（环境工程专业论文）建设液化天然气卫星站的可行性研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 天然气是一种极为理想和相当安全的能源。2 1 世纪是天然气的黄余时代。管 道输送是天然气输送的基本方式，实践证明，对于大规模输送天然气采用管道输 送是最经济和有效的输送方式。但是由于输气干线的建设受城市气化条件，经济 实力，用户气价承受能力等综合因素的限制，使得这种输送方式在一些特殊的地 区难以形成大范围联网，供应范围受到限制，只能向长输管道沿线城镇供气。深 圳市未来的天然气供应系统也将面临这样的问题。因此立u 何满足长输管线周边中 小城镇的天然气需求将成为一个新的研究课题。天然气除管道运输外，还j j 以 采用其他两种非管道输送：疗式。一种是建设液化天然。气( l n g ) 卫星站，将天然 气液化后再进行贮运至城镇；另一种方式是建设压缩天然气( c n g ) 站，将天然 气净化压缩后，装在专门的容器内用汽车运送至城镇。 液化天然气气化供应站( 以下简称l n g 卫星站) 是将液化天然气通过二次运 输进入远离中心城市的液化天然气 _ 的城镇或卫星城市提供天然气气源的天然 气气源站。l n g 卫星站通常建设在距离l n g 工厂具有3 0 2 0 0 公里的城镇，在该 站内建设一定数量的储存设施，通过汽车、槽船等便利的运输工具将液化天然气 运入卫星站，在站内气化后的液化天然气进入城市管刚供各类用户使用。 由于液化天然气甲星站的建设是一项技术复杂的、投资较高的工程，具有与 常规天然气输送工艺不同的特点，液化天然气 艺需要许多关键的技术支撑，本 文的目的是通过对液化天然气的性质和工艺的了解，以及剥关键技术的分析，来 探讨城市l n g 卫星站建设的可行性。 关键词：l n g ，卫星站 霎壅查兰婴主堂堡笙茎 墨苎塑竺 a b s t r a c t a m o n gt h ee n e r g i e s ，n a t u r a lg a s ( b r i e f l yn g ) i sas a f ea n dg r e a to n e 2 1 t hi s t h e p r i m et i m eo fn g p i p et r a n s p o r ti so n eo ft h em o s tp o p u l a rm e a n s o fn gt r a n s p o r t p r a c t i c ei n d i c a t e s ：p i p et r a n s p o r ti so n eo ft h em o s te c o n o m i c a la n de f f i c i e n tm e a n so f l a r g es c a l eo fn gt r a n s p o r th o w e v e r ，i ns o m ed i s t r i c t sp i p et r a n s p o r tc a n n o tf o r m sa b i gn gs u p p l y i n gn e t ，t h ee x t e n s i o ni n a r e ao fn gp r o v i s i o ni sl i m i t e d ，o n l yc a ns u p p l y t ot h ec i t i e s ( t o w n s ) a l o n gt h ep i p e s y s t e m ，f o rt h ei n t e g r a t e df a c t o r so fr e s t r i c t i o n ， s u c ha st h er a t eo ft h ep e o p l ew h ou s en g a st h e i rm a i nf u e l ，t h ee c o n o m i cs t a t ea n dt h e e x t e n do fn gp r i c eo fp e o p l e sa f f b r d i n gi n ac i t y ( t o w n ) t h ep r o v i s i o ns y s t e mo f s h e n z h e nw i l lf a c et h i si s s u e ，f u t u r e t h e r e f o r e ，h o wt of u l f i l l t h ed e m a n