(二) LNG供氣站的工藝流程? ??
LNG供氣站的工藝大致分為兩種:一種是蒸發(fā)氣體(BOG)再液化工藝;另一種是BOG直接壓縮工藝。兩種工藝并無本質(zhì)上的區(qū)別,僅在蒸發(fā)氣體的處理上有所不同。圖5-2是采用BOG再液化工藝的LNG供氣站的工藝流程。
在LNG供氣站,LNG運(yùn)輸船(或槽車)抵達(dá)碼頭后,經(jīng)卸料臂將LNG輸送到儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。來自儲(chǔ)罐的LNG由泵升壓后送入氣化器,LNG受熱氣化后輸送到下游用戶管網(wǎng)。LNG在儲(chǔ)存中,由于儲(chǔ)罐不可避免的漏熱,部分LNG會(huì)從液相蒸發(fā)出來,這部分蒸發(fā)氣體即BOG。
采用再液化工藝時(shí),BOG先通過壓縮機(jī)加壓到1MPa左右,然后與LNG低壓泵送來的壓力為1MPa的LNG過冷液體換熱并重新液化為L(zhǎng)NG。若采用BOG直接壓縮工藝,則由壓縮機(jī)壓縮到用戶所需壓力后直接進(jìn)入外輸管網(wǎng)。BOG直接壓縮工藝需要將氣體直接升壓至管網(wǎng)壓力,需要消耗大量壓縮功;而LNG再液化工藝是將液體用泵升壓,由于液體體積要小得多,且液體的壓縮性很小,因此液體升壓過程的能耗比BOG直接升壓過程可節(jié)約50%左右。
為了防止LNG在卸船(車)過程中造成LNG船艙(車廂)形成負(fù)—壓,一部分BOG需要返回LNG船(車)以平衡壓力。
(三) LNG供氣站的主要設(shè)備
LNG供氣站的設(shè)備主要有儲(chǔ)罐、汽化器、泵和壓縮機(jī)等。
1. LNG儲(chǔ)罐
液化天然氣儲(chǔ)罐主要有金屬儲(chǔ)罐和鋼筋混凝土儲(chǔ)罐兩大類。根據(jù)防漏設(shè)施不同又可分為以下四種形式。
(1) 單容積式儲(chǔ)罐此類儲(chǔ)罐在金屬罐外有一比罐高低得多的混凝土圍堰,圍堰內(nèi)容積與儲(chǔ)罐容積相等。該形式儲(chǔ)罐造價(jià)最低,但安全性稍差,占地較大。
(2) 雙容積式儲(chǔ)罐此類儲(chǔ)罐在金屬罐外有一與儲(chǔ)罐簡(jiǎn)體等高的無頂混凝土外罐,即使金屬罐內(nèi)LNG泄漏也不至于擴(kuò)大泄漏面積,只能少量向上空蒸發(fā),安全性比前者好。
(3) 全容積式儲(chǔ)罐此類儲(chǔ)罐在金屬罐外有一帶頂?shù)娜忾]混凝土外罐,金屬罐泄漏的LNG只能在混凝土外罐內(nèi)而不至于外泄,在上述兩種地J三式儲(chǔ)罐中安全性最高,造價(jià)也最高,在歐美國(guó)家應(yīng)用較多。
(4) 地下式儲(chǔ)罐與以上三種類型不同的是此類儲(chǔ)罐完全建在地面以下,金屬罐外是深達(dá)百米左右的混凝土連續(xù)地中壁。地下儲(chǔ)罐主要集中在日本,抗地震性好,適宜建在海灘回填區(qū)上,占地少,多個(gè)儲(chǔ)罐可緊密布置,對(duì)站周圍環(huán)境要求較低,安全性最高。但這種儲(chǔ)罐投資大(約比單容積儲(chǔ)罐高出一倍),且建設(shè)周期長(zhǎng)。
2. 液化天然氣汽化器
LNG氣化器按其熱源的不同,可分為以下三種類型:
(1) 加熱汽化器?汽化裝置的熱量來源于燃料燃燒、電力、鍋爐或內(nèi)燃機(jī)廢熱。加熱汽化器有整體加熱汽化器和遠(yuǎn)程加熱汽化器兩種類型。整體加熱汽化器采用熱源整體加熱法使低溫液體汽化,最典型的即是浸沒式燃燒汽化器。遠(yuǎn)程加熱氣化器中的主要熱源與實(shí)際汽化交換器分開,并采用某種流體(如水、水蒸氣、異戊烷、甘油)作為中間傳熱介質(zhì);由中間介質(zhì)與LNG換熱,使LNG汽化。
