LNG站储罐选型及工艺优化可行性研究
摘要：本文探讨了LNG储罐最经济的选型，研究了LNG气化站工艺布局优化的可行性，希望在不低于国家及其它相关规范要求的前提下，达到最优的资源配置和最佳的经济效益。
关键词：LNG站；储罐选型；工艺优化；
中图分类号：TU996文献标识码：文章编号：
TheresearchchoosingtheLNGstorageandthepossibility
ofthetechnicsoptimize
LIKing-kuen1，WANGChuan-hui2
（1.HongKong&chinagaslimited，HongKong；
2.HongKong&chinagasinvestmentlimitedShenzhen518026,China）
Abstract:TakingaboutwhichsizeoftheLNGstoragetobechoosed,andreseachingthepossibilityofthetechnicsoptimize,inordertoleadtotheoptimizationoftheresourceandthebestbenefitonthepremiseofnotbeundertheGBandotherrelativestandards.
Keywords：LNGstationstoragechoosetechnicsoptimize
液化天然气（LNG）是天然气储存和运输的一种有效方法，近年来，随着中原油田、新疆广汇天然气液化工厂的建成投产以及广东、福建进口LNG项目的实施，LNG卫星站的建设步伐迅速加快，应用也越来越广泛，目前我国建成的LNG气化站已经超过40个，作为该地区的过渡或主要气源，也有的作为紧急、备用气源。在此形势下，我们特地与此行业中具有代表性的设计院及储罐生产商进行合作交流，对设计及选型提出了一系列的优化措施，希望在满足安全的前提下，进一步降低投资成本，同时增加系统操作的灵活性。
1储罐容积选择
由于近年来钢材价格不断上涨，而储罐容积与钢材使用量成正比关系，所以，储罐容积的选择显得尤为重要。由于子母罐不能迁移以及分期安装比较困难，故本文不予考虑；另外，由于容积50m3的单罐太小，不适合作为主要气源或紧急气源储气，因此本文用作分析的LNG储罐单罐容积有100m3、150m3及200m3，除了考虑储罐本身的价格外，同时还综合了因不同单罐容积而计算有别的消防水池的建设成本。此外，由于站内、站外的防火间距影响了土地面积、单罐容积，从而导致储罐数量及低温阀门投资成本的改变，在此，我们也一并考虑。
①不同容积储罐应用比较
在应用上，不同容积的储罐其适用范围以及应用等方面不尽相同，对比情况见表1。
表1不用容积储罐应用比较
Tab.1Applicationcomparisonofdifferentvolumestoragetank
单罐容积
（m3） 适用范围①
(总容量m3） 普遍性 交通运输 工厂生产 现场生产 100 200 普遍 √ √ × 150 300~1800 普遍 √ √ × 200 400~2000 较少 陆运有困难 √ × 注①：以上适用范围，只供参考。若储罐总容积大于2000m3，已超出GB50028-2006的适用
范围，需专项申请。
由上表可知，容积为200m3的单罐由于陆运有困难，且必要性不是很大大，所以应用较少。
②静态投资比较
我们假设在总容量分别为1200m3和600m3的情况下，对单罐容量为100m3、150m和3200m3的静态投资进行比较（见表2、表3）
表2三种不同容积储罐的静态投资比较（总容量为1200m3）
Tab.2Staticinvestmentcomparisonofthreedifferentvolumestoragetank(totalcubage1200m3)
方案 方案1
（单罐100m3） 方案2
（单罐150m3） 方案3
（单罐200m3） 储罐数量(个) 12 8 6 单罐及安装(万)② 105 155 215 储罐投资(万) 1,260 1,240 1,290 低温阀门投资(万) 360 280 210 储罐及阀门投资(万) 1,620 1,520 1,500 消防水池容量(m3) 1200 1500 1800 消防水池投资(万) 110 140 170 合计(万) 1,730 1,660 1,670
表3三种不同容积储罐的静态投资比较（总容量为600m3）
Tab.3Staticinvestmentcomparisonofthreedifferentvolumestoragetank(totalcubage600m3)
方案 方案1
（单罐100m3） 方案2
（单罐150m3） 方案3
（单罐200m3） 储罐数量(个) 6 4 3 单罐及安装(万)② 105 155 215 储罐投资(万) 630 620 645 低温阀门投资(万) 180 140 105 储罐及阀门投资(万) 810 760 750 消防水池容量(m3) 1200 1500 1800 消防水池投资(万) 110 140 170 合计(万) 920 900 920 注②：按2006.10.25钢材价格水平计算,张家港市化工机械有限公司提供储罐参考价，并未考虑管道成本。
