2011,21(4)裘棟LNC項(xiàng)目氣化器的選型LNG項(xiàng)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(guó)內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀，比較接收站三種常用的氣化器，并結(jié)合實(shí)際確定項(xiàng)目氣化器類型與臺(tái)數(shù)。關(guān)鍵詞LNG 接收站氣化器選型分析投資費(fèi)用，同時(shí)培養(yǎng)國(guó)內(nèi)自己的LNG建設(shè)隊(duì)伍。1概述該項(xiàng)目由中國(guó)成達(dá)工程有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，浙江LNG接收站是接收海上LNG運(yùn)輸?shù)慕K端站場(chǎng)，LNG項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)和采辦，國(guó)內(nèi)施在站內(nèi)將LNG接收、儲(chǔ)存、氣化、外輸至下游工單位負(fù)責(zé)建設(shè)和安裝。用戶氣化器是接收站工藝流程中最關(guān)鍵的設(shè)備之通過(guò)40多年的發(fā)展，全球已投用LNG接收站一，而且價(jià)格高、制造周期長(zhǎng)。為做好氣化器的77座。我國(guó)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(diào)研、與國(guó)內(nèi)已投人使用外，在建的LNG接收站還有不少，浙設(shè)計(jì)單位及國(guó)外制造商的技術(shù)交流活動(dòng)。江LNG項(xiàng)目就是其中之一一。浙江LNG項(xiàng)目一期建設(shè)規(guī)模3000kv/a，包括2三種氣化器比較建設(shè)- - 座?？?0.8~2.66) x 10'm3 LNG運(yùn)輸船的2.1氣化器類型接卸碼頭、三座1.6x10'm'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(shè)施。項(xiàng)目于2010年12月開(kāi)工種:開(kāi)架式氣化器( Open Rack Vaporator, 簡(jiǎn)稱建設(shè)，預(yù)計(jì)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SCV);中間介質(zhì)管殼式氣化器( Intermediate Fluid Vaporator,簡(jiǎn)稱IFV)。2.1.1開(kāi)架式氣化器ORV氣化器是以海水為熱源的氣化器，其工作原理，見(jiàn)圖2。無(wú)然___上都總管m換空換熱管來(lái)圖1 浙江LNG工藝流程示意圖接收站工藝流程:LNG運(yùn)輸船到達(dá)卸船碼頭..后，經(jīng)卸料臂輸送至LNG儲(chǔ)罐，然后用低壓泵從罐內(nèi)抽出，經(jīng)再冷凝器輸送至高壓泵，經(jīng)增壓后輸一個(gè)瓶整管來(lái)單元圖2 ORV 氣化器工作原理送至氣化器。在氣化器內(nèi)，LNG氣化并升至常溫，最后經(jīng)計(jì)量和調(diào)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LNG接收站項(xiàng)目建設(shè)模式除儲(chǔ)罐采用管組成板狀排列，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(jié)省成一個(gè)板型管束單元，再由若干個(gè)這樣的單元組*裘棟:工程師。1991年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)礦場(chǎng)機(jī)械專業(yè)。先后從事化纖設(shè)備和液化天然氣接收站設(shè)備的管理工作。聯(lián)系電話: (0574) 86010045, E- mail: qiudong@ cnooe. com. cn。2011 ,21(4)裘棟LNG項(xiàng)目氣化器的選型21熱器中與管程中的LNG進(jìn)行熱交換，LNG受熱氣表2水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)(mg/L)化，而丙烷則被冷凝。在第三段E3換熱器中，用目平均值最大值最小值平均值 最大值最小值S管程中的海水加熱NG,使輸出的天然氣溫度達(dá)到要求。丙烷始終在E1殼體中進(jìn)行氣-液態(tài)的閉式懸浮固體1370 187760010循環(huán)，運(yùn)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(xiàn)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(biāo)平均在1000 ~ 1300 mg/L。根據(jù)廠家用海水換熱時(shí)由于結(jié)冰對(duì)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，IFV氣化器的制造商僅有日本神戶鋼鐵mg/L的情況下，ORV防腐涂層有效時(shí)間為7 ~8一家。