LNG氣化返輸工藝要點概述

李哲

（山西省燃氣規劃設計研究院有限責任公司，太原 030024）

1 引言

隨著我國經濟的快速發展，各行各業對清潔能源的需求不斷增加。天然氣作為一種高效、清潔的能源，已被廣泛應用于居民生活、工業生產、交通運輸等領域。2017 年，我國北方地區加大了“煤改氣”政策的實施力度，冬季采暖導致天然氣需求量驟增，以至于出現了較大范圍的“氣荒”，城市用氣冬夏季峰谷比加大，這種現象充分反映了我國儲氣調峰能力的不足。

解決季節調峰的有效方式是設置地下儲氣庫或LNG 儲配站，地下儲氣庫會受地質及其他情況的影響，適用范圍較小，而LNG 儲配站建設位置靈活，可復制性較好。

2018 年，國家能源局印發《2018 年能源工作指導意見》，文件指出：要落實縣級以上地方人民政府、供氣企業、城燃企業和不可中斷大用戶的儲氣調峰責任和義務，提升儲氣調峰能力，加快已建儲氣庫擴容達容[1]。同年，國家發展和改革委員會、國家能源局聯合印發《關于加快儲氣設施建設和完善儲氣調峰輔助服務市場機制的意見》（發改能源規〔2018〕637 號），明確要求到2020 年供氣企業擁有不低于其年合同銷售量10%的儲氣能力，城燃企業形成不低于其年用氣量5%的儲氣能力，地方政府形成不低于保障其行政區域日均3 d 需求量的儲氣能力，并且各方的儲氣指標不得重復計算[2]。

液化天然氣（LNG）儲氣調峰是解決季節調峰的有效手段，各地政府應充分利用過去已建成的液化天然氣儲罐，在冬季管道氣供應不足時，外購LNG 注入原儲罐，并氣化返輸到城市燃氣管道，保障城市用氣。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

某液化工廠建設于煤層氣氣田附近，該液化工廠原工藝設計僅有天然氣液化工藝，將原料氣經過過濾、凈化、冷凝液化后送入儲罐，儲罐內的LNG 再經低溫泵送至裝車站裝車外運。地方政府為形成不低于保障其行政區域日均3 d 需求量的儲氣能力，對該液化工廠進行氣化返輸改造。當城市用氣量小時，該液化工廠對煤層氣進行液化，儲存并對外銷售LNG；冬季城市用氣高峰時，外購LNG 并注入原5 000 m3LNG 儲罐，LNG 氣化返輸進入城市管網，保證當地城市用氣需求，該液化工廠改造后具備1.5×105Nm3/d 的調峰儲氣能力。

2.2 工程內容

該項目新增卸車增壓器，并對原有裝車系統進行改造，將LNG 槽車內的液體輸送到液化工廠原有的容積為5 000 m3的常壓儲罐；新增LNG 增壓氣化設備，將儲罐內LNG 由常壓增壓到5.5 MPa，經水浴加熱器變為常溫高壓天然氣（5.5 MPa）；儲罐內的蒸發氣體（BOG）經過原有空溫汽化器和水浴汽化器加熱成常溫天然氣后，經往復式BOG 壓縮機增壓到5.5 MPa并經過濾器過濾；兩路高壓天然氣（5.5 MPa）經調壓計量后（5.0 MPa）返輸至液化工廠原料氣管道，為當地城市供氣。工藝流程如圖1 所示。

2.3 LNG卸車系統

該項目利用原有液化工廠卸車臂及管道系統，將LNG 槽車內液體卸入LNG 儲罐。LNG 槽車一般配備300 Nm3/h 卸車增壓器，卸車時間約3 h。對相同規模的液化工廠調研后，選用600 Nm3/h 卸車增壓器，卸車時間約1.5 h，為提高卸車效率，該項目選用2 臺600 Nm3/h 卸車增壓器。

工藝流程：（1）關閉原有卸車臂,原有LNG、BOG 管道相關閥門；（2）卸車增壓器液相管道采用軟管與槽車增壓液相口連接，卸車增壓器氣相接口與卸車臂BOG 管道連接，關閉新建DN50 mm 截止閥，對槽車增壓至0.6 MPa；（3）槽車液相口與卸車臂連接，新建DN65 mmLNG 管道，連接至原有DN80 mm 預冷回液管道，將槽車內LNG 輸送至原有LNG 儲罐；（4）卸車結束后，關閉新建DN65 mmLNG 管道截止閥，打開BOG 管道上新建的DN50 mm 截止閥及原有管道閥門，槽車內BOG 通過原有BOG 管道輸送至LNG 儲罐；（5）待槽車內BOG 全部輸送至儲罐內，槽車壓力不再降低時，關閉BOG管道新建截止閥，打開新建氮氣管道閥門及卸車臂相關閥門，對管路進行吹掃。工藝流程如圖2 所示。

