摘　要：本文介紹了LNG氣化站應急供氣的主要工藝流程、設備、技術要點和施工中常見的問題，為LNG靈活應用和城鎮(zhèn)燃氣的應急供氣提供了典型案例。

關鍵詞：液化天然氣；氣化器；  應急供氣

1　引言

隨著國家能源戰(zhàn)略的深化和節(jié)能減排對大氣環(huán)境要求日益提高的情況下，天然氣利用工程大幅度開展，國內(nèi)天然氣需求量迅猛增加。天然氣市場化程度的加深，對氣源的競爭更加激烈。然而天然氣的管道供應一般都是“照付不議”合同。這對于下游燃氣企業(yè)大力拓展業(yè)務來說，往往會出現(xiàn)供不應求的局面，影響企業(yè)的盈利能力。而液化天然氣(LNG)以清潔、熱值高、燃燒充分、價格低、運輸經(jīng)濟性及安全等優(yōu)點，很好的解決了管道輸送天然氣發(fā)展的瓶頸。目前，LNG主要用于城鎮(zhèn)燃氣儲氣調(diào)峰、氣源過渡、事故應急、天然氣汽車業(yè)務和天然氣管網(wǎng)未到達的區(qū)域供氣等方面。本工程以靈活應用和應急供氣的特點更好的實踐了LNG氣化站的應急供氣。

2　工程建設

本工程占地面積約660m²，是在原有液化石油氣(LPG)氣化站內(nèi)的一塊空地上進行擴建。設計高峰小時供氣量10000Nm³／h，年平均日供氣量60000Nm³。于2012年2月竣工并安全運行。

2．1　項目背景

根據(jù)《佛山市南海區(qū)管道燃氣專項規(guī)劃(2010—2020)》的指導思想和相關調(diào)研資料表明，到2015年南海區(qū)供氣規(guī)模將達到3.2×10⁸m³／a，大約是2010年年供氣量的3倍，平均每年用氣量增加60％以上。待大型LNG綜  合儲配站項目的建成投產(chǎn)還需要l～2年時間，在大型綜合儲配站建設期間為了保障客戶用氣需求，LNG氣化站應急供氣工程應用而生。

2．2　方案選擇

(1)常規(guī)LNG氣化站需要LNG低溫儲罐儲存LNG，然而LNG低溫儲罐對周邊環(huán)境安全防火間離要求較高；加之城市化發(fā)展程度較高的地區(qū)，對于燃氣場站用地選址較為困難。所以本工程暫時取消LNG低溫儲罐的設置，待原有液化石油氣站改造時可考慮增加。

(2)LNG氣化站內(nèi)BOG氣體(LNG瞬時蒸發(fā)氣)主要來源于：低溫儲罐的曰蒸發(fā)量；LNG槽車裝卸時瞬時氣化量。該站取消BOG氣化器的設置。卸車時，隨著槽車中的液相緩慢減少，槽車的壓力同時緩慢降低，最后槽車中的BOG氣體通過低溫液相管道到達空溫式氣化器，當槽車中的壓力降至略高于管網(wǎng)運行壓力時，關閉總閥，卸車完畢。卸車時間會增長一點，不會造成很大影響。通常BOG氣化后的常溫天然氣需要單獨調(diào)壓計量。所以BOG氣化器以及出口端工藝設備也都可以取消。

對于應急供氣的LNG氣化站，取消以上設備既不會影響安全供氣需要，又節(jié)省投資、縮短建設工期。

2．3　工藝流程

本工程主要作為南海區(qū)臨時補充氣源，總平面進行分區(qū)布置，即分為生產(chǎn)區(qū)和輔助區(qū)。生產(chǎn)區(qū)域為包括新建的LNGNJ車區(qū)、氣化區(qū)和調(diào)壓計量加臭工藝裝置區(qū)等；輔助區(qū)域充分利用原有氣站的建筑和設備則包括消防水池和消防泵房、配電間、發(fā)電機房等設施。

