基于自主技术的LNG接收站主要装备标准化探究

王 玲，关 键

(中国石油化工股份有限公司物资装备部，北京 100020)

据国家发改委、国家统计局和海关总署发布的数据，2021年我国LNG进口量达到1.089×1011m3(7.89×107t)，占天然气总进口量的65%。LNG已经成为我国天然气供应的重要来源，在我国天然气供应体系中的重要性日益凸显。然而，我国LNG接收站建设起步较晚，自有技术和国产装备尚未经历长周期运行考验，能否实现在超低温(-162 ℃)、高压(8 MPa以上)、易燃易爆、易蒸发扩散和海洋气候下长周期稳定运行，避免引发因LNG泄漏、顶板结霜和罐顶故障、甚至蒸汽云爆炸等安全事故【1】，需要各建设单位持续开展技术攻关，并及时将研究和应用成果转化为标准，确保装置的本质安全。

1 装备标准化现状分析

1.1 引用的国际标准五花八门

我国LNG接收站建设起步于本世纪初，建设初期的10余年都是由国外工程公司提供工艺包及专利、专有技术并承担EPC建设任务，专利使用费昂贵，主要设备、材料大都依赖于进口，采用的技术标准有美标、欧标、英标、日标以及专利商自有的标准，且不同的专利商的采标体系也存在较大差异，造成设备、材料采购成本高昂，选型五花八门，订货周期漫长。

1.2 行业标准体系不健全

国内液化天然气领域等相关标准编制管理机构近10余年间开展了包括GB 51156—2015《液化天然气接收站工程设计规范》、GB/T 20368—2012《液化天然气(LNG)生产、储运和装运》等近50项国家和行业标准的制修订工作。但是，大部分标准属于EN(欧洲标准)、NFPA(美国消防协会规范和标准)、API(美国石油标准)、BS(英国标准)等国外标准的等效转化，我国尚未形成技术先进、全球认可的LNG装备标准体系，科技成果及时转化成标准的力度、标准的技术支持、数据验证等尚待加强，一些装备(如9%Ni钢焊材、罐顶起重机、中大口径LNG低温球阀、蝶阀和控制阀)尚未形成可靠的国产替代【1】，无法制定以国内技术为基础的技术标准。

1.3 制造企业技术能力差异明显

个别配套制造厂起点较低，研发能力较弱，未能建立材料研究和标准化的质量管理体系，存在设备的外购件和原材料的检验验收管理不严、缺少自动化数字化加工设备、缺少理化性能检测设备等问题，导致产品的质量稳定性不高，不仅给建设单位造成施工和运维费增加的状况，也给标准化技术水准的确立带来困扰。

2 装备标准化的需求分析

2.1 国家标准化发展战略的需要

标准是经济活动和社会发展的技术支撑，是国家基础性制度的重要方面。标准化在推进国家治理体系和治理能力现代化中发挥着基础性、引领性作用。2021年10月印发的《国家标准化发展纲要》中要求“提升产业标准化水平，增强产业链供应链稳定性和产业综合竞争力。发挥关键技术标准在产业协同、技术协作中的纽带和驱动作用，实施标准化助力重点产业稳链工程，促进产业链上下游标准有效衔接，提升产业链供应链现代化水平。”由我国首次主导制定的2项LNG船用设备国际标准ISO 21157:2018《船舶和海上技术低温球阀设计和试验要求》和ISO 21159:2018《船舶和海上技术低温蝶阀设计和试验要求》于2019年1月正式发布,标志着我国在LNG装备国际标准制定领域取得重要突破。

