移动式大流量天然气安全供气技术研究

刘桥林

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）

目前，我国的电力资源主要来自于燃煤电厂，对环境造成比较严重的影响。新环保形势下，人们开始逐渐关注以天然气、沼气等进行内燃发电，这就使得天然气往复式发电机组有了一定的市场；同时天然气往复式发电机在海洋石油平台也有较多的应用。天燃气往复式发电机组的结构相对复杂，海洋石油平台建造场地实现其调试工作也较为困难，对于天燃气稳定供应要求较高。本文结合海油在文昌9-2/9-3/10-3气田群项目首次天燃气往复式发电机组的陆地调试进行总结归纳。

海洋石油平台建造场地燃气往复式发电机组陆地调试需要克服两大关键拦路虎，一是4公斤压力满负荷工况流量1100方/小时的天然气稳定供应，二是满负荷工况流量300方/小时冷却水的稳定供应。本文主要对天燃气的稳定供应问题进行展开分析，在较多方案中层层遴选，最终采用杜瓦瓶+气化橇+调压橇+输气软管的方案解决供气难题，在杜瓦瓶数量、气化橇能力、调压橇调压流通能力、输气软管供气能力、系统接地、软管安装等方面做足理论计算和设备设计选型，确保本质安全、技术可靠。

1 供气过程概述

整个供气过程的原理如下：LNG在压力推动下从杜瓦瓶组流向空温式气化器，气化为气态天然气再经调压装置后供应用户。随着杜瓦瓶不断的输出液体，瓶内压力会不断降低，供液的同时打开杜瓦瓶自增压系统，使压力维持在一定范围内，才能使LNG气化过程持续下去。

整个增压过程时依靠自动增压阀将瓶内的天然气与空气进行热交换来实现的。当瓶内的压力低于设定值时，自动增压阀自动打开，此时瓶内的LNG流入到增压管中，与空气进行热交换，液态的LNG被加热成气态，气态的LNG随即进入到瓶内，同时将瓶内的压力增加至所需压力，从而完成增压过程。

增压过程是一个持续过程，即当瓶内的压力低于设定值时，调节阀自动打开；随着瓶内压力增加至所需压力时，增加调节阀关闭，通过以上循环始终保持气态天然气以一定的压力源源不断输送到用气管路进行使用。

2 主要设备及技术参数

2.1 主要设备

（1）杜瓦罐汇流排。采用10×2共20个瓶位的杜瓦罐汇流排,每个杜瓦罐每小时气体流量最大可达100立方米，共20瓶可完全满足1160立方米/小时的满负荷用气量。

（2）空温式气化器。处理量：1400Nm3/h；进口介质：LNG；出口介质：NG；进口温度：高于或等于-162℃；气化能力出口温度：比环境温低5～10℃（由于项目在4月实施，环境温度在20℃以上，无需考虑增温）。设计温度：-196℃；运行压力：1.6MPa； 主体材质：铝翅片管LNG加热器。

LNG加热器是LNG 系统加热的主要设备，选用空温式换热器。加热借助于列管外的空气给热，使管内LNG升高温度，实现低温LNG 转化为NG气体。空温式换热器使用空气作为热源，节约能源，运行费用低。

（3）调压装置。根据LNG气化站设计要求选择调压装置。调压器选用带指挥器、超压切断的自力式调压器，采用两级减压，其中第一级减压阀的入口最大可承受压力应高于气化橇的最高工作压力。

（4）输气软管。输气软管的尺寸为3 ″，橡胶材质，无压力情况下软管能保持圆形，法兰标准为ASME B16.5，法兰材质为316SS，在铺设和吊装施工时应注意不允许存在局部受力和憋折等情况，输气软管整体需要接地保护，通入天燃气前需经过吹扫、试压、气密性试验和惰化。

3 供气运行管理及安全保护

3.1 LNG的物化特性

液化天然气(LNG，Liquefied Natural Gas)是由天然气转变的另一种能源形式。由于LNG96%以上都是甲烷，所以它和气体甲烷性质基本类似，LNG的常压沸点是－162℃，液体密度为430kg/m3，汽化潜热为510.25kJ/m3。汽化后的气体常压密度是0.688kg/m3，与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限为3.6%～6.5%，爆炸上限为13%～17%。

对于LNG系统来说，安全是至关重要的。在设计过程中，必须通过危险分析及评估，确定与LNG装置有关的危险，根据相关的标准和运行管理经验，对LNG站的安全设计全面把关，把人身和财产的损失风险降到最低，使整个装置达到一个较高的安全水平。

3.2 运行管理与安全保护

气化站运行的基本要求主要包括以下几个方面。防止LNG因泄漏而形成的空气混合爆炸物出现；按照操作规范进行设备的消防保护，消除燃烧和爆炸的基本条件；制定合理的操作规范，防止LNG对于工艺系统和操作人员带来伤害(冷灼伤等)。

（1） LNG正常供气时，需要保证杜瓦罐的实时压力都在允许的范围内，如果出现压力过低的情况，进行增压。增压上限由自增压阀的自动关闭压力确定，其值通常比设定的自增压阀开启压力约高15%。

另外，为防止LNG在储存过程中由于环境的吸热导致杜瓦罐压力激增，对环境和设备造成隐患，设计上采用杜瓦罐超压手动操作放散、自力式调节阀自动控制压力、自力式调节阀后安全阀等保护措施来进行整个系统的超压保护。

杜瓦罐运抵建造场地时，压力约为0.2MPa，若一直未使用，大概4天后才开始放散，若每天使用100立方米天然气以上，则不存在放散的情况，加上杜瓦罐存量小，很快会使用完毕,不会出现在现场放散的情况。

除此之外，整个供气系统各部分的静电释放、系统压力测试、氮气置换和巡线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运行过程中的安全防护对策按照有无火灾可以分为以下两个方面：

①无火灾紧急事故及其安全对策。LNG管道及其组件。材料选择设计管道及组件时，应考虑到热循环作用对材料的疲劳作用。对那些相互连接的管道、阀门、配件和其它管件，当管壁厚度不同时，特别要引起注意。因此，管道材料一般选用隔热材料。不采用铝、铜、铜合金或其它低耐火能力的材料，铸铁类管道则不允许使用。

LNG装卸设备杜瓦瓶的上下车搬运须由配置有尾升装置的运输车辆完成，气化橇需设置吊点采用汽车吊或者塔吊进行转移搬运。

安全间距 LNG和可燃制冷剂的装卸接口到不可控制火源、工艺区域、槽罐、控制大楼、办公室、商店、居民楼和其它建筑物的距离至少是30m。

②有火灾紧急事故及其安全对策。对于着火的LNG事故，可以根据以下原则进行处理：尽量切断气源，控制泄漏；对着火罐及邻近罐和设备进行冷却保护，避免槽罐设备受热超压造成更大灾害；将泄漏的LNG引至事故集液池等安全地带，再用高倍泡沫覆盖，使其安全气化，避免燃烧扩大。

4 结语

文昌9-2/9-3/10-3气田群项目燃气往复式发电机在珠海建造场地调试完成，燃气往复式发电机负载测试、负载突变测试情况平稳，标志着国内首次建造场地燃气往复式发电机陆地调试工作圆满完成。据了解，建造场地完成燃气往复式发电机组陆地调试尚属首次，为今后工程项目往复式发电机组调试工作开创了新思路和新办法；燃气往复式发电机组陆地调试成功，节省了海上投产调试人工时约150人/天，有力地保障了项目投产调试进度，取得了很好的效果。

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