章 液化天然氣

第九章

液化天然氣制作:臧子璇天然氣的液化及儲存裝置主要設(shè)置在天然氣液化場站和接受液化天然氣(LNG)的場站。在沒有條件建設(shè)地下儲庫進(jìn)行季節(jié)調(diào)峰的地區(qū)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后也可設(shè)置LNG儲存站。天然氣的液化天然氣的液化屬于深度冷凍，靠一段制冷達(dá)不到液化的目的。下面介紹三種方法：階式循環(huán)(或稱串級循環(huán))制冷為使天然氣液化并達(dá)到-163.130C，需經(jīng)過三段冷卻。丙烷通過蒸發(fā)器7冷卻乙烯和甲烷的同時，天然氣被冷卻到—40C左右；乙烯通過蒸發(fā)器8冷卻甲烷的同時，天然氣被冷卻到-100.130C左右；甲烷通過蒸發(fā)器9把天然氣冷卻到-163℃使之液化，經(jīng)氣液分離器10分離后，液態(tài)天然氣進(jìn)罐儲存。三個被分開的循環(huán)過程都包括蒸發(fā)、壓縮和冷凝三個步驟。此法效率高、設(shè)計容易、運行可靠，應(yīng)用比較普遍。第一節(jié)

天然氣的液化及液態(tài)儲存混合式(或稱多組分)制冷圖11-24所示是混合式制冷流程。這種方法的制冷劑是烴的混合物，并有一定數(shù)量的氮氣。丙烷、乙烯及氮的混合蒸氣經(jīng)制冷機6壓縮和冷卻器5冷卻后進(jìn)人丙烷儲罐。丙烷呈液態(tài)，壓力為3MPa，乙烯和氮呈氣態(tài)。丙烷在換熱器4中蒸發(fā)，使天然氣冷卻到-70℃，同時也冷卻了乙烯和氮氣，乙烯呈液態(tài)進(jìn)入乙烯儲槽，氮氣仍呈氣態(tài)。液態(tài)乙烯在換熱器中蒸發(fā)，冷卻了天然氣及氮氣。氮氣進(jìn)入氮儲槽并進(jìn)行氣液分離，液氮在換熱器中蒸發(fā)，進(jìn)一步冷卻天然氣，同時冷卻了氣態(tài)氮氣。氣態(tài)氮氣進(jìn)一步液化并在換熱器中蒸發(fā)，將天然氣冷卻到—163℃送人儲罐。此法的優(yōu)點是設(shè)備較少，僅需一臺制冷機和一臺換熱器。其缺點是氣液平衡與焓的計算繁瑣，換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造也困難?；旌鲜街评涞男屎屯顿Y均比階式循環(huán)制冷低。膨脹法制冷如圖11—25所示，膨脹法制冷流程是充分利用長輸干管與用戶之間較大的壓力梯度作為液化的能源。它不需要從外部供給能量，只是利用了干管剩余的能量。這種方法適用于遠(yuǎn)程干管壓力較高且液化容量較小的地方。來自長輸干管的天然氣，先流經(jīng)換熱器1，然后大部分天然氣在膨脹渦輪機中減壓到輸氣管網(wǎng)的壓力。沒有減壓的天然氣在換熱器2中被冷卻，并經(jīng)節(jié)流閥3節(jié)流膨脹，降壓液化后進(jìn)人儲罐4。儲罐上部蒸發(fā)的天然氣，由膨脹渦輪機帶動的壓縮機吸出并壓縮到輸氣管網(wǎng)的壓力，并與膨脹渦輪機出來的天然氣混合作為冷媒，經(jīng)換熱器2及1送人管網(wǎng)。按此原理所能液化的天然氣數(shù)量，取決于管網(wǎng)的壓力所能提供的能量。表11—4是各種壓力比下甲烷的液化量。在城市對天然氣的需用量大于長輸干管的輸氣量時，必須使儲存的液化氣體重新氣化供應(yīng)城市。氣化設(shè)備所需費用大約占液化設(shè)備的1／4。為使液化天然氣氣化，目前大部分都采用浸沒式加熱的蒸發(fā)器。為了保持水溫，就需要燒掉一部分天然氣。一般從液化天然氣中得到1Nm3氣態(tài)天然氣需消耗745kJ左右的熱量低溫儲罐的結(jié)構(gòu)液態(tài)天然氣必須儲存在低溫儲罐中，低溫儲罐通常是由內(nèi)罐和外罐構(gòu)成，中間填充隔熱材料。天然氣低溫儲罐的結(jié)構(gòu)內(nèi)罐(薄膜罐)隔熱層外罐(罐體):凍土壁、鋼制壁、鋼筋混凝土壁及預(yù)應(yīng)力混凝土壁液化天然氣儲存站的安全液化天然氣儲存站通常儲存的天然氣以數(shù)千萬立方米計(如比利時1987年投入使用的儲存站內(nèi)設(shè)有三個直徑75m、高35m的圓筒形儲罐)，其安全性是十分重要的。特別是要考慮到一旦發(fā)生事故時，應(yīng)盡量減少對周圍環(huán)境造成的災(zāi)害性影響。為此，除了應(yīng)正確選擇儲存站站址外，還必須有一系列的安全措施。如：在站區(qū)平面布置中要考慮各種設(shè)備之間的安全間距，保證在某一局部發(fā)生火災(zāi)時不會波及到其它設(shè)備；為防止LNG從一個地區(qū)泄漏到相鄰地區(qū)，在每一個儲罐周圍、所有閥門組及各種設(shè)備底部設(shè)有LNG容積池；還應(yīng)設(shè)置完善的檢測系統(tǒng)(LNG泄漏的檢測裝置、火焰檢測器、熱監(jiān)測器及煙檢測器)及用于消防的泡沫生成器、粉末混合系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)等。第二節(jié)

