摘　要：应用模块化设计思想，将LNG气化站工艺系统分解成9个系统：LNG装卸系统、LNG储存增压系统、LNG气化加热系统、BOG回收加热系统、调压计量加臭系统、天然气出站系统、放散系统、LNG灌瓶系统、氮气系统，每个系统对应一个模块，进行模块化设计，然后根据不同的工程需求进行组合设计。

关键词：LNG气化站　模块化设计　通用设计

Modular Design of Process Systems of LNG Gasification Station

Abstract：By applying the modular design idea，the process systems of LNG gasification station aredivided into 9 systems including LNG loading and unloading system，LNG storage boosting system，LNG gasification heating system，BOG recovery heating system，pressure regulation，metering and odorization system，NG outgoing system，venting system，LNG bottling system and nitrogen system．Each system corresponds to a module，and the modular design is performed．The combined design is conducted according to different project demands．

Key words：LNG gasification station；modular design；universal design

1　模块化设计思想

模块化设计的思想实际上就是一种“分而治之”的思想，即把一个大系统分割为若干个子系统，这样每一个子系统就变得相对简单了。工艺模块化就是通过对某一类工艺系统的分析和研究，把其中含有相同或相似的功能单元分离处理，用标准化的原理进行统一、归并和简化，以通用系统的形式独立存在。这就是分解而得到的模块，然后利用不同的模块组合来形成多种工艺。这种分解和组合的全过程就是模块化^[1]。

新设计工艺系统等于通用模块(不变的部分)加上专用模块(变动的部分)。

2　LNG气化站工艺系统设计

LNG气化站工艺系统主要包括以下9个系统：LNG装卸系统、LNG储存增压系统、LNG气化加热系统、BOG回收加热系统、调压计量加臭系统、天然气出站系统、放散系统、LNG灌瓶系统、氮气系统。为了便于设计，我们把上述9个系统分割成9个模块，即每个系统对应一个模块，根据不同的用户需求进行组合设计。LNG气化站工艺模块见图1。

2.1　LNG装卸系统

LNG装卸系统主要由LNG槽车、卸车增压气化器、低温截止阀和止回阀、气相和液相管道、安全放散管、气液相连通管等组成。

LNG通过公路槽车从LNG液化工厂运抵用气城市LNG气化站，利用站内设置的卸车增压气化器对LNG槽车进行升压，使LNG槽车与低温储罐之间形成一定的压差，利用此压差将LNG槽车中的LNC卸入气化站低温储罐内。卸车结束时，通过卸车台气相管道回收LNG槽车中的气相天然气。

另外，在低温储罐检修或泄漏时，通过LNG装卸系统还可把低温储罐中的LNG装入LNG槽车中外运^[2]。

2.2　LNG储存增压系统

LNG储存增压系统主要由低温储罐、储罐增压气化器、低温截止阀和紧急切断阀、气相和液相管道、安全放散管等组成。

当低温储罐内的低温液体向外排出时，低温储罐内的压力会逐渐下降。为了保持低温储罐内的压力稳定，必须对低温储罐进行增压。低温储罐的增压方式主要有低温泵增压和自增压两种。低温泵增压方式是在排液口设置低温泵，用泵增压，并向气化器输液。但低温泵安装条件要求比较严格，不适用于小型LNG气化站。自增压方式是目前各种低温储罐最常用的增压方式，是将部分的LNG排出低温储罐，经储罐增压气化器气化后，再返回至低温储罐的气相空间，从而达到低温储罐增压的目的^[3]。

2.3　LNG气化加热系统

LNG气化加热系统主要由空温式气化器、水浴式加热器、低温截止阀和紧急切断阀、气相和液相管道、安全放散管等组成。

LNG的气化应满足当地的气候条件及工艺要求，可选用的气化器有加热式气化器和环境式气化器。加热式气化器的气化热源为蒸汽或热水等。现通常采用的加热式气化器是水浴式气化器或水浴式加热器。环境式气化器采用自然环境的热源，如大气、海水或地热水。现通常采用的环境式气化器是空温式气化器。空温式气化器是LNG气化站向城市用户供气的主要气化设施。冬季环境温度较低，当空温式气化器出口天然气温度低于5℃时，则需要在空温式气化器后串联水浴式加热器加热天然气^[2]。

