液化天然氣站場(chǎng)的技術(shù)進(jìn)展

:第27卷第10期煤氣與熱力Vol. 27 No. 102007年10月CAS & HEATOct. 2007液化天然氣液化天然氣站場(chǎng)的技術(shù)進(jìn)展吳洪松(中國市政工程華北設計研究院設計四所，天津300074)摘要:以液化天然氣應急儲備調峰站為例,從天然氣凈化、液化、液化天然氣儲存、氣化等方面探討液化天然氣的技術(shù)進(jìn)展。關(guān)鍵詞:液化天然氣;應急儲備調峰站; 凈化;液化; 儲存;氣化中圖分類(lèi)號: TU996文獻標識碼: B文章編號: 1000 -4416(2007)10 -0014 -04Technical Progress of LNG StationWU Hong-song( Fourth Design Department, North China Municipal Engineering Design & Research Instiue ,Tianjin 300074, China)Abstract: Taking LNG emergency storage peak -shaving station for example , the technical progressof LNG is discussed in aspects of NG purification，liquefaction, LNG storage, vaporization and so on.Key words: LNG; emergency storage peak-shaving station;purifcation; liquefaction;storage; vaporization我國的液化天然氣( LNG)工業(yè)是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)2天然氣凈化業(yè),正在蓬勃發(fā)展。我國第一-座液化天然氣調峰站①液化原料氣的凈 化指標建在上海,于2000年投產(chǎn),日處理量為10x 10* m'/d,為保證液化裝置正常運行,必須對液化原料氣儲罐容積為2x10* m’。近年來(lái),液化工廠(chǎng)、接收終進(jìn)行凈化處理。原料氣雜質(zhì)主要為水分、二氧化碳、端也正處于緊鑼密鼓的建設中。在這些站場(chǎng)中,應硫化氫、重烴和求等，其中二氧化碳和硫化氫合稱(chēng)酸急儲備調峰站涉及的技術(shù)面廣,技術(shù)要求高,體現了性氣體。必須脫除這些雜質(zhì)，以免這些雜質(zhì)腐蝕設液化天然氣工業(yè)的發(fā)展水平。本文以液化天然氣應備及在低溫環(huán)境下凍結而堵塞設備和管道。液化裝急儲備調峰站為例,從天然氣凈化、液化、液化天然置要求的原料氣凈化處理指標見(jiàn)表1。氣儲存氣化等方面探討液化天然氣的技術(shù)進(jìn)展。表1液化裝置要求的原料氣凈化處理指標1工藝流程Tab. 1 Indexes of purification treatment of raw material gas應急儲備調峰站的工藝裝置主要包括計量、加required by liqufaction equipment壓、凈化、液化、儲存、氣化等單元。由長(cháng)輸管道輸送CO2體積分數/10 -6≤50至應急儲備調峰站的天然氣，經(jīng)過(guò)計量和加壓,進(jìn)人H2S體積分數/10 -6≤4H20體積分數/10≤0.1凈化單元脫除CO2和水,再進(jìn)人液化單元液化，送硫化物總質(zhì)量濃度/(mg. m~3)10~50至LNG儲罐內儲存。