LNG 气化站工艺设计及施工管理

庞美飞

（上海生特辉建设有限公司 上海 200335）

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）气化站是城市利用LNG 的主要措施，而LNG 气化站工程是一项庞大的工程。我国东南沿海地区经济相对发达，燃料已由传统的煤油改为天然气［1］。LNG 气化站与人们的生活息息相关，已成为城市生活建设和环境保护的重要措施，LNG 气化站的建设需要专业知识强的工程技术人员［1］。LNG 气化站工艺设计及施工管理是一系列切实可行的工作，需要不断满足高标准和高技术要求，使LNG 气化站更好地造福人类。

1 LNG 气化站工艺设计

1.1 LNG 气化站工艺概述

城镇内小型LNG 气化站，主要是利用LNG 槽车，将槽车内LNG 输送至立式LNG 低温储罐储存。当城镇管网天然气短缺时，从LNG 低温储罐往市政天然气管网输送气化后的天然气。

1.2 LNG 气化站选址

LNG 气化站的位置和总体布局关系到安全以及交通便利，布置必须符合《城镇燃气设计规范》的要求，并需要满足城市居民的需求，为未来的发展留下足够的空间。

合理布置气化站结构和工艺设施，使整个气化站安全、经济、美观。站场总平面布置分为生产区（含卸车、储存、气化、调压等工艺区）和辅助区（含控制室、消防水池等）。生产区应设置在年最小频率风向的上风向。

1.3 LNG 气化站主要设备的选择

LNG 储罐主要分为立式真空储罐、带压子母储罐、低温常压罐等。

立式真空罐为双层金属罐，内罐为耐低温的不锈钢压力容器，外罐为碳钢材料，夹层填充绝热材料，并抽真空。当LNG总储存量在1 000 m3以下，一般采用多台真空罐共同储存。本文只要介绍以立式真空罐作为LNG 储罐的LNG 气化站。

带压子母罐的内罐是多个耐低温的不锈钢压力容器，外罐是一个大碳钢容器罩在多个内罐外面，内外罐之间也是填充绝热材料，夹层通入干燥氮气，以湿空气方式进入。当储存规模在1 000 m3～5 000 m3时，一般采用带压子母罐。

低温常压罐的结构有双金属罐，也有预应力混凝土结构；有地上罐，也有地下罐；一般用于储存量较大的情况。

LNG 气化器主要采用翅片式空气气化器，在末端输送处才会根据需要配置水浴加热器。空气气化器投资成本低、运行成本低，但体积大、占地面积大。冬季翅片式空气气化器出口天然气温度不超过5 ℃时，在送气末端再添加水浴加热器使温度符合要求。水浴加热器的优点是它体积小，使用方便，出口温度更稳定，初始投资成本相对较低，维护成本相对比翅片式空气气化器高［2］。

1.4 卸车

液化天然气在卸车过程中不需要额外的电力。LNG 槽车内液化天然气经过一个翅片式空气气化器（也叫自增压气化器），气化后气相天然气返回到LNG 槽车，以此增加LNG 槽车内的压力，当压差达到一定值之后，打开LNG 主液相管道阀门，LNG 在压差作用下从LNG 槽车输送至LNG 储罐。卸料过程中要注意2 个问题：①液体通过管道时或进入罐内后可能产生闪蒸，产生的气体也可能进入罐内，引起罐内压力升高，阻碍卸车；②随着液体的进入，罐内液位上升，而气相空间会不断被压缩，这会增加罐内压力，大大减少液体流量［3］。

解决这些问题的方法如下：进行管道预冷工作，合理使用LNG 储罐进料口。在进料过程中，连续向LNG 储罐内注入液化天然气。当LNG 槽车内液体温度低于LNG 储罐内液体温度时，可选择上进料方式。此时，液体通过罐内气相空间喷射，过冷液滴将吸收罐内气体，降低罐内压力，加快卸车速度。增大气液换热面积，在罐内形成气液两相对流，加速减压过程。当LNG 槽车内液体温度高于LNG 储罐内液体温度时，应选用下进料方式。温度较高的液化天然气进入储罐后，首先与温度较低的液体接触，迅速降温，以减少气化倾向，避免影响卸车。当然，如果没有温差，也可以自由选择。选择合适的进料口，不但可以降低LNG 储罐的压力，也可以减少翻滚的发生。

1.5 管道预冷工艺

卸料平台管道为常温管，LNG 为低温液体。因此，从卸料平台到储罐组的液体管道在每次进料前都应进行预冷处理，以减少LNG 闪蒸量并防止管道破裂。为达到预冷处理的目的，在进行LNG 槽车自增压的同时，留出小流量的LNG 液体通往LNG 储罐，进行管道预冷。两个阀门通常安装在主液相管道和气相天然气管道之间。在预冷处理过程中，打开相应阀门，使低温流体缓慢进液过相管道，部分气化气体进入气相管网系统。当液相管网上温度传感器送达的温度明显降至LNG 液体温度时，停止预冷。