(2) 環(huán)境汽化器?汽化的熱量來自自然環(huán)境的熱源,如大氣、海水、地?zé)崴?。?dāng)然,自然環(huán)境的熱量如果不是直接使LNG汽化,而是通過加熱一種中間介質(zhì),再由中間介質(zhì)使LNG汽化的話,則這就是一種遠(yuǎn)程加熱汽化器,而不是環(huán)境汽化器。如果自然熱源與實(shí)際的汽化器是分開的并使用了可控制的傳熱介質(zhì),則應(yīng)認(rèn)為這種汽化器是遠(yuǎn)程加熱汽化器,應(yīng)符合加熱汽化器的規(guī)定。
(3) 工藝汽化器汽化的熱量來源于另外的熱動(dòng)力過程或化學(xué)過程,或有效利用液化天然氣的制冷過程。實(shí)際上,在各種LNG冷能利用的綜合流程中,如發(fā)電、化工、空分等流程,將需要排出熱量的過程與LNG的吸熱汽化過程結(jié)合起來,可以節(jié)約用于LNG汽化的能量,同時(shí)使各工藝過程的能量利用效率得到提高。
3. 泵和壓縮機(jī)
液化天然氣汽化站中使用的泵和壓縮機(jī),應(yīng)滿足下列要求:
① 泵和壓縮機(jī)應(yīng)當(dāng)使用在可能遇到的?度和壓力條件下都能正常工作的材料來制造;
② 閥門的安裝應(yīng)使每一臺(tái)泵或壓縮機(jī)都能單獨(dú)維修。在泵或離心式壓縮機(jī)因操作需要并列安裝的場(chǎng)合,每一個(gè)出口管線上應(yīng)配一個(gè)止回閥;
③ 泵和壓縮機(jī)應(yīng)當(dāng)在出口管線上裝備一個(gè)減壓裝置來限制壓力,使之低于機(jī)殼和下游管道、設(shè)備的設(shè)計(jì)最大安全工作壓力;
④ 每一臺(tái)泵應(yīng)當(dāng)裝備有足夠能力的安全放散,用以防止泵殼在冷卻時(shí)產(chǎn)生最大流量期間超壓;
⑤ 低溫泵的地基和油池的設(shè)計(jì)和施工中,應(yīng)防止冷凍膨脹;
⑥ 用于輸送溫度低于-29℃的液體泵,應(yīng)配備預(yù)冷裝置,確保泵不被損壞或造成臨時(shí)或永久失效;
⑦ 處理可燃?xì)怏w的壓縮設(shè)備,應(yīng)在各個(gè)氣體可能泄漏的點(diǎn)設(shè)排氣道,使氣體能排出到建筑物外部可供安全排放的地方。
(四) 測(cè)量?jī)x表
1. 液位測(cè)量
LNG儲(chǔ)罐應(yīng)當(dāng)設(shè)置兩套獨(dú)立的液位測(cè)量裝置。在選擇測(cè)量裝置時(shí)應(yīng)考慮密度的變化。這些液位計(jì)應(yīng)在不影響儲(chǔ)罐正常運(yùn)行時(shí)可以更換。
另外,儲(chǔ)罐還應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)高液位報(bào)警器。報(bào)警器應(yīng)使操作人員有充足的時(shí)間停止進(jìn)料,使液位不致超過最大允許裝料高度,并應(yīng)安裝在控制裝料人員能夠聽到報(bào)警聲的地方。即使使用高液位進(jìn)料切斷裝置,也不能用它來代替報(bào)警器。
2. 壓力測(cè)量
每個(gè)LNG儲(chǔ)罐都應(yīng)當(dāng)安裝一個(gè)壓力表。此壓力表應(yīng)連接到儲(chǔ)罐的最高預(yù)期液位上方的位置。
3. 真空表
真空夾套設(shè)備應(yīng)當(dāng)裝備儀表或接頭,用以檢測(cè)夾層空間內(nèi)的絕對(duì)壓力。
4. 溫度檢測(cè)