當向城市供氣時(shí),儲罐內的芳香烴總體積分數/10 _≤10LNG經(jīng)泵加壓送至氣化單元,經(jīng)氣化、調壓、加臭后環(huán)烷烴總體積分數/10-*送人市區高壓管網(wǎng)。汞質(zhì)量濃度/(ug. m-3)≤0.01www . watergasheat. com吳洪松:液化天然氣站場(chǎng)的技術(shù)進(jìn)展第27卷第10期②脫酸性氣體"冷劑液化流程和帶膨脹機液化流程,其中階式液化脫除酸性氣體常用的方法為化學(xué)吸收法,包括流程應用較少。醇胺法、熱鉀堿法、砜胺法。①混合制冷劑液化流程醇胺法利用以胺為溶質(zhì)的水溶液,與原料氣中混合制冷劑液化流程自1960年開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，的酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應,可同時(shí)脫除CO2和H2S?？朔穗A式液化流程的某些缺點(diǎn)。它采用由N2及目前國內主要采用一乙醇胺(MEA)及甲基二乙醇C至C,碳氫化合物組成的混合制冷劑，混合制冷胺( MEDA)等作為溶質(zhì)。醇胺法的突出特點(diǎn)是成本劑根據待液化的天然氣的組成來(lái)配制?；旌现评鋭┑?、反應率高穩定性好再生容易。進(jìn)行逐級冷凝、蒸發(fā)、節流膨脹,得到不同溫度的制熱鉀堿法利用由碳酸鉀、催化劑、防腐劑和水組冷量，以達到逐步冷卻和液化天然氣的目的。成的溶液，可同時(shí)脫除CO2和H2S。具有吸收溫度與階式液化流程相比，其優(yōu)點(diǎn)是:機組少,流程較高、凈化程度好等特點(diǎn)，尤其適用于含有大量CO2簡(jiǎn)單;造價(jià)低,比階式液化流程低15%~20%;管理的原料氣。方便;制冷劑可部分或全部從天然氣中提取和補充。砜胺法的吸收溶液由物理溶劑環(huán)丁砜、化學(xué)吸缺點(diǎn)是:能耗較高，比階式液化流程高5% ~ 20% ;收劑二異丙醇胺加少量的水組成，通過(guò)物理和化學(xué)確定混合制冷劑的合理配比比較困難。作用，同時(shí)或選擇性地吸收原料氣中的CO2和H2S?；旌现评鋭┮夯鞒逃虚]式混合制冷劑液化流③脫水[川程、開(kāi)式混合制冷劑液化流程、丙烷預冷混合制冷劑液化前必須脫除原料氣中的游離水，使其露點(diǎn)液化流程、整體結合式階式液化流程(簡(jiǎn)稱(chēng)CII液化達到- 100 C以下。常用的脫水方法有冷卻法、吸流程)。我國第- - .座調峰型天然氣液化裝置建造于收法、吸附法等。上海,就采用了CII 液化流程。冷卻脫水是利用當壓力不變時(shí),原料氣的含水②帶膨脹機液化流程量隨溫度降低而減少的原理實(shí)現原料氣脫水，此法帶膨脹機液化流程,是指利用高壓制冷劑通過(guò)適用于大量水分的粗分離。透平膨脹機絕熱膨脹的克勞德循環(huán)制冷實(shí)現天然氣吸收脫水是用吸濕性液體(或活性固體)吸收液化的流程。制冷劑氣體在膨脹機中膨脹降溫的同的方法脫除原料氣中的水分。用作脫水的吸收劑應時(shí),對外做功，可用于驅動(dòng)流程中的壓縮機。液化流具備以下條件:對原料氣有很強的脫水能力,熱穩定程中的關(guān)鍵設備是透平膨脹機。性好,脫水時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應，容易再生,黏度小,對根據制冷劑的不同，可分為天然氣膨脹液化流原料氣和液烴的溶解度較低,起泡和乳化傾向小,對程、氮氣膨脹液化流程、氮-甲烷膨脹液化流程。這設備無(wú)腐蝕,價(jià)格低,容易得到。