2.4　BOG回收加热系统

BOG回收加热系统主要由BOG空温式加热器、低温截止阀和安全阀、气相和液相管道、安全放散管等组成。

LNG气化站BOG气体主要包括：

①低温储罐吸收外界热量产生的蒸发气体；

②LNG卸车时低温储罐和LNG槽车储罐由于压力、气相容积变化产生的蒸发气体，由以下3项组成：

a．进入低温储罐内的LNG与原低温储罐内温度较高的LNG接触产生的蒸发气体；

b．低温储罐内压力较高时进行减压操作产生的气体；

c．LNG槽车储罐内的残余气体。

根据LNG气化站的LNG储存条件、卸车方式及BOG的来源，排出的BOG气体均为高压低温状态，因此需加热、调压后送入管网。

2.5　高压计量加臭系统

调压计量加臭系统主要由调压器、涡轮流量计、加臭装置、天然气管道、球阀等组成。

根据LNG气化站的规模选择调压装置。通常设置2路调压装置，选用带指挥器、超压切断的自力式调压器。计量采用涡轮流量计。加臭剂采用四氢噻吩，加臭以隔膜式计量泵为动力，根据流量信号将加臭剂注入天然气管道中。

2.6　天然气出站系统

天然气出站系统主要由紧急切断阀、球阀、绝缘接头及天然气管道组成。

经调压计量加臭后的天然气根据用户的要求送到市区中压管道或其他工业用户。出站前设有紧急切断阀，在站内出现事故时紧急切断。

2.7　放散系统

①低温放散系统

低温放散系统主要由EAG加热器、阻火器、放散塔、安全阀、低温截止阀及低温天然气管道组成。

需经EAG加热器加热放散的低温天然气，主要包括LNG装卸系统、LNG灌瓶系统、LNG储存增压系统及LNG气化加热系统放散的低温天然气。这些低温气体经EAG加热器、阻火器及放散塔高点放散到大气之中。

②常温放散系统

常温放散系统主要由阻火器、放散塔、安全阀及常温天然气管道组成。

水浴式加热器、空温式气化器出口以及调压计量加臭橇内放空的常温天然气集中到常温天然气放散总管，无须经过EAG加热器，直接接到阻火器的入口管道上，经放散塔高点放散到大气之中。

③安全泄放系统

安全泄放系统主要由EAG加热器、阻火器、放散塔、低温储罐减压阀、手动放散阀、安全阀及天然气管道组成。

为保证低温储罐安全运行，设计上采用低温储罐减压阀、手动放散阀、安全阀三级安全保护措施来进行储罐的超压保护。其保护顺序为：a．当低温储罐压力上升到减压阀设定开启值时，减压阀自动打开泄放气态天然气；b．当减压阀失灵，低温储罐内压力继续上升，达到压力报警值时，压力报警，人工打开手动放散阀卸压；c．当减压阀失灵且手动放散阀未开启时，安全阀起跳卸压，保证低温储罐的运行安全。放散的低温气体经EAG加热器、阻火器及放散塔高点放散到大气之中。

2.8　LNG灌瓶系统

LNG灌瓶系统主要由液化天然气钢瓶、气相和液相管道、安全放散管、气液相连通管等组成。

LNG灌瓶时，先连接输送软管，打开进液阀和回气阀开始充装，当达到所需的充装量后，关闭钢瓶进液阀和回气阀，卸下输送软管并将钢瓶从灌瓶秤上移走。

城市燃气管道敷设不到的用户，可采用LNG瓶组供气。

2.9　氮气系统

氮气系统主要由氮气瓶或储罐、减压阀、安全放散阀、管道等组成。

氮气瓶或储罐中的氮气经减压后通过管道为气动阀门提供氮气。

3　工艺模块组合及应用

①LNG储存增压系统可根据低温储罐的数量，进行组合设计。

LNG储存增压系统，可根据低温储罐的数量设计2种组合。a．每个储罐单独设有1台储罐增压气化器，这种情况一般适用低温储罐在4台以下，操作方便，但储罐增压气化器多，占地面积较大；b．所有低温储罐集中设2台储罐增压气化器，这种情况一般适用储罐在4台以上，操作不太方便，但储罐增压气化器少，占地面积也小。

