小型撬装式液化天然气气化站设计研究

归艳艳 王硕 张健

摘 要：文章以储罐容积为5立方的液化天然气气化站为例，主要从气化站的设计依据、工艺流程选择和储罐设计等方面进行分析，对新型的小型撬装式液化天然气气化站的设计进行讨论研究，并阐述了设计要点。

关键词：小型撬装式液化天然气气化站；工艺流程选择；储罐设计

随着雾霾等空气污染的加剧，人们对环境污染日益重视，提升空气质量成为我国急需解决的问题。国务院2013年印发的《大气污染防治行动计划》中明确提出全面整治燃煤小锅炉，加快“煤改气”工程建设。由于我国天然气管道并未实现全部覆盖，基础管线还在铺设当中，一些乡村等偏远地区并没有天然气管道。市场上一批主要为燃气锅炉提供气源的小型撬装式液化天然气气化站应运而生。有的叫“洁易顺”，有的叫“快易冷”，有的叫“安必达”。这种小型气化站主要是将小容积液化天然气储罐内的LNG气化后再经过调压、计量、加臭等工艺流程后，把满足要求的天然气输送到管道中去，以供直接使用。由于储罐及后续装置体积较小，通常将气化站整体做成高度集成的撬装单元。

文章以5立方液化天然气储罐及其供气系统设计为例，对小型（主要指储罐几何容积为5及5立方以下容积）撬装式液化天然气气化站的储罐设计，工艺流程选择等加以分析和讨论。

1 小型撬装式液化天然气气化站设计标准

由于目前国家尚未有专用的天然气气化站标准，通常参考以下标准设计：

（1）GB50028-2006《城镇燃气设计规范》

（2）GB50316-2000《工業金属管道设计规范》

（3）GB50184-2011《工业金属管道工程施工质量验收规范》

储罐部分设计、制造、检验标准：

（1）TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》

（2）GB18442.1-6 -2011《固定式真空绝热深冷压力容器》

2 小型撬装式液化天然气气化站工艺流程

小型撬装式液化天然气气化站主体工艺流程如下图所示：

3 LNG储罐的设计

3.1 储罐形式

LNG储罐属于固定式深冷压力容器。容器采用双层结构。内罐用不锈钢承装介质，外罐用低合金钢制造，在内外罐中间的夹层抽真空后并用绝热材料对内容器进行保冷。

考虑气化站整体撬装式的设计，为了尽量减少占地面积以及LNG液体从储罐内流出的顺畅性，储罐采用立式储罐。5立方储罐其有效容积为4.5立方[1]，密度按常压下温度为162℃时的426kg/m3[2]计算，储罐最大充装质量为：

4.5×426=1917 kg。5立方储罐高度通常在小于3米，可以直接立式运输和安装。

3.2 设计压力

一般按储罐最高工作压力0.8MPa和1.6MPa两种去考虑设计压力。设计压力的取定满足TSG 21-2016 《固定式压力容器安全技术监察规程》和GB 150.1～150.4-2011《压力容器》的要求即可。

3.3 绝热形式

固定式真空绝热深冷压力容器的绝热形式可分为高真空多层绝热和真空粉末绝热[3]，储罐的容积小，用气量通常不会很大，所以选用高真空多层绝热的方式，这样会具有更好的保冷效果，来保证储罐在不经常用气的时候罐内压力不会过快上升。由于容积小，制造成本上与真空粉末绝热的储罐相差不多。

3.4 管路设计注意事项

储罐需要设置上下进液管路、液相管路、气相管路、侧满管路、节气管路、自增压管路，以及液位计气、液相管路。

上下进液管路是用于给储罐充装的进液管路。设计时可以在外端口处进行汇总。

液相管路的设置需要满足能够使储罐内的LNG进入到储罐的自增压器和气化器里面。如果有需求也可设置一个液体使用口，使得储罐具有直接用液的功能。

气相管路的设置要能够使储罐自增压功能的回气回到储罐的气相，以及储罐压力过高时能够通过气相进行安全泄放。

储罐需要设置节气管路。虽然采用高真空多层缠绕绝热，但在储罐静止的过程中，依然会有热量从储罐外部传递到储罐的内容器部分，使得罐内介质温度上升，进而导致压力升高。储罐有高压泄放装置，但安全阀起跳会造成天然气排放的浪费，并且安全阀回座后需要重新校验，会影响用户使用。通过设置节气管路，当储罐压力较高时优先使用储罐内气相的气体，这样可以有效降低储罐压力，大大降低超压排放的情况，也更适合用户端不连续用气的工况。

储罐通常带有自增压装置。在储罐压力低时，通过自增压提高罐内压力，保证罐内液体的流出。原理是将液相的LNG通过增压器的气化变成气态的天然气再返回到储罐内，使得储罐压力上升。需要注意，罐内的LNG进入到增压器是通过液柱静压力流入的，增压器的设置不易高于储罐的最低液面高度。

