天然气工艺与操作

液化天然气(LNG)储配站 工艺与操作 二O一二年九月 绪言 编写本手册的目的,是帮助气站操作人员了解液化天然气(LNG)的性质,熟悉LNG储配站的工艺流程与设备,熟练掌握储配站的各项操作,为储配站的安全管理和正常供气打下基础。 一、LNG的基本特性 LNG是英文单词Liquefied Natural Gas的缩写,中文意思是“液化天然气”。那么,天然气是怎么取得的呢?天然气是蕴藏在地下的可燃气体,可从天然气田开采获得或从石油开采的伴生气体获得。LNG 就是将天然气经过脱水、脱重烃、脱酸性气体等净化处理后,采用节流,膨胀或外力q冷源制冷工艺,在赏压和一162℃条件液化而成。那么,LNG有什么特性呢? 概括来说,LNG有以下基本特性: 1 < LNG是无色、无味、无臭…无毒、无腐蚀性的液体,体积约是常压下气态体积的1/600,即1 m3的LNG,汽化后的体积约为600 m3 2, LNG的主要成份是甲烷(CH4),此外,还有少量的乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)以及氮气等,它是以甲烷为主的混合性液体。 3、临界温度为一82.31℃,临界压力为4.58MPa. 4、常压下沸点为一162℃,熔点为一182 ℃,着火点为650℃. 5、液态密度为425 kg/m3,气态密度为0.718 kg/Nm3。 6、气态热值约9100KcaI液态热值约12000Kcal.气源地不同,各组份所占比例不同,热值也有所差别。 7、爆炸范围:上限为15%,下限为5%. 二、LNG潜在的危险性 LNG潜在的危险性是和其特性密切相关的,LNG潜在的危险性有那些呢? 屯一LNG潜在的危险性主要有: 1、深冷液体 低温会导致工艺设备、管道发生脆性断裂和冷收缩造成损坏,易冻伤操作者,泄漏或溢出后急剧汽化,形成“蒸汽云团”。 2、:蒸发气体(BOG) LNG受热,少量液体就能转化为大量的气体,可引发设备管道压力急剧上升,发生排放和超压事故· 3、临界浮力温度 LNG汽化为气态天然气时,其临界浮力温度为一107℃。当气态天然气温度>一107℃时,气态天然气比空气轻;当气态天然气温度<一107℃时,气态天然气比空气重。 4、爆炸 爆炸范围窄,遇明火极易发生爆炸、燃烧,产生的热辐射会对人身及装置造成极大危害。 三、LNG汽化站的工艺流程 LNG汽化站的工艺包括LNG装卸车、储存,汽化及汽化后天然气的调压、计量、加臭等。 1、装卸车工艺流程 LNG装卸车工艺流程见末页附图。 LNG的卸车工艺是利用卸车增压器给槽罐车增压,然后利用槽罐车LTG储罐的压差,通过液相管将LNG送入储罐。卸车完毕,槽车的气体通过卸车BOG管回收,液相管的残留体通过液相管与BOG 管的跨接阀门.,排放到BOG汽化器。具体操作见(I.NG卸车》。 2、LNG结构及工艺流程 2.1 L1VG低温储罐的结构 LNG低温储罐是LNG储配站的主要设备,其结构形式是立式双层金属单罐,内罐是材质为OCr18Ni9的不锈钢压力容器,外罐是材质为碳钢的压力容器。其内部结构类似于直立的暖水瓶,内罐支撑于外罐上。内外罐之间是真空粉末绝热层。天然气储配站采用的是100m3立式双层金属单罐。LNG低温储罐的结构如下图所示,每台储罐上有7个对外连接的管口·其管口代号、用途、名称和公称规格 如下: A管口—顶部充液接口,管径为DN50; B管口—底部充液及液体排出自增压气化器接口,管径为DN50; C管口—液体排出及接汽化器接口,管径为DN80; D管口—液面计液相接口,管径为DN10; E管口—气相排出和自.增压气体进入接口及安全排放系统接口,管径为DN50; F管口—液面计气相接口,管径为DN10; G管口—液体充满溢流口,管径为DN15. 2.2 LNG储罐的工艺流程 储罐的工艺流程分为液相流程和气相流程两部份。 2.2.1液相流程: (1)进液从槽罐车来的LNG,经进液总管输送到待充装的储罐。储罐有两条进液管:上进液管和下进液管。上进液管是将LNG输送至罐顶喷头的管线,下进液管是从罐底进液的管线。空罐时先从下进液管进液,当液位达到差压式液位计指示的120cm H20时,采用罐顶、罐底同时进液的进液。