LNG應(yīng)急調(diào)峰站工藝與總圖結(jié)合設(shè)計(jì)在某站中的實(shí)際應(yīng)用

摘 要：【目的】解決現(xiàn)有LNG（液化天然氣）應(yīng)急調(diào)峰氣源設(shè)施無(wú)法滿足未來(lái)燃?xì)夤?yīng)突增需求的問(wèn)題。【方法】采用綜合設(shè)計(jì)方法，著重于LNG應(yīng)急調(diào)峰站的工藝設(shè)計(jì)和總圖規(guī)劃。通過(guò)詳細(xì)分析兩者之間的協(xié)同作用，探討了如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)工藝與總圖的有機(jī)結(jié)合，以提高設(shè)施的整體效能和適應(yīng)性?！窘Y(jié)果】將工藝設(shè)計(jì)與總圖規(guī)劃相結(jié)合，能夠顯著提升LNG應(yīng)急調(diào)峰站的運(yùn)行效率和安全性。這種集成設(shè)計(jì)方法不僅優(yōu)化了空間布局，還促進(jìn)了操作流程的流暢性，確保了在緊急情況下快速響應(yīng)的能力?！窘Y(jié)論】將工藝設(shè)計(jì)與總圖規(guī)劃有效結(jié)合，可以構(gòu)建高效、安全且具有高度靈活性的LNG調(diào)峰系統(tǒng)，從而保障城市在冬季等高需求期的燃?xì)夥€(wěn)定供應(yīng)。

關(guān)鍵詞：LNG應(yīng)急調(diào)峰站；工藝設(shè)計(jì)；總圖布置；結(jié)合設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU996.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2024）16-0093-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.16.019

The Actual Application of Process and General Layout Combined in aLNG Emergency Peak Regulation Station

ZHU Yahui ZHOU Wei

（North China Municipal Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd. Hefei Branch ， Hefei 230022， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to solve the problem of the existing LNG （Liquefied Natural Gas） emergency peak regulation gas source facilities being unable to meet the sudden increase in gas supply demand in the future.[Methods] The study adopted a comprehensive design approach， focusing on the process design and overall planning of LNG emergency peak regulation stations. Through a detailed analysis of the synergistic effect between the two， this paper explores how to achieve an organic combination of process and general layout in the design process， in order to improve the overall efficiency and adaptability of the facility.[Findings] Combining process design with general layout can significantly improve the operational efficiency and safety of LNG emergency peak regulation stations. This integrated design method not only optimizes the spatial layout， but also promotes the smoothness of the operation process， ensuring the ability to respond quickly in emergency situations.[Conclusions] By effectively combining process design with overall planning， an efficient， safe， and highly flexible LNG peak regulation system can be constructed to ensure stable gas supply to cities during high demand periods such as winter.

Keywords： LNG emergency peak regulation station; process design; general layout design; combined design

0 引言

LNG（液化天然氣）調(diào)峰站的工藝設(shè)計(jì)是站場(chǎng)中的主體，同時(shí)LNG調(diào)峰站為甲類場(chǎng)站，屬于火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，因此，其總圖設(shè)計(jì)同樣重要。站場(chǎng)總圖設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)之間關(guān)系密切，二者是不可分割的整體。總圖設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循國(guó)家相關(guān)規(guī)范，控制站內(nèi)主要設(shè)施與站內(nèi)外建構(gòu)筑物的安全間距，在滿足防火、安全、衛(wèi)生、環(huán)保要求的前提下，結(jié)合工藝流程設(shè)計(jì)，保證生產(chǎn)流程合理、有序、簡(jiǎn)捷、順暢、運(yùn)輸組織方便、管線短捷、節(jié)約工程用地［1］。本研究以某項(xiàng)目LNG應(yīng)急調(diào)峰站為例，從4個(gè)方面舉例分析LNG應(yīng)急調(diào)峰站設(shè)計(jì)中工藝設(shè)計(jì)與總圖設(shè)計(jì)應(yīng)相互結(jié)合，相輔相成。

