LNG儲罐的設計標準及應力分析

隨著(zhù)中國經(jīng)濟的發(fā)展與能源消費結構的逐漸優(yōu)化，我國對清潔能源的需求也相繼增加，其中屬、清潔的氣消費增長(cháng)速度較快，很多將其作為燃料。中石油經(jīng)濟技術(shù)院預測，氣將成為我國的主體能源，在一次能源消費結構當中的比重在2020年、2030年將分別達到10%和12%。目前國內的氣產(chǎn)量尚且無(wú)法滿(mǎn)足對氣的需求量，大量氣需從。

國內對于氣的需求，使LNG的前景也加樂(lè )觀(guān)。我國城鎮的氣供應主要由氣管網(wǎng)和LNG氣化站互相配合以解決調峰和應急問(wèn)題。LNG氣化站是一種小型的將LNG氣化后輸至燃氣管網(wǎng)的處理場(chǎng)所，主要有LNG接收、儲存和氣化的功能。我國LNG氣化站發(fā)展雖快，但起步較晚，我國現在尚無(wú)LNG氣化站的設計標準。對于常用的美國NFPA-59A5《液化氣生產(chǎn)、儲存和裝卸標準》，由于其對消防的要求高，工程造價(jià)較高，在國內難以實(shí)施。我國在進(jìn)行LNG氣化站設計時(shí)，一般參照GB50028-2006《城鎮燃氣設計規范》進(jìn)行。

在應力分析方面，管道應力分析是管道系統布置、設計的基礎，關(guān)系到管道的結構。在，管道與支架設計時(shí)，進(jìn)行管道全線(xiàn)的應力分析，以管道的性。我國也逐步開(kāi)始對管道應力問(wèn)題引起重視，但現有的應力設計依賴(lài)于現場(chǎng)經(jīng)驗，沒(méi)有相對的理論依據，也沒(méi)有對LNG氣化站站場(chǎng)進(jìn)行應力分析的先例。

而LNG是在常壓下將氣態(tài)的氣冷卻至-162℃的低溫液體，儲存和運輸LNG的管道可能由于冷收縮而產(chǎn)生具有破壞性的應力與應變，使LNG管道在投產(chǎn)運行后存在較大隱患。同時(shí)，LNG還具有氣的可燃性、擴散性，一旦控制不當，都有可能導致事故的發(fā)生。尤其在設有BOG壓縮工藝的LNG氣化站中，壓縮機的運行會(huì )使管道發(fā)生振動(dòng)，增加管道應力，若導致設備或管道破裂，將造成LNG泄漏，LNG泄漏后會(huì )揮發(fā)擴散，如遇火源即將發(fā)生火災、爆炸等事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。例如，1994年美國俄亥俄州克夫蘭市LNG調峰站發(fā)生爆炸事故，事故波及14個(gè)街區，造成200輛車(chē)輛毀壞，136人喪生；2004年阿爾及利亞LNG液化廠(chǎng)發(fā)生爆炸事故。且在GB/T20801-2006《壓力管道規范工業(yè)管道》中規定，操作溫度大于等于400℃，或小于等于一70℃的管道應進(jìn)行管道應力分析。

LNG氣化站建設運營(yíng)中的應力問(wèn)題，使管道滿(mǎn)足管道設計的強度和柔性要求，將能很好規避LNG氣化站中可能發(fā)生由于設備或管道失效引起的泄漏問(wèn)題，防止造成火災、爆炸等事故。因此，在LNG氣化站的配管設計工作中，對關(guān)鍵設備與管道進(jìn)行應力分析且對管道運營(yíng)期間的具有重要意義。

LNG氣化站是一種小型的，用于LNG的接收、儲存、氣化的站場(chǎng)，將從上游購買(mǎi)的LNG氣化后供給用戶(hù)使用。在對LNG進(jìn)化的同時(shí)，也對工藝中產(chǎn)生的BOG和EAG進(jìn)行處理。主要包括卸車(chē)工藝、儲存增壓工藝、加熱汽化工藝、BOG處理工藝、泄放工藝、計量加臭工藝等。槽車(chē)運送來(lái)的-162℃LNG經(jīng)卸車(chē)后進(jìn)入LNG儲罐，儲罐中的LNG經(jīng)過(guò)罐內LNG泵輸送至罐外，經(jīng)氣化器加熱汽化：卸車(chē)及LNG儲罐中產(chǎn)生的BOG經(jīng)BOG壓縮機直接加壓升溫，與汽化后的氣混合后進(jìn)入水浴式氣化器加熱；終溫度大于5℃的氣經(jīng)計量加臭后進(jìn)入城市管網(wǎng).具體工藝流程為：

(1)卸車(chē)工藝

LNG卸車(chē)工藝主要是采用槽車(chē)自增壓的方法進(jìn)行。槽車(chē)中的LNG處于常壓，-162℃狀態(tài)下，利用卸車(chē)增壓氣化器對槽車(chē)增壓至0.6MPa，使得槽車(chē)和儲罐之間具有的壓差，從而可以使LNG順利的從槽車(chē)壓入LNG儲罐中。當卸車(chē)結束時(shí)，槽車(chē)中的低溫氣體通過(guò)BOG氣相管線(xiàn)進(jìn)入BOG處理工藝裝置，對BOG進(jìn)行回收利用。

(2)儲存增壓工藝

低溫儲罐內的LNG儲存狀態(tài)為常壓、溫度為-162℃，因此要將低溫液體排出，要對低溫儲罐進(jìn)行增壓，LNG的穩定輸出量。低溫儲罐增壓方式采用低溫泵增壓，在儲罐排液口設置低溫LNG泵，利用LNG泵對LNG進(jìn)行增壓。

(3)加熱氣化工藝

LNG氣化站的加熱氣化工藝主要由空溫式氣化器和水浴式氣化器組成，其作用是將LNG進(jìn)化使之成為氣態(tài)氣供用戶(hù)使用。

(4)BOG處理工藝

由于壓力變化及吸熱會(huì )造成部分LNG的氣化，主要包括：

1)LNG儲罐由于吸收外界的熱量而產(chǎn)生的氣體；

2)在LNG卸車(chē)的過(guò)程中，儲罐中的壓力和溫度會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)，從而產(chǎn)生蒸發(fā)氣體；

3)原儲罐內的LNG與新進(jìn)入儲罐的LNG接觸時(shí)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；

4)當儲罐內壓力較高時(shí)，對儲罐進(jìn)行減壓操作時(shí)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；

5)LNG槽車(chē)儲罐內的殘余氣體。

主要采用BOG壓縮機進(jìn)行BOG的直接壓縮，壓縮后輸至空溫式氣化器。

(5)泄放工藝

氣的溫度低于一120℃時(shí)，其密度比空氣大，因此一旦泄漏，氣將在地面聚集，不易揮散；而氣在常溫時(shí)的密度小于空氣，很容易擴散。根據氣的這種特性，LNG氣化站采用EAG加熱器對放空的低溫氣進(jìn)行集中加熱，然后進(jìn)入放散塔進(jìn)行集中排放。

(6)計量加臭工藝

LNG氣化站的計量裝置主要是采用氣體渦輪計量，其計量精度為1.5級，具有大于1：16的量程，因此可以同時(shí)滿(mǎn)足的精度要求。

LNG氣化站的加臭裝置的動(dòng)力來(lái)源是隔膜式計量泵，可根據流量信號按適當的比例將加臭劑(四氫曝吩)注入氣管道中。