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為緩解當(dāng)前的能源緊張，作為有巨大發(fā)展?jié)摿?、污染較小的能源——天然氣，越來(lái)越受到許多國(guó)家的重視。各國(guó)政府、跨國(guó)石油公司、大型能源用戶、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)又掀起了新一輪研究天然氣的熱潮。為改變能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境狀態(tài)，我國(guó)也十分重視天然氣的開(kāi)發(fā)和利用，近十年來(lái)，我國(guó)的液化天然氣、壓縮天然氣已起步，并取得了較大的發(fā)展。
未來(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)天然氣需求增長(zhǎng)將快于煤炭和石油，天然氣市場(chǎng)將在全國(guó)范圍內(nèi)得到發(fā)展。預(yù)計(jì)2010年，天然氣在能源總需求構(gòu)成中的比重約為6％，需求量將達(dá)到900億立方米。2020年，需求量將達(dá)到2000億立方米。
一、液化天然氣供應(yīng)特點(diǎn)
天然氣的主要成分是甲烷。甲烷臨界溫度為190．58K，故在常溫下屬超臨界氣體，無(wú)法僅靠加壓將其液化，需要采用天然氣液化工藝，將天然氣在溫度為112K、壓力為0．1MPa左右的條件下液化成為液化天然氣(LNG)。LNG密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的600多倍，體積能量密度為汽油的72％，十分有利于輸送和儲(chǔ)存。對(duì)于有水運(yùn)條件、運(yùn)距超過(guò)4000km時(shí)，水運(yùn)比管輸天然氣經(jīng)濟(jì)。
LNG運(yùn)輸靈活、儲(chǔ)存效率高，用作城市輸配氣系統(tǒng)擴(kuò)容、調(diào)峰等方面，與儲(chǔ)氣柜等其他方式相比更具優(yōu)勢(shì)，并且具有建設(shè)投資小、建設(shè)周期短、見(jiàn)效快、受外部影響因素小等優(yōu)點(diǎn)。作為優(yōu)質(zhì)的車(chē)用燃料，與汽車(chē)燃油相比，LNG具有辛烷值高、抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)；與壓縮天然氣(CNG)相比，LNG則具有儲(chǔ)存效率高，續(xù)駛里程長(zhǎng)，儲(chǔ)瓶壓力低、重量輕、數(shù)量小，建站不受供氣管網(wǎng)的限制等優(yōu)點(diǎn)。
二、LN0供氣工藝
LNG從液化天然氣工廠用液化天然氣專(zhuān)用運(yùn)輸槽車(chē)運(yùn)到LNG接收供氣站，將LNG卸到接收站的LNG低溫儲(chǔ)罐內(nèi)。卸車(chē)工藝采用天然氣增壓器(或壓縮機(jī))，則LNG將自動(dòng)流向LNG儲(chǔ)罐內(nèi)。氣化時(shí)，經(jīng)過(guò)空溫式氣化器(或水浴式氣化器)，將液體天然氣氣化成氣體天然氣，然后經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量、加臭后送往用戶。
(一)天然氣液化
天然氣液化系統(tǒng)主要包括天然氣的預(yù)處理、液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、利用這5個(gè)子系統(tǒng)。一般生產(chǎn)工藝過(guò)程是：將含甲烷90％以上的天然氣經(jīng)過(guò)“三脫”(即脫水、脫烴、脫酸性氣體等)凈化處理后，采取先進(jìn)的膨脹制冷工藝或外部冷源，使甲烷變?yōu)?162℃的低溫液體。目前天然氣液化裝置工藝路線主要有三種類(lèi)型：階式制冷工藝、混合制冷工藝和膨脹制冷工藝。