1 在應(yīng)急儲(chǔ)配規(guī)模和方式確定上的應(yīng)用

1.1 儲(chǔ)存規(guī)模的確定

工藝上先確定LNG應(yīng)急調(diào)峰站的儲(chǔ)存規(guī)模。綜合考慮國(guó)務(wù)院《關(guān)于促進(jìn)天然氣協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展的若干意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)〔2018〕31號(hào)）、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《天然氣管網(wǎng)設(shè)施運(yùn)行調(diào)度與應(yīng)急保供管理辦法（試行）的通知》（發(fā)改運(yùn)行規(guī)〔2022〕443號(hào)）中的要求，以及《城鎮(zhèn)燃?xì)庖?guī)劃規(guī)范》GB/T 51098中對(duì)應(yīng)急儲(chǔ)備的明確要求，城鎮(zhèn)燃?xì)鈶?yīng)急儲(chǔ)備設(shè)施的儲(chǔ)備量應(yīng)按照3至10天城鎮(zhèn)不可中斷用戶的年平均日用氣量計(jì)算。結(jié)合全部政策規(guī)范要求，確定LNG存儲(chǔ)規(guī)模。

總圖方面，規(guī)模小于等于2 000 m3的LNG站總圖布置按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50028要求設(shè)計(jì)；規(guī)模大于2 000 m3的LNG應(yīng)急調(diào)峰站總圖布置按照《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50183要求設(shè)計(jì)，劃分站場(chǎng)等級(jí)，再控制防火間距。LNG應(yīng)急調(diào)峰站儲(chǔ)存規(guī)模越大，儲(chǔ)罐總?cè)莘e越大，站場(chǎng)等級(jí)越高，與周邊相鄰廠礦企業(yè)、居住區(qū)、村鎮(zhèn)、公共福利設(shè)施的防火間距越大。當(dāng)LNG儲(chǔ)存總?cè)萘看笥诘扔?萬(wàn)m3時(shí)，與居住區(qū)、公共福利設(shè)施的距離應(yīng)大于500 m，相比總?cè)萘啃∮?萬(wàn)m3的LNG站與居住區(qū)、公共福利設(shè)施的距離增大一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此周邊環(huán)境同樣限制了LNG站區(qū)儲(chǔ)罐總?cè)莘e［2］。

以該項(xiàng)目LNG應(yīng)急調(diào)峰站為例，規(guī)模嚴(yán)格落實(shí)政府3天供應(yīng)量的儲(chǔ)氣能力要求，兼顧考慮城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)年供應(yīng)量5%的儲(chǔ)氣能力需求。根據(jù)建設(shè)內(nèi)容，規(guī)劃LNG總儲(chǔ)存規(guī)模為20萬(wàn) m3（約1.2億標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣），本工程考慮LNG儲(chǔ)罐總?cè)莘e為20萬(wàn)m3，按《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50183確定站場(chǎng)等級(jí)為一級(jí)，工程設(shè)計(jì)及實(shí)施時(shí)總圖布置按一級(jí)站場(chǎng)要求控制站內(nèi)各設(shè)施與站外建構(gòu)筑物，以及站內(nèi)各設(shè)施之間的安全間距。

1.2 儲(chǔ)存方式的確定

從工藝和總圖方面總結(jié)的城鎮(zhèn)應(yīng)急調(diào)峰站各類LNG儲(chǔ)罐形式的優(yōu)缺點(diǎn)適用范圍及選用的規(guī)范見(jiàn)表1。不同的儲(chǔ)存方式適用的儲(chǔ)存規(guī)模不同，在確定的儲(chǔ)存規(guī)模前提下，能根據(jù)表中內(nèi)容快速選擇儲(chǔ)存方式［3］。根據(jù)上述LNG儲(chǔ)存方式的適用范圍及比較，適用于該項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模的儲(chǔ)罐為常壓低溫儲(chǔ)存方式。

2 在工藝設(shè)備選型上的應(yīng)用

2.1 LNG儲(chǔ)罐類型選擇

該項(xiàng)目選擇常壓低溫儲(chǔ)存方式。常用的常壓罐的結(jié)構(gòu)形式主要有單容罐、雙容罐、全容罐3種形式，其區(qū)別見(jiàn)表2。

