xx铜业lng贮存站工程初步设计方案.docx
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xx铜业lng贮存站工程初步设计方案
XX省XX铜业LNG贮存站工程
初步设计
中国市政工程XX设计研究院
附表一:
工程材料表
附表二:
工程概算表
附图:
初步设计图纸
前言
XXXX铜业有限公司坐落于XX市,XX市地处XX省南端,苏、宁、杭三角中心。
东濒太湖,东南邻浙江长兴,西南界安徽广德,西接溧阳,XX毗连金坛,北面与武进相傍,滆湖镶嵌其间。
全市总面积2038.7平方公里。
年末耕地99.14万亩。
地势南高北低。
南部为丘陵山区,北部为平原区;东部为太湖渎区,西部为低洼圩区。
XX省XX铜业有限公司是由江西铜业股份有限公司与XX金辉集团、华润铜业合资成立的一家专门从事铜产品深加工的企业,目前XXXX铜业有限公司拟投资11.6亿元,在XX市官林镇建设年产光亮铜杆15万吨、铜线4万吨、复合铜线3万吨、束绞线3万吨项目。
为本公司的事业更好的蓬勃发展,解决燃料问题已成为XX省XX铜业有限公司的首要问题。
基于此,XX省XX铜业有限公司特委托我院进行本工程的初步设计工作。
我院在经过现场踏勘、资料收集、技术分析论证,并在XX市相关部门和XX省XX铜业有限公司的有关领导的大力支持下,本设计得以顺利完成。
在此,向他们表示诚挚的感谢!
1.总论
1.1设计依据
1、初步设计委托书;
2、设计技术协议。
1.2设计原则
1、满足企业生产用气需求;
2、严格执行国家相关标准和规范,工艺设计以安全为首要考虑前提;
3、工艺设计必须满足技术可靠,生产工艺简单,生产稳定的要求,并尽可能节约投资;
4、坚持节能的原则,力求取得良好的经济效益、社会效益和环境效益。
1.3设计内容
本工程设计内容主要为:
LNG贮存站的工艺、建筑、结构、电气、消防、给排水、自控仪表等专业。
1.4标准及规范
本工程设计遵循的主要标准及规范如下(以国家最新颁布的为准):
1.4.1工艺设计
1、《城镇燃气设计规范》GB50028-2006;
2、《建筑设计防火规范》GB50016-2006;
3、《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T14976-2002;
4、《输送流体用无缝钢管》GB8163-99;
5、《城镇燃气输配工程施工及验收规范》CJJ33-2005;
6、《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97;
7、《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98;
1.4.2建筑设计
1、《建筑设计防火规范》GB50016-2006;
2、《建筑物抗震设计规范》GB50011-2001;
3、《构筑物抗震设计规范》GB50191-93;
4、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版);
5、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002;
6、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002;
7、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2001年版)。
1.4.3电气设计
1、《供配电系统设计规范》GB50052-95;
2、《低压配电设计规范》GB50054-95;
3、《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93;
4、《化工企业静电接地设计规程》HG/T20675-1990;
5、《仪表供电设计规定》HG20509-92;
