LNG应急调峰站工艺与总图结合设计在某站中的实际应用

摘 要：【目的】解决现有LNG（液化天然气）应急调峰气源设施无法满足未来燃气供应突增需求的问题。【方法】采用综合设计方法，着重于LNG应急调峰站的工艺设计和总图规划。通过详细分析两者之间的协同作用，探讨了如何在设计过程中实现工艺与总图的有机结合，以提高设施的整体效能和适应性。【结果】将工艺设计与总图规划相结合，能够显著提升LNG应急调峰站的运行效率和安全性。这种集成设计方法不仅优化了空间布局，还促进了操作流程的流畅性，确保了在紧急情况下快速响应的能力。【结论】将工艺设计与总图规划有效结合，可以构建高效、安全且具有高度灵活性的LNG调峰系统，从而保障城市在冬季等高需求期的燃气稳定供应。

关键词：LNG应急调峰站；工艺设计；总图布置；结合设计

中图分类号：TU996.5 文献标志码：A 文章编号：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（液化天然气）调峰站的工艺设计是站场中的主体，同时LNG调峰站为甲类场站，属于火灾爆炸危险场所，因此，其总图设计同样重要。站场总图设计与工艺设计之间关系密切，二者是不可分割的整体。总图设计应严格遵循国家相关规范，控制站内主要设施与站内外建构筑物的安全间距，在满足防火、安全、卫生、环保要求的前提下，结合工艺流程设计，保证生产流程合理、有序、简捷、顺畅、运输组织方便、管线短捷、节约工程用地［1］。本研究以某项目LNG应急调峰站为例，从4个方面举例分析LNG应急调峰站设计中工艺设计与总图设计应相互结合，相辅相成。

1 在应急储配规模和方式确定上的应用

1.1 储存规模的确定

工艺上先确定LNG应急调峰站的储存规模。综合考虑国务院《关于促进天然气协调稳定发展的若干意见》（国发〔2018〕31号）、国家发展和改革委员会发布《天然气管网设施运行调度与应急保供管理办法（试行）的通知》（发改运行规〔2022〕443号）中的要求，以及《城镇燃气规划规范》GB/T 51098中对应急储备的明确要求，城镇燃气应急储备设施的储备量应按照3至10天城镇不可中断用户的年平均日用气量计算。结合全部政策规范要求，确定LNG存储规模。

总图方面，规模小于等于2 000 m³的LNG站总图布置按照《城镇燃气设计规范》GB 50028要求设计；规模大于2 000 m³的LNG应急调峰站总图布置按照《石油天然气工程设计防火规范》GB 50183要求设计，划分站场等级，再控制防火间距。LNG应急调峰站储存规模越大，储罐总容积越大，站场等级越高，与周边相邻厂矿企业、居住区、村镇、公共福利设施的防火间距越大。当LNG储存总容量大于等于3万m³时，与居住区、公共福利设施的距离应大于500 m，相比总容量小于3万m³的LNG站与居住区、公共福利设施的距离增大一个数量级，因此周边环境同样限制了LNG站区储罐总容积［2］。

以该项目LNG应急调峰站为例，规模严格落实政府3天供应量的储气能力要求，兼顾考虑城镇燃气企业年供应量5%的储气能力需求。根据建设内容，规划LNG总储存规模为20万 m³（约1.2亿标准立方米天然气），本工程考虑LNG储罐总容积为20万m³，按《石油天然气工程设计防火规范》GB 50183确定站场等级为一级，工程设计及实施时总图布置按一级站场要求控制站内各设施与站外建构筑物，以及站内各设施之间的安全间距。

1.2 储存方式的确定

从工艺和总图方面总结的城镇应急调峰站各类LNG储罐形式的优缺点适用范围及选用的规范见表1。不同的储存方式适用的储存规模不同，在确定的储存规模前提下，能根据表中内容快速选择储存方式［3］。根据上述LNG储存方式的适用范围及比较，适用于该项目的建设规模的储罐为常压低温储存方式。