do fn gt h e n o r m a lo rs m a l lc i t i e s ( t o w n s ) ，w i l lb e c o m ea n o t h e ro e ws t u d yp r o j e c t b e s i d e sp i p et r a n s p o r t ，n ga l s oc a nb et r a n s p o r t e db yo t h e rn o n p i p em e a n s o n e i st oc o n s t r u c tl i q u e f i e dn a t u r a lg a s ( b r i e f l yl n g ) s u b o r d i n a t es t a t i o n s ，t h r o u g hw h i c h n gc a l lb ep o t t e da n dc a r r i e dt os m a l lc i t e s ( t o w n s ) a f t e rb e i n gl i q u e f i e dt h eo t h e ri st o c o n s t r u c tc o m p r e s s e dn a t u r a lg a s ( b r i e f l yc n g ) s t a t i o n s ，t h r o u g hw h i c hn gc a np u t i n t os o m es p e c i a lv e s s e l st h e nc a r r i e dt os m a l lc i t i e s ( t o w n s ) a f t e rb e i n gp u r i f i e da n d c o m p r e s s e d l n gs u b o r d i n a t es t a t i o ni st h es t a t i o nw h i c hn gc a l lb et r a n s p o r t e dt oj ns m a l l c i t e so rs u b o r d i n a t ec i t e sa n df a ra w a yf r o mt h el n gp l a n t si nc e n t r a lc i t e s ，s u p p l yn g t ot h ec i t e sa r o u n dt h e m l n gs u b o r d i n a t es t a t i o n sa r ea l w a y s3 0 2 0 0 k m sf a rf r o m l n gp l a n t sa n dh a v eac e r t a i nn u m b e ro fe q u i p m e n t sf o rr e s e r v a t i o n t h r o u g h v e h i c l e s 、s h i p se t c ，l n gc a l lb et r a n s p o r t e dt os u b o r d i n a t es t a t i o n s ，t h e nl n g c a nb e s u p p l i e dt o a l lk i n d so fu s e r sa f t e rb e i n ge v a p o r a t e d f o rt h eh i g hc o s ta n dc o m p l i c a t e dc r a f t so ft h es u b o r d i n a t es t a t i o n sc o n s t r u c t i o n ，i t h a sd i f f e r e n tf e a t u r e sc o m p a r e dt on o r m a lc r a f t s t h el n gc r a f tn e e d st h ea s s i s t a n c eo f m a n yc r u c i a lt e c h n i q u e s t h ea i m so ft h i sb o o ki s t os p e c u l a t eo nt h ef e a s i b i l i t yo f s u b o r d i n a t es t a t i o n sc o n s t