移動式大流量天然氣安全供氣技術研究

劉橋林

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

目前，我國的電力資源主要來自于燃煤電廠，對環境造成比較嚴重的影響。新環保形勢下，人們開始逐漸關注以天然氣、沼氣等進行內燃發電，這就使得天然氣往復式發電機組有了一定的市場；同時天然氣往復式發電機在海洋石油平臺也有較多的應用。天燃氣往復式發電機組的結構相對復雜，海洋石油平臺建造場地實現其調試工作也較為困難，對于天燃氣穩定供應要求較高。本文結合海油在文昌9-2/9-3/10-3氣田群項目首次天燃氣往復式發電機組的陸地調試進行總結歸納。

海洋石油平臺建造場地燃氣往復式發電機組陸地調試需要克服兩大關鍵攔路虎，一是4公斤壓力滿負荷工況流量1100方/小時的天然氣穩定供應，二是滿負荷工況流量300方/小時冷卻水的穩定供應。本文主要對天燃氣的穩定供應問題進行展開分析，在較多方案中層層遴選，最終采用杜瓦瓶+氣化橇+調壓橇+輸氣軟管的方案解決供氣難題，在杜瓦瓶數量、氣化橇能力、調壓橇調壓流通能力、輸氣軟管供氣能力、系統接地、軟管安裝等方面做足理論計算和設備設計選型，確保本質安全、技術可靠。

1 供氣過程概述

整個供氣過程的原理如下：LNG在壓力推動下從杜瓦瓶組流向空溫式氣化器，氣化為氣態天然氣再經調壓裝置后供應用戶。隨著杜瓦瓶不斷的輸出液體，瓶內壓力會不斷降低，供液的同時打開杜瓦瓶自增壓系統，使壓力維持在一定范圍內，才能使LNG氣化過程持續下去。

整個增壓過程時依靠自動增壓閥將瓶內的天然氣與空氣進行熱交換來實現的。當瓶內的壓力低于設定值時，自動增壓閥自動打開，此時瓶內的LNG流入到增壓管中，與空氣進行熱交換，液態的LNG被加熱成氣態，氣態的LNG隨即進入到瓶內，同時將瓶內的壓力增加至所需壓力，從而完成增壓過程。

增壓過程是一個持續過程，即當瓶內的壓力低于設定值時，調節閥自動打開；隨著瓶內壓力增加至所需壓力時，增加調節閥關閉，通過以上循環始終保持氣態天然氣以一定的壓力源源不斷輸送到用氣管路進行使用。

2 主要設備及技術參數

2.1 主要設備

（1）杜瓦罐匯流排。采用10×2共20個瓶位的杜瓦罐匯流排,每個杜瓦罐每小時氣體流量最大可達100立方米，共20瓶可完全滿足1160立方米/小時的滿負荷用氣量。

（2）空溫式氣化器。處理量：1400Nm3/h；進口介質：LNG；出口介質：NG；進口溫度：高于或等于-162℃；氣化能力出口溫度：比環境溫低5～10℃（由于項目在4月實施，環境溫度在20℃以上，無需考慮增溫）。設計溫度：-196℃；運行壓力：1.6MPa； 主體材質：鋁翅片管LNG加熱器。

LNG加熱器是LNG 系統加熱的主要設備，選用空溫式換熱器。加熱借助于列管外的空氣給熱，使管內LNG升高溫度，實現低溫LNG 轉化為NG氣體?？諟厥綋Q熱器使用空氣作為熱源，節約能源，運行費用低。

（3）調壓裝置。根據LNG氣化站設計要求選擇調壓裝置。調壓器選用帶指揮器、超壓切斷的自力式調壓器，采用兩級減壓，其中第一級減壓閥的入口最大可承受壓力應高于氣化橇的最高工作壓力。

（4）輸氣軟管。輸氣軟管的尺寸為3 ″，橡膠材質，無壓力情況下軟管能保持圓形，法蘭標準為ASME B16.5，法蘭材質為316SS，在鋪設和吊裝施工時應注意不允許存在局部受力和憋折等情況，輸氣軟管整體需要接地保護，通入天燃氣前需經過吹掃、試壓、氣密性試驗和惰化。

