LNG應急調峰站工藝與總圖結合設計在某站中的實際應用

摘 要：【目的】解決現有LNG（液化天然氣）應急調峰氣源設施無法滿足未來燃氣供應突增需求的問題?！痉椒ā坎捎镁C合設計方法，著重于LNG應急調峰站的工藝設計和總圖規劃。通過詳細分析兩者之間的協同作用，探討了如何在設計過程中實現工藝與總圖的有機結合，以提高設施的整體效能和適應性?！窘Y果】將工藝設計與總圖規劃相結合，能夠顯著提升LNG應急調峰站的運行效率和安全性。這種集成設計方法不僅優化了空間布局，還促進了操作流程的流暢性，確保了在緊急情況下快速響應的能力。【結論】將工藝設計與總圖規劃有效結合，可以構建高效、安全且具有高度靈活性的LNG調峰系統，從而保障城市在冬季等高需求期的燃氣穩定供應。

關鍵詞：LNG應急調峰站；工藝設計；總圖布置；結合設計

中圖分類號：TU996.5 文獻標志碼：A 文章編號：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（液化天然氣）調峰站的工藝設計是站場中的主體，同時LNG調峰站為甲類場站，屬于火災爆炸危險場所，因此，其總圖設計同樣重要。站場總圖設計與工藝設計之間關系密切，二者是不可分割的整體?？倛D設計應嚴格遵循國家相關規范，控制站內主要設施與站內外建構筑物的安全間距，在滿足防火、安全、衛生、環保要求的前提下，結合工藝流程設計，保證生產流程合理、有序、簡捷、順暢、運輸組織方便、管線短捷、節約工程用地［1］。本研究以某項目LNG應急調峰站為例，從4個方面舉例分析LNG應急調峰站設計中工藝設計與總圖設計應相互結合，相輔相成。

1 在應急儲配規模和方式確定上的應用

1.1 儲存規模的確定

工藝上先確定LNG應急調峰站的儲存規模。綜合考慮國務院《關于促進天然氣協調穩定發展的若干意見》（國發〔2018〕31號）、國家發展和改革委員會發布《天然氣管網設施運行調度與應急保供管理辦法（試行）的通知》（發改運行規〔2022〕443號）中的要求，以及《城鎮燃氣規劃規范》GB/T 51098中對應急儲備的明確要求，城鎮燃氣應急儲備設施的儲備量應按照3至10天城鎮不可中斷用戶的年平均日用氣量計算。結合全部政策規范要求，確定LNG存儲規模。

總圖方面，規模小于等于2 000 m3的LNG站總圖布置按照《城鎮燃氣設計規范》GB 50028要求設計；規模大于2 000 m3的LNG應急調峰站總圖布置按照《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183要求設計，劃分站場等級，再控制防火間距。LNG應急調峰站儲存規模越大，儲罐總容積越大，站場等級越高，與周邊相鄰廠礦企業、居住區、村鎮、公共福利設施的防火間距越大。當LNG儲存總容量大于等于3萬m3時，與居住區、公共福利設施的距離應大于500 m，相比總容量小于3萬m3的LNG站與居住區、公共福利設施的距離增大一個數量級，因此周邊環境同樣限制了LNG站區儲罐總容積［2］。

以該項目LNG應急調峰站為例，規模嚴格落實政府3天供應量的儲氣能力要求，兼顧考慮城鎮燃氣企業年供應量5%的儲氣能力需求。根據建設內容，規劃LNG總儲存規模為20萬 m3（約1.2億標準立方米天然氣），本工程考慮LNG儲罐總容積為20萬m3，按《石油天然氣工程設計防火規范》GB 50183確定站場等級為一級，工程設計及實施時總圖布置按一級站場要求控制站內各設施與站外建構筑物，以及站內各設施之間的安全間距。

1.2 儲存方式的確定

從工藝和總圖方面總結的城鎮應急調峰站各類LNG儲罐形式的優缺點適用范圍及選用的規范見表1。不同的儲存方式適用的儲存規模不同，在確定的儲存規模前提下，能根據表中內容快速選擇儲存方式［3］。根據上述LNG儲存方式的適用范圍及比較，適用于該項目的建設規模的儲罐為常壓低溫儲存方式。

