LNG接收站建設(shè)分析

王肖肖

[國家管網(wǎng)集團閩投（福建）天然氣有限責(zé)任公司，福建漳州 363122]

面對日益凸顯的能源與環(huán)境問題，液化天然氣（LNG）作為一種高效、清潔的能源將會有良好的發(fā)展前景。LNG 接收站主要是接收、儲存并氣化外輸液化天然氣，以滿足下游用戶的需求，其關(guān)系到國計民生，燃氣保供是其重要特點[1]。

液化天然氣（LNG）接收站是接收、存儲和往外運輸進口LNG 的重要中轉(zhuǎn)站，一般是由接收站工程和碼頭工程組成。其基本工藝流程是LNG 運輸船到達碼頭后，過LNG 卸料臂與LNG 運輸船相連接，LNG 由運輸船上的卸料泵，經(jīng)過LNG 卸料臂，并通過卸船總管輸送到LNG 儲罐中存儲。正常工況下，再冷凝器將BOG 低壓壓縮機增壓后的蒸發(fā)氣與從儲罐低壓泵輸送的過冷LNG 混合并將蒸發(fā)氣冷凝為液體，然后經(jīng)高壓輸送泵加壓后送到氣化器氣化，進入天然氣外輸管線，經(jīng)各分輸站將天然氣送往各下游用戶。當(dāng)接收站出現(xiàn)長期零外輸工況，設(shè)置高壓BOG 壓縮機處理產(chǎn)生的BOG，BOG 經(jīng)加壓和計量后通過輸氣管線輸送至下游用戶。另外也可以通過槽車進行液態(tài)外輸。

LNG 接收站還擔(dān)負著天然氣儲備和調(diào)峰的作用。調(diào)峰是指在很短的時間內(nèi)大中城市的用氣量大幅增加。提高LNG 接收站的儲備和調(diào)峰能力，關(guān)鍵是要加大接收站的LNG 接收能力、儲存能力、氣化能力、管輸能力等。只有這樣，才能在急需調(diào)峰時有能力靠泊LNG 運輸船，并有足夠大的儲備、氣化、管輸能將天然氣運輸出去，以滿足調(diào)峰需求。無論哪個環(huán)節(jié)配套不足都會成為制約的瓶頸[2]。

1 LNG接收站建設(shè)規(guī)模

在項目進行可行性研究時，需要進行天然氣市場調(diào)查和需求能力分析，進行天然氣供需平衡分析，了解目標(biāo)市場的天然氣需求缺口及液態(tài)市場需求缺口，然后確認項目建設(shè)規(guī)模。一般建設(shè)規(guī)模為XXX 萬t/a。天然氣消費市場用戶有居民、公服、工業(yè)、發(fā)電、分布式能源和車船加注等類別。

2 LNG儲罐

LNG 儲罐是LNG 接收站安全平穩(wěn)運行的核心設(shè)施，其功能為接收和存儲LNG，其投資占整個接收站投資的比例較大，是LNG 接收站投資最大、最重要的單元，且儲罐的設(shè)計技術(shù)、建造技術(shù)和建造質(zhì)量都有很高的要求。

根據(jù)據(jù)GB/T 26978—2021 《現(xiàn)場組裝立式圓筒平底鋼質(zhì)低溫液化天然氣儲罐的設(shè)計與建造 第1部分 ：總 則》，儲罐類型有單容罐、雙容罐、全容罐和薄膜罐。另外根據(jù)安放形式又可分為地上、地下和半地下式。目前LNG 接收站中最普遍使用的是地上安裝的全容式儲罐[3]。

LNG 接收站的儲存能力與LNG 運輸船的有效容積、儲罐在不可作業(yè)期間的安全余量、滿足調(diào)峰任務(wù)的存儲量、上游LNG 船運安排及其他計劃的或不可預(yù)料的事件有關(guān)。

LNG 接收站在進行可行性研究時需要確定LNG儲罐的罐容和數(shù)量。針對市場用氣波動較大又兼顧調(diào)峰的LNG 接收站，在計算儲罐罐容時需要考慮LNG運輸船有效容積、接收站的應(yīng)急備用量、季調(diào)峰存儲量[4]。其中應(yīng)急儲備量與接收站的供氣能力、最大連續(xù)不可作業(yè)天數(shù)有關(guān)。

3 LNG接收站設(shè)備配置和備用

LNG 接收站的生產(chǎn)設(shè)備種類和數(shù)量不多，但是因為需要在深冷環(huán)境下運行，所以對設(shè)備的性能要求非常高。LNG 接收站的主要設(shè)備有LNG 低壓泵、高壓泵、氣化器、LNG 卸料臂、槽車裝車系統(tǒng)等。

