LNG項目氣化器的選型

2011,21(4)裘棟LNG項目氣化器的選型LNG項目氣化器的選型裘棟*中海浙江寧波液化天然氣有限公司寧波315800摘要介紹液化天然氣(LNG)接收站在國內發(fā)展的現狀,比較接收站三種常用的氣化器,并結合實(shí)際確定項目氣化器類(lèi)型與臺數關(guān)鍵詞LNG接收站氣化器選型分析1概述投資費用,同時(shí)培養國內自己的LNG建設隊伍。該項目由中國成達工程有限公司負責設計,浙江LNG接收站是接收海上LNG運輸的終端站場(chǎng),LNG項目公司負責對設備的設計和采辦,國內施在站內將LNG接收、儲存、氣化、外輸至下游工單位負責建設和安裝用戶(hù)。氣化器是接收站工藝流程中最關(guān)鍵的設備之通過(guò)40多年的發(fā)展,全球已投用LNG接收站而且價(jià)格高、制造周期長(cháng)。為做好氣化器的77座。我國除廣東大鵬、福建莆田和上海等3座選型,早在2005年起就啟動(dòng)了市場(chǎng)調研、與國內已投入使用外,在建的LNG接收站還有不少,浙設計單位及國外制造商的技術(shù)交流活動(dòng)。江LNG項目就是其中之一。浙江LNG項目一期建設規模3000ua,包括2三種氣化器比較建設一座?？?0.8-2.60×10m3LNG運輸船的2.1氣化器類(lèi)型接卸碼頭、三座1.6×103m3混凝土全容罐以及配目前,世界上LNG接收站常用的氣化器有三套的工藝、公用等設施。項目于2010年12月開(kāi)工種:開(kāi)架式氣化器( Open Rack Vaporator,簡(jiǎn)稱(chēng)建設,預計到2012年10月投入使用。浙江接收站ORv);浸沒(méi)燃燒式氣化器( Submerged Combustion的工藝流程,見(jiàn)圖1。Vaporator,簡(jiǎn)稱(chēng)SCV);中間介質(zhì)管殼式氣化器ntermediate Fluid Vaporator,簡(jiǎn)稱(chēng)IF)。2.1.1開(kāi)架式氣化器OR氣化器是以海水為熱源的氣化器,其工作原理,見(jiàn)圖2。天想氣上部總圖1浙江LNG工藝流程示意圖化天然下是熟管接收站工藝流程:LNG運輸船到達卸船碼頭后,經(jīng)卸料臂輸送至LNG儲罐,然后用低壓泵從罐內抽出,經(jīng)再冷凝器輸送至高壓泵,經(jīng)增壓后輸一個(gè)型管束象元送至氣化器。在氣化器內,LNG氣化并升至常溫,圖2ORV氣化器工作原理最后經(jīng)計量和調壓后輸送至管網(wǎng)。(1)氣化器的基本單元是傳熱管,由若干傳熱浙江ING接收站項目建設模式除儲罐釆用管組成板狀排列,兩端與集氣管或集液管焊接形EPC模式外,還采用E+P+C的方式,意在節省成一個(gè)板型管束單元,再由若干個(gè)這樣的單元組H中國煤化工*裘棟:工程師。1991年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)礦場(chǎng)機械專(zhuān)業(yè)。先后從事化纖設備和液CNMHG聯(lián)系電F:(0574)86010045,E-mail:qiudong@cnooc.com.cn.CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(4)成氣化器。它的頂部有海水噴淋裝置,海水自上在15min內穩定操作,氣化器的負荷調節范圍在0而下噴淋在板型管束外表面上。LNG自下而上在100%,熱效率高達95%-98%,管外的換熱系傳熱管內流動(dòng),海水將熱量傳遞給LNG,使其被數可以達到5000-8000W(m2K)。但考慮到運行加熱并氣化。