LNG 氣化站工藝設計及施工管理

龐美飛

（上海生特輝建設有限公司 上海 200335）

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）氣化站是城市利用LNG 的主要措施，而LNG 氣化站工程是一項龐大的工程。我國東南沿海地區經濟相對發達，燃料已由傳統的煤油改為天然氣［1］。LNG 氣化站與人們的生活息息相關，已成為城市生活建設和環境保護的重要措施，LNG 氣化站的建設需要專業知識強的工程技術人員［1］。LNG 氣化站工藝設計及施工管理是一系列切實可行的工作，需要不斷滿足高標準和高技術要求，使LNG 氣化站更好地造福人類。

1 LNG 氣化站工藝設計

1.1 LNG 氣化站工藝概述

城鎮內小型LNG 氣化站，主要是利用LNG 槽車，將槽車內LNG 輸送至立式LNG 低溫儲罐儲存。當城鎮管網天然氣短缺時，從LNG 低溫儲罐往市政天然氣管網輸送氣化后的天然氣。

1.2 LNG 氣化站選址

LNG 氣化站的位置和總體布局關系到安全以及交通便利，布置必須符合《城鎮燃氣設計規范》的要求，并需要滿足城市居民的需求，為未來的發展留下足夠的空間。

合理布置氣化站結構和工藝設施，使整個氣化站安全、經濟、美觀。站場總平面布置分為生產區（含卸車、儲存、氣化、調壓等工藝區）和輔助區（含控制室、消防水池等）。生產區應設置在年最小頻率風向的上風向。

1.3 LNG 氣化站主要設備的選擇

LNG 儲罐主要分為立式真空儲罐、帶壓子母儲罐、低溫常壓罐等。

立式真空罐為雙層金屬罐，內罐為耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐為碳鋼材料，夾層填充絕熱材料，并抽真空。當LNG總儲存量在1 000 m3以下，一般采用多臺真空罐共同儲存。本文只要介紹以立式真空罐作為LNG 儲罐的LNG 氣化站。

帶壓子母罐的內罐是多個耐低溫的不銹鋼壓力容器，外罐是一個大碳鋼容器罩在多個內罐外面，內外罐之間也是填充絕熱材料，夾層通入干燥氮氣，以濕空氣方式進入。當儲存規模在1 000 m3～5 000 m3時，一般采用帶壓子母罐。

低溫常壓罐的結構有雙金屬罐，也有預應力混凝土結構；有地上罐，也有地下罐；一般用于儲存量較大的情況。

LNG 氣化器主要采用翅片式空氣氣化器，在末端輸送處才會根據需要配置水浴加熱器。空氣氣化器投資成本低、運行成本低，但體積大、占地面積大。冬季翅片式空氣氣化器出口天然氣溫度不超過5 ℃時，在送氣末端再添加水浴加熱器使溫度符合要求。水浴加熱器的優點是它體積小，使用方便，出口溫度更穩定，初始投資成本相對較低，維護成本相對比翅片式空氣氣化器高［2］。

1.4 卸車

液化天然氣在卸車過程中不需要額外的電力。LNG 槽車內液化天然氣經過一個翅片式空氣氣化器（也叫自增壓氣化器），氣化后氣相天然氣返回到LNG 槽車，以此增加LNG 槽車內的壓力，當壓差達到一定值之后，打開LNG 主液相管道閥門，LNG 在壓差作用下從LNG 槽車輸送至LNG 儲罐。卸料過程中要注意2 個問題：①液體通過管道時或進入罐內后可能產生閃蒸，產生的氣體也可能進入罐內，引起罐內壓力升高，阻礙卸車；②隨著液體的進入，罐內液位上升，而氣相空間會不斷被壓縮，這會增加罐內壓力，大大減少液體流量［3］。

解決這些問題的方法如下：進行管道預冷工作，合理使用LNG 儲罐進料口。在進料過程中，連續向LNG 儲罐內注入液化天然氣。當LNG 槽車內液體溫度低于LNG 儲罐內液體溫度時，可選擇上進料方式。此時，液體通過罐內氣相空間噴射，過冷液滴將吸收罐內氣體，降低罐內壓力，加快卸車速度。增大氣液換熱面積，在罐內形成氣液兩相對流，加速減壓過程。當LNG 槽車內液體溫度高于LNG 儲罐內液體溫度時，應選用下進料方式。溫度較高的液化天然氣進入儲罐后，首先與溫度較低的液體接觸，迅速降溫，以減少氣化傾向，避免影響卸車。當然，如果沒有溫差，也可以自由選擇。選擇合適的進料口，不但可以降低LNG 儲罐的壓力，也可以減少翻滾的發生。

1.5 管道預冷工藝

卸料平臺管道為常溫管，LNG 為低溫液體。因此，從卸料平臺到儲罐組的液體管道在每次進料前都應進行預冷處理，以減少LNG 閃蒸量并防止管道破裂。為達到預冷處理的目的，在進行LNG 槽車自增壓的同時，留出小流量的LNG 液體通往LNG 儲罐，進行管道預冷。兩個閥門通常安裝在主液相管道和氣相天然氣管道之間。在預冷處理過程中，打開相應閥門，使低溫流體緩慢進液過相管道，部分氣化氣體進入氣相管網系統。當液相管網上溫度傳感器送達的溫度明顯降至LNG 液體溫度時，停止預冷。