LNG 低壓泵、高壓泵、ORV 氣化器的配置應(yīng)根據(jù)下游顧客的需求來確定，如以接收站典型日最高小時外輸量作為設(shè)計基礎(chǔ)來確定以上設(shè)備的設(shè)計能力和數(shù)量。另外LNG 罐內(nèi)低壓泵的設(shè)置還應(yīng)擔(dān)負著液態(tài)外輸量的需求，且在LNG 低壓泵數(shù)量選擇時根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 51156—2015《液化天然氣接收站工程設(shè)計規(guī)范》要求，每座液化天然氣儲罐的罐內(nèi)泵不應(yīng)少于2臺。

LNG 接收站需要把天然氣全年不間斷地供應(yīng)給管道用戶，設(shè)備的維修應(yīng)盡可能在不影響城市燃氣供應(yīng)的狀態(tài)下進行，保證外輸供應(yīng)。為了避免非計劃停產(chǎn)和維修操作期間中斷接收站外輸，因此需設(shè)置備用設(shè)備。LNG 低壓泵、高壓泵、ORV 氣化器是外輸系統(tǒng)中的重要設(shè)備，為保證維修時不影響接收站的正常外輸操作，需要設(shè)置備用。

LNG 接收站的液態(tài)外輸通過槽車裝車來實現(xiàn)。槽車裝車位的數(shù)量設(shè)置應(yīng)根據(jù)市場液態(tài)需求確定，并考慮LNG 槽車的裝車速度，每天操作時間及年操作時間等計算，并考慮備用。

運輸船到達碼頭后，LNG 由運輸船上的卸料泵，經(jīng)過LNG 卸料臂，并通過卸船總管輸送到LNG 儲罐中。為平衡船艙壓力，LNG 儲罐內(nèi)的部分蒸發(fā)氣（BOG）通過氣相返回管道和NG 回氣臂返回LNG 船艙中。卸料臂的數(shù)量設(shè)置應(yīng)考慮允許卸料的速度，單臺卸料臂的卸料能力，還應(yīng)設(shè)置回氣臂。

4 LNG接收站能力核定

儲罐和各種設(shè)施選型后，可根據(jù)SY/T 7434—2018 《液化天然氣接收站能力核定方法》進行接收站能力核定。液化天然氣接收站能力取碼頭接收能力、液化天然氣儲罐周轉(zhuǎn)能力、外輸設(shè)施能力三項中的最小值[5]。其中碼頭接收能力的計算與船型、裝卸時間、輔助時間、靠離泊時間等有關(guān)。儲罐周轉(zhuǎn)能力的計算與儲罐的有效容積、單位罐容高峰月周轉(zhuǎn)量有關(guān)。外輸設(shè)施能力是氣態(tài)管輸設(shè)施、液態(tài)裝車設(shè)施及其他外輸設(shè)施的能力之和。

5 LNG接收站管道材料等選用

管道材料根據(jù)設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、介質(zhì)工況、材料的耐腐蝕性能、加工工藝性能、焊接性能和經(jīng)濟合理性選用?？紤]到LNG 液體的低溫特性，在進行管道材料選擇時，對于輸送低溫介質(zhì)的LNG 管道材料選用耐低溫的材料，比如LNG 接收站普遍采用的雙證奧氏體不銹鋼。為減少LNG 泄漏，液化天然氣管道之間可采用焊接連接。

由于LNG 的低溫、易燃易爆等性質(zhì)，對于應(yīng)用LNG 裝置中的閥門，其材料、結(jié)構(gòu)等都有特別要求，在選用時應(yīng)特別注意。LNG 管道上使用的閥門，主體材質(zhì)選用耐低溫的材質(zhì)，比如奧氏體不銹鋼。采用延長閥蓋設(shè)計，采用加長閥蓋可以使填料部位遠離閥體，保證填料部位的溫度在0℃以上。低溫閥門的閥桿應(yīng)設(shè)計為防吹出結(jié)構(gòu)，閥桿是要和介質(zhì)接觸的，如果沒有適當(dāng)?shù)难b置，閥桿會由于介質(zhì)的壓力作用被吹出，這是很危險的。低溫閥門應(yīng)具有防火防靜電結(jié)構(gòu)，如果LNG 閥門采用軟密封，密封副中有一方是絕緣體，在設(shè)計時應(yīng)設(shè)置合適的防靜電設(shè)施。當(dāng)閥門閥腔內(nèi)有可能集聚氣體時應(yīng)設(shè)置腔內(nèi)泄壓設(shè)施，泄壓方向應(yīng)滿足工藝要求。

