LNG供气站工艺设计

1.LNG储罐的设计
　　(1)LNG储罐结构设计
　　LNG储罐按结构形式可分为：地下储罐、地上金属储罐和金属/预应力混凝土储罐3大类。地上LNG储罐又分为金属子母储罐和金属单罐2种。LNG供气站采用何种储罐方式，主要取决于其储存量。储存量在1200一5000m³可采用子母罐带压储存和常压储槽储存，子母罐的单罐容积一般在600一1750m³。子母罐带压储存与常压储存相比其流程简单、设备数量少、运营费用低，但储罐投资较大。储存量在1200m³以下的城市LNG供气站，基本都采用真空罐带压储存。为便于储罐自增压操作，带压真空罐通常采用立式双层金属罐。其内部结构类似于直立的暖瓶，内罐支撑于外罐上，内、外罐之间是真空粉末绝热层。受运输和整体吊装条件的限制，单罐容积多采用100m³，个别站用50m³。
　　常用的100m³立式储罐，内罐内径为3000mm，外罐内径为3200mm，罐体加支座总高度17100mm，储罐几何容积为105.28m³。
　　(2)设计压力与计算压力的确定
　　目前绝大部分100m³立式LNG储罐的   高工作压力为0.8MPa(个别为0.5MPa)。按照GB150-1998《钢制压力容器》的规定，当储罐的   高工作压力为0.8MPa时，设计压力为0.84MPa；充装系数0.95，考虑液柱净压力和内外罐间的高真空，内罐的计算压力为1.01MPa。
　　外罐的主要作用是通过吊挂或支撑形式固定内罐与绝热材料，同时与内罐之间形成高真空绝热层。作用在外罐上的荷载主要为内罐和介质的重力荷载以及绝热层的真空负压。因此，外罐为外压容器，设计压力为-0.1MPa。
　　(3)LNG储罐的选材
　　正常操作时LNG储罐工作温度为-162.3℃，   次投用前要用-196℃的液氮对储罐进行预冷，取储罐的设计温度为-196℃。内罐既要承受介质的工作压力，又要承受LNG的低温，内罐材料   具有良好的低温综合机械性能。因此内罐材料采用0Cr18Ni9(相当于ASME标准的304)。
　　据内罐的计算压力和所选材料，内罐的计算厚度和设计厚度分别为11.1mm和12mm。
　　作为常温外压容器，外罐材料选用16MnR，设计厚度为10mm。
　　(4)接管设计
　　开设在储罐内罐上的接管口有：上进液口、下进液口、出液口、气相口、测满口、上液位计口、下液位计口、工艺人孔等8个接管口。其中：在内罐上封头开设有上进液口、   阀气相口、液位计气相口、测满口、工艺人孔；下封头开设有下进液口、液位计液相口、出液口。所有内罐上的接管材料都为0Cr18Ni9。
　　为便于定期测量真空度和抽真空，在外罐下封头上开设有抽真空口(抽完真空后该管口被封结)。为防止真空失效和内罐介质漏入外罐，在外罐上封头设置有装置。
　　(5)液位测量装置设计
　　为防止储罐内LNG充装过量或运行中罐内LNG太少危及储罐和工艺系统   ，在储罐上分别设置有测满口与差压式液位计2套独立液位测量系统。这是观测储罐内部液位的“眼睛”，对LNG储罐的   运行至关重要。在向储罐充装LNG和日常运行时，通过差压式液位计所显示的静压力读数，可从静压力与充装重量对照表上直观方便的读出罐内LNG的液面高度、容积和重量。当达到充装上限时，LNG液体会从罐顶测满口溢出，操作工应立即手动切断进料。为   充装和运行，储罐设置有高限报警(充装量85%)、紧急切断(充装量)、低限报警(剩余10%LNG)。
　　(6)绝热层设计
　　LNG储罐的绝热层有以下3种形式。
　　①高真空多层缠绕式绝热：多用于LNG槽车和罐式集装箱车。
　　②正压堆积绝热：将珠光砂堆积在内外罐间的夹层中，夹层通氮气，绝热层较厚，广泛应用于大中型LNG子母罐和常压储槽。
