【正文】 汽車 摘要 ：本文簡要介紹了威海市 LNG 氣化站的工藝設(shè)計，主要設(shè)備選型及安全措施。隨著國內(nèi)天然氣行業(yè)的發(fā)展，威海市天然氣來源有著更為廣泛的選擇條件，特別是新疆廣匯及廣東深圳液化天然氣項目的規(guī)劃和實施，給威海市采用 LNG 作為天然氣啟動氣源提供了原料來源。 LNG 槽車運(yùn)輸方便，成本低廉；不受上游設(shè)施建設(shè)進(jìn)度的制約； LNG 供應(yīng)系統(tǒng)安裝方便、施工：期短，并能隨著供氣規(guī)模的逐步擴(kuò)大而擴(kuò)大，先期投資也較低。因此 ，我院于 2020年初對原可研報告進(jìn)行修改、補(bǔ)充，將液化天然氣 (以下簡稱 LNG)氣化站作為提前啟動氣源。 2．氣化站工藝介紹 2． 1 氣質(zhì)成分與理化參數(shù) 2． 1. 1 氣質(zhì)成分 目前，國內(nèi) LNG 氣化站所采用的液態(tài)天然氣大多是河南中原油田生產(chǎn)的，目前中原油田 LNG 已經(jīng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，因此本工程擬采用新疆廣匯生產(chǎn)的LNG 作為主氣源，同時在卸車方式等也考慮了使用其他氣源的可能。此外，本 LNG 站屬于啟動氣源，將來即使煙臺長輸管道來氣以后，它作為備用、調(diào)峰氣源，屆時，仍有供氣的可能，因此，這兩種氣源如能互換是最經(jīng)濟(jì)的。經(jīng)過計算，新疆廣匯氣源與 空氣的摻混比例采用88： 12 即可達(dá)到要求，而且安全可靠。國內(nèi) LNG 氣化站所采用的液態(tài)天然氣運(yùn)輸方式通常有 LNG 槽車和罐式集裝箱車兩種。 由 LNG 槽車或集裝箱車運(yùn)送來的液化天然氣，在卸車臺通過槽車白帶的自增壓系統(tǒng) (對于槽車運(yùn)輸方式 )或通過卸車臺的增壓器 (對于集裝箱年運(yùn)輸方式 )增壓后送入 LNG 儲罐儲存，儲罐內(nèi)的 LNG 通過儲罐區(qū)的自增壓器增壓到 0． 5～0． 6Mpa 后，進(jìn)入空溫式氣化器。進(jìn)入管網(wǎng)前的天然氣進(jìn)行加臭，加臭劑采用四氫噻吩。氣化站的工藝流程框圖如 下： 3. 主要設(shè)備選型 3. 1 LNG 儲罐 3． 1． 1 儲罐選型 LNG 儲罐按圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱方式分類，大致有以下 3 種： a)真中粉末隔熱 隔熱方式為夾層抽真空，填充粉末 (珠光砂 )，常見于小型 LNG 儲罐。國內(nèi) LNG 氣化站常用的大多為 50m3和 100m3 圓筒型雙金屬真空粉末 LNG 儲罐。真空粉末隔熱儲罐也有制成球形的，但球型罐使用范圍通常為為 200～ 1500m3，且球形儲罐現(xiàn)場安裝難度大。通常為立式 LNG 子母式儲罐。 采用高真空多層纏繞絕熱，多用于槽車?？紤]到立式罐節(jié)省占地，且立式罐 LNG 靜壓頭大，對自增壓器工作有利，因此采用立式雙金屬真空粉末LNG 儲罐。經(jīng)計算，一期選用 100m3 立式儲罐 4 臺，二期增加 4 臺。 3． 2 空溫式氣化器 3． 2． 1 氣化能力 氣化器的氣化能力根據(jù)高峰小時用氣量確定，并留有一定富裕量。本項目一期工程高峰小時流量 3880m3／ h，二期工程高峰小時流量 8893m3／ h。 3． 2． 2 主要工藝參數(shù) 工作 壓力： 0. 6MPa， 設(shè)計壓力： 1． 0MPa， 工作溫度： 162℃ ， 設(shè)計溫度： 196℃ ， 立式，主體材質(zhì)：鋁翅片管 (LF21)， 氣化能力： 2020m3／ h， 出口溫度：低于環(huán)境溫度 10℃ 。 3． 3． 1 加熱能力 加熱器的加熱能力同樣根據(jù)高峰小時用氣量確定，一期設(shè)置 1 臺 5000m3／ h 水浴式 NG加熱器，二期增加 1 臺。 3． 4 BOG 加熱器 LNG 儲罐日蒸發(fā)率大約為 0． 15％，這部分蒸發(fā)了的氣體 (簡稱 BOG)如果不及時排出，將造成儲罐壓力升高，為此設(shè)置了降壓調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)壓力自動排出 BOG。 