LNG罐型的選擇要求安全可靠、投資低、技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)有高度完整性等。同時(shí)考慮節(jié)約用地及對(duì)周邊環(huán)境、安全防護(hù)距離的影響最小。

LNG單容罐投資相對(duì)較低，設(shè)計(jì)壓力小，使蒸發(fā)氣體的回收壓縮系統(tǒng)需要較大的功率，增大投資和操作費(fèi)用。當(dāng)儲(chǔ)罐出現(xiàn)事故，儲(chǔ)存LNG的內(nèi)罐泄漏時(shí)，LNG將損壞外罐，向外蔓延，造成更大的危害，單容罐需設(shè)置圍堰，需要較大的安全防護(hù)間距、占地面積大，輻射熱計(jì)算從圍堰邊緣計(jì)。雙容罐和全容罐的投資和交付周期相似，但雙容罐比全容罐安全水平低，在內(nèi)罐發(fā)生泄漏時(shí)，液體不會(huì)外泄，但不能阻止LNG氣體的泄漏。全容罐是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大型接收站普遍采用的罐型，投資比其他形式罐稍高，但安全性較好?；炷寥莨薜耐夤蘅梢猿惺軆?nèi)罐泄漏的LNG及其氣體，不會(huì)向外泄漏，可以承受熱輻射和外來(lái)物的攻擊，對(duì)于周圍的火情具有良好的耐受性，低溫影響也會(huì)限制在很小的區(qū)域范圍內(nèi)。一旦發(fā)生事故，對(duì)裝置的控制和物料的輸送仍然可以繼續(xù)，直至設(shè)備停車。

根據(jù)上述比較分析，由于該項(xiàng)目近期所需儲(chǔ)備規(guī)模為20萬(wàn)m3，儲(chǔ)備容量大，安全性為重中之重，同時(shí)周邊存在其他廠區(qū)，應(yīng)減少對(duì)其他廠區(qū)的輻射熱影響。綜合考慮該項(xiàng)目的影響、使用壽命及周邊安全等因素，本項(xiàng)目選擇4座5萬(wàn)m3LNG混凝土全容罐。

2.2 火炬類型的選擇

結(jié)合當(dāng)前的環(huán)保要求，LNG應(yīng)急調(diào)峰站放空流程，須減少對(duì)人身安全和環(huán)境影響及損害，不得大量直接外排，故設(shè)置了火炬系統(tǒng)，將事故狀態(tài)下自動(dòng)放散的低壓和高壓氣體分別排放至火炬自動(dòng)燃燒?；鹁娣譃楦呒芑鹁婧偷孛婊鹁?，地面火炬有兩種形式，為開(kāi)放式地面火炬和封閉式地面火炬［4］。

在總圖布置上，高架火炬宜位于站區(qū)生產(chǎn)設(shè)施全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)；地面火炬宜位于站區(qū)生產(chǎn)設(shè)施全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。高架火炬與站內(nèi)設(shè)施的防火間距根據(jù)人或設(shè)備的輻射熱強(qiáng)度計(jì)算確定。開(kāi)放式地面火炬布置可按有明火或散發(fā)火花地點(diǎn)來(lái)考慮，封閉式地面火炬的防火間距可按照有明火的密閉工藝設(shè)備及加熱爐來(lái)考慮（參考根據(jù)《天然氣液化工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51261中9.5.13條和《液化天然氣接收站工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 51156中4.1.26條）。其中封閉式地面火炬的防火間距相比更?。?-6］。