2.4 LNG增壓氣化系統

該項目選用1 臺柱塞泵撬和1 臺水浴汽化器。柱塞泵撬內置兩臺柱塞泵（1 用1 備），柱塞泵流量為13 m3/h，出口壓力5.5 MPa；水浴汽化器采用蒸汽供熱，氣化能力為8 000 Nm3/h；水浴汽化器出口閥及出口閥上游的管道、管件、閥門均按照LNG 低溫要求進行設計；放散管道連接至液化工廠原有放空總管；低溫管道選用奧氏體不銹鋼無縫鋼管（S30408），管道符合GB/T 14976—2012《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》的相關要求；水浴汽化器出口閥后管道采用無縫鋼管（PSL2-L245N），管道應符合GB/T 9711—2017《石油天然氣工業 管線輸送系統用鋼管》的相關要求。

工藝流程：

1）檢查LNG 儲罐液位，當儲罐液位高于2.0 m 時，并且水浴汽化器溫度滿足要求時，可以進行LNG 增壓氣化作業；

2）打開閥門V7701、V7702、V7703、V7704、V7706、V7707、SV7703、SV7704、SV7706、SV7707 及原有儲罐相關閥門，關閉閥門SV7701；

3）程序自動檢驗柱塞泵P7701 前溫度低于-112 ℃、柱塞泵后壓力小于0.1 MPa 時，柱塞泵啟動；若柱塞泵后壓力高于0.1 MPa，閥門SV7705 打開，壓力降低到0.1 MPa 以下后關閉；

4）增壓氣化系統工作與LNG 卸車同時作業時，打開閥門SV7702；

圖1 工藝流程圖

5）水浴汽化器出口氣體溫度低于5 ℃時，閥門SV7707 自動關閉；

6）增壓氣化系統不工作時，打開閥門V7705、V7708 注入氮氣置換后，打開閥門SV7701，其余閥門全部關閉。工藝流程如圖3 所示。

2.5 BOG增壓系統

該項目選用2 臺BOG 壓縮機（1 用1 備），壓縮機排氣量為1 000 Nm3/h，壓縮機進口壓力為10~20 kPa，出口壓力為5.5 MPa；根據GB 51261—2019《天然氣液化工廠設計標準》，當采用有油潤滑往復式壓縮機時，應設置除油設施，且油污除凈率及壓降應滿足后續工藝要求，該項目采用有油潤滑往復式壓縮機，在壓縮機排氣管道設置過濾器，過濾精度為0.000 03%，分離效率≥99.9%，可以滿足液化工廠對原料氣潤滑油含量的要求。壓縮機進氣口常壓管道選用無縫鋼管（20#），執行標準為GB/T 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》，壓縮機出口高壓管道選用無縫鋼管（PSL2-L245N），管道應符合GB/T 9711—2017《石油天然氣工業 管線輸送系統用鋼管》的相關要求。

工藝流程：

1）打開原有BOG 管道相關閥門；

2）打開閥門V7801、V7802、V7803；

3）壓縮機進口氣體溫度高于0 ℃時，打開閥門SV7821、SV7822，啟動壓縮機；

4）壓縮機出口壓力達到5.5 MPa 時，關閉閥門SV7822。工藝流程如圖4 所示。

2.6 調壓計量系統

LNG 增壓氣化和BOG 增壓后的高壓天然氣匯入調壓計量撬，兩路高壓天然氣（5.5 MPa）分別調壓至5.0 MPa 并采用超聲波流量計計量后，高壓管道與該液化工廠原料氣管道連接，通過原料氣管道為當地城市進行調峰供氣，出口手動球閥V7901 設置八字盲板，待氣化返輸系統停止工作時，盲板封堵。工藝流程如圖5 所示。

圖2 卸車系統工藝流程圖

圖3 LNG增壓氣化系統工藝流程圖

圖4 BOG增壓系統工藝流程圖

圖5 調壓計量系統工藝流程圖

3 結語

LNG 儲氣調峰是解決季節調峰的一種有效方式，地方政府可利用原先已經建成的LNG 儲罐，增加氣化返輸工藝，為當地城市進行應急調峰供氣。本文以某液化工廠為例，對液化工廠氣化返輸系統中卸車、LNG 增壓氣化、BOG 增壓、調壓計量系統工藝流程設計及工作流程進行介紹，并為同類型工程在這方面的設計提供借鑒和參考。