3. 5 EAG 加熱器 低溫系統(tǒng)安全閥放空的全部是低溫氣體，在大約 107℃ 以下時，天然氣的重度大于常溫下的空氣，排放不易擴(kuò)散，會向下積聚。 3． 6 空壓站設(shè)備 為保證天然氣與空氣進(jìn)行高壓比例式摻混，選用 14. 16m3／ min 風(fēng)冷式螺桿空氣壓縮機(jī)3 臺， 2 開 1 備，以及相應(yīng)的無熱再生空氣干燥器、壓縮空氣除油器、除塵器以及 橇裝式靜態(tài)混合器等設(shè)備。 液化天然氣的主要成分是甲烷，屬易燃易爆氣體，能與空氣混合形成爆炸性混合物，其爆炸下限較低 (約為 4． 3％ )，少量泄漏一旦遇到明火就易引起爆炸：同時液態(tài)天然氣又有低溫的特性，如果發(fā)生 LNG 溢出或泄漏，在 107℃ 以下時，氣體密度比空氣 大，容易向下積聚，溢出的 LNG 蒸發(fā)速度非常快，并會迅速冷卻周圍空氣中的水蒸汽，形成大量的白色蒸汽云，并四處擴(kuò)散，如果遇到火源將引起火災(zāi)，造成嚴(yán)重后果，低溫還會導(dǎo)致灼傷、凍傷、體溫降低等；另外， LNG 系統(tǒng)在常溫下安裝，在低溫條件下運(yùn)行，前后溫差很大 (～ 180c0)：因此，在設(shè)計中都必須采取必要的措施。 4． 2． 1 有關(guān)規(guī)范 由于目前國內(nèi)尚無針對液化天然氣的專門規(guī)范，而《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》(GB50160—92， 99 年版 )中液化烴的定義中包含有液化天然氣，因此在消防方面主要執(zhí)行的是《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》 (GB50160—92)中的相關(guān)條款，同時也部分借鑒了美國標(biāo)準(zhǔn) NFPA 59A《液化天然氣 (LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)》：在氣化 后的常溫天然氣部分則主要執(zhí)行的是《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》 (GB5002893， 2020 年版 )。 4. 2． 2 設(shè)計措施 a)緊急關(guān)閉系統(tǒng) (ESD) 每臺 LNG 儲罐的底部進(jìn)液管和出液管均裝設(shè)了氣動緊急切斷閥，在緊急情況下，可在卸車臺、儲罐區(qū)或控制室就近切斷。 b)可燃?xì)怏w檢測儀 在卸車臺、儲罐區(qū)及氣化區(qū)等天然氣有可能發(fā)生泄漏的地方，均設(shè)置了可燃?xì)怏w檢 測儀，當(dāng)檢測出的環(huán)境中可燃?xì)怏w含量超標(biāo) (達(dá)到爆炸下限的 20％ )時發(fā)出警報，工作人員可根據(jù)具體情況選擇處理。 d)控制系統(tǒng) LNG 儲罐液位設(shè)高、低液位報警，當(dāng)儲罐在空溫式氣化器進(jìn)液管道上設(shè)置氣動緊急切斷閥，與出口溫度聯(lián)鎖．當(dāng)氣化器結(jié)霜過多或發(fā)生故障時，導(dǎo)致出口溫度低于正常值時，報警并聯(lián)鎖切斷。 e)安全泄放系統(tǒng) LNG 的體積膨脹系數(shù)很高，通?？蛇_(dá) 600 倍，在密閉情況下， LNG 受熱膨脹，引起管道內(nèi)壓急劇升高會導(dǎo)致管道發(fā)生破裂，因此，在液相管道兩道閥門之間加設(shè)安全閥。 f)消防 在 LNG 儲罐區(qū)設(shè)置了排液溝和積液池，安裝移動式泡沫滅火裝置，設(shè)置了 21500m3的消防水池，廠區(qū)設(shè)置環(huán)狀消防給水管網(wǎng)，安裝地上消火栓若干，儲罐區(qū)設(shè)置 1 米高的擋液堤，并安裝消防水炮及消防噴淋裝置，此外儲罐匡和氣化巨還分別設(shè)置干粉滅火裝置著干。 h)閥門、管道及管件 站區(qū)工藝管道大體上分為兩種。 