隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷地朝向低碳化發(fā)展。天然氣作為低碳化的清潔能源，引起了世界各國(guó)的高度重視和發(fā)展。作為較高耗能的鋁加工行業(yè)，清潔能源天燃?xì)獯嫒剂嫌陀糜谌坭T爐、均質(zhì)爐、鋁棒加熱爐、時(shí)效爐、干燥爐等非常優(yōu)越，具備條件的企業(yè)采用天然氣這種清潔能源作燃料已是大勢(shì)所趨。為此，本文針對(duì)企業(yè)使用天然氣氣站工程設(shè)計(jì)，和所需的工藝流程、技術(shù)條件設(shè)備和使用管理等，作一簡(jiǎn)要概述。以供相關(guān)企業(yè)和專業(yè)技術(shù)人員等參考。
1 天然氣站的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：
作為一間生產(chǎn)應(yīng)用企業(yè)的一個(gè)天然氣站，除按消防安全規(guī)定進(jìn)行選址定位等外，氣站的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參 數(shù)如下（20℃,1.01325bar狀態(tài)）：
密度：0.70kg/Nm?；低熱值：34.4MJ/Nm?；設(shè)計(jì)壓力：中壓 0.4MPa；管道設(shè)計(jì)溫度: 常溫；華白數(shù)：54MJ/Nm?；屬12T天然氣
1.1 LNG氣化站工藝技術(shù)與工藝流程
液態(tài)天然氣/（LNG） 采用罐式集裝箱貯存。通過(guò)大型槽車(chē)由公路運(yùn)輸至貯存氣化站，在卸氣站臺(tái)用槽車(chē)自帶的增壓器對(duì)集裝箱貯槽增壓，利用壓差將LNG送至貯存氣化站低溫的LNG貯罐。非工作條件下，貯罐內(nèi) LNG 貯存的溫度為-162℃，壓力為常壓。在工作條件下，貯槽增壓器將貯槽內(nèi)的LNG增壓到0.35MPa。增壓后的低溫LNG 自流方式進(jìn)入主空浴式氣化器，與空氣換熱后轉(zhuǎn)化為氣態(tài)NG 并升高溫度，出口溫度比環(huán)境溫度低－10℃，壓力在 0.35Mpa；當(dāng)空浴式氣化器出口的天然氣溫度達(dá)不到 5℃以上時(shí)，通過(guò)水浴式加熱器升溫。最后經(jīng)加臭、計(jì)量后進(jìn)入中間供氣管網(wǎng)站或終端用戶。
工藝設(shè)備與工藝流程如圖1所示。
1.1.1 LNG氣化站的技術(shù)設(shè)備與用途
LNG氣化站的技術(shù)設(shè)備與用途如表1所示。
表1 LNG氣站主要技術(shù)設(shè)備表
LNG的進(jìn)站卸車(chē)入罐，其工藝方法是采用槽車(chē)自增壓方式。集裝箱貯槽中的LNG 在常壓、?162℃低溫條件下，利用增壓器給集裝箱貯槽增壓至0.6MPa，利用壓差將LNG通過(guò)液相管線輸送進(jìn)入氣化站低溫貯罐。另外，在卸車(chē)輸送LNG進(jìn)行的末段，集裝箱貯槽內(nèi)的低溫NG氣體，要利用BOG氣相管線進(jìn)行回收。卸車(chē)工藝管線包括液相管線、氣相管線、氣液連通管線、安全泄壓管線、氮?dú)獯祾吖芫€以及若干低溫閥門(mén)等組成。
1.1.3 LNG的貯存增壓工藝
在LNG 氣化供應(yīng)工作流程中，需要進(jìn)行從貯罐中增壓流出、氣化、加臭等過(guò)程，最后進(jìn)入供氣管網(wǎng)中間站或終端用戶。LNG 貯罐貯存的技術(shù)參數(shù)為常壓、?162。所以，在運(yùn)行時(shí)需要對(duì)LNG貯罐進(jìn)行增壓，以維持其0.35~0.40MPa 的壓力，保證LNG的輸出量。
中小型LNG 貯存氣化站常用的增壓方式，通常有兩種。一種是增壓氣化器結(jié)合自力式增壓調(diào)節(jié)閥方式；另一種是增壓氣化器結(jié)合氣動(dòng)式增壓調(diào)節(jié)閥方式。本工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)采用增壓氣化器， 結(jié)合氣動(dòng)式增壓調(diào)節(jié)閥方式。該增壓系統(tǒng)由貯罐增壓器，即空浴式氣化器和若干控制閥門(mén)組成。具體工藝設(shè)備聯(lián)接流程，如圖2所示：
當(dāng)LNG貯罐壓力低于升壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定開(kāi)啟壓力時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟，LNG進(jìn)入空溫浴式氣化器，氣化為NG 后通過(guò)貯罐頂部的氣相管進(jìn)入罐內(nèi)，貯罐壓力上升；當(dāng)LNG 貯罐壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，空浴氣化器停止氣化，隨著罐內(nèi)LNG 的排出，貯罐壓力下降。通過(guò)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而將LNG 貯罐壓力維持在設(shè)定壓力范圍內(nèi)。