6 LNG接收站保冷

LNG 接收站輸送的LNG 介質(zhì)溫度極低，管道長期低溫運行，低溫管道保冷效果直接影響到LNG 項目的總體能耗，采取保冷措施減少管線表面吸熱防止冷損，防止管道外壁凝露，經(jīng)濟有效地保護管道中LNG 的冷量不散失尤為重要。為避免低溫環(huán)境對人體的危害，需對低溫設(shè)備和管線進行低溫防護。

合理選用保冷材料是LNG 管道絕熱設(shè)計的前提。選擇合適的保冷材料可以降低項目的投資成本，同時降低項目的運營成本，甚至降低安全風(fēng)險，真正實現(xiàn)降本增效的目的。目前常用的保冷材料為PIR（全聚異氰脲酸酯），保冷結(jié)構(gòu)由保冷層、防潮層和保護層組成。

7 LNG接收站的腐蝕與防護

LNG 接收站大多建在沿海地區(qū)，受海洋大氣環(huán)境影響，LNG 接收站的設(shè)備、金屬管道以及鋼結(jié)構(gòu)等易受到腐蝕。對于埋地管道，考慮土壤腐蝕因素。對于海水管線，考慮海水的內(nèi)腐蝕問題。接收站內(nèi)的設(shè)備、管道、管件、閥門及附屬鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)綜合考慮選擇合理的腐蝕與防護方案。

LNG 接收站的管道材質(zhì)應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)的腐蝕性，選用相應(yīng)的耐腐蝕材料，如液化天然氣管道可選用雙牌號不銹鋼，天然氣可采用碳鋼，海水管可采用GRP 等。碳鋼通常易于腐蝕，所以需要進行防腐涂漆。

接收站內(nèi)，地上管道、設(shè)備及其附屬鋼結(jié)構(gòu)均考慮大氣腐蝕因素，金屬表面可進行涂漆防護，根據(jù)溫度和材質(zhì)來選擇不同類別的底漆、中間漆及面漆，滿足設(shè)計要求的腐蝕性等級。防腐用涂料應(yīng)選擇環(huán)保型涂料，符合國家環(huán)保與安全法規(guī)的有關(guān)要求。并應(yīng)與被涂物的使用環(huán)境、與被涂物表面的材質(zhì)、運行工況條件等相適應(yīng)。

8 LNG接收站的環(huán)境保護

LNG 接收站的環(huán)境保護要執(zhí)行國家相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放等標(biāo)準(zhǔn)。

LNG 接收站施工期會產(chǎn)生施工生產(chǎn)廢水及施工人員生活污水、施工廢氣、噪聲、施工期固體廢棄物等，運營期污染物排放包括海水冷排水、設(shè)備運行過程產(chǎn)生的廢機油、各類動力運轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生的噪聲及儲罐及ORV 非正常狀況下超壓排放氣等，會對附近的水環(huán)境、空氣環(huán)境、聲環(huán)境產(chǎn)生一定影響。

所以在進行設(shè)計時應(yīng)考慮相應(yīng)的措施，包括污染防治措施和生態(tài)恢復(fù)、補償措施等。如設(shè)置溫度檢測儀等措施控制海水取水口海水水溫和排水孔水溫的溫差，以控制水溫變化對排放區(qū)域內(nèi)海洋生態(tài)環(huán)境的影響。如海水采用次氯酸鈉進行殺生，在海水外排口設(shè)有余氯在線分析儀，實時監(jiān)控海水冷排水中余氯值。如設(shè)置LNG 集液池及導(dǎo)流溝用以收集泄漏的LNG。如設(shè)置雨水和污水收集池。如選用先進的設(shè)備及機械，有效地減少“跑、冒、漏、滴”的事件發(fā)生及機械維修次數(shù)，減少含油污水的產(chǎn)生量。設(shè)計中盡量選用低噪聲、少振動的設(shè)備，降低振動產(chǎn)生的噪聲；總平面布置中，噪聲設(shè)備遠離廠前區(qū)，以降低噪聲對聲環(huán)境敏感目標(biāo)的影響。如增加綠化面積，滿足綠化指標(biāo)。