r u c t i o na f t e rl e a r n i n gt h ep r o p e r t i e s 、c r a f t so fl n ga n d a n a l y z i n gt h ec r u c i a tt e c h n i q u e s k e y w o r d s ：l n g , s u b o r d i n a t es t a t i o n 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 液化天然气( l n g ) 气化供应站概述 液化天然气气化供应站( 以下简称l n g 卫星站) 是将液化天然气通过二次运 输进入远离中心城市的液化天然气工厂的城镇或卫星城市提供天然气气源的二级 气源站。l n g 卫星站通常建设在距离l n g 工厂具有3 0 2 0 0 公里的城镇，在该站 内建设一定数量的储存设施，通过汽车、槽船等便利的运输工具将液化天然气运 入卫星站，在站内将液化天然气气化后进入城市管网供各类用户使用。 2 0 世纪中叶以来，世界灭然气产量和消费量持续增长，1 9 9 5 年全世界产量为 2 2 万亿立方米，其中有2 0 在国际间进行贸易。贸易量的7 5 采用管道输送，其 余2 5 液化后，以l n g 方式运输。i t j 1 9 9 0 年- 1 9 9 6 年世界l n g 贸易量从5 2 5 6 力吨增加到7 2 7 0 万吨，上升3 8 ， 年平均增长率约7 ，是石油增长速度的3 倍。未来世界l n g 贸易增长强劲，消 费国和供应圈的数量都将增加。据市场情报( m a r k e t l i n e ) 国际公司预测，预计到2 0 1 5 年，世界m 口总量将达1 7 8 亿吨左右，比1 9 9 6 年增长1 4 2 。 l n g 的首次出现是在三十年代初期。到六十年代，生产、储运、利用等技术 逐步完善，完成了从l n g 工厂、运输、接收终端、卫星站到利用的一整套系统。 比如同本，东京在2 0 0 0 至2 0 0 1 年度共接收6 5 0 万吨，分别来自于阿拉斯加、 文莱、澳大利亚、卡塔尔、印尼等地区，其中来自于印尼的l n g 占总接收量的6 3 ， 袖浦接收站建成于1 9 7 3 年，是目前世界上最大的l n g 接收基地，年接收能力为 1 0 0 0 万吨：扇岛接收站建成于1 9 9 8 年，年接收能力为3 0 0 万吨；根岸接收站建成 于1 9 6 9 年，年接收能力为3 0 0 万吨。【1 l 到目前为l t ，国内已投产的l n g 卫星站有山东淄博市杨寨l n g 卫星站、青 岛金家岭l n g 卫星站和广东龙川l n g 卫星站。随着天然气时代的来临，l n g 卫 星站有着广阔的发展前景。 1 1 1 液化天然气简介 液化天然气( l n g ) 是采用低温、特殊制冷工艺将气态天然气变成液态，通 过 特殊储藏和运输方式用于燃气供应。l n g ( l i q u a t e e dn a t u r e lg a s ) 供气技 术是一项系统工程。液化天燃气自三十年代开始发展到今天，从生产、储运、利 用等技术逐步完善，完成了从l n g 工厂、运输、接收终端、卫星站到利用的一整 套系统。随着深圳l n g 项目的实施，l n g 供气技术的应用及相关产业在深圳也将 得到快速发展。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 ) 液化天燃气( l n g ) 生产工艺简介 液化天然气简称l n g 。它是天然气经过预处理( 脱水，脱烃，脱酸性气体) 后，采用节流，膨胀或外加冷源的液化工艺而变为液态的天然气。 用于液化的天然气一般含有8 0 一9 5 的甲烷，如果天然气中含有2 0 以上的 高分子烷烃必须分离成液化石油气，如果天然气中有1 以上的氮气，也需要分离， 以减少能量消耗。常见的预处理系统如图1 1 所示。 去澈 也装霎 囝1 - i 预处理系统示意图 f i g1 - l s k e t c hm a po fp r e t r e m e n ts y s t e m 预处理后的天然气通过图1 2 所示的液化循环工艺成为液化天然气。