LNG气化站、加气站主要设备与工艺技术

刘君明2014.4LNG气化站、加气站主要设备与工艺技术目录一、前言二、LNG储罐三、LNG泵四、LNG气化器、增压器五、LNG加气机六、低温管道系统七、仪表风系统八、安全设施及附件九、运行管理一、前言LNG卫星站相当于小型的LNG接收气化站，适用于输气管线不易到达的中小城镇和需要使用清洁能源的特殊制造厂家等。LNG卫星站相同于气化站也是由LNG运输供应、卸货、LNG储存与气相处理、LNG输送与再气化、天然气输送与分配等环节组成。LNG卫星站（气化站）主要设备有低温储罐、LNG泵、LNG气化器、卸车增压器、BOG容器、低温管道系统、仪表风系统、自控系统、安全检测报警系统、消防设施等，设备数量不多，但由于LNG具有深度低温的特性，冷热温差大，供气、接卸作业间歇等特点，对卫星站（气化站）的设备又有一些特殊的要求，比如低温绝热设备的吊装就需特小心。LNG加气站除上面设备外还有加气机，销售管理系统等。一、前言LNG气化站工艺流程图LNG加气站工艺流程图二、LNG储罐LNG储罐从结构上分有卧式和立式。小型气化站、加气站LNG储罐从绝热形式可分为真空粉末绝热储罐、高真空多层缠绕绝热储罐。储罐分类二、LNG储罐按容量分类（1）小型（5～50m3）：常用于民用LNG汽车卫星站（气化站）及民用燃气液化站等。（2）中型（50～100m3）：多用于工业液化天然气气化站站，汽车卫星站（气化站）（≤60）。（3）大型（100～1000m3）：适用于小型LNG生产装置。（4）大型（10000～40000m3）：用于基本负荷型和调峰型气化装置。（5）特大型（40000～200000m3）：用于LNG接收站。高真空多层缠绕LNG储罐结构LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金属储罐和金属/预应力混凝土储罐3类。地上LNG储罐又分为金属子母储罐和金属单罐2种。金属子母储罐是由3只以上子罐并列组装在一个大型母罐(即外罐)之中，子罐通常为立式圆筒形，母罐为立式平底拱盖圆筒形。子母罐多用于天然气液化工厂。城市LNG气化站的储罐通常采用立式双层金属单罐，其内部结构类似于直立的暖瓶，内罐支撑于外罐上，内外罐之间是真空粉末绝热层或多层缠绕高真空绝热层。储罐容积有50、60m3和100m3，气化站多采用100m3储罐。加气站受国家规范的限制，单罐容积不大于60m3。对于100m3立式储罐，其内罐内径为3000mm，外罐内径为3200mm，罐体加支座总高度为17100mm，储罐几何容积为105．28m3。二、LNG储罐设计压力与计算压力的确定目前绝大部分100m3立式LNG储罐的最高工作压力为0．8MPa。按照GB150—1998《钢制压力容器》的规定，当储罐的最高工作压力为0．8MPa时，可取设计压力为0．84MPa。GB50156-20129.1.1加气站、加油加气合建站内LNG储罐的设计，应符合下列规定：1储罐设计应符合国家现行标准《钢制压力容器》GB150、《低温绝热压力容器》GB18442和《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004的有关规定。2储罐内筒的设计温度不应高于-196℃，设计压力应符合下列公式的规定：1）当Pw＜0.9MPa时：Pd≥Pw+0.18MPa（9.1.1-1）2）当Pw≥0.9MPa时：Pd≥1.2Pw（9.1.1-1）式中：Pw—设备最大工作压力（MPa）。Pd—设计压力（MPa）。外罐的主要作用是以吊挂式或支撑式固定内罐与绝热材料，同时与内罐形成高真空绝热层。作用在外罐上的荷载主要为内罐和介质的重力荷载以及绝热层的真空负压。所以外罐为外压容器，设计压力为-0．1MPa。二、LNG储罐二、LNG储罐储罐设计制造和验收应符合国家现行标准《钢制压力容器》GB150、《低温绝热压力容器》GB18442（固定式真空绝热深冷压力容器）GB/T18442-2011和《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004的有关规定。