LNG點(diǎn)供系統(tǒng)撬裝化設(shè)計(jì)

羅婷婷，李欣欣，常心潔，魯亮，張瑩(中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，北京 100028)

0 引言

LNG點(diǎn)供主要應(yīng)用于天然氣管網(wǎng)目前無法覆蓋的區(qū)域，以及城市燃?xì)庹{(diào)峰、應(yīng)急搶險(xiǎn)等情況。近些年，雖然我國(guó)一直在加快天然氣管網(wǎng)的建設(shè)，但是受建設(shè)周期長(zhǎng)、投資大等因素的制約，仍然有很多區(qū)域無法實(shí)現(xiàn)天然氣的快速供應(yīng)。并且燃?xì)夤驹谶\(yùn)營(yíng)過程中，總會(huì)遇到計(jì)劃外的應(yīng)急搶險(xiǎn)、救援等工作，LNG點(diǎn)供系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。LNG點(diǎn)供具有投資低、建設(shè)周期短、應(yīng)用靈活等優(yōu)勢(shì)，但在發(fā)展過程中也存在建設(shè)不規(guī)范、管理不到位、地方政策時(shí)緊時(shí)松等問題，作為管道氣源的補(bǔ)充供氣方式，LNG點(diǎn)供仍然在曲折中發(fā)展。

1 LNG點(diǎn)供工藝流程

LNG點(diǎn)供是集小型儲(chǔ)罐、增壓器、氣化器、加熱器、NG復(fù)熱器、調(diào)壓系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、加臭系統(tǒng)、泄漏報(bào)警系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)于一體的成套供氣系統(tǒng)[1]。其主要工藝流程如圖1所示。

圖1 LNG點(diǎn)供工藝流程示意圖

LNG槽車通過卸車增壓器將車內(nèi)的LNG卸車到儲(chǔ)罐中，儲(chǔ)罐通過增壓器或潛液泵將LNG輸送到氣化器，LNG氣化后溫度滿足用氣要求(≥5 ℃)時(shí)，經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量、加臭后便可以輸送到終端用戶。但是在冬季或寒冷地區(qū)，LNG經(jīng)空溫氣化器氣化后，天然氣溫度不能滿足高于5 ℃的用氣要求，就需要通過NG復(fù)熱器進(jìn)行再加熱，使天然氣溫度滿足用氣要求后，經(jīng)過調(diào)壓、計(jì)量、加臭后輸送到終端用戶。

2 主要設(shè)備選型

2.1 儲(chǔ)罐

LNG點(diǎn)供系統(tǒng)液化天然氣的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)容量通常根據(jù)當(dāng)?shù)赜脩羝骄恢苡脷饬窟M(jìn)行設(shè)計(jì)，通常選用的儲(chǔ)罐容積在15～30 m3。目前的撬裝化設(shè)計(jì)，為了使用靈活方便、節(jié)約占地、節(jié)約成本，也可使用LNG罐式集裝箱作為臨時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備代替儲(chǔ)罐。LNG罐式集裝箱作為一種標(biāo)準(zhǔn)化外觀尺寸的新型LNG承載工具[2]，不僅可以應(yīng)用于鐵路、公路、水路的運(yùn)輸過程中，也可作為存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)與供氣設(shè)備的靈活連接。

2.2 增壓器

LNG點(diǎn)供的增壓器主要分為卸車增壓器和儲(chǔ)罐增壓器。卸車增壓器選型主要考慮日卸車量和卸車速度兩個(gè)因素。儲(chǔ)罐增壓器的選型主要考慮小時(shí)最大供氣能力。LNG槽車或者LNG罐式集裝箱的正常卸車速度一般在1～1.5 h/車。

2.3 氣化器

以往的氣化器多采用空溫式氣化器，設(shè)計(jì)中使用空溫式氣化器能夠節(jié)省成本，尤其是在氣溫高的地區(qū)，使用空溫式氣化器能節(jié)約大量能耗。但是空溫式氣化器在寒冷地區(qū)尤其是冬季容易結(jié)霜，除霜操作復(fù)雜繁瑣，且空溫式氣化器占地較大，在場(chǎng)地面積不受限制的地區(qū)可以使用。

目前有一種新型的設(shè)計(jì)是使用水浴式氣化器，水浴式氣化器的應(yīng)用范圍非常廣泛，在環(huán)境溫度低場(chǎng)地狹小的區(qū)域都可以應(yīng)用，并且水浴式氣化器氣化量大、啟動(dòng)速度快，不受冬季除霜等因素的限制。之前的水浴式氣化器需配置風(fēng)機(jī)，能耗比較大，如圖2所示。天津市華邁速供開發(fā)的新型水浴式氣化器采用自吸式空氣供給系統(tǒng)，無需風(fēng)機(jī)輔助配風(fēng)，設(shè)備更加集約高效。

圖2 原水浴式氣化器工作示意圖

水浴式氣化器與空溫式氣化器應(yīng)用對(duì)比優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)及適用條件如表1所示。

表1 氣化器應(yīng)用對(duì)比

通常氣化器的設(shè)計(jì)能力按照下游用戶用氣高峰小時(shí)流量的1.3～1.5倍能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。如下游用戶為工業(yè)用戶且持續(xù)用氣時(shí)，可按高峰小時(shí)流量的2倍進(jìn)行設(shè)計(jì)[1,3]。設(shè)計(jì)溫度通常為-196 ℃，設(shè)計(jì)壓力通常為0.8 MPa。

