液化天然气站场的技术进展

:第27卷第10期煤气与热力Vol. 27 No. 102007年10月CAS & HEATOct. 2007液化天然气液化天然气站场的技术进展吴洪松(中国市政工程华北设计研究院设计四所，天津300074)摘要:以液化天然气应急储备调峰站为例,从天然气净化、液化、液化天然气储存、气化等方面探讨液化天然气的技术进展。关键词:液化天然气;应急储备调峰站; 净化;液化; 储存;气化中图分类号: TU996文献标识码: B文章编号: 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我国的液化天然气( LNG)工业是一个朝阳产2天然气净化业,正在蓬勃发展。我国第一-座液化天然气调峰站①液化原料气的净 化指标建在上海,于2000年投产,日处理量为10x 10* m'/d,为保证液化装置正常运行,必须对液化原料气储罐容积为2x10* m’。近年来,液化工厂、接收终进行净化处理。原料气杂质主要为水分、二氧化碳、端也正处于紧锣密鼓的建设中。在这些站场中,应硫化氢、重烃和求等，其中二氧化碳和硫化氢合称酸急储备调峰站涉及的技术面广,技术要求高,体现了性气体。必须脱除这些杂质，以免这些杂质腐蚀设液化天然气工业的发展水平。本文以液化天然气应备及在低温环境下冻结而堵塞设备和管道。液化装急储备调峰站为例,从天然气净化、液化、液化天然置要求的原料气净化处理指标见表1。气储存气化等方面探讨液化天然气的技术进展。表1液化装置要求的原料气净化处理指标1工艺流程Tab. 1 Indexes of purification treatment of raw material gas应急储备调峰站的工艺装置主要包括计量、加required by liqufaction equipment压、净化、液化、储存、气化等单元。由长输管道输送CO2体积分数/10 -6≤50至应急储备调峰站的天然气，经过计量和加压,进人H2S体积分数/10 -6≤4H20体积分数/10≤0.1净化单元脱除CO2和水,再进人液化单元液化，送硫化物总质量浓度/(mg. m~3)10~50至LNG储罐内储存。当向城市供气时,储罐内的芳香烃总体积分数/10 _≤10LNG经泵加压送至气化单元,经气化、调压、加臭后环烷烃总体积分数/10-*送人市区高压管网。汞质量浓度/(ug. m-3)≤0.01www . watergasheat. com吴洪松:液化天然气站场的技术进展第27卷第10期②脱酸性气体"冷剂液化流程和带膨胀机液化流程,其中阶式液化脱除酸性气体常用的方法为化学吸收法,包括流程应用较少。醇胺法、热钾碱法、砜胺法。①混合制冷剂液化流程醇胺法利用以胺为溶质的水溶液,与原料气中混合制冷剂液化流程自1960年开始发展起来，的酸性气体发生化学反应,可同时脱除CO2和H2S。克服了阶式液化流程的某些缺点。它采用由N2及目前国内主要采用一乙醇胺(MEA)及甲基二乙醇C至C,碳氢化合物组成的混合制冷剂，混合制冷胺( MEDA)等作为溶质。醇胺法的突出特点是成本剂根据待液化的天然气的组成来配制。混合制冷剂低、反应率高稳定性好再生容易。进行逐级冷凝、蒸发、节流膨胀,得到不同温度的制热钾碱法利用由碳酸钾、催化剂、防腐剂和水组冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。成的溶液，可同时脱除CO2和H2S。具有吸收温度与阶式液化流程相比，其优点是:机组少,流程较高、净化程度好等特点，尤其适用于含有大量CO2简单;造价低,比阶式液化流程低15%~20%;管理的原料气。