【论文精选】LNG气化站气化装置及基础改造方案

作者：徐龙春，邢少郡，侯立朋，王振东

第一作者单位：安徽深燃天然气有限公司

摘自《煤气与热力》2023年6月刊

参考文献示例

徐龙春，邢少郡，侯立朋，等. LNG气化站气化装置及基础改造方案［J］.  煤气与热力，2023，43（6）：B01-B03.

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1、气化设备
2、LNG储运设备

1   概述

随着国家环保政策越来越严，人民生活质量不断提高，城镇基础设施日趋完善，城镇天然气气化率也逐年提高。根据住建部《2021年城乡建设统计年鉴》可知，截至2021年底，我国城市和县城天然气用气人口为52 874.53×10⁴ 人，其中城市天然气用气人口为44 195.53×10⁴人；天然气管道长度为113.51×10⁴ km，其中城市天然气管道长度为92.91×10⁴ km。

对于管道天然气未覆盖的地区，绝大部分地区采用LNG气化站供气。空温式气化器是LNG气化站的重要设备，吸收环境中的热量传递给LNG使其气化。

实际应用中，低温工况下星型翅片导热管空温式气化器普遍存在结霜现象，尤其在冬季，空温式气化器（简称气化器）的结霜面积约占总面积60%~ 85%。霜层在星型翅片导热管表面沉积，增大了传热热阻，减弱了传热效果，同时，增大了空气流过气化器的阻力，造成空气流量下降，使气化器的换热量大大减少，严重时翅片导热管会结冰。当气化器不工作时，冰融化会产生冰水，滴落在设备基础混凝土上。设备基础混凝土长期被冰水侵蚀，会出现裂纹和粉化现象，给厂站运行带来安全隐患。因此，设计单位在设计LNG气化站时要合理选用气化器，根据工程所在地考虑设备基础防冻胀^［1-2］及气象条件影响。

2   待改造LNG气化站概况

某LNG气化站位于安徽省某市，于2018年10月投入运营，为调峰气源（LNG价格便宜时，为主气源），主要给城区天然气居民、商业和工业用户供气。

站内设置2台容积150 m³的LNG储罐，设计气化能力14 000 m³/h。站内主要设备见表1。气化器采用星型翅片导热管。

目前，该站冬季高峰时段气化量达14 000 m³/h，气化器工作时表面结霜严重，基础已冻胀变形，周边混凝土地面出现了粉化现象。

3   待改造LNG气化站存在问题及原因

3.1  存在问题

在冬季运行过程中，高峰时段气化器满负荷工作，需开启1台气化能力8 000 m³/h和1台气化能力6 000 m³/h 的气化器。气化器工作时，其周围产生大量白雾（见图1），弥漫整个生产区。气化器结霜结冰情况严重，已导致翅片及金属外框变形。气化器基础被冰水侵蚀出现裂纹、冻胀变形，周边混凝土地面长期被冰水侵蚀出现了粉化现象，存在很大安全隐患。厂站人员在生产区操作或除霜除冰时，为防止冻伤，必须穿防护棉服，戴头部和脸部护具。

3.2  原因分析

①气化器设备

从现场调研情况看，该站主要存在气化器设备设计缺陷和选型过小两方面原因。原气化器存在设计缺陷，导热管间距过小，翅片过小，不利于通风，不利于导热管及翅片自然对流换热。设备厂家忽略了星型翅片导热管在结霜工况下传热性能的变化。设计单位设计经验不足，气化器设备选型过小，没有做到尽量选择多台同种型号气化器进行组合。

②气化器基础

该站位于非寒冷地区，设计单位设计时，仅考虑项目所在地区气候条件，未考虑LNG工艺流程的特殊性和项目设备气化量，对气化器基础混凝土结构暴露的环境类别判断不准确，未采取防冻措施。气化器基础长期被冰水侵蚀，再经冻融胀裂，势必会出现混凝土表面开裂和粉化现象，存在安全隐患。

③气象条件

因场地有限，气化器没有布局在当地气象常年主导风向的迎风侧，降低了气化器的换热效率。

4   改造方案

4.1  设备改造

由原设备厂家负责更换或改造气化器，适当增大导热管之间及翅片之间的间距，增加翅片面积，考虑星型翅片导热管在结霜工况下传热性能的变化，使气化器能满足实际气化量的需求。若更换气化器，受场地所限，建议都更换为同型号气化能力为8 000 m³/h的气化器，增大气化能力，留有余量，便于运行管理。

4.2  设备基础改造

①改善空气流通，提高换热效率

对气化器基础进行改造，拆除原有基础，将条形整块基础改为多个柱状基础与气化器底部连接，并适当增加柱状基础的高度，改善空气流通，提高换热效率。

②采取防冻措施

气化器基础防冻措施有两种方案。方案1是基础选用抗冻等级F300（混凝土能够承受反复冻融循环次数为300次）的混凝土，掺加外加剂，水泥、掺合料、外加剂的品种和数量、配合比及空气含量等应通过试验确定，并按照SL/T 352—2020《水工混凝土试验规程》中混凝土抗冻试验内容进行试验。方案2是基础选用P8等级的防渗透C30混凝土，基础表面外加保温防护措施。

方案1需通过试验确定水泥、掺合料、外加剂的品种和数量、配合比及空气含量，试验时间至少28 d，而且项目周边没有做混凝土试件抗冻试验的检测机构。从改造工期方面考虑，宜选用方案2。方案2的设计要求及做法如下。

a.设备基础设计主要要求

设备基础采用柱状基础，设计等级为丙级，设计使用年限50 a。基础采用P8等级的防渗透C30混凝土，垫层采用C15混凝土，基础保护层厚度40 mm，钢筋为HRB400。

b.设备基础防冻措施

对各柱状基础，地坪以下30 cm至各柱墩顶部外表面采用5 cm厚岩棉贴面，外罩钢丝网，防水防渗透砂浆罩面，再外包1 mm厚不锈钢钢板。钢板间采用满焊连接，混凝土柱顶面与设备柱脚不便外包钢板处，采用防水抗冻胶密封。通过对设备基础做保温防护来防止被冰水侵蚀冻融开裂。

5 结论

设备基础设计及施工应结合LNG工艺流程，要充分考虑各种环境影响，采取有效措施。对处于气候温和地区的空温式气化器基础，由于设备运行产生低温及冰水环境，空温式气化器基础应考虑防冻措施。

参考文献：
［1］李会凌. F300W8C30抗冻抗渗防腐高性能混凝土配合比设计［J］. 中小企业管理与科技，2012（1）：101-102.

［2］严佩新. 抗冻混凝土的配合比设计［J］. 建材技术与应用，2008（7）：1-2.

                                                                                                       （本文责任编辑：林国真）