1.1.4 氣化加熱工藝
采用空浴式和水浴式相結(jié)合的串聯(lián)流程，夏季使用自然能源，冬季用熱水，利用水浴式加熱器進(jìn)行增熱，可滿足站內(nèi)的生產(chǎn)需要。
空浴氣化器分為強(qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種，本設(shè)計(jì)采用自然通風(fēng)空浴氣化器。自然通風(fēng)式氣化器需要定期除霜、定期切換。在兩組空浴化器的入口處均設(shè)置氣動(dòng)切斷閥，正常工作時(shí)，組空浴氣化器通過(guò)氣動(dòng)切斷閥在控制臺(tái)處的定時(shí)器進(jìn)行切換，切換周期為6 小時(shí)/次。當(dāng)出口溫度低于0℃時(shí)，低溫報(bào)警并連鎖切換空浴氣化器。
水浴式加熱器根據(jù)熱源不同，可分為熱水加熱式、燃燒加熱式、電加熱式等等。
1.1.5 BOG處理工藝
由于吸熱或壓力變化造成LNG 的一部分蒸發(fā)為氣體(Boil Off Gas)，本工程中BOG 氣體包括：
A.LNG 貯罐吸收外界熱量產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體
B.LNG 卸車(chē)時(shí)貯罐由于壓力、氣相容積變化產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體
C.受入貯罐內(nèi)的LNG 與原貯罐內(nèi)溫度高低差的LNG 接觸產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體
D.卸車(chē)時(shí)受入貯罐內(nèi)氣相容積相對(duì)減少產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體
E.受入貯罐內(nèi)壓力較高時(shí)進(jìn)行減壓操作產(chǎn)生的氣體
F.集裝箱式貯槽內(nèi)的殘余氣體
采取槽車(chē)自壓回收方式回收BOG?；厥誃OG 的處理采用緩沖輸出的方式，排出的BOG 氣體為高壓低溫狀態(tài)，且流量不穩(wěn)定。因此需設(shè)置BOG 加熱器及緩沖調(diào)壓輸出系統(tǒng)并入用氣管網(wǎng)。
1.1.6 安全泄放工藝
天然氣為易燃易爆物質(zhì)，在溫度低于-120℃左右時(shí)，天然氣密度重于空氣，一旦泄漏將在地面聚集，不易揮發(fā)。而在常溫時(shí)，天然氣密度遠(yuǎn)小于空氣密度，易擴(kuò)散。根據(jù)其特性，按照相關(guān)的規(guī)范要求必須進(jìn)行安全排放。過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)采用集中排放的方式。安全泄放工藝系統(tǒng)由安全閥、爆破片、EAG 加熱器、放散塔等組成。
1.1.7 計(jì)量加臭工藝
主氣化器及緩沖罐氣體進(jìn)入計(jì)量段，計(jì)量完成后再經(jīng)過(guò)加臭處理，然后輸入用氣管網(wǎng)中間站或終端用戶。設(shè)計(jì)是根據(jù)流量計(jì)傳來(lái)的流量信號(hào)，按比例地加注入臭劑，也可以按固定的劑量加注四氫塞吩。
1.2 氣化站平面布置
在工程設(shè)計(jì)上，氣化站分為兩大區(qū)域：生產(chǎn)區(qū)和輔助生產(chǎn)區(qū)。
生產(chǎn)區(qū)：主要有LNG 儲(chǔ)罐、空浴式氣化器、水浴式加熱器、緩沖罐、加臭裝置等生產(chǎn)設(shè)備。另外還包括卸車(chē)臺(tái)及槽車(chē)回轉(zhuǎn)場(chǎng)地。
輔助生產(chǎn)區(qū)：包括控制室、變配電室、柴油發(fā)電機(jī)房、消防系統(tǒng)包括消防泵房、消防水池管閥等和氮?dú)馀锏取?nbsp;
1.3 LNG 氣化站主要設(shè)備的技術(shù)性能與制造要求1.3.1 LNG 儲(chǔ)罐及其制造的安全技術(shù)要求
采用地上式金屬單罐，其結(jié)構(gòu)形式為真空粉末絕熱、立式圓筒形雙層壁結(jié)構(gòu)，采用四支腿支撐方式。
內(nèi)罐采用耐低溫的奧氏體不銹鋼 0Cr18Ni9-GB4237 制成。材料應(yīng)符合《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》GB150和設(shè)計(jì)的圖紙規(guī)定：制造時(shí)采取措施有焊接工藝評(píng)定和做焊接試板的力學(xué)性能檢驗(yàn)，同時(shí)還需經(jīng)受真空檢漏，包括氦質(zhì)譜真空檢漏考核，以符合真空絕熱的安全技術(shù)要求。
