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(chǔ)存裝置主要設(shè)置在天然氣液化場(chǎng)站和接受液化天然氣(LNG)的場(chǎng)站。在沒有條件建設(shè)地下儲(chǔ)庫(kù)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(chǔ)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(jí)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(shí)，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(shí)，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(chǔ)存。三個(gè)被分開的循環(huán)過程都包括蒸發(fā)、壓縮和冷凝三個(gè)步驟。此法效率高、設(shè)計(jì)容易、運(yùn)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(chǔ)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?dú)?。丙烷、乙烯及氮的混合蒸氣?jīng)制冷機(jī)6壓縮和冷卻器5冷卻后進(jìn)人丙烷儲(chǔ)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(shí)也冷卻了乙烯和氮?dú)?，乙烯呈液態(tài)進(jìn)入乙烯儲(chǔ)槽，氮?dú)馊猿蕷鈶B(tài)。液態(tài)乙烯在換熱器中蒸發(fā)，冷卻了天然氣及氮?dú)狻５獨(dú)膺M(jìn)入氮儲(chǔ)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(shí)冷卻了氣態(tài)氮?dú)狻鈶B(tài)氮?dú)膺M(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(chǔ)罐。此法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較少，僅需一臺(tái)制冷機(jī)和一臺(tái)換熱器。其缺點(diǎn)是氣液平衡與焓的計(jì)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(zhǎng)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(lái)自長(zhǎng)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(jī)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(chǔ)罐4。儲(chǔ)罐上部蒸發(fā)的天然氣，由膨脹渦輪機(jī)帶動(dòng)的壓縮機(jī)吸出并壓縮到輸氣管網(wǎng)的壓力，并與膨脹渦輪機(jī)出來(lái)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(duì)天然氣的需用量大于長(zhǎng)輸干管的輸氣量時(shí)，必須使儲(chǔ)存的液化氣體重新氣化供應(yīng)城市。氣化設(shè)備所需費(fèi)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(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)液態(tài)天然氣必須儲(chǔ)存在低溫儲(chǔ)罐中，低溫儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)存站的安全液化天然氣儲(chǔ)存站通常儲(chǔ)存的天然氣以數(shù)千萬(wàn)立方米計(jì)(如比利時(shí)1987年投入使用的儲(chǔ)存站內(nèi)設(shè)有三個(gè)直徑75m、高35m的圓筒形儲(chǔ)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(shí)，應(yīng)盡量減少對(duì)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(chǔ)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(shí)不會(huì)波及到其它設(shè)備；為防止LNG從一個(gè)地區(qū)泄漏到相鄰地區(qū)，在每一個(gè)儲(chǔ)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(cè)系統(tǒng)(LNG泄漏的檢測(cè)裝置、火焰檢測(cè)器、熱監(jiān)測(cè)器及煙檢測(cè)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(lái)，中國(guó)的液化天然氣（簡(jiǎn)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(guó)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(yùn)輸方面，儲(chǔ)罐制造商生產(chǎn)的LNG槽車已投入運(yùn)行，正計(jì)劃開發(fā)制造運(yùn)輸LNG的集裝箱。中國(guó)政府開始著手建造LNG船的計(jì)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(guó)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(dú)特的儲(chǔ)存和運(yùn)輸形式，它有利于天然氣的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、有利于邊遠(yuǎn)天然氣的回收、降低天然氣的儲(chǔ)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、?chǔ)存、運(yùn)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(guó)從20世紀(jì)80年代末開始就進(jìn)行LNG裝置的實(shí)踐，下面介紹兩個(gè)小型LNG裝置，這些小型裝置的研制與開發(fā)為我國(guó)探索天然氣液化技術(shù)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。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(yùn)送到使用地點(diǎn)。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(zhǎng)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(guó)科學(xué)院低溫中心等單位研制的天然氣液化裝置中國(guó)科學(xué)院低溫中心與四川省綿陽(yáng)燃?xì)饧瘓F(tuán)總公司、中國(guó)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(tái)天然氣液化設(shè)備，一臺(tái)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(tái)容量為0.5m3/hLNG，采用氮?dú)馀蛎涢]式制冷循環(huán)。中原天然氣液化工廠2001年，我國(guó)第一座小型天然氣液化裝置在中原油田試運(yùn)行成功，這標(biāo)志著我國(guó)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(yùn)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(chǔ)量，天然氣遠(yuǎn)景儲(chǔ)量為2800×108m3，現(xiàn)已探明地質(zhì)儲(chǔ)量為947.57×108m3，這些天然氣能為液化裝置提供長(zhǎng)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(jiǎn)單介紹該裝置的預(yù)處理流程、液化流程和儲(chǔ)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(guó)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€(gè)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(tái)風(fēng)等）造成停產(chǎn)、輸氣管線故障或冬季調(diào)峰時(shí)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(jì)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(chǔ)槽內(nèi)。當(dāng)需要供氣時(shí)，儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)增壓后送入市區(qū)高壓管網(wǎng)。主要性能指標(biāo)如下：①儲(chǔ)槽容積

2×104m3；②儲(chǔ)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(xiàng)目一期工程原計(jì)劃于2003年9月完工，將通過火車和汽車把LNG運(yùn)輸?shù)饺珖?guó)能源緊缺的地區(qū)，對(duì)國(guó)家“西氣東輸”主干管網(wǎng)以外的廣闊市場(chǎng)供氣。市場(chǎng)目標(biāo)主要有如下三個(gè)：①閩東南地區(qū)，即從福州至廈門沿鐵路的14個(gè)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(lái)自吐哈油田。設(shè)計(jì)液化能力為150×104m3/d天然氣。LNG設(shè)計(jì)年周轉(zhuǎn)量456kt；設(shè)計(jì)LNG儲(chǔ)罐容量為3×104m3，可儲(chǔ)存液化裝置正常生產(chǎn)10天的LNG量。整個(gè)LNG工廠由五大部分組成，即凈化部分、液化部分、LNG儲(chǔ)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(yùn)輸，30%通過公路運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)往目的地。LNG接收終端為了能滿足我國(guó)珠江三角洲對(duì)能源的需求，中國(guó)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(xiàng)目包括LNG接收站和輸氣干線項(xiàng)目，以及配套新建電廠，電廠改造和城市管網(wǎng)等用戶項(xiàng)目，其供氣范圍覆蓋珠江三角洲和香港地區(qū)。工程全長(zhǎng)509km，貫穿珠江三角洲九個(gè)城市。計(jì)劃在福建湄洲灣興建第二個(gè)接收終端，LNG將來(lái)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(yùn)輸槽車目前，由于我國(guó)LNG從生產(chǎn)地運(yùn)往使用地是用槽車方式運(yùn)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(yùn)輸槽車。

27m3LNG運(yùn)輸槽車

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

該槽車為一次可裝運(yùn)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(qiáng)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L(zhǎng)NG，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(lái)的城市大氣污染，我國(guó)政府在積極推動(dòng)LNG汽車的研究和開發(fā)