重生之琴音渺渺下载:液化天然气在城市燃气中的应用

2006-08-30 11:11
一、前言
随着我国“西气东输”工程的蓬勃开展，全国性的天然气利用热已经掀起。天然气作为目前世界上最佳能源，在我国城市气源的选择中已被高度重视，大力推广天然气已成为我国的能源政策。但由于天然气长距离管道输送的工程规模大，投资高、建设周期长，短时间内长输管线难以到达大部分城市。
利用高压，将天然气体积缩小约250倍（CNG）进行运输，然后将其降压的方式解决了部分城市的天然气气源问题。而应用超低温冷冻技术使天然气变为液态（体积缩小约600倍）、采用超低温保冷槽罐，通过汽车、火车、轮船等方式远距离输送天然气、然后经超低温保冷储罐储存、再气化的LNG供气方式与CNG方式相比，输送效率更高，安全可靠性能更强，能够更好的解决城市天然气气源问题。
目前，国家正在大力推广使用这一先进技术，并拟在我国沿海兴建大型的LNG码头，大量进口LNG。通达能源股份有限公司利用这一方式先后在广东、江西、江苏、浙江的中小城市投资建设城市天然气设施，并已成功投产运行，同时在建的城市LNG项目还有多个。随着我国LNG气源的增多，可以预测，不久的将来LNG这一新的供气方式将会成为城市燃气化的首选途径，使用这种供气方式的城市将会迅猛增加。
二、LNG在我国的资源与利用
LNG（Liquefied Natural Gas），即液化天然气，是天然气的液态形式，它充分利用了天然气在常压、-162℃下液化，体积缩小约600倍的性质，为天然气的高效输送提供了新的途径，也扩大了天然气的利用领域。
1、我国LNG的资源
目前，我国LNG生产厂家不多。中原油田的天然气液化工厂一期工程已于2001年10月份投产，天然气液化能力为LNG30万Nm3/日，二期达到50万Nm3/日，最终规模达到150万Nm3/日；上海浦东的天然气液化工厂天然气液化能力为2万Nm3/日，主要用作调峰备用气源；新疆广汇集团目前在吐哈油田兴建大型天然气液化工厂，一期投资约6亿元人民币，预计于2003年底建成投产。初期天然气液化能力为150万Nm3/日，最终规模达900万Nm3/日，将成为我国最大的LNG生产基地。
同时，国家根据地域分布和能源资源供需情况，在经济发达的东南沿海（广东、福建、浙江、山东和上海）地区积极开展进口LNG 的接收与利用工作。第一个试点深圳大鹏湾码头工程于2003年动工建设，已与澳大利亚ALNG集团签定供气协议，每年接收300万吨的LNG，码头将在2006年6月投入商业运营。
此外，福建莆田、浙江宁波、山东青岛等进口LNG项目也在紧锣密鼓的进行当中。
2、我国LNG的利用
LNG技术在我国起步较晚，但发展迅速。迄今为止，全国使用LNG作为气源的城市有30多个，其中包括通达能源公司投资建设的5个投产城市（龙川、姜堰、余姚、沭阳、九江）及在建城市。
表1：通达公司LNG项目情况
项目
一期供气规模（万Nm3/d）
一期气化站内LNG储罐规模
开工时间
投产时间
龙川LNG项目
1.0
100m3
2001.10
2002.5
姜堰LNG项目
1.0
100m3
2002.3
2002.7
余姚天然气利用一期工程
1.2
150m3
2002.6
2002.10
九江天然气利用过渡期工程
1.5
200m3
2002.11
2003.5
沭阳LNG项目
1.5
100m3
2002.11
2003.6
阳江LNG项目
2.54
200m3
2003.6
2003.11（计划）
吉安LNG项目
2.18
300m3
2003.10
2004.4（计划）
潮州LNG项目
20
3000 m3
2004.1（计划）
2004.7（计划）
三、LNG技术
LNG产业链包括天然气的液化（LNG的生产）、运输、储存、气化、供气和应用几个环节。

