儲存增壓系統(tǒng)在LNG氣化站中的設(shè)計(jì)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?yàn)長NG氣化站本身在建設(shè)過程中具有建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)展開進(jìn)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(jì)

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(diǎn)，在這種條件下，LNG氣化站的設(shè)計(jì)變得尤為重要，而儲存增壓系統(tǒng)在LNG氣化站設(shè)計(jì)中成為一項(xiàng)重要內(nèi)容。下面是本次設(shè)計(jì)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(jì)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?jǐn)?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(yùn)送而來，通過卸車臺增壓器增壓之后進(jìn)入到LNG儲罐中進(jìn)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(jìn)入管網(wǎng)之前會進(jìn)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(dá)到5℃，這樣就需要通過水浴式LNG加熱器進(jìn)行加熱處理，進(jìn)而使其出口天然氣溫度可以達(dá)到5—10℃之間。

圖1LNG氣化站工藝流程圖

為了使設(shè)計(jì)變得更加方便，可以在設(shè)計(jì)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(jì)。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?dú)庀到y(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(jì)

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(yùn)行費(fèi)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(yùn)輸過程中會比較麻煩，占地面積也很大。子母罐在運(yùn)行過程中的費(fèi)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(yùn)行起來費(fèi)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(yùn)行過程中產(chǎn)生的費(fèi)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(yùn)行更加方便與安全，在實(shí)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(jì)容積應(yīng)該結(jié)合其氣源情況、規(guī)模以及運(yùn)輸方式再進(jìn)行確定。LNG氣化站儲罐總?cè)萘吭O(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)算。LNG氣化站儲罐總?cè)萘靠梢园凑找韵鹿剑?）進(jìn)行計(jì)算：

="""""""""""""""""""""""（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(jì)

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

LNG儲罐的工作壓力、計(jì)算壓力和設(shè)計(jì)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(rèn)為計(jì)算壓力就是設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行綜合考慮，那么內(nèi)罐的計(jì)算壓力則為1.01MPa。外罐就是外壓容器，一般情況下其設(shè)計(jì)壓力為-0.1MPa。

4LNG儲罐增壓器設(shè)計(jì)

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(shí)際操作過程中補(bǔ)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(jī)械功進(jìn)行利用使低溫液體增壓，因?yàn)榈蜏乇玫耐獠堪惭b條件是非常嚴(yán)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(shí)現(xiàn)，實(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)行聯(lián)合設(shè)置，對其進(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)，一般情況下有兩種設(shè)計(jì)方式。首先，每個儲罐需要單獨(dú)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(diǎn)就是操作起來非常方便，而缺點(diǎn)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(diǎn)主要在于操作起來不太方便，優(yōu)點(diǎn)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(jì)舉例

LNG氣化站的設(shè)計(jì)應(yīng)該按照《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲存和裝運(yùn)》等為標(biāo)準(zhǔn)。通過LNG集裝箱槽車將LNG從氣源點(diǎn)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(jìn)行調(diào)壓、計(jì)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=5104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(jì)算則有：

==540立方米

經(jīng)計(jì)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?yàn)槭艿秸w吊裝條件和運(yùn)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(jìn)行連續(xù)供氣。

在設(shè)計(jì)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(jìn)口前壓的壓力是0.65MPa，儲罐安全閥進(jìn)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(jì)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(jì)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(jìn)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(jì)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(jì)進(jìn)行了分析，最后設(shè)計(jì)LNG儲罐，并通過相關(guān)實(shí)例進(jìn)行探討，希望本文的設(shè)計(jì)可以為相關(guān)研究提供一些思路。

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