GB50156-2012有此项规定（9.1.1条）。主要技术指标1.静态蒸发率低温绝热压力容器在装载大于有效容积1/2低温液体时，静置达到热平衡后，24h内自然蒸发损失的低温液体质量和容器有效容积下低温液体质量的百分比，换算为标准环境下（20`C，101325Pa)蒸发率值，单位为％/d,LNG储罐执行的标准储罐技术指标二、LNG储罐2封结真空度低温绝热压力容器抽真空结束封结后，在常温状态下夹层压力相对稳定时的夹层真空度，单位为Pa。3真空夹层漏率单位时间内漏入真空夹层的气体量，单位为Pa·m3/s。4真空夹层放气速率真空夹层内绝热材料、器壁表面等在单位时间内放出的气体量，单位为Pa·m3/s。5真空夹层漏放气速率低温绝热压力容器真空夹层漏气速率和放气速率之和，单位为Pa·m3/s。储罐技术指标二、LNG储罐储罐技术指标◆二、LNG储罐储罐技术指标◆二、LNG储罐储罐技术指标◆二、LNG储罐储罐技术指标◆≤6×10-6≤6×10-5◆二、LNG储罐储罐技术指标-新旧标准对照◆GB18422-2001GB/T18422-2011二、LNG储罐储罐技术指标二、LNG储罐质量低劣的储罐液位计根部阀二、LNG储罐LNG储罐材质内筒：0Cr18Ni906Cr19Ni10外壳：Q345（16MnR）美国查特：S30408［σ］t~270MPa1902年汉阳铁厂造，该钢轨全长约25米，位于万源市境内的万白货运专用线一处山间铁路桥上，是作为护轨使用的。中小型LNG储罐的选材正常操作时LNG储罐的工作温度为-162．3℃，第一次投用前要用-196℃的液氮对储罐进行预冷，则储罐的设计温度为-196℃。内罐既要承受介质的工作压力，又要承受LNG的低温，要求内罐材料必须具有良好的低温综合机械性能，尤其要具有良好的低温韧性，因此内罐材料一般采用0Crl8Ni9，相当于ASME(美国机械工程师协会)标准的304。二、LNG储罐不锈钢牌号“304'’(S30400)是美国不锈钢标准(如ASTM标准)中的牌号名称，它是18―8型Cr-Ni奥式体不锈钢的典型牌号，由于其具有优良的综合性能，用途十分广泛，其产销量占到奥式体不锈钢的80%左右,在我国新制定的不锈钢牌号标准GB／T20878―2007中，与之对应的牌号是06Crl9Nil0(旧牌号为OCrl8Ni9)。二、LNG储罐304(06Crl9Nil0)钢的主要特性是：具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，如在浓度≤65%的沸腾温度以下的硝酸中，具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。具有优良的冷热加工和成型性能。可以加工生产板、管、丝、带、型各种产品，适用于制造冷镦、深冲、深拉伸成型的零件。低温性能较好。在-180℃条件下，强度、伸长率、断面收缩率都很好。由于没有脆性转变温度，常在低温下使用。具有良好的焊接性能。可采用通常的焊接方法焊接，焊前焊后均不需热处理。二、LNG储罐304钢也有性能上的不足之处：大截面尺寸钢件焊接后对晶间腐蚀敏感；在含水介质中(包括湿态大气)对应力腐蚀比较敏感；力学强度偏低，切削性能较差等。由于304钢有性能上的不足，人们在生产和使用中想办法扬长避短，尽量发挥发展它的优良性能，克服它的不足之处。于是，通过研究开发，根据不同使用环境或条件的特定要求，对其化学成分进行调整，发展出了满足某些特性使用要求的304衍生牌号。二、LNG储罐接管设计开设在储罐内罐上的接管口有：上进液口、下进液口、出液口、气相口、测满口、上液位计口、下液位计口、工艺人孔8个接管口。内罐上的接管材质都为0Cr18Ni9。为便于定期测量真空度和抽真空，在外罐下封头上开设有抽真空口(抽完真空后该管口被封闭)。为防止真空失效和内罐介质漏入外罐，在外罐上封头设置防爆装置。