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LNC項(xiàng)目上已投用了總計(jì)33臺(tái)。求水質(zhì)條件的 15倍以上，供應(yīng)商估計(jì)涂層至少1其最大天然氣流量達(dá)到205th。~2年就須維護(hù)- -次。2.2三種氣化器適用性比較通過(guò)與廠商的交流，以及對(duì)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(diào)研(使用同樣海水用于發(fā)電機(jī)凝汽器冷卻)，選擇鈦管材質(zhì)的管殼式氣化器是解決海水含沙量高表1三種氣化器的適 用性比較比較內(nèi)容ORVFV_的方法，因而浙江LNG采用以IFV氣化器作為主氣化器，SCV 氣化器作為調(diào)峰和備用。業(yè)績(jī)及使用情況業(yè)績(jī)廣泛，主要在日本使業(yè)績(jī)廣泛，使用良好用，使用良好使用良好3.2選材和制造技術(shù)可靠性安全可靠安全可靠安 全可靠IFV氣化器主要性能參數(shù)，見(jiàn)表3。本地海水適用性基本適用表3 IFV 的主要性能參數(shù)維護(hù)要求較高般單臺(tái)設(shè)備價(jià)格次之高運(yùn)行能耗一般名稱器介質(zhì)壓力任萬(wàn)最低沒(méi)修材(MPa) (MPa)度(C)運(yùn)行費(fèi)用供貨情況二家廠商22-24個(gè)月約15個(gè)月獨(dú)家E3管程-海水0.2 0.8 -5/60 .SB338制造周期.約14個(gè)月調(diào)溫器. t1.8*L3510從表1可見(jiàn)，SCV雖然啟動(dòng)迅速，但負(fù)荷調(diào)節(jié)”殼程皿NG 6.28 11.6 -60/60O pitch 25和操作不像ORV和IFV那樣簡(jiǎn)單方便，而且運(yùn)行SA213M TP304成本較高，只能作為主氣化器的備用。結(jié)合與上E-2管程mLING 6.3 11.6 -165/600.D.15.9 *述各廠商的技術(shù)交流情況，ORV與IFV使用的全蒸發(fā)器”殼程皿丙燒0.262.03-40/60 *ST.L9000 .t1.6壽命周期費(fèi)用相當(dāng),因此二者均可作為項(xiàng)目的主△ptich 21氣化器。E-1管程-海水0.17 0.8 -5/60 S888丙烷.0. D. 19.053氣化器選用加熱器殼程I丙烷0.26 2.03-40/60T1.2 * L9008△pitch 25氣化器的處理能力代表了接收站的實(shí)際處理注: E-3NG 調(diào)溫器自重34800 kg; E2LNG蒸發(fā)器自重16200 kg;量，因而在主氣化器選擇需要考慮下列條件:E-1丙烷加熱器自重48500 kgo(1) 運(yùn)行要連續(xù)可靠、負(fù)荷調(diào)節(jié)方便,操作SCV氣化器的技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表4。簡(jiǎn)單。(2)包括采購(gòu)成本、運(yùn)行成本和維修成本的3.2.1選材IFV氣化器的材料選用上必須滿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≤80 mg/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(jí)3.1海水條件的鈦有良好的耐磨蝕性能，也能抵抗70C以下海該工程水域水質(zhì)依據(jù)2004年四季度S1、S2兩水的縫隙腐蝕。本項(xiàng)目中換熱管選擇鈦(SB338處監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)資料分析結(jié)果，見(jiàn)表2。grade 2),其中海水進(jìn)口側(cè)壓力較高采用無(wú)縫鈦管,22CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計(jì)2011,21(4)表4 SCV 氣化器的技術(shù)參數(shù)表5氮氧化物排放限值名稱技術(shù)參數(shù)最高允許排放無(wú)組織排放監(jiān)控最高允許速率(kg/h)_濃度限值氣化量，vh12排放濃度煙囪濃度壓力，MPa設(shè)計(jì)11.6( mg/m高度()-級(jí)二級(jí)三級(jí)監(jiān)控點(diǎn)( mg/m' )運(yùn)行6.315 0.470.91 1.4液體162(硝酸、氮肥溫度,C氣體和火炸藥生0.77 1.5 2.3產(chǎn))燃燒器供熱能力，kw3.6x10330 2.6 5.1 7.7燃料氣，Nm'/h3480水浴溫度,C307 14 21無(wú)組織排空氣量, Nm'/h5872060 9.91929風(fēng)向設(shè)查(監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)(硝酸使用和尺寸(長(zhǎng)x寬)，m8x7其它)70 142741照點(diǎn)下濃度差30193756控點(diǎn)發(fā)路值)厚度1.8mm， 海水出口側(cè)采用焊接鈦管，厚90244772度1.2mm。