氣化器的支撐結構和集水池由混凝時(shí)消耗燃料氣,操作成本較高,適合作為調峰時(shí)土制成,所有與天然氣接觸的組件(包括換熱板或當備臺使用,此種氣化器在廣東大鵬LNG接收的管子、總管和換熱管束材料)都用鋁合金制造,站和上海LNG接收站都有應用可耐低溫,而換熱管板束表面直接與海水接觸,SCV氣化器工作原理,見(jiàn)圖4。板面需要噴涂鋁-鋅合金的防腐材料。由于海水雯飛氣肺島中懸浮固體顆粒對板面的沖刷磨損,ORV板面的防腐涂層7~8年需重新噴涂一次,停車(chē)時(shí)間較長(cháng),維修成本較高。(2)OR氣化器運行時(shí),由于LNG溫度低(-162℃),在板型管束的下部尤其是集液管外表面往往會(huì )結冰,導致氣化器的傳熱性能下降。SuperORV是為克服結冰而研制的新一代ORV氣化器,它采用的雙層結構的傳熱管,LNC從底想器部的分配器先進(jìn)入內管,然后進(jìn)入內外管之間的圖4SCV氣化器工作原理環(huán)狀間隙,間隙內的LNG直接被海水加熱并氣化內管內流動(dòng)的LNG是通過(guò)間隙內已經(jīng)氣化的天然燃料氣和助燃空氣按比例預混合后在燃燒器中充分燃燒,高溫煙氣經(jīng)與主導管相聯(lián)的分配管上的氣來(lái)加熱,使氣化逐漸進(jìn)行。間隙雖然不大,但能提高傳熱管的外表面溫度,因而能抑制傳熱管小孔噴射到位于換熱管束下部的池水中,煙氣進(jìn)入池水形成大量小氣泡,迅速上升加熱并攪動(dòng)池水,的外表結冰,提高了海水和LNG之間的傳熱效率。有效地加熱管束中的LNG使之氣化。浸沒(méi)在水中的傳熱管結構,見(jiàn)圖3。盤(pán)管管束(材質(zhì)316L)下部與LNCG總管焊接,上上部焦氣總管部與NG總管焊接,接口均位于管束同一側保證換熱管能夠自由熱脹冷縮,LNG下進(jìn)上出。加這區sCⅴ氣化器的制造商目前只有德國林德公司加區和日本住友精密機械兩家公司。2.1.3中間介質(zhì)管殼式氣化器環(huán)形限IFV氣化器實(shí)際是將三組管殼式換熱器疊加在氣化區一起,巧妙地用沸點(diǎn)很低的丙烷(沸點(diǎn)為-40℃)下部集液總管為中間介質(zhì)來(lái)氣化ING,從而解決用海水直接氣圖3 SuperORV傳熱管結構化LNG時(shí)可能造成結冰帶來(lái)的影響。目前,只有日本的神戶(hù)鋼鐵和住友精密機械IFV氣化器工作原理,見(jiàn)圖5。兩家企業(yè)能夠制造 SuperORV,目前在廣東大鵬E2粉王發(fā)區天舞氣出囗LNG接收站和福建莆田L(fēng)NG接收站就是采用這種購發(fā)兩汁凝兩發(fā)氣化器。2.1.2浸沒(méi)燃燒式氣化器再水進(jìn)口sCⅤ氣化器是一種水浴式氣化器。換熱盤(pán)管置于混凝土水浴池中,鼓風(fēng)機將燃燒器的煙氣直E1段丙烷加熱區接排入水浴中,加熱并劇烈攪動(dòng)池水,管束內的水出口LNG被池水加熱而氣化。煙氣的放熱量基本相當圖5IFV中國煤化工于LNG氣化所需的熱量,水浴的溫度運行時(shí)控制在第一段EI換熱CNMHG熱在30℃左右。其特點(diǎn)是設備投資低,啟動(dòng)快,能殼層中的丙烷,加熱氣化后的內烷在第二段E2換2011,21(4)裘棟LNG項目氣化器的選型2熱器中與管程中的LNC進(jìn)行熱交換,LNG受熱氣表2水質(zhì)監測結果統計(mg/L)化,而丙烷則被冷凝。在第三段E3換熱器中,用項目管程中的海水加熱NG,使輸出的天然氣溫度達到平均值最大值最小值平均值最大值最小值要求。丙烷始終在E殼體中進(jìn)行氣-液態(tài)的閉式懸浮固體13701876010711678685循環(huán),運行過(guò)程中無(wú)需添加。用丙烷作為中間介從表2可以看出,現場(chǎng)海水含沙量很高,懸浮質(zhì)就是利用其較低的沸點(diǎn)這一特點(diǎn),避免了直接固體顆粒指標平均在1000-1300mg/L。