浅析LNG点供橇装化设计

王晓海

(上海聚友化工有限公司北京咨询分公司,北京 100025)

液化天然气(Liquid Natural Gas)简称LNG，指对天然气进行预处理(脱水等)后通过换热器不断降温以去除甲烷外的大部分烷烃类，最后对其进行降温(-162℃)使其液化成为LNG。

天然气供气的主要方式是管输天然气，我国天然气管网的建设已初具规模(陕京四线等)，但仍需不断补充建设。在未敷设管网的城镇、农村等地区，为解决居民、小型工商业用户的用气，LNG点供无疑是管输燃气供应的一种有效补充。

1 LNG点供工艺简介

LNG点供是集小型储罐、增压器、气化器、加热器、NG复热器、调压、计量系统、加臭系统、泄漏报警系统、远程监控系统于一体的成套供气系统。其主要工艺流程见图1。

图1 LNG点供主要工艺流程

本工程采用等压强气化的方式，LNG低温汽车槽车将LNG运至项目地，通过控制卸车增压器的阀门开关,保证槽车罐内的压力满足卸车要求(通常0.6MPa)，以完成LNG自槽车至储罐的卸车作业。通过控制储罐增压器的阀门开关，保证储罐内的压力满足供气要求(通常0.6MPa)，以便于LNG自储罐至气化器的输送，当LNG气化后的气相天然气温度(≥5℃)满足用气要求时，对其调压(调压器出口压力根据用户用气要求调节)、计量、加臭后便可输送至本工程小型工业用户。当冬季时(尤其是我国北方地区)，由于空温式主气化器的气化效果显著减弱，LNG气化后的温度(比环境温度低约10℃)远低于0℃，应先通过NG复热器进行换热(加热后温度≥5℃)，最后对其调压、计量、加臭后送入本工程小型工业用户。

2 主要设备选型

2.1 LNG储罐

LNG点供的液化天然气储罐的设计容量通常应根据3～7天的计算月平均日用气量来进行设计。综合考虑本工程的设计用气量(150Nm2/h)、运输等项目实际情况，经计算拟选用LNG储罐容积为30m3(几何容积)。

考虑到本工程LNG点供的储罐容量较小以及成橇的需求，采用真空粉末绝热的卧式储罐。其主要设计参数，工作压力：0.6MPa，设计压力：0.8MPa，工作温度：-162℃，设计温度：-196℃。

2.2 增压器

LNG点供的增压器可分为卸车增压器和储罐增压器两种类型，卧式是最常采取的结构形式。其中计算卸车增压器的设计能力时考虑的主要因素为：a、日卸车量；b、卸车速度，一般为1～1.5h/车。设计储罐增压器的设计能力时考虑的主要因素为项目的小时最大供气能力。

综合考虑经济等因素，本工程增压器均选用空温式的气化器(卧式结构)，其详细设计参数见表1。

表1 增压器气化能力

2.3 气化器

综合考虑LNG点供周围蒸汽或热水的供应与经济等因素，本工程的主气化器选用空温式。

空温式主气化器的气化能力应根据下游用户高峰小时流量的1．3～1．5倍进行设计，当其下游用户为工业用户且连续使用时，按其高峰小时流量的2倍进行设计。为确保下游用户的持续稳定供气，本工程选用两台150Nm2/h的空温式气化器(立式结构)作为LNG加热的主气化器，其中一台作为备用。工作压力：0.6MPa，设计压力：0.8MPa，工作温度：-162℃，设计温度：-196℃。

2.4 加热器

LNG点供的加热器一般可分为蒸发气(BOG)加热器和放空气体(EAG)加热器两种类型。一般选择空温式、立式结构，根据气化器的尺寸大小，可以把主气化器、BOG气化器和EAG气化器合并到一个气化器组内。

2.4.1 BOG加热器

LNG点供LNG蒸发气(BOG)主要来源有以下几方面：

(1)储罐的日增发量：可根据厂家提供的最大日增发率计算；

(2)卸车作业的过程中，储罐内会产生瞬时气化(即闪蒸)

a、卸车过程中，热管道中带来的热量输入。此部分热量与卸车管道的长度、管道保冷绝热层效果有关。工程上通常以LNG储罐正常蒸发量的10～20倍来作为估算这一部分蒸发量的依据，以提高设计效率。

b、卸车过程中，若输送管道中LNG的温度(正压时)比储罐内部压力下的沸点温度高，且原储罐内的LNG处于平衡状态，此时便会发生瞬间气化。

(3)卸车作业后，槽车罐内的气相天然气。

BOG气化器的气化能力应按蒸发气的不同来源综合考虑后确定。一般以卸车作业过程中产生的BOG量来计算，而卸车作业完成后，对槽车罐内的气相天然气的回收是LNG点供最大的BOG来源，所以BOG气化器的气化能力据此考虑即可，其回收时间可按30min考虑。

2.4.2 EAG加热器

LNG点供的放空气体(EAG)主要产生于：a、LNG储罐、气化器、LNG管道上两个切断阀之间的安全阀的超压泄放；b、系统事故状态下的天然气泄放。EAG气化器的气化能力应按放空气体的主要来源综合考虑后确定，通常EAG气化器的最大量按照LNG储罐安全阀的起跳量来考虑。综合考虑经济等因素，本工程加热器均选用空温式的气化器，其详细设计参数见表2。