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 图卜2 熟熬稳辩瓣缀潦书漂裔躺潦激灌鼗潞薄瓣鼹 f i g1 - 2s k e t c ho fat y p i c a lc y c l ew i t ha d v a n c er e f r i g e r a t i o na n dm i x e dc r y o g e n ( 2 ) 液化天然气的特性 中原油田提供的天然气组分如下表所示： 名称 分子式体积 甲烷 c h 9 36 0 9 乙烷 c 2 h 6 4 1 1 5 4 丙烷 c 3 h 8 1 1 9 7 3 正丁烷 i c 4 h il j 02 6 6 3 异丁烷n c 4 h 】 0 4 2 6 1 止戊烷 i 岛h 1 2 o 1 5 9 8 异戊烷n c 5 h 1 2 0 1 5 9 8 氮n 2 0 0 5 4 7 二氧化碳 c 0 2 00 1 1 5 分子量： 气化温度： 液相密度： 气相密度： 液态气态膨胀系数 燃点： 17 3 1 6 2 3 ( 常压1 0 5 3 b a r ) 4 4 7 k g m 3 o 7 7 2 k g n m 。f 1 5 5 1 6 1 2 5 m 3 m 。 ( 1 5 5 ) 6 5 0 。c 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 热值： 气化潜热 特点 9 3 0 0 k c a l i n m 1 2 1 k c a l k g 1 1 天然气液化后，体积缩小6 2 2 倍，可以在公路，铁路，船舶上实现方便、 快捷、较为经济的运输。 2 、储存效率高，占地少，投资省( 建设一座1 m p a ，1 0 0 m 3 的l n g 储罐的费用 为建设一座1 0 0 0 0 m 3 天然气球罐的1 1 8 ) 3 1 建设模式机动灵活，可由小到大，由点到面，逐步投入和发展。 4 1l n g 可作为优质清洁的车用燃料，有效减少汽车尾气排放对大气的污染， 应用前景广阔。 5 1l n g 的气化过程，释放出大量的冷量，有极高的综合利用价值。 6 1l n g 生产使用安全可靠。其燃点为6 5 0 ，比汽油高2 3 0 。c ，爆炸极限很 窄，仅为5 - - 1 5 ，气相密度为0 7 7 2 k g n m 3 左右，比空气还轻，稍有泄 露立即飞散，不致引起爆炸。 价格 目前世界天然气市场上的价格为：进站价3 5 3 2 4 8 人民币m m b t u = l3 8 4 元 m 3 。 各种税率 进口税率6 0 0 、所得税率t 5 0 0 、增值税率1 3 0 0 、附加税率1 0 o 、贷 款利率6 0 0 、贷款比仞l7 0 。 1 1 2 世界l n g 卫星站现状 2 0 世纪中叶以来，世界天然气产量和消费量持续增长，1 9 9 5 年全世界产量 为2 2 万亿立方米，其中有2 0 在国际间进行贸易。贸易量的7 5 采用管道 输送，其余2 5 液化后，以l n g 方式运输。 1 9 9 0 年1 9 9 6 年世界l n g 贸易量从5 2 5 6 万吨增加到7 2 7 0 万吨，上升3 8 ， 年平均增长率约7 ，是石油增长速度的3 倍。未来世界l n g 贸易增长强 劲，消费国和供应国的数量都将增加。据市场n 报( m a r k e t l i n e ) 际公司预 测，预计到2 0 1 5 年，世界出口总量将达1 7 8 亿吨左右，比1 9 9 6 年增长1 4 2 从有关资料得知，截至1 9 9 8 年底全世界己投入运营的l n g 接受和气化卫星 站共有1 1 5 座，其中美国4 7 座，欧洲3 9 座，日本2 8 座，澳大利亚1 座。这些站 的储存能力在5 - 1 1 4 0 0 0 m 3 ( 液态) 之间，气化能力在1 2 0 0 2 5 0 0 0 0 0 n m 3 h ( 气态) 之问，其中绝大部分在1 2 0 0 1 0 0 0 0 0n m 3 h ( 气态) 之间。其用途，在美国，欧洲 主要用于季节调峰，特别是冬季最寒冷的十来天确保用户用气，而在r 本则主要 用在那些建管线技术经济一时还不可行的地方承担城镇用气的基本负荷和峰荷， l n g 主要由l n g 槽车从就近的大型港口l n g 接受站运来。 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 随着l n g 项目的不断深入，如何更好利用l n g ，提高气化率成为当务之急。 对于一些管道气化率几乎为零的地区，如深圳宝安区石岩镇和珠江三角洲一些地 方等，其用气量不足以支持建管线的经济性，通过公路运输l n g 槽车，建立l n g 气化小区( l n g 卫星站) 这种方式束启动和发育市场不啻为一种行之有效的方法。 