【论文精选】箱式LNG橇装设备加气站的探讨

发布时间:2018-08-20 04:33  

作者:高黎敏,张延辉,张艳莉

第一作者单位:陕西省燃气设计院有限公司

摘自《煤气与热力》2018年8月刊

1   概述

随着清洁能源LNG的大力发展,LNG加气站建设日益增多,橇装设备也随之不断更新。从固定装置到传统橇装设备(主要为分体式橇装LNG设备、联合式橇装LNG设备),再到目前流行的箱式LNG橇装设备,越来越小型、轻便且集成化程度高。箱式LNG橇装设备之所以受到建设方的青睐,因为其具有占地面积小、建站期短、建站成本低等优势,但也存在一些问题,因此,对箱式LNG橇装设备进行探讨尤为重要。

2   箱式LNG橇装设备

GB 50156—2012《汽车加油加气站设计与施工规范》(2014年版)第9.1.3A条规定:“箱式LNG橇装设备的设置,应符合下列规定:

①LNG橇装设备的主箱体内侧应设拦蓄池,拦蓄池内的有效容量不应小于LNG储罐的容量,且拦蓄池侧板的高度不应小于1.2 m,LNG储罐外壁至拦蓄池侧板的净距不应小于0.3 m。

②拦蓄池的底板和侧板应采用耐低温不锈钢材料,并应保证拦蓄池有足够的强度和刚度。

③LNG橇装设备主箱体应包覆橇体上的设备。主箱体侧板高出拦蓄池侧板以上的部位和箱顶应设置百叶窗,百叶窗应能有效防止雨水淋入箱体内部。

④LNG橇装设备的主箱体应采取通风措施,并应符合本规范第12.1.4条的规定。

⑤箱体材料应为金属材料,不得采用可燃材料。”

2.1  主要设备

箱式LNG橇装设备与传统橇装设备最大的区别在于所有设备、管道等集成在一个橇体上。3种形式橇装设备主要工艺设备区别如下:

①分体式橇装LNG设备主要工艺设备有LNG储罐、LNG潜液泵橇(含LNG潜液泵、卸车/储罐增压器、EAG加热器)、 LNG加气机。

②联合式橇装LNG设备主要工艺设备有 LNG储罐橇(含LNG储罐、LNG潜液泵、卸车/储罐增压器、EAG加热器)、 LNG加气机。

③箱式LNG橇装设备主要工艺设备含LNG储罐、LNG潜液泵、卸车/储罐增压器、EAG加热器、LNG加气机。

箱式LNG橇装设备结构见图1,图1中加气罩棚和放散管高出箱式设备,一般进行现场安装。

图1   箱式LNG橇装设备结构

2.2  站区总平面布置

以陕西某箱式LNG橇装设备加气站设计方案为例,站区根据功能划分为LNG加气工艺区、营业区及辅助区。总平面布置见图2。

图2   陕西某箱式LNG橇装设备加气站总平面布置图

LNG加气工艺区:位于站区中部,布置有1台箱式LNG橇装设备(含1台60 m3的卧式LNG储罐、2台LNG潜液泵、1台卸车/储罐增压器、1台EAG加热器、2台LNG加气机)。加气工艺区东侧为站区入口,西侧为站区出口,面向道路分开设置。营业区:由站房组成,位于站区北侧。辅助区:位于站房东侧,设置箱式变压器。

箱式LNG橇装设备加气站,站内设施之间的防火间距应执行GB 50156—2012《汽车加油加气站设计与施工规范》(2014年版)要求的防火间距。箱式LNG橇装设备加气站一般为三级站,根据GB 50156—2012(2014年版)表5.0.13-2的要求如下:

①箱体内设施之间的防火间距

LNG储罐与卸车口的规范距离是2 m,LNG储罐与LNG加气机的规范距离是2 m,LNG加气机与潜液泵的规范距离是2 m。

②箱体内设施与其他站内设施之间防火间距

LNG储罐与站房的规范距离是6 m,LNG储罐与围墙的规范距离是4 m;卸车口与站房的规范距离是6 m,卸车口与围墙的规范距离是2 m;LNG加气机与站房的规范距离是6 m;LNG放散口与站房的规范距离是8 m,LNG放散口与围墙的规范距离是3 m;潜液泵与站房的规范距离是6 m,潜液泵与围墙的规范距离是2 m。

此箱式LNG橇装设备加气站站内设施之间的防火间距均满足上述规范要求。

3   主要优势

①占地面积小

LNG加气站根据功能分区,一般由工艺区、加气区、营业区、辅助区组成。箱式LNG橇装设备加气站将工艺区和加气区合并为加气工艺区,大大缩小了站区用地面积。

以陕西某加气站设计方案为例,通过方案比选,分体式橇装LNG加气站占地面积约2 600 m2,联合式橇装LNG加气站占地面积约2 600 m2;箱式LNG橇装设备加气站占地面积约1 600 m2。分体式橇装LNG加气站与联合式橇装LNG加气站占地面积基本相同,箱式LNG橇装设备加气站占地面积明显小于前两者。

②建站期短

箱式LNG橇装设备加气站之所以建设期短,主要有以下原因:设备集成,只需一个设备基础;管道集成在设备上,由厂家制造完成,无需管道安装;加气罩棚由设备厂家成套提供,直接在现场安装即可;加气机集成在橇上,无加气区工艺管沟,大大缩短了建设期。