根據廠(chǎng)家用海水換熱時(shí)由于結冰對傳熱效果的影響使用記錄,在最大懸浮固體顆粒濃度不大于80目前,IV氣化器的制造商僅有日本神戶(hù)鋼鐵mg/L的情況下,ORv防腐涂層有效時(shí)間為7-8家。自1978年以來(lái),在日本大坂瓦斯、廣島瓦年。然而,浙江LNG的海水水質(zhì)已超出了ORV要斯、上海LNG等LNG項目上已投用了總計33臺。求水質(zhì)條件的15倍以上,供應商估計涂層至少其最大天然氣流量達到205th2年就須維護一次。2.2三種氣化器適用性比較通過(guò)與廠(chǎng)商的交流,以及對周邊電力行業(yè)的三種氣化器的適用性分析比較,見(jiàn)表1調研(使用同樣海水用于發(fā)電機凝汽器冷卻),選表1三種氣化器的適用性比較擇鈦管材質(zhì)的管殼式氣化器是解決海水含沙量高比較內容ORV的方法,因而浙江LNG采用以IV氣化器作為主氣化器,SCv氣化器作為調峰和備用。業(yè)績(jì)及使用情況要在日本使業(yè)績(jì)廣使用良好使用良好使用良好32選材和制造技術(shù)可靠性安全可靠安全可靠安全可靠IV氣化器主要性能參數,見(jiàn)表3。本地海水適用性基本適用適用維護要求較高一般表3IV的主要性能參數單臺設備價(jià)格次之高般般名稱(chēng)類(lèi)別介質(zhì)壓力壓力最低設容器操作設計最高管材運行能耗一般較高M(jìn)Pa)(MPa)計溫規格運行費用次之高供貨情況二家廠(chǎng)商獨家二家廠(chǎng)商制造周期約14個(gè)月22~24個(gè)月約15個(gè)月E3甘程-海水0208Gr.23200從表1可見(jiàn),SC雖然啟動(dòng)迅速,但負荷調節調殼程ⅡNG6281.6-0t8·40.D.19.05和操作不像OR和IFV那樣簡(jiǎn)單方便,而且運行SA213M TP304成本較高,只能作為主氣化器的備用。結合與上E2管程ⅡLG631.6-165/6088100.D.15.9述各廠(chǎng)商的技術(shù)交流情況,OR與IFV使用的全蒸發(fā)器殼程兩烷026203-40/6sr19o0t1.6壽命周期費用相當,因此二者均可作為項目的主△ ptich2l氣化器。E1管程-海水0.17085/60SB333003氣化器選用0.D.19.05*加熱器殼程Ⅲ丙烷0.262.03-40/60T.2*L9008氣化器的處理能力代表了接收站的實(shí)際處理注:E3NC調溫器自重3480kg;E2LN蒸發(fā)器自重1600k量,因而在主氣化器選擇需要考慮下列條件1丙烷加熱器自重48500kg(1)運行要連續可靠、負荷調節方便,操作SCV氣化器的技術(shù)參數,見(jiàn)表簡(jiǎn)單。3.2.1選材2)包括采購成本、運行成本和維修成本的Iv氣化器的材料選用上必須滿(mǎn)足既要能承受綜合成本要低。(3)如選擇海水作熱源的ORv氣化器,海水海水腐蝕又能承受低溫的要求。海水中許多懸浮物將引起材料磨蝕。鈦可以水質(zhì)還需符合懸浮固體≤80mg/L的要求。抵抗化學(xué)腐蝕、微生物腐蝕和海水點(diǎn)蝕;高等級3.1海水條件的鈦有良好的耐磨該工程水域水質(zhì)依據2004年四季度S1、顯兩水的縫隙腐蝕。本中國煤化工以下海SB338處監測站點(diǎn)監測資料分析結果,見(jiàn)表2CNMHGgade2),其中海水凵側上力衩木兀斑鈦管,CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(4)表4Scv氣化器的技術(shù)參數表5氮氧化物排放限值名稱(chēng)技術(shù)參數最高允許排放無(wú)組織排放監控最高允許氣化量,h速率(kg/h)濃度限值設計(mg/m3)煙囪高度(m)一級二級三級監控點(diǎn)濃度壓力,MPa(mg/m)運行6.3液體(硝酸、氮肥150.47091.4溫度,℃C氣體0和火炸藥生200.771.52.3燃燒器供熱能力,kW3.6×103302.65.17.7燃料氣,Nm3/h水浴溫度,℃714空氣量,Nm3/h420放的源上015609.919風(fēng)向設參(監控點(diǎn)尺寸(長(cháng)x寬),m(硝酸使用和其它)70142741照點(diǎn)與參照點(diǎn)風(fēng)向設監值度差厚度1.8mm,海水出口側采用焊接鈦管,厚80193756控點(diǎn)90244772度1.2mm1003161與LNG接觸的換熱管和管箱部分材料選擇奧氏體不銹鋼(304)材質(zhì)。