并在该地区用气量达到一定规模后建管线，l n g 卫星站就转变为调峰站；而对那 些建管线一直是不经济或不可行的地区，该卫星站就会长期存在下去。这种供气 模式在美国、欧洲、f 本得到广泛应用，中国也陆续在上海、山东等地丌始了卫 星站的漫计和建造。 2 1 1 1 3l n g 液化厂的发展及趋势 由6 0 年代以来l n g1 2 厂的发展情况可知，最早的l n g 。1 厂的天然气液化循 环采用经典逐级制冷循环，工程设计借鉴了空分、提氦等工艺流程的经验。1 3 1 l n g 产量一股较小，年产量一百万吨左右，工厂的投资较少； 管道及控制复杂，维护不便，7 0 年代后很少采剧。 7 0 年代早期 _ | t e c h n i p 和a i r l i q u i d e 公司开发了双混合循环t e a l a r c 液化工艺， 并应用于利比亚、阿尔及利亚等地建造的l n gt 厂。 工厂的设计耵l 操作缺乏经验，l n g 的产量未达到发汁要求，投资也超 过了预算。 7 0 年代后期和8 0 年代初期，a p c i 丌发了丙烷预冷的混合制冷剂液化技术， 在大型的l n g 厂得到了广泛应用。 8 0 年代中后期a p c i 的丙烷预冷的混合制冷剂液化技术有了进一步发展，单 条生产线的规模已达到3 3 1 0 6 吨年，降低了单位产品投资，从而获得最大的规 模效益。 低温换热器、压缩机和驱动透平的发展促进了l n g 工厂生产线规模的 扩大； l n g 工厂的设计采用了主传动轴技术，开始采用大型燃气透平作为制 冷压缩机驱动机。 近年来新型的液化流程不断涌现。 菲利浦石油公司开发了新型级联式液化技术并被特立尼达l n g 工厂采 用： p r i t c h a r d 推出了简便、高效的p r i c o 液化流程： g a zd ef r a n c e 开发了c i i 液化流程，据称可节省2 0 的设备投资。 1 - 2 深圳市发展l n g 卫星站的重要意义 随着深圳市液化天然气项目的引入，液化天然气接收站的建成，深圳市的天 然气气化将面临前所未有的大好机遇。在这一大好的形势下，深圳周边的许多地 重庆大学硕士学位论文1 绪论 区和乡镇也将获得天然气化的有利条件。 广东l n g 接受站项目落在深圳大鹏湾的秤头角。一期工程将于2 0 0 6 年6 月 投产，供气能力是3 7 0 万吨年，供应深圳、东莞、广州和佛山，二期工程于2 0 0 9 年投产，供气能力足7 3 7 万屯年，供气范围可拓宽至惠洲、江门、中山、珠海等 地。若广东l n g 工程按最高用气量方案实施，供气量将达到9 1 2 万u q x 年，相当于 1 2 0 亿立方米年，这样的供气量与西气东输项目的供气量基本持平，即广东l n g 项目的规模相当于又一个西气东输工程，这是激动人心的工程。l n g 项目将彻底 改变广东地区能源结构，净化环境，造福珠三角。 充分利用l n g 工程，将l n g 工程的经济效益和社会效益最大化，是我们需 要解决的课题。珠三角地区一些远离供气管网的城镇，以及深圳市内有许多区镇 尚未纳入到天然气一、二期工程供气范围。若能在这些城镇建设区域性的l n g 供 气站，可节省长距离输气管线的投资与运行维护管理费用，用上优质的天然气。 l n g 卫星站项日具有现实意义和重要的实用价值。由于l n g 卫星站在我国属 于比较新的项目，以前一直没有专用技术法规和标准，使项目在实施中造成一些 无据可依的障碍，建设l n g 卫星站的可行性研究更显得必要和有意义。 由于l n g 卫星站在我国属于比较新的项目，截止2 0 0 3 年止，全国范剖内投 产的l n g 卫星站只有三个，它们是山东淄博市杨寨l n g 卫星站、青岛金家岭l n g 卫星站和广东龙川il n g 卫星站。所以深圳市发展l n g 卫星站具有深远的现实意 义和重要的实用价值。 具体意义在于： 可以解决周边城市乃至整个珠三角的j ；= 境污染问题，改善市内大气环境， 提高产品更新换代质量，大力发展工业用，1 ，。 可以供应原液化气掺混空气( 仿天然气) 居民用户，为发展新用，1 ，提供条 件。 可以为大力发展天然气汽车提供条件。 在发展居民用户的同时，为积极发展公共福利用户提供气源。 7 1 重庆大学硕士学位论文 2 卫星站的建设技术关键分析 2l n g 卫星站的建设技术关键分析 2 1l n g 卫星站工艺流程简介 2 1 1 液化天然气卫星站工艺系统 液化天然气通过槽船、汽车槽车或火车槽车运束，在l n g 卫星站内通过压缩 机或泵进行装卸，进入真空绝热储罐，然后经过气化系统气化，调压和加臭后送 入城市管网，另一一部分气化后的天然气根据城市燃气需用量的不同进入储气设施。 