1 引言
由于目前国内LNG应用处于初级阶段，设计标准参照国外和国内LPG站的标准，还没有形成LNG气化站的设计及运行规范。我公司经过多个LNG气化站运行，不断总结设计及运行存在的问题，对LNG气化站设计优化提出一些思考，供同行探讨。
2 LNG气化站工艺简介
LNG气化站主要包括卸车台、低温储罐、增压系统、气化系统及调压、计量和加臭系统。 LNG通过低温槽车运到气化站，槽车储罐通过增压器进行增压，在压差作用下，通过卸车台的管道进入站内的低温储罐。低温储罐通过增压器使储罐压力达到一定值，罐内LNG通过出液管道进入气化系统，使LNG汽化升温达到设定值，再通过出站调压器将压力降到要求值，然后通过计量和加臭系统进入燃气管网系统。
3 低温管道设计
3.1 低温管道管径适当缩小
减少昂贵低温管道的使用是减少投资有效方法。由于低温管道的建设费用几乎与管道直径成比例增长，低温大管径管道比小管径投资大的多。因此要合理选用管径。
以城市燃气供应为主的储备站，用气量在25000NM3/天时，每天需要供应一车气(43英尺槽车)。目前储备站所设卸液管道通 常都为DN65，目前卸一车气的实际时间约为3小时。卸车主要取决于两罐压差，按照3m/s速度卸车，DN50管道卸一车液的理论时间为：
40/(0.052*3.14/4)/(3*3600)=1.89小时
因此对于用气量在25000NM3/天的储备站，卸车管道可以将管径缩小到DN50，与槽车管径一致，并设置一个卸车台，同时在卸车台设置一台卸车增压器。这样完全可以满足卸车操作要求。
管道直径下降后，其他低温阀门、止回阀、卸车金属软管及管件的通径都可以下降一个等级，节约投资。
3.2 取消U型膨胀弯
原则上液化天然气管道应当进行热量应力分析，应能充分吸收热量的膨胀与收缩，在管道设计市应尽可能使用柔性设计和环行管道，在需要的地方增加补偿器。目前有部分LNG站在设计时为了吸收冷缩量，在卸车管道设置了U型膨胀弯。
按照设计要求，卸车台到储罐距离仅为L=15米，不锈钢管道的线膨胀系数α=16*10-61/℃，按温差△T=216℃计算，膨胀量为：
△L=L*△T*α=51.84mm
此膨胀量完全可以通过到储罐前的90度弯头和卸车台的自由端得到吸收和释放，可以取消U型膨胀节。经过几个LNG站实践证明，取消U型膨胀弯完全可行。
同时在设计时尽量减少阀门，避免产生封闭管道，致使液体积聚后随温度升高而膨胀造成压力超高。
3.3低温法兰设计改进
液化天然气管道中包含大量的阀门，由于法兰随温度变化容易产生微小泄漏，因此理想状态是阀门都采用焊接连接，尽量减少法兰接头的数量，以减少液化天然气泄漏的可能性。
但是由于周期性检修和临时检修的需要，系统内必须要有法兰连接，以便于管道断开、隔离、置换和吹扫。特别是在储罐和管道连接部位必须在根部阀前设置法兰连接，以便于储罐的周期检验。目前我公司已经在储罐上进液和气相管道根部阀前设置了法兰连接。
采用法兰连接后为了增加安全性，尽量减少泄漏，法兰宜采用凹凸面法兰，垫片采用聚四氟乙烯板，平面法兰宜采用金属缠绕式垫片(0Cr18Ni9+石墨或聚四氟乙烯带)，可以防止由于垫片破坏而造成液化天然气的大量泄漏。
3.4 储罐根部阀门安装方向改进
3.4.1截止阀结构特点
从阀门结构来看，截止阀密封点有三处：阀座、阀体中法兰和阀杆处填料函，而阀体中法兰和阀杆处填料函最容易外漏的部位，泄漏后很难堵住。LNG储罐根部阀门多为截止阀，在安装时下进液阀门安装方向为阀门箭头方向与流体方向一致，即朝向罐内。
3.4.2 安装方向的危害性
如果在安装时下进液阀门安装方向为阀门箭头方向与流体方向一致，朝向罐内，这时阀体中法兰和阀杆处填料函就和储罐内液体在同一个空间，一旦阀体中法兰和阀杆处填料函发生泄漏，即使关闭阀门，也不能切断储罐液体流向阀体中法兰或填料处，无法制止泄漏，这种安装方法存在很大的安全隐患。姜堰公司曾经发生过这样的泄漏，只能在泄漏状况下，进行倒罐操作，现场情形比较危险。
3.4.3安装方向改变
在阀门安装时，改变下进液阀门安装方向，改为阀门箭头方向朝向罐外。在阀体中法兰和阀杆处填料函外漏时，关闭阀门就可以阻止罐内液化天然气继续外漏，更有利于操作安全。后来设计、制造厂家采纳了我们的建议，以后制造的储罐阀门都进行了改进。
3.5 低温阀门国产化
LNG储罐的根部阀为主要部位，根据国产阀门现状，仍要采用国外优质阀门，不宜国产化。对于其他部位的阀门完全可以国产化。LNG储罐液相管道的紧急切断阀，通过实践，国产优良的阀门已经能够满足安全要求，关闭时间能够达到要求。在满足安全要求的前提下，这些阀门的国产化，可以减少投资。
3.6 低温保温管托的使用
目前所用低温管托尺寸较大，长度在200MM，由于价格贵，长度减小一半，可以满足需要。
4 出站管线设施的改进
4.1常规管路设计
通常出站设计有调压器、过滤器、流量计、紧急切断阀，每个部件有一个旁通阀和两个前后切断阀，共有12个阀门。
4.2管路改进
