LNG接收站冷能供應(yīng)方案研究及思考

1、LNG接受站冷能供應(yīng)方案研究及思考傅皓;劉利;李賽【摘要】針關(guān)于某LNG接受站冷能供應(yīng)與冷能需求之間的不匹配問題介紹問題生的原因并且提出5種解決方案最后關(guān)于其產(chǎn)生的根源提出建議.化工設(shè)計(jì)2011(021)003【總頁數(shù)】5 頁(P10-14)【關(guān)鍵詞】LNG; 冷能利用;冷能供應(yīng)【作 者】傅皓;劉利;李賽【作者單位】,610041都,610041,610065【正文語種】中 文某液化天然氣(LNG)200920107由于下游用戶用氣量還未達(dá)產(chǎn)故接受站天然氣高壓外輸只能采用間斷運(yùn)行方式冷能利用項(xiàng)目需要接受站24h 連續(xù)供應(yīng)LNG冷能。分廠供應(yīng)冷能成為本次方案研究的目的。接受站組成某LNG接受站一

2、期項(xiàng)目建設(shè)有一座100kt級LNG專用碼頭并且安裝3臺LNG卸料臂和1臺氣體返回臂、2座單罐容積1.6105m3 的低溫全容罐、6臺罐內(nèi)LNG 低壓泵、4臺LNG高壓泵、4臺用海水加熱的LNG開架式氣化器(ORV),2臺用處理蒸發(fā)氣(BOG)的低壓壓縮機(jī)和1臺BOG再冷凝器、1臺高架火炬、4個(gè)LNG 槽車裝車站和公用工程系統(tǒng)等。高壓外輸接受站LNG高壓外輸需用的輸送設(shè)備主要為罐內(nèi)泵、高壓泵、開架式氣化器。要參數(shù)見表1。目前由于下游用戶用氣量尚處于漸增期城市用氣量偏小燃?xì)怆姀S用氣量不穩(wěn)定接受站LNG高壓外輸采用間斷運(yùn)行方式。BOGBOG處理系統(tǒng)功能是將BOG壓縮后進(jìn)再冷凝器冷凝并且外輸予以回收。

3、在再冷器中,LNG 與BOG按質(zhì)量比9:1進(jìn)行熱交換使BOG冷凝為LNG后外輸。BOG本項(xiàng)目初期由于城市用氣量較小,電廠調(diào)試期內(nèi)不能連續(xù)發(fā)電,致使接受站外 LNG量不能滿足再冷凝回收BOG的要求造成LNG儲罐超壓而不得不排往火炬造成源浪費(fèi)為此項(xiàng)目公司新建一套BOG回收高壓壓縮機(jī)組將BOG直接經(jīng)二段壓縮機(jī)加壓到輸氣管線外輸壓力后進(jìn)輸氣管線回收。2.2.1輸氣干線輸氣干線全長約360km,管徑尺寸訣別為N400、N700、N800等三類全線標(biāo)況下管容約9104m3。管線設(shè)計(jì)操作壓力為7.3MPa,輸氣干線儲氣調(diào)峰范圍MPa。燃?xì)怆姀S項(xiàng)目依照LNG一期項(xiàng)目總體安排計(jì)劃新建燃?xì)怆姀S3座至2009 年逐

4、步投入商業(yè)運(yùn),其單臺LNG均耗氣量約50t/h。機(jī)組每日運(yùn)行狀況如啟機(jī)階段0800;運(yùn)行階段08002100;停機(jī)階段21000500。城市用氣40%11001400 18002000。冷能利用空分該項(xiàng)目是我國第一個(gè)LNG冷能空分項(xiàng)目利用LNG冷能進(jìn)行空氣液化分離生液氧、液氮、液氬。冷能利用流程為:LNG 罐內(nèi)低壓泵輸出的LNG經(jīng)高壓泵加壓后大部分送到開架式氣化器(ORV)中經(jīng)海水加熱氣化后的天然氣經(jīng)首站和輸氣管線輸送給下游用戶另一部分經(jīng)過8管線送空分廠進(jìn)行冷能利換熱后LNG氣化的天然氣返回到接受站高壓天然氣輸氣管線輸送給下游用戶。LNG5070t/h141和時(shí)間為 24h 連續(xù)供應(yīng)。LNG高

