南京市某LNG應(yīng)急儲(chǔ)配站設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

饒映明，陳國(guó)輝

（1.中建八局第三建設(shè)有限公司設(shè)計(jì)研究院，江蘇南京 210000；2.南京江寧華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?，江蘇南京 210000）

1 項(xiàng)目概況

南京市某LNG應(yīng)急儲(chǔ)配站容量為800m3LNG立式儲(chǔ)罐（儲(chǔ)罐幾何容積4×200m3），場(chǎng)站設(shè)計(jì)氣化規(guī)模為20 000m3/h，LNG經(jīng)過(guò)升壓氣化后直接進(jìn)入原有高壓燃?xì)夤艿溃ㄔO(shè)計(jì)壓力4.0MPa），作為應(yīng)急調(diào)峰氣源使用。場(chǎng)站主要建設(shè)內(nèi)容包括場(chǎng)站工藝系統(tǒng)、全站集中控制及管理系統(tǒng)、全站配套公用工程。

2 工藝流程及事故工況的應(yīng)對(duì)措施

2.1 工藝流程

南京市某LNG應(yīng)急儲(chǔ)配站基本功能有LNG裝卸、儲(chǔ)存、加壓、氣化、計(jì)量加臭外輸、LNG瓶組罐裝、BOG回收及放散系統(tǒng)等，同時(shí)為后期接中壓管道預(yù)留中壓接口。該站的工藝流框程見(jiàn)圖1。

圖1 LNG儲(chǔ)配站工藝流程框圖

（1）卸車(chē)工藝

卸車(chē)時(shí)，采用站內(nèi)設(shè)卸車(chē)增壓撬的方式。卸車(chē)前須對(duì)裝液儲(chǔ)罐減壓，打開(kāi)專(zhuān)門(mén)設(shè)置的手動(dòng)BOG閥進(jìn)行卸壓至0.3MPa左右。槽車(chē)中的LNG在常壓、-162℃條件下，利用站內(nèi)卸車(chē)增壓器給槽車(chē)增壓至0.6MPa，利用壓差將LNG通過(guò)液相管線(xiàn)送入儲(chǔ)配站需儲(chǔ)液低溫儲(chǔ)罐。

（2）儲(chǔ)存增壓工藝

LNG儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存壓力較低，運(yùn)行時(shí)需要對(duì)LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行增壓，以維持其0.50-0.60MPa的壓力，保證正常流量。

（3）LNG低溫泵增壓工藝

LNG儲(chǔ)罐正常運(yùn)行時(shí)，壓力維持在0.5～0.6MPa，LNG需要通過(guò)LNG低溫泵增壓至3.5MPa后進(jìn)入氣化器，氣化后外輸。

（4）氣化加熱工藝

氣化加熱常規(guī)方式有高壓空溫式氣化器和強(qiáng)制水浴式氣化器兩種形式，本設(shè)計(jì)采用高壓空溫式氣化器與強(qiáng)制水浴式氣化器相互備用的方式，夏季使用自然能源，冬季利用強(qiáng)制水浴式氣化器進(jìn)行增熱，即可滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又可充分利用環(huán)境熱量，降低能耗。

（5）BOG工藝

BOG主要來(lái)源于LNG儲(chǔ)罐、卸車(chē)過(guò)程以及LNG灌裝過(guò)程，BOG的處理采用直接加熱調(diào)壓輸出的方式。

（6）灌裝工藝

LNG灌裝工藝主要灌裝的鋼瓶規(guī)格為410L液化天然氣鋼瓶。灌裝鋼瓶時(shí)，液化天然氣通過(guò)液相天然氣管道進(jìn)入液化天然氣鋼瓶中，鋼瓶中天然氣氣相（BOG）通過(guò)氣相回收管道進(jìn)入BOG加熱器加熱并調(diào)壓加臭后進(jìn)入城鎮(zhèn)天然氣管道。這樣使灌裝時(shí)的壓差始終保持在0.3MPa左右，以提高灌裝速度。

（7）EAG工藝

為了保證系統(tǒng)的安全，LNG儲(chǔ)罐及LNG液相管道上兩個(gè)切斷閥之間必須設(shè)置安全閥，EAG氣體主要在設(shè)備及管道超壓時(shí)排放。為防止EAG在放散時(shí)聚集，需將EAG加熱至高于-107℃后，經(jīng)阻火器通過(guò)10m高的放散塔高點(diǎn)排放。

