: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的技術(shù)進展吳洪松(中國市政工程華北設(shè)計研究院設(shè)計四所，天津300074)摘要:以液化天然氣應(yīng)急儲備調(diào)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)進展。關(guān)鍵詞:液化天然氣;應(yīng)急儲備調(diào)峰站; 凈化;液化; 儲存;氣化中圖分類號: 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)是一個朝陽產(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(diào)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,液化工廠、接收終進行凈化處理。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(shè)中。在這些站場中,應(yīng)硫化氫、重?zé)N和求等，其中二氧化碳和硫化氫合稱酸急儲備調(diào)峰站涉及的技術(shù)面廣,技術(shù)要求高,體現(xiàn)了性氣體。必須脫除這些雜質(zhì)，以免這些雜質(zhì)腐蝕設(shè)液化天然氣工業(yè)的發(fā)展水平。本文以液化天然氣應(yīng)備及在低溫環(huán)境下凍結(jié)而堵塞設(shè)備和管道。液化裝急儲備調(diào)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表1。氣儲存氣化等方面探討液化天然氣的技術(shù)進展。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(yīng)急儲備調(diào)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。由長輸管道輸送CO2體積分數(shù)/10 -6≤50至應(yīng)急儲備調(diào)峰站的天然氣，經(jīng)過計量和加壓,進人H2S體積分數(shù)/10 -6≤4H20體積分數(shù)/10≤0.1凈化單元脫除CO2和水,再進人液化單元液化，送硫化物總質(zhì)量濃度/(mg. m~3)10~50至LNG儲罐內(nèi)儲存。當向城市供氣時,儲罐內(nèi)的芳香烴總體積分數(shù)/10 _≤10LNG經(jīng)泵加壓送至氣化單元,經(jīng)氣化、調(diào)壓、加臭后環(huán)烷烴總體積分數(shù)/10-*送人市區(qū)高壓管網(wǎng)。汞質(zhì)量濃度/(ug. m-3)≤0.01www . watergasheat. com吳洪松:液化天然氣站場的技術(shù)進展第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(yīng)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年開始發(fā)展起來，的酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),可同時脫除CO2和H2S?？朔穗A式液化流程的某些缺點。它采用由N2及目前國內(nèi)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)。醇胺法的突出特點是成本劑根據(jù)待液化的天然氣的組成來配制?；旌现评鋭┑?、反應(yīng)率高穩(wěn)定性好再生容易。進行逐級冷凝、蒸發(fā)、節(jié)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，可同時脫除CO2和H2S。具有吸收溫度與階式液化流程相比，其優(yōu)點是:機組少,流程較高、凈化程度好等特點，尤其適用于含有大量CO2簡單;造價低,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、開式混合制冷劑液化流程、丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化前必須脫除原料氣中的游離水，使其露點液化流程、整體結(jié)合式階式液化流程(簡稱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(diào)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,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現(xiàn)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)制冷實現(xiàn)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(yīng)時,對外做功，可用于驅(qū)動流程中的壓縮機。液化流具備以下條件:對原料氣有很強的脫水能力,熱穩(wěn)定程中的關(guān)鍵設(shè)備是透平膨脹機。性好,脫水時不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，容易再生,黏度小,對根據(jù)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(shè)備無腐蝕,價格低,容易得到。常用的醇類脫水吸類流程的優(yōu)點是:流程簡單,調(diào)節(jié)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，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門生產(chǎn).運輸、儲存制冷劑的費用。缺點聚或富集。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(xiàn)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;沒有腐蝕，帶膨脹機液化流程操作比較簡單,造價適中,特不形成泡沫;脫水露點較低,適用于少量氣體的脫水別適合液化能力較小的調(diào)峰型天然氣液化裝置。過程。但其基本建設(shè)造價較高,壓力降較高,再生時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,來冷卻另-些天然氣液化廠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(shè)備簡單，調(diào)節(jié)靈活,工作可3天然氣液化[1]靠,易啟動,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合,但只能進行小比例的部分第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,然后進行加熱,加熱后進行填充。一程簡單、緊湊,造價較低。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(yīng)用，技術(shù)成熟經(jīng)驗豐富。就裝置而言,氮氣膨脹充過程中振動密實或用干燥空氣進行壓實,最后將液化流程啟動快,運行靈活,適應(yīng)性強，易于操作和圓簡封閉,進行抽真空作業(yè)。控制,安全可靠性好,放空不存在火災(zāi)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地較小的地方,其缺點是N2- CH,膨脹液化流程是采用N2 -CH。混合儲罐的保冷性能較差。