6、《建筑照明设计标准》GB50034-2004;
7、《工业与民用电力装置的接地设计规范》GB50065-94;
8、《爆炸和火灾危险环境电力装置规范》GB50058-92;
9、《电力装置的续电保护和自动装置设计规范》GB50062。
1.4.4消防设计
1、《建筑设计防火规范》GB50016-2006;
2、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005;
3、《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》SH3063-1999。
1.4.5给排水设计
1、《室外给水设计规范》GB50013-2006;
2、《室外排水设计规范》GB50014-2006;
3、《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003;
4、《污水综合排放标准》GB8978-1996;
5、《地面水环境质量标准》GB3838-2002。
1.4.6自控仪表设计
1、《控制室设计规定》HG20508-92;
2、《化工部自控设计规范》HG20505-2000。
1.4.7其他
1、《中华人民共和国环境保护法》;
2、《环境空气质量标准》GB3095-2001;
3、《采暖通风与空调设计规范》GB50019-2003;
4、《工业企业厂界噪音标准》GB12348-90;
5、《工业企业设计卫生标准》GBZ1-2002;
5、《城市区域环境噪音标准》GB3096-93;
6、《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996;
7、《建设项目环境保护管理条例》(国务院【1998】253号);
8、《建设项目(工程)劳动安全卫生监察规定》(劳动部)。
1.5工程概况
本站位于XX省XX铜业有限公司厂区内,北临南新河,南濒蒋韶路。
本工程高峰小时流量为3000Nm3/h,主要为企业生产之用。
主要技术经济指标:
LNG贮存站主要技术经济指标
总用地面积
5504.80m2
建、构筑物占地面积
1743.40m2
场地道路占地面积
2657.00m2
绿化占地面积
1140.00m2
绿化率
20.05%
围墙
299.4m
1.6基础资料
1.6.1现场环境及地质资料
本站所处地带属亚热带季风气候,全年温暖湿润。
热量条件好,年平均气温15.7℃;夏季最热月平均气温28.3℃。
年平均无霜期2401多天,生长期可达250天左右,积温5418℃,日照较足,7-8月日照时数最多。
农作物一年可2-3熟。
降水丰沛,全年有雨,年平均雨日136.6天,年平均降水量1177毫米,春夏雨水集中。
地面水、地下水丰富。
地震烈度为6度。
根据委托方提供由XXXX市建筑设计研究院所作的该场地《岩土工程勘察报告》,本工程建设场地土层分布为:
第1层:
耕土:
厚度0.8~1.4米,褐灰色,松软状态,稍湿;
第2层:
粉质粘土:
灰黄色,硬塑(局部可塑)状态,无摇震反应,干强度中等,岩性较好,承载力较高,层厚较大,层厚8.10~12.10米,该层分布于整个场地,地基承载力特征值:
fak=230KPa;
第3层:
粉土加粉砂:
稍密,饱和状态。
该层分布整个场地,层厚约13.7米;地基承载力特征值:
fak=140KPa;
第4层:
粉质粘土:
可塑状态。
该层分布整个场地,层厚大于2.30米;地基承载力特征值:
fak=150KPa;
1.6.2气源参数
LNG气化后成份
序号
成份
Mol%
备注
1
CH4
96.299
2
C2H6
2.585
3
C3H8
0.498
4
I-C4H10
0.100
5
N-C4H10
0.118
6
N-C5H12
0.003
7
N2
0.400
8
H2S
<3.5ppm
9
总硫分
33.5mg/Kg
合计
100
