【文章內(nèi)容簡介】 B 50028— 93《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》 (2020 年版 )、 GBJ 16— 87《建筑設(shè)計防火規(guī)范》 (2020 年版 )、 GB 50183— 2020《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》、美國 NFPA— 59A《液化天然氣生產(chǎn)、儲存和裝卸標準》。其中 GB 50183— 2020《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》是由中石油參照和套用美國 NFPA— 59A 標準起草的，許多內(nèi)容和數(shù)據(jù)來自 NFPA— 59A 標準。由于 NFPA— 59A 標準消防要求高，導(dǎo)致工程造價高，目前難以在國內(nèi)實施。目前國內(nèi) LNG 氣化站設(shè)計基本參照 GB 50028— 93《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》 (2020 年版 )設(shè)計，實踐 證明安全可行。 2． 3 LNG 儲罐的設(shè)計 儲罐是 LNG 氣化站的主要設(shè)備，占有較大的造價比例，應(yīng)高度重視儲罐設(shè)計。 2． 3． 1 LNG 儲罐結(jié)構(gòu)設(shè)計 LNG 儲罐按結(jié)構(gòu)形式可分為地下儲罐、地上金屬儲罐和金屬 /預(yù)應(yīng)力混凝土儲罐 3 類。地上 LNG 儲罐又分為金屬子母儲罐和金屬單罐 2 種。金屬子母儲罐是由 3 只以上子罐并列組裝在一個大型母罐 (即外罐 )之中，子罐通常為立式圓筒形，母罐為立式平底拱蓋圓筒形。子母罐多用于天然氣液化工廠。城市 LNG 氣化站的儲罐通常采用立式雙層金屬單罐，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于直立的暖瓶，內(nèi)罐支撐于外罐 上，內(nèi)外罐之間是真空粉末絕熱層。儲罐容積有 50m3和 100m3，多采用 100m3儲罐。 對于 100m3立式儲罐，其內(nèi)罐內(nèi)徑為 3000mm，外罐內(nèi)徑為 3200mm，罐體加支座總高度為 17100mm，儲罐幾何容積為 105． 28m3。 2． 3． 2 設(shè)計壓力與計算壓力的確定 目前絕大部分 100m3 立式 LNG 儲罐的最高工作壓力為 0． 8MPa。按照 GB 150— 1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定，當儲罐的最高工作壓力為 0． 8MPa 時，可取設(shè)計壓力為 0． 84MPa。儲罐的充裝系數(shù)為 0． 95，內(nèi)罐充裝 LNG 后的液柱凈壓力為 0． 062MPa，內(nèi)外罐之間絕對壓力為 5Pa，則內(nèi)罐的計算壓力為 1． 01MPa。 外罐的主要作用是以吊掛式或支撐式固定內(nèi)罐與絕熱材料，同時與內(nèi)罐形成高真空絕熱層。作用在外罐上的荷載主要為內(nèi)罐和介質(zhì)的重力荷載以及絕熱層的真空負壓。所以外罐為外壓容器，設(shè)計壓力為 0． 1MPa。 2． 3． 3 100m3LNG 儲罐的選材 正常操作時 LNG 儲罐的工作溫度為 162． 3℃ ，第一次投用前要用 196℃ 的液氮對儲罐進行預(yù)冷 [ 3]，則儲罐的設(shè)計溫度為 196℃ 。內(nèi)罐既要承受介質(zhì)的工作壓力，又要承受 LNG 的低溫 ，要求內(nèi)罐材料必須具有良好的低溫綜合機械性能，尤其要具有良好的低溫韌性，因此內(nèi)罐材料采用 0Crl8Ni9，相當于 ASME(美國機械工程師協(xié)會 )標準的 304。 根據(jù)內(nèi)罐的計算壓力和所選材料，內(nèi)罐的計算厚度和設(shè)計厚度分別為11． 1mm 和 12． 0mm。作為常溫外壓容器，外罐材料選用低合金容器鋼 16MnR，其設(shè)計厚度為 10． 0mm。 2． 3． 4 接管設(shè)計 開設(shè)在儲罐內(nèi)罐上的接管口有：上進液口、下進液口、出液口、氣相口、測滿口、上液位計口、下液位計口、工藝人孔 8 個接管口。內(nèi)罐上的接管材質(zhì)都為0Cr18Ni9。 為便于定期測量真空度和抽真空，在外罐下封頭上開設(shè)有抽真空口 (抽完真空后該管口被封閉 )。