方便;制冷剂可部分或全部从天然气中提取和补充。砜胺法的吸收溶液由物理溶剂环丁砜、化学吸缺点是:能耗较高，比阶式液化流程高5% ~ 20% ;收剂二异丙醇胺加少量的水组成，通过物理和化学确定混合制冷剂的合理配比比较困难。作用，同时或选择性地吸收原料气中的CO2和H2S。混合制冷剂液化流程有闭式混合制冷剂液化流③脱水[川程、开式混合制冷剂液化流程、丙烷预冷混合制冷剂液化前必须脱除原料气中的游离水，使其露点液化流程、整体结合式阶式液化流程(简称CII液化达到- 100 C以下。常用的脱水方法有冷却法、吸流程)。我国第- - .座调峰型天然气液化装置建造于收法、吸附法等。上海,就采用了CII 液化流程。冷却脱水是利用当压力不变时,原料气的含水②带膨胀机液化流程量随温度降低而减少的原理实现原料气脱水，此法带膨胀机液化流程,是指利用高压制冷剂通过适用于大量水分的粗分离。透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷实现天然气吸收脱水是用吸湿性液体(或活性固体)吸收液化的流程。制冷剂气体在膨胀机中膨胀降温的同的方法脱除原料气中的水分。用作脱水的吸收剂应时,对外做功，可用于驱动流程中的压缩机。液化流具备以下条件:对原料气有很强的脱水能力,热稳定程中的关键设备是透平膨胀机。性好,脱水时不发生化学反应，容易再生,黏度小,对根据制冷剂的不同，可分为天然气膨胀液化流原料气和液烃的溶解度较低,起泡和乳化倾向小,对程、氮气膨胀液化流程、氮-甲烷膨胀液化流程。这设备无腐蚀,价格低,容易得到。常用的醇类脱水吸类流程的优点是:流程简单,调节灵活，工作可靠,易收剂有甘醇胺溶液、二甘醇水溶液.三甘醇水溶液。启动，易操作,维护方便;如采用天然气作为制冷剂，吸附是指原料气中的水分在吸附剂界面上的凝能省去专门生产.运输、储存制冷剂的费用。缺点聚或富集。其机理是在两相界面上,由于异相分子是:送人装置的气流必须全部深度干燥;回流压力间作用力不同于主体分子间作用力,使相界面上流低,传热面积大;液化率低,出现部分再循环,功耗体的分子密度异于主体分子密度而发生“吸附”。大。吸附法对气温流速、压力等变化不敏感;没有腐蚀，带膨胀机液化流程操作比较简单,造价适中,特不形成泡沫;脱水露点较低,适用于少量气体的脱水别适合液化能力较小的调峰型天然气液化装置。过程。但其基本建设造价较高,压力降较高,再生时a.天然气膨胀液化流程需要的热量较大。常用的吸附剂有分子筛、活性氧利用天然气输气管网之间的压力差,将天然气化铝、硅胶。中的一部分从高压膨胀到低压,产生冷量,来冷却另-些天然气液化厂采用三塔分子筛吸附，一塔一部分天然气， 从而达到部分液化的目的。此流程工作,一塔加热再生,- -塔冷却备用,效果很好。不消耗外能。此流程设备简单，调节灵活,工作可3天然气液化[1]靠,易启动,易操作,维护方便。它适用于天然气压天然气液化流程主要有阶式液化流程、混合制力能可以被利用的场合,但只能进行小比例的部分第27卷第10期煤气与热力www. watergasheal. com液化。.双圆筒储罐采用膨胀珍珠岩作为绝热保冷材b.氮气膨胀液化流程料,填充工艺为:先用冷冻法将膨胀珍珠岩中的油、与混合制冷剂液化流程相比,氮气膨胀液化流水等杂质除去,然后进行加热,加热后进行填充。一程简单、紧凑,造价较低。该技术在深冷领域中广泛般每1 m'空间填充1.8~2.0 m'膨胀珍珠岩，在填应用，技术成熟经验丰富。就装置而言,氮气膨胀充过程中振动密实或用干燥空气进行压实,最后将液化流程启动快,运行灵活,适应性强，易于操作和圆简封闭,进行抽真空作业。