LNG主要含甲烷和乙烷及少量C3~C5烷烃的低温液体。
LNG和液体甲烷性质基本类似。
液态天然气性质(-162℃)参数如下:
密度(Kg/m3):
437.7(-162℃)
气液体积比:
586.4(气相为0℃时)
气态(0℃)参数如下:
低热值(MJ/Nm3):
36.94
密度(Kg/Nm3):
0.746
运动粘度(m2/s):
12.23×10-6
2.总图设计
2.1站址选择
2.1.1选址原则
LNG贮存站位置主要考虑符合城市总体规划及厂区用地规划,满足安全间距要求,交通方便,有良好的水电等外部条件,还要考虑方便于企业生产用气。
选址原则如下:
1)符合城市总体规划和有关主管部门的审查意见及厂区用地规划;
2)尽量靠近企业用气负荷地带,以减少管道无效长度;
3)具有较好的供水、供电和地形条件;
4)与周围建、构筑物的距离满足《城镇燃气设计规范》GB50028-2006和《建筑设计防火规范》GB50016-2006等国家有关规定;
5)靠近城市道路。
2.1.2站址确定
经过项目前期工作,XX省XX铜业有限公司与XX市相关管理部门等单位多次协商并进行实地踏勘,结合厂区内部用地规划,LNG贮存站站址选择在该厂区北侧,北临南新河,南濒蒋韶路。
2.2总图布置
2.2.1布置原则
1、严格遵循现行设计规范和安全法规。
2、满足当地城市规划部门对站区平面布置的要求;
3、满足生产安全的要求,总平面布置严格执行国家有关规范;
4、根据批准的规划红线,合理布局,充分利用原有设施,节约工程建设用地;
5、满足消防和交通运输的要求;
6、充分考虑环保及工业卫生的要求,减少环境污染;
2.2.2布置思路
根据建设场地周围实际情况及工艺要求,贮存站为主要用气工程的枢纽站。
因此要求平面布置要求紧凑,缩短工艺管线,节省投资。
要求方便对外联系,又便于日常生产、生活的管理。
同时还要便于消防、救护等抗险救灾车辆的通行。
所以总图布置时,考虑功能划分区域使站内各功能分区用地合理。
2.2.3区域划分
根据功能划分为以下几个区域:
卸车区:
设卸气柱一座,并在其一侧设300Nm3/h的卸车增压器一台,且留有足够的回车场地;
储罐区:
设150m3立式储罐2座,在其一侧分别设300Nm3/h的储罐增压器一台,储罐区四周设高度为1.0米的防液堤;
气化区:
设3000Nm3/h空温式气化器2台,400Nm3/h的BOG加热器(空温式)2台,300Nm3/h的EAG加热器1台,3000+400Nm3/h
的水浴式加热器1台;
调压计量区:
设撬装调压计量设备一套(含加臭装置);
放散区:
位于本站东北角,设集中放散塔一座。
辅助区:
设辅助用房一幢,房间功能为:
氮气间、仪表间、配电间和消防泵房。
2.2.4平面布置
LNG贮存站总平面布置应与工艺流程相结合,做到内外物流流向合理,生产管理和维护方便,确保站内外建构筑物的安全间距、站内设备布置安全间距满足设计规范要求,紧凑统一。
根据站区的实际情况和生产工艺的要求,按照《城镇燃气设计规范》GB50028-2006、《建筑设计防火规范》GB50016-2006等现行国家规范标准的要求,本站总平面进行分区布置:
生产区和辅助区。
生产区包括卸车区、储罐区、气化区、调压计量区和放散区。
本站设两个对外出入口,在主入口大门(宽9m)一侧设置值班室,热水炉间及水泵房与其毗邻,在次入口大门(宽4m)一侧设置门卫,卫生间与其毗邻。
辅助区设辅助用房一幢,房间功能为:
氮气间、仪表间、配电间和消防泵房。
站区四周设高度为2.2米的实体围墙。
建筑物一览表
名称
房间尺寸
数量
备注
值班室
3.00×2.70
1
热水炉间
3.60×6.00
1
水泵房
3.00×2.70
1
门卫
3.00×3.60
1
卫生间
3.00×3.60
1
氮气间
5.40×3.60
1
仪表间
5.40×3.60
1
配电间
5.40×3.90
1
消防泵房
5.40×7.80
1