表2 加热器气化能力

2.5 NG复热器

NG复热器是用于将低温天然气加热至指定温度的设备，常用的NG复热器有水浴式电加热器等。复热器的设计能力按下游用户全年中用气高峰时每小时的用气量的1．3～1．5倍考虑。本工程NG复热器选用水浴式电加热器，其设计参数，NG流量：150Nm2/h，NG入口工作温度：-20℃(一般取空温式气化器出口温度，比本工程所在地环境温度最低值低约10℃)，NG出口温度：15℃。

2.6 加臭机

加臭剂采用四氢噻吩(THT)，其注入的过程是PLC系统接收流量计的反馈信号，以隔膜式计量泵为动力将加臭罐内的加臭剂压入进用户前(一般为调压后)的管道中。加臭剂量≥20mg/Nm2，一般应满足1～3个月用量。

经计算，本工程加臭罐容积选取30L。加臭机其工作压力(注入压力)应略大于管道内压力，本工程加臭机注入压力：0.025MPa。

2.7 阀门的选型

LNG点供中涉及到的工艺阀门在满足其压力、温度等输送条件的情况下，其中液相管道上的阀门应具备一定的耐低温性(-196℃)。本工程涉及到的工艺阀主要有低温升压调节阀(阀后取压)、低温减压调节阀(阀前取压)、紧急切断阀、低温截止阀等阀门。

a．设计温度为-196℃的低温液及低温气相的管道阀门应选用低温截止阀(承插焊)。

b.气化器出口第一道阀门，选用不锈钢球阀，出口安全阀选用不锈钢材质。

c.复热器后及设计温度为-20℃以上管道阀门，可选用常温的碳钢球阀。

3 橇装化设计

LNG点供项目的橇块,是指将LNG储罐、增压器、气化器、加热器、NG复热器、阀门等集中安装于一个或多个钢结构底座上。

3.1 橇块数量及尺寸

根据气化规模大小、场地情况和道路运输条件综合考虑橇块数量和尺寸，LNG点供的橇块数量一般可按表3进行划分。

表3 橇块数量划分

橇块的设计尺寸应考虑道路运输的限制,道路运输限制要求可参照表4。

表4 超限车辆规定

结合项目实际情况，本工程采用LNG点供一体橇的设计方案，即将本项目含LNG储罐(30m3)在内的全部设备及相关管道等全部集成在一个橇块上。该橇块的整体尺寸：14.5m(长)×3m(宽)×3.2m(高)。

3.2 橇块钢结构

橇块钢结构设计在橇装化设备设计中是关键，因为既要满足吊装要求，又要结构简单美观。其设计计算一般可参考GB 50017-2017《钢结构设计规范》。

本工程采取整橇吊装的方式，选取矩形管200×100×8.0作为钢构底座的主梁。

3.3 设备、管道布置

橇块的设备、管道布置在满足工艺功能性的同时，应做到以下几点要求：

(1)在考虑布置紧凑的同时，应合理规划橇块上的设备布置并结合设计软件分析结果，应尽量确保荷载分布均匀，以免因达不到橇块钢结构底座的挠度要求而影响橇块的整体吊装稳定性。

(2)橇块的外接管口应尽量集中，接口方向应与项目现场方向一致。

(3)阀门布置时的高度应合理，以便于操作检修为原则。

(4)尽量做到简单美观，如同方向的橇块接口法兰面应保持平齐等。

(5)合理设置管路支架，在不需要单独设置临时支撑的情况下，可完成对流量计拆卸与安装的作业。

(6)考虑橇块的运输，应对设备与管路进行必要的临时支撑设计，避免因运输导致设备损坏、管线焊缝开裂等情况。

3.4 仪表电气设计

在满足相应设计规范的同时，仪表电气布置时要与工艺设备管道保持协调一致，设计时应做到以下几点要求：

(1)气体报警器，设置在橇块的高点，可以考虑设置在气化器上。

(2)流量计应保证足够的可视空间、接线空间和检修维护空间。

(3)对于仪表点数比较多的橇块，可设置仪表接线箱，仪表接线箱的位置，应与项目现场接口一致。

(4)仪表电气穿线管走向不能影响正常操作，数量较多时考虑使用槽盒。

3.5 优势

相对于传统小型LNG气化站的建设形式，LNG点供橇装化装置具有下列优势：

(1)减少现场施工量，缩短施工周期。橇块一般作为整体进行供货，橇块抵达现场后，按设计就位后，只需将各橇块的管道与电气设备接线进行连接。

(2)可重复利用。橇块设计时结合道路运输超限规定进行设计，使橇块具有更强的可移动性。在天然气管网实现覆盖后的地区，LNG点供橇装化装置以其更加灵活的可移动性可实现各橇块的搬迁使用，提高了LNG点供的重复利用价值。

4 结束语

LNG点供橇装化设计保证工程建设质量、缩短建设周期的同时，使LNG点供有了更灵活的移动性。LNG点供橇装装置凭借其优势，在燃气管网未覆盖的城镇、农村等地区具有很大的发展潜力和空间。