图1：LNG工艺流程示意图
1、LNG组成及性质
以中原油田、新疆广汇、深圳大鹏湾进口LNG为例，其组成及性质见下表。
表2：LNG组成及性质
参数
中原油田
新疆广汇
深圳大鹏湾
组分
甲    烷
95.857%
82.3%
91.46%
乙    烷
2.936%
11.2%
4.7%
丙    烷
0.733%
4.6%
2.59%
氮
0.085%
0.8%
0.09%
其    他
0.389%
1.1%
1.16%
分子量
16.85
19.58
17.918
气化温度
-145℃（0.3MPa）
-162℃（常压）
-162℃（常压）
天然气热值
低热值
37.48MJ/Nm3
(合9000Kcal/Nm3)
42.42 MJ/Nm3
(合10100Kcal/Nm3)
39.67 MJ/Nm3
(合9477Kcal/Nm3)
高热值
41.49MJ/Nm3
(合9900Kcal/Nm3)
46.76MJ/Nm3
(合11100Kcal/Nm3)
49.47 MJ/Nm3
(合11818Kcal/Nm3)
密度
气态
0.772 kg/m3
0.872 kg/m3
0.802kg/m3
液态
447.0 kg/m3
430～460kg/m3
456.5 kg/m3
运动粘度
12.072×10m-6m2/s
11.42×10m-6 m2/s
13.48×10m-6 m2/s
气台15.5（℃）/液态膨胀系数
610
600
611（20℃）
华白指数（W）
54.43MJ/Nm3
56.91 MJ/Nm3
55.6
燃烧势（Cp）
45.18
42.41
41.2
天然气类别
12T
13T
13T
2、LNG的运输
我国目前现有LNG运输均采用汽车槽车。单辆槽车最大LNG水容积37m3，LNG运输能力22000 Nm3气态天然气，槽车设计压力0.8MPa，运行压力0.3MPa。最远运距达2100km（中原油田—广东龙川），正常平均行驶速度60km/h。整个运输过程安全、稳定。经跟车实测，运行中LNG槽车内的压力基本不变，短时停车上涨0.02MPa左右，途中安全阀无放散现象，LNG几乎无损失。
LNG公路运输费用大概在0.4～0.6元/Nm3.千km。
因此，LNG即使从中原运送到遥远的广东，其运输方式在安全、经济上都是可行的。
表3：通达公司现有LNG运输情况
城市
LNG来源
运输距离（km）
运输时间（h）
运输费用
（元/ Nm3）
备注
龙川
中原油田
2100
42
1.05
远期采用深圳进口LNG
姜堰
中原油田
800
18
0.45
近期过渡气源
余姚
中原油田
1300
25
0.65
近期过渡气源
九江
中原油田
1070
21
0.6
沭阳
中原油田
560
9
0.33
此外，新疆广汇集团已同铁道部、交通大学等有关部门研制火车低温集装箱槽罐运输方式及运输标准，以便更长距离、更大量的运送LNG。应用LNG罐式集装箱可以灵活实现汽车、火车运输。目前，该标准已经出台，40英尺样品也已研制出产并经过了路试，证实了在运动和静止状态不同路况、温度及气候下，保温性能良好。40英尺罐式集装箱可装37m3LNG，相当于气态天然气22000m3左右，一个LNG专列运输量为100～120万立方气态天然气。从新疆到广东潮州约5000km，周期10～12天，运费不超过1元/Nm3。
3、LNG的储存与气化

图2：液化天然气气化站工艺流程图
1）LNG储罐
