移動(dòng)式大流量天然氣安全供氣技術(shù)研究

劉橋林

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

目前，我國(guó)的電力資源主要來(lái)自于燃煤電廠，對(duì)環(huán)境造成比較嚴(yán)重的影響。新環(huán)保形勢(shì)下，人們開始逐漸關(guān)注以天然氣、沼氣等進(jìn)行內(nèi)燃發(fā)電，這就使得天然氣往復(fù)式發(fā)電機(jī)組有了一定的市場(chǎng)；同時(shí)天然氣往復(fù)式發(fā)電機(jī)在海洋石油平臺(tái)也有較多的應(yīng)用。天燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，海洋石油平臺(tái)建造場(chǎng)地實(shí)現(xiàn)其調(diào)試工作也較為困難，對(duì)于天燃?xì)夥€(wěn)定供應(yīng)要求較高。本文結(jié)合海油在文昌9-2/9-3/10-3氣田群項(xiàng)目首次天燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)組的陸地調(diào)試進(jìn)行總結(jié)歸納。

海洋石油平臺(tái)建造場(chǎng)地燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)組陸地調(diào)試需要克服兩大關(guān)鍵攔路虎，一是4公斤壓力滿負(fù)荷工況流量1100方/小時(shí)的天然氣穩(wěn)定供應(yīng)，二是滿負(fù)荷工況流量300方/小時(shí)冷卻水的穩(wěn)定供應(yīng)。本文主要對(duì)天燃?xì)獾姆€(wěn)定供應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行展開分析，在較多方案中層層遴選，最終采用杜瓦瓶+氣化橇+調(diào)壓橇+輸氣軟管的方案解決供氣難題，在杜瓦瓶數(shù)量、氣化橇能力、調(diào)壓橇調(diào)壓流通能力、輸氣軟管供氣能力、系統(tǒng)接地、軟管安裝等方面做足理論計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)選型，確保本質(zhì)安全、技術(shù)可靠。

1 供氣過(guò)程概述

整個(gè)供氣過(guò)程的原理如下：LNG在壓力推動(dòng)下從杜瓦瓶組流向空溫式氣化器，氣化為氣態(tài)天然氣再經(jīng)調(diào)壓裝置后供應(yīng)用戶。隨著杜瓦瓶不斷的輸出液體，瓶?jī)?nèi)壓力會(huì)不斷降低，供液的同時(shí)打開杜瓦瓶自增壓系統(tǒng)，使壓力維持在一定范圍內(nèi)，才能使LNG氣化過(guò)程持續(xù)下去。

整個(gè)增壓過(guò)程時(shí)依靠自動(dòng)增壓閥將瓶?jī)?nèi)的天然氣與空氣進(jìn)行熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)瓶?jī)?nèi)的壓力低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)增壓閥自動(dòng)打開，此時(shí)瓶?jī)?nèi)的LNG流入到增壓管中，與空氣進(jìn)行熱交換，液態(tài)的LNG被加熱成氣態(tài)，氣態(tài)的LNG隨即進(jìn)入到瓶?jī)?nèi)，同時(shí)將瓶?jī)?nèi)的壓力增加至所需壓力，從而完成增壓過(guò)程。

增壓過(guò)程是一個(gè)持續(xù)過(guò)程，即當(dāng)瓶?jī)?nèi)的壓力低于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開；隨著瓶?jī)?nèi)壓力增加至所需壓力時(shí)，增加調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，通過(guò)以上循環(huán)始終保持氣態(tài)天然氣以一定的壓力源源不斷輸送到用氣管路進(jìn)行使用。

2 主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

2.1 主要設(shè)備

（1）杜瓦罐匯流排。采用10×2共20個(gè)瓶位的杜瓦罐匯流排,每個(gè)杜瓦罐每小時(shí)氣體流量最大可達(dá)100立方米，共20瓶可完全滿足1160立方米/小時(shí)的滿負(fù)荷用氣量。