由表2、表3可以看出，在总容积为1200m3时，方案2及方案3静态投资接近且相对方案1静态投资要少；在总容积为600m3时，方案2静态投资最少。综合来看，方案2即选择单罐容积为150m3的建设方案，具有良好且明显的经济性。
③动态投资比较
除了储罐本身以及低温阀门等相关附件随容积不同而直接投资不同外，我们还要考虑到，在总容积一定的前提下，选择不同单罐容积的建设方案，其消防水池的建设成本也是有区别的，而且单罐容积的选择改变了储罐数量，从而间接影响低温阀门的数量及其投资成本；此外，不同容积单罐对站内、站外的防火间距的不同要求也稍微影响了土地面积，从而导致投资成本的改变。动态投资影响因素及结果见表4。
表4三种不同容积储罐的动态投资比较
Tab.4Dynamicinvestmentcomparisonofthreedifferentvolumestoragetank
影响项目 影响原因 影响结果 动态投资比较③ 1 消防水池 消防水池容量除考虑总储罐容积外，还要计算单罐的表面积； 单罐容量愈大，消防水池的土建投资愈大； 方案3>方案2>方案1 2 站内、站外的防火间距 按最新版GB50028-2006要求，站内、站外的防火间距只考虑总容积； 单罐容积的选择只轻微影响土地面积及成本； 方案3≈方案2≈方案1 3 低温阀门 单罐容积100m3或以上的LNG储罐应设置的安全阀、切断阀及仪表等设备都相同； 单罐容积的选择改变了储罐数量，从而间接影响低温阀门投资成本； 方案3<方案2<方案1 注③：方案1为单罐100m3；方案2为单罐150m3；方案3为单罐200m3
由表4可以知道，方案2在消防水池以及低温阀门的投资节约上，具有较大的优势。
综合以上不同单罐容积的应用及静态、动态投资比较，单罐容积200m3虽具有一定的经济效益，但碍于陆运有困难，所以较少选用；单罐容积100m3储罐在国内虽较为普遍，但经济效益较低；容积150m3单罐无论在陆路运输、经济效益及普遍性，都具有优势，最具经济效益，在国内也得到广泛使用，且其生产技术已日益成熟，所以我们建议优先考虑使用容积为150m3的单罐。
2LNG站工艺优化方案
除了在储罐选择上进行分析比较以提高LNG站的经济性之外，我们还对LNG站的工艺进行优化，以进一步降低成本。
2.1缩小低温管道管径
由于低温管道昂贵建设费用与管道直径成比例增长合理选用管径减少投资有效方法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，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管道卸一车的理论时间为：40/(0.0523.14/4)/(33600)=1.89小时因此对于用气量在25000N3/天的站，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。所用低温管托尺寸较大，在200，由于价格贵，长度减小一半，可以满足需要。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=1610-6m/℃，按温差T=216℃计算，膨胀量为：L=L△Tα=51.84mm
此膨胀量完全可以通过储罐前的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。配置3个卸车台时，采用此方案有明显的节省。
方案3．储罐的自增压气化器采用共享方式设计。对于储罐组可只设置2台气化器(1开1备，只需满足气化能力要求），在增压器设置旁路以便于搭配。此方案不但减少了设备数量，节省投资，而且还提高了操作的灵活性。
方案4．BOG减压器(1开1备)适当增加止回阀。此方案与BOG气化器相似，可采用共享方式设计，不需要每个储罐都配置一台减压器，从而减少投资，但是应注意到，采用此方案时应相应的增大减压阀的流量规格。
方案5．储罐的进液管路及增压器的进液管路由1台切断阀共同控制。这样，储罐的紧急切断阀便可由原来的3个改为2个，从而降低了成本。
②成本节省分析
若采用以上方案，成本节省额见表5
表5成本节省分析
Tab.5analyseofcostsaved
储罐
(个) 卸车台
(台) 调整方案后的节省额(万元) 节省总计
(万元) 方案1
（2万/台） 方案2
(4万/台) 方案3
(4万/台) 方案4
(3万/台) 方案5
(5万/台) 4 2 4 0 8 6 20 38 6 2 4 0 16 12 30 62 12 4 8 8 40 30 60 146 以上5个方案已经与设备厂家及设计院研究探讨，并得到认同150m3最具经济效益，在国内应用极为普遍，并且生产技术已经成熟，故应优先考虑使用150m3LNG储罐。
②在设计院认可的前提下，对LNG站的工艺进行优化调整，将设备简化从而较大程度的降低投资成本。可在以后的LNG气化站建设达到相当(6个或以上)时投资成本的
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