LNG气化站工艺系统设计及要点分析

李兴泉 施静林

（山东汇通能源利用集团有限公司，山东 烟台 264002）

考虑到提高A市的应急储备能力，保障不可中断用户的应急储备用气，同时为了能够充分利用现有土地资源，简化前期手续办理流程和周期，更好的服务于天然气汽车的发展，合理减少项目投资成本，提高运营收益率，某燃气公司决定建设一座具备加气功能的LNG气化站。本人个人观点认为在未来城镇化发展对土地资源的使用越来越紧张的条件下，建设LNG气化站与LNG加气站的合建站将越来越普及，同时还可以产生的BOG直接输送到下游管网，从而节约了天然气能源，也对环境减少了污染。因此本文以某LNG气化加气站为例，介绍工艺系统设计及要点。

1 项目概况

1.1 项目概述

本项目建设地点位于A市某次高压B天然气门站内的自有土地。建设内容为储气容积为900m3的LNG气化站1座，占地面积约30.38亩。项目总投资为6551万元，其中工程费为5017万元，工程建设其他费用为938万元，预备费为596万元。

1.2 设计规模

本项目考虑6个150立方米的LNG低温真空罐，总储存容积为900立方米，对应标准状态的气态天然气为54万立方米。在应急状况下，气化规模为1万立方米／时，每天按24小时考虑，则该站的应急天数为2.25天。针对储存规模为900m3的气化站，可考虑两种建设方案，方案一设计6个150m3的真空罐，对应消防水池总容积为2000m3（包括两个1000m，独立水池）；方案二设计1个900m3的子母罐，对应消防水池总容积为4000m3（包括两个2000m3独立水池）。方案二和方案一相比，消防水池占地大，所以工程推荐方案一。

2 LNG气化站工艺LNG气化站工艺设计设计要点

2.1 总图布置

总体设计思想包括：站区内布置、服务对象（公交、运输车辆、私家汽车等）、站点设计容量、符合国家标准规范要求、对周边环境的影响、投资回报率、运营维保、网络信息化建设等。本LNG气化站站内设置900m3LNG低温储罐，该项目气源由槽车运输至场站。设计主要设备有150m3LNG储罐6台，卸车增压器3台、储罐增压器3台、空温式气化器4台、水浴式加热器1台、BOG加热器1台、EAG加热器1台、调压撬1台、计量撬1台、加气机4台等。LNG气化加气站分为生产区、辅助区和办公区。生产区布置在厂区南部，辅助区布置在厂区东北部，办公区布置在厂区西部。生产区主要包括卸车区、LNG储罐区、气化区、加气区及加气站房等；辅助区有配电室、柴油发电机房、消防水池及泵房、锅炉房、压缩机房、深井间等；办公区由办公楼、值班室、控制室、车库组成。各个功能区要具备划分清晰、彼此贴临，联系紧密的特点。

2.2 设备布置

1）储罐基础高度，潜液泵所需净正压头为1-4米，其进口高出设备底约0.5米，基础高为0.2米，则在考虑储罐基础高度时，应保证储罐底部高于地面不小于1.7米。

2）安全间距，GB50028-2006主要适用于LNG气化站，而LNG气化站通常建于城市建成区以外。除重要公共建筑外，规范中LNG储罐及放散总管与站外建、构筑物的防火间距比GB50156-2012（2014年版）中LNG储罐及放散管与站外建、构筑物的防火间距大。但是GB50156-2012（2014年版）对此有比较详细的规定，而GB50028-2006对卸车点、加气机等与站外建、构筑物的防火间距以及加气区内设施（储罐与加气机、站房、放散管等）之间的防火间距均没有涉及。GB50156-2012（2014年版）主要适用于LNG加气站、L-CNG加气站等场站的工程设计和施工。就LNG加气站而言，主要适用于LNG总储存容积不大于180m3的情况，该规范对LNG加气站的规模，卸车点、LNG储罐、加气机、放散管管口与站外建、构筑物的防火间距，LNG加气站内设施之间的防火间距及消防系统均作了明确规定。在消防设施方面，GB50028-2006比GB50156-2012更严格：①在储罐的消防设施方面，GB50028要求储罐的单罐容积＞20m3，或总容积＞50m3，时，储罐应设置固定消防冷却系统；而GB50156中没有明确规定需要设固定消防冷却系统。②对移动式消防用水量方面，GB50028要求单罐容积小于等于50m3或总容积小于等于200m3时，水枪用水量不小于20L／S，连续供水时间不小于3小时；单罐容积大于50m3或总容积大于200m3时，水枪用水量不小于30L／S，连续供水时间不小于6小时。而GB50156中规定一级站消火栓消防水量不应小于20L／S，连续供水时间不小于2小时；二级站消火栓消防水量不应小于15L／S，连续供水时间不小于2小时。3）气化器之间的距离，按照规范要求，气化器之间应至少不小1.5米间距。本项目中的空温式气化器规格为5000Nm3／h，长×宽×高为3.3米×3.0米×10.3米。因为体积大，为了保证合适的维检修空间，将原设计的中心距由4m扩大至5m。

2.3 管道布置

对槽车卸车区、储罐区、气化区的LNG，BOG，EAG、压缩空气管道主要采用低支架架空敷设。汽车加气区的管道采用管沟敷设，管底距沟底不小于0.2m，为了检修方便，管沟内不填砂，做浓度报警。

1）管系选择，LNG管道通常采用奥氏体不锈钢管，材质为06Crl9Ni10，具有优异的低温机械性能。站区LNG管道在常温（20℃）下安装，在低温（-162℃）下运行，预冷时温度为-196℃，前后温差高达216℃，存在着较大的冷收缩量和温差应力，通常采用“II”型和“L”型自然补偿，补偿工艺管道的冷收缩。奥氏体不锈钢管在-162℃时，线性膨胀率为0.0015cm／m·℃；在20℃时，线性膨胀率为0.0016cm／m·℃。根据 《管架标准图））HG／T21629-1999。当L＝300mm时，适用于管道轴向伸长量为50mm，能承受最大轴向推力18000N；当L＝450mm时，适用于管道轴向伸长量为125mm，能承受最大轴向推力25000N。根据以上参数，当管托长度为300mm，要将位移量控制在50mm以内，直管段的长度需要小于15.5米；当管托长度为450mm，要将位移量控制在125mm以内，直管段的长度需要小于46.25米。本工程选择“L”型管系，示意图如下：

图2 “L”型管系接支管示意图

通过计算，本管系中固定支架的接点号分别为20、190、230、280和320，在操作状态下，DN100时固定支架20的推力为7605N。奥氏体不锈钢的许用应力为137894.3kPa，管系的一次应力和二次应力均满足材料要求。弯头节点80处的位移为48.787mm；支架节90处的位移为30.227mm，满足要求。

2）管道间距，管道保冷层的厚度为100mm，并且考虑100mm的安装检修空间，保证管道的净距为300mm。

3）管道高程，因加液区管沟内的管道弯头上面与沟道盖板之间间距过小，保温量不够，影响沟道盖板，因此将沟内管道标高整体下降0.15m。

3 结语

综上，本建设项目的选址符合国家现行有关安全生产法律、法规和区域规划的要求。所采取的工艺技术先进可靠，生产设备选配合理，公用工程和辅助设施可满足项目生产、安全的要求。