4.2.1取消紧急切断阀
出站紧急切断阀目的是为了在管网泄漏或出站气体温度低时自动关闭。气站实行24小时值班制，同时设有压力和温度低报警。一旦出现异常，操作人员可以立即关闭出站阀门。这样就可以取消一个紧急切断阀和3个相应的切断阀。
4.2.3调压器、过滤器、流量计共用一个旁通阀
将调压器、过滤器、流量计串联在一起，中间阀门去掉，只保留最两端的两个阀门，并共用一个旁通阀，可以满足操作要求。这样还可以节省6个阀门。
5 取消BOG回收罐
设计BOG回收罐目的是为了回收由于储罐从外界吸收热量使LNG产生蒸发气后压力升高而排入回收罐内。
回收罐的设计应当按照储罐的蒸发率进行计算。按照蒸发率0.3%/日计算，200m3储罐每日产生的蒸发气为360M3，即15M3/小时。对于主要以城市居民和公建为主的供气站，一般不用气的时间为晚上22:00—5:00，产生蒸发气约105M3，对于按2万户居民规模的城市，初期主管网铺设达到30公里，管网水容积可以达到1000M3,完全可以储存产生的蒸发气。因此可以取消BOG回收罐，节省大量投资。对于有连续用气的供气站更没有必要设置回收罐。已经设立BOG罐的可以逐步取消，将其应用到其他场合。
取消BOG回收罐后，消防水设计规模可以相应减小。
6 储罐增压器的配置
6.1原设计的增压器基本上是每个储罐配一个增压器。由于供气时基本是一个储罐向外供气，只使用一个增压器，增压器利用率低。
6.2因此在站内只设置两个储罐增压器，管路设计适当改变，使每个储罐都可以利用这两个增压器，作到一用一备，既节省投资又能减少占地面积。
6.3在没有配备卸车增压器的站内，可以利用先给站内储罐增压，然后通过储罐气相管、卸车管道气相管同槽车罐相连，给槽车罐增压的方法，这样可以节省卸车增压器和相应低温管道的配置。
7 围堰设计
7.1围堰设计的重要性
1940年美国俄亥俄天然气公司的LNG储罐由于材质问题导致储罐破裂，4780m3液化天然气大量泄漏，由于储罐周围没有围堰，液化天然气涌向工厂和临近街道，流入下水道和一些封闭空间，引起燃烧爆炸，储罐一个支撑发生破坏，加剧了液化天然气的外泄，这场灾难造成148人死亡，400人受伤，财产损失严重，公司从此倒闭。由此可以看出，围堰设计的重要性。储罐周围必须设置防护堤，阻止一旦外泄的低温液体流向其他地方。储罐安装位置、储罐间距、防护堤设置的重要性应给予高度重视。而目前所设计的站对这一点重视不够，存在许多问题。
7.2 围堰设计要求
7.2.1围堰容积应当能够容纳储罐内总的液化天然气量。
7.2.2储罐钢筋混凝土基础高度应当高于围堰内的液化天然气液位高度。防止储罐裙座支撑被低温液体接触导致脆裂，导致更大事故发生。
7.2.3经过围堰的管线或电缆仪表管槽都不能经过围堰开孔，避免低温液体沿管线间隙泄露到外面。
7.2.3同样，围堰内的排水也必须通过泵由围堰顶部排出，不允许利用重力排水法。
8 消防水系统改进
8.1将封闭式水池改为露天式，取消了水池顶盖、液位计和液位报警装置。
8.2原来消防水池设有二氧化氯发生系统，用于杀菌。经过对我公司消防水池的考察、露天水池完全可以取消二氧化氯发生系统，水质可以达到要求，经过多年运转，确实达到要求。
8.3取消稳压罐和稳压泵
为了稳定消防水压力，原设计设置了一台稳压罐和两台稳压泵，经过运行发现，消防水泵出口压力基本稳定，无须启动。因为消防水系统在站内相对独立，调节好消防泵止回阀，系统泄漏点全部消除，消防水压力可以保持住。
而且站内消防水管道容量只有12M3左右，即使压力很小或无压，消防泵启动后，经过试验，管网压力从零压到0.4MPA，时间只有30秒，完全可以满足消防要求。因此原设计的一台膨胀罐和两台稳压泵可以取消。
8.4借助城市供水管网压力，减小消防水水量设计
在有条件的地方，消防水系统与城市供水管网相连，在连接处设置止回阀，稳定站内水压，防止站内消防水倒流至城市供水管网。同时可以将消防水池的容量设计减小。
8.5将蓄电池(EPS)作为备用消防动力改为柴油发电机。
8.6在围堰处增加泡沫发生器，一旦发生LNG泄漏，可以通过在LNG表面覆盖泡沫方法，减少LNG蒸发速度。
8.7由于LNG储罐为真空绝热设备，从外界吸收热量极其微小，因此作为储罐降温防护目的消防喷淋系统，可以适当减少喷淋量。
9 气站办公用房的设计
目前所建都是两层楼，面积较大，考虑了公司办公功能，大多在400m2。但是气站所处位置一般都在远离市区，公司办公一般都在市内。但从气站操作角度考虑，设计一个仪表监控室、一个站长室、一个工具室和两个洗手间，面积在150m2，就可以满足使用要求。由两层楼变为单层设计，为了美观，屋顶仍然采用琉璃瓦仿古设计，这样可以减少一些不必要的投资。
10 结束语
LNG行业发展在国内方兴未艾，还处于发展初期，在设计优化和安全运行方面，我们还需要不断的实践和总结，积极学习和吸收国外经验和技术，积累经验，提高技术，希望尽快形成我国的LNG储备站设计和运行标准。