外罐殼體采用壓力容器用鋼板 16MnR-GB6654 制成。所用材料應(yīng)嚴(yán)格地控制質(zhì)量。外層罐殼是為了滿足夾層內(nèi)真空粉末絕熱要求而設(shè)計(jì)的內(nèi)罐保護(hù)殼。外罐殼體屬于真空外壓容器，對(duì)外殼罐體的檢驗(yàn)除需經(jīng)受0.115Mpa的內(nèi)壓氣密性檢漏外，還應(yīng)進(jìn)行真空檢查，包括氦質(zhì)譜真空檢漏考核，以符合真空絕熱的安全技術(shù)要求。外殼罐體上方安裝有LNG的氣體外排的安全泄放口和管理及重點(diǎn)部位的接地防雷擊設(shè)施，以保證氣站和罐體等的絕對(duì)安全。
內(nèi)外罐體之間安裝有內(nèi)外罐體的固定裝置，固定裝置將滿足生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過(guò)程強(qiáng)度、穩(wěn)定性等安全需要以及絕熱保冷的安全技術(shù)需要。夾層內(nèi)填裝有優(yōu)質(zhì)專用的珠光砂保冷材料用于保冷，同時(shí)夾層內(nèi)還設(shè)置抽真空管道。
1.3.2 空浴式氣化器
空浴式氣化加熱器的導(dǎo)熱管系統(tǒng)是由散熱片和管材擠壓成型的，導(dǎo)熱管的橫截面為星形翅片。氣化器的材質(zhì)必須選擇符合耐低溫（-162 ℃）的材質(zhì)。目前常用的材料有鋁合金（LF21）?？赵∈綒饣鞯慕Y(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)為立式長(zhǎng)方體。
1.3.3水浴式加熱器
水浴式加熱器根據(jù)熱源的不同工程設(shè)計(jì)時(shí)，可選擇熱水式、蒸汽加熱式、和電加熱式等。
1.3.4緩沖罐
設(shè)置緩沖罐的主要目的是為了緩沖經(jīng)過(guò)加溫后的BOG氣體，以達(dá)到能穩(wěn)定出站天然氣的壓力。
1.3.5 加臭裝置
設(shè)計(jì)采用一體化撬裝燃?xì)饧映粞b置。
加臭劑四氫塞吩的加入量，在工藝技術(shù)上控制在15~20mg/m? 。
2 LNG氣站的安全技術(shù)管理
2.1 天然氣站的安全管理措施
2.1.1天然氣站的供氣運(yùn)行必須保證常年24小時(shí)不間斷有人值班。
2.1.2生產(chǎn)區(qū)內(nèi)不準(zhǔn)停放車(chē)輛，嚴(yán)禁無(wú)阻火器車(chē)輛進(jìn)入站區(qū)。
2.1.3LNG儲(chǔ)罐每年須進(jìn)行一期真空檢驗(yàn)和外觀檢查，安全閥、壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)，每年必須按規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，保持在有效期內(nèi)。
2.1.4站內(nèi)外嚴(yán)禁有易燃易爆物品和其它不安全隱患。
2.1.5電話、防爆照明電氣設(shè)備必須正常完好。正確使用設(shè)備，不超壓，超速或超負(fù)荷運(yùn)行設(shè)備。
2.1.6在站內(nèi)的消防器材要嚴(yán)格管理，無(wú)特殊情況，不得隨意挪用，并保證在有效期內(nèi)，接收消防大隊(duì)的檢查。
2.1.7在站內(nèi)明顯處懸掛有“嚴(yán)禁煙火”等標(biāo)志牌，非工作人員嚴(yán)禁入內(nèi)。加強(qiáng)明火管控，員工進(jìn)入站區(qū)，不準(zhǔn)穿帶鐵釘?shù)男鞣N手機(jī)電話等通信工具要按指定地點(diǎn)存放，在站內(nèi)工作時(shí)不準(zhǔn)使用。
2.1.8檢修主要的供氣、輸配電等設(shè)備時(shí)，安全措施落實(shí)沒(méi)到位，不準(zhǔn)檢修。
2.1.9檢修人員要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，檢修前應(yīng)辦理相關(guān)報(bào)批手續(xù)，并經(jīng)主管部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)同意，重大設(shè)備檢修須經(jīng)上級(jí)高層主管領(lǐng)導(dǎo)審批簽字確認(rèn)。檢修后的設(shè)備，未經(jīng)徹底檢查驗(yàn)收，不準(zhǔn)啟動(dòng)使用。檢修完畢后將檢修的工作場(chǎng)地清理干凈，不留任何雜物。
3 結(jié)術(shù)語(yǔ)
文中系統(tǒng)地闡述了LNG工業(yè)工程氣站及各道工序設(shè)計(jì)的工藝技術(shù)設(shè)備與技術(shù)條件；并提出了安全管理事項(xiàng)。關(guān)于天然氣這種清潔能源在鋁加工行業(yè)使用，具有顯著的環(huán)保、成本合適等優(yōu)勢(shì)，在其它工業(yè)上的應(yīng)用也日趨呈現(xiàn)。LNG供給、價(jià)格等目前也相對(duì)穩(wěn)定，普及使用將日益廣泛。