常用的醇類(lèi)脫水吸類(lèi)流程的優(yōu)點(diǎn)是:流程簡(jiǎn)單,調節靈活，工作可靠,易收劑有甘醇胺溶液、二甘醇水溶液.三甘醇水溶液。啟動(dòng)，易操作,維護方便;如采用天然氣作為制冷劑，吸附是指原料氣中的水分在吸附劑界面上的凝能省去專(zhuān)門(mén)生產(chǎn).運輸、儲存制冷劑的費用。缺點(diǎn)聚或富集。其機理是在兩相界面上,由于異相分子是:送人裝置的氣流必須全部深度干燥;回流壓力間作用力不同于主體分子間作用力,使相界面上流低,傳熱面積大;液化率低,出現部分再循環(huán),功耗體的分子密度異于主體分子密度而發(fā)生“吸附”。大。吸附法對氣溫流速、壓力等變化不敏感;沒(méi)有腐蝕，帶膨脹機液化流程操作比較簡(jiǎn)單,造價(jià)適中,特不形成泡沫;脫水露點(diǎn)較低,適用于少量氣體的脫水別適合液化能力較小的調峰型天然氣液化裝置。過(guò)程。但其基本建設造價(jià)較高,壓力降較高,再生時(shí)a.天然氣膨脹液化流程需要的熱量較大。常用的吸附劑有分子篩、活性氧利用天然氣輸氣管網(wǎng)之間的壓力差,將天然氣化鋁、硅膠。中的一部分從高壓膨脹到低壓,產(chǎn)生冷量,來(lái)冷卻另-些天然氣液化廠(chǎng)采用三塔分子篩吸附，一塔一部分天然氣， 從而達到部分液化的目的。此流程工作,一塔加熱再生,- -塔冷卻備用,效果很好。不消耗外能。此流程設備簡(jiǎn)單，調節靈活,工作可3天然氣液化[1]靠,易啟動(dòng),易操作,維護方便。它適用于天然氣壓天然氣液化流程主要有階式液化流程、混合制力能可以被利用的場(chǎng)合,但只能進(jìn)行小比例的部分第27卷第10期煤氣與熱力www. watergasheal. com液化。.雙圓筒儲罐采用膨脹珍珠巖作為絕熱保冷材b.氮氣膨脹液化流程料,填充工藝為:先用冷凍法將膨脹珍珠巖中的油、與混合制冷劑液化流程相比,氮氣膨脹液化流水等雜質(zhì)除去,然后進(jìn)行加熱,加熱后進(jìn)行填充。一程簡(jiǎn)單、緊湊,造價(jià)較低。該技術(shù)在深冷領(lǐng)域中廣泛般每1 m'空間填充1.8~2.0 m'膨脹珍珠巖，在填應用，技術(shù)成熟經(jīng)驗豐富。就裝置而言,氮氣膨脹充過(guò)程中振動(dòng)密實(shí)或用干燥空氣進(jìn)行壓實(shí),最后將液化流程啟動(dòng)快,運行靈活,適應性強，易于操作和圓簡(jiǎn)封閉,進(jìn)行抽真空作業(yè)?？刂?安全可靠性好,放空不存在火災或爆炸危險。4.2子母罐制冷劑采用單組分氣體N,容易獲得,且價(jià)格低廉。子母罐以4~5臺子罐(100 ~200 m'/臺,材質(zhì)膨脹機出口不會(huì )帶液，提高了裝置的安全可靠性。為0Cr18Ni9)為1組,外罐材質(zhì)為16MnR,空隙用其缺點(diǎn)是能耗比混合制冷劑液化流程高。800-1 000 mm厚膨脹珍珠巖填充保冷,不抽真空，e.氮-甲烷膨脹液化流程主要用于儲存量較大而場(chǎng)地較小的地方,其缺點(diǎn)是N2- CH,膨脹液化流程是采用N2 -CH?；旌蟽薜谋＠湫阅茌^差。氣體代替純氮的工藝。與混合制冷劑液化流程相4.3 常壓儲罐比,N2 -CH4膨脹液化流程具有啟動(dòng)時(shí)間短、流程簡(jiǎn)LNG常壓儲罐可分為單容罐、雙容罐、全容罐單控制容易、制冷劑測定和計算方便等優(yōu)點(diǎn)。及膜式罐,其中單容罐、雙容罐及全容罐均為雙層儲由于縮小了換熱器冷端傳熱溫差,它比純氮膨罐，即由內罐和外罐組成，在內外罐間填充保冷材脹液化流程能耗略低,但膨脹機出口容易帶液(CH。料。按儲罐的設置方式可分為地上與地下儲罐。