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【论文精选】液化天然气供应站气化器的选型

时间：2024-03-10 来源：浏览：

【论文精选】液化天然气供应站气化器的选型

原创周春，等煤气与热力杂志

煤气与热力杂志

微信号 GAS-HEAT1978

功能介绍《煤气与热力》始于1978年，创刊于1981年，中国核心期刊，中国土木工程学会燃气分会会刊。筛选燃气供热行业最有价值的技术信息，新闻分类整理、政策标准、热点讨论、投稿查询、论文检索、写作指导、编委风采、精品会议……

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作者：周春，汪玲玲，马若侠

第一作者单位：中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院

摘自《煤气与热力》2023年3月刊

参考文献示例

周春，汪玲玲，马若侠 . 液化天然气供应站气化器的选型［J］. 煤气与热力， 2023，43（3）：B35-B37.

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气化设备

1 概述

液化天然气供应站具有装卸、储存、气化、调压计量加臭和外输等功能。 LNG 气化器 是供应站的关键设备之一。常见的 LNG 气化器主要有开架式气化器、中间介质气化器、浸没燃烧式气化器、整体式气化器、水浴式气化器、空温式气化器。选择合适的 LNG 气化器既可以节省 LNG 供应站的工程投资，也可以节约运行成本。

本文涉及的体积量均为标准状态下的量，即温度为 273.15 K ，压力为 101.325 kPa 。

2 LNG 气化器的分类和特点

①开架式气化器

开架式 气化器 以海水作为热源，海水自气化器顶部的溢流装置依靠重力自上而下均覆在气化器管束的外表面上，液化天然气在管束内自下而上被海水加热气化。海水由海水泵从大海中抽取，经处理后作为热源，为 LNG 气化提供热量。与淡水相比，海水作为热源具有易获取、成本低等优点。但由于海水的进出口温差较小，开架式气化器设备比较大，投资较高。

开架式气化器在基本负荷型 LNG 接收站得到广泛的应用。

②中间介质气化器

中间介质气化器利用一种中间介质蒸发冷凝的相变过程将热源的热量传递给液化天然气，使 LNG 气化。中间介质一般采用丙烷、丁烷、氟利昂等。工作时以海水来加热气化中间介质，再利用中间介质冷凝放热气化 LNG 。中间介质气化器提高了海水的传热效率，因此运行成本相比开架式气化器要低。但其结构较为复杂，设备投资相对较高。

中间介质气化器在浮式 LNG 船上应用较多，在 LNG 接收站应用较少。

③浸没燃烧式气化器

浸没燃烧式 气化器 以天然气作为燃料，天然气通过燃烧器燃烧产生的高温烟气直接进入水浴槽中将水加热，液化天然气流过浸没在水浴槽中的换热盘管被热水加热气化。烟气与水浴槽中的水直接接触换热。换热过程中烟气激烈搅动水，因此浸没燃烧式气化器换热效率高，可达 95% ～ 98% 。其结构简单、紧凑，启动迅速，设备投资和占地面积都较小。由于采用天然气燃烧提供热量，因此运行成本较高。

浸没燃烧式气化器通常作为应急调峰设备在 LNG 接收站应用。近年来在城镇 LNG 调峰储配站也有少量应用。

④整体式气化器

整体式气化器是以天然气作为燃料，天然气通过燃烧器燃烧，高温烟气通过热传递的方式将热量传递给水浴锅筒中的水，液化天然气流过浸没在水浴锅筒中的换热盘管后被热水加热气化。与浸没燃烧式气化器不同的是，天然气燃烧产生的烟气不与水浴锅筒中的水直接接触换热。整体式气化器由集成的燃烧器系统、管束、自动控制系统和水浴储罐等组成。其特点是结构紧凑、占地面积小，不需要额外的设备、管路连接，后期维护极少，管束可拆卸，操作简单，启动快。此外，水能够储存热量，即使燃料气体短时间内无法供应， LNG 依然能继续气化。

近年来，整体式气化器在城镇 LNG 调峰储配站有一定的应用。

⑤水浴式气化器

水浴式气化器是以壳程中的热水作为热源，加热管程中 LNG 将其气化的设备。热水可由循环热水、电或蒸汽提供热量。水浴式气化器不受环境温度的影响，气化器结构紧凑，占地面积小，设备投资低。与浸没燃烧式气化器、整体式气化器相比，循环热水水浴式气化器的热源供应系统和气化器是分离的。热源供应系统包括热水炉、循环水泵、电子除垢仪、除盐水及软化水设备、膨胀水箱及管道等。

⑥空温式气化器

空温式 气化器 利用空气自然对流加热 LNG 使其气化。空温式气化器由铝翅片管按一定的间距连接而成，一般是单程式。为了增大空气侧的换热面积，在换热管的外侧加装星形翅片。考虑环境温度的影响，一般空温式气化器后会配置天然气加热器，以保证天然气的温度满足外输要求。空温式气化器由于气化过程本身不需要消耗能源，可以直接从大气中获取热量气化 LNG ，因此运行成本很低。缺点是气化能力受环境温度影响大，单台气化能力较小，常用的最大规格为 5 000 m ³ /h 。气化规模较大时需要配备多台设备，占地面积大。运行过程中容易产生冷雾，影响运行操作的安全。

空温式气化器在城镇 LNG 供应站得到了广泛的应用。

3 LNG 供应站气化器的选型

LNG 供应站气化器的选型应综合考虑环境条件、气化规模、占地面积、投资、运行成本、运行稳定性、辅助设备等。有别于沿海 LNG 接收站， LNG 供应站多建于内陆且气化外输的规模有限，一般在 5 000~80 000 m ³ /h 。因此适用的 LNG 气化器主要包括浸没燃烧式气化器、整体式气化器、水浴式气化器、空温式气化器。