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時間短、流程簡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。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(nèi)罐和外罐組成，在內(nèi)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(shè)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- -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,不會受到風(fēng)載荷的影③天然氣液化流程的能耗響,也不會影響人員的視線。地下儲罐的罐底應(yīng)位根據(jù)國外的運行數(shù)據(jù),階式液化流程、混合制冷于海平面及地下水位以上,需要進行詳細的地質(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,造價較高。較多優(yōu)勢,國際上現(xiàn)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較大的問題,因此對安全檢測和操作要立式雙圓筒儲罐應(yīng)用較為廣泛，目前國內(nèi)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~近年來已較少使用。200m'/臺。其內(nèi)罐材質(zhì)為0Cr18Ni9,外罐材質(zhì)為②雙容罐16MnR。內(nèi)罐通過支撐或懸掛結(jié)構(gòu)與外罐固定,內(nèi)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(nèi)罐發(fā)生泄漏時，氣體會發(fā)生外泄，但液體不并且對該空間抽真空進行絕熱保護。其優(yōu)點是保冷會外泄,其安全性比單容罐高。根據(jù)規(guī)范要求,雙容性能較好,缺點是儲存容積較為有限。該類型儲罐罐不需設(shè)防火堤,但仍需較大安全防護距離。的關(guān)鍵技術(shù)是內(nèi)、外罐之間的固定,由于內(nèi)、外罐所③全容罐用材料不同,內(nèi)罐的固定方式及固定用材料與儲罐全容罐采用9%鎳鋼內(nèi)罐9%鎳鋼或混凝土外的蒸發(fā)率和預(yù)冷時內(nèi)罐的穩(wěn)定度有很大關(guān)系。內(nèi)罐罐,允許內(nèi)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(shè)計壓力和容積有關(guān),一般的可以避免火災(zāi)的發(fā)生。由于全容罐的外罐可以承受設(shè)計理念是盡量減少傳熱量,即通過抽真空的辦法內(nèi)罐泄漏的液態(tài)LNG及其氣體,不會向外界泄漏，來減少對流傳熱,采用填充膨脹珍珠巖的方法來減因此,按規(guī)范要求,不需設(shè)置防火堤,其安全防護距少輻射傳熱,內(nèi)罐采用不銹鋼拉帶的懸掛結(jié)構(gòu)減少離也較小。熱傳導(dǎo)(不銹鋼拉帶路徑長、截面積小)。④膜式罐www. watergasheat. com昊洪松:液化天然氣站場的技術(shù)進展第27卷第10期膜式罐采用了不銹鋼內(nèi)膜和混凝土外壁,對防Vaporizer,簡稱ORV)、沒沒式燃燒氣化器、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- -個簡體。該類型儲罐可設(shè)在地上或地下,建在地臺不超過1 400 m'/h,應(yīng)急儲備調(diào)峰站不予采用。下時,若造價和工期允許,可選用較大的容積。膜式從造價和運行費用出發(fā),考慮開架式氣化器、浸沒式罐結(jié)構(gòu)可防止液體的溢出,提供了較好的安全設(shè)計，燃燒氣化器。可有較大的罐容。由于膜式罐本身結(jié)構(gòu)特點，它具①開架式氣化器有易泄漏的缺點。開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-一個管板,若千個管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(nèi)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(shè)計、制造標準是開架式氣化器體積龐大,造價較高,安裝費用也美國的AP1620和英國的BS7777。兩者的最大區(qū)別很高,但設(shè)計簡單,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%。開架式氣化器特別適用于同的。正常供氣的LNG氣化站,在應(yīng)急儲備調(diào)峰站應(yīng)用較LNG儲罐類型的選擇要求安全可靠、造價低、少。壽命長、技術(shù)先進;結(jié)構(gòu)有高度完整性,便于制造;能②浸沒式燃燒氣化器使整個系統(tǒng)的運行費用低。經(jīng)過對比及篩選,混凝浸沒式燃燒氣化器以天然氣為燃料,采用燃燒土頂?shù)娜莨薜陌踩阅?、技術(shù)經(jīng)濟性能及綜合性加熱的方式氣化LNG,主要設(shè)備包括鼓風(fēng)機、浸沒能均居首位。式燃燒器、換熱管、水浴池等。燃料天然氣和空氣在⑥全容罐實例燃燒器內(nèi)燃燒,燃燒產(chǎn)生的煙氣通過噴嘴進入水中，實例為上海市五號溝天然氣液化調(diào)峰廠的有效將水加熱。LNG經(jīng)過浸沒在水中的換熱管,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(nèi)罐材質(zhì)為9Ni鋼,罐內(nèi)徑為33.5 m,內(nèi)高約浸沒式燃燒氣化器優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)緊湊,節(jié)省空26m,頂部設(shè)有吊頂，上鋪玻璃纖維隔熱層;外罐及間,整體造價(包括安裝費用)很低,操作靈活;缺點拱頂由預(yù)應(yīng)力混凝土制成,外徑約37.5 m,簡體高是運行費用很高,需要消耗輸出氣量的1.5% ~度約30m。內(nèi)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)。浸沒式燃燒氣化器適料,厚度約1 m,內(nèi)罐與基礎(chǔ)承臺之間采用泡沫玻璃用于LNG應(yīng)急儲備調(diào)峰站。隔熱。為防止出現(xiàn)基礎(chǔ)凍結(jié)現(xiàn)象，罐的基礎(chǔ)承臺為架空方式,承臺下設(shè)混凝土支柱168根。罐內(nèi)設(shè)有參考文獻:2個帶套管的泵井,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(shè)計壓力為1.5~23.0 kPa,設(shè)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，所有的連接管口均設(shè)計在罐的頂作者簡介:吳洪松(1961- )， 男，安徽合肥人，部。為防止罐內(nèi)LNG 分層及翻滾,設(shè)有上下進料高級工程師，學(xué)士，從事城市燃氣工程設(shè)管。為及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)罐的泄漏,內(nèi)罐與外罐間設(shè)有低計工作。溫泄漏探測系統(tǒng)。電話:(022)235454465液化天然氣氣化E - mail:wu - hongsong@ cemi. com. cn目前LNG氣化器有開架式氣化器( Open Rack收稿日期:2007 -05-17;修回日期:2007-06-15