2.2 世界LNG接收站的建设促进装备标准化

从世界范围来看，天然气对外依存度高的国家和地区都已建立了LNG装备标准体系。日本首座LNG接收站于1972年在根岸(Negishi)建成投产，截至2019年底，已建成投产LNG接收站37座，合计接转能力为2×108t/a，储罐总容量为2.038×107m3【2】。依托国内的LNG接收站建设，日本建立了完善的LNG装备相关的法规和技术标准，如《LNG地下储罐指南》、《LNG地上储罐指南》、《LNC接收站设备指南》、《LNG小型接收站设备指南》和《液化气设备规程》等【3】。欧洲首座LNG接收站于1969年在西班牙巴塞罗那建成投产，截至2019年底，已建成投产接收站22座，总接收能力达1.58×108t/a，LNG储罐罐容为1.1×107m3，折合储气能力6.8×109m3【2】。欧洲也建立了LNG专用标准，如《液化天然气设备与配置中陆上装置的设计》、《液化天然气的安装和设备——船舶输送系统的设计和试验》等，同时，欧洲各国也采用国际标准化组织(ISO)标准作为本国LNG标准【3】。从本世纪初开始，欧、美、日等发达国家凭借自身完备的LNG技术标准体系，向中国输出LNG接收站技术，并影响了中国LNG技术标准的发展。

2.3 国内LNG接收站的建设为装备标准化积累了宝贵经验

截至2019年底，我国已建成投产LNG接收站22座，接收能力合计9.045×107t/a，配套建设各类LNG储罐72个，总罐容为9.69×106m3【2】。持续的工程建设为自有技术和装备发展积累了宝贵的应用经验。

在引进消化吸收先进技术和装备的基础上，国内的LNG接收站技术发展迅速。在工程技术方面， 相关单位积极开发自有技术， 在自主工艺设计、 蒸发气(BOG)计算处理、 储罐罐容计算、 能耗分析、 船舶分析等核心技术方面不断取得实质性突破；在施工技术方面， 攻克了储罐内罐壁的纵缝自动焊、 储罐拱顶预制拼装和气顶升等一系列难题； 在装备方面，国内主要建设单位在“十二五”和“十三五”期间持续攻关， 已实现了卸船臂、 储罐钢板、罐内泵、外输泵、气化器、装车橇、中小口径低温阀门、 低温钢筋和绝热材料等装备的进口替代， 其他暂需进口的物资的国产化攻关正在有条不紊地推进。2018年建成投运的中国石化天津LNG接收站一期是我国首套具有完全自主知识产权和成套包工艺技术的LNG接收站，装备国产化率达82%。这为行业制订涵盖设计、制造、检验验收、包装运输、现场保管、安装调试到维护保养全生命周期的装备标准奠定了坚实的基础。

3 主要装备的标准化方案

典型的LNG接收站的工艺流程和主要装备见图1。

LNG接收站主要装备标准化建立在接收站能力规模标准系列化、主要装备配置和能力标准系列化以及主要装备国产化的基础之上。接收站能力规模的标准化、系列化，需要一定的装备与之匹配，这就需要装备的能力规模标准化、系列化。如果主要装备依赖进口，标准化、系列化无疑会加剧垄断，带来物资采购成本和供应周期的不可控，极大地干扰工程建设，给国家造成不可估量损失。因此，采用自主技术的装备国产化是标准化、系列化的基石。下面简要介绍LNG接收站主要装备标准化、系列化方案。

3.1 接收站规模与主要装备的标准化匹配

从图1可以看出，LNG接收站卸船系统主要装备为卸船臂等，储存系统主要装备为LNG储罐(含罐内低压泵、罐顶起重机)以及BOG压缩机、再冷凝器等，外输系统主要装备为外输高压泵、气化器、计量撬、装车撬、装船臂等。

