摘　要：應(yīng)用模塊化設(shè)計思想，將LNG氣化站工藝系統(tǒng)分解成9個系統(tǒng)：LNG裝卸系統(tǒng)、LNG儲存增壓系統(tǒng)、LNG氣化加熱系統(tǒng)、BOG回收加熱系統(tǒng)、調(diào)壓計量加臭系統(tǒng)、天然氣出站系統(tǒng)、放散系統(tǒng)、LNG灌瓶系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)，每個系統(tǒng)對應(yīng)一個模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計，然后根據(jù)不同的工程需求進(jìn)行組合設(shè)計。

關(guān)鍵詞：LNG氣化站　模塊化設(shè)計　通用設(shè)計

Modular Design of Process Systems of LNG Gasification Station

Abstract：By applying the modular design idea，the process systems of LNG gasification station aredivided into 9 systems including LNG loading and unloading system，LNG storage boosting system，LNG gasification heating system，BOG recovery heating system，pressure regulation，metering and odorization system，NG outgoing system，venting system，LNG bottling system and nitrogen system．Each system corresponds to a module，and the modular design is performed．The combined design is conducted according to different project demands．

Key words：LNG gasification station；modular design；universal design

1　模塊化設(shè)計思想

模塊化設(shè)計的思想實際上就是一種“分而治之”的思想，即把一個大系統(tǒng)分割為若干個子系統(tǒng)，這樣每一個子系統(tǒng)就變得相對簡單了。工藝模塊化就是通過對某一類工藝系統(tǒng)的分析和研究，把其中含有相同或相似的功能單元分離處理，用標(biāo)準(zhǔn)化的原理進(jìn)行統(tǒng)一、歸并和簡化，以通用系統(tǒng)的形式獨立存在。這就是分解而得到的模塊，然后利用不同的模塊組合來形成多種工藝。這種分解和組合的全過程就是模塊化^[1]。

新設(shè)計工藝系統(tǒng)等于通用模塊(不變的部分)加上專用模塊(變動的部分)。

2　LNG氣化站工藝系統(tǒng)設(shè)計

LNG氣化站工藝系統(tǒng)主要包括以下9個系統(tǒng)：LNG裝卸系統(tǒng)、LNG儲存增壓系統(tǒng)、LNG氣化加熱系統(tǒng)、BOG回收加熱系統(tǒng)、調(diào)壓計量加臭系統(tǒng)、天然氣出站系統(tǒng)、放散系統(tǒng)、LNG灌瓶系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)。為了便于設(shè)計，我們把上述9個系統(tǒng)分割成9個模塊，即每個系統(tǒng)對應(yīng)一個模塊，根據(jù)不同的用戶需求進(jìn)行組合設(shè)計。LNG氣化站工藝模塊見圖1。

2.1　LNG裝卸系統(tǒng)

LNG裝卸系統(tǒng)主要由LNG槽車、卸車增壓氣化器、低溫截止閥和止回閥、氣相和液相管道、安全放散管、氣液相連通管等組成。

LNG通過公路槽車從LNG液化工廠運抵用氣城市LNG氣化站，利用站內(nèi)設(shè)置的卸車增壓氣化器對LNG槽車進(jìn)行升壓，使LNG槽車與低溫儲罐之間形成一定的壓差，利用此壓差將LNG槽車中的LNC卸入氣化站低溫儲罐內(nèi)。卸車結(jié)束時，通過卸車臺氣相管道回收LNG槽車中的氣相天然氣。

