LNG项目气化器的选型

2011,21(4)裘栋LNG项目气化器的选型LNG项目气化器的选型裘栋*中海浙江宁波液化天然气有限公司宁波315800摘要介绍液化天然气(LNG)接收站在国内发展的现状,比较接收站三种常用的气化器,并结合实际确定项目气化器类型与台数关键词LNG接收站气化器选型分析1概述投资费用,同时培养国内自己的LNG建设队伍。该项目由中国成达工程有限公司负责设计,浙江LNG接收站是接收海上LNG运输的终端站场,LNG项目公司负责对设备的设计和采办,国内施在站内将LNG接收、储存、气化、外输至下游工单位负责建设和安装用户。气化器是接收站工艺流程中最关键的设备之通过40多年的发展,全球已投用LNG接收站而且价格高、制造周期长。为做好气化器的77座。我国除广东大鹏、福建莆田和上海等3座选型,早在2005年起就启动了市场调研、与国内已投入使用外,在建的LNG接收站还有不少,浙设计单位及国外制造商的技术交流活动。江LNG项目就是其中之一。浙江LNG项目一期建设规模3000ua,包括2三种气化器比较建设一座停靠(0.8-2.60×10m3LNG运输船的2.1气化器类型接卸码头、三座1.6×103m3混凝土全容罐以及配目前,世界上LNG接收站常用的气化器有三套的工艺、公用等设施。项目于2010年12月开工种:开架式气化器( Open Rack Vaporator,简称建设,预计到2012年10月投入使用。浙江接收站ORv);浸没燃烧式气化器( Submerged Combustion的工艺流程,见图1。Vaporator,简称SCV);中间介质管壳式气化器ntermediate Fluid Vaporator,简称IF)。2.1.1开架式气化器OR气化器是以海水为热源的气化器,其工作原理,见图2。天想气上部总图1浙江LNG工艺流程示意图化天然下是熟管接收站工艺流程:LNG运输船到达卸船码头后,经卸料臂输送至LNG储罐,然后用低压泵从罐内抽出,经再冷凝器输送至高压泵,经增压后输一个型管束象元送至气化器。在气化器内,LNG气化并升至常温,图2ORV气化器工作原理最后经计量和调压后输送至管网。(1)气化器的基本单元是传热管,由若干传热浙江ING接收站项目建设模式除储罐釆用管组成板状排列,两端与集气管或集液管焊接形EPC模式外,还采用E+P+C的方式,意在节省成一个板型管束单元,再由若干个这样的单元组H中国煤化工*裘栋:工程师。1991年毕业于石油大学(华东)矿场机械专业。先后从事化纤设备和液CNMHG联系电F:(0574)86010045,E-mail:qiudong@cnooc.com.cn.CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2011,21(4)成气化器。它的顶部有海水喷淋装置,海水自上在15min内稳定操作,气化器的负荷调节范围在0而下喷淋在板型管束外表面上。LNG自下而上在100%,热效率高达95%-98%,管外的换热系传热管内流动,海水将热量传递给LNG,使其被数可以达到5000-8000W(m2K)。但考虑到运行加热并气化。气化器的支撑结构和集水池由混凝时消耗燃料气,操作成本较高,适合作为调峰时土制成,所有与天然气接触的组件(包括换热板或当备台使用,此种气化器在广东大鹏LNG接收的管子、总管和换热管束材料)都用铝合金制造,站和上海LNG接收站都有应用可耐低温,而换热管板束表面直接与海水接触,SCV气化器工作原理,见图4。板面需要喷涂铝-锌合金的防腐材料。由于海水雯飞气肺岛中悬浮固体颗粒对板面的冲刷磨损,ORV板面的防腐涂层7~8年需重新喷涂一次,停车时间较长,维修成本较高。(2)OR气化器运行时,由于LNG温度低(-162℃),在板型管束的下部尤其是集液管外表面往往会结冰,导致气化器的传热性能下降。SuperORV是为克服结冰而研制的新一代ORV气化器,它采用的双层结构的传热管,LNC从底想器部的分配器先进入内管,然后进入内外管之间的图4SCV气化器工作原理环状间隙,间隙内的LNG直接被海水加热并气化内管内流动的LNG是通过间隙内已经气化的天然燃料气和助燃空气按比例预混合后在燃烧器中充分燃烧,高温烟气经与主导管相联的分配管上的气来加热,使气化逐渐进行。