基本工藝流程如圖l：LNG由氣源點通過LNG槽車運輸至氣化站。用奧氏體不銹鋼金屬軟管將槽車和卸車臺上的氣、液相管道分別連接。每次卸車前先用槽車中的BOG氣體對管道進行預冷、排空：然后利用LNG對低溫管道系統(tǒng)預冷。預冷合格后，通過卸車增壓氣化器將槽車壓力升高到0.6MPa左右，利用壓差將槽車中的LNG輸送到至空溫式氣化器進行氣化，最后經(jīng)計量、調(diào)壓、加臭輸送至市政燃氣管網(wǎng)。出站壓力略高于管網(wǎng)運行壓力。

2．4　設備選型

(1)卸車增壓氣化器、空溫式氣化器、EAG氣化器(技術參數(shù)見表l)。

①氣化器設備性能的優(yōu)良對于整個場站的安全平穩(wěn)運行是相當重要的，所以選擇氣化器時一定要慎重。LNG氣化站運行中經(jīng)常會出現(xiàn)氣化器氣化能力不足、氣化器主體出現(xiàn)裂紋、導致泄漏等情況。其實，每臺氣化器氣化效率的高低，主要取決主體的管路結(jié)構(gòu)。有很多設備商把氣化器的高度設計得很高，因為這種設計可以有效的降低成本(包括焊縫、連接用的彎管、卡環(huán)等附件、人工等)。但是氣化器主體越高，后段的阻力增大，因LNG液體溫度與常溫溫差較大，氣流流速減緩會導致后段升高更快，阻礙了前段的液氣流有效通過，反而降低氣化能力。主氣化器的翅片管設計高度一般不宜超過6000mm，在主體降低高度后適當增加翅片管的管數(shù)，使氣化通道增加，對氣化能力有較好的作用。

氣化器的過冷段通過換熱翅片從空氣中吸收大量的熱量(潛熱)使液相LNG發(fā)生相變，成為氣相NG。當一定濕度的空氣接觸低于露點溫度的換熱翅片表面時，一定濕度的空氣中水份會冷凝成液體附于換熱翅片表面，進而就出現(xiàn)結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象，從而降低氣化能力。目前氣化器過冷段宜選用縱向星形翅片管來提高化霜速度。汽化器的過熱段是將低溫氣相NG溫度升高，達到不低于環(huán)境溫度5～10℃此段溫差小，所需換熱面積大，宜選用三相旋流翅片。

②氣化器材質(zhì)選型

常見的氣化器材質(zhì)一般為LF21(美國牌號為3003)和LD31(美國牌號為6063)，鋁合金LD31材質(zhì)從+24℃～-196℃強度相近，在常溫與低溫時，主體結(jié)構(gòu)應力均衡、抗拉強度也是均衡的。而LF2l在常溫與低溫時，從+25℃～-200℃強度相差懸殊近l倍，抗拉強度相差較大，力學的差異也較大，具體抗拉強度參數(shù)見表2。在冷熱交替頻繁時容易造成金屬疲勞現(xiàn)象，而導致較易出現(xiàn)裂縫。但是LD31鋁材的抗氧化性能低于LF21鋁材，所以LD31鋁材需要進行抗氧化防護。氣化器材質(zhì)宜選用LD31鋁型材。對于相同長度的換熱翅片管，顯然翅片管管徑大的氣化量大。

空溫式氣化器所需換熱面積按照傳熱學方程，可以簡單的用氣化量乘以0.45的系數(shù)進行估算，然后根據(jù)氣化器過冷段和過熱段濕表面面積進行校核換熱面積。氣化器翅片管壁厚和應力校核計算參照GB 50316—2000《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》。

③氣化器其他注意問題

為了保證氣化器在運輸和拆裝過程中不受損壞，建議氣化器的上、中、下設置三道加固包邊。氣化器支腳的排液孔不能太小，應能保證冰霜融水不被聚集在支腳內(nèi)或者將支腳的冰霜落入口封堵。否則，長期的冰渣聚集會使支腳爆裂。氣化器的結(jié)霜結(jié)冰集中在過冷段，所以氣化器入口段應通風、向陽，有利于氣化器的化霜化冰。