1．階式制冷工藝
階式制冷工藝是一種常規(guī)制冷工藝。天然氣液化過(guò)程，一般是由丙烷、乙烯和甲烷為制冷劑的三個(gè)制冷循環(huán)階組成，逐級(jí)提供天然氣液化所需的冷量，制冷溫度梯度分別為-300C 、-900C及-1500C 左右。凈化后的原料天然氣在三個(gè)制冷循環(huán)的冷卻器中逐級(jí)冷卻、冷凝、液化并過(guò)冷，經(jīng)節(jié)流降壓后獲得低溫常壓液態(tài)天然氣產(chǎn)品，送至儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。
階式制冷工藝制冷系統(tǒng)與天然氣液化系統(tǒng)相互獨(dú)立，制冷劑為單一組分，各系統(tǒng)相互影響少，操作穩(wěn)、定，較適合于高壓氣源(利用氣源壓力能)。但由于該工j藝制冷機(jī)組多，流程長(zhǎng)，對(duì)制冷劑純度要求嚴(yán)格，且不；適用于含氮量較多的天然氣，因此這種液化工藝在天然氣液化裝置上已較少應(yīng)用。
2．混合制冷工藝
混合制冷工藝是20世紀(jì)60年代末期由階式制冷工藝演變而來(lái)的，多采用烴類(lèi)混合物作為制冷劑，代替{階式制冷工藝中的多個(gè)純組分。其制冷劑的組成根據(jù)原8料氣的組成和壓力而定，利用多組分混合物中重組分先《冷凝、輕組分后冷凝的特性，將其依次冷凝、分離、節(jié)3流、蒸發(fā)得到不同溫度級(jí)的冷量。根據(jù)混合制冷劑是否與原料天然氣相混合，又分為閉式和開(kāi)式兩種混合制冷工藝。
閉式循環(huán)
制冷劑循環(huán)系統(tǒng)自成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。混合制冷被制冷壓縮機(jī)壓縮后，經(jīng)水(空氣)冷卻后在不同溫度下逐級(jí)冷凝分(換熱器)的不同溫度段疊_給原料天然氣提供冷量。原料天然氣經(jīng)“三脫”娜后，進(jìn)入冷箱分離，節(jié)流后進(jìn)入冷箱(換熱器)逐級(jí)冷卻冷凝、節(jié)流、降壓后獲得液態(tài)天然氣產(chǎn)品。
開(kāi)式循環(huán)
原料天然氣經(jīng)“三脫”處理后與混合制冷劑混合，依次流經(jīng)各級(jí)換熱器及氣液分離器，在逐漸冷凝的同時(shí)，也把所需的制冷劑組分逐一冷凝分離出來(lái)，按鈕冷劑沸點(diǎn)的高低將分離出的制冷劑組分逐級(jí)蒸發(fā)，并匯集構(gòu)成一股低溫物流，與原料天然氣逆流換熱的制冷循環(huán)。開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，且操作較困難，技術(shù)尚不完善。
與階式制冷工藝相比，混合制冷工藝具有流程短、機(jī)組少、投資低等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是能耗比階式高，對(duì)滑合制冷劑各組分的配比要求嚴(yán)格，設(shè)計(jì)計(jì)算較困難。
3．膨脹制冷工藝
膨脹制冷工藝的特點(diǎn)是利用原料天然氣壓力能對(duì)外做功以提供天然氣液化所需冷量。系統(tǒng)液化率主要取決于膨脹比和膨脹效率，該工藝特別適用于天然氣輸送壓力較高而實(shí)際使用壓力較低、中間需要降壓的氣源場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)是能耗低、流程短、投資省、操作靈活；缺點(diǎn)是液化率低。
(二)LNG的槽車(chē)運(yùn)輸
由LNG接收站或工業(yè)性液化裝置儲(chǔ)存的LNG，一般是由LNG槽車(chē)載運(yùn)到各地，供居民燃?xì)饣蚬I(yè)燃?xì)庥谩?/div>
LNG載運(yùn)狀態(tài)一般是常壓，所以其溫度為112K的低溫；LNG又是易燃易爆的介質(zhì)，載運(yùn)中的安全可靠是至關(guān)重要的。