参见图2 - 1 。 天然气液化前必须净化，脱除深冷过程中可能同化的物质，并达到如下要求： 水蒸汽： l o p p m ： 二氧化碳： 5 0 p p m ： 硫化氢： 5 p p m ： 重烃： 7 0 p p m 。 图2 1 l n g 卫星站设备系统简图 f i g2 - 1s y s t e ms k e t c ho fs u b o r d i n a t es t a t i o n se q u i p m e n t s 净化后的天然气的液化属于深度冷冻，靠一段制冷达不到液化的目的。 种方法： 重庆大学硕士学位论文2 卫星站的建设技术关键分析 a 、阶式循环制冷 b 、混合式制冷：一4 0 度1 0 0 度一1 6 3 度。 c 、膨胀法制冷 2 1 2l n g 卫星站工艺流程简介 l n g 由汽车槽车运至站内，经卸车 j - - 缶p 入l n g 储藏罐中，卸车柱处设增压器， 用以提高槽车内的压力，满足l n g 自卸要求。 储罐内的l n g 储存温度1 6 0 度，储存压力o 2 0 3 m p a 。l n g 由空温式气化 器气化后，经加臭送往站外管网。为防止冬季气温低时，l n g 气化后的气化温度 出现过低，专设一套水浴式气化系统，用电或l p g 作加热源，对l n g 气体进行 加热。 l n g 在储运过程中因热损失而气化的气体不断收入到b o g 罐中，当b o g 罐 中压力大于等于管网压力时，将气体输入供气管网中。 2 2l n g 卫星站主要设备 2 2 1l n g 的储存设备 l n g 贮存在号门配置的贮罐中l n g 贮罐的容量需满足远距离运输的装卸容 ( 基本负荷型l n g 工厂贮罐及终端贮存贮罐) 或冬季燃气短缺量的贮备( 凋蜂型 l n g 工厂贮罐) 要求对于前一种情况，l n g 贮罐必须满足全船的货运量剥于 后一种情况，即用于谓峰的l n g 贮存能力，取决于必须液化气体的天数( 2 0 0 2 2 0 天不等) ，以及液化工r 一每天的液化能力。 贮存l n g 的容器必须至少满足以下要求：( 1 ) 室温一一1 6 2 。c 温度范田内的强度 要求，应当在各种情况下无破坏、无渗漏；f 2 ) 具有良好的绝热性能。此外，现代 l n g 贮罐除某些小型罐工作压力稍高之外( o 4 - - 0 7 m p a 表压、，所有大型l n g 罐 的操作压力均不高于o 0 1 m p a 。实践证明，设计超过此压力的大型贮增是不经济的。 l n g 贮罐的型式事种多样。对于l n g 容量在2 0 0 0 0 t 以下，大都采用地面贮 罐这主要是因为其成本较低、监护方便，施工容易，建造2 0 0 0 0 t 以上的大型l n g 贮罐，使用地下预应力混凝土加双向波纹金属薄壁衬里结构将是安全和经挤的。 地下冻土型贮罐因性能不易预测，应用较少。 地面贮罐的主要特征大都是双壁金属罐，双层金属罐壁的内层用9 镍钢或铝 合金制作，外壁用忧质碳钢，罐壁和罐顶用绝热材料绝热，为防止内罐壁受到挤 压，在内壁外侧安装有用作热补偿的弹性背衬( 如软木1 。两层金属壁之间除用绝热 材料充填外，还要充入干燥的天然气或氮气防潮，壁间压力应稍高于大气压。 图2 2 所示为地面l n g 贮罐的一般结构图。【1 3 】 重庆大学硕士学位论文 2 卫星站的建设技术关键分析 匿：一? 地面l n g ! 里站皓罐的艘结构图 f i g2 - 2 g e n e r a ls t r u c t u r eo fs t o r a g et a n ki ng r o u n dl n gs u b o r d i n a t es t a t f o n 用强化混凝土或预应力混凝土制成的安全堤是为了防l i 二l n g 溢出而引起的着 火与爆炸危险。安全堤的高度必须能够容纳全部罐容的排放量。 为了保护临近设施及人员的安全，荠达到良好的环境效果，通常采用地卜l n g 贮罐。图2 3 给出了地下贮罐的构造简图。地下贮罐的内壁大都采用了双向起皱的 不锈钢薄壁，用自动焊接连成整体，取得了令人满意的效果。 从2 - 3 所示尺寸可分别看出9 5 0 0 0 m 3 和1 3 0 0 0 0 m 3 l n g 贮罐的地域和深度要求。 对l n g 贮罐绝热材料的要求很高，除了它们必须是热的不良导体之外还必 须具备以下特点： ( 1 ) 具有网格结构，以防止壁间气体的对流； ( 2 ) 防潮； f 3 ) 具有一定的强度，以支撑内壁： f 4 ) 物性稳定在1 6 0 。