儲存增壓系統(tǒng)在LNG氣化站中的設(shè)計分析

摘要：LNG氣化站隨著天然氣液化工場的建成而日益發(fā)展起來，并成為利用天然氣的一種最要設(shè)施。因為LNG氣化站本身在建設(shè)過程中具有建設(shè)周期短等優(yōu)點，同時還可以使市場需要得到盡快滿足，所以LNG氣化站目前已經(jīng)受到普遍重視。本文針對以上內(nèi)容對儲存增壓系統(tǒng)在LNG氣化站中的設(shè)計展開進一步的分析與探討，供大家借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：儲存增壓系統(tǒng);LNG氣化站;設(shè)計

近年來，隨著天然氣液化工場的建成，將LNG作為氣源的氣化站開始發(fā)展起來，目前已經(jīng)建成的LNG氣化站已經(jīng)上百座，作為利用天然氣的一種主要設(shè)施，LNG氣化站具有建設(shè)周期短以及容易使市場用氣需求得到滿足的特點，在這種條件下，LNG氣化站的設(shè)計變得尤為重要，而儲存增壓系統(tǒng)在LNG氣化站設(shè)計中成為一項重要內(nèi)容。下面是本次設(shè)計中LNG氣化站天然氣成分表，希望可以幫助大家加深對儲存增壓系統(tǒng)在LNG氣化站中設(shè)計的了解。

表1本系統(tǒng)天然氣成分

天然氣組分

摩爾分子百分數(shù)

CH4

82.432

C2H6

11.100

C3H8

4.532

N2

0.8231

其余

1.1127

1LNG氣化站的工藝流程

液化天然氣通過LNG槽車或者集裝箱車運送而來，通過卸車臺增壓器增壓之后進入到LNG儲罐中進行儲存，儲罐中的LNG在儲罐區(qū)增壓至0.5—0.6Pa，就可以被送入至空溫式汽化器中。LNG在空溫式汽化器中與空氣換熱出現(xiàn)相變，氣態(tài)的天然氣溫度不會比環(huán)境溫度5℃低，氣態(tài)天然氣壓力會保持在0.4MPa左右。天然氣在進入管網(wǎng)之前會進行加臭，通常情況下使用的加臭劑為四氫噻吩。在冬季，空溫式汽化器的出口氣體溫度一般不會達到5℃，這樣就需要通過水浴式LNG加熱器進行加熱處理，進而使其出口天然氣溫度可以達到5—10℃之間。

圖1LNG氣化站工藝流程圖

為了使設(shè)計變得更加方便，可以在設(shè)計過程中引入模塊化思想，將整個工藝過程分成不同的系統(tǒng)，系統(tǒng)與模塊相對應(yīng)，這樣就可以結(jié)合不同的用戶需求展開組合設(shè)計。本次研究中9個不同的系統(tǒng)分別為LNG裝卸系統(tǒng)、儲存增壓系統(tǒng)、氣化加熱系統(tǒng)、天然氣出站系統(tǒng)、罐瓶系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)以及放散系統(tǒng)。

2LNG儲存增壓系統(tǒng)

LNG儲存增壓系統(tǒng)的組成部分有低溫儲罐、儲罐增壓器等，其具體組成如圖2所示。

圖2LNG儲存增壓系統(tǒng)示意圖

3LNG儲罐設(shè)計

3.1LNG儲罐形式

現(xiàn)階段我國經(jīng)常使用的LNG儲罐形式有3種，即字母罐、單罐壓力儲罐、常壓儲罐。起重工單罐壓力儲罐的施工周期比較短，投資不多，運行費用也比較低，其施工技術(shù)已經(jīng)非常成熟，還具有非常好的保溫效果，但是這種儲罐形式在運輸過程中會比較麻煩，占地面積也很大。子母罐在運行過程中的費用比較低，操作起來非常簡單，但是它的保溫性能與壓力罐相比要要一些，需要使用的絕熱材料也比較多，投資大，占地面積也大。常壓儲罐是投資最小的一種儲罐方式，它的占地面積相對較小，運行起來費用比較低，但是這種儲罐方式的保溫性能非常差，排液過程中需要使用低溫泵，運行過程中產(chǎn)生的費用很高，需要的施工周期相對較長。

LNG氣化站的儲罐形式主要由儲存規(guī)模所決定，如果LNG氣化站的儲存規(guī)?！?000立方米，那么使用的儲罐其壓力應(yīng)為50—150立方米。如果LNG氣化站儲存規(guī)模在1000立方米和3500立方米之間，適宜使用子母罐的形式。如果LNG氣化站的儲存規(guī)?！?500立方米，適宜使用常壓儲罐形式。為了使管理與運行更加方便與安全，在實際操作過程中一班不會使用聯(lián)合儲罐形式。

3.2LNG儲罐數(shù)量

儲罐設(shè)計容積應(yīng)該結(jié)合其氣源情況、規(guī)模以及運輸方式再進行確定。LNG氣化站儲罐總?cè)萘吭O(shè)計一般應(yīng)該結(jié)合月平均日用氣量的3天到5天的用氣量進行計算。LNG氣化站儲罐總?cè)萘靠梢园凑找韵鹿剑?）進行計算：

= """"""""""""nbsp;""""""""" （1）

式（1）中， 代表總儲存容積; 代表儲存的天數(shù); 代表月高峰系數(shù); 代表年平均日供氣量; 代表天然氣的氣態(tài)密度; 代表操作條件下液化天然氣的密度; 代表儲罐允許充裝率，一般情況下為0.95。