國(guó)產(chǎn)30m3／O.MPa LNG半掛運(yùn)槽車(chē)的主要技術(shù)特性如下表8-1。
表8-1 LNG半掛運(yùn)輸車(chē)技術(shù)特性
(三)城市LNG的儲(chǔ)存
LNG儲(chǔ)槽一般可按容量、隔熱、形狀及罐的材料進(jìn)行分類(lèi)。
(1)按容量分類(lèi)
①小型儲(chǔ)罐容量5～50m3，常用于民用燃?xì)鈿饣荆?LNG汽車(chē)加注站等場(chǎng)合。
②中型儲(chǔ)罐容量50～100m3，常用于衛(wèi)星式液化裝置，工業(yè)燃?xì)鈿饣镜取?/div>
③大型儲(chǔ)罐容量100～1000ma，常用于小型LNG生產(chǎn)裝置。
④大型儲(chǔ)罐容量10000～40000m3，常用于基本負(fù)荷型和調(diào)峰型液化裝置。
⑤特大型儲(chǔ)罐容量40000～200000m3，常用于LNG接收站。
(2)按圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱分類(lèi)
①真空粉末隔熱，常見(jiàn)于小型LNG儲(chǔ)罐。
②正壓堆積隔熱，廣泛應(yīng)用于大中型LNG儲(chǔ)罐和儲(chǔ)槽。
③高真空多層隔熱，適用于小型LNG儲(chǔ)罐。
(3)按儲(chǔ)罐(槽)的形狀分類(lèi)
①球形罐。一般用于中小容量的儲(chǔ)罐，但有些工程的大型LNG儲(chǔ)槽也有采用球形的。
②柱形罐(槽)。廣泛用于各種容量的儲(chǔ)罐和儲(chǔ)槽。
(4)按罐(槽)的放置分類(lèi)
①地上型。
②地下型。包括半地下型、地下型和地下坑型三種形式。
(5)按罐(槽)的材料分類(lèi)
①雙金屬。內(nèi)罐和外殼均用金屬材料。一般內(nèi)罐采用耐低溫的不銹鋼或鋁合金；外殼采用黑色金屬；目前采用較多的是壓力容器用鋼。
表8—2Y0出了常用的幾種內(nèi)罐
②預(yù)應(yīng)力混凝土。指大型儲(chǔ)槽采用預(yù)應(yīng)力混凝土外殼，而內(nèi)筒采用耐低溫的金屬材料。
③薄膜型。指內(nèi)筒采用厚度為0．8～1．2mm6Ni鋼(又稱(chēng)殷鋼)。
(6)按罐(槽)防漏結(jié)構(gòu)分類(lèi)
①單容積式儲(chǔ)罐。此類(lèi)儲(chǔ)罐在金屬罐外有一比罐高低得多的混凝土圍堰，圍堰內(nèi)容積與儲(chǔ)罐容積相等。該形式儲(chǔ)罐造價(jià)最低，但安全性稍差，占地較大。
②雙容積式儲(chǔ)罐。此類(lèi)儲(chǔ)罐在金屬罐外有一與儲(chǔ)罐簡(jiǎn)體等高的元項(xiàng)混凝土外罐，即使金屬罐內(nèi)LNG泄漏也不至于擴(kuò)大泄漏面積，只能少量向上空蒸發(fā)，安全性比前者好。
③全容積式儲(chǔ)罐。此類(lèi)儲(chǔ)罐在金屬罐外有一帶頂?shù)娜忾]混凝土外罐，金屬罐泄漏的LNG只能在混凝土外罐內(nèi)而不至于外泄。在以上三種地上式儲(chǔ)罐中安全性最高，造價(jià)也最高，流行于歐美。
④地下式儲(chǔ)罐。與以上三種類(lèi)型不同的是此類(lèi)儲(chǔ)罐完全建在地面以下，金屬罐外是深達(dá)百米左右的混凝土連續(xù)地中壁。地下儲(chǔ)罐主要寨中在日本，抗地震性好，適宜建在海灘回填區(qū)上，占地少，多個(gè)儲(chǔ)罐可緊密布置，對(duì)站周?chē)h(huán)境要求較低，安全性最高。但這種儲(chǔ)罐投資大(約比單容積儲(chǔ)罐高出一倍)，且建設(shè)周期長(zhǎng)。
三、LNG的氣化工藝和技術(shù)要求
(一)主要工藝流程