上述低温储罐是指真空粉末压力储罐。受运输和整体吊装条件的限制，单罐容积多采用l50m³和100m³，个别站采用50m³。

②LNG气化加热系统可根据工程建设地点大气温度，进行组合设计。

LNG气化加热系统，可根据工程建设地点的气温设计3种组合：a．当地气温高时，只设空温式气化器。低温储罐增压后的低温LNG自流入空温式气化器，与空气换热后转化为气态天然气并升高温度，出口温度达到5℃以上。b．当地气温比较高时，设空温式气化器和水浴式加热器。春季、夏季、秋季只用空温式气化器即可满足工艺需求；冬季当空温式气化器出口温度达不到5℃以上时，空温式气化器出口的低温天然气进入水浴式加热器，给天然气升温至5℃以上。C．当地温度比较低时，设空温式气化器、水浴式加热器及水浴式气化器(图1中没有表示)。夏季只用空温式气化器即可满足工艺需求；春季和秋季采用空温式气化器和水浴式加热器即可满足工艺需求；当冬季遭遇极端气温时，空温式气化器化霜不理想甚至结冰，为保证不间断供气，储罐增压后的低温LNG直接流入水浴式气化器，由热水直接加热气化。

③空温式气化器可根据设备的台数和气化量，进行组合设计。

空温式气化器的台数和气化量，可跟据工程建设规模和用户的要求综合确定。空温式气化器组合示意见图2、3。

图2适合设计规模较大的工程，图3适合设计规模较小的工程，这些还与设备厂家的实力和方便运输等因素有关。每个工程根据实际情况选择设备台数和组合形式。

④氮气系统可根据低温储罐的类型，进行组合设计。

LNG气化站氮气系统主要用于仪表风、设备管道置换、低温储罐氮气保护上。真空粉末压力储罐不需要对绝热层充氮气保护，子母罐和常压罐夹层都需要充入干燥氮气，使绝热材料保持干燥^[4]。一般没有氮气保护的气化站，选择瓶组供气的氮气系统，详见图1；有氮气保护的气化站，选择液氮供气的氮气系统，详见图4。

4　结论

本文把LNG气化站整个工艺系统分割成多个模块，分割成的模块根据不同的用户需求进行模块化组合设计。这些被分割的模块可系统化、规范化、标准化地事先做好通用图设计，一旦接受设计任务，即可按用户要求组合设计，只需适当地调整就可完成设计，也就是说：新设计工艺系统等于通用模块(不变的部分)加上专用模块(变动的部分)。模块化设计的优势体现在以下几个方面：大大减轻设计人员的工作量；加快设计进度；通用图详细，有利于制作和安装；大大减少制作安装人员的技术咨询工作量；合理地计算材料；正确地确定有关工程造价；有利于工程设计安装和质量的检查；有利于年轻的设计人员掌握设计要点；有利于设计单位快速培养人才。

参考文献：

[1]程雪梅．天然气集输场站工艺流程的模块化设计[J]．天然气工业，l999，19(6)：69-71．

[2]李佩铭，焦文玲．LNG气化站的工艺设计[J]．管道技术与设备，2007(5)：26-29．

[3]吴创明．LNG气化站工艺设计与运行管理[J]．煤气与热力，2006，26(4)：1-7．

[4]刘志仁．大型液化天然气调峰站储罐的选择[J]．煤气与热力，2009，29(2)：Bl4-Bl8．

本文作者：李恩娟  唐维华  郑  冲

作者单位：吉林市大地技术咨询有限公司