摘　要：應用模塊化設計思想，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)對應一個模塊，進行模塊化設計，然后根據(jù)不同的工程需求進行組合設計。

關鍵詞：LNG氣化站　模塊化設計　通用設計

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　模塊化設計思想

模塊化設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，用標準化的原理進行統(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)對應一個模塊，根據(jù)不同的用戶需求進行組合設計。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，利用站內設置的卸車增壓氣化器對LNG槽車進行升壓，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。卸車結束時，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?shù)蜏貎迌鹊牡蜏匾后w向外排出時，低溫儲罐內的壓力會逐漸下降。為了保持低溫儲罐內的壓力穩(wěn)定，必須對低溫儲罐進行增壓。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的氣化應滿足當?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。現(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、海水或地熱水?，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施。冬季環(huán)境溫度較低，當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、氣相容積變化產生的蒸發(fā)氣體，由以下3項組成：

a．進入低溫儲罐內的LNG與原低溫儲罐內溫度較高的LNG接觸產生的蒸發(fā)氣體；

b．低溫儲罐內壓力較高時進行減壓操作產生的氣體；

c．LNG槽車儲罐內的殘余氣體。

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、調壓后送入管網(wǎng)。

2.5　高壓計量加臭系統(tǒng)

調壓計量加臭系統(tǒng)主要由調壓器、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)模選擇調壓裝置。通常設置2路調壓裝置，選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調壓器。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。

經調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。出站前設有緊急切斷閥，在站內出現(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壓計量加臭橇內放空的常溫天然氣集中到常溫天然氣放散總管，無須經過EAG加熱器，直接接到阻火器的入口管道上，經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措施來進行儲罐的超壓保護。其保護順序為：a．當?shù)蜏貎迚毫ι仙綔p壓閥設定開啟值時，減壓閥自動打開泄放氣態(tài)天然氣；b．當減壓閥失靈，低溫儲罐內壓力繼續(xù)上升，達到壓力報警值時，壓力報警，人工打開手動放散閥卸壓；c．當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，打開進液閥和回氣閥開始充裝，當達到所需的充裝量后，關閉鋼瓶進液閥和回氣閥，卸下輸送軟管并將鋼瓶從灌瓶秤上移走。

城市燃氣管道敷設不到的用戶，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　工藝模塊組合及應用

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

LNG儲存增壓系統(tǒng)，可根據(jù)低溫儲罐的數(shù)量設計2種組合。a．每個儲罐單獨設有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)工程建設地點大氣溫度，進行組合設計。

LNG氣化加熱系統(tǒng)，可根據(jù)工程建設地點的氣溫設計3種組合：a．當?shù)貧鉁馗邥r，只設空溫式氣化器。低溫儲罐增壓后的低溫LNG自流入空溫式氣化器，與空氣換熱后轉化為氣態(tài)天然氣并升高溫度，出口溫度達到5℃以上。b．當?shù)貧鉁乇容^高時，設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；冬季當空溫式氣化器出口溫度達不到5℃以上時，空溫式氣化器出口的低溫天然氣進入水浴式加熱器，給天然氣升溫至5℃以上。C．當?shù)販囟缺容^低時，設空溫式氣化器、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；當冬季遭遇極端氣溫時，空溫式氣化器化霜不理想甚至結冰，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)設備的臺數(shù)和氣化量，進行組合設計。

空溫式氣化器的臺數(shù)和氣化量，可跟據(jù)工程建設規(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適合設計規(guī)模較大的工程，圖3適合設計規(guī)模較小的工程，這些還與設備廠家的實力和方便運輸?shù)纫蛩赜嘘P。每個工程根據(jù)實際情況選擇設備臺數(shù)和組合形式。

④氮氣系統(tǒng)可根據(jù)低溫儲罐的類型，進行組合設計。

LNG氣化站氮氣系統(tǒng)主要用于儀表風、設備管道置換、低溫儲罐氮氣保護上。真空粉末壓力儲罐不需要對絕熱層充氮氣保護，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；有氮氣保護的氣化站，選擇液氮供氣的氮氣系統(tǒng)，詳見圖4。

4　結論

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

參考文獻：

[1]程雪梅．天然氣集輸場站工藝流程的模塊化設計[J]．天然氣工業(yè)，l999，19(6)：69-71．

[2]李佩銘，焦文玲．LNG氣化站的工藝設計[J]．管道技術與設備，2007(5)：26-29．

[3]吳創(chuàng)明．LNG氣化站工藝設計與運行管理[J]．煤氣與熱力，2006，26(4)：1-7．

[4]劉志仁．大型液化天然氣調峰站儲罐的選擇[J]．煤氣與熱力，2009，29(2)：Bl4-Bl8．

本文作者：李恩娟  唐維華  鄭  沖

作者單位：吉林市大地技術咨詢有限公司