　　③真空粉末绝热：容积为100m³和50m³的真空压力罐常采用这种绝热方式。在储罐内外罐之间的夹层中填充粉末(珠光砂)后抽成5Pa的高真空用于绝热。通常用蒸发率来衡量储罐的绝热性能，LNG储罐的日蒸发率小于等于0.3%(体积比)。
　　(7)LNG储罐总容量
　　储罐总容量通常按储存3天高峰月平均日用气量来计算确定。同时还应考虑气源点的个数、气源厂检修时间、气源运输周期、用户用气波动等因素。对气源的要求是不少于2个供气点。若只有1个供气点，则储罐总容量还应考虑气源厂检修时能正常供气。
　　2.BOG缓冲罐
　　对于调峰型LNG供气站，为回收非调峰期接卸槽车的余气和储罐中的BOG(蒸发气体)，或   气混气站为了均匀混气，常在BOG加热器出口增设BOG缓冲罐，其容量按回收槽车余气量计算设置。
　　3.空温式气化器设计
　　(1)储罐增压气化器
　　按100m³LNG储罐装满90m³LNG后，在30min内将10m³气相空间的压力由卸车状态的0.4MPa升压至工作状态的0.6MPa进行计算，据计算结果每个储罐需选用1台气化量为200m³/h空温式气化器为其增压。
　　气化器的设计参数：设计压力1.0MPa；工作压力0.6MPa；设计温度-196~60℃；工作温度-145~162.3℃；安装方式为卧式；材料为LF21。
　　目前设计多采用1个LNG储罐带1个自增压气化器。也可多个储罐共用1台或一组气化器增压，通过阀门切换，可简化流程、减少设备、节省投资。
　　(2)卸车增压气化器
　　由于LNG集装箱罐车上不配加压装置，因而站内要设置气化量为300m³/h的卸车增压气化器，将罐车压力增至0.6MPa。设计参数同储罐增压气化器。
　　(3)空温式气化器
　　空温式气化器是LNG供气站向城市用户供气的主要气化设施。气化器的气化能力按用气城市高峰小时计算流量的1.3一1.5倍确定。常用的单台气化器的气化能力为1500一2000m³/h，2~4台为1组，设计上配置2~3组，相互切换使用。当一组使用时间过长，气化器结霜严重，导致气化器气化效率降低，出口温度达不到要求时，人工(或自动或定时)切换到另一组，本组进行自然化霜备用。
　　设计参数：设计压力为1.0MPa；工作压力为0.6MP、设计温度为一196从温度为-145~-162.3℃；出口温度大于或等于环境温度-5℃；安装方式为立式；材料为LF21。
　　(4)BOG加热器
　　由于站内BOG发生量   大的是回收槽车卸车后的气相   气，故BOG空温式加热器的设计能力按此进行计算。回收槽车卸车后的气相   气的时间按30min计。以一台40m³的槽车，压力从0.6MPa降至0.3MPa为例，计算出所需空温式BOG加热器的能力为240m³/h。实际选用的加热能力略大于理论计算能力，为500~1000m³/h。在冬季使用水浴式NG加热器时，将BOG用作热水锅炉的燃料，其余季节送入城市输配管网。设计参数同空温式气化器。
　　(5)NG加热器(水浴式)
　　当环境温度较低，空温式气化器出口NG温度低于5℃时，在空温式气化器后串联水浴式加热器，对气化后的   气进行加热。加热器的加热能力根据高峰小时用气量的1.3~1.5倍确定。   气出加热器的温度约为10℃。
　　(6)EAG加热器
　　LNG常压下的沸点温度为161.5℃，常压下储存温度为-162.3℃，密度为426kg/m³(-165.5℃，101.325kPa)。当LNG气化为NG时，其临界浮力温度为-107℃：①当NG温度高于-107℃时，NG比空气轻，将从泄漏处上升飘走；②当NG温度低于-107℃时，NG比空气重，低温NG会向下集聚与空气形成可燃性爆炸物。为防止   种情况出现，流程中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加热使其密度小于空气，然后再引入高空放散。