3.3LNG儲罐溫度與壓力設(shè)計

LNG儲罐溫度最高可以設(shè)計為當(dāng)?shù)貧v年的最高溫度，最低溫度可以設(shè)計為-196℃，最低工作溫度取到設(shè)計壓力下LNG的飽和溫度。

LNG儲罐的工作壓力、計算壓力和設(shè)計壓力是3個不同的值，擁有不同的定義和特定的用途，如果認為計算壓力就是設(shè)計壓力，那么就會使儲罐安全閥開啟壓力值的設(shè)定受到影響。如果儲罐的最高工作壓力是0.8MPa，那么就可以將設(shè)計壓力取為0.84MPa。對內(nèi)罐液注靜壓力、儲罐允許充裝率以及內(nèi)外罐間的絕對壓力進行綜合考慮，那么內(nèi)罐的計算壓力則為1.01MPa。外罐就是外壓容器，一般情況下其設(shè)計壓力為-0.1MPa。

4LNG儲罐增壓器設(shè)計

大量低溫液體存在于LNG儲罐中，這些低溫液體會不斷從LNG儲罐中流出，這樣儲罐中的壓力就會降低，一直到流體速度停止為止。所以，為了保證LNG儲罐中LNG不斷送入汽化器氣化，就需要在實際操作過程中補充氣體，這樣儲罐中的壓力就會被保持在一定的范圍內(nèi)。

低溫儲罐主要是靠儲罐中的壓力推動的，主要的增壓方式有低溫泵增壓、外部氣源增壓以及自增壓三種。其中低溫泵增壓方式主要是通過對泵的機械功進行利用使低溫液體增壓，因為低溫泵的外部安裝條件是非常嚴格的，所以在操作過程中小型供氣系統(tǒng)是不適用的。外部氣源增壓方式主要通過外來氣源使增壓得到實現(xiàn)，實際操作過程中需要增加一定量的高壓天然氣和罐。而自增壓方式的原理主要是將儲罐中排出的LNG進行自增壓氣化，氣化成為天然氣，然后將這些天然氣返回到儲罐中，將其壓力升高到工作所需的壓力值，這樣就實現(xiàn)了LNG儲罐增壓的目的。

儲罐增壓器存在一定的增壓能力，這些增壓能力主要是結(jié)合氣化站設(shè)置最大的供氣能力而確定的。儲罐增壓器可以進行聯(lián)合設(shè)置，對其進行分組布置，其中一組用來工作，另外一組用來化霜備用。儲罐增壓器可以采用臥式。

LNG儲罐可以結(jié)合低溫儲罐的數(shù)量進行設(shè)計，一般情況下有兩種設(shè)計方式。首先，每個儲罐需要單獨設(shè)置一臺儲罐增壓器，這種情況比較適合用在4臺以下的系統(tǒng)中，其最大的優(yōu)點就是操作起來非常方便，而缺點主要在于儲罐增壓器的數(shù)量很多，占地面積非常大。其次，將兩臺儲罐增壓器設(shè)置在低溫儲罐集中，這種情況比較適用在4臺以上的系統(tǒng)中，其缺點主要在于操作起來不太方便，優(yōu)點主要在于儲罐增壓器的數(shù)量較少，占地面積也比較小。

5設(shè)計舉例

LNG氣化站的設(shè)計應(yīng)該按照《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝運》等為標準。通過LNG集裝箱槽車將LNG從氣源點送至LNG氣化站，再通過卸車臺將LNG轉(zhuǎn)移到LNG儲罐中儲存，通過LNG將空溫式汽化器 氣化之后再進行調(diào)壓、計量以及加臭之后，將其送到用戶管網(wǎng)。

結(jié)合公式（1），經(jīng)儲存天數(shù)設(shè)為5，月高峰系數(shù)設(shè)為1.2，平均日用氣量 =5 104立方米/d，液化天然氣的密度則為450kg/立方米，充裝率是0.95，經(jīng)計算則有：

= =540立方米

經(jīng)計算可得該氣化站的存儲規(guī)模是540立方米，此時LNG為液態(tài)。因為受到整體吊裝條件和運輸?shù)纫蛩氐南拗疲婵辗勰毫抟话闶褂?00立方米和150立方米兩種，還有一些特殊的使用50立方米。所以，本氣化站可以選擇4個150立方米立式儲罐，它們的供氣能力均為每小時6000N立方米，可以進行連續(xù)供氣。

在設(shè)計中，儲罐壓力是0.76MPa，儲罐儲存期間的壓力≤0.6MPa，儲存的溫度是零下145℃。儲罐增壓調(diào)節(jié)之后的壓力是0.55MPa，儲罐增壓調(diào)節(jié)之后的回座壓力是0.60MPa。儲罐減壓調(diào)節(jié)之前的壓力是0.63MPa，儲罐減壓調(diào)節(jié)之前的壓力回座壓力是0.57MPa。儲罐安全閥進口前壓的壓力是0.65MPa，儲罐安全閥進口前壓的回座壓力是0.63MPa。

選擇兩臺每小時300N立方米的空溫式儲罐增壓器，其自增壓系統(tǒng)設(shè)計壓力是0.8MPa，其自增壓系統(tǒng)工作壓力是0.6MPa。

結(jié)語：

綜上所述，LNG氣化站在設(shè)計過程中，結(jié)合設(shè)備選型、工藝流程以及閥門等主要因素進行了優(yōu)化，同時要保證供氣安全可靠，使工程造價得到降低，最終使經(jīng)濟效益得到有效提高。本文首先簡單介紹了LNG氣化站的工藝流程，然后對其儲存增壓系統(tǒng)設(shè)計進行了分析，最后設(shè)計LNG儲罐，并通過相關(guān)實例進行探討，希望本文的設(shè)計可以為相關(guān)研究提供一些思路。

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