（8）高壓計(jì)量加臭及中壓調(diào)壓計(jì)量撬工藝

高壓計(jì)量加臭撬主路調(diào)壓采用3+0結(jié)構(gòu)，工作壓力3.5MPa；中壓調(diào)壓計(jì)量撬BOG路調(diào)壓采用2+0結(jié)構(gòu)，進(jìn)口壓力0.4～0.6MPa，出口壓力0.36MPa；自用氣調(diào)壓系統(tǒng)采用2+0結(jié)構(gòu)，進(jìn)口壓力0.2～0.36MPa，出口壓力10kPa。

加臭采用橇裝式自動(dòng)加臭設(shè)備，加臭設(shè)備為三路三泵設(shè)計(jì)，其中高壓天然氣管道加臭為雙路雙泵設(shè)計(jì)，中壓天然氣管道加臭為單路單泵設(shè)計(jì)，加臭計(jì)量20mg/m3。

2.2 事故工況的應(yīng)對(duì)措施[3]

（1）故障

① LNG低溫泵

本設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)低溫泵互為備用的形式，任意一臺(tái)泵均可滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求。

② 閥門(mén)

在設(shè)備及管道上設(shè)置的緊急切斷閥均設(shè)置有閥位指示裝置。

③工藝管道

在設(shè)備進(jìn)出口均設(shè)置了閥門(mén)，當(dāng)連接各設(shè)備的管道泄漏時(shí)，可將管道兩端的閥門(mén)關(guān)閉，通過(guò)放空閥將管道內(nèi)的液體或者氣體放空進(jìn)行檢修。

（2）儲(chǔ)罐應(yīng)急泄壓

由于火災(zāi)或者其他原因造成儲(chǔ)罐內(nèi)液體分層或者翻滾時(shí)，儲(chǔ)罐氣相出口的減壓閥打開(kāi)，將產(chǎn)生的BOG排至BOG總管，通過(guò)BOG氣化器升溫后，進(jìn)入城鎮(zhèn)中壓管網(wǎng)。

（3）火災(zāi)

在儲(chǔ)罐區(qū)、氣化區(qū)、卸車(chē)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域設(shè)置了防爆急停按鈕、火焰探測(cè)系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)和消防水系統(tǒng)。儲(chǔ)罐區(qū)為重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)，當(dāng)發(fā)生局部火災(zāi)時(shí)，未著火儲(chǔ)罐迅速啟動(dòng)噴淋冷卻裝置，著火儲(chǔ)罐的LNG也可實(shí)現(xiàn)倒罐功能，同時(shí)儲(chǔ)罐的氣相管道也可將產(chǎn)生的氣體迅速排放至放空系統(tǒng)，啟動(dòng)消防系統(tǒng)，迅速撲滅火災(zāi)。

（4）誤操作

本項(xiàng)目中閥門(mén)較多，由于人為誤操作可導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高。為防止誤操作造成事故，在設(shè)備、閥門(mén)及閥門(mén)間的管道上均設(shè)置緊急放散系統(tǒng)，并采用手動(dòng)與自動(dòng)雙保險(xiǎn)的設(shè)置，減壓與升壓系統(tǒng)均采用機(jī)械式的設(shè)置，減少人員的操作，在主要閥門(mén)上設(shè)置閥位顯示和監(jiān)測(cè)。

（5）LNG泄漏

在存在LNG大量泄漏可能性的儲(chǔ)罐區(qū)、卸車(chē)區(qū)設(shè)置積液池，一旦發(fā)生泄漏，泄漏的LNG將經(jīng)倒流溝流入積液池。儲(chǔ)罐區(qū)、卸車(chē)區(qū)均設(shè)有低溫探頭，可燃?xì)怏w報(bào)警探測(cè)器和高倍數(shù)泡沫系統(tǒng)，當(dāng)LNG泄漏后，采用高倍數(shù)泡沫覆蓋，控制LNG蒸發(fā)速度，逐步清除泄漏的LNG。

2.3 站控系統(tǒng)

站控系統(tǒng)采用PLC、上位機(jī)和輸入輸出設(shè)備組成一套完整獨(dú)立的集中控制系統(tǒng)。相關(guān)運(yùn)行參數(shù)采用就地顯示控制及控制室顯示，并通過(guò)站控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和控制。各部位的壓力表、液位計(jì)、緊急切斷閥、各類(lèi)報(bào)警監(jiān)測(cè)（低溫、泄漏）器等均根據(jù)需要采用就地顯示、控制及控制室監(jiān)視和控制。