c 时不脆化。 现在，l n g 贮罐使用的绝热材料有4 种，它们是： f 1 1 珠光颗粒材料( 由硅石、硅藻土、镁土或石棉加工而成) ： ( 2 1 块状固体材料( 如膨胀聚苯乙烯、聚氯乙烯、泡沫混凝土，泡沫玻璃、泡沫 橡胶，泡沫木材等) ； f 3 1 纤维性材料( 如玻璃纤维、矿渣棉、高岭石纤维和其它岩石纤维) ： f 4 1 现场发泡材料( 如聚氨基甲酸酯现场发泡) 。 重庆大学硕士学位论文 2 卫星站的建设技术关键分析 同2 - 尢垒【。n 地下储罐结构示意暖 f i g2 - 3 s k e t c hm a po fs t r u c t u r eo fl a r g e u n d e r g r o u n dl n gs t o r a g et a n k 大中型l n g 贮罐的r 蒸发量一般都在o 1 以下，较好绝热的贮罐r 蒸发量在 0 0 3 0 0 4 之间。 2 2 2l n g 的运输 l n g 运输的优点是： a 、单车运输量大； b 、设备投资少： c 、运行费用低。 对于大规模的运输量，大多可以采用船运等方式，小规模的运输采用汽车运 输也是经常的。 船运l n g 与其它大宗船货相比在许多方面有不同的特性，大体有：很低的 温度( 约1 6 2 。c ) 1 较低的密度( 0 4 3 9 c m 3 ) ；较高的气化潜热f 在1 6 2 约为5 1 0 k j k g ) ：较低的粘度；较复杂的组份( 8 0 以上为c l - h ，少量为c 2 h 6 、c 3 h 8 、c 4 h 1 0 及其它成份) ：易燃性( 在空气中浓度为5 1 5 时形成可燃，可爆的混合物、。 装运u , , r g 的船上贮罐必须提供足够的低温承受强度，以及良好的维持货运期 问低蒸发率的绝热性能，l n g 船还必须防止热胀和冷缩对船体结构的影响此外 由于碳钢会在一5 0 。c 以下变跪，受力条件下会发生崩裂，即使l n g 贮罐很小的泄漏， 也会对船上的构件形成伤害，所以必须采取措施使l n g 远离船匕的普通钢结构， 重庆火学硕士学位论文2 卫星站的建设技术关键分析 如果某部分确实不能在位置上满足这种要求，则必须使其绝熟，以减少温度波动。 如图2 - 4 、图2 5 。 l 划2 - 4 液化天然气运输船 r g2 - 4 l n g t r a n s p o r t a t i o ns h i p 重庆大学硕士学位论文 2 卫星站韵建设技术关键分析 图2 - 5 液化天然气运输船 f i g2 - 5 l n gt r a n s p o r t a t i o ns l ：i p 汽车槽车上的液化天然气储罐可以很方便的将液纯泛然气从母站运往卫星 城巾的液化天然气供应站。如图2 - 6 。 重庆大学硕：k 学位论文2 卫星站的建设技术关键分析 幽2 - 6 液化天然气运输槽车 f i g2 - 6 l n g t r a n s p o r t a t i o nt a n k e r 2 3l n g 卫星站冷量利用 在一1 6 0 。c 的情况下，液化及储存的l n g 蕴藏着可观的低温能量，这部分能量 在其气化至常温：状态的各个温度水平都可以不断的加咀抽取利用。从节能的角度 出发，现代l n g 工业已经拓宽到了对冷能的多种开发利用，并取得了丰硕的成果， 见图2 7 。 圈2 7 冷量的利用 f i g2 - 7u t i l i z a t i o no fq u a n t i t yo fc o l d 利用l n g 的冷量进行空气分离可使过程能量消耗减少5 ( 】，水耗减少3 0 重庆大学硕士学位论文2 卫星站的建设技术关键分析 产品( 液氧、液氮、液氩) 的成本可以大幅度的降低。 以化工厂的副产品二氧化碳为原料，用l n g 的冷量制造液态二氧化碳和干 冰，可以= 肖约5 0 以上的电能。 利用l n g 的冷量建立冷库有很多优点：投资少，电能消耗仅为普通冷库的1 3 ， 可以得到更低的库温，噪音低，易操作，易维修。 另外，还可以利用低温冷量进行发电。可以通过不同的方式进行发电：【1 4 】 f 1 ) 弄l j 用l n g 低温冷量的朗肯循环： f 2 ) 利用l n g 气化后压力较高的天然气直接膨胀； f 3 1 工0 用l n g 低温冷却压缩机进e 1 气体，降低压缩动力的燃气透平循环。 垩堕查堂堕竺堡堡苎! 