图1 LNG接收站工艺流程和主要装备示意

接收站规模系列化包括3×106t/a、6×106t/a、1.08×107t/a、1.5×107t/a等不同规模，与之匹配的单个码头规模为3×104m3～2.66×105m3，码头数量按照实际情况进行匹配，卸船臂直径系列可为300～400 mm，数量可按卸料量进行匹配；与之匹配的LNG储罐容量系列为1.6×105m3、2.2×105m3、2.7×105m3等，储罐数量按照实际情况进行匹配，每台储罐配置的罐内泵能力标准化为390 m3/h3或560 m3/h3，数量可按照外输量(包括管道外输、装船量和装车量等)进行匹配，BOG压缩机能力系列可为9～14 t/h；气化器能力标准系列为200～300 t/h，型式可根据不同地域的情况选择确定，数量按照外输能力规模进行匹配，单个装车撬能力标准化为60 m3/h，数量按照汽车外输量进行匹配。

3.2 LNG储罐用9%Ni钢板

LNG储罐用9%Ni钢板的标准化方案的基础之一，是储罐容量标准系列化。LNG储罐用9%Ni钢板的标准化方案主要包括钢板技术要求的标准化，钢板规格(厚度、长度及宽度等)的标准系列化等。

9%Ni钢板技术要求的标准化是以9%Ni钢材料国家标准为基础，针对LNG储罐的特殊用途要求进行的。标准化主要包括技术指标的标准化、检验要求(工厂自检、第三方检验等)的标准化以及钢板质量控制程序的标准化等具体内容。钢板技术指标包括化学成分、力学性能、内在质量、外观质量、交货状态、剩磁指标等，特别是在标准化内容中，规定了剩磁的检测程序和方法，避免了没有统一的检测方法给工程实施带来的困扰。

在储罐容量标准系列化基础上，对储罐模数(直径与罐壁高度)进行标准系列化，这样可对罐壁的分带进行标准系列化，从而达到储罐罐壁用钢板的长度、宽度的标准系列化；罐底、罐壁热角保护等非强度决定厚度的部位，对钢板最小厚度进行标准化，从而使钢板厚度得到统一。钢板的规格标准化主要考虑钢板制造厂生产能力、施工单位预制能力、现场组焊工作量和难度以及实物质量水平等因素【4】。

9%Ni钢板的化学成分示例见表1。

表1 9%Ni钢板的化学成分示例

3.3 BOG压缩机

BOG压缩机的标准化包括处理能力的标准系列化、型式的标准化、技术参数的标准系列化、技术要求的标准化以及检验检测的标准化。其核心内容是技术要求的标准化。BOG压缩机属于低温运行机组，主要由主机和压力润滑系统组成，制造技术难度大【5】。其主机以及压力润滑系统设计和制造技术要求除了遵循API有关标准外，还对油泵制造及布置、材料、机械密封、联轴器、护罩、进出口缓冲器等设施提出了标准化要求。

BOG压缩机主要性能指标标准化内容及指标见表2。其在额定转速和额定流量下，除要满足表2中列出的指标要求外，还要满足排量偏差、轴功率偏差、机身振动、气缸振动、噪音等限制指标要求。

表2 BOG压缩机的性能指标标准化内容及指标示例

3.4 LNG卸船臂

卸船臂的标准化内容包括卸料能力(流量)，直径大小，液相臂和气相臂数量匹配以及制造、检测、试验要求等。卸船臂主要由基础立柱，内、外臂，旋转接头和快速连接器(QCDC)以及各种控制系统等组成。标准化技术要求主要以ISO 16904—2016《石油和天然气工业：用于常规沿岸码头的液化天然气船用输送臂的设计和试验》、HG/T 21608—2012《液体装卸臂工程技术要求》为基础。为了确保部件在超低温状态下保持相同的收缩率，保证卸船臂在深冷低温条件下的严密性，加工时应按照相关标准的要求进行2～3次深冷处理。

卸船臂的主要性能指标标准化示例见表3。除表3列出的指标外，还需对旋转接头主密封和次密封单个泄漏速率和噪音进行控制。

表3 LNG卸船臂性能指标标准化示例

卸船臂主要检测项目包括：1)液压管路的气密试验和充油耐压试验；2)整机试验的水压和气密试验；3)卸料臂的功能和顺序测试；4)液压快速连接和断开耦合器试验；5)紧急释放系统(ERS)测试；6)绝缘法兰电阻测试；7)配重平衡测试。