LNG 管件采用與 LNG 輸送管道相同 (或相匹配 )技術(shù)要求的管件，如法蘭采用不銹鋼材質(zhì)的 0Crl8Ni9，密封墊片采用不銹鋼金屬纏繞墊片。 LNG 系統(tǒng)在常溫條件下安裝，在低溫條件下運(yùn)行，兩者溫差很大 (～ 180c0)，由此而來的膨脹及收縮應(yīng)力，設(shè)計時要據(jù)此考慮必要的柔性，以便最大應(yīng)力在允許范圍內(nèi)。 LNG 以其運(yùn)輸靈活、儲存效率高、運(yùn)行成本低 (空溫式氣化幾乎不消耗能源 )等優(yōu)點(diǎn)得到越來越多的用戶青睞，我國 LNG 氣化站目前主要分布在山東、河南、安徽等地，隨著我國LNG 基地的規(guī)劃 實施，在目前管道供天然氣無法幅蓋的城鎮(zhèn)，采用 LNG 氣化站作為主氣源、過渡氣源、補(bǔ)充或調(diào)峰氣源有廣闊的發(fā)展前景。天然氣預(yù)處理的工藝技術(shù)主要包括：酸性氣體的脫除、水的脫除以及汞及重?zé)N的脫除等；液化工藝流程主要有階式制冷循環(huán)、混合制冷劑制冷循環(huán)、膨脹機(jī)制冷循環(huán)。階式制冷循環(huán)能耗最小，是目前天然氣液 化循環(huán)中效率最高的一種；混合制冷劑循環(huán)同階式制冷循環(huán)相比，混合制冷液化循環(huán)具有流程簡單、機(jī)組少、投資費(fèi)用低、對制冷劑的純度要求不高等優(yōu)點(diǎn)；膨脹機(jī)循環(huán)能夠較迅速和簡單地啟動和停工，但功耗較大。一些大的天然氣資源大都蘊(yùn)藏在荒漠地區(qū)，距人門密集和工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)較遠(yuǎn)，并常常有大面積的海洋和復(fù)雜的地形地貌阻隔。因此，天然氣遠(yuǎn)距離運(yùn)輸大都通過液化天然氣 (LNG)的方式進(jìn)行。當(dāng)代工業(yè)規(guī)模的火然氣液化 (即 LNG的生產(chǎn) )技術(shù)通常包括原料氣預(yù)處理、液化和儲存三個部分。 1 原料氣預(yù)處理 天然氣液化之前的原料氣凈化是一個重要環(huán)節(jié)。為了保證天然氣的深冷凍液化過程的穩(wěn)定操作對其中的 CO 2 、H 2 S、水、汞、重?zé)N類等都有嚴(yán)格的要求一般要達(dá)到如表 1所示的指標(biāo)。 1． 1 酸性氣體的脫除 酸性氣體的脫除通常是采用溶液吸收法。然而這些法中， ③ 中的溶劑同時也能使包括 CH4在內(nèi)的烴類大量溶解，并且這些方法大多數(shù)成本高，能耗大。 對于含低濃度酸性氣體的原料氣 (分壓小于 350kPa)， Amine Guard FS 流程較為實用，它是包括一個以胺液為主體的流程和一種 UCARSOL類胺溶劑，該溶劑成本低、有較好的熱的和化學(xué)的穩(wěn)定性、無腐蝕性、不易起泡，以及該流程除易操作外，與 MEA和 DEA流程相比需較低的再生熱能等優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)化了的設(shè)計是基于 40 多年的氣體凈化經(jīng)驗并已得到技術(shù)性雜志的認(rèn)可，世界上已有 550多個工廠采用該流程。它包括 K 2 CO 3 水溶液、加快質(zhì)傳遞的活化劑及防腐劑，已被世界上幾百個裝置所采用。較為典型的有： ①Ben field100流程 (如圖 3所示 )，它包括 K2CO3吸收液、分子篩等。產(chǎn)品中有部分氣體回流，用于分子篩的再生，然后再返回原料氣。通常活化劑用于加快 CO 2 的吸收速度，這樣可減少裝置體積并起節(jié)能作用。 1． 2水分的脫除 脫 除酸氣后的原料氣，一定要脫水。天然氣脫水的方法主要有 3種： ① 冷卻法； ②甘醇吸收法； ③ 固體 (如硅膠、活性氧化鋁、分子篩 )吸附法。以往的分子篩常包含有小的沸石類微粒，吸水性能好，但與此同時也造成了較大的氣體壓力損失。 1． 3汞及重?zé)N的脫除 由于 Hg對鋁質(zhì)板翅式換熱器有損害，故也必須去除。而現(xiàn)在用可再生物質(zhì) HgSIN，它可同時對氣體于燥并除去 Hg，該物質(zhì)已投入應(yīng)用兩年多，就 Pacific Rim 的一個 LNG廠而言，它的功效能使He含量從 25μ/m 3 ，降至 0． 