2.4 加熱器

LNG點(diǎn)供的BOG(LNG蒸發(fā)氣)主要來源于卸車過程中的LNG閃蒸以及儲(chǔ)罐內(nèi)蒸發(fā)的LNG。如果LNG點(diǎn)供站不設(shè)計(jì)LNG儲(chǔ)罐，那么BOG只來源于LNG槽車或罐箱中蒸發(fā)的氣體以及卸車過程中產(chǎn)生的BOG。BOG氣化器的選型通常按照卸車過程中產(chǎn)生BOG量來計(jì)算即可，回收BOG時(shí)間通常按照半小時(shí)計(jì)算。

LNG點(diǎn)供的放空氣(EAG)通常按照LNG儲(chǔ)罐或者LNG罐箱安全閥起跳的最大量來計(jì)算，型式多選用空溫式氣化器。

2.5 NG復(fù)熱器

NG復(fù)熱器用于將不滿足溫度要求的低溫天然氣加熱至合格溫度，多選用水浴式電加熱器。NG復(fù)熱器的設(shè)計(jì)能力按照下游用戶用氣高峰時(shí)，小時(shí)用氣量的1.3～1.5倍進(jìn)行考慮。NG復(fù)熱器的入口溫度通常按照主氣化器的出口溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，出口溫度按照用戶用氣的溫度要求，一般來說應(yīng)高于5 ℃。

3 撬裝化設(shè)計(jì)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LNG點(diǎn)供撬裝化設(shè)計(jì)是指將以往的LNG點(diǎn)供站的設(shè)備，包括LNG儲(chǔ)罐、增壓器、氣化器、加熱器、NG復(fù)熱器、閥門管道、加臭調(diào)壓計(jì)量設(shè)備等全部集中安裝于一個(gè)或多個(gè)鋼結(jié)構(gòu)底座上。撬塊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，既要滿足吊裝的要求，又要簡(jiǎn)單美觀，其設(shè)計(jì)通常遵守GB 50017—2017。

青島綠科設(shè)計(jì)的LNG點(diǎn)供撬裝設(shè)備分為兩個(gè)撬塊，主氣化器采用空溫式氣化器，撬塊設(shè)計(jì)分為兩個(gè)模塊。主換熱器采用空溫式氣化器，為單獨(dú)一個(gè)模塊，調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)布置于另一個(gè)模塊上。兩個(gè)集裝箱撬塊運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況，可并列放置，也可堆疊放置，與LNG槽車或者LNG罐箱連接后，可迅速供氣。

華邁速供設(shè)計(jì)的LNG點(diǎn)供撬裝設(shè)備可獨(dú)立成撬，主氣化器采用水浴式氣化器。除主氣化器之外的其他設(shè)備及儀表管道等可全部集成于同一個(gè)集裝箱撬上。較主氣化器采用空溫式氣化器相比結(jié)構(gòu)更為緊湊。同樣，集裝箱運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，與LNG槽車或者LNG罐箱連接后，可實(shí)現(xiàn)快捷供氣。

3.2 設(shè)備、管道布置

撬塊設(shè)備管道布置首先要滿足工藝設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)滿足以下3點(diǎn)要求：

(1)布置緊湊，并應(yīng)確保載荷分布均勻，以確保吊裝時(shí)的穩(wěn)定性。

(2)撬塊外接口應(yīng)盡量集中在同一區(qū)域，并保證接口方向一致，法蘭面保持高度一致，保證簡(jiǎn)單美觀。

(3)閥門及管路支架高度應(yīng)設(shè)置合理，方便拆裝及檢修作業(yè)等。

4 結(jié)語

與常規(guī)建站相比，LNG點(diǎn)供撬裝化設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)縮短工期。省去了規(guī)劃、選址、設(shè)備采購(gòu)、施工、驗(yàn)收等諸多環(huán)節(jié)，全部設(shè)備都可以在廠家生產(chǎn)完成，因此大大縮短了工期。

(2)節(jié)約占地。以5 000 Nm3/h供氣量為例，常規(guī)建站通常需要5 000～10 000 m2，而撬裝設(shè)備只需要1/10的面積，大大節(jié)約了占地面積。

(3)節(jié)約投資。同樣以5 000 Nm3/h供氣量為例，常規(guī)建站的投資大約在700～1 000萬元，而撬裝化設(shè)備成本只需70萬～200萬元。

(4)節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。常規(guī)建站同樣以5 000 Nm3/h供氣量為例，需配置值守人員6～10名。撬裝化設(shè)備只需配置2～4名。

(5)使用靈活。常規(guī)站一旦建成只能就地使用，撬裝設(shè)備可拆裝、移動(dòng)。

綜上所述，在燃?xì)夤芫W(wǎng)尚未覆蓋的區(qū)域，小型工業(yè)農(nóng)業(yè)零散用戶中，應(yīng)急搶險(xiǎn)調(diào)峰保供等情況下，LNG點(diǎn)供撬裝化系統(tǒng)仍有很大的潛力和發(fā)展空間。