2 在工艺设备选型上的应用

2.1 LNG储罐类型选择

该项目选择常压低温储存方式。常用的常压罐的结构形式主要有单容罐、双容罐、全容罐3种形式，其区别见表2。

LNG罐型的选择要求安全可靠、投资低、技术先进、结构有高度完整性等。同时考虑节约用地及对周边环境、安全防护距离的影响最小。

LNG单容罐投资相对较低，设计压力小，使蒸发气体的回收压缩系统需要较大的功率，增大投资和操作费用。当储罐出现事故，储存LNG的内罐泄漏时，LNG将损坏外罐，向外蔓延，造成更大的危害，单容罐需设置围堰，需要较大的安全防护间距、占地面积大，辐射热计算从围堰边缘计。双容罐和全容罐的投资和交付周期相似，但双容罐比全容罐安全水平低，在内罐发生泄漏时，液体不会外泄，但不能阻止LNG气体的泄漏。全容罐是现在国内大型接收站普遍采用的罐型，投资比其他形式罐稍高，但安全性较好。混凝土全容罐的外罐可以承受内罐泄漏的LNG及其气体，不会向外泄漏，可以承受热辐射和外来物的攻击，对于周围的火情具有良好的耐受性，低温影响也会限制在很小的区域范围内。一旦发生事故，对装置的控制和物料的输送仍然可以继续，直至设备停车。

根据上述比较分析，由于该项目近期所需储备规模为20万m3，储备容量大，安全性为重中之重，同时周边存在其他厂区，应减少对其他厂区的辐射热影响。综合考虑该项目的影响、使用寿命及周边安全等因素，本项目选择4座5万m3LNG混凝土全容罐。

2.2 火炬类型的选择

结合当前的环保要求，LNG应急调峰站放空流程，须减少对人身安全和环境影响及损害，不得大量直接外排，故设置了火炬系统，将事故状态下自动放散的低压和高压气体分别排放至火炬自动燃烧。火炬分为高架火炬和地面火炬，地面火炬有两种形式，为开放式地面火炬和封闭式地面火炬［4］。

在总图布置上，高架火炬宜位于站区生产设施全年最小频率风向的上风侧；地面火炬宜位于站区生产设施全年最小频率风向的下风侧。高架火炬与站内设施的防火间距根据人或设备的辐射热强度计算确定。开放式地面火炬布置可按有明火或散发火花地点来考虑，封闭式地面火炬的防火间距可按照有明火的密闭工艺设备及加热炉来考虑（参考根据《天然气液化工厂设计标准》GB 51261中9.5.13条和《液化天然气接收站工程设计规范》GB 51156中4.1.26条）。其中封闭式地面火炬的防火间距相比更小［5-6］。

在工艺流程上，密闭燃烧地面火炬投资较高，工艺流程较复杂。地面火炬装置用于处理装置正常及事故工况排放的可燃气体，通过PLC控制系统实现自动联锁控制。配有的长明灯点火系统设置有自动点火、现场手动点火、手控远操强制点火，每支长明灯设置的热电偶火焰检测装置能充分保证点火的100%可靠性，并设置专业摄像头，通过可视画面实时监控塔内燃烧状态，燃烧塔底部设置有可燃气体探测器。燃烧塔体采用钢制塔体，内侧衬陶瓷纤维折叠块，将火焰完全封闭在塔体内。燃烧过程封闭，外界看不见火光，没有光污染，低热辐射，噪声低。地面热辐射强度≤1.58 kW/m2（不含太阳热辐射）。以该项目LNG应急调峰站为例，在火炬放空系统上，选用了封闭式地面火炬，按照明火设备考虑，进行站内外防火间距控制，更加安全环保，避免热辐射对周边现有的企业和居住区等影响，且使选址更灵活，总图布置更为紧密。而且能够有效减少对站内外建筑物及各类设施的影响，并且维修方便、运行成本低，便于后期运营［7］。

3 在竖向规划上的应用

竖向规划不仅要与该地段的城市规划和现有标高统一协调，满足防洪防涝要求，降低场区土石方工程量，与场外道路连接顺畅，同时还要结合工艺布置和工艺流程设计竖向方案。

3.1 罐区竖向设计

LNG储存温度为-162 ℃，LNG液体密度为430 kg/m3。液化天然气具有低温、易挥发和易燃易爆的特性，且火焰温度高、易形成大面积火灾。当储罐出现事故LNG溢出时，LNG倾倒至地面，最初会吸收周边热量猛烈沸腾，然后蒸发速率将迅速衰减至一个固定值。LNG的流淌范围将不断延伸，会在地面上形成一种液流，直到气体的蒸发总量等于泄漏产生的液态气体总量。最初蒸发气体的温度几乎与LNG的温度一样，其密度比周围空气的密度大，这种气体首先沿地面上的一个层面流动，遇到火源可引发火灾，遇到人员会造成冻伤、窒息等伤害。故LNG储罐区不应毗邻布置在高于工艺装置区、全厂性重要设置或人员集中场所的阶梯上，以防止LNG泄漏有液体气体沿竖向设计地坪流入到综合办公区及辅助区，对人员和重要设施造成损害。（参照《天然气液化工厂设计标准》GB 51261中5.13条和《石油化工企业设计防火标准》GB 50160中4.2.3条）