间隙虽然不大,但能提高传热管的外表面温度,因而能抑制传热管小孔喷射到位于换热管束下部的池水中,烟气进入池水形成大量小气泡,迅速上升加热并搅动池水,的外表结冰,提高了海水和LNG之间的传热效率。有效地加热管束中的LNG使之气化。浸没在水中的传热管结构,见图3。盘管管束(材质316L)下部与LNCG总管焊接,上上部焦气总管部与NG总管焊接,接口均位于管束同一侧保证换热管能够自由热胀冷缩,LNG下进上出。加这区sCⅴ气化器的制造商目前只有德国林德公司加区和日本住友精密机械两家公司。2.1.3中间介质管壳式气化器环形限IFV气化器实际是将三组管壳式换热器叠加在气化区一起,巧妙地用沸点很低的丙烷(沸点为-40℃)下部集液总管为中间介质来气化ING,从而解决用海水直接气图3 SuperORV传热管结构化LNG时可能造成结冰带来的影响。目前,只有日本的神户钢铁和住友精密机械IFV气化器工作原理,见图5。两家企业能够制造 SuperORV,目前在广东大鹏E2粉王发区天舞气出囗LNG接收站和福建莆田LNG接收站就是采用这种购发两汁凝两发气化器。2.1.2浸没燃烧式气化器再水进口sCⅤ气化器是一种水浴式气化器。换热盘管置于混凝土水浴池中,鼓风机将燃烧器的烟气直E1段丙烷加热区接排入水浴中,加热并剧烈搅动池水,管束内的水出口LNG被池水加热而气化。烟气的放热量基本相当图5IFV中国煤化工于LNG气化所需的热量,水浴的温度运行时控制在第一段EI换热CNMHG热在30℃左右。其特点是设备投资低,启动快,能壳层中的丙烷,加热气化后的内烷在第二段E2换2011,21(4)裘栋LNG項目气化器的选型2热器中与管程中的LNC进行热交换,LNG受热气表2水质监测结果统计(mg/L)化,而丙烷则被冷凝。在第三段E3换热器中,用项目管程中的海水加热NG,使输出的天然气温度达到平均值最大值最小值平均值最大值最小值要求。丙烷始终在E壳体中进行气-液态的闭式悬浮固体13701876010711678685循环,运行过程中无需添加。用丙烷作为中间介从表2可以看出,现场海水含沙量很高,悬浮质就是利用其较低的沸点这一特点,避免了直接固体颗粒指标平均在1000-1300mg/L。根据厂家用海水换热时由于结冰对传热效果的影响使用记录,在最大悬浮固体颗粒浓度不大于80目前,IV气化器的制造商仅有日本神户钢铁mg/L的情况下,ORv防腐涂层有效时间为7-8家。自1978年以来,在日本大坂瓦斯、广岛瓦年。然而,浙江LNG的海水水质已超出了ORV要斯、上海LNG等LNG项目上已投用了总计33台。求水质条件的15倍以上,供应商估计涂层至少其最大天然气流量达到205th2年就须维护一次。2.2三种气化器适用性比较通过与厂商的交流,以及对周边电力行业的三种气化器的适用性分析比较,见表1调研(使用同样海水用于发电机凝汽器冷却),选表1三种气化器的适用性比较择钛管材质的管壳式气化器是解决海水含沙量高比较内容ORV的方法,因而浙江LNG采用以IV气化器作为主气化器,SCv气化器作为调峰和备用。业绩及使用情况要在日本使业绩广使用良好使用良好使用良好32选材和制造技术可靠性安全可靠安全可靠安全可靠IV气化器主要性能参数,见表3。本地海水适用性基本适用适用维护要求较高一般表3IV的主要性能参数单台设备价格次之高般般名称类别介质压力压力最低设容器操作设计最高管材运行能耗一般较高MPa)(MPa)计温规格运行费用次之高供货情况二家厂商独家二家厂商制造周期约14个月22~24个月约15个月E3甘程-海水0208Gr.23200从表1可见,SC虽然启动迅速,但负荷调节调壳程ⅡNG6281.6-0t8·40.D.19.05和操作不像OR和IFV那样简单方便,而且运行SA213M TP304成本较高,只能作为主气化器的备用。结合与上E2管程ⅡLG631.6-165/6088100.D.15.9述各厂商的技术交流情况,OR与IFV使用的全蒸发器壳程两烷026203-40/6sr19o0t1.6寿命周期费用相当,因此二者均可作为项目的主△ ptich2l气化器。