站内道路遵循相关规范的要求,满足生产运输的需要,同时也能满足火灾状况下大型消防车通行的需要。
生产区消防车道布置为环形,环形消防通道按4.0米设计。
站内设置回车场,以使LNG专用运输车能顺利回车。
建构筑物安全间距见下表:
名称
建构筑物
安全间距(m)
国标要求
实际设计
储罐
汽车槽车卸车台
22.0
33.6
变配电室、仪表间
22.0
55.0
明火、散发火花地点
55.0
>55.0
站区围墙
20.0
20.0
站内主要道路
15.0
15.0
站内辅助用房
22.0
50.0
站外人员集中地区
70.0
>70.0
站外工业区
35.0
>35.0
站外公路
25.0
>25.0
放散塔
储罐
26.0
26.5
站区围墙
2.0
2.0
站内道路
2.0
4.0
2.2.5竖向设计
1、设计原则
1)结合站区总平面布置,合理利用地形,为各实施提供适宜的建设场地;
2)满足站内道路设计的要求,为站内外道路的连接提供良好的条件;
3)站内场地雨水应能及时排出;
4)根据现场地形及场外的规划道路,合理确定设计标高和场地坡度,在保证雨水顺畅排出的条件下,尽量减少土方工程量。
2、竖向布置
结合总平面布置方案和工程场地的实际情况,站区的竖向布置整体上为中间高两边低,东高西低。
站区地坪标高为4.56~4.79。
站内消防环形通道设计坡度为0.3%,生产运输的回车场地设计坡度为0.3%。
建构筑物室内及基础标高根据使用功能确定,室内外高差为0.30m,道路标高低于周围场地标高。
3、土方平衡
围墙内占地总面积为5504.80m2(8.26亩),主要土方量为:
挖方:
100m2;
填方:
550.5m2;
工程土方量为:
450.5m2。
2.2.6站区绿化
站区绿化是环境保护的重要措施,站内除道路、回车场地外,其余均进行绿化,生产区内场地绿化选用草坪。
办公辅助区选用与建筑相协调的矮乔木、花卉及草坪进行绿化,同时亦起到美化的作用。
形成四季常绿、季季有花香、景观丰富自然的花园式站区。
站区绿化面积为1140.00m2,绿化率为20.05%。
2.2.7交通设计
站内设计通往站外的大门两个:
主入口大门宽9.0米,位于本站的西南角,次入口大门宽4米,位于本站的XX角。
主入口大门采用电动伸缩门;次入口大门采用平开钢大门。
站内主要道路宽9.0米,生产区设置4.0米的环形消防通道,消防道路转弯半径为9.0米,保证发生火灾时道路畅通,消防车顺利通过。
2.2.8管线综合
站区工艺管线采用架空与埋地敷设相结合的方式,给、排水管线、通讯管线等其他管线采用埋地敷设方式。
根据站区建构筑物的位置,管线敷设应符合以下要求:
1、根据建筑物、工艺装置等耐火等级,生产的火灾危险性,车辆或行人的通行要求及建、构筑物的基础结构,散水宽度,卫生和安全的要求,管径、管材、施工条件、管道工作压力、工作温度等,确定管线与建、构筑物的距离,以保证在敷设或检修管线时安全便利,互不影响。
2、管线间的水平或垂直最小净距应符合《城镇燃气设计规范》等现行国家规范、标准的规定要求,并考虑管线在使用中的相互影响和管线损坏时对其他管线的影响。
3、埋地管线一般沿道路或建筑物平行布置,与道路交叉时应尽量垂直布置,使其交叉长度力求最短。
2.2.9主要技术经济指标
LNG贮存站主要技术经济指标
总用地面积
5504.80m2
建、构筑物占地面积
1743.40m2
场地道路占地面积
2657.00m2
绿化占地面积
1140.00m2
绿化率
20.05%
围墙
299.40m
3.工艺设计
本LNG贮存站工艺设计主要包括LNG卸车、LNG贮存、LNG气化、调压计量加臭、安全放散等内容。
3.1设计规模
根据委托单位提供的设计委托书确定其供气规模为3000Nm3/h。
3.2工艺流程
液化天然气由运输车辆运至LNG贮存站后,利用卸车增压器给槽车储罐增压,利用压差将LNG送入LNG储罐。
通过储罐增压器将LNG增压后自流进入空温式气化器,LNG吸热气化发生相变,成为天然气(简称NG);夏季直接去管网,冬季经水浴式加热器加热后再去管网。