5、壓泵設(shè)計(jì)流量排出壓力8MPa,根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)當(dāng)泵的流量低于160t/h時(shí)就會出現(xiàn)鮮明的震動和噪出現(xiàn)氣蝕長期操作關(guān)于泵危害較大因此操作中泵的最小運(yùn)行流量控制在不低于而空分廠的LNG冷能供應(yīng)流量僅需要5070 天然氣主要用戶燃?xì)怆姀S又是處于間斷運(yùn)行狀態(tài)如何在燃?xì)怆姀S停運(yùn)期間給空分廠連續(xù)供應(yīng)LNG冷能而又保證接受站的安全運(yùn)行是本方案究的重點(diǎn)。安裝LNG冷能供應(yīng)小流量低壓泵和高壓泵依照空分廠的LNG冷能需求量(5070 要求在現(xiàn)有高壓泵旁增加1臺流量4080t/h的高壓泵供應(yīng)LNG,同時(shí)在LNG儲罐內(nèi)安裝1臺關(guān)于應(yīng)流量的低壓泵專供空分廠冷能。分析此方案最大的問題是新增的LNG專用高、低壓泵供

6、貨周期需要15個(gè)月加上設(shè)計(jì)和施工安裝調(diào)試時(shí)間周期需要2年且要新增設(shè)施費(fèi)用依照該項(xiàng)目公司與上游資方合同,2年后已達(dá)產(chǎn)2600kt/a,且下游城市燃?xì)饧叭細(xì)怆姀S日用氣量每天已不少7123t,接受站也不需要間斷運(yùn)已可以至少開1臺高壓泵運(yùn)行就能滿足24h 冷能供應(yīng)條件。評判據(jù)此,該方案無意義。LNG 泵增加變頻調(diào)速器考慮在高壓泵上安裝變頻調(diào)速器經(jīng)過變頻實(shí)現(xiàn)使高壓泵連續(xù)輸出低流量LNG的的。分析LNG流量和揚(yáng)程的關(guān)于應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析。LNG高壓泵額定揚(yáng)程1800m, 額定流量195 t/ h電機(jī)額定功率1641kW、轉(zhuǎn) 2976rpm。采用下面的比例定律作為此次計(jì)算的依據(jù)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 變化時(shí),流量 Q

7、,揚(yáng)程 H 的變化公式:根據(jù)式50t/h1.5 MPa(G),5.0MPa(G)入輸氣干線。評判由于計(jì)算結(jié)果不能同時(shí)滿足LNG輸送量和輸出壓力的要求因此該方案不能使用。接受站LNG回流采用啟動高壓泵外輸LNG的方式來滿足空分廠冷能供應(yīng)。但是由于高壓泵允許的最小流量遠(yuǎn)大于冷能需要(5070 ,此考慮將多余的LNG流量回流到LNG儲罐。此方案存在的問題在沒有外輸天然氣的情況下接受站管道保冷循環(huán)、高壓返回將 產(chǎn)生大量的BOG,導(dǎo)致LNG儲罐壓力上升為保證儲罐等設(shè)備安全運(yùn)行不得不排放 到火炬從而造成經(jīng)濟(jì)損失是否能將這些 BOG處理回收是該方案是否可行的重點(diǎn)3.3.1分析LNG 冷能供應(yīng)流量 50t/h