3.5 罐内泵

罐内泵的标准化内容包括泵流量、泵扬程、功率、泵井直径以及制造安装技术要求等。罐内泵由电机和泵体两部分组成，泵体和电机共轴，电机位于泵体上方，可消除因联轴器产生的偏心振动【6】。罐内泵标准化技术要求主要以GB/T 755—2019《旋转电机》、API 610—2021《石油、石化和天然气工业用离心泵》、JB/T 13977—2020《液化天然气(LNG)低温潜液泵标准》等为基础。

罐内泵的主要性能指标示例见表4。除表4列出的指标外，还要求扬程、效率和汽蚀余量无负偏差。主要出厂检验项目包括：1)油管头四通、小四通(或三通)、闸阀(阀体和阀座单独)、节流阀的静水压强度试验；2)闸阀和可调式节流阀的扭矩试验；3)采气树或整机的静水压密封试验；4)阀门的开关循环试验；5)悬挂器的承载能力试验；6)闸阀阀孔和采气树总成主孔的通径试验。

表4 LNG罐内泵的性能指标标准化示例

3.6 气化器

气化器的标准化内容包括气化能力标准系列化、结构型式标准化、选型标准化、制造安装技术要求标准化等。其核心指标是气化能力，影响能耗的关键指标是换热效率，换热管的选材和防腐措施是标准化重点关注事项。

3.6.1 开架式气化器ORV

开架式气化器ORV的主要部件见图2，其核心单元是换热管和汇管【7】。标准化文件中，除了对气化能力、噪声等指标作了规定外，还对换热管和汇管的材质、防腐措施等作了统一规定，以提高其抗冲蚀、抗腐蚀性能。

1—支吊架；2、(2)—天然气集管；3、(3)—天然气汇管；4—海水集管；5—调节装置；6—海水汇管；7—挡风板；8—过渡接头；9—换热面板(翅片管)；10—混凝土框架；11—操作平台；12—溢流槽图2 开架式气化器ORV的主要部件

ORV的主要性能指标标准化示例见表5。主要检测项目包括：

1) 铝及铝合金材料的物理性能和化学性能的检查；

2) 承压元件铝材的冲击试验；

3) 对ORV整体进行气压试验。

3.6.2 浸没燃烧式气化器SCV

浸没燃烧式气化器SCV的主要部件见图3。其主要构成是燃烧室、换热管束、鼓风机、水泵、加药罐和烟囱等【8】。标准化文件中，除了对气化能力、换热效率、噪声等指标作了规定外，还对燃烧室及燃烧器、换热管束、鼓风机、水泵、烟囱等部件的材质、结构、性能等作了统一规定，以提高其使用性能。

表5 开架式气化器ORV的主要性能指标标准化示例

1—燃烧器;2—管道(水、气)；3—消音器(罩)；4—鼓风机；5—水泵；6—燃烧室；7—分布器；

浸没燃烧式气化器SCV的主要性能指标示例见表6。主要检测项目包括：

1) LNG进出口接管、管线和蛇管的所有对接接头射线检测；

2) 烟道系统焊接接头射线检测；

3) 管束单元的耐压和气密试验；

4) 加药罐的试验。

表6 浸没燃烧式气化器SCV主要性能 指标标准化示例

4 结论和建议

本文从LNG接收站主要装备标准化现状和标准化条件入手，对LNG接收站主要装备标准化可行性进行了的分析，并对LNG接收站主要装备标准化、系列化方案进行了简略介绍。从本文的分析可以得知，建立在自主技术基础上的LNG接收站主要装备标准化、系列化方案是可行的。可以预见，LNG接收站主要装备标准化、系列化方案的实施，不仅可以缩短建设周期、节约采购成本、提高建设质量，而且可为国家现代能源体系建设中LNG接收站项目高质量建设提供有力的技术标准支撑。