(2)調(diào)壓計量加臭撬。采用先計量后調(diào)壓形式，加臭設備根據(jù)流量計的瞬時流量加臭。過濾器、切斷閥以及控制閥門等設備口徑大小對設備價格影響較大，建議能滿足工藝要求的情況下，優(yōu)先選用小口徑的設備，日后維修更換時也便于采購。為防止雨淋、日曬、生銹，提高使用壽命等建議設置簡易雨棚。

3　施工中常見的問題

3．1　土建部分

氣化器安裝宜采用二次灌漿的方式，施工較為容易操作。空溫式氣化器自重有3～4噸，加之運行時結(jié)霜、結(jié)冰以及防止化霜化冰時的冰霜融水凍裂基礎，建議氣化器混凝土基礎采用C35及以上強度或者采用防凍水泥等措施。空溫式氣化器翅片距離地面不宜小于1.2m。

3．2　工藝部分

根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》第9.4.15條，“液化天然氣氣化器的液體進口管道上宜設置緊急切斷閥，該閥門應與天然氣出口的測溫裝置連鎖。”當極端天氣時，氣化器的氣化量不足極易發(fā)生溫度較低的天然氣進入管網(wǎng)，將會造成末端用氣壓力波動較大，給用氣設備和用氣工藝要求較高的用戶帶來較大的生產(chǎn)、生活影響。嚴重時，可能會造成燃氣管道泄漏。為了安全平穩(wěn)運行，務必安裝緊急切斷閥并與出口溫度連鎖。法蘭應采用帶勁對焊法蘭，切不可用平焊法蘭替代。帶頸對焊法蘭是整體法蘭，它可以適應溫度頻繁變化的工況。而平焊法蘭不是整體法蘭，也不能適應溫度頻繁變化的工況。如果緊急切斷采用氣動切斷，連接氮氣瓶的管道宜采用不銹鋼管道，碳鋼管道容易生銹，以防止銹渣堵塞閥門等精密設備。管道系統(tǒng)的吹掃、試壓宜采用氮氣。低溫管道的預冷宜采用液氮，最后進行低溫管道系統(tǒng)的保冷工程安裝。

3．3　電氣、儀表部分

按照HG／T 675—l990《化工企業(yè)靜電接地設計規(guī)程》，對工藝裝置、管道及卸車處的LNG槽車等進行防靜電接地?？諟厥綒饣饔捎谠谡緝?nèi)的高度較高，應做防雷接地。在吊裝之前距離氣化器頂部200mm做避雷帶，經(jīng)引下線連接至接地網(wǎng)。全站的防雷接地，防靜電接地與電氣接地共用接地裝置時，接地電阻不大于lW。

站內(nèi)電氣控制系統(tǒng)及儀表均應做防靜電接地，在低壓進線屏和信息系統(tǒng)的電源入口處設置浪涌保護器。站內(nèi)埋地電纜采用是鎧裝電纜，過路、穿墻須用鋼管保護。

3．4　消防水部分

氣化器周圍應設置排水槽，以便于氣化器冰霜融水盡快排出，防止大量的冰霜融水浸泡氣化器支墩。站內(nèi)的排水系統(tǒng)應采取因LNG泄露而流入下水道等密閉溝渠中的措施。消防及滅火設施應遵循GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》和GB 50016—2006《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定。

4　結(jié)論

LNG以優(yōu)越的特殊性能得到廣泛的應用，特別是近幾年來發(fā)展極為迅猛。我們在進行前提的工程設計、施工、安裝時必須嚴格按照相關規(guī)范執(zhí)行，建設一個符合安全生產(chǎn)、保證供應、經(jīng)濟合理的工程，才能為后期的正常平穩(wěn)運行提供更好的保障。無論是應用LNG應急供氣工程作補充氣源，還是短期大工業(yè)用戶的安全應急供氣。均因占地面積小、投資少、建設工期短等優(yōu)越性，很好的解決了短期安全供氣需求。

本文作者：杜小虎　張俊

作者單位：佛山市南海燃氣發(fā)展有限公司