8、LNG 冷能供應(yīng)流量 50t/h LNG11160t/h110t/h 的量最終回流到LNGBOG 量計(jì)算見表 2在3、4號罐建成投用雖然LNG儲罐氣相空間增大但其本身要產(chǎn)生3.0t/hBOG量關(guān)于緩沖時(shí)間的影響不大。如果在電廠停機(jī)期間接卸LNG船產(chǎn)生的BOG量要大得多不能被回收處理而能排放到火炬因此在電廠停機(jī)期間不能卸船。LNG 氣化的天然氣和 BOG 回收高壓壓縮機(jī)組送出的天然氣一起送往輸氣管線,總量約 59t/h,24h1416t, 616t運(yùn)行費(fèi)用估算。低壓泵高壓泵低壓BOG壓縮機(jī)及BOG回收高壓壓縮機(jī)的耗核計(jì)為4859kW。按本套系統(tǒng)僅在低谷時(shí)段運(yùn)行計(jì)算,則總電耗費(fèi)用為:折合LNG冷能

9、輸送成本為28元3.3.2評判采用此方案接受站同時(shí)啟動BOG處理系統(tǒng)和BOG回收高壓壓縮機(jī)組由于BOG 產(chǎn)生量大于BOG處理能力如果電廠停機(jī)超過20h 時(shí)要么中斷接受站給空分廠的冷能供應(yīng)要么為保證冷能供應(yīng)而將多余的BOG排往火炬同時(shí)該方案運(yùn)行費(fèi)用高因此該方案只能在電廠因故短期不能運(yùn)行時(shí)的應(yīng)急使用。燃?xì)怆姀S增加用氣量63.4.1分析根據(jù)設(shè)計(jì)原則接受站和輸氣管線系統(tǒng)共通承擔(dān)沿線電廠和城市門站的調(diào)峰接受站將根據(jù)外輸氣量的要求控制LNG高壓輸送泵啟停臺數(shù)輸氣干線則利用管網(wǎng)壓力動進(jìn)行儲氣調(diào)峰。輸氣干線儲氣調(diào)峰在 。輸氣管線一期全線標(biāo)況下管容約9104m3, 儲氣調(diào)峰能力為1.8106m3,折合LNG量1

10、250t廠停運(yùn)期間城市燃?xì)庥昧恳埠苄　?60 t/h(50 t/h LNG氣化天然氣送管網(wǎng),110 :1250 t/160 8h5.0MPa 上升到操作上限 7.0MPa,LNG 冷能。160t/h24h3840 8h16h 內(nèi)電廠和城市燃?xì)庥脷饬勘匦柘?4h3840 t800 3040 t50t/h:3040/(5016)=3.83.4.2評判根據(jù)以上分析在不改變現(xiàn)有接受站設(shè)備配置的情況下要保證接受站向空分廠連續(xù)供應(yīng)LNG冷能而又保證接受站的安全運(yùn)行必需保證燃?xì)怆姀S每天有4臺機(jī)組滿荷運(yùn)行16h。選方案。電廠兩臺機(jī)組運(yùn)+接受站LNG回流接合3.2節(jié)和3.4節(jié)的方考慮采用“電廠機(jī)組運(yùn)行+接受

11、站LNG回流”的方案以期實(shí)現(xiàn)可較長時(shí)間內(nèi)向空分廠連續(xù)供應(yīng)冷能的目的。分析該項(xiàng)目所在地在每年汛期、降水量大造成水電面臨棄水時(shí),以及國慶、春節(jié)等長假用電負(fù)荷較小期間只能保證兩臺機(jī)組高負(fù)荷(80% 負(fù)荷)運(yùn)行 18h,現(xiàn)就這種工況下接受站的運(yùn)行進(jìn)行研究。160 t/ h(50 t/h LNG送空分廠冷能利用后氣化天然氣送管網(wǎng),110 網(wǎng)天然氣全部送往輸氣管線儲存管線儲氣時(shí)間為即在8h內(nèi)管網(wǎng)壓力將從5.0MPa上升到操作上限7.0 MPa,此時(shí)電廠必需啟否則管網(wǎng)將超壓或接受站輸停滯不能向空分廠供應(yīng)LNG冷能。電廠兩臺機(jī)組高負(fù)荷(80% 負(fù)荷/h)運(yùn)行 16h,用氣量為:以城市每天用氣量 800 t 計(jì)