3 供氣運行管理及安全保護

3.1 LNG的物化特性

液化天然氣(LNG，Liquefied Natural Gas)是由天然氣轉變的另一種能源形式。由于LNG96%以上都是甲烷，所以它和氣體甲烷性質基本類似，LNG的常壓沸點是－162℃，液體密度為430kg/m3，汽化潛熱為510.25kJ/m3。汽化后的氣體常壓密度是0.688kg/m3，與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限為3.6%～6.5%，爆炸上限為13%～17%。

對于LNG系統來說，安全是至關重要的。在設計過程中，必須通過危險分析及評估，確定與LNG裝置有關的危險，根據相關的標準和運行管理經驗，對LNG站的安全設計全面把關，把人身和財產的損失風險降到最低，使整個裝置達到一個較高的安全水平。

3.2 運行管理與安全保護

氣化站運行的基本要求主要包括以下幾個方面。防止LNG因泄漏而形成的空氣混合爆炸物出現；按照操作規范進行設備的消防保護，消除燃燒和爆炸的基本條件；制定合理的操作規范，防止LNG對于工藝系統和操作人員帶來傷害(冷灼傷等)。

（1） LNG正常供氣時，需要保證杜瓦罐的實時壓力都在允許的范圍內，如果出現壓力過低的情況，進行增壓。增壓上限由自增壓閥的自動關閉壓力確定，其值通常比設定的自增壓閥開啟壓力約高15%。

另外，為防止LNG在儲存過程中由于環境的吸熱導致杜瓦罐壓力激增，對環境和設備造成隱患，設計上采用杜瓦罐超壓手動操作放散、自力式調節閥自動控制壓力、自力式調節閥后安全閥等保護措施來進行整個系統的超壓保護。

杜瓦罐運抵建造場地時，壓力約為0.2MPa，若一直未使用，大概4天后才開始放散，若每天使用100立方米天然氣以上，則不存在放散的情況，加上杜瓦罐存量小，很快會使用完畢,不會出現在現場放散的情況。

除此之外，整個供氣系統各部分的靜電釋放、系統壓力測試、氮氣置換和巡線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運行過程中的安全防護對策按照有無火災可以分為以下兩個方面：

①無火災緊急事故及其安全對策。LNG管道及其組件。材料選擇設計管道及組件時，應考慮到熱循環作用對材料的疲勞作用。對那些相互連接的管道、閥門、配件和其它管件，當管壁厚度不同時，特別要引起注意。因此，管道材料一般選用隔熱材料。不采用鋁、銅、銅合金或其它低耐火能力的材料，鑄鐵類管道則不允許使用。

LNG裝卸設備杜瓦瓶的上下車搬運須由配置有尾升裝置的運輸車輛完成，氣化橇需設置吊點采用汽車吊或者塔吊進行轉移搬運。

安全間距 LNG和可燃制冷劑的裝卸接口到不可控制火源、工藝區域、槽罐、控制大樓、辦公室、商店、居民樓和其它建筑物的距離至少是30m。

②有火災緊急事故及其安全對策。對于著火的LNG事故，可以根據以下原則進行處理：盡量切斷氣源，控制泄漏；對著火罐及鄰近罐和設備進行冷卻保護，避免槽罐設備受熱超壓造成更大災害；將泄漏的LNG引至事故集液池等安全地帶，再用高倍泡沫覆蓋，使其安全氣化，避免燃燒擴大。

4 結語

文昌9-2/9-3/10-3氣田群項目燃氣往復式發電機在珠海建造場地調試完成，燃氣往復式發電機負載測試、負載突變測試情況平穩，標志著國內首次建造場地燃氣往復式發電機陸地調試工作圓滿完成。據了解，建造場地完成燃氣往復式發電機組陸地調試尚屬首次，為今后工程項目往復式發電機組調試工作開創了新思路和新辦法；燃氣往復式發電機組陸地調試成功，節省了海上投產調試人工時約150人/天，有力地保障了項目投產調試進度，取得了很好的效果。

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