另外，在低溫儲罐檢修或泄漏時，通過LNG裝卸系統(tǒng)還可把低溫儲罐中的LNG裝入LNG槽車中外運^[2]。

2.2　LNG儲存增壓系統(tǒng)

LNG儲存增壓系統(tǒng)主要由低溫儲罐、儲罐增壓氣化器、低溫截止閥和緊急切斷閥、氣相和液相管道、安全放散管等組成。

當(dāng)?shù)蜏貎迌?nèi)的低溫液體向外排出時，低溫儲罐內(nèi)的壓力會逐漸下降。為了保持低溫儲罐內(nèi)的壓力穩(wěn)定，必須對低溫儲罐進(jìn)行增壓。低溫儲罐的增壓方式主要有低溫泵增壓和自增壓兩種。低溫泵增壓方式是在排液口設(shè)置低溫泵，用泵增壓，并向氣化器輸液。但低溫泵安裝條件要求比較嚴(yán)格，不適用于小型LNG氣化站。自增壓方式是目前各種低溫儲罐最常用的增壓方式，是將部分的LNG排出低溫儲罐，經(jīng)儲罐增壓氣化器氣化后，再返回至低溫儲罐的氣相空間，從而達(dá)到低溫儲罐增壓的目的^[3]。

2.3　LNG氣化加熱系統(tǒng)

LNG氣化加熱系統(tǒng)主要由空溫式氣化器、水浴式加熱器、低溫截止閥和緊急切斷閥、氣相和液相管道、安全放散管等組成。

LNG的氣化應(yīng)滿足當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及工藝要求，可選用的氣化器有加熱式氣化器和環(huán)境式氣化器。加熱式氣化器的氣化熱源為蒸汽或熱水等?，F(xiàn)通常采用的加熱式氣化器是水浴式氣化器或水浴式加熱器。環(huán)境式氣化器采用自然環(huán)境的熱源，如大氣、海水或地?zé)崴，F(xiàn)通常采用的環(huán)境式氣化器是空溫式氣化器?？諟厥綒饣魇?span lang="EN-US">LNG氣化站向城市用戶供氣的主要氣化設(shè)施。冬季環(huán)境溫度較低，當(dāng)空溫式氣化器出口天然氣溫度低于5℃時，則需要在空溫式氣化器后串聯(lián)水浴式加熱器加熱天然氣^[2]。

2.4　BOG回收加熱系統(tǒng)

BOG回收加熱系統(tǒng)主要由BOG空溫式加熱器、低溫截止閥和安全閥、氣相和液相管道、安全放散管等組成。

LNG氣化站BOG氣體主要包括：

①低溫儲罐吸收外界熱量產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；

②LNG卸車時低溫儲罐和LNG槽車儲罐由于壓力、氣相容積變化產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體，由以下3項組成：

a．進(jìn)入低溫儲罐內(nèi)的LNG與原低溫儲罐內(nèi)溫度較高的LNG接觸產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；

b．低溫儲罐內(nèi)壓力較高時進(jìn)行減壓操作產(chǎn)生的氣體；

c．LNG槽車儲罐內(nèi)的殘余氣體。

根據(jù)LNG氣化站的LNG儲存條件、卸車方式及BOG的來源，排出的BOG氣體均為高壓低溫狀態(tài)，因此需加熱、調(diào)壓后送入管網(wǎng)。

2.5　高壓計量加臭系統(tǒng)

調(diào)壓計量加臭系統(tǒng)主要由調(diào)壓器、渦輪流量計、加臭裝置、天然氣管道、球閥等組成。

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，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。加臭劑采用四氫噻吩，加臭以隔膜式計量泵為動力，根據(jù)流量信號將加臭劑注入天然氣管道中。

2.6　天然氣出站系統(tǒng)

天然氣出站系統(tǒng)主要由緊急切斷閥、球閥、絕緣接頭及天然氣管道組成。

經(jīng)調(diào)壓計量加臭后的天然氣根據(jù)用戶的要求送到市區(qū)中壓管道或其他工業(yè)用戶。出站前設(shè)有緊急切斷閥，在站內(nèi)出現(xiàn)事故時緊急切斷。

2.7　放散系統(tǒng)

①低溫放散系統(tǒng)