1.6 LNG 储罐气化

从LNG 低温储罐往天然气管网输送时，首先通过气化器自增压系统提高LNG 储罐内部压力，打开罐的底部出液阀，将储罐内的LNG 送至翅片式空气气化器，经过压力调节、计量、除臭剂等过程被传送到燃气系统管道，然后传送到城市的燃气管网。冬天气化后的天然气温度低于5 ℃时，需要在翅片式空气气化器出口增加水浴加热器，以保证气化效果。

1.7 对于气化气(BOG)的处理方式

BOG 主要来自LNG 低温储罐（每天0.3%的储罐自然气化率），LNG 槽车卸车时也会产生小部分的气化气体。气化的LNG 气体再经过翅片式气化器，以提高温度，直接送到城镇燃气管网。

2 LNG 气化站的施工管理

LNG 气化站的施工最重要的是保证安全。施工的主要作业有：生产区（打桩、结构基础、埋地管道、消防水池基坑、LNG储罐以及气化器安装、管道仪表安装），辅助区（雨水井，辅房基础及上部建筑物，消防及报警设施，场内道路）。

2.1 生产区的施工管理

LNG 立式储罐对基础结构的要求高，需要挖基坑并打桩。如果基坑较深，需要对基坑方案进行专家论证。施工过程中，必须做好基坑围护，防止人员跌落等伤亡事故。打桩以及结构基础的施工，由于工序较多，每个工序之间环环相扣，需要注意天气变化对施工的影响，尤其夏天雨季施工对施工质量和进度影响较大。在进行打桩以及基坑基础施工之后，需要做好埋地管道的套管敷设，以避免反复的破土及恢复工作。做好以上工作后，原则上生厂区就可以进行硬化地坪的工作。LNG 储罐的安装次序可以在硬化地坪前，也可以在硬化地坪后，考虑到起吊LNG 储罐的吊车较重，为避免对硬化地坪的破坏，可以选择先安装LNG 储罐。其他设备、管道以及仪表的安装可以待地坪硬化后，与其他施工同时进行，但需要避开场内道路施工工序，因为当进行场内道路施工时，无法为场内运送材料等物资。

2.2 辅助区的施工管理

辅助区的施工，主要特点是施工作业内容多、施工空间小、交叉作业多，施工次序的选择对施工进度有较大影响。一般先进行辅房的基础工作，待辅房封顶后，进行雨水井以及场内道路工作。待场内道路硬化后，进行辅房内的装修工作，以及其他收尾工作。

2.3 其他注意事项

施工过程中，要严格遵守设计图纸以及设计要求进行施工，并且把好材料的质量关，确保工程质量。密切跟踪材料的到场情况，以免对进度产生影响，从而增加施工成本。

3 LNG 的储存

3.1 储罐容量

储罐总容积通常按3 d～7 d 的日均气量确定。天然气厂的数量、使用寿命、工业用气质量等因素取决于天然气设备的性质和具体用途。如果只有1 座天然气厂，在维护天然气管道时，应考虑储气罐的总容量，以保证天然气的正常供应。

3.2 存储模式

储罐是LNG 储存站的主要设备。这直接影响到储能站的正常生产，并且涉及到相当一部分成本。使用保温性能较好的LNG 储罐保证罐内LNG 汽化率低于0.3%。

3.3 LNG 翻滚

LNG 在储罐内滚动分层会导致罐内压力和温度失去平衡，罐内压力升高。为了保持压力稳定，必须防止液化天然气的分层。在设计过程中，可以采取一些措施防止LNG 的分层和LNG 储罐垂直温度检测。

4 LNG 的潜在危害

根据液化天然气的特点，在储存和生产过程中处理不当会造成以下危害：设备或管道在低温下发生脆性断裂，操作人员容易冻伤。此外，液化天然气由热超压产生的少量液化天然气可转化为大量的天然气。加热时，压力会增加。设备和管道迅速增加，压力超过时发生事故。LNG 与空气的气化和混合达到爆炸极限，增加了爆炸和燃烧的危险，会对人员和设备造成很大的损害。

5 结语

在当今可持续资源节约型社会，LNG 作为1 种清洁能源将得到越来越广泛的应用。在LNG 的应用过程中，必须采用增压控制阀的方法来实现自动增压的功能。同时，气压站也是主要危险源，要与消防、公安等部门建立协作联系，确保问题及时解决，把损失降到最低。LNG 气化站的设计和施工要有效的监管，国家有关部门要制定相应的规范和标准，实行严格的监督。LNG 在日常生活中有着广泛的应用，因此，必须以保证安全。