工艺流程简图如下:
BOG加热器
水浴式加热器
空温式气化器
LNG储罐
卸车柱
LNG槽车
企业用气设备
调压计量加臭装置
气化站工艺流程简图
详细工艺流程见带控制点工艺流程图。
3.2.1卸车工艺
低温槽车中的LNG在0.20MPa(以下压力如未加说明,均为表压)、-162℃条件下,利用卸车台设置的卸车增压器给槽车储罐增压至0.60MPa,利用压差将LNG送入LNG储罐。
另外,卸车末段回收槽车储罐内的低温NG气体。
卸车工艺管线包括液相连接管线、气相连接管线、气液连通管线、安全卸压管线、氮气吹扫管线及若干低温阀门。
正常情况下,只需要连接卸车台和槽车的液相管线即可完成卸车工艺;分别连通卸车台和槽车的气相和液相管线,卸车后,可回收槽车内的高压BOG气体;另外,气液连通管线用于回收液相软管段的LNG,在必要情况下,也可以利用储罐BOG对液相管道进行预冷。
3.2.2增压工艺
LNG储罐储存参数为0.40MPa,-162℃,运行时随着储罐内LNG的不断排出,压力不断降低。
因此需要对LNG储罐进行增压,以维持其0.40~0.45MPa的压力,保证后续工艺的顺利进行。
增压设备包括空温式气化器、升压调节阀及若干低温阀门和仪表。
正常情况下,增压工艺不需要连续运行,因此选用空温式气化器不需定期化霜,不需设置备用路进行切换,可以满足增压工艺的要求。
当LNG储罐压力(升压调节阀后压力)低于设定压力时,调节阀开启,LNG进入空温式增压气化器,气化为低温NG后通过储罐顶部的气相管进入罐内,储罐压力上升;当LNG储罐压力高于设定压力时,调节阀关闭,空温式增压气化器停止气化,随着罐内LNG的排出,储罐压力下降。
通过调节阀的开启和关闭,从而将LNG储罐压力维持在设定压力范围内。
3.2.3BOG工艺
本工程中BOG气体(BoilOffGas)包括:
储罐的蒸发气体、卸车时软管内残余液体LNG和槽车的蒸发气体
低温真空粉末绝热储罐和低温槽车的日蒸发率一般为0.3%,这部分气化了的气体会使储罐的压力升高,当超过减压器设定压力,通过减压器排除BOG。
另外,在进行卸车操作时,首先需要从储罐的顶部进液管喷洒LNG液体以对储罐进行预冷,此操作初期会产生较多的BOG气体,同样需要及时排出。
为保证储罐的安全,在储罐上装有降压调节阀,可根据压力自动排出BOG。
根据增压工艺中升压调节阀的设定压力以及储罐的设计压力,该降压调节阀的压力可设定为高于升压调节阀设定压力,且低于储罐设计压力。
自动排出的BOG气体为高压低温状态,因此需设置BOG加热器并经过调压后进入输气管网。
3.2.4气化加热工艺
本设计采用空温式和水浴式相结合的串联流程,夏季使用自然能源,在冬季空温式气化器出口温度达不到要求时,使用水浴式加热器进行加热以保证供气要求。
既可满足生产需要,又可降低能耗,减少操作费用。
空温式气化器又分为强制通风和自然通风两种,强制通风换热面积较小,价格较自然通风便宜,还可减少结霜、延长除霜的切换时间。
但因设备外面有风罩,不能手工除霜,并且因使用风扇要消耗电能,运行费用较自然通风高。
两组空温式气化器交替使用,自然通风就可满足设计要求,因此本设计采用自然通风空温式气化器。
切换周期为4小时,当出口温度低于0℃时,低温报警并连锁切换空温气化器。
3.2.5调压计量、加臭工艺
经主气化器气化的NG及经BOG加热器加热的BOG气体经过撬装调压装置,将压力稳定在管网设计起点压力上。
调压后的气体经过计量和加臭处理后进入输配管网。
3.2.6调压计量、加臭工艺
本设计中,氮气系统包括两部分:
1、吹扫系统:
用于卸车台工艺管线吹扫以及投产时管线和贮罐吹扫。
2、气动阀门控制系统:
作为贮罐底部进出液管道上的气动紧急切断阀的动力。
3.3主要设备选型
3.3.1设备选型原则
1、相关设备要具备可靠的耐低温性能。
特别是储存设备应至少满足耐低温-162℃以下,应达到-196℃。