1.6 LNG 儲罐氣化

從LNG 低溫儲罐往天然氣管網輸送時，首先通過氣化器自增壓系統提高LNG 儲罐內部壓力，打開罐的底部出液閥，將儲罐內的LNG 送至翅片式空氣氣化器，經過壓力調節、計量、除臭劑等過程被傳送到燃氣系統管道，然后傳送到城市的燃氣管網。冬天氣化后的天然氣溫度低于5 ℃時，需要在翅片式空氣氣化器出口增加水浴加熱器，以保證氣化效果。

1.7 對于氣化氣(BOG)的處理方式

BOG 主要來自LNG 低溫儲罐（每天0.3%的儲罐自然氣化率），LNG 槽車卸車時也會產生小部分的氣化氣體。氣化的LNG 氣體再經過翅片式氣化器，以提高溫度，直接送到城鎮燃氣管網。

2 LNG 氣化站的施工管理

LNG 氣化站的施工最重要的是保證安全。施工的主要作業有：生產區（打樁、結構基礎、埋地管道、消防水池基坑、LNG儲罐以及氣化器安裝、管道儀表安裝），輔助區（雨水井，輔房基礎及上部建筑物，消防及報警設施，場內道路）。

2.1 生產區的施工管理

LNG 立式儲罐對基礎結構的要求高，需要挖基坑并打樁。如果基坑較深，需要對基坑方案進行專家論證。施工過程中，必須做好基坑圍護，防止人員跌落等傷亡事故。打樁以及結構基礎的施工，由于工序較多，每個工序之間環環相扣，需要注意天氣變化對施工的影響，尤其夏天雨季施工對施工質量和進度影響較大。在進行打樁以及基坑基礎施工之后，需要做好埋地管道的套管敷設，以避免反復的破土及恢復工作。做好以上工作后，原則上生廠區就可以進行硬化地坪的工作。LNG 儲罐的安裝次序可以在硬化地坪前，也可以在硬化地坪后，考慮到起吊LNG 儲罐的吊車較重，為避免對硬化地坪的破壞，可以選擇先安裝LNG 儲罐。其他設備、管道以及儀表的安裝可以待地坪硬化后，與其他施工同時進行，但需要避開場內道路施工工序，因為當進行場內道路施工時，無法為場內運送材料等物資。

2.2 輔助區的施工管理

輔助區的施工，主要特點是施工作業內容多、施工空間小、交叉作業多，施工次序的選擇對施工進度有較大影響。一般先進行輔房的基礎工作，待輔房封頂后，進行雨水井以及場內道路工作。待場內道路硬化后，進行輔房內的裝修工作，以及其他收尾工作。

2.3 其他注意事項

施工過程中，要嚴格遵守設計圖紙以及設計要求進行施工，并且把好材料的質量關，確保工程質量。密切跟蹤材料的到場情況，以免對進度產生影響，從而增加施工成本。

3 LNG 的儲存

3.1 儲罐容量

儲罐總容積通常按3 d～7 d 的日均氣量確定。天然氣廠的數量、使用壽命、工業用氣質量等因素取決于天然氣設備的性質和具體用途。如果只有1 座天然氣廠，在維護天然氣管道時，應考慮儲氣罐的總容量，以保證天然氣的正常供應。

3.2 存儲模式

儲罐是LNG 儲存站的主要設備。這直接影響到儲能站的正常生產，并且涉及到相當一部分成本。使用保溫性能較好的LNG 儲罐保證罐內LNG 汽化率低于0.3%。

3.3 LNG 翻滾

LNG 在儲罐內滾動分層會導致罐內壓力和溫度失去平衡，罐內壓力升高。為了保持壓力穩定，必須防止液化天然氣的分層。在設計過程中，可以采取一些措施防止LNG 的分層和LNG 儲罐垂直溫度檢測。

4 LNG 的潛在危害

根據液化天然氣的特點，在儲存和生產過程中處理不當會造成以下危害：設備或管道在低溫下發生脆性斷裂，操作人員容易凍傷。此外，液化天然氣由熱超壓產生的少量液化天然氣可轉化為大量的天然氣。加熱時，壓力會增加。設備和管道迅速增加，壓力超過時發生事故。LNG 與空氣的氣化和混合達到爆炸極限，增加了爆炸和燃燒的危險，會對人員和設備造成很大的損害。

5 結語

在當今可持續資源節約型社會，LNG 作為1 種清潔能源將得到越來越廣泛的應用。在LNG 的應用過程中，必須采用增壓控制閥的方法來實現自動增壓的功能。同時，氣壓站也是主要危險源，要與消防、公安等部門建立協作聯系，確保問題及時解決，把損失降到最低。LNG 氣化站的設計和施工要有效的監管，國家有關部門要制定相應的規范和標準，實行嚴格的監督。LNG 在日常生活中有著廣泛的應用，因此，必須以保證安全。