控制,安全可靠性好,放空不存在火灾或爆炸危险。4.2子母罐制冷剂采用单组分气体N,容易获得,且价格低廉。子母罐以4~5台子罐(100 ~200 m'/台,材质膨胀机出口不会带液，提高了装置的安全可靠性。为0Cr18Ni9)为1组,外罐材质为16MnR,空隙用其缺点是能耗比混合制冷剂液化流程高。800-1 000 mm厚膨胀珍珠岩填充保冷,不抽真空，e.氮-甲烷膨胀液化流程主要用于储存量较大而场地较小的地方,其缺点是N2- CH,膨胀液化流程是采用N2 -CH。混合储罐的保冷性能较差。气体代替纯氮的工艺。与混合制冷剂液化流程相4.3 常压储罐比,N2 -CH4膨胀液化流程具有启动时间短、流程简LNG常压储罐可分为单容罐、双容罐、全容罐单控制容易、制冷剂测定和计算方便等优点。及膜式罐,其中单容罐、双容罐及全容罐均为双层储由于缩小了换热器冷端传热温差,它比纯氮膨罐，即由内罐和外罐组成，在内外罐间填充保冷材胀液化流程能耗略低,但膨胀机出口容易带液(CH。料。按储罐的设置方式可分为地上与地下储罐。比N2易液化),给膨胀机的运行带来- -些负面影地下储罐比地上储罐具有更好的抗震性和安全响,降低了膨胀机的安全可靠性。性,不易受到空中物体的碰击,不会受到风载荷的影③天然气液化流程的能耗响,也不会影响人员的视线。地下储罐的罐底应位根据国外的运行数据,阶式液化流程、混合制冷于海平面及地下水位以上,需要进行详细的地质勘剂液化流程、带膨胀机(双级膨胀)液化流程的能耗察,以确定是否可采用地下储罐这种型式。地下储比为1:1.05:1.7。由于混合制冷剂液化流程占罐的施工期较长,造价较高。较多优势,国际上现有液化装置80%以上采用混合①单容罐制冷剂液化流程,只有少量装置采用另两种流程。单容罐的外罐用普通碳钢制成,它既不能承受4液化天然气储存低温的液态LNG,也不能承受低温的气体。易泄漏4.1 双圆筒储罐是它的一一个较大的问题,因此对安全检测和操作要立式双圆筒储罐应用较为广泛，目前国内的求较高。由于单容罐的安全性较其他形式储罐低，LNG气化站大多采用这种储罐,其储存容积为50~近年来已较少使用。200m'/台。其内罐材质为0Cr18Ni9,外罐材质为②双容罐16MnR。内罐通过支撑或悬挂结构与外罐固定,内双容罐具有能耐低温的金属材料或混凝土的外外罐之间采用250mm厚的膨胀珍珠岩填充保冷,罐,在内罐发生泄漏时，气体会发生外泄，但液体不并且对该空间抽真空进行绝热保护。其优点是保冷会外泄,其安全性比单容罐高。根据规范要求,双容性能较好,缺点是储存容积较为有限。该类型储罐罐不需设防火堤,但仍需较大安全防护距离。的关键技术是内、外罐之间的固定,由于内、外罐所③全容罐用材料不同,内罐的固定方式及固定用材料与储罐全容罐采用9%镍钢内罐9%镍钢或混凝土外的蒸发率和预冷时内罐的稳定度有很大关系。内罐罐,允许内罐里的液态LNG和气体向外罐泄漏,它的固定方式与储罐的设计压力和容积有关,一般的可以避免火灾的发生。由于全容罐的外罐可以承受设计理念是尽量减少传热量,即通过抽真空的办法内罐泄漏的液态LNG及其气体,不会向外界泄漏，来减少对流传热,采用填充膨胀珍珠岩的方法来减因此,按规范要求,不需设置防火堤,其安全防护距少辐射传热,内罐采用不锈钢拉带的悬挂结构减少离也较小。热传导(不锈钢拉带路径长、截面积小)。④膜式罐www. watergasheat. com昊洪松:液化天然气站场的技术进展第27卷第10期膜式罐采用了不锈钢内膜和混凝土外壁,对防Vaporizer,简称ORV)、没没式燃烧气化器、空温式火和安全防护距离的要求与全容罐相同，但它只有气化器。