LNG加注站设计及管理相关规范和标准

LNG加注站设计及管理相关规范和标准 LNG加气站的规范选用及设计张美摘要 天然气作为一种替代石油和煤的新能源，已探明储量远超过石油，另外由于其高效清洁的特点，研究和利用等到各国政府的大力扶持，发展速度极快，已在世界范围大力推广应用。LNG汽车和LNG加气站在国外特别是美国，已经得到了长足发展，而在我国的发展时间尚未超过20年。还处于发展初期。本文主要研究LNG加气站的规范选用及设计。关键词 LNG 加气站 选用 设计Abstract natural gas as a new energy alternative to oil and coal, proven reserves of more than oil, because of its characteristics of high efficiency and clean, study and use until the vigorously support the governments, development speed, has been in the world, vigorously promote the use of. LNG car and LNG filling station in foreign countries especially the United States, has obtained the considerable development, and in the development of our time and not more than 20 years. Also in the early stages of development. This paper mainly studies the LNG filling station code selection and design.Keywords LNG Filling station Selection Design1 安全经验分享中石油江苏LNG储备罐坍塌事故1.1 事故经过 2009年6月16日7时50分许发生的中石油江苏液化天然气(LNG)接收站工程1号储罐区的重大安全事故，1号储备罐基本报废，截至16日22时已造成8人死亡，14人受伤，其中3人重伤，预计损失过亿。事故发生时，现场有施工人员一百一十人，其中九十九人安全撤离，受伤的九名人员已被送往如东人民医院及如东中医院抢救。事故系上海电力建筑工程公司承建的LNG接收站一号储罐区发生模板滑落所致。1.3 事故原因分析 安全事故原因初步查明，系操作塔吊的工人操作失误，导致塔吊的吊臂碰触到已装在拱顶上的模板，正在施工的罐体第九层钢筋笼失衡倾覆，牵拉施工平台倒塌从而引起坍塌事故。1.4 从中应吸取的教训对于现场的安全管理现状进行分析我们发现存在以下方面的缺陷：企业安全生产主体责任仍未真正落实。企业片面追求经济效益，对安全生产存在侥幸心理，安全生产还没有真正成为企业的自觉行动。安全生产存在被动抓的状况，促一促，抓一抓，安全发展理念尚未真正树立。部分行业监管主管部门存在“缺位”现象，安全监管工作不积极、不主动，怕担责任。安全生产监管工作还得不到有效保障，普遍存在编制不确定、经费不保障、装备不落实、人员不固定等问题，难以实现有效监管。事故发生后，我们发现事故主要是由于存在工程项目未获行政许可擅自开工，在建工程不报建，逃避相关部门安全监管，施工单位安全投入不足，盲目赶工期，对职工的安全培训教育流于形式。同时，施工作业人员安全防护知识缺乏，自我保护意识不强，违规违章操作的现象比较普遍。要加强对现场的安全管理措施，这样才能保障工程顺利的进行，避免事故的发生。2 术语2.1 液化天然气（LNG）Liquefied Natural Gas一种在液态状况下的无色流体，主要由甲烷组成，组分可能含有少量的乙烷、丙烷、氮或通常存在于天然气中的其他组分。2.2 压缩天然气（CNG） Compressed natural gas主要成份为甲烷的压缩气体燃料。2.3 LNG加气站 LNG Fueling Station为LNG汽车储瓶充装LNG燃料的专门场所。2.4 L-CNG加气站 L-CNG Fueling Station由LNG转化为CNG，为CNG汽车储瓶充装CNG燃料的专门场所。2.5 LNG/L-CNG加气站 LNG/L-CNG Fueling StationLNG加气站与L-CNG加气站联建的统称。2.6 加油加气合建站 oil and gas Fueling Station汽车加油站与天然气汽车加气站合建的统称。2.7 地下LNG储罐 buried LNG tank安装在罐池中，且罐顶低于周围4m范围内地面标高0.2m的LNG储罐。