E1管程-海水0.17085/60SB333003气化器选用0.D.19.05*加热器壳程Ⅲ丙烷0.262.03-40/60T.2*L9008气化器的处理能力代表了接收站的实际处理注:E3NC调温器自重3480kg;E2LN蒸发器自重1600k量,因而在主气化器选择需要考虑下列条件1丙烷加热器自重48500kg(1)运行要连续可靠、负荷调节方便,操作SCV气化器的技术参数,见表简单。3.2.1选材2)包括采购成本、运行成本和维修成本的Iv气化器的材料选用上必须满足既要能承受综合成本要低。(3)如选择海水作热源的ORv气化器,海水海水腐蚀又能承受低温的要求。海水中许多悬浮物将引起材料磨蚀。钛可以水质还需符合悬浮固体≤80mg/L的要求。抵抗化学腐蚀、微生物腐蚀和海水点蚀;高等级3.1海水条件的钛有良好的耐磨该工程水域水质依据2004年四季度S1、显两水的缝隙腐蚀。本中国煤化工以下海SB338处监测站点监测资料分析结果,见表2CNMHGgade2),其中海水凵侧上力衩木兀斑钛管,CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2011,21(4)表4Scv气化器的技术参数表5氮氧化物排放限值名称技术参数最高允许排放无组织排放监控最高允许气化量,h速率(kg/h)浓度限值设计(mg/m3)烟囱高度(m)一级二级三级监控点浓度压力,MPa(mg/m)运行6.3液体(硝酸、氮肥150.47091.4温度,℃C气体0和火炸药生200.771.52.3燃烧器供热能力,kW3.6×103302.65.17.7燃料气,Nm3/h水浴温度,℃714空气量,Nm3/h420放的源上015609.919风向设参(监控点尺寸(长x宽),m(硝酸使用和其它)70142741照点与参照点风向设监值度差厚度1.8mm,海水出口侧采用焊接钛管,厚80193756控点90244772度1.2mm1003161与LNG接触的换热管和管箱部分材料选择奥氏体不锈钢(304)材质。如245kg/h的NOx输出量,烟囱须高于24m与海水接触的管板采用低温碳钢板爆炸包覆浙江ING烟囱高度的计算钛合金的复合钢板结构(SA516MGr115+SB265供应商给出的废气排放数据:废气排放量为Gr.1Clad)。583700Nm3/h,其中CO2占68%;N2占84%;O23.2.2制造占92%;NOx浓度低于40pm;CO浓度80ppm钛焊接之后性能会降低是由于焊接时吸入的由于NOx低于40ppm是在3%氧含量下的修氧、氢等有害杂质削弱了焊缝的机械性能,因此正值,而根据供应商经验实际SCV运行中氧含量焊接时应保持清洁和干燥,焊接应釆用情性气体为92%,按如下经验公式进行换算:纯氩气保护焊接接头及热影响区,直至焊接接头A%O2浓度下NOx浓度=B%O2浓度下NO2完全冷却。浓度×(21-A)/(21-B)(供应商经验公式,与海水接触的管箱与变径筒体则采用衬里结其中A、B为氧含量的百分比浓度值):构,采用低温碳钢表面衬环氧树脂的内防腐形式Nox(pm)=(21-9.2)/(21-3)×40=11.8/18×40=26.2ppm(SA516M Gr415 +Epoxy Resin Coating)NOx极限排放量3.3SCV排放烟囱高度计算NOx(kg/h)=58700×26.2×46/22.4/10000设计ScV气化器时,还要考虑控制废气中=3.16kg/hNOx、CO的排放量在允许值范围以内。废气的排在标准中用插入法计算NOx极限排放量为放和烟囱的高度设计应根据当地的规定,尤其要316kg/h对应的烟囱高度为26m,核算结果验证符合《大气污染物排放标准》GB16297-1996。供应商选取的烟囱高度为27m,可以满足标准的烟囱的高度取决于NOx的流量,同时烟气中NOx要求。的浓度须低于240mg/Nm3,见表5。由于GB16297中没有CO的排放标准,故参要求选择低Nox的燃烧器,本项目原配用日照广东标准《大气污染物排放限值》DB44T27本 Tokyo Gas的燃烧器,其最大能力为3MW,2001:CO最高排放浓度为1000mg/Nm3,20m生的NOx低于50pm(在3%氧含量下的修正高的烟囱排放速率为71kg/h进行相应核算。