01μg ／ m 3 。 重?zé)N同樣會在天然氣液化時結(jié)冰，使管道和儀表閥門冰堵，發(fā)生事故。有些工藝過程用洗滌、蒸餾實現(xiàn)。根據(jù)焦耳一湯姆遜效應(yīng)，使氣 體溫度降低，此低溫氣體與降壓前的氣體換熱，這樣可以使降壓后的氣體達(dá)到液化溫度。因此，天然氣的液化過程實質(zhì)上就是通過換熱不斷取走天然氣熱量的過程。各種液化方式都有自己的工藝特點(diǎn)。典型的階式制冷循環(huán)流程如圖 4所示。丙烷蒸發(fā)器中蒸發(fā)出來的體經(jīng)壓縮機(jī)增壓，冷卻水冷卻后重新變?yōu)橐后w回到丙烷蒸發(fā)器 [7] 。乙烯蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的乙烯氣體經(jīng)增壓，冷卻 水冷卻，通過丙烷蒸發(fā)器換熱后，用節(jié)流閥降壓降溫成為液體再進(jìn)入到乙烯蒸發(fā)器中。 該流程液化循環(huán)能耗最小，是目前天然氣液化循環(huán)中效率最高的一種，所需換熱面積小 (相對于混合制冷劑循環(huán) )，且制冷循環(huán)與天然氣液化系統(tǒng)各自獨(dú)立，相互影響少、操作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟。只有在較少的特定情況下，才能顯示出低能耗和小換熱面積、節(jié)省費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，并彌補(bǔ)由于多級獨(dú)立制冷系統(tǒng)增加費(fèi)用和流程復(fù)雜性的缺點(diǎn)，所以，階式循環(huán)最適用于大型裝置。 近年來，為了進(jìn)一步降低成本、提高效率、增加產(chǎn)量，科技工作者們對原有工藝進(jìn)行革新和技術(shù)改進(jìn)。 進(jìn)料氣的預(yù)處理采用適合于特定進(jìn)料組分和情況的標(biāo)準(zhǔn)處理工藝。在脫水器之前進(jìn)行一級丙烷制冷劑冷卻。從最后一級丙烷冷卻器出來的進(jìn)料和再循環(huán)液流在乙烯制冷劑冷卻器中進(jìn)行冷卻和冷凝。從儲罐出來的 boiloffgas 混入工藝回收的再循環(huán)氣流中。 Phillips 的工藝以 “two — trains— in— one” 雙重制冷原理而聞名，此原理使制冷工藝有最大的運(yùn)行靈活性。此工藝技術(shù)可以簡化裝置開車，在進(jìn)料量和氣體組成有較大變化的情況下能保持裝置操作穩(wěn)定。 2． 2 混合制冷劑循環(huán) 混合制冷劑循環(huán) (MRC)不像階式循 環(huán)使用多種純制冷劑，它使用單一混合制冷劑。通常采用氮?dú)夂蜔N類 (C 1 ～ C 5 )的混合物作為制冷劑。同階式制冷循環(huán)相比混合制冷液化循環(huán)具有流程簡單、機(jī)組少、投資費(fèi)用低、對制冷劑的純度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。因此，為廠降低能耗，采用多級混合制冷劑循環(huán)。 有效的制冷足以使進(jìn)入的液相制冷劑過冷卻，使進(jìn)入的氣相制冷劑部分冷凝以及使天然氣冷卻或冷凝。 氣相和液相進(jìn)入與一級換熱器操作相似的二級換熱器。 部分冷凝、分離和膨脹的最佳級數(shù)取決于資本費(fèi)用、操作復(fù)雜性或靈活性和操作費(fèi)用。例如，一個二級循環(huán)消耗的功率比一級循環(huán)小，而且機(jī)器費(fèi)用的減少通常不只是抵消附加的機(jī)器費(fèi)用，還可以減少總的資本費(fèi)用。 對混合制冷劑循環(huán)的評估 (見表 2)，表明了級數(shù)的增加對功率消耗的影響。 表 2 混合制冷劑佰環(huán) [MRC]性能的評估 級數(shù) 1 2 3 4 5 相對于一級循環(huán)所需的率 (無因次 ) 1 0． 93 0． 90 0． 88 0． 87 改進(jìn)的多級混合制冷劑循環(huán) (MRC)已經(jīng)得到了發(fā)展，它使用小型鋁質(zhì)板翅式換熱器以減