当储罐的液位达到其容积的50%时,关闭下进液管,采用顶部进液的方式进液。储罐的液位控制<95%,严禁过量充装。 (2)出液出液就是利用压差将储罐的LNG送至汽化器。出液管在储罐的为一DN80的管子。各储罐的出液管与出液总管连接,出液总管又分为两路,轮流将LNG输送到两组空温式汽化器。 (3)自增压随着储罐液位的输出,储罐气相空间增大、压力下降,使出液速度减慢甚至停止。因而,须对储罐进行增压。储罐的增压是由下进液管引出的管线将LNG送至储罐增压器,通过储罐与增压器的位差,使LNG自流至储罐增压器来实现的。 2.2.2气相流程: (1) 自增压自增压器的气相管与LNG储罐的气相管相连,管线上装有自动调节阀门(自增压阀)。当LNG在自增压器汽化后, 压力上升,当达到自增.阀的开启值时,气相天然气流入储罐,储罐压力不断升高,当压力升到自增压调节阀的关闭压力(比设定的开启压力高约10%时,自动增压阀关闭,增压过程结束。此时,自增压器压力与储罐压力平衡,LNG停止流入自增压器。随着汽化过程的持续进行,当储罐内压力又低于增压阀设定的开启压力时,自动增压阀打开,开始新一轮增压。 (2) 蒸发气体(BOG) 储罐LNG蒸发的气体是通过气相管线及管线上的自动调节阀门(自减压阀),将气相天然气送至BOG总管,然后送至BOG汽化器,将气相中所裹带的细微颗粒汽化后,进行调压计量,最后送入燃气管网。 (3) 超压放散气体(EAG) LNG储雄由于真空绝热层的泄漏,使外部热量传入储罐内胆,导致LNG的温度升高而汽化。如果汽化量急剧增大,BOG管线排放不及,就会使储罐压力快速上升。当压力升至储罐安全阀的起跳压力时,安装在储罐气相管上的安全阀就会起跳,EAG气体就通过EAG总管送入EAG汽化器,一将气体中所裹带的液态颗汽化并提高气体温度后,送至放散管放散。 3、空温式汽化器及其工艺流程 空温式汽化器是用铝合金制造的换热器,它通过水平进液管将LNG分配至二十根上升管中,这二十根上升管上升至汽化器顶部后汇合,又分配至十根下降管中,下降管下降至汽化器底部又掉头向上,如此三个来回。每根上升或下降管身周围焊有数块翼片,通过这些翼片LNG与空气进行热交换。 从储罐输出的LNG通过出液总管被分配到一组空温式汽化器中,.LNG汽化为气态的天然气,然后送到调压计量撬进行调压、计量及加臭后送入燃气管网。空温式汽化器为两组,每组1个,生产中每8个小时要倒换一次,不能因为负荷低而延长使用时间,这样会因汽化器挂冰增厚而使汽化器变形损坏。 LNG汽化工艺流程图见末页附图。 4、调压计量撬工艺流程 从汽化器来的天然气压力在0.4--0.6MPa之间,不能直接;送入燃气管网,要送入管网还必须经过调压、计量及加臭。调压计量撬的作用就是对天然气进行调压,使之符合燃气管网的压力要求。另外,天然气是无色、无味的气体,如果泄漏不容易被发现,易发生危险,因而还必须对天然气加入有特殊臭味的臭剂一四氢噻吩。由于其加入的数量极其微小,加臭泵是通过流量计输入的信号来确定其注入量的。 调压计量撬工艺流程见末页附图。 调压计量撬工艺流程简述:从汽化器来的天然气进入调压计量撬的汇气管,经汇气管缓冲后入过滤器,气体中裹带的杂质在此除去,气流得到了进一步的缓冲。从过滤器出来的气体。经过轴流式调压器调压后进入中间汇气管。从BUG汽化器来的经调压后的气体亦在中间汇气管汇合。汇合后的天然气分为两大一小共三路,大流量时通过大涡轮流量计,小流量通过小涡轮流量计,经计量后进入出撬前的汇气,,经加臭后送入燃气管网。 四、LNG卸车操作规程 (一)、职责 卸车台至罐区的各项操作由站内值班人员操作,槽车的操作由司机与押运人员操作。 (二)、准备工作 卸车前的准备工作,检查并要求满足: 1、卸车区域现场,无关人员及车辆一律禁止进入。 2、卸车台和储罐及其压力表、液位计、温度计等附件处于完好状态 3、从卸车台到指定储罐的阀门能灵活开关,安全阀处于正常使用状态。 4、可燃气体检测器、灭火器及消防系统处于正常备用状态。 5、接地线完好。 6、气、液相卸车软管、快装接头完好。 7、待充装储罐的液位、压力符合卸车要求。 8、己用储罐的低温气体对进液管线进行预冷。 (三)、卸车操作步骤 1、打开LNG槽车出入专用大门,给LNG槽车配戴防火罩。