低溫放散系統(tǒng)主要由EAG加熱器、阻火器、放散塔、安全閥、低溫截止閥及低溫天然氣管道組成。

需經(jīng)EAG加熱器加熱放散的低溫天然氣，主要包括LNG裝卸系統(tǒng)、LNG灌瓶系統(tǒng)、LNG儲存增壓系統(tǒng)及LNG氣化加熱系統(tǒng)放散的低溫天然氣。這些低溫氣體經(jīng)EAG加熱器、阻火器及放散塔高點放散到大氣之中。

②常溫放散系統(tǒng)

常溫放散系統(tǒng)主要由阻火器、放散塔、安全閥及常溫天然氣管道組成。

水浴式加熱器、空溫式氣化器出口以及調(diào)壓計量加臭橇內(nèi)放空的常溫天然氣集中到常溫天然氣放散總管，無須經(jīng)過EAG加熱器，直接接到阻火器的入口管道上，經(jīng)放散塔高點放散到大氣之中。

③安全泄放系統(tǒng)

安全泄放系統(tǒng)主要由EAG加熱器、阻火器、放散塔、低溫儲罐減壓閥、手動放散閥、安全閥及天然氣管道組成。

為保證低溫儲罐安全運行，設(shè)計上采用低溫儲罐減壓閥、手動放散閥、安全閥三級安全保護(hù)措施來進(jìn)行儲罐的超壓保護(hù)。其保護(hù)順序為：a．當(dāng)?shù)蜏貎迚毫ι仙綔p壓閥設(shè)定開啟值時，減壓閥自動打開泄放氣態(tài)天然氣；b．當(dāng)減壓閥失靈，低溫儲罐內(nèi)壓力繼續(xù)上升，達(dá)到壓力報警值時，壓力報警，人工打開手動放散閥卸壓；c．當(dāng)減壓閥失靈且手動放散閥未開啟時，安全閥起跳卸壓，保證低溫儲罐的運行安全。放散的低溫氣體經(jīng)EAG加熱器、阻火器及放散塔高點放散到大氣之中。

2.8　LNG灌瓶系統(tǒng)

LNG灌瓶系統(tǒng)主要由液化天然氣鋼瓶、氣相和液相管道、安全放散管、氣液相連通管等組成。

LNG灌瓶時，先連接輸送軟管，打開進(jìn)液閥和回氣閥開始充裝，當(dāng)達(dá)到所需的充裝量后，關(guān)閉鋼瓶進(jìn)液閥和回氣閥，卸下輸送軟管并將鋼瓶從灌瓶秤上移走。

城市燃?xì)夤艿婪笤O(shè)不到的用戶，可采用LNG瓶組供氣。

2.9　氮氣系統(tǒng)

氮氣系統(tǒng)主要由氮氣瓶或儲罐、減壓閥、安全放散閥、管道等組成。

氮氣瓶或儲罐中的氮氣經(jīng)減壓后通過管道為氣動閥門提供氮氣。

3　工藝模塊組合及應(yīng)用

①LNG儲存增壓系統(tǒng)可根據(jù)低溫儲罐的數(shù)量，進(jìn)行組合設(shè)計。

LNG儲存增壓系統(tǒng)，可根據(jù)低溫儲罐的數(shù)量設(shè)計2種組合。a．每個儲罐單獨設(shè)有1臺儲罐增壓氣化器，這種情況一般適用低溫儲罐在4臺以下，操作方便，但儲罐增壓氣化器多，占地面積較大；b．所有低溫儲罐集中設(shè)2臺儲罐增壓氣化器，這種情況一般適用儲罐在4臺以上，操作不太方便，但儲罐增壓氣化器少，占地面積也小。