2 在工藝設備選型上的應用

2.1 LNG儲罐類型選擇

該項目選擇常壓低溫儲存方式。常用的常壓罐的結構形式主要有單容罐、雙容罐、全容罐3種形式，其區別見表2。

LNG罐型的選擇要求安全可靠、投資低、技術先進、結構有高度完整性等。同時考慮節約用地及對周邊環境、安全防護距離的影響最小。

LNG單容罐投資相對較低，設計壓力小，使蒸發氣體的回收壓縮系統需要較大的功率，增大投資和操作費用。當儲罐出現事故，儲存LNG的內罐泄漏時，LNG將損壞外罐，向外蔓延，造成更大的危害，單容罐需設置圍堰，需要較大的安全防護間距、占地面積大，輻射熱計算從圍堰邊緣計。雙容罐和全容罐的投資和交付周期相似，但雙容罐比全容罐安全水平低，在內罐發生泄漏時，液體不會外泄，但不能阻止LNG氣體的泄漏。全容罐是現在國內大型接收站普遍采用的罐型，投資比其他形式罐稍高，但安全性較好。混凝土全容罐的外罐可以承受內罐泄漏的LNG及其氣體，不會向外泄漏，可以承受熱輻射和外來物的攻擊，對于周圍的火情具有良好的耐受性，低溫影響也會限制在很小的區域范圍內。一旦發生事故，對裝置的控制和物料的輸送仍然可以繼續，直至設備停車。

根據上述比較分析，由于該項目近期所需儲備規模為20萬m3，儲備容量大，安全性為重中之重，同時周邊存在其他廠區，應減少對其他廠區的輻射熱影響。綜合考慮該項目的影響、使用壽命及周邊安全等因素，本項目選擇4座5萬m3LNG混凝土全容罐。

2.2 火炬類型的選擇

結合當前的環保要求，LNG應急調峰站放空流程，須減少對人身安全和環境影響及損害，不得大量直接外排，故設置了火炬系統，將事故狀態下自動放散的低壓和高壓氣體分別排放至火炬自動燃燒。火炬分為高架火炬和地面火炬，地面火炬有兩種形式，為開放式地面火炬和封閉式地面火炬［4］。

在總圖布置上，高架火炬宜位于站區生產設施全年最小頻率風向的上風側；地面火炬宜位于站區生產設施全年最小頻率風向的下風側。高架火炬與站內設施的防火間距根據人或設備的輻射熱強度計算確定。開放式地面火炬布置可按有明火或散發火花地點來考慮，封閉式地面火炬的防火間距可按照有明火的密閉工藝設備及加熱爐來考慮（參考根據《天然氣液化工廠設計標準》GB 51261中9.5.13條和《液化天然氣接收站工程設計規范》GB 51156中4.1.26條）。其中封閉式地面火炬的防火間距相比更?。?-6］。

在工藝流程上，密閉燃燒地面火炬投資較高，工藝流程較復雜。地面火炬裝置用于處理裝置正常及事故工況排放的可燃氣體，通過PLC控制系統實現自動聯鎖控制。配有的長明燈點火系統設置有自動點火、現場手動點火、手控遠操強制點火，每支長明燈設置的熱電偶火焰檢測裝置能充分保證點火的100%可靠性，并設置專業攝像頭，通過可視畫面實時監控塔內燃燒狀態，燃燒塔底部設置有可燃氣體探測器。燃燒塔體采用鋼制塔體，內側襯陶瓷纖維折疊塊，將火焰完全封閉在塔體內。燃燒過程封閉，外界看不見火光，沒有光污染，低熱輻射，噪聲低。地面熱輻射強度≤1.58 kW/m2（不含太陽熱輻射）。以該項目LNG應急調峰站為例，在火炬放空系統上，選用了封閉式地面火炬，按照明火設備考慮，進行站內外防火間距控制，更加安全環保，避免熱輻射對周邊現有的企業和居住區等影響，且使選址更靈活，總圖布置更為緊密。而且能夠有效減少對站內外建筑物及各類設施的影響，并且維修方便、運行成本低，便于后期運營［7］。

3 在豎向規劃上的應用

豎向規劃不僅要與該地段的城市規劃和現有標高統一協調，滿足防洪防澇要求，降低場區土石方工程量，與場外道路連接順暢，同時還要結合工藝布置和工藝流程設計豎向方案。

3.1 罐區豎向設計

LNG儲存溫度為-162 ℃，LNG液體密度為430 kg/m3。液化天然氣具有低溫、易揮發和易燃易爆的特性，且火焰溫度高、易形成大面積火災。當儲罐出現事故LNG溢出時，LNG傾倒至地面，最初會吸收周邊熱量猛烈沸騰，然后蒸發速率將迅速衰減至一個固定值。LNG的流淌范圍將不斷延伸，會在地面上形成一種液流，直到氣體的蒸發總量等于泄漏產生的液態氣體總量。最初蒸發氣體的溫度幾乎與LNG的溫度一樣，其密度比周圍空氣的密度大，這種氣體首先沿地面上的一個層面流動，遇到火源可引發火災，遇到人員會造成凍傷、窒息等傷害。故LNG儲罐區不應毗鄰布置在高于工藝裝置區、全廠性重要設置或人員集中場所的階梯上，以防止LNG泄漏有液體氣體沿豎向設計地坪流入到綜合辦公區及輔助區，對人員和重要設施造成損害。（參照《天然氣液化工廠設計標準》GB 51261中5.13條和《石油化工企業設計防火標準》GB 50160中4.2.3條）