在工藝流程上，密閉燃燒地面火炬投資較高，工藝流程較復(fù)雜。地面火炬裝置用于處理裝置正常及事故工況排放的可燃?xì)怏w，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖控制。配有的長(zhǎng)明燈點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)置有自動(dòng)點(diǎn)火、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)點(diǎn)火、手控遠(yuǎn)操?gòu)?qiáng)制點(diǎn)火，每支長(zhǎng)明燈設(shè)置的熱電偶火焰檢測(cè)裝置能充分保證點(diǎn)火的100%可靠性，并設(shè)置專業(yè)攝像頭，通過(guò)可視畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控塔內(nèi)燃燒狀態(tài)，燃燒塔底部設(shè)置有可燃?xì)怏w探測(cè)器。燃燒塔體采用鋼制塔體，內(nèi)側(cè)襯陶瓷纖維折疊塊，將火焰完全封閉在塔體內(nèi)。燃燒過(guò)程封閉，外界看不見(jiàn)火光，沒(méi)有光污染，低熱輻射，噪聲低。地面熱輻射強(qiáng)度≤1.58 kW/m2（不含太陽(yáng)熱輻射）。以該項(xiàng)目LNG應(yīng)急調(diào)峰站為例，在火炬放空系統(tǒng)上，選用了封閉式地面火炬，按照明火設(shè)備考慮，進(jìn)行站內(nèi)外防火間距控制，更加安全環(huán)保，避免熱輻射對(duì)周邊現(xiàn)有的企業(yè)和居住區(qū)等影響，且使選址更靈活，總圖布置更為緊密。而且能夠有效減少對(duì)站內(nèi)外建筑物及各類設(shè)施的影響，并且維修方便、運(yùn)行成本低，便于后期運(yùn)營(yíng)［7］。

3 在豎向規(guī)劃上的應(yīng)用

豎向規(guī)劃不僅要與該地段的城市規(guī)劃和現(xiàn)有標(biāo)高統(tǒng)一協(xié)調(diào)，滿足防洪防澇要求，降低場(chǎng)區(qū)土石方工程量，與場(chǎng)外道路連接順暢，同時(shí)還要結(jié)合工藝布置和工藝流程設(shè)計(jì)豎向方案。

3.1 罐區(qū)豎向設(shè)計(jì)

LNG儲(chǔ)存溫度為-162 ℃，LNG液體密度為430 kg/m3。液化天然氣具有低溫、易揮發(fā)和易燃易爆的特性，且火焰溫度高、易形成大面積火災(zāi)。當(dāng)儲(chǔ)罐出現(xiàn)事故LNG溢出時(shí)，LNG傾倒至地面，最初會(huì)吸收周邊熱量猛烈沸騰，然后蒸發(fā)速率將迅速衰減至一個(gè)固定值。LNG的流淌范圍將不斷延伸，會(huì)在地面上形成一種液流，直到氣體的蒸發(fā)總量等于泄漏產(chǎn)生的液態(tài)氣體總量。最初蒸發(fā)氣體的溫度幾乎與LNG的溫度一樣，其密度比周圍空氣的密度大，這種氣體首先沿地面上的一個(gè)層面流動(dòng)，遇到火源可引發(fā)火災(zāi)，遇到人員會(huì)造成凍傷、窒息等傷害。故LNG儲(chǔ)罐區(qū)不應(yīng)毗鄰布置在高于工藝裝置區(qū)、全廠性重要設(shè)置或人員集中場(chǎng)所的階梯上，以防止LNG泄漏有液體氣體沿豎向設(shè)計(jì)地坪流入到綜合辦公區(qū)及輔助區(qū)，對(duì)人員和重要設(shè)施造成損害。（參照《天然氣液化工廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51261中5.13條和《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 50160中4.2.3條）

該LNG應(yīng)急調(diào)峰站項(xiàng)目在豎向規(guī)劃時(shí)充分結(jié)合功能分區(qū)，使工藝布置更加合理化。將儲(chǔ)罐區(qū)布置于站場(chǎng)較低處，綜合管理區(qū)布置于站場(chǎng)較高處。豎向設(shè)計(jì)采用平坡式布置，以0.5%～1.5%的坡度坡向北側(cè)和西側(cè)。LNG儲(chǔ)罐區(qū)位于站區(qū)內(nèi)西側(cè)，分別位于綜合管理區(qū)和生產(chǎn)輔助區(qū)的西北側(cè)和西側(cè)，綜合管理區(qū)建筑物和生產(chǎn)輔助區(qū)建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)高分別高于儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)高約2.0 m和1.0 m。且LNG儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置事故集液池，結(jié)合總圖布置和豎向設(shè)計(jì)，使泄漏的LNG收集到集液池內(nèi)，以防止泄漏的LNG四處溢流。

3.2 卸車區(qū)豎向設(shè)計(jì)

