1 概述

　　液化天然氣氣化站(以下稱LNG氣化站)，作為中小城市或大型工商業(yè)用戶的燃?xì)夤?yīng)氣源站，或者作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾恼{(diào)峰氣源站，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)得到了快速發(fā)展。

　　LNG氣化站是一種小型LNG接收、儲(chǔ)存、氣化場(chǎng)所，LNG來(lái)自天然氣液化工廠或LNG終端接收基地，一般通過(guò)專用汽車槽車運(yùn)來(lái)。本文僅就LNG氣化站內(nèi)儲(chǔ)罐、氣化器、管道系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等裝置的安全設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

　　2 LNG儲(chǔ)罐

　　2.1 LNG儲(chǔ)罐的工藝設(shè)計(jì)

　　LNG儲(chǔ)罐是LNG氣化站內(nèi)最主要的設(shè)備。天然氣的主要成分甲烷常溫下是永久性氣體，即在常溫下不能用壓縮的方法使其液化，只有在低溫條件下才能變?yōu)橐后w。LNG儲(chǔ)罐的工作壓力一般為0.3～0.6MPa，工作溫度約-140℃，設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa，設(shè)計(jì)溫度為-196℃[1]。

　　LNG氣化站內(nèi)150m3及以下容積的儲(chǔ)罐通常采用雙層真空絕熱結(jié)構(gòu)，由內(nèi)罐和外罐構(gòu)成，內(nèi)罐材質(zhì)為0Cr18Ni9不銹鋼，外罐材質(zhì)為16MnR壓力容器用鋼。內(nèi)罐和外罐之間是由絕熱材料填充而成的絕熱層。當(dāng)外罐外部著火時(shí)絕熱材料不得因熔融、塌陷等原因而使絕熱層的絕熱性能明顯變差。目前生產(chǎn)廠家所用的絕熱材料一般為珠光砂，填充后抽真空絕熱。為防止周期性的冷卻和復(fù)熱而造成絕熱材料沉積和壓實(shí)，以致絕熱性能下降或危及內(nèi)罐，宜在內(nèi)罐外面包一層彈性絕熱材料(如玻璃棉等)，以補(bǔ)償內(nèi)罐的溫度形變，使內(nèi)外罐之間的支撐系統(tǒng)的應(yīng)力集中最小化。支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使傳遞到內(nèi)罐和外罐的應(yīng)力在允許極限內(nèi)。儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率反映了儲(chǔ)罐在使用時(shí)的絕熱性能，其定義為低溫絕熱壓力容器在裝有大于50%有效容積的低溫液體時(shí)，靜止達(dá)到熱平衡后，24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量與容器的有效容積下低溫液體質(zhì)量的比值。一般要求儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率≤0.3%[1、2]。除絕熱結(jié)構(gòu)外，儲(chǔ)罐必須設(shè)計(jì)成可以從頂部和底部灌裝的結(jié)構(gòu)，以防止儲(chǔ)罐內(nèi)液體分層。

　　2.2 LNG儲(chǔ)罐的布局

　　根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，儲(chǔ)罐之間的凈距不應(yīng)小于相鄰儲(chǔ)罐直徑之和的1/4，且不應(yīng)小于1.5m。儲(chǔ)罐組內(nèi)的儲(chǔ)罐不應(yīng)超過(guò)兩排，儲(chǔ)罐組的四周必須設(shè)置周邊封閉的不燃燒實(shí)體防護(hù)墻，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)及防護(hù)墻必須保證在接觸液化天然氣時(shí)不被破壞。LNG罐區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)攔蓄設(shè)施(堤)、地形或其他方式把發(fā)生事故時(shí)溢出的LNG引到安全的地方，防止LNG流入下水道、排水溝、水渠或其他任何有蓋板的溝渠中。儲(chǔ)罐防護(hù)墻內(nèi)的有效容積V應(yīng)符合下列規(guī)定：①對(duì)因低溫或因防護(hù)墻內(nèi)一儲(chǔ)罐泄漏、著火而可能引起的防護(hù)墻內(nèi)其他儲(chǔ)罐泄漏，當(dāng)儲(chǔ)罐采取了防止措施時(shí)，V不小于防護(hù)墻內(nèi)最大儲(chǔ)罐的容積。②當(dāng)儲(chǔ)罐未采取防止措施時(shí)，V不小于防護(hù)墻內(nèi)所有儲(chǔ)罐的總?cè)莘e。

　　2.3 儲(chǔ)罐抗震、防雷、防靜電設(shè)計(jì)

　　GB 50223—2004《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，20×104人以上城鎮(zhèn)和抗震設(shè)防烈度為8、9度的縣及縣級(jí)市的主要燃?xì)鈴S的儲(chǔ)氣罐，抗震設(shè)防類別劃為乙類。美國(guó)NFPA59A《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)》(2001年版)規(guī)定，LNG氣化站內(nèi)設(shè)施及構(gòu)筑物的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮操作基準(zhǔn)地震(OBE)和安全停運(yùn)地震(SSE)兩種級(jí)別地震的影響。操作基準(zhǔn)地震(OBE)是指設(shè)施在其設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)可承受的可能發(fā)生的地震，即在該級(jí)別地震發(fā)生時(shí)，設(shè)備將保持運(yùn)行。安全停運(yùn)地震(SSE)是指氣化站所在地罕見的強(qiáng)烈地震，設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)能保存LNG并防止關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)災(zāi)難性故障，不要求設(shè)施在發(fā)生SSE后保持運(yùn)行。LNG罐區(qū)防護(hù)墻及其他攔蓄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至少在空載時(shí)能承受SSE級(jí)別的荷載，要求在發(fā)生SSE之后，LNG儲(chǔ)罐可能會(huì)出現(xiàn)故障，但防護(hù)墻和其他攔蓄系統(tǒng)必須保持完好。凡是失效之后可能會(huì)影響到LNG儲(chǔ)罐完整性的系統(tǒng)和構(gòu)件，以及隔離儲(chǔ)罐并保證它處在安全停運(yùn)狀態(tài)所需要的系統(tǒng)組件，必須能承受SSE而不發(fā)生危險(xiǎn)。LNG儲(chǔ)罐應(yīng)按照OBE進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按照SSE進(jìn)行應(yīng)力極限校核。在工廠內(nèi)制造的儲(chǔ)罐，其設(shè)計(jì)安裝應(yīng)符合ASME《鍋爐和壓力容器規(guī)范》(2007年版)的要求，儲(chǔ)罐和支座的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮地震力和操作荷載的組合作用，使用儲(chǔ)罐或支座設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的許用應(yīng)力增量。

　　LNG氣化站的儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置地下避雷接地網(wǎng)，LNG儲(chǔ)罐的支柱與避雷接地網(wǎng)連接，LNG儲(chǔ)罐上無(wú)須設(shè)置防雷保護(hù)裝置。站區(qū)的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50057—94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(2000年版)中“第二類防雷建筑物”的有關(guān)規(guī)定。防靜電設(shè)計(jì)應(yīng)符合HG/T 20675—1990《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求。