值),属排放超标,根据环保标准规定,因该项目气化器数量的确定地处二类区域,必须按新污染源执行二级标准,所以改选用美国 Bloom公司的燃烧器,最大能力为ING接收站常年连续不断为用户供气的特点,41MW,产生的NOx低于40pm(在3%氧含量下设备的配置和备用原则是除考虑投资费用外,还的修正值)。必须考虑接收站操作V中国煤化工行标准中烟囱的高度是根据NOx的流速计算的,费用。CNMHG(下转第6页)CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2011,21(4)170℃,有的装置高达180℃,气体热量转移到风机升压△P=48-52kPa,气体温升48~50℃,酸中,加大了循环冷却水用量,为了增加热量回使进焚硫炉干空气温度由55-65℃提高到110收,国际先进制酸技术二吸塔气体进口温度为115℃,焚硫炉出口炉气温度相应升高,增加了余135℃,某公司800k/a装置为146℃。热锅炉蒸汽产量。二吸塔进口气体中SO3的浓度约为0.5%,气经计算800kt/a硫酸装置的塔后风机流程可多体压力约为10kPa,当气体温度为135~140℃时,回收热量约1.374×10k/h,约占总产热量的SO3或硫酸雾的分压低,不会产生冷凝酸,国内外2.41%,可多产中压蒸汽4.12/h,折标煤约470已有多家工厂采用此工艺参数。kg/h,年节省标煤约3760t。经计算800ka硫酸装置二吸塔气体入口温度采用塔后风机流程时,空气风机进口压力约由170℃降到140℃,热力系统可多回收热量8.60-4.5kPa(G),温度约60℃,干空气中含有少许10kJ/h,可多产中压蒸汽(3.82MPa、450℃)硫酸雾。另外,干燥塔的塔径应比采用塔前风机2580kg/h,折标煤294kg/h,每年节约标煤流程稍大,风机出口空气总管上应设置一回流管2352,同时减少Δt=8℃的循环水用量257m3/h,到干燥塔进口,低负荷时调节焚硫炉进口空气量,折热量1.077×10°kJ/h,折标煤约为36.74kg/h,使干燥塔除雾段气速保持在除雾器要求范围内,每年节约标煤294t,以上两项每年可节省标煤约达到高的除雾效率,减少湿空气进入干燥塔的气2646t。量,从而减少干燥酸的串酸量。4.3采用塔后风机流程通过采用以上建议,热能回收率将从64.5%将空气鼓风机设置在干燥塔后(塔后风机流提高到9371%。程),可利用干燥塔进塔酸传递给干空气的热量(收稿日期2011-05-30)而且可利用空气经压缩产生的热量,一般空气鼓(上接第22页)根据浙江LNG与省天然气管网中心的协议:气化器是输送系统中重要的设备,设置备用要求接收站一期的最大外输量为88000m3/h;最气化器是必需的。最终,该项目选择4台IV气化小外输量为383300m3/h(101.325kPa和20℃)。器作为主气化器,2台SCV气化器作为调峰和备台下游用户一期最大外输量:88×105m3/h。使用。气体密度(重):0.789kg/m3,折算成液体质考文献量流量:694t/h(1)选择厂家提供IV气化器,规格为175周修杰.2010-2015年中国液化天然气(LNC)行业投资分析及前景预测报告[R].北京:中投顾问产业研究中数量为3.96(694/175=3.96),圆整后为2于国杰LNG沉浸式燃烧型气化器数值模拟[D].大连:台大连理工大学,200(2)鉴于本接收站地理位置,IV气化器在冬3陈永东大型LNG气化器的选材与结构研究[门].压力容季极值低温海水温度下运行时,将无法达到设计器,2007,24(1):40-47负荷,而此时,用户的用气需求量将是峰值,为4陈伟,陈锦岭.李萌.LNG接收站中各类型气化器的满足供气的可靠与安全性,需采用SC气化器来比较与选择[.中国造船,2007,48(增刊)5陈永东.浙江LNG项目接收站气化器专项研究报告[R]调峰。根据已建接收站的实践经验,需配置2台合肥通用机械研究院,2006SCⅴ气化器。(修改回搞2011-05-23)5结语中国煤化工CNMHG