以西北某省会城市建设的 1 座 LNG 调峰储气中心为例，通过对 4 种不同类型 LNG 气化器的占地面积、投资、运行成本、总成本费用（包含 LNG 气化器总投资、气化规模下全生命周期运行成本）进行比较，给出合适的 LNG 气化器选型。

该 LNG 调峰储气中心设有 2 台 10 000 m ³ LNG 储罐，气化规模为 60 000 m ³ /h ，年运行时间为 2 000 h 。计算运行成本和总成本费用时，天然气价格按照 3 元 /m ³ 、电价按 1 元 / （ kW · h ）、全生命周期按 20 a 考虑。根据 60 000 m ³ /h 的气化规模， 4 种 LNG 气化器配置情况如下。

①浸没燃烧式气化器

配置数量为 1 台，单台气化能力为 60 000 m ³ /h 。气化器平面外形尺寸约为 20 m × 3.8 m ，基础占地尺寸为 31 m × 7 m 。价格约为 1 000 × 10 ⁴ 元。自用气量约为气化量的 1.5% ，配套建设 1 套 900 m ³ /h 的自用气供气系统。自用气供气系统的价格约为 30 × 10 ⁴ 元。各类设备的总电功率约为 320 kW 。

②整体式气化器

配置数量为 1 台，单台气化能力为 60 000 m ³ /h 。气化器平面外形尺寸约为 17 m × 3.8 m ，基础占地尺寸为 18.5 m × 5 m 。价格约为 800 × 10 ⁴ 元。自用气量约为气化量的 1.86% ，配套建设 1 套 1 120 m ³ /h 的自用气供气系统。自用气供气系统的价格约为 40 × 10 ⁴ 元。各类设备的总电功率约为 60 kW 。

③水浴式气化器

配置数量为 2 台，单台气化能力为 30 000 m ³ /h ，气化器外形直径为 2.8 m ，基础占地尺寸为 3.7 m × 3.7 m 。考虑管道连接和操作空间， 2 台气化器的占地尺寸约为 10.4 m × 3.7 m 。单台气化器的价格约为 50 × 10 ⁴ 元。水浴式气化器的热源由自建热水供应系统提供。热水供应系统布置在锅炉房，包括热水常压锅炉、循环水泵等，占地尺寸约为 31 m × 20 m ，系统的价格约为 350 × 10 ⁴ 元。热水供应系统配套 1 套 1 225 m ³ /h 的自用气供气系统，价格约为 50 × 10 ⁴ 元。各类设备的总电功率约为 100 kW 。

④空温式气化器

配置数量为 24 台，单台气化能力为 5 000 m ³ /h 。因空温式气化器工作一段时间后需要化霜或除冰，为保证气化的连续性，配置 2 组定时切换使用。单台气化器平面外形尺寸为 3.3 m × 2.8 m ，单台气化器的价格约为 19 × 10 ⁴ 元。为了满足外输天然气温度的要求，配置 2 台 30 000 m ³ /h 的天然气加热器，单台加热器的价格约为 20 × 10 ⁴ 元，平面外形尺寸为 1 m × 1 m 。气化加热区占地尺寸约为 80 m × 9 m 。天然气加热器的热源由自建热水供应系统提供，系统布置在锅炉房，包括热水常压锅炉、循环水泵等，占地尺寸约为 6 m × 6.6 m ，系统价格约为 30 × 10 ⁴ 元。热水供应系统配套 1 套 120 m ³ /h 的自用气供气系统，价格约为 10 × 10 ⁴ 元。考虑空温式气化器数量较多，容易在气化区产生大量的冷雾，为了消除冷雾，每台气化器配置 1 套除雾装置。单台除雾装置的价格为 7 × 10 ⁴ 元，单台电功率约为 20 kW ，单组合计为 240 kW 。各类设备的总电功率约为 255 kW ，总功率已考虑 2 组空温式气化器切换使用。

⑤经济性比较

根据配置情况， 4 种 LNG 气化器经济性比较见表 1 。

表 1 4 种 LNG 气化器经济性比较

从表 1 可以看出，占地面积方面，空温式气化器占地最大，水浴式气化器次之，浸没燃烧式气化器居中，整体式气化器占地最少。总投资方面，水浴式气化器最少，浸没燃烧式气化器最高，空温式气化器和整体式气化器居中。运行成本和总成本费用方面，空温式气化器最少，水浴式气化器最高，浸没燃烧式气化器和整体式气化器居中且较为接近。

项目地处西北地区，主要作用为供气调峰，运行时间主要在冬季。综合考虑本项目的运行时间、气化规模、占地面积、运行成本和总成本费用等因素， LNG 调峰储气中心选用浸没燃烧式气化器。

4 结论及建议

①液化天然气供应站可以选择的 LNG 气化器包括浸没燃烧式气化器、整体式气化器、水浴式气化器、空温式气化器。

②空温式气化器在运行成本方面相比其他各类型的气化器有着极大的优势。但当气化规模较大时，其在占地面积和维护方面没有优势。

③气化规模较大的 LNG 供应站可以选择浸没燃烧式气化器和整体式气化器。占地面积小，维护和生产操作都很简单、方便。

④自建热水供应系统的水浴式气化器在占地面积、运行成本和总成本费用方面都没有优势。但若热水供应系统能由电厂或者石化企业等拥有废热资源的企业就近解决，水浴式气化器在运行成本和总成本费用方面具有很大的优势。

（本文责任编辑：刘灵芝）

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