LNG氣化站工程為國(guó)內(nèi)新技術(shù)。目前，LNG氣化站主要采用的工藝流程為：LNG由低溫槽車(chē)運(yùn)至氣化站，在卸車(chē)臺(tái)利用槽車(chē)自帶的增壓器對(duì)槽車(chē)儲(chǔ)罐加壓，利用壓差將LNG送／X~LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存；氣化時(shí)通過(guò)儲(chǔ)罐增壓器將LNG增壓后，采用兩組空溫式氣化器組，相互切換使用，當(dāng)一組使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，氣化器結(jié)霜嚴(yán)重，導(dǎo)致氣化器氣化效率降低，出口溫度達(dá)不到要求，人工(或自動(dòng)或定時(shí))切換到另一組使用，本組進(jìn)行自然化霜。在夏季，經(jīng)空溫式氣化器氣化后天然氣溫度可達(dá)15℃左右，可以直接進(jìn)管網(wǎng)；在冬季或雨季，由于環(huán)境溫度或濕度的影響，氣化器氣化效率大大降低，氣化后天然氣溫度達(dá)不到要求時(shí)，經(jīng)LNG加熱器加熱，達(dá)到允許溫度，再進(jìn)管網(wǎng)。
(二)流程設(shè)計(jì)的技術(shù)要求
(1)整個(gè)氣化過(guò)程無(wú)動(dòng)力設(shè)備介質(zhì)流動(dòng)，依賴(lài)于合理的壓力制度。
(2)在空溫式氣化加熱器前的設(shè)備和管道均屬低溫部分，由于低溫管材、閥門(mén)價(jià)格較高，所以在流程設(shè)計(jì)中盡可能減少低溫部分管材與閥門(mén)。
(3)流程中安全放散和緊急放散分低溫和常溫兩部分分別放散。
(4)流程中關(guān)鍵參數(shù)采用報(bào)警裝置。如儲(chǔ)罐設(shè)壓力超壓報(bào)警和高低液位報(bào)警；出站燃?xì)庠O(shè)低溫報(bào)警；在流程各區(qū)域均設(shè)可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)和報(bào)警。
(三)城市LNG氣化站的安全控制
1．安全運(yùn)行控制系統(tǒng)
根據(jù)國(guó)內(nèi)外城市LNG氣化站的設(shè)計(jì)和安全管理的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于城市LNG站的安全運(yùn)行控制一般采用的分布控制系統(tǒng)(Distribute Control System，DCS)7及緊急關(guān)閉系統(tǒng)(Emergency Shut Down，ESD)相結(jié)合的原則。DES系統(tǒng)用于顯示和控制LNG裝置的溫度、壓力、液位、流量等主要和重要的控制參數(shù)；ESD系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相互獨(dú)立，在 LNG裝置發(fā)生緊急狀況時(shí)開(kāi)啟，用于隔離和關(guān)斷LNG或其他可燃來(lái)源，并關(guān)閉那些如果繼續(xù)運(yùn)行可能維持或增加災(zāi)情的設(shè)備。
2．火災(zāi)和泄漏探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)
在LNG的氣化設(shè)備和儲(chǔ)罐附近要設(shè)置可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)報(bào)警裝置，當(dāng)氣體濃度達(dá)到爆炸下限的10％～25％時(shí)，即發(fā)出聲光警報(bào)，以便迅速采取緊急措施。所有的探測(cè)信號(hào)均送)~DCS系統(tǒng)，并設(shè)置報(bào)警值；同時(shí)，重要的信號(hào)送入ESD系統(tǒng)實(shí)行單元切斷或全站聯(lián)鎖停車(chē)。
3．消防給水系統(tǒng)
消防給水系統(tǒng)由消防泵房、消防水池、消防管道及消火栓、消防水炮等組成，用于消防噴淋，冷卻儲(chǔ)罐、設(shè)備和管道，控制未燃燒的泄漏或溢流危險(xiǎn)物。
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來(lái)自： 江渚791 > 《學(xué)術(shù)知識(shí)》