當(dāng)LNG儲(chǔ)罐投入使用時(shí),應(yīng)在儲(chǔ)罐內(nèi)配置溫度檢測(cè)裝置,用來幫助控制溫度,或作為檢查和校正液位計(jì)的手段。
汽化器應(yīng)當(dāng)安裝溫度指示器來檢測(cè)液化天然氣、蒸發(fā)氣體以及加熱介質(zhì)流體的進(jìn)口和出口溫度,保證傳熱效率。
在低溫設(shè)備和容器的支座基礎(chǔ)可能會(huì)受到凍結(jié)、大地凍脹等不利影響的場(chǎng)合,應(yīng)當(dāng)安裝溫度檢測(cè)系統(tǒng)。
5. 檢測(cè)儀表的緊急切斷
在可能范圍內(nèi),液化、儲(chǔ)存和汽化設(shè)備的儀表在出現(xiàn)電力或儀表氣動(dòng)故障時(shí),應(yīng)使系統(tǒng)處于失效保護(hù)狀態(tài),直到操作人員采取適當(dāng)措施來重新啟動(dòng)或維護(hù)該系統(tǒng)。
(五) 有關(guān)安全檢測(cè)設(shè)備
在有可燃?xì)怏w、火焰、煙、高溫、低溫等潛在危險(xiǎn)存在的地方,安裝一些必要的探測(cè)器,對(duì)危險(xiǎn)狀況進(jìn)行預(yù)報(bào),可以使工作人員能及時(shí)采取緊急處理措施。LNG工廠中通常用以下幾種檢測(cè)器:甲烷氣體檢測(cè)器,火焰檢測(cè)器,高、低溫檢測(cè)器,煙火檢測(cè)器。除了低溫檢測(cè)器外,其他幾種檢測(cè)器都是必備的設(shè)備。每一個(gè)檢測(cè)器都要與自動(dòng)停機(jī)系統(tǒng)相連,在發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)能自動(dòng)起作用。
1. 可燃?xì)怏w檢測(cè)器(CGD)
防火控制系統(tǒng)必須對(duì)LNG的泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)??梢酝ㄟ^觀察、檢測(cè)儀器或兩者綜合使用。白天LNG發(fā)生溢出,可以通過產(chǎn)生的蒸氣云團(tuán)看見。然而,在晚上及照明不好的情況下就不容易看清楚。如果僅僅依靠人工觀察來檢測(cè)泄漏,顯然是不夠的。
對(duì)于比較大的LNG裝置,應(yīng)當(dāng)安裝可燃?xì)怏w檢測(cè)裝置,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)。在最有可能發(fā)生泄漏的位置安裝傳感器。當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到空氣中可燃?xì)怏w的含量達(dá)到最低可燃范圍下限(HL)的10%~20%時(shí),將向控制室發(fā)出警報(bào)??刂剖业娜藛T確定應(yīng)對(duì)措施并發(fā)出控制命令。在一些關(guān)鍵的地方,當(dāng)含量達(dá)到燃燒下限(UL)的20%時(shí),會(huì)自動(dòng)切斷整個(gè)系統(tǒng)。考慮到LNG裝置有限的人員配備和可燃?xì)怏w的存在,有必要設(shè)置實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)控,消除人為的疏忽和大意的可能性。對(duì)于比較小的裝置,由于系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,產(chǎn)生泄漏的可能性較小,因此沒有必要安裝過多的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。