　　EAG(   放散气体)空温式加热器设备能力按100m³储罐的   大   放散量进行计算，经计算其   放散量为500m³/h，设计中选择气化量为500m³/h的空温式加热器1台。进加热器气体温度为-145℃，出加热器气体温度为-15℃。
　　对于南方不设EAG装置的LNG供气站，为了防止   阀起跳后放出的低温LNG气液混合物冷灼伤操作人员，应将单个   阀放散管和储罐放散管接入总管集中放散。
　　4.调压计量与加臭装置设计
　　根据LNG供气站的规模选择调压装置。通常设置2路调压装置，选用带指挥器、超压切断的自力式调压器。
　　计量采用涡轮流量计。加臭剂采用四氢噻吩，加臭以隔膜式计量泵为动力，根据流量信号将臭味剂注入燃气管道中。
　　5.阀门与管道管件选型设计
　　(1)阀门选型设计
　　工艺系统阀门应满足输送LNG的压力和流量要求，同时   具备耐-196℃的低温性能。常用的LNG阀门主要有：增压调节阀、减压调节阀、紧急切断阀、低温截止阀、   阀、止回阀等。其中增压调节阀、减压调节阀、紧急切断阀宜采用，其余可采用国产阀门。阀门材料为0Cr18Ni9。
　　(2)管道管件法兰选型设计
　　1)介质温度小于或等于-20℃的管道采用输送流体用不锈钢无缝钢管(GB/T14976-2002)，材质为0Cr18Ni9。管件均采用材质为0Cr18Ni9的无缝冲压管件(GB/T1245-90)。法兰采用凹凸面长颈对焊钢制管法兰(H620592-97)，材质为0Cr18Ni9；法兰密封垫片采用金属缠绕式垫片(0Cr18Ni9)。
　　2)介质温度大于一20℃的工艺管道，当管径小于或等于DN200时，采用输送流体用无缝钢管(GB/T8163)，材质为20#钢；当管径大于DN200时采用ERW(高频直缝电阻焊)焊接钢管(GB/T3041-001)，材质为Q235B。管件均采用20#钢无缝冲压管件(GB/T1245990)。法兰采用20#钢突面带颈对焊钢制管法兰(HG20592-97)。法兰密封垫片采用柔性石墨复合垫片(HG20629-97)。
　　LNG工艺管道安装除   的法兰连接外，均采用焊接连接。低温工艺管道用聚胺脂管托和复合聚乙烯管壳进行绝热。碳钢工艺管道作处理。
　　(3)防止冷收缩设计
　　用作LNG管道的奥氏体不锈钢虽具有优异的低温机械性能，但冷收缩率高达3‰。站区LNG管路在常温下安装，在低温下运行，前后温差高达180℃，存在着较大的冷收缩量和温差应力，通常采用“门形”补偿装置对工艺管道进行冷收缩补偿。
　　6.工艺控制设计
　　LNG供气站的工艺控制系统包括站内工艺装置的运行参数采集和自动控制、远程控制、连锁控制和越限报警。通常在以下位置设置控制点：①卸车进液总管；②空温式气化器出气管；③水浴式NG加热器出气管；④100m³LNG储罐；OBOG加热器压力；⑥调压器后压力；⑦出站流量；⑧加臭机(自带仪表控制)。
　　调压器选用超压切断式，当出口压力超压时自动切换。调压器后设   放散阀，超压后   放散。   气出站管道上设电动阀，当站内   气泄漏浓度达限声光报警时；或出站阀后压力高出设定压力声光报警时；或紧急情况(如失火)时，都可在控制室切断进、出口电动阀。
　　7.消防设计
　　LNG供气站的消防设计根据GB50028-93《城镇燃气设计规范》(2002年版)LPG篇进行。在LNG储罐周围设置围堰区，通常1台罐为1组，每组之间以0.3m高防液堤分隔，储罐区四周以1.0m高防液堤分隔外界分隔开，以储罐发生事故时对周围设施造成的危害降低到   小程度。为储罐   运行，在LNG储罐上设置冷却喷淋系统。LNG储罐的消防用水量按储罐固定冷却喷淋用水量和火灾时水枪用水量之和计算。