比N2易液化),給膨脹機的運行帶來(lái)- -些負面影地下儲罐比地上儲罐具有更好的抗震性和安全響,降低了膨脹機的安全可靠性。性,不易受到空中物體的碰擊,不會(huì )受到風(fēng)載荷的影③天然氣液化流程的能耗響,也不會(huì )影響人員的視線(xiàn)。地下儲罐的罐底應位根據國外的運行數據,階式液化流程、混合制冷于海平面及地下水位以上,需要進(jìn)行詳細的地質(zhì)勘劑液化流程、帶膨脹機(雙級膨脹)液化流程的能耗察,以確定是否可采用地下儲罐這種型式。地下儲比為1:1.05:1.7。由于混合制冷劑液化流程占罐的施工期較長(cháng),造價(jià)較高。較多優(yōu)勢,國際上現有液化裝置80%以上采用混合①單容罐制冷劑液化流程,只有少量裝置采用另兩種流程。單容罐的外罐用普通碳鋼制成,它既不能承受4液化天然氣儲存低溫的液態(tài)LNG,也不能承受低溫的氣體。易泄漏4.1 雙圓筒儲罐是它的一一個(gè)較大的問(wèn)題,因此對安全檢測和操作要立式雙圓筒儲罐應用較為廣泛，目前國內的求較高。由于單容罐的安全性較其他形式儲罐低，LNG氣化站大多采用這種儲罐,其儲存容積為50~近年來(lái)已較少使用。200m'/臺。其內罐材質(zhì)為0Cr18Ni9,外罐材質(zhì)為②雙容罐16MnR。內罐通過(guò)支撐或懸掛結構與外罐固定,內雙容罐具有能耐低溫的金屬材料或混凝土的外外罐之間采用250mm厚的膨脹珍珠巖填充保冷,罐,在內罐發(fā)生泄漏時(shí)，氣體會(huì )發(fā)生外泄，但液體不并且對該空間抽真空進(jìn)行絕熱保護。其優(yōu)點(diǎn)是保冷會(huì )外泄,其安全性比單容罐高。根據規范要求,雙容性能較好,缺點(diǎn)是儲存容積較為有限。該類(lèi)型儲罐罐不需設防火堤,但仍需較大安全防護距離。的關(guān)鍵技術(shù)是內、外罐之間的固定,由于內、外罐所③全容罐用材料不同,內罐的固定方式及固定用材料與儲罐全容罐采用9%鎳鋼內罐9%鎳鋼或混凝土外的蒸發(fā)率和預冷時(shí)內罐的穩定度有很大關(guān)系。內罐罐,允許內罐里的液態(tài)LNG和氣體向外罐泄漏,它的固定方式與儲罐的設計壓力和容積有關(guān),一般的可以避免火災的發(fā)生。由于全容罐的外罐可以承受設計理念是盡量減少傳熱量,即通過(guò)抽真空的辦法內罐泄漏的液態(tài)LNG及其氣體,不會(huì )向外界泄漏，來(lái)減少對流傳熱,采用填充膨脹珍珠巖的方法來(lái)減因此,按規范要求,不需設置防火堤,其安全防護距少輻射傳熱,內罐采用不銹鋼拉帶的懸掛結構減少離也較小。熱傳導(不銹鋼拉帶路徑長(cháng)、截面積小)。④膜式罐www. watergasheat. com昊洪松:液化天然氣站場(chǎng)的技術(shù)進(jìn)展第27卷第10期膜式罐采用了不銹鋼內膜和混凝土外壁,對防Vaporizer,簡(jiǎn)稱(chēng)ORV)、沒(méi)沒(méi)式燃燒氣化器、空溫式火和安全防護距離的要求與全容罐相同，但它只有氣化器。由于空溫式氣化器氣化能力有限,一般每- -個(gè)簡(jiǎn)體。該類(lèi)型儲罐可設在地上或地下,建在地臺不超過(guò)1 400 m'/h,應急儲備調峰站不予采用。下時(shí),若造價(jià)和工期允許,可選用較大的容積。膜式從造價(jià)和運行費用出發(fā),考慮開(kāi)架式氣化器、浸沒(méi)式罐結構可防止液體的溢出,提供了較好的安全設計，燃燒氣化器?？捎休^大的罐容。由于膜式罐本身結構特點(diǎn)，它具①開(kāi)架式氣化器有易泄漏的缺點(diǎn)。