2.8 半地下LNG储罐 underground LNG tank安装在罐池中，且一半以上罐体安装在周围4m范围内地面以下的LNG储罐。2.9 防护堤dike用于拦蓄LNG储罐事故时溢出的LNG的构筑物。2.10 设计压力design Pressure储罐、设备或管道设计中，用于确定最小允许厚度或其部件物理特性的压力。确定任何特殊部件厚度的设计压力包括静压头。设计压力的确定为包括静压头。2.11 工作压力operating pressure压力容器、管路系统等在正常工作情况下，可能达到的最高压力。2.12 LNG卸车口 point of transfer接卸LNG运输车辆所载LNG的固定接头处。2.13 站房 station house用于加油加气站管理和经营的建筑物。2.14 加气岛fueling island用于安装加气机的平台。2.15 LNG（CNG）加气机 LNG（CNG）dispenser给LNG（CNG）汽车储气瓶充装LNG（CNG），并带有计量、计价装置的专用设备。2.16 加气切断装置 shut off device加气软管在一定外力作用下，加气系统具有自切断功能的安全装置。2.17 加气枪 fueling Connector附属加气机与加气软管连接，向LNG（CNG）储气瓶充装LNG（CNG）的专用设备。3 站址选择 站址选择应符合城市规划、交通规划、环境保护和消防安全的要求，并应选在交通便利的地方。 城市建成区内的加气站，宜靠近城市道路，与道路交叉路口的距离应符合交通主管部门的要求。加气站的LNG储罐、放散管管口、LNG卸车口与站外建、构筑物的防火间距，不应小于表的规定。4 站内平面布置4.1 围墙 站内工艺设施与站外建、构筑物之间的距离小于或等于25m时，相邻一侧应设置高度不低于2.2m的非燃烧实体围墙。 站内工艺设施与站外建、构筑物之间的距离大于25m，且满足表4.3中防火间距的1.5倍时，相邻一侧可为非实体围墙。 面向加气站进、出口道路的一侧宜设置非实体围墙或开敞。4.2 道路 车辆入口和出口应分开设置。 LNG槽车单车道不应小于4.5m，其他单车道宽度不应小于4m，双车道宽度不应小于7m。 道路转弯半径应按行驶车型确定，且不宜小于9m；站内停车位应为平坡，道路坡度不应大于6%，且宜坡向站外。 站内道路不应采用沥青路面.4.3 防护堤 LNG储罐四周应设置防护堤，防护堤的设置应符合下列规定： a应采用非燃烧实体材料。b.防护堤内的有效容量不应小于单个最大LNG储罐的容量。c.防护堤高于堤内地面不宜小于0.6m。 防护堤内LNG储罐之间的净距不应小于相邻较大罐的1/2直径，且不应小于2m。防护堤内不应设置其他可燃液体储罐、CNG高压瓶组或储气井。 防护堤内宜设置排水设施，但不应直接排入市政排水管道。4.4 加气岛及罩棚的设置 加气岛应高出加气区地坪0.150.20m；宽度不应小于1.2m。 罩棚的设计应符合下列规定：a.加气岛宜设置非燃烧材料的罩棚，罩棚净高不应小于5m；罩棚边缘与加气机的平面距离不宜小于2.0m；b.罩棚支柱距加气岛端部不应小于0.6m；c.加气区应设照明灯，照度不得小于100。加气机附近应设置防撞柱（栏），防撞柱（栏）高度不应小于0.5m。4.5 防火间距 加气站的储罐、工艺装置宜露天布置，加气区应敞开布置。加气站内设施之间的防火间距不应小于表5.1的规定。 按本规范附录B划分的爆炸危险区域不应超出围墙和可用地界线。5 LNG加气站的总图功能分区根据LNG加气站的实际情况和生产工艺需求，站区可分为储存区、加气区和站房。储存区的主要设备包括LNG储罐、LNG泵、卸车增压器、调饱和器等。加气区由加气机和加气罩棚组成。站房通常由值班室、综合营业厅、仪表配电间、空压机房、办公室等组成。总图布置a根据GB 50156-2002(2006年版)的规定，站区工艺设施一侧应设置高2.2 m的非燃烧实体围墙，面向进、出道路的一侧宜设置非实体围墙，或开敞。bLNG储罐、LNG泵、卸车增压器、调饱和器等设备布置在高度为1.0m的围堰内，卸车接头及其阀门可布置在围堰墙体上。c储存区、加气区、站房均独立布置，布置时应注意LNG泵与LNG加气机的距离要尽可能短，不宜大于15 m。原因是国内LNG汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器，为了保证供气压力的稳定性，使之能满足发动机的用气压力要求，给车辆加注的 LNG必须为饱和液体。若LNG泵与LNG加气机的距离过长，无车辆加气时，管道内剩余的饱和LNG较多，容易气化，会影响加气并排放大量的气体，造成浪费。dLNG加气站的工艺设施与站外建、构筑物之间的防火距离按GB 50028-2006中LNG气化站相关的防火间距执行。工艺设施与站内建、构筑物之间的防火距离加气站相关的防火间距执行。