③建站成本低

仍以上述陕西某加气站设计方案为例,该站为三级LNG加气站,LNG存储规模为60 m3,日加注能力为2×104 m3/d,通过方案比选,3种形式橇装加气站建设投资对比见表1。

表1   3种形式橇装加气站建设投资对比

由表1可以看出,箱式LNG橇装设备加气站与传统橇装加气站相比,建设投资较少。

4   存在的主要问题

箱式LNG橇装设备加气站与传统橇装加气站相比,将工艺区和加气区所有设备集成橇装。目前,市场上1台箱式LNG橇装设备设置1台储罐,采用此设备的加气站一般为三级LNG加气站;二级LNG加气站几乎不采用箱式设备,若采用,一般采用2台箱式LNG橇装设备。根据GB 50156—2012(2014年版)表5.0.13-2站内设施的防火间距,三级站LNG储罐距加气机防火间距为2 m;二级站LNG储罐距加气机防火间距为4 m。因此,二级站相对于三级站箱式LNG橇装设备一般根据实际情况需加长2~4 m。

在目前的大环境下,设备厂家一味地追求设备小型、轻便、集成等优点以及利润最大化,建设方一味追求建设期短、成本低等优势,是否根据潮流趋势,未来会出现二级站两台储罐橇装,甚至一级站三台储罐橇装?因此箱式LNG橇装设备存在的问题也值得深思。

4.1  规范要求

①设备布置要求

《化工工艺设计手册》中关于设备布置的描述:在条件许可的情况下,采取有效措施,最大限度地实现化工厂的联合露天化布置。露天布置有利于化工生产的防火、防爆和防毒[1]。

加气站工艺设备LNG储罐、LNG潜液泵、卸车/储罐增压器、EAG加热器属于化工设备,尤其是LNG储罐,容积为60 m3,储存介质为LNG,属于危险化学品,根据《化工工艺设计手册》中设备布置要求,应最大限度露天化布置。箱式LNG橇装设备橇体上的设备包覆在主箱体内,虽然设置了百叶窗并采取了通风措施,但与化工设计中设备露天化布置的理念存在差异。

②设计、制造、运输要求

根据GB/T 1413—2008《系列1集装箱 分类、尺寸和额定质量》第5.2.2条,系列1集装箱的外部尺寸、允许公差和额定质量,集装箱长度最大值为13.716 m,宽度最大值为2.438 m,高度最大值为2.896 m。

而目前市场上箱式LNG橇装设备,主箱体(不包括加气罩棚和放散管)长度约18~21 m,高度约3.8~4.1 m,宽度约3.7~4.0 m,属于超长、超宽、超高非标准集装箱设备,设计尺寸仅仅从工艺角度考虑,满足设备之间的防火间距。箱式LNG橇装设备设计主要参考国家标准GB 50156—2012(2014年版)第9.1.3A条,北京市地方标准DB 11/1093—2014《液化天然气汽车箱式橇装加注装置安全技术要求》,箱式LNG橇装设备设计制造规范依据有待进一步完善。

标准集装箱运输,有相应的航空、海运、铁路、公路运输相关规范,对于非标准集装箱,目前没有相关规范约束。设备厂家一般委托物流公司进行设备运输,运输路线需找相关部门提前办理手续,并考察路线,一般用加长平板式集装箱半挂车运输,运输费用较高。加气罩棚一般高出箱式设备约1.5 m,放散管高出箱式设备约3.5 m,由于公路运输有允许最大宽度、最大高度限制,因此加气罩棚和放散管一般进行现场安装,箱体设备的设计尺寸也必须考虑公路运输允许最大宽度、最大高度限制。

4.2  可操作性分析

①车辆堵塞:箱式LNG橇装设备加气机位于箱体两端,受箱体尺寸限制,两台加气机之间的距离较小,对于重卡、货车等大型车辆,两台加气机不便于同时加气。此外,加气车辆行车路线只能为单排,若加气车辆较多,排队等候时间较长,容易造成交通堵塞。

②维修困难:虽然箱式LNG橇装设备集成化程度高,但相对于传统橇装加气站,阀门操作空间狭小,设备、阀门及仪表维修困难。

4.3  安全性分析

①气体积聚:相对于露天化设备布置,箱式LNG橇装设备通风较差,易使天然气积聚,造成安全隐患。

②抢险不易:当LNG泄漏后,虽然可燃气体探测器能够迅速检测到,但箱式LNG橇装设备卷帘门数量有限,且箱体内空间狭小,不易查找泄漏源,等找到时,泄漏已扩大化,对抢险极为不利。若可燃气体探测器发生故障,当微量LNG泄漏后,操作人员不易观察,发现较晚,当发现时,泄漏的LNG已挥发扩散,一旦积聚的气体达到爆炸极限范围,容易造成安全隐患甚至重大事故。箱式LNG橇装设备的门应采取防爆型。

③监管困难:箱式LNG橇装设备最大的优势在于具有可移动性,若效益亏损,建设运营方在利益的驱动下难免会将设备运至市场条件较好的地段,重新建设。但LNG加气站属于重大危险场所,经常移动安全风险较高,不便于相关部门管理。

5   结语

箱式LNG橇装设备加气站虽然具有很多优势,但仍然存在一些问题,尤其是安全方面。因此,在条件允许的情况下,尽可能地建设固定站、分体式橇装LNG加气站或者联合式橇装LNG加气站,设备尽可能露天化布置。

参考文献:

[1]吴德荣. 化工工艺设计手册[M]. 北京:化学工业出版社,2009:38.

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