由于空温式气化器气化能力有限,一般每- -个简体。该类型储罐可设在地上或地下,建在地台不超过1 400 m'/h,应急储备调峰站不予采用。下时,若造价和工期允许,可选用较大的容积。膜式从造价和运行费用出发,考虑开架式气化器、浸没式罐结构可防止液体的溢出,提供了较好的安全设计，燃烧气化器。可有较大的罐容。由于膜式罐本身结构特点，它具①开架式气化器有易泄漏的缺点。开架式气化器采用铝合金支架固定安装,气化⑤常压储罐的选择器的基本单元是传热管,传热管选用星形断面、外部LNG储罐的罐容和类型与采用的标准.站址条有两条翅的铝合金管。若干传热管板状排列,两端件等有关。目前,世界上的LNG常压储罐罐容以10分别与集气管或集液管焊接成-一个管板,若千个管x10*m'为主,地下LNG储罐的最大罐容已达到20板再组成气化器。管内流LNG,管外为喷淋的海x10* m',地上LNG储罐的最大罐容已达到18 x水。为防止海水的腐蚀,管外镀锌。10*m。国际上通用的LNG储罐设计、制造标准是开架式气化器体积庞大,造价较高,安装费用也美国的AP1620和英国的BS7777。两者的最大区别很高,但设计简单,可靠性高，运行费用低,维修方在于水压试验要求和金属壁最大壁厚要求不同,因便。主要消耗是输送海水的电耗,运行费用是浸没此,按两项标准可建造的LNG储罐的最大罐容是不式燃烧气化器的30%。开架式气化器特别适用于同的。正常供气的LNG气化站,在应急储备调峰站应用较LNG储罐类型的选择要求安全可靠、造价低、少。寿命长、技术先进;结构有高度完整性,便于制造;能②浸没式燃烧气化器使整个系统的运行费用低。经过对比及筛选,混凝浸没式燃烧气化器以天然气为燃料,采用燃烧土顶的全容罐的安全性能、技术经济性能及综合性加热的方式气化LNG,主要设备包括鼓风机、浸没能均居首位。式燃烧器、换热管、水浴池等。燃料天然气和空气在⑥全容罐实例燃烧器内燃烧,燃烧产生的烟气通过喷嘴进入水中，实例为上海市五号沟天然气液化调峰厂的有效将水加热。LNG经过浸没在水中的换热管,由热水容积为2x10* m'的混凝土顶全容罐。该罐为双重加热而气化。罐体,内罐材质为9Ni钢,罐内径为33.5 m,内高约浸没式燃烧气化器优点在于结构紧凑,节省空26m,顶部设有吊顶，上铺玻璃纤维隔热层;外罐及间,整体造价(包括安装费用)很低,操作灵活;缺点拱顶由预应力混凝土制成,外径约37.5 m,简体高是运行费用很高,需要消耗输出气量的1.5% ~度约30m。内罐与外罐间填充膨胀珍珠岩绝热材2.0%的天然气(作为燃料)。浸没式燃烧气化器适料,厚度约1 m,内罐与基础承台之间采用泡沫玻璃用于LNG应急储备调峰站。隔热。为防止出现基础冻结现象，罐的基础承台为架空方式,承台下设混凝土支柱168根。罐内设有参考文献:2个带套管的泵井,用以安装低压LNG输送泵。[1] 顾安忠,鲁雪生,汪荣顺，等.液化天然气技术[M].北该LNG罐的设计压力为1.5~23.0 kPa,设计京:机械工业出版社,2004.温度为-170~ +60 C,日蒸发率为0. 05%。为安全起见，所有的连接管口均设计在罐的顶作者简介:吴洪松(1961- )， 男，安徽合肥人，部。为防止罐内LNG 分层及翻滚,设有上下进料高级工程师，学士，从事城市燃气工程设管。为及时发现内罐的泄漏,内罐与外罐间设有低计工作。温泄漏探测系统。电话:(022)235454465液化天然气气化E - mail:wu - hongsong@ cemi. com. cn目前LNG气化器有开架式气化器( Open Rack收稿日期:2007 -05-17;修回日期:2007-06-15