9 LNG接收站安全考慮

液化天然氣LNG 有如下特性：溫度極低，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下其沸點約為–160℃（還與其組分有關(guān)）；極少量的LNG 液體可轉(zhuǎn)變?yōu)楹艽篌w積的氣體；天然氣具有易燃性，在大氣環(huán)境下與空氣混合物的可燃燒范圍約為天然氣體積分?jǐn)?shù)的5%～15%[6]。正是基于LNG 以上的特性，LNG 在存儲和運輸過程中有潛在的危險性。

液化天然氣具有低溫、易揮發(fā)和易燃易爆的特性。當(dāng)其與空氣的混合物達到一定濃度并遇到火源后，就有燃燒爆炸危險，而當(dāng)其泄漏到操作環(huán)境中時，會造成窒息危害。

LNG 接收站在生產(chǎn)過程中存在有可能導(dǎo)致職業(yè)病的危害因素，如甲烷、氮氣、低溫、噪聲。液化天然氣/天然氣的組成絕大部分是甲烷，濃度過高時可使人窒息。天然氣儲存過程中為低溫操作，操作人員一旦接觸外露的低溫設(shè)備和管線可能會造成低溫凍傷。生產(chǎn)過程中的設(shè)備的機械振動，電機產(chǎn)出的電池噪聲等都是主要的噪聲源。所以在進行接收總體布置和設(shè)計時，應(yīng)統(tǒng)籌考慮防窒息防毒措施、噪聲防治措施、防低溫措施等。

LNG 接收站工藝流程和系統(tǒng)相對簡單，但是因為LNG 的特殊性能，LNG 接收站必須做好安全工作，包括設(shè)備安全技術(shù)措施、工藝控制安全技術(shù)措施、電氣安全技術(shù)措施、防火防爆安全技術(shù)措施、防雷防靜電技術(shù)措施、總圖布置技術(shù)措施等，確保LNG 接收站可安全穩(wěn)定運行。只有做好LNG 接收站的安全運行工作，做好工藝系統(tǒng)的順利運行，才能夠更好地為投資者帶來較好的收益，也能夠進一步改善周圍的環(huán)境，保證能源的穩(wěn)定供給，進一步提高居民生活水平。

10 結(jié)束語

液化天然氣（LNG）是天然氣行業(yè)的重要組成部分，因其清潔、高效和經(jīng)濟的特性，被認為是地球上最干凈的石化能源，逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和居民燃氣等多個領(lǐng)域，對于提升我國經(jīng)濟發(fā)展水平和環(huán)境質(zhì)量具有重要的作用。隨著國內(nèi)多座LNG 接收站的建成，LNG 接收站也將迎來蓬勃發(fā)展的前景。

伴隨著世界能源結(jié)構(gòu)的深刻調(diào)整，國家大力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加快清潔能源發(fā)展步伐，提升清潔能源消費比例的要求和愿景，以及隨著國家“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的開展，可以看出國家對節(jié)能環(huán)保的不斷重視。而LNG 作為高效、低碳、清潔、可靠能源，將承擔(dān)“十四五” 期間我國能源轉(zhuǎn)型重要使命，將會在未來的產(chǎn)業(yè)份額中占據(jù)越來越大的比例，而LNG 接收站的發(fā)展也將呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢，在保障供應(yīng)和市場調(diào)節(jié)方面繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

為了達到國家提出的“碳中和、碳達峰”要求，可進一步延伸LNG 產(chǎn)業(yè)鏈，充分利用LNG 冷能，完善LNG 冷能產(chǎn)業(yè)園區(qū)項目規(guī)劃。如推動冷熱電聯(lián)供、汽車加氣站項目和橡膠粉碎、丁基橡膠、冷能空分、干冰、冷庫、凍干食品、制冰等冷能利用項目建設(shè)。

在進行LNG 接收站項目研究設(shè)計時，應(yīng)做好前期市場調(diào)查，以更加準(zhǔn)確地進行LNG 接收站的市場和規(guī)模定位。而且在進行技術(shù)設(shè)計時應(yīng)充分考慮LNG 接收站的安全，充分考慮到LNG 的特性，以便保證LNG 接收站的安全穩(wěn)定運行。

隨著科技信息的高速發(fā)展，建設(shè)智能接收站、智能工地等概念也越來越多被提及，若這些設(shè)想能真正實現(xiàn)，將有效提高LNG 接收站勞動生產(chǎn)率、安全運行能力、應(yīng)急響應(yīng)能力、風(fēng)險防范能力和科學(xué)決策能力，從而達到減員增效、提質(zhì)增效的目標(biāo)。