液位计管路是通过设置压差式液位计来测得储罐内液面高度。原理是测量储罐液相和气相的压力差值来实现反算出液面高度。由于不同产地的LNG密度不同，液位计显示的数值于重装质量对照表的数值与实际重装质量不同属于正常，不能作为计量依据，只能作为参考。

4 空温式气化器的设置与选择

空温式气化器的气化量主要取决于客户的用气量要求。当管道气用于燃气锅炉时，通常按5立方储罐的气化站与1吨型的燃气锅炉匹配考虑，1吨型燃气锅炉的最大用气量一般为70Nm3/h左右。则气化器的气化量可以按照100Nm3/h设计便可满足要求。

空温式气化器厂家通常按8小时连续工作来设计气化器，所以储罐可配置两台气化量相同的气化器。当出现连续用气的工况，使用的气化器结霜严重时会影响到气化量和用气量，便可切换到另一个气化器继续使用。

空温式气化器可以采用包覆在储罐外罐筒体外部的形式，这样的设置从空间上更加紧凑。也可单独放置在底撬上，这样的布置当客户需要的用气量不同时，从设计上更容易改变气化器的布置，更灵活。

5 水浴式电加热器的设置与选择

LNG液体从储罐出来经过空温式气化器气化后，通常气化器出口气体温度会比环境温度低10～15℃。考虑到后续的调压阀、燃气管道等元件通常采用低合金钢或者碳钢材质，承压情况下最低允许的使用温度为-20℃。所以当环境温度低于-5℃时，建议使用水浴式电加热器对管路中的天然气进行加热。

电加热器可以串联在气化器管路之后，在环境温度高时则无需使用。但要注意电加热器的进出口口径不宜小于主管道的口径，以免影响后端的用气量。电加热器也可以以支路的形式并联在管道中，相比串联形式，这样可以减掉在不使用加热器时天然气流经过加热器的阻力。水浴式电加热器的规格应与前端空温式气化器的气化量一致。

6 调压装置的设置与选择

储罐正常的工作状态下罐内压力通常在0.4MPa左右，经过空温式气化后，出口管道内的压力通常等于或略高于罐内的压力，然而最终使用时需要的燃气压力缺往往要低的多。通常燃气锅炉进入燃烧机需要的压力为10-20kpa，供给居民用燃气灶燃烧需要的压力则仅为2kpa。所以需要通过设置调压装置来降低管道的压力。

调压管路可以按一备一用，两路并联来设置。一旦调压器发生故障时，通过切换使用可以保证后端管路正常供气，对于不允许断气的使用工况必须这样设置。当用气条件不是很苛刻的工况，考虑经济性可以只设置一路调压。

需要注意的是调压器对于介质的洁净性要求较高，一般应在调压前需设置过滤器，用于过滤掉天然气内的杂质。

7 计量装置的设置

燃气公司通常会按一次充装到储罐内的LNG重量来进行计量收费。管路末端的气态天然气计量，则可根据客户的需求来确定是否设置。当设置流量计时，通常选用体积流量计。

8 加臭装置的设置

为了保证燃气使用的安全性，当管道出现泄漏时起到提醒作用。建议在管路末端设置加臭装置。臭剂通常为四氢噻吩。由于小型气化站的用气量通常较小，考虑到经济成本，可以选用非智能型的小型加臭装置。如重力式加臭装置。在气化站上也可设置燃气报警器，对泄漏情况进行报警。

9 其他

由于是小型的氣化站，气化站上并没有设置EGA加热器，所以要求储罐及管路上所有安全排放的管路要汇总后集中放空，并且放空管上要设置阻火器。

此类型的小型气化站也可根据用户需求来设置自动控制系统。自动控制可以设置高液位报警、低液位报警、高压报警、自动用气、自动停止供气、自动充装、充装停止以及紧急切断等功能。

10 结语

关于小型撬装式液化天然气气化站的设计可以根据实际使用的需求进行不同的设计。由于没有统一的标准，市场各个厂家的设计也各不相同。为了追求经济性，有些设计在安全性上缺乏考虑。期望国家能够早日出台相应标准，从安全设计、管理和使用等各个方面来对类新型液化气气化站加以规范。

参考文献：

[1]TSG 21-2016，固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2][美]卡尔L.约斯 Matheson气体数据手册[M].化学工业出版社，2003.

[3]GB18442.1-6 -2011固定式真空绝热深冷压力容器[S].

作者简介：第一作者：归艳艳（1990-），女，汉族，河北沧州人，本科，助理工程师，工学学士学位，2013年毕业于天津理工大学机械工程及自动化专业，现在石家庄安瑞科气体机械有限公司技术中心从事深冷压力容器设计的工作。