至地磅过磅后,停放在指定的卸车位置,拉紧手刹并关闭发动机。操作人员在车辆停稳后,在车轮下垫上三角木以防打滑,并将车辆与卸车台的静电接地接牢。 2、检查LNG槽车的液位、压力是否正常,核定槽车车号及LNG提货单据,做好记录,并请司机签字。 3、由LNG槽车司机接好卸车台与LNG槽车的气、液相管。 4、利用卸车气、液相管连通阀,用储罐BOG依次吹扫置换卸车气相软管、液相软管及卸车增压器软管,在槽车的手动放散阀放散。每条软管吹10秒钟即可。 5、利用储罐BOG气体对槽车进行增压。 6、缓慢开启槽车气相手动阀,对槽车进行增压。卸车时LNG槽车压力控制在0.55-0.65MPa,LNG槽车与LNG储罐的压差保持在0.2MPa 为宜。当槽车压力增至近0.65MPa,关闭卸车台增压器进液阀。当槽车压力降至0.55MPa时,开启卸车台增压器进液阀。 7、依次打开待冲装LNG储罐进液阀门和槽车出液手动阀门,并缓慢打开卸车台液相阀门,利用压差向LNG储罐进液。 8、对空罐要下部先进液,到液位150 cm H2O以后,采用底部与顶部同时进液的方式,液位达到50%时,采用顶部进液的方式进行。现场根据实际情况及进液速度来确定卸车台液相阀门的开度。 9、若卸车软管有结霜并有流液声!表示卸车正常。若接头泄漏或有不正常情况,立即停止卸车,排除泄漏现象。 10、在卸车过程中每隔20分钟巡查一次管线和储罐液位,记录储罐的液位、压力、卸车台’的压力及槽车的液位和压力,严禁储罐超装和超压。 11、卸车时若LNG储罐压力上升大于0.4MPa,导致槽车与储罐的压差小于0.2MPa时,可间断性地打开储罐手动BOG阀排放,降低储罐内压力,以保证卸车过程中压差的稳定及进液速度。 12、根据LNG槽车的压力、液位计指示来确认LNG槽车内的LNG 是否卸完,卸车完毕后,关闭LNG储罐进液阀门。 13、打开卸车液相管与B.O G管的连通周,向.BOG汽化器排放液相管余压,压力平衡后且BOG管线有溶霜现象时,关闭连通阀。槽车中BOG气体也通过BO G汽化器回收。当LNG槽车与中压管网压力平衡后,关闭卸车台与槽车连接的阀门。 14、利用槽车的放空阀将卸车软管内的残余气体进行放散,待压力正常、卸车软管花霜后,卸下卸车软管,关闭所有相关阀门。 15、检查现场,卸下卸车台与槽车的静电接地线,移开三角木,槽车司机关好槽车操作箱,槽车驶离卸车台开至地磅二次过磅,做好相关记录。 16、观察卸车压力表,若卸车管道内出现压力回升现象,需再次放散,直至玉力表读数为零,观察LNG储罐压力是否正常。 五、LNG出液操作规程 (一)、最低液位的确定 1、当LNG储罐运行时,必须保证其液位保持在>15%。 2、观察LNG液位表上的液位,根据其液位〕15%的限制,当液位表上的指针快到120 cm H20时,要停止出液。 (二)、出液前的检查 出液前应开启LNG储罐及管线上所有的液位指示和压力指示,检查 所有应开启阀门是否开启,应关闭阀门是否关闭,安全装置是否齐全。调压装置己调整合格,计量装置已处于备用状况,气动切断系统已启用自如。 (三)、应开启的阀门 应开启LNG出罐根部阀(常开)、LNG出罐气动切断阀、LNG出液总管入气化器截止阀、气动切断阀、气化器出口总管球阀、调压器前闸阀、流量计后闸阀、外供中压管网总阀。应关闭LNG出罐截止阀。 (四)、操作步骤 1、手动缓慢稍微开启LNG出罐截止阀,对出液管线、阀门进行预冷,待空温式汽化器出现轻微结霜现象,且低温管线、阀门检查无隐患和缺陷时, 逐渐增大LNG出罐截止阀阀位开度。 2、随着LNG的流出,储罐的液位会逐渐降低,储罐的气相空间增大压力降低,使出液速度变慢甚至最后停止。此时,应对储罐进行增·压。储罐增压的步骤如下: (1)打开增压器进液阀、进液根部阀、气相出口阀; (2)缓慢打开待增压储罐的下进液进截止阀,待空温式气化器出现轻微结霜现象,且低温管线、阀门检查无隐患和缺陷时,逐渐增大阀门的开度。 (3)观察LNG储罐的自增压阀能否动作,如果不能,则进行手动操作并设法排除故障。 (4)停止增压时,先关闭储罐下进液截止阀,待增压器进液管’的液 体排净后再关闭增压器进液截止阀。 3、定期对储罐液位、压力进行观察检查和记录,当液位和压力发生变化偏离正常指标时,及时采取相应处理。