站控系統(tǒng)預(yù)留通信接口，與燃?xì)夤镜腟CADA調(diào)度中心通信。

為了便于人員操作，在儲(chǔ)罐區(qū)防護(hù)堤外、卸車(chē)去區(qū)、氣化區(qū)設(shè)置相應(yīng)的ESD按鈕。

3 消防設(shè)計(jì)

3.1 消防滅火設(shè)施

主要消防滅火設(shè)置有水噴霧系統(tǒng)、高倍數(shù)泡沫發(fā)生器、消火栓、干粉滅火器等。

3.2 消防水量的計(jì)算

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB50974—2014[4]規(guī)定要求，本項(xiàng)目同一時(shí)間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)應(yīng)按一次考慮，消防水量應(yīng)按需水量最大的儲(chǔ)罐區(qū)計(jì)算。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50028—2006[5]的規(guī)定計(jì)算消防水量，消防水量主要包括冷卻噴淋水量和消防水槍水量，噴淋裝置的供水強(qiáng)度取0.15L/s·m2，消防水槍用水量取30L/s，火災(zāi)連續(xù)時(shí)間6h計(jì)算，則消防總用水量為 1 720.44m3。本項(xiàng)目設(shè)置蓄水量為900m3的消防水池2座。

4 加熱系統(tǒng)

LNG氣化成常溫天然氣需要吸收大量的熱量，考慮到LNG氣化冷霧和冬季低溫氣化的穩(wěn)定性，該項(xiàng)目氣化系統(tǒng)由強(qiáng)制氣化系統(tǒng)和自然氣化系統(tǒng)組成，故該系統(tǒng)需要為自然氣化水浴式復(fù)熱器和LNG強(qiáng)制氣化器提供熱源，熱源采用天然氣熱水鍋爐。

根據(jù)工藝系統(tǒng)、節(jié)能及工作效率的需要，自然氣化復(fù)熱供熱水系統(tǒng)和強(qiáng)制氣化供熱水系統(tǒng)設(shè)置為相互獨(dú)立系統(tǒng)。水浴式復(fù)熱器進(jìn)口最低溫度為-15℃，出口溫度為5℃，自然氣化復(fù)熱量為20 000m3(標(biāo))/h（NG）；LNG強(qiáng)制氣化器進(jìn)口最低溫度為-138℃，出口溫度為5℃，LNG強(qiáng)制氣化量為20 000m3/h（NG）。計(jì)算得自然氣化后復(fù)熱器換熱量為0.35MW，故選用2臺(tái)0.35MW熱水爐（一開(kāi)一備）；強(qiáng)制氣化換熱量為4.20MW[2]，故根據(jù)要求選用2臺(tái)2.10MW熱水鍋爐（同時(shí)啟用）。兩系統(tǒng)互為備用，通常情況開(kāi)啟自然復(fù)熱供熱水系統(tǒng)，待自然氣化復(fù)熱效果達(dá)不到預(yù)期氣化規(guī)模時(shí)，開(kāi)啟強(qiáng)制氣化供熱水系統(tǒng)。

5 結(jié)論及建議

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，天然氣的應(yīng)用在人類(lèi)的生產(chǎn)生活中扮演著越來(lái)越重要的作用，城市天然氣應(yīng)急調(diào)峰設(shè)施作為城市供氣的保障措施，成為了燃?xì)馄髽I(yè)亟待解決的問(wèn)題。

1）應(yīng)急調(diào)峰站采用高壓氣化系統(tǒng)形式適用于氣化規(guī)模較大，場(chǎng)站周邊僅有高壓管網(wǎng)，站址距離集中用氣點(diǎn)較遠(yuǎn)等情況；

2）強(qiáng)制氣化與自然氣化相結(jié)合的氣化系統(tǒng)可充分利用環(huán)境能量，降低能耗，也可保障冬季極端天氣的燃?xì)獗９┓€(wěn)定性，減少冷霧對(duì)周邊環(huán)境的影響；

3）自然氣化復(fù)熱器和強(qiáng)制氣化器所需燃?xì)忮仩t熱水供應(yīng)系統(tǒng)按兩套系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可合理選擇不同系統(tǒng)運(yùn)行，節(jié)約能源，避免“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象。