2、储存设备保冷性能要好。
若LNG储存设备保冷性能不好,将引起设备内温度升高,压力上升过快,危险性增大。
3、气化设备气化能力要满足设计要求,气化效率要尽量高。
4、LNG输送管道、阀门等的耐低温性应与LNG储存设施一致。
5、除满足工艺要求外,所有安全阀件(装置)应耐低温且完好、灵敏可靠。
3.3.2设备选择
1、储罐
根据气源运输周期及企业生产用气量确定本站采用150m3立式储罐2座。
2、增压系统
本工程设置300Nm3/h卸车增压器1台和300Nm3/h储罐增压器2台。
增压器均为空温式。
3、主气化器
主气化器选用自然气化空温式气化器,空温式气化器的导热管是将散热片和管材挤压成型,导热管的横截面为星形翅片。
空温式气化器由蒸发段和加热段构成。
蒸发段由端板管连接并排的导热管构成,加热段由用弯管接头串联成一体的导热管组成。
由于空温式气化器要定期除霜,定期切换。
因此设计选用2台气化器(一用一备)切换使用。
主要工艺参数如下:
●设计进口/出口温度:
-162℃/环境温度-10℃
●设计压力:
0.8MPa
●设计流量:
3000Nm3/h(单台)
气化器的材质必须是耐低温(-162℃)的,目前国内常用的材料为铝合金(LF21);气化器为立式长方体,气化(输送)管路为翅片式。
4、水浴式气化器
水浴气化器主要用于将低温天然气升温而设置,对空温式气化器起辅助升温作用。
水浴式气化器根据热源不同可分为热水式、蒸汽加热式、电加热式等。
其结构为将导热盘管放入热水槽中,导热管中的低温天然气与热水进行热交换,成为常温天然气气体。
导热盘管采用不锈钢(OCrl8Ni9),筒体采用碳钢,卧式圆筒形。
本设计设置1台热水式水浴加热器,其主要工艺参数如下:
●设计进口/出口温度:
-18℃/10℃
●设计压力:
0.8MPa
●设计加热能力:
3000+400Nm3/h
5、调压计量加臭
调压计量加臭系统采用撬装设备,有设备厂家整套提供。
调压撬出口压力为0.05~0.07MPa。
3.4管道、管件及阀门
3.4.1管道、管件
1、低温
管道:
材质为奥氏体不锈钢,钢号为0Crl8Ni9,符合GB/T14976-94《流体输送用不锈钢无缝钢管》。
配管用标准外径采用GB8163或SH3405(壁厚系列为SCH10s);
管件:
材质为奥氏体不锈钢,钢号为0Crl8Ni9,符合GB/12459-90标准的对焊无缝管件(冲压);
法兰:
材质为奥氏体不锈钢,钢号为0Crl8Ni9,符合HG20592-97标准的公制凸面带颈对焊钢制法兰;与法兰相应的紧固件采用专用级双头螺栓螺母(0Cr18Ni9),应经过冷加工硬化;
密封垫片:
采用C型不锈钢金属缠绕垫片,金属材料为0Crl8Ni9,非金属材料为PTFE。
2、常温
管道:
材质20#/SMLS(GB/T8163-99)或Q235-B(GB/T13793-92);
管件:
材质20#/SMLS,符合GB/12459-90标准的对焊无缝管件(冲压);
法兰:
材质20#钢,符合HG20592-97标准的公制凸面带颈对焊钢制法兰;与法兰相应的紧固件采用商品级双头螺栓螺母(20#钢);
密封垫片:
采用柔性石墨复合垫片,芯板采用低碳钢。
3、其他管道
紧急切断阀控制管采用T3紫铜管,套筒连接。
3.4.2阀门
1、低温
采用专用低温阀门,应满足输送LNG压力(压力级别1.0MPa)、流量要求,且具备耐低温性能(-196℃)。
主要包括:
专用截止阀、球阀、三通阀、液位计阀、仪表阀、安全阀、止回阀等等。
另外还包括气动低温阀门:
紧急切断阀、升压调节阀、减压调节阀及管道压力控制阀等。
管道阀门选用按照API标准制造的专用液化天然气用不锈钢阀门,钢号为0Cr18Ni9,保温管段采用长轴式,不保温管段采用短轴。
阀门与管道间的连接可采用焊接型式连接(DN4
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