LNG储罐是气化站中的关键设备，其绝热性及密封性的好坏直接影响到LNG的蒸发和泄漏速度，即LNG的损耗速度和使用率。储罐的性能参数主要有真空度（Vaccum）、漏率（Leakage）、静态蒸发率（Static vaporation rate）。作为低温容器，LNG储罐必须满足国家及行业标准中的相关技术要求。储罐的真空封结度反映储罐的真空性，但真空度随时间推移而降低；储罐的漏率影响储罐真空寿命，即储罐真空度的变化速度；静态蒸发率则能够较为直观的反映储罐在使用时的保冷性能。以一台50m3储罐为例说明：
1）漏率1x10-9Pa.m3/s。
2）静态蒸发率0.3%/d。一台50m3的LNG储罐装满LNG时，在不使用的情况下，完全蒸发需要近一年的时间。
静态蒸发率可以通过实验的方法测得，也可以通过实际运行中数据的分析计算得到。通达公司在已投产的城市中，通过测试及计算的方法，进一步确认了50m3及100m3储罐的保冷性能，其性能指标都达到或高于国家及行业标准，保证了今后的安全稳定运行。
2）LNG的气化
LNG气化为吸热过程，根据热媒的不同，有海水、空温、水浴等气化方式。目前国内LNG气化站都采用空温式和水浴式结合的二级气化方式。空温式换热器直接利用自然空气进行换热，不需要附加能源，其气化能力主要决定于换热面，因此，通常采用翅片的形式。水浴式换热器是空温式换热器的补充，只是在冬季外界温度较低，利用自然气化无法保证天然气温度的情况下才使用，在南方（如龙川）冬季气温较高，基本不需要使用。
换热器的规格主要决定于高峰小时燃气流量，单台气化能力最高可达3000立方米/小时，通常要考虑备用，可以切换使用。气化站中的储罐增压器、BOG加热器、EAG加热器等设备也采用空温式换热器。
3）LNG的预冷与进液
LNG气化站设备、管道施工完成后，由于超低温及LNG特殊要求，在正式投产之前，必须采用中间介质进行低温预冷，经过预冷检验调试合格后方可接收LNG，其过程也是对设备及工程的检验。通常采用液氮作为预冷介质。气化站内的主要设备有LNG储罐、BOG（蒸发气）罐、气化器、增压器、BOG加热器、EAG（放散排空气体）加热器及相关工艺管道及管件，LNG储罐的预冷是气化站预冷中的主要内容。
在预冷及进液过程中，对温度、压力、进液速度、置换时间及操作步骤应科学安排和严格控制。防止出现局部急冷、超压、封闭管段内液体激烈气化膨胀、进液不均匀致LNG分层翻滚等现象而导致设备及管道的损坏。实际操作过程中，可通过上下进气、升压降压、快慢流速等措施加快换热，缩短预冷时间；根据自增压、减压放散、控制进气速度及进气方式等措施达到对压力的控制。
所需预冷介质的量根据储罐的容积及数量通过冷量计算而定。通常一个50立方米低温储罐预冷约需要消耗5～10m3的液氮。对于一个气化站来说，液氮冷能的充分利用可以减少站内预冷所需的液氮量。通达公司在实际操作中，利用一次换热后LNG罐中的氮气对其余设备进行二次换热预冷，甚至进行三次换热，节约了液氮耗量及预冷时间，达到了很好的效果。因此，液氮的耗量及预冷时间与气化站的规模并不成正比，其关键是液氮冷能的多次利用。
预冷的几个技术参数：
进液温度：低于-80℃ 　　　　　储罐压力：0.3～0.55MPa
进液速度：3分钟/m3　　　　　　预冷时间：约4～5小时/罐（50m3罐）
液氮耗量：约10m3（50m3×2储罐）
约13m3（50m3×3储罐）
四、LNG的优势
在建设和投产中，LNG逐渐体现出其对投资建设方乃至用户带来的种种好处。通达公司将继续致力于LNG技术的应用和推广，使之为更多数城市和人民造福。
1、气源价格
LNG的价格主要包括出厂价（气态天然气及其液化费用）、运输费用、气化费用以及管输费用等。
例如，中原油田的LNG以1.55元/Nm3计，考虑运输费用（0.45元/Nm3.千km）及气化管输成本，可以得到不同城市的天然气用户售价，见表4，5。其余城市的天然气售价也都在2.3～3.0元/Nm3。
表4：部分城市LNG用户售价
城市