該LNG應急調峰站項目在豎向規劃時充分結合功能分區，使工藝布置更加合理化。將儲罐區布置于站場較低處，綜合管理區布置于站場較高處。豎向設計采用平坡式布置，以0.5%～1.5%的坡度坡向北側和西側。LNG儲罐區位于站區內西側，分別位于綜合管理區和生產輔助區的西北側和西側，綜合管理區建筑物和生產輔助區建筑物設計標高分別高于儲罐區設計標高約2.0 m和1.0 m。且LNG儲罐區設置事故集液池，結合總圖布置和豎向設計，使泄漏的LNG收集到集液池內，以防止泄漏的LNG四處溢流。

3.2 卸車區豎向設計

LNG槽車卸車區應布置在儲配站邊緣，避開人員集中活動的場所。將LNG從氣源廠或集散地通過汽車槽車貯存并運至LNG應急調峰儲備站，在卸車臺卸液，將LNG送至低溫LNG儲罐。LNG槽車卸車都是通過尾部卸液，槽車出液管也都位于槽車后部。結合工藝流程及LNG的液體性質，同時銜接實際運用，針對“槽車卸車末端卸液不盡”技術問題，該項目設計豎向時在LNG槽車卸車保持平坡的條件下，調整豎向標高以使槽車在“頭高尾低”狀態下工作，卸液時不會殘留一些LNG液體在前部，既優化了設計方案，有助于減耗增收。

4 在交通組織規劃上的應用

總圖設計在交通組織規劃方面不僅要考慮道路的寬度、凈高、荷載、人流物流的合理性，同時與工藝流程和工藝設備設計相結合。

該LNG應急調峰站站址位于兩條市政道路交口，站內的LNG需求主要通過這兩條道路（市政道路1，市政道路2）運輸進入。兩種運輸道路途徑均與廬銅鐵路有交叉，下穿廬銅鐵路，該橋洞現狀的凈高可以滿足LNG車輛的運輸需求（LNG槽車凈高約3.9 m，橋洞的凈高大于5 m）。兩種運輸途徑均可以滿足LNG車輛的運輸需求。

工藝方面上，該站設LNG槽車卸車功能，站內設置12個卸車位，6個卸車島，每個島設置一個卸車撬，每個卸車撬設有2臺LNG卸車臂和2套氣相返回臂及其配套的就地控制系統，卸車島分兩組設計。站內設有4座5萬m3LNG儲罐，經計算共需4 000輛LNG槽車裝滿（單臺槽車按照50 m3的卸車量計算）。4 000輛車約耗時一個季度裝滿，平均每天運輸規模約為44輛，每臺車的卸車時間約為2 h，一次可滿足6臺車的卸車需求。在此情況下，計算出的道路的運輸強度需約為6輛/時，遠低于站外道路東側路（市政道路2，雙向兩車道）和南側現狀道路（市政道路1，雙向四車道）的通行能力，雙向兩車道約為3 000～7 500輛/晝夜（中型載重汽車交通量，折算125輛～312.5輛/小時），因此本站的LNG運輸規模對站外的交通影響較小，兩條道路均滿足全站的LNG運輸需求。

5 結語

綜上所述，在LNG應急調峰站項目設計中，工藝設計與總圖設計具有協作性、轉換性，密切相連，只有工藝設計與總圖設計協調配合，相互結合設計，才能完成項目設計。這需要設計人員擁有全面深刻的工藝設計知識和總圖專業知識，并能熟練靈活掌握，提升專業技能和知識水平，保持對行業動態的敏感度，加強理論知識和實踐運用之間的銜接，與實際施工結合緊密，活學巧用。

參考文獻：

［1］喻良澄，余祖珊，楊佳龍.LNG應急調峰儲配站前期規劃及建設要點分析［J］.中國石油和化工標準與質量，2023，43（18）：74-76，79.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部.城鎮燃氣規劃規范：GB/T 51098—2015［S］.北京：中國建筑工業出版社，2015.

［3］劉錦.真空罐、常壓罐、子母罐和球罐在LNG儲存上的對比使用［J］.科學與技術，2021（12）：10-18.

［4］中華人民共和國住房和城鄉建設部.石油化工企業設計防火標準：GB 50160—2008（2018年版）［S］.北京：中國計劃出版社，2018.

［5］中華人民共和國住房和城鄉建設部.液化天然氣接收站工程設計規范：GB 51156—2015［S］.北京：中國建筑工業出版社，2015.

［6］中華人民共和國住房和城鄉建設部.天然氣液化工廠設計標準：GB 51261—2019［S］.北京：中國建筑工業出版社，2019.

［7］支莉華，沈立龍，楊笑琴，等.大型LNG應急調峰站方案設計探討［J］.冶金動力，2023（2）：13-17.