塞堡型里墨墨堂堕塑窭堡塑 3 建设l n g 卫星站的方案选择 3 1l n g 卫星站建设方案选择 3 1 1l n g 气化方案的比较 液化天然气的气化流程比较简单，方案比较主要是气化方法的比较。 目前国际上采用的气化方法有几种，根据热源的不同，气化可分为两大类： 1 ) 使用自然热源如：空气，海水； 2 ) 使用人工热源如：燃气，电： 使用自然热源的气化器的体积都很大，需要大量的热流体，虽然它的投资 巨大，但操作成本低。另外，由于体积过大或因冬季热交换管结冰不能运行，所 以火中型气化站很少用空气做热源。同本等海边地区大多用海水做热源。使用人 工热源的气化器因可以使用高温热源，使气化器结构紧凑，占地较少，但操作成 本较高，在城市天然气接受站中，大都用于调峰及备用。 使用空浴式气化器，根据杭州制氧机厂提供的资料，1 0 0 0 0 n m 3 h 的空浴式气 图3 - 1 l n g 气化站的外景 f i g3 - 1e x t e r i o rs c e n eo fl n gv a p o r i z i n gs t a t i o n 化器设备投资约为1 0 0 万元，占地近1 7 0 平方米左右，而一台同样能力的水浴式 气化器设备投资约7 5 万元，加l 二锅炉等投资6 0 万元，占地约1 1 0 平方米，但因 需要热源，采用水浴式气化器的操作费用要比空浴式气化器高得多。 重庆人学硕士学位论文 3 建设l i n g 卫星站的方案选择 3 1 2l n g 卫星站气化工艺 流程简述吲 液化天然气由液化天然气槽车运来，在卸车台用车泵送入低温储罐储存， 储存压力为o 3 m p a ，温度- - 1 4 5 。c 。然后自流进入气化器，冬季使用水浴式气化器， 其他季节使用空浴式气化器。在气化器中，液态天然气经过与热水换热，发生相 变，成为气体，经过调压器调压至o 2 5 m p a ，进入中压管刚，送入各用户。气化器 的热量由锅炉产蒸汽供给，锅炉燃料为天然气。 进入气化器之前的l n g 管线上有渊节阀，天然气的气化量由管网压力控制。 另外，在进入气化器之前的蒸汽管线上，也装有调节阀，蒸气汽的流量由气化器 的热水温度控制。 工艺流程 空浴式气化工艺流程简图如幽3 2 ： 阔一匾习一匝圆一匦图一匦圈一匦蛋一匿圃一匝蝈一匠四 幽3 - 2 空浴式气化1 一艺流程简幽 f i g3 - 2 f l o wc h a r to fa i r - h e a t e dv a p o r i z i n gc r a f t w o r k k 兰： 蚓3 - 3 小型l n g 气化站的i i 艺流程图 f i g3 - 3 c r a f t w o r kf l o wc h a r to fm i n i t y p el n gv a p o r i z i n gs t a t i o n y 芝。 。一t 扁 一 篓 重庆大学硕士学位论文3 建设l n g 卫星站的方案选择 主要设备选择 气化站的主要设备有低温储罐、气化器等。 1 1 低温储罐 目前国内低温液化天然气储罐的生产厂家有中山市南方空气分离设备有限 公司( 南空公司) ，又名四川空分设备( 集团) 有限责任公司南方分厂、圣达因 公司和杭州制氧机厂。其产品有： 立式低温液体贮槽容积2 立方米2 0 0 立方米，真空粉木绝热( 圣达因公 司) 容积5 0 立方米一1 0 0 立方米真空粉术绝热。( 南空公司及杭州制氧机厂) 大型常温低温液体贮槽容积2 0 0 立方米2 0 0 0 立方米，双层壁粉末绝热 ( 圣达因公司) 低温液体罐式集装箱规格2 0 英尺、4 0 英尺、真空粉木高真空多层缠绕 卧式低温液体贮槽容积5 0 立方米2 0 0 立方米真空粉术绝热( 南空 公司) 低温液体贮槽( 球形) 容积2 0 0 立方米5 0 0 立方米，真空粉术绝热( 南 空公司) 卧式储罐较之立式储罐存在如下特点： 比较项目 立式真空储罐 卧式真空储罐 占地面积稍小稍大 可利用的静压差大小 浦体界而及藜慧阜 小大 基础难度稍大稍小 风载荷大小 安装就位难度大小 设备投资差不多差不多 根据以上特点，结合国内经验，选用立式真空储罐。 目前低温储罐的绝热形式大致有以下几种： a 、堆热绝热：采用绝热材料，靠厚度来保证绝热； b 、真空绝热：夹层抽真空，靠真空度来保证绝热； c 、真空粉术绝热：以上两种同时采用； d 、真空多层绝热：高真空多层缠绕绝热，多用于槽车。 低温压力储罐不同于低温常压储罐，一般有两种形式，真空粉末绝热储罐 和子母式粉术绝热储罐，真空粉木绝热储罐的单罐容积相对来浇要小