上述低溫儲罐是指真空粉末壓力儲罐。受運輸和整體吊裝條件的限制，單罐容積多采用l50m³和100m³，個別站采用50m³。

②LNG氣化加熱系統(tǒng)可根據(jù)工程建設(shè)地點大氣溫度，進(jìn)行組合設(shè)計。

LNG氣化加熱系統(tǒng)，可根據(jù)工程建設(shè)地點的氣溫設(shè)計3種組合：a．當(dāng)?shù)貧鉁馗邥r，只設(shè)空溫式氣化器。低溫儲罐增壓后的低溫LNG自流入空溫式氣化器，與空氣換熱后轉(zhuǎn)化為氣態(tài)天然氣并升高溫度，出口溫度達(dá)到5℃以上。b．當(dāng)?shù)貧鉁乇容^高時，設(shè)空溫式氣化器和水浴式加熱器。春季、夏季、秋季只用空溫式氣化器即可滿足工藝需求；冬季當(dāng)空溫式氣化器出口溫度達(dá)不到5℃以上時，空溫式氣化器出口的低溫天然氣進(jìn)入水浴式加熱器，給天然氣升溫至5℃以上。C．當(dāng)?shù)販囟缺容^低時，設(shè)空溫式氣化器、水浴式加熱器及水浴式氣化器(圖1中沒有表示)。夏季只用空溫式氣化器即可滿足工藝需求；春季和秋季采用空溫式氣化器和水浴式加熱器即可滿足工藝需求；當(dāng)冬季遭遇極端氣溫時，空溫式氣化器化霜不理想甚至結(jié)冰，為保證不間斷供氣，儲罐增壓后的低溫LNG直接流入水浴式氣化器，由熱水直接加熱氣化。

③空溫式氣化器可根據(jù)設(shè)備的臺數(shù)和氣化量，進(jìn)行組合設(shè)計。

空溫式氣化器的臺數(shù)和氣化量，可跟據(jù)工程建設(shè)規(guī)模和用戶的要求綜合確定。空溫式氣化器組合示意見圖2、3。

圖2適合設(shè)計規(guī)模較大的工程，圖3適合設(shè)計規(guī)模較小的工程，這些還與設(shè)備廠家的實力和方便運輸?shù)纫蛩赜嘘P(guān)。每個工程根據(jù)實際情況選擇設(shè)備臺數(shù)和組合形式。

④氮氣系統(tǒng)可根據(jù)低溫儲罐的類型，進(jìn)行組合設(shè)計。

LNG氣化站氮氣系統(tǒng)主要用于儀表風(fēng)、設(shè)備管道置換、低溫儲罐氮氣保護(hù)上。真空粉末壓力儲罐不需要對絕熱層充氮氣保護(hù)，子母罐和常壓罐夾層都需要充入干燥氮氣，使絕熱材料保持干燥^[4]。一般沒有氮氣保護(hù)的氣化站，選擇瓶組供氣的氮氣系統(tǒng)，詳見圖1；有氮氣保護(hù)的氣化站，選擇液氮供氣的氮氣系統(tǒng)，詳見圖4。

4　結(jié)論

本文把LNG氣化站整個工藝系統(tǒng)分割成多個模塊，分割成的模塊根據(jù)不同的用戶需求進(jìn)行模塊化組合設(shè)計。這些被分割的模塊可系統(tǒng)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化地事先做好通用圖設(shè)計，一旦接受設(shè)計任務(wù)，即可按用戶要求組合設(shè)計，只需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整就可完成設(shè)計，也就是說：新設(shè)計工藝系統(tǒng)等于通用模塊(不變的部分)加上專用模塊(變動的部分)。模塊化設(shè)計的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：大大減輕設(shè)計人員的工作量；加快設(shè)計進(jìn)度；通用圖詳細(xì)，有利于制作和安裝；大大減少制作安裝人員的技術(shù)咨詢工作量；合理地計算材料；正確地確定有關(guān)工程造價；有利于工程設(shè)計安裝和質(zhì)量的檢查；有利于年輕的設(shè)計人員掌握設(shè)計要點；有利于設(shè)計單位快速培養(yǎng)人才。

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本文作者：李恩娟  唐維華  鄭  沖

作者單位：吉林市大地技術(shù)咨詢有限公司