為防止真空失效和內(nèi)罐介質(zhì)漏入外罐，在外罐上封頭設(shè)置防爆裝置。 2． 4 BOG 緩沖罐 對于調(diào)峰型 LNG 氣化站，為了回收非調(diào)峰期接卸槽車的余氣和儲罐中的BOG(Boil Off Gas，蒸發(fā)氣體 )，或?qū)τ谔烊粴饣鞖庹緸榱司鶆蚧鞖?，常?BOG加熱器的出口增設(shè) BOG 緩沖罐，其容量按回收槽車余氣量設(shè)置。 2． 5 氣化器、加熱器選型設(shè)計 2． 5． 1 儲罐增壓氣化器 按 100m3的 LNG 儲罐裝滿 90m3的 LNG 后，在 30min 內(nèi)將 10m3氣相空間的壓力由卸車狀態(tài)的 0． 4MPa 升壓至工作狀態(tài)的 0． 6MPa 進行計算。據(jù)計算結(jié)果，每臺儲罐選用 1 臺氣化量為 200m3/h 的空溫式氣化器為儲罐增壓， LNG 進增壓氣化器的溫度為 162． 3℃ ，氣態(tài)天然氣出增壓氣化器的溫度為 145℃ 。 設(shè)計多采用 1 臺 LNG 儲罐帶 1 臺增壓氣化器。也可多臺儲罐共用 1 臺或 1組氣化器增壓，通過閥門切換，可簡化流程，減少設(shè)備，降低造價。 2． 5． 2 卸車增壓氣化器 由于 LNG 集裝箱罐車上不配備增壓裝置，因此站內(nèi)設(shè)置氣化量為 300m3/h 的卸車增壓氣化器，將罐車壓力增至 0． 6MPa。 LNG 進氣化器溫度為 162． 3℃ ，氣態(tài)天然氣出氣化器溫度為 145℃ 。 2． 5． 3 BOG 加熱器 由于站內(nèi) BOG 發(fā)生量最大的是回收槽車卸車后的氣相天然氣，故 BOG 空溫式加熱器的設(shè)計能力按此進行計算，回收槽車卸車后的氣相天然氣的時間按 30min計。以 1 臺 40m3的槽車壓力從 0． 6MPa 降至 0． 3MPa 為例，計算出所需 BOG 空溫式氣化器的能力為 240m3/h。一般根據(jù)氣化站可同時接卸槽車的數(shù)量選用 BOG空溫式加熱器。通常 BOG 加熱器的加熱能力為 500～ 1000m3/h。在冬季使用水浴式天然氣加熱器時，將 BOG 用作熱水鍋爐的燃料，其余季節(jié)送入城市輸配管網(wǎng)。 2． 5． 4 空溫式氣化器 空溫式氣化器是 LNG 氣化站向城市供氣的主要氣化設(shè)施。氣化器的氣化能力按高峰小時用氣量確定，并留有一定的余量，通常按高峰小時用氣量的 1． 3～ 1． 5倍確定。單臺氣化器的氣化能力按 2020m3/h 計算， 2～ 4 臺為一組，設(shè)計上配置2～ 3 組，相互切換使用。 2． 5． 5 水浴式天然氣加熱器 當環(huán)境溫度較低，空溫式氣化器出口氣態(tài)天然氣溫度低于 5℃ 時，在空溫式氣化器后串聯(lián)水浴式天然氣加熱器，對氣 化后的天然氣進行加熱 [ 6]。加熱器的加熱能力按高峰小時用氣量的 1． 3～ 1． 5 倍確定。 2． 5． 6 安全放散氣體 (EAG)加熱器 LNG 是以甲烷為主的液態(tài)混合物，常壓下的沸點溫度為 161． 5℃ ，常壓下儲存溫度為 162． 3℃ ，密度約 430 kg/m3。當 LNG 氣化為氣態(tài)天然氣時，其臨界浮力溫度為 107℃ 。當氣態(tài)天然氣溫度高于 107℃ 時，氣態(tài)天然氣比空氣輕，將從泄漏處上升飄走。當氣態(tài)天然氣溫度低于 107℃ 時，氣態(tài)天然氣比空氣重，低溫氣態(tài)天然氣會向下積聚，與空氣形成可燃性爆炸物。為了防止安全閥放空 的低溫氣態(tài)天然氣向下積聚形成爆炸性混合物，設(shè)置 1 臺空溫式安全放散氣體加熱器，放散氣體先通過該加熱器加熱，使其密度小于空氣，然后再引入高空放散。 EAG 空溫式加熱器設(shè)備能力按 100m3儲罐的最大安全放散量進行計算。經(jīng)計算， 100m3儲罐的安全放散量為 500m3/h，設(shè)計中選擇氣化量為 500m3/h 的空溫式加熱器 1 臺。進加熱器氣體溫度取 145℃ ，出加熱器氣體溫度取 15℃ 。 對于南方不設(shè) EAG 加熱裝置的 LNG 氣化站，為了防止安全閥起跳后放出的低溫 LNG 氣液混合物冷灼傷操作人員，應(yīng)將單個安全閥放散管和儲 罐放散管接入集中放散總管放散。 2． 6 調(diào)壓、計量與加臭裝置 根據(jù) LNG 氣化站的規(guī)模選擇調(diào)壓裝置。通常設(shè)置 2 路調(diào)壓裝置，調(diào)壓器選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調(diào)壓器。 計量采用渦輪流量計。