二、LNG储罐低温贮运设备的管道设置LNG储罐结构二、LNG储罐方法(1)常用于多层绝热压力容器，通过分别将冷热端的真空空间延伸至内容器和外壳外侧中去的办法使管子的冷热端之间有一个较大的长度，管子相应具备一定的收缩余量；方法(2)设计不合理，内胆液体中管线水平部分将有蒸汽冷凝，冷凝的液体可沿水平管流向热端，在热端蒸发，从而导致管线冷热端之间的蒸发—冷凝对流传热过程，产生很大的热流。二、LNG储罐方法(3)采用了一垂直上升弯头可避免(2)中的对流问题，采用一波纹管用以冷热收缩补偿，由于波纹管设在绝缘层中，因而难以修理，相应可靠性较差，不到万不得已，一般不采用。方法(4)为最佳设置，与(3)相比，将波纹管设置在容器壳体外侧，因而修理方便LNG储罐结构二、LNG储罐低温容器的液体排放一般有三种方法：(a)内胆的自增压；(b)外部气体对容器内胆的加压；(c)液泵输送。三种输液方式LNG储罐结构二、LNG储罐低温容器的三种输液方式LNG储罐结构二、LNG储罐大型低温贮运设备的安全装置主要有：(1)内胆安全阀(2)内胆防爆膜装置(3)绝热夹套防爆膜装置LNG储罐结构二、LNG储罐低温贮槽上的基本安全装置LNG储罐结构二、LNG储罐内胆防爆膜装置与安全阀并列布置，其起到当安全阀失灵或容量不够造成内胆过压时第二道安全保护作用，其爆破压力一般为内胆设计表压的120%绝热夹套防爆膜装置用于防止外壳受破坏或内胆因外部受压而变形。一般来说，夹套防爆装置的爆破压力设计为0.035~0.05MPa表压LNG储罐结构二、LNG储罐低温容器的典型构造LNG储罐结构二、LNG储罐液位测量装置为防止储罐内LNG充装过量或运行中罐内LNG太少危及储罐和工艺系统安全，在储罐上分别设置测满口与差压式液位计两套独立液位测量装置，其灵敏度与可靠性对LNG储罐的安全至关重要。在向储罐充装LNG时，通过差压式液位计所显示的静压力读数，可从静压力与充装质量对照表上直观方便地读出罐内LNG的液面高度、体积和质量。当达到充装上限时，LNG液体会从测满口溢出，提醒操作人员手动切断进料。储罐自控系统还设有高限报警(充装量为罐容的85％)、紧急切断(充装量为罐容的95％)、低限报警(剩余LNG量为罐容的10％)。二、LNG储罐绝热层LNG储罐的绝热层有以下3种形式：①高真空多层缠绕式绝热层。多用于LNG槽车和罐式集装箱车。②正压堆积绝热层。这种绝热方式是将绝热材料堆积在内外罐之间的夹层中，夹层通氮气，通常绝热层较厚。广泛应用于大中型LNG储罐和储槽，例如立式金属LNG子母储罐。③真空粉末绝热层。常用的单罐公称容积为100m3和50m3的圆筒形双金属LNG储罐通常采用这种绝热方式。在LNG储罐内外罐之间的夹层中填充粉末(珠光砂)，然后将该夹层抽成高真空。通常用蒸发率来衡量储罐的绝热性能。目前国产LNG储罐的日静态蒸发率体积分数≤0．3％。二、LNG储罐储罐操作工艺指标最高工作压力：最低工作温度：-196℃最高液位最低液位操作安全技术要求二、LNG储罐二、LNG储罐储罐进液操作程序准备工作操作人员的要求：操作人员应经过安全教育和操作技术培训合格后持证上岗，操作人员在作业时应佩戴必要的劳保用品及工作服。试压要求设备投用前都应按设计要求进行压力试验。试压气体应为干燥氮气，其含氧量不大于3%，水分露点不大于-25℃，且不得有油污。吹除置换要求：吹除置换是保证设备正式充装液体安全的保证措施，应先用含氧量不大于3%的氮气吹除，同时保证无油污，水分露点不大于-25℃。然后再用LNG置换至液体纯度为至，方可允许充装液体。预冷：试压合格后，需用液氮进行预冷，以确保设备的低温运行可靠性：储罐在首次使用前必须用氮气进行吹扫及预冷。最大吹扫压力应相当于最大工作压力的50%，或者低于这个压力。操作安全技术要求二、LNG储罐打开上、下进液阀同时充装，同时打开液体充满溢流口阀，排放储罐内的气体，直至有LNG的气体排出时，立即关闭充满溢流口阀；充装至储罐的50%以上容积时，应关闭下进液阀；当充装到储罐容积的85%时，应关闭上进液阀，并停止充装5分钟，使筒内液面静，然后打开上进液阀继续充装，直到有液体从充满溢流阀流出时，立即关闭充满溢流口阀，停止充装及关闭上进液