（2）空溫式氣化器。處理量：1400Nm3/h；進(jìn)口介質(zhì)：LNG；出口介質(zhì)：NG；進(jìn)口溫度：高于或等于-162℃；氣化能力出口溫度：比環(huán)境溫低5～10℃（由于項(xiàng)目在4月實(shí)施，環(huán)境溫度在20℃以上，無(wú)需考慮增溫）。設(shè)計(jì)溫度：-196℃；運(yùn)行壓力：1.6MPa； 主體材質(zhì)：鋁翅片管LNG加熱器。

LNG加熱器是LNG 系統(tǒng)加熱的主要設(shè)備，選用空溫式換熱器。加熱借助于列管外的空氣給熱，使管內(nèi)LNG升高溫度，實(shí)現(xiàn)低溫LNG 轉(zhuǎn)化為NG氣體。空溫式換熱器使用空氣作為熱源，節(jié)約能源，運(yùn)行費(fèi)用低。

（3）調(diào)壓裝置。根據(jù)LNG氣化站設(shè)計(jì)要求選擇調(diào)壓裝置。調(diào)壓器選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調(diào)壓器，采用兩級(jí)減壓，其中第一級(jí)減壓閥的入口最大可承受壓力應(yīng)高于氣化橇的最高工作壓力。

（4）輸氣軟管。輸氣軟管的尺寸為3 ″，橡膠材質(zhì)，無(wú)壓力情況下軟管能保持圓形，法蘭標(biāo)準(zhǔn)為ASME B16.5，法蘭材質(zhì)為316SS，在鋪設(shè)和吊裝施工時(shí)應(yīng)注意不允許存在局部受力和憋折等情況，輸氣軟管整體需要接地保護(hù)，通入天燃?xì)馇靶杞?jīng)過(guò)吹掃、試壓、氣密性試驗(yàn)和惰化。

3 供氣運(yùn)行管理及安全保護(hù)

3.1 LNG的物化特性

液化天然氣(LNG，Liquefied Natural Gas)是由天然氣轉(zhuǎn)變的另一種能源形式。由于LNG96%以上都是甲烷，所以它和氣體甲烷性質(zhì)基本類似，LNG的常壓沸點(diǎn)是－162℃，液體密度為430kg/m3，汽化潛熱為510.25kJ/m3。汽化后的氣體常壓密度是0.688kg/m3，與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限為3.6%～6.5%，爆炸上限為13%～17%。

對(duì)于LNG系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，安全是至關(guān)重要的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須通過(guò)危險(xiǎn)分析及評(píng)估，確定與LNG裝置有關(guān)的危險(xiǎn)，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)LNG站的安全設(shè)計(jì)全面把關(guān)，把人身和財(cái)產(chǎn)的損失風(fēng)險(xiǎn)降到最低，使整個(gè)裝置達(dá)到一個(gè)較高的安全水平。

3.2 運(yùn)行管理與安全保護(hù)

氣化站運(yùn)行的基本要求主要包括以下幾個(gè)方面。防止LNG因泄漏而形成的空氣混合爆炸物出現(xiàn)；按照操作規(guī)范進(jìn)行設(shè)備的消防保護(hù)，消除燃燒和爆炸的基本條件；制定合理的操作規(guī)范，防止LNG對(duì)于工藝系統(tǒng)和操作人員帶來(lái)傷害(冷灼傷等)。

（1） LNG正常供氣時(shí)，需要保證杜瓦罐的實(shí)時(shí)壓力都在允許的范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)壓力過(guò)低的情況，進(jìn)行增壓。增壓上限由自增壓閥的自動(dòng)關(guān)閉壓力確定，其值通常比設(shè)定的自增壓閥開啟壓力約高15%。

另外，為防止LNG在儲(chǔ)存過(guò)程中由于環(huán)境的吸熱導(dǎo)致杜瓦罐壓力激增，對(duì)環(huán)境和設(shè)備造成隱患，設(shè)計(jì)上采用杜瓦罐超壓手動(dòng)操作放散、自力式調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制壓力、自力式調(diào)節(jié)閥后安全閥等保護(hù)措施來(lái)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的超壓保護(hù)。

