键阀门选用日本进口低温阀门，其余 阀门

19、一律选用国产专用低温阀门。LNG系统在常温条件下安装，在低温条件下运行，两者温差很大（180c0）, 由此而来的膨胀及收缩应力，设计时要据此考虑必要的柔性，以便最大应力在允 许范围内。5. 结束语 本工程气化站一期工程投资估算大约为2720万元，其中建筑工程费728万 元，安装工程费 182 万元，设备购置费 914 万元。LNG以其运输灵活、储存效率高、运行成本低（空温式气化几乎不消耗能源） 等优点得到越来越多的用户青睐，我国LNG气化站目前主要分布在山东、河南、 安徽等地，随着我国LNG基地的规划实施，在目前管道供天然气无法幅盖的城 镇，采用 LNG 气化站作为主气源、过渡气源、补充或调峰气源有广阔的发展前 景。