液化天然氣工業(yè)鏈近十年來，中國的液化天然氣（簡稱LNG）開發(fā)已起步，在LNG鏈的每一環(huán)節(jié)上都有所發(fā)展，尤其是近幾年內(nèi)，在某些環(huán)節(jié)上的進(jìn)展還比較大。已建天然氣液化工廠有上海的LNG事故調(diào)峰站和河南中原天然氣液化工廠。新疆正在籌建一座規(guī)模更大的天然氣液化工廠，四川、重慶……。引進(jìn)國外LNG，正在廣東深圳建造LNG接收終端；并準(zhǔn)備在福建建造第二座LNG接收終端。在LNG運輸方面，儲罐制造商生產(chǎn)的LNG槽車已投入運行，正計劃開發(fā)制造運輸LNG的集裝箱。中國政府開始著手建造LNG船的計劃。在LNG應(yīng)用方面，山東、江蘇、河南、浙江、廣東、廣西、湖南、云南等省的一些城鎮(zhèn)建立了氣化站，向居民或企業(yè)提供燃?xì)?。為了適應(yīng)LNG在中國的迅速發(fā)展，LNG標(biāo)準(zhǔn)制定已經(jīng)完成【GB50028-2006】LNG是天然氣的一種獨特的儲存和運輸形式，它有利于天然氣的遠(yuǎn)距離運輸、有利于邊遠(yuǎn)天然氣的回收、降低天然氣的儲存成本、有利于天然氣應(yīng)用中的調(diào)峰。由于天然氣在液化前進(jìn)行了凈化處理，所以它比管道輸送的天然氣更為潔凈。LNG工業(yè)鏈?zhǔn)欠浅｝嫶蟮?，主要包括天然氣液化、儲存、運輸、接收終端、氣化站等，見圖1。LNG工廠兩套小型的LNG示范裝置我國從20世紀(jì)80年代末開始就進(jìn)行LNG裝置的實踐，下面介紹兩個小型LNG裝置，這些小型裝置的研制與開發(fā)為我國探索天然氣液化技術(shù)提供了寶貴的經(jīng)驗。陜北氣田L(fēng)NG示范工程陜北氣田L(fēng)NG示范工程，以偏遠(yuǎn)單井所產(chǎn)小量天然氣為原料，經(jīng)凈化、預(yù)冷、深冷液化、循環(huán)壓縮等工藝過程，將天然氣液化，用槽車運送到使用地點。這可充分利用偏遠(yuǎn)單井的天然氣資源。該LNG工程設(shè)在長慶油田靖邊基地內(nèi)，于1999年1月建成，采用林五井所產(chǎn)天然氣為原料，日液化天然氣量為2×104m3。原料氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)達(dá)95.27%。原料氣壓力25MPa，液化裝置中天然氣的入口壓力為4.1MPa。中國科學(xué)院低溫中心等單位研制的天然氣液化裝置中國科學(xué)院低溫中心與四川省綿陽燃?xì)饧瘓F(tuán)總公司、中國石油天然氣總公司勘探局、吉林油田管理局等單位聯(lián)合研制了兩臺天然氣液化設(shè)備，一臺容量為0.3m3/hLNG，采用天然氣自身壓力膨脹制冷循環(huán)；另一臺容量為0.5m3/hLNG，采用氮氣膨脹閉式制冷循環(huán)。中原天然氣液化工廠2001年，我國第一座小型天然氣液化裝置在中原油田試運行成功，這標(biāo)志著我國在生產(chǎn)LNG方面邁開了關(guān)鍵的一步。其生產(chǎn)的LNG通過槽車運輸?shù)姆绞焦?yīng)給山東、江蘇等省的一些城市。中原油田有豐富的天然氣儲量，天然氣遠(yuǎn)景儲量為2800×108m3，現(xiàn)已探明地質(zhì)儲量為947.57×108m3，這些天然氣能為液化裝置提供長期穩(wěn)定的氣源。該液化裝置生產(chǎn)LNG的能力為15.0×104m3/d，原料氣壓力為12MPa、溫度為30℃、甲烷含量93.35%～95.83%。圖4為液化流程示意圖。下面簡單介紹該裝置的預(yù)處理流程、液化流程和儲存系統(tǒng)等。上海LNG事故調(diào)峰站建于上海的LNG事故調(diào)峰站是我國第一座調(diào)峰型天然氣液化裝置，該調(diào)峰站是東海天然氣供應(yīng)上海城市燃?xì)夤こ滔掠尾糠种械囊粋€重要組成部分。它主要用于東海天然氣中上游工程因不可抗拒的因素（如臺風(fēng)等）造成停產(chǎn)、輸氣管線故障或冬季調(diào)峰時向管網(wǎng)提供可靠的天然氣供應(yīng)，確保安全供氣。工作過程：由市區(qū)1.5MPa天然氣管網(wǎng)送至調(diào)峰LNG站的天然氣，首先進(jìn)行過濾、計量并加壓至5MPa；然后進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)，用MEA法脫CO2、H2S，用分子篩脫水；再經(jīng)液化流程液化；液化后的天然氣貯存在2×104m3LNG儲槽內(nèi)。當(dāng)需要供氣時，儲槽內(nèi)的LNG經(jīng)LNG泵加壓送至氣化器，氣化后天然氣經(jīng)加臭、調(diào)壓后送入市區(qū)高壓管網(wǎng)。儲槽內(nèi)的LNG在貯存期間產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體，經(jīng)BOG（BoilOffGas）處理工段的壓縮機增壓后送入市區(qū)高壓管網(wǎng)。主要性能指標(biāo)如下：①儲槽容積