杜瓦罐運(yùn)抵建造場(chǎng)地時(shí)，壓力約為0.2MPa，若一直未使用，大概4天后才開始放散，若每天使用100立方米天然氣以上，則不存在放散的情況，加上杜瓦罐存量小，很快會(huì)使用完畢,不會(huì)出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)放散的情況。

除此之外，整個(gè)供氣系統(tǒng)各部分的靜電釋放、系統(tǒng)壓力測(cè)試、氮?dú)庵脫Q和巡線查漏均是安全措施的重要部分，工序和人力要保障到位。

（2）LNG運(yùn)行過(guò)程中的安全防護(hù)對(duì)策按照有無(wú)火災(zāi)可以分為以下兩個(gè)方面：

①無(wú)火災(zāi)緊急事故及其安全對(duì)策。LNG管道及其組件。材料選擇設(shè)計(jì)管道及組件時(shí)，應(yīng)考慮到熱循環(huán)作用對(duì)材料的疲勞作用。對(duì)那些相互連接的管道、閥門、配件和其它管件，當(dāng)管壁厚度不同時(shí)，特別要引起注意。因此，管道材料一般選用隔熱材料。不采用鋁、銅、銅合金或其它低耐火能力的材料，鑄鐵類管道則不允許使用。

LNG裝卸設(shè)備杜瓦瓶的上下車搬運(yùn)須由配置有尾升裝置的運(yùn)輸車輛完成，氣化橇需設(shè)置吊點(diǎn)采用汽車吊或者塔吊進(jìn)行轉(zhuǎn)移搬運(yùn)。

安全間距 LNG和可燃制冷劑的裝卸接口到不可控制火源、工藝區(qū)域、槽罐、控制大樓、辦公室、商店、居民樓和其它建筑物的距離至少是30m。

②有火災(zāi)緊急事故及其安全對(duì)策。對(duì)于著火的LNG事故，可以根據(jù)以下原則進(jìn)行處理：盡量切斷氣源，控制泄漏；對(duì)著火罐及鄰近罐和設(shè)備進(jìn)行冷卻保護(hù)，避免槽罐設(shè)備受熱超壓造成更大災(zāi)害；將泄漏的LNG引至事故集液池等安全地帶，再用高倍泡沫覆蓋，使其安全氣化，避免燃燒擴(kuò)大。

4 結(jié)語(yǔ)

文昌9-2/9-3/10-3氣田群項(xiàng)目燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)在珠海建造場(chǎng)地調(diào)試完成，燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)負(fù)載測(cè)試、負(fù)載突變測(cè)試情況平穩(wěn)，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首次建造場(chǎng)地燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)陸地調(diào)試工作圓滿完成。據(jù)了解，建造場(chǎng)地完成燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)組陸地調(diào)試尚屬首次，為今后工程項(xiàng)目往復(fù)式發(fā)電機(jī)組調(diào)試工作開創(chuàng)了新思路和新辦法；燃?xì)馔鶑?fù)式發(fā)電機(jī)組陸地調(diào)試成功，節(jié)省了海上投產(chǎn)調(diào)試人工時(shí)約150人/天，有力地保障了項(xiàng)目投產(chǎn)調(diào)試進(jìn)度，取得了很好的效果。

[1]孔祥爭(zhēng). 城鎮(zhèn)燃?xì)膺\(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京工業(yè)大學(xué), 2016.

[2]虞明星, 寇曉飛, 陳希,等. 單燃料低壓往復(fù)式天然氣發(fā)電機(jī)組海上不斷電調(diào)試及與原油發(fā)電機(jī)組并車調(diào)試[J]. 中國(guó)科技博覽, 2011(2):216-218.

[3]李曉升, 趙磊. 海上平臺(tái)主發(fā)電機(jī)陸地調(diào)試海水冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 工程技術(shù):全文版, 2016(11):00185-00185.