LNG槽車卸車區(qū)應(yīng)布置在儲(chǔ)配站邊緣，避開(kāi)人員集中活動(dòng)的場(chǎng)所。將LNG從氣源廠或集散地通過(guò)汽車槽車貯存并運(yùn)至LNG應(yīng)急調(diào)峰儲(chǔ)備站，在卸車臺(tái)卸液，將LNG送至低溫LNG儲(chǔ)罐。LNG槽車卸車都是通過(guò)尾部卸液，槽車出液管也都位于槽車后部。結(jié)合工藝流程及LNG的液體性質(zhì)，同時(shí)銜接實(shí)際運(yùn)用，針對(duì)“槽車卸車末端卸液不盡”技術(shù)問(wèn)題，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)豎向時(shí)在LNG槽車卸車保持平坡的條件下，調(diào)整豎向標(biāo)高以使槽車在“頭高尾低”狀態(tài)下工作，卸液時(shí)不會(huì)殘留一些LNG液體在前部，既優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，有助于減耗增收。

4 在交通組織規(guī)劃上的應(yīng)用

總圖設(shè)計(jì)在交通組織規(guī)劃方面不僅要考慮道路的寬度、凈高、荷載、人流物流的合理性，同時(shí)與工藝流程和工藝設(shè)備設(shè)計(jì)相結(jié)合。

該LNG應(yīng)急調(diào)峰站站址位于兩條市政道路交口，站內(nèi)的LNG需求主要通過(guò)這兩條道路（市政道路1，市政道路2）運(yùn)輸進(jìn)入。兩種運(yùn)輸?shù)缆吠緩骄c廬銅鐵路有交叉，下穿廬銅鐵路，該橋洞現(xiàn)狀的凈高可以滿足LNG車輛的運(yùn)輸需求（LNG槽車凈高約3.9 m，橋洞的凈高大于5 m）。兩種運(yùn)輸途徑均可以滿足LNG車輛的運(yùn)輸需求。

工藝方面上，該站設(shè)LNG槽車卸車功能，站內(nèi)設(shè)置12個(gè)卸車位，6個(gè)卸車島，每個(gè)島設(shè)置一個(gè)卸車撬，每個(gè)卸車撬設(shè)有2臺(tái)LNG卸車臂和2套氣相返回臂及其配套的就地控制系統(tǒng)，卸車島分兩組設(shè)計(jì)。站內(nèi)設(shè)有4座5萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐，經(jīng)計(jì)算共需4 000輛LNG槽車裝滿（單臺(tái)槽車按照50 m3的卸車量計(jì)算）。4 000輛車約耗時(shí)一個(gè)季度裝滿，平均每天運(yùn)輸規(guī)模約為44輛，每臺(tái)車的卸車時(shí)間約為2 h，一次可滿足6臺(tái)車的卸車需求。在此情況下，計(jì)算出的道路的運(yùn)輸強(qiáng)度需約為6輛/時(shí)，遠(yuǎn)低于站外道路東側(cè)路（市政道路2，雙向兩車道）和南側(cè)現(xiàn)狀道路（市政道路1，雙向四車道）的通行能力，雙向兩車道約為3 000～7 500輛/晝夜（中型載重汽車交通量，折算125輛～312.5輛/小時(shí)），因此本站的LNG運(yùn)輸規(guī)模對(duì)站外的交通影響較小，兩條道路均滿足全站的LNG運(yùn)輸需求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在LNG應(yīng)急調(diào)峰站項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，工藝設(shè)計(jì)與總圖設(shè)計(jì)具有協(xié)作性、轉(zhuǎn)換性，密切相連，只有工藝設(shè)計(jì)與總圖設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)配合，相互結(jié)合設(shè)計(jì)，才能完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。這需要設(shè)計(jì)人員擁有全面深刻的工藝設(shè)計(jì)知識(shí)和總圖專業(yè)知識(shí)，并能熟練靈活掌握，提升專業(yè)技能和知識(shí)水平，保持對(duì)行業(yè)動(dòng)態(tài)的敏感度，加強(qiáng)理論知識(shí)和實(shí)踐運(yùn)用之間的銜接，與實(shí)際施工結(jié)合緊密，活學(xué)巧用。

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