00_61 92與LNG接觸的換熱管和管箱部分材料選擇奧如2.45kg/h的NOx輸出量，煙囪須高于24m。氏體不銹鋼(304)材質(zhì)。與海水接觸的管板采用低溫碳鋼板爆炸包覆浙江LNG煙囪高度的計(jì)算:鈦合金的復(fù)合鋼板結(jié)構(gòu)(SA516M Gr415 + SB265供應(yīng)商給出的廢氣排放數(shù)據(jù):廢氣排放量為58700 Nm'/h,其中CO2占6.8%; N2 占84%; 02Gr. 1 Clad)。占9. 2%; NOx濃度低于40ppm; CO濃度80ppm。3.2.2制造鈦焊接之后性能會(huì)降低是由于焊接時(shí)吸人的由于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(jī)械性能，因此正值，而根據(jù)供應(yīng)商經(jīng)驗(yàn)實(shí)際SCV運(yùn)行中氧含量焊接時(shí)應(yīng)保持清潔和干燥，焊接應(yīng)采用惰性氣體為9.2%，按如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行換算:純氬氣保護(hù)焊接接頭及熱影響區(qū)，直至焊接接頭:A%O2濃度下NOx濃度= B%O2濃度下NOx濃度x (21-A) / (21- B) (供應(yīng)商經(jīng)驗(yàn)公式，完全冷卻。與海水接觸的管箱與變徑簡(jiǎn)體則采用襯里結(jié)其中A、B為氧含量的百分比濃度值):NO(ppm) =(21 -9.2)/(21 -3) x40構(gòu)，采用低溫碳鋼表面襯環(huán)氧樹脂的內(nèi)防腐形式=11. 8/18 x40 =26.2 ppm(SA516M Cr415 + Epoxy Resin Coating)。NOx極限排放量: .3.3 SCV 排放煙囪高度計(jì)算NOx(kg/h) = 58700 x26.2 x46/22.4/00000設(shè)計(jì)SCV氣化器時(shí)，還要考慮控制廢氣中=3. 16 kg/hNOx、CO的排放量在允許值范圍以內(nèi)。廢氣的排在標(biāo)準(zhǔn)中用插人法計(jì)算NOx極限排放量為放和煙囪的高度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐囊?guī)定，尤其要3. 16 kg/h對(duì)應(yīng)的煙囪高度為26m,核算結(jié)果驗(yàn)證符合《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》CB 16297 - 1996。供應(yīng)商 選取的煙囪高度為27m,可以滿足標(biāo)準(zhǔn)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/Nm',見(jiàn)表5。由于GB 16297中沒(méi)有CO的排放標(biāo)準(zhǔn)，故參要求選擇低NOx的燃燒器，本項(xiàng)目原配用日照廣東標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物排放限值》DB 44/T 27本Tokyo Gas的燃燒器，其最大能力為31MW,產(chǎn)-2001: CO最高排放濃度為1000 mg/Nm', 20m生的NOx低于50ppm(在3%氧含量下的修正高的煙囪排放速率為71 kg/h進(jìn)行相應(yīng)核算。值)，屬排放超標(biāo)，根據(jù)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，因該項(xiàng)目4氣化器 數(shù)量的確定地處二類區(qū)域，必須按新污染源執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所以改選用美國(guó)Blom公司的燃燒器，最大能力為L(zhǎng)NG接收站常年連續(xù)不斷為用戶供氣的特點(diǎn)，41MW,產(chǎn)生的NOx低于40ppm(在3%氧含量下設(shè)備的配置和備用原則是除考慮投資費(fèi)用外，還的修正值)。必須考慮接收站操作的安全性、可靠性和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)中煙囪的高度是根據(jù)NOx的流速計(jì)算的，費(fèi)用。(下轉(zhuǎn)第6頁(yè))6CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計(jì)2011,21(4)~ 170C，有的裝置高達(dá)180C，氣體熱量轉(zhuǎn)移到.風(fēng)機(jī)升壓AP=48 ~52kPa，氣體溫升48 ~ 509C，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°C提高到110 ~收，國(guó)際先進(jìn)制酸技術(shù)二吸塔氣體進(jìn)口溫度為115C，焚硫爐出口爐氣溫度相應(yīng)升高，增加了余1359C，某公司800kt/a裝置為146C。熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量。.二吸塔進(jìn)口氣體中SO,的濃度約為0.5%，氣經(jīng)計(jì)算800kt/a硫酸裝置的塔后風(fēng)機(jī)流程可多體壓力約為10kPa,當(dāng)氣體溫度為135 ~ 140C時(shí)，回收熱量約1.374x 10' kJ/h,約占總產(chǎn)熱量的SO,或硫酸霧的分壓低，不會(huì)產(chǎn)生冷凝酸，國(guó)內(nèi)外2.41%， 可多產(chǎn)中壓蒸汽4.12 Vh,折標(biāo)煤約470已有多家工廠采用此工藝參數(shù)。kg/h,年節(jié)省標(biāo)煤約3760 t。經(jīng)計(jì)算800kV/a硫酸裝置二吸塔氣體入口溫度采用塔后風(fēng)機(jī)流程時(shí)，空氣風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力約由170°降到140C，熱力系統(tǒng)可多回收熱量8.60-4.5 kPa (G), 溫度約60C，干空氣中含有少許x10° kJ/h,可多產(chǎn)中壓蒸汽(3. 82MPa、450C)硫酸霧。另外，干燥塔的塔徑應(yīng)比采用塔前風(fēng)機(jī)2580 kg/h,折標(biāo)煤294 kg/h, 每年節(jié)約標(biāo)煤流程稍大，風(fēng)機(jī)出口空氣總管上應(yīng)設(shè)置一回流管2352t，同時(shí)減少Ot = 8C的循環(huán)水用量257 m'/h,到干燥塔進(jìn)口,低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)焚硫爐進(jìn)口空氣量，折熱量1.077 x10° kJ/h,折標(biāo)煤約為36. 74kgh,使干燥塔除霧段氣速保持在除霧器要求范圍內(nèi)，每年節(jié)約標(biāo)煤294t,以上兩項(xiàng)每年可節(jié)省標(biāo)煤約達(dá)到高的除霧效率，減少濕空氣進(jìn)入干燥塔的氣2646 t。量，從而減少干燥酸的串酸量。4.3 采用塔后風(fēng)機(jī)流程通過(guò)采用以上建議，熱能回收率將從64. 55%將空氣鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在千燥塔后(塔后風(fēng)機(jī)流提高到93.71%。(收稿日期2011 -05 -30)程)，可利用干燥塔進(jìn)塔酸傳遞給干空氣的熱量，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(jù)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(tǒng)中重要的設(shè)備，設(shè)置備用要求接收站一期的最大外輸量為80000 m2/h;最氣化器是必需的。 最終，該項(xiàng)目選擇4臺(tái)IFV氣化小外輸量為383300 m'/h (101. 325kPa和20C)。器作為主氣化器，2臺(tái)SCV氣化器作為調(diào)峰和備臺(tái)下游用戶- -期最大外輸量: 8.8x 10' m'/h。使用。氣體密度(重): 0. 789 kg/m',折算成液體質(zhì)參考文獻(xiàn)量流量: 694Vh。(1) 選擇廠家提供IFV氣化器，規(guī)格為1751周修杰2010 -2015年中國(guó)液化天然氣(LNG)行業(yè)投資Vh。分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告[R]. 北京:中投顧向產(chǎn)業(yè)研究中心，2010.數(shù)量為3.96 (694/175 =3.96), 圓整后為于國(guó)杰 LNG沉浸式燃燒型氣化器數(shù)值模擬 [D].大連:4臺(tái)。大連理工大學(xué)，2009.(2)鑒于本接收站地理位置, IFV氣化器在冬3陳永東.大型LNG氣化器的選材與結(jié)構(gòu)研究[J]. 壓力容季極值低溫海水溫度下運(yùn)行時(shí)，將無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)器，2007, 24 (11): 40-47.負(fù)荷，而此時(shí)，用戶的用氣需求量將是峰值，為4陳偉，陳錦嶺、李萌LNC接收站中各類型氣化器的比較與選擇[J]. 中國(guó)造船，2007, 48 (增刊).滿足供氣的可靠與安全性，需采用SCV氣化器來(lái)5陳永東浙江LNG項(xiàng)目接收站氣化器專項(xiàng)研究報(bào)告[R].調(diào)峰。根據(jù)已建接收站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，需配置2臺(tái)合肥通用機(jī)械研究院，2006.SCV氣化器。(修改回搞2011 -05 -23)5結(jié)語(yǔ)