该LNG应急调峰站项目在竖向规划时充分结合功能分区，使工艺布置更加合理化。将储罐区布置于站场较低处，综合管理区布置于站场较高处。竖向设计采用平坡式布置，以0.5%～1.5%的坡度坡向北侧和西侧。LNG储罐区位于站区内西侧，分别位于综合管理区和生产辅助区的西北侧和西侧，综合管理区建筑物和生产辅助区建筑物设计标高分别高于储罐区设计标高约2.0 m和1.0 m。且LNG储罐区设置事故集液池，结合总图布置和竖向设计，使泄漏的LNG收集到集液池内，以防止泄漏的LNG四处溢流。

3.2 卸车区竖向设计

LNG槽车卸车区应布置在储配站边缘，避开人员集中活动的场所。将LNG从气源厂或集散地通过汽车槽车贮存并运至LNG应急调峰储备站，在卸车台卸液，将LNG送至低温LNG储罐。LNG槽车卸车都是通过尾部卸液，槽车出液管也都位于槽车后部。结合工艺流程及LNG的液体性质，同时衔接实际运用，针对“槽车卸车末端卸液不尽”技术问题，该项目设计竖向时在LNG槽车卸车保持平坡的条件下，调整竖向标高以使槽车在“头高尾低”状态下工作，卸液时不会残留一些LNG液体在前部，既优化了设计方案，有助于减耗增收。

4 在交通组织规划上的应用

总图设计在交通组织规划方面不仅要考虑道路的宽度、净高、荷载、人流物流的合理性，同时与工艺流程和工艺设备设计相结合。

该LNG应急调峰站站址位于两条市政道路交口，站内的LNG需求主要通过这两条道路（市政道路1，市政道路2）运输进入。两种运输道路途径均与庐铜铁路有交叉，下穿庐铜铁路，该桥洞现状的净高可以满足LNG车辆的运输需求（LNG槽车净高约3.9 m，桥洞的净高大于5 m）。两种运输途径均可以满足LNG车辆的运输需求。

工艺方面上，该站设LNG槽车卸车功能，站内设置12个卸车位，6个卸车岛，每个岛设置一个卸车撬，每个卸车撬设有2台LNG卸车臂和2套气相返回臂及其配套的就地控制系统，卸车岛分两组设计。站内设有4座5万m3LNG储罐，经计算共需4 000辆LNG槽车装满（单台槽车按照50 m3的卸车量计算）。4 000辆车约耗时一个季度装满，平均每天运输规模约为44辆，每台车的卸车时间约为2 h，一次可满足6台车的卸车需求。在此情况下，计算出的道路的运输强度需约为6辆/时，远低于站外道路东侧路（市政道路2，双向两车道）和南侧现状道路（市政道路1，双向四车道）的通行能力，双向两车道约为3 000～7 500辆/昼夜（中型载重汽车交通量，折算125辆～312.5辆/小时），因此本站的LNG运输规模对站外的交通影响较小，两条道路均满足全站的LNG运输需求。

5 结语

综上所述，在LNG应急调峰站项目设计中，工艺设计与总图设计具有协作性、转换性，密切相连，只有工艺设计与总图设计协调配合，相互结合设计，才能完成项目设计。这需要设计人员拥有全面深刻的工艺设计知识和总图专业知识，并能熟练灵活掌握，提升专业技能和知识水平，保持对行业动态的敏感度，加强理论知识和实践运用之间的衔接，与实际施工结合紧密，活学巧用。

参考文献：

［1］喻良澄，余祖珊，杨佳龙.LNG应急调峰储配站前期规划及建设要点分析［J］.中国石油和化工标准与质量，2023，43（18）：74-76，79.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.城镇燃气规划规范：GB/T 51098—2015［S］.北京：中国建筑工业出版社，2015.

［3］刘锦.真空罐、常压罐、子母罐和球罐在LNG储存上的对比使用［J］.科学与技术，2021（12）：10-18.

［4］中华人民共和国住房和城乡建设部.石油化工企业设计防火标准：GB 50160—2008（2018年版）［S］.北京：中国计划出版社，2018.

［5］中华人民共和国住房和城乡建设部.液化天然气接收站工程设计规范：GB 51156—2015［S］.北京：中国建筑工业出版社，2015.

［6］中华人民共和国住房和城乡建设部.天然气液化工厂设计标准：GB 51261—2019［S］.北京：中国建筑工业出版社，2019.

［7］支莉华，沈立龙，杨笑琴，等.大型LNG应急调峰站方案设计探讨［J］.冶金动力，2023（2）：13-17.