12、,電廠和城市用氣量每天核計(jì):考慮接受站以恒定流量供氣最便于操作,則供氣量為:接受站LNG高壓泵最小流量其余73t/hLNG將回流進(jìn)入儲罐閃蒸產(chǎn)BOG,BOG采用3.3節(jié)的方式進(jìn)行處理其BOG量計(jì)算匯總見表3。分析表明如果兩臺發(fā)電機(jī)組每天高負(fù)荷(80% 負(fù)荷運(yùn)行16h,接受站啟動BOG理系統(tǒng)和BOG回收高壓壓縮機(jī)組,BOG 產(chǎn)生量與BOG處理回收量基本平衡可以達(dá)到儲罐的壓力穩(wěn)定此方案可以在較長時(shí)間運(yùn)行。同樣采用本方案時(shí)不能卸船因?yàn)榻有禠NG船時(shí)產(chǎn)生的BOG量要大得多不能被收處理而只能排放到火炬。3.3耗費(fèi)用為:折合成LNG冷能輸送成本為28元3.5.2評判在每年汛期降水量大造成水電面臨棄水時(shí)以及

13、國慶、春節(jié)等長假用電負(fù)荷較小期間電網(wǎng)至少應(yīng)保證每天兩臺機(jī)組高負(fù)荷(80% 負(fù)荷運(yùn)行16h,接受站采用LNG部 分 回流方式同時(shí)啟動BOG處理系統(tǒng)和BOG回收高壓壓縮機(jī)組接受站的BOG產(chǎn)生量與處理量基本平衡可以在較長時(shí)間內(nèi)運(yùn)行并且且向空分廠連續(xù)供應(yīng)冷能但同樣存在運(yùn)行費(fèi)用高的問題只宜短期采用。與該項(xiàng)目所遇到的問題一樣至今為止在世界范圍內(nèi)LNG冷能沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綜合利用的主要技術(shù)上癥結(jié)之一就是LNG氣化操作和下游用戶關(guān)于冷能的利用在時(shí)的不同步。據(jù)此,筆者提出以下建議:將冷能利用納入項(xiàng)目計(jì)劃LNG 接受站協(xié)同設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮初期用戶用量不足的工況。LNG 冷能和構(gòu)建相關(guān)產(chǎn)業(yè)將十分困難。LNGLN

14、G 冷能的利用放在重要的位置統(tǒng)籌解決冷能利用運(yùn)行費(fèi)用增加。增加投資費(fèi)用。如可在冷量供應(yīng)和冷量利用設(shè)備之間裝備一種可以蓄積和儲存冷能的裝置白天LNG冷量充裕的時(shí)候相變物質(zhì)吸收冷量而凝固達(dá)到蓄冷的作用夜間LNG冷量供應(yīng)不足時(shí)相變物質(zhì)此時(shí)開始進(jìn)行熔解釋放冷量供給冷量利用設(shè)備以此達(dá)到平穩(wěn)持續(xù)供冷的目的。相變物質(zhì)的選擇是LNG蓄冷裝置的關(guān)鍵當(dāng)前此類技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。3.3能短期應(yīng)急使用。3.4416h4.1重視低高壓泵的最小正常運(yùn)行負(fù)荷點(diǎn)由上述方案可以看出高壓泵只能在160t/h以上流量范圍內(nèi)正常運(yùn)行徜若高壓泵也能在較低流量范圍內(nèi)正常運(yùn)行那么就相當(dāng)于安裝了1臺低流量的泵使回流量相應(yīng)的能耗和BOG的浪費(fèi)也會降低。30%(160t/h調(diào)廠家、設(shè)計(jì)單位和施工單位來共通研究及提出調(diào)整意見。【相關(guān)文獻(xiàn)】華賁大型LNG接受站冷能的綜合利用.然氣工業(yè),2008(3):10-15.華賁熊永強(qiáng)等中國LNG冷能利用的進(jìn)展和展望.然氣工業(yè),2009(5):107-111.LNG 冷能利用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析,2004(7):122-12