2×104m3；②儲槽日蒸發(fā)率

0.08％；③液化能力為

LNG165m3/d；④氣化能力為

LNG120m3/h。新疆LNG工程新疆LNG項目一期工程原計劃于2003年9月完工，將通過火車和汽車把LNG運輸?shù)饺珖茉淳o缺的地區(qū)，對國家“西氣東輸”主干管網(wǎng)以外的廣闊市場供氣。市場目標(biāo)主要有如下三個：①閩東南地區(qū)，即從福州至廈門沿鐵路的14個城市；②以江西景德鎮(zhèn)為中心輻射湖南、湖北等華中地區(qū)；③華北及新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶一些地區(qū)。該LNG工廠的氣源來自吐哈油田。設(shè)計液化能力為150×104m3/d天然氣。LNG設(shè)計年周轉(zhuǎn)量456kt；設(shè)計LNG儲罐容量為3×104m3，可儲存液化裝置正常生產(chǎn)10天的LNG量。整個LNG工廠由五大部分組成，即凈化部分、液化部分、LNG儲罐部分、LNG外輸部分和火炬放空部分。生產(chǎn)的LNG以70%通過鐵路運輸，30%通過公路運輸?shù)姆绞竭\往目的地。LNG接收終端為了能滿足我國珠江三角洲對能源的需求，中國政府已決定在東南沿海地區(qū)適量引進(jìn)LNG，LNG接收站建于珠江口海岸深圳市大鵬灣畔秤頭角。廣東LNG工程總體項目包括LNG接收站和輸氣干線項目，以及配套新建電廠，電廠改造和城市管網(wǎng)等用戶項目，其供氣范圍覆蓋珠江三角洲和香港地區(qū)。工程全長509km，貫穿珠江三角洲九個城市。計劃在福建湄洲灣興建第二個接收終端，LNG將來源于印度尼西亞的東固氣田。該接收終端的最初的年供應(yīng)能力要達(dá)到2.5Mt。LNG運輸槽車目前，由于我國LNG從生產(chǎn)地運往使用地是用槽車方式運輸?shù)?，目前已有四川和江蘇的制造商試制并生產(chǎn)了LNG槽車，均為半掛式運輸槽車。

27m3LNG運輸槽車

該槽車一次可裝運27m3LNG產(chǎn)品，相當(dāng)于1.6×104m3天然氣。40m3LNG運輸槽車

該槽車為一次可裝運40m3LNG產(chǎn)。LNG的應(yīng)用LNG氣化站目前在山東、江蘇、河南、浙江、廣東、廣西、湖南、云南等省的一些城鎮(zhèn)建立了氣化站，向居民或企業(yè)提供燃?xì)?。LNG氣化采用空氣式氣化器（自然氣化）與蒸汽加熱水浴式氣化器（強制氣化）相結(jié)合的并聯(lián)流程。夏季以自然氣化為主，冬季用蒸汽加熱氣化?？諝馐綒饣鳛槌崞軗Q熱器，管內(nèi)為LNG，管外為大氣。LNG氣化站工藝流程見圖6。LNG汽車為了降低燃油汽車尾氣的排放帶來的城市大氣污染，我國政府在積極推動LNG汽車的研究和開發(fā)