開(kāi)架式氣化器采用鋁合金支架固定安裝,氣化⑤常壓儲罐的選擇器的基本單元是傳熱管,傳熱管選用星形斷面、外部LNG儲罐的罐容和類(lèi)型與采用的標準.站址條有兩條翅的鋁合金管。若干傳熱管板狀排列,兩端件等有關(guān)。目前,世界上的LNG常壓儲罐罐容以10分別與集氣管或集液管焊接成-一個(gè)管板,若千個(gè)管x10*m'為主,地下LNG儲罐的最大罐容已達到20板再組成氣化器。管內流LNG,管外為噴淋的海x10* m',地上LNG儲罐的最大罐容已達到18 x水。為防止海水的腐蝕,管外鍍鋅。10*m。國際上通用的LNG儲罐設計、制造標準是開(kāi)架式氣化器體積龐大,造價(jià)較高,安裝費用也美國的AP1620和英國的BS7777。兩者的最大區別很高,但設計簡(jiǎn)單,可靠性高，運行費用低,維修方在于水壓試驗要求和金屬壁最大壁厚要求不同,因便。主要消耗是輸送海水的電耗,運行費用是浸沒(méi)此,按兩項標準可建造的LNG儲罐的最大罐容是不式燃燒氣化器的30%。開(kāi)架式氣化器特別適用于同的。正常供氣的LNG氣化站,在應急儲備調峰站應用較LNG儲罐類(lèi)型的選擇要求安全可靠、造價(jià)低、少。壽命長(cháng)、技術(shù)先進(jìn);結構有高度完整性,便于制造;能②浸沒(méi)式燃燒氣化器使整個(gè)系統的運行費用低。經(jīng)過(guò)對比及篩選,混凝浸沒(méi)式燃燒氣化器以天然氣為燃料,采用燃燒土頂的全容罐的安全性能、技術(shù)經(jīng)濟性能及綜合性加熱的方式氣化LNG,主要設備包括鼓風(fēng)機、浸沒(méi)能均居首位。式燃燒器、換熱管、水浴池等。燃料天然氣和空氣在⑥全容罐實(shí)例燃燒器內燃燒,燃燒產(chǎn)生的煙氣通過(guò)噴嘴進(jìn)入水中，實(shí)例為上海市五號溝天然氣液化調峰廠(chǎng)的有效將水加熱。LNG經(jīng)過(guò)浸沒(méi)在水中的換熱管,由熱水容積為2x10* m'的混凝土頂全容罐。該罐為雙重加熱而氣化。罐體,內罐材質(zhì)為9Ni鋼,罐內徑為33.5 m,內高約浸沒(méi)式燃燒氣化器優(yōu)點(diǎn)在于結構緊湊,節省空26m,頂部設有吊頂，上鋪玻璃纖維隔熱層;外罐及間,整體造價(jià)(包括安裝費用)很低,操作靈活;缺點(diǎn)拱頂由預應力混凝土制成,外徑約37.5 m,簡(jiǎn)體高是運行費用很高,需要消耗輸出氣量的1.5% ~度約30m。內罐與外罐間填充膨脹珍珠巖絕熱材2.0%的天然氣(作為燃料)。浸沒(méi)式燃燒氣化器適料,厚度約1 m,內罐與基礎承臺之間采用泡沫玻璃用于LNG應急儲備調峰站。隔熱。為防止出現基礎凍結現象，罐的基礎承臺為架空方式,承臺下設混凝土支柱168根。罐內設有參考文獻:2個(gè)帶套管的泵井,用以安裝低壓LNG輸送泵。[1] 顧安忠,魯雪生,汪榮順，等.液化天然氣技術(shù)[M].北該LNG罐的設計壓力為1.5~23.0 kPa,設計京:機械工業(yè)出版社,2004.溫度為-170~ +60 C,日蒸發(fā)率為0. 05%。為安全起見(jiàn)，所有的連接管口均設計在罐的頂作者簡(jiǎn)介:吳洪松(1961- )， 男，安徽合肥人，部。為防止罐內LNG 分層及翻滾,設有上下進(jìn)料高級工程師，學(xué)士，從事城市燃氣工程設管。為及時(shí)發(fā)現內罐的泄漏,內罐與外罐間設有低計工作。溫泄漏探測系統。電話(huà):(022)235454465液化天然氣氣化E - mail:wu - hongsong@ cemi. com. cn目前LNG氣化器有開(kāi)架式氣化器( Open Rack收稿日期:2007 -05-17;修回日期:2007-06-15