售价（元/Nm3）
售价（元/1000kcal）
售价（元/MJ）
广东龙川
3.00
0.333
0.079
江苏姜堰
2.40
0.267
0.063
浙江余姚
2.65
0.294
0.070
江西九江
2.45
0.272
0.065
江苏沭阳
2.15
0.239
0.057
表5：燃气价格比较表
名称
热值
用户价
单位热值价格（元/MJ）
LNG
37.8MJ/ Nm3
2.75元/ Nm3
0.073
瓶装液化石油气
42MJ/kg
50元/瓶
0.085
管道液化石油气
100.8MJ/ Nm3
8元/ Nm3
0.079
注：瓶装液化石油气每瓶装14kg
随着新疆广汇LNG工厂的建成、深圳码头进口LNG项目的投产以及福建、浙江、山东进口LNG项目的实施， LNG气源的选择余地增加，运输距离也将缩短，运输方式更为灵活，以LNG作为城市燃气的价格优势将更为明显。
2、建设投资
气化站的投资建设相对长输管线而言，受外界因素（地形、地貌等）影响要小得多。而且，站内储罐的大小、多少可根据建站地区的具体用气量决定，更为机动灵活。
LNG气化站的主要设备包括真空粉末低温储罐、空温式气化器、水浴式气化器、排气筒、加臭机等。对于一座10000Nm3/d规模的气化站来说，占地约10亩，半年内可建成投产，其估算见表6。
表6：LNG气化站投资估算
项目
LNG气化站
土建
120
热工、给排水、消防
70
电气、自控仪表
120
设备
250
管道与阀门
80
安装
160
总计
800
随着工艺设计的不断优化、设备制造成本的下降，气化站的投资也将逐步下降。
3、安全环保性能
气态天然气密度比空气轻，泄漏后容易扩散，而液化石油气反之；天然气的爆炸极限为5~15%，其下限较液化石油气的1%要高，也就是说，引起爆炸的气体泄漏量要大，危险性要小一些；另外，LNG在低温下储存，更安全。至今全世界未见有因LNG燃烧爆炸事故的报道。
气化站内，LNG储罐采用自力降压、压力报警手动放空、安全阀起跳三层保护措施，同时，储罐液相进出口及出站总管设有紧急切断装置，保证了站内安全。
天然气在液化过程中脱除了H2O、重烃类、H2S等杂质，比一般天然气更加纯净，燃烧更完全，是最清洁的能源之一。
4、LNG的冷能利用
LNG的低温性能使其具有很大的低温能量。利用这些冷量可以进行橡胶的低温研磨、建设冷库、建设滑雪场或溜冰场，还可以用来作为夏季的空调等。根据计算，若将每气化1m3气态天然气时释放的冷量的30%应用于低温研磨，产生的效益为0.6元。LNG的冷量还可以分级使用，深冷用于低温研磨，中冷用于制冰、建滑雪场、溜冰场，浅冷用于冷库的建设，冷能的梯级利用使得能量得到了最大的利用。
因我国目前LNG使用规模较小，LNG冷能的利用还没得以重视和推广，随着LNG使用规模的不断扩大，LNG的冷能的利用市场前景巨大。
5、管理方式
以LNG作为城市燃气气源，运用城市燃气管网统一输送，统一管理，避免了瓶装气灌装、搬运、维修带来的诸多不便。
五、结论
由于LNG很好的解决了管道天然气无法到达城市使用天然气的困难，虽然它在我国还属于比较新的技术，但其优势明显，发展迅速，前景广大。
LNG属于低温可燃物质，而且又经过了液化、运输、气化等环节，因此，其工艺相对较为复杂。
近几年，国内的许多燃气投资商、燃气设备商都开始涉足LNG领域。通达公司自2001年采用LNG作为城市气源以来，在实际的工程建设、生产运行以及技术研究中，不断发现和解决了LNG的生产、运输、气化各环节中出现的各种问题，积累了一定的经验，并同交通大学、同济大学、青岛化工设计院一道致力于LNG在汽车加气、制冷、空调、低温研磨等领域的应用与研究，在国内LNG行业中逐步跨入领先行列。

图3：余姚天然气气化站一景