6 LNG加气站的工艺设计6.1 工艺流程卸车流程将LNG由槽车转移至LNG储罐中，主要有卸车增压器卸车、LNG泵卸车及两者联合卸车等3种方式H J。卸车增压器卸车的优点是完全采用环境热量，不耗费电能，工艺流程相对简单；缺点是卸车速度比较慢，冬季室外温度较低时尤为明显。LNG泵卸车的优点是卸车时间较短，工艺流程相对简单；缺点是耗费大量电能，启动前需要对泵进行预冷。卸车增压器和LNG泵联合卸车的优点是卸车时间比单独采用卸车增压器卸车时间短，耗费的电能比单独采用LNG泵卸车少；缺点与单独采用LNG泵相同。调饱和流程我国LNG汽车的车辆供气系统未设置气瓶增压器，为了保证供气压力的稳定性，使之能满足发动机的用气压力要求，车载瓶中的LNG必须为饱和液体。因此，加气前需要使储罐中的LNG升温、升压，处于饱和状态。调饱和有3种方式：调饱和器调饱和、LNG泵调饱和、调饱和器与LNG泵联合调饱和M J。这3种方式的优缺点与LNG卸车采用的3种方式的优缺点基本相同。加气流程LNG的加气流程是指LNG泵将储罐中的LNG抽出，输送至LNG加气机，通过LNG加气机给汽车加气。卸压流程当储罐压力大于设定值时，打开安全阀，释放储罐中的气体，降低压力，以保证储罐安全，放散的气体通过集中放散管放空。6.2 主要设备LNG储罐LNG加气站采用的低温压力储罐为真空粉末绝热储罐。储罐分为内罐和外罐两层，内罐材质为0Crl8Ni9，外罐材质为16MnR。内外罐之问采用真空粉末绝热，真空隔热层厚度为250 mm。储罐的日蒸发率小于025，充装系数为09。储罐上装有高、低液位报警设施，内罐压力高报警设施，超压自动排放罐顶气体的自力式降压调节阀以及安全阀等，以保证储罐的安全。在储罐进、出口的LNG管道上设有紧急切断阀，当有紧急情况发生时，可迅速关闭阀门，以保证系统安全。目前，20 m3真空粉末绝热低温储罐主要为立式和卧式2种形式。立式储罐的优点是占地面积小，罐内液体与LNG泵的静压头大，有利于LNG的调饱和及汽车加注；缺点是立式储罐比较高，美观性差。卧式储罐的优点是比较低，美观性好，容易被周围人群接受；缺点是占地面积大，罐内液体与LNG泵的静压头小。目前国内示范运行的加气站均采用立式储罐，有成功的经验。考虑到有利于汽车加注和LNG的调饱和，笔者推荐采用立式储罐。LNG泵输送LNG这类低温的易燃介质，不仅要求输送泵能承受低温，而且对其气密性能和电气方面的安全性能要求很高。随着对泵结构、材料等方面的研究有了很大的进展，一种安装在密封容器内的潜液式电动泵在LNG系统中得到了广泛的应用。其主要特点是将泵与电动机整体安装在一个密封的金属容器内，不需要轴封，也不存在轴封的泄漏问题口。通常潜液式电动泵可分为船用泵、汽车燃料泵、 LNG高压泵(罐外泵)和大型储罐的罐内泵。LNG加气站中，LNG的转运和加注采用的是汽车燃料泵，其结构紧凑，立式安装，特别适用于汽车燃料加注和低温槽车转运LNG。LNG泵采用安全的潜液电动机，电动机和泵都浸没在流体中，不需要轴封。在吸入口增加了导流器，减少流体在吸入口的阻力，防止泵气蚀。LNG加气站采用的LNG泵通常为两级离心泵，由一台变频器控制，能适应不同的流量范围，电气元件安装在具有防爆功能的接线盒及其罩壳内，流量为8340 Ifmin，扬程为15250 m。主要厂家包括美国的ACD公司、日本的Nikkiso公司、瑞士的Cryomec公司等。LNG加气机LNG加气机是依据直接测量流体介质质量的原理，利用先进的传感和微电脑测控技术，具有高精度、多功能的新型LNG加液计量装置，主要用于计量充人LNG车载瓶的液量。同时，加气机应用微测控技术对计量过程进行自动控制，显示屏直接显示被测液体的流量、单价、金额及加液量累计值，可远程通信，实现计算机中央管理。目前，LNG加气机多采用进口，其计量方式为单管计量，单枪加气，计量精度为0.1，最大质量流量为800 kgrain，具有温度补偿功能，配带拉断阀。调饱和器和卸车增压器LNG加气站采用的调饱和器和卸车增压器均为空温式换热器，LNG通过吸收环境热量达到气化升温的目的，能耗很低。为了提高气化速率和换热效率，调饱和器和卸车增压器的主体通常采用耐低温的铝合金纵向翅片管，且拥有很大的换热面积。其影响因素主要为流量、工作压力、工作周期、大气温度、相对湿度、风力、日照等。笔者建议调饱和器的流量为200 m3h，立式安装；卸车增压器的流量为300 m3h，卧式安装。5 LNG加气站的公用工程设计LNG加气站的公用工程设计主要包括土建设计、电气设计、自控设计和给排水设计，应按照GB50156-2002(2006年版)第911章及GB 500282006第94、95、96条的规定进行设计。土建设计主要包括站房、设备基础、加气岛、加气罩棚柱、围堰、场地等内容的设计；基本要求有站房耐火等级不小于二级，门、窗向外开等。电气设计主要包括设备的动力用电、站房及站区的照明用电、站区的防雷防静电设