如245kg/h的NOx輸出量,煙囪須高于24m與海水接觸的管板采用低溫碳鋼板爆炸包覆浙江ING煙囪高度的計算鈦合金的復合鋼板結構(SA516MGr115+SB265供應商給出的廢氣排放數據:廢氣排放量為Gr.1Clad)。583700Nm3/h,其中CO2占68%;N2占84%;O23.2.2制造占92%;NOx濃度低于40pm;CO濃度80ppm鈦焊接之后性能會(huì )降低是由于焊接時(shí)吸入的由于NOx低于40ppm是在3%氧含量下的修氧、氫等有害雜質(zhì)削弱了焊縫的機械性能,因此正值,而根據供應商經(jīng)驗實(shí)際SCV運行中氧含量焊接時(shí)應保持清潔和干燥,焊接應釆用情性氣體為92%,按如下經(jīng)驗公式進(jìn)行換算:純氬氣保護焊接接頭及熱影響區,直至焊接接頭A%O2濃度下NOx濃度=B%O2濃度下NO2完全冷卻。濃度×(21-A)/(21-B)(供應商經(jīng)驗公式,與海水接觸的管箱與變徑筒體則采用襯里結其中A、B為氧含量的百分比濃度值):構,采用低溫碳鋼表面襯環(huán)氧樹(shù)脂的內防腐形式Nox(pm)=(21-9.2)/(21-3)×40=11.8/18×40=26.2ppm(SA516M Gr415 +Epoxy Resin Coating)NOx極限排放量3.3SCV排放煙囪高度計算NOx(kg/h)=58700×26.2×46/22.4/10000設計ScV氣化器時(shí),還要考慮控制廢氣中=3.16kg/hNOx、CO的排放量在允許值范圍以?xún)?。廢氣的排在標準中用插入法計算NOx極限排放量為放和煙囪的高度設計應根據當地的規定,尤其要316kg/h對應的煙囪高度為26m,核算結果驗證符合《大氣污染物排放標準》GB16297-1996。供應商選取的煙囪高度為27m,可以滿(mǎn)足標準的煙囪的高度取決于NOx的流量,同時(shí)煙氣中NOx要求。的濃度須低于240mg/Nm3,見(jiàn)表5。由于GB16297中沒(méi)有CO的排放標準,故參要求選擇低Nox的燃燒器,本項目原配用日照廣東標準《大氣污染物排放限值》DB44T27本 Tokyo Gas的燃燒器,其最大能力為3MW,2001:CO最高排放濃度為1000mg/Nm3,20m生的NOx低于50pm(在3%氧含量下的修正高的煙囪排放速率為71kg/h進(jìn)行相應核算。值),屬排放超標,根據環(huán)保標準規定,因該項目氣化器數量的確定地處二類(lèi)區域,必須按新污染源執行二級標準,所以改選用美國 Bloom公司的燃燒器,最大能力為ING接收站常年連續不斷為用戶(hù)供氣的特點(diǎn),41MW,產(chǎn)生的NOx低于40pm(在3%氧含量下設備的配置和備用原則是除考慮投資費用外,還的修正值)。必須考慮接收站操作V中國煤化工行標準中煙囪的高度是根據NOx的流速計算的,費用。CNMHG(下轉第6頁(yè))CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(4)170℃,有的裝置高達180℃,氣體熱量轉移到風(fēng)機升壓△P=48-52kPa,氣體溫升48~50℃,酸中,加大了循環(huán)冷卻水用量,為了增加熱量回使進(jìn)焚硫爐干空氣溫度由55-65℃提高到110收,國際先進(jìn)制酸技術(shù)二吸塔氣體進(jìn)口溫度為115℃,焚硫爐出口爐氣溫度相應升高,增加了余135℃,某公司800k/a裝置為146℃。熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量。二吸塔進(jìn)口氣體中SO3的濃度約為0.5%,氣經(jīng)計算800kt/a硫酸裝置的塔后風(fēng)機流程可多體壓力約為10kPa,當氣體溫度為135~140℃時(shí),回收熱量約1.374×10k/h,約占總產(chǎn)熱量的SO3或硫酸霧的分壓低,不會(huì )產(chǎn)生冷凝酸,國內外2.41%,可多產(chǎn)中壓蒸汽4.12/h,折標煤約470已有多家工廠(chǎng)采用此工藝參數。kg/h,年節省標煤約3760t。經(jīng)計算800ka硫酸裝置二吸塔氣體入口溫度采用塔后風(fēng)機流程時(shí),空氣風(fēng)機進(jìn)口壓力約由170℃降到140℃,熱力系統可多回收熱量8.60-4.5kPa(G),溫度約60℃,干空氣中含有少許10kJ/h,可多產(chǎn)中壓蒸汽(3.82MPa、450℃)硫酸霧。另外,干燥塔的塔徑應比采用塔前風(fēng)機2580kg/h,折標煤294kg/h,每年節約標煤流程稍大,風(fēng)機出口空氣總管上應設置一回流管2352,同時(shí)減少Δt=8℃的循環(huán)水用量257m3/h,到干燥塔進(jìn)口,低負荷時(shí)調節焚硫爐進(jìn)口空氣量,折熱量1.077×10°kJ/h,折標煤約為36.74kg/h,使干燥塔除霧段氣速保持在除霧器要求范圍內,每年節約標煤294t,以上兩項每年可節省標煤約達到高的除霧效率,減少濕空氣進(jìn)入干燥塔的氣2646t。量,從而減少干燥酸的串酸量。4.3采用塔后風(fēng)機流程通過(guò)采用以上建議,熱能回收率將從64.5%將空氣鼓風(fēng)機設置在干燥塔后(塔后風(fēng)機流提高到9371%。程),可利用干燥塔進(jìn)塔酸傳遞給干空氣的熱量(收稿日期2011-05-30)而且可利用空氣經(jīng)壓縮產(chǎn)生的熱量,一般空氣鼓(上接第22頁(yè))根據浙江LNG與省天然氣管網(wǎng)中心的協(xié)議:氣化器是輸送系統中重要的設備,設置備用要求接收站一期的最大外輸量為88000m3/h;最氣化器是必需的。最終,該項目選擇4臺IV氣化小外輸量為383300m3/h(101.325kPa和20℃)。器作為主氣化器,2臺SCV氣化器作為調峰和備臺下游用戶(hù)一期最大外輸量:88×105m3/h。使用。氣體密度(重):0.789kg/m3,折算成液體質(zhì)考文獻量流量:694t/h(1)選擇廠(chǎng)家提供IV氣化器,規格為175周修杰.2010-2015年中國液化天然氣(LNC)行業(yè)投資分析及前景預測報告[R].北京:中投顧問(wèn)產(chǎn)業(yè)研究中數量為3.96(694/175=3.96),圓整后為2于國杰LNG沉浸式燃燒型氣化器數值模擬[D].大連:臺大連理工大學(xué),200(2)鑒于本接收站地理位置,IV氣化器在冬3陳永東大型LNG氣化器的選材與結構研究[門(mén)].壓力容季極值低溫海水溫度下運行時(shí),將無(wú)法達到設計器,2007,24(1):40-47負荷,而此時(shí),用戶(hù)的用氣需求量將是峰值,為4陳偉,陳錦嶺.李萌.LNG接收站中各類(lèi)型氣化器的滿(mǎn)足供氣的可靠與安全性,需采用SC氣化器來(lái)比較與選擇[.中國造船,2007,48(增刊)5陳永東.浙江LNG項目接收站氣化器專(zhuān)項研究報告[R]調峰。根據已建接收站的實(shí)踐經(jīng)驗,需配置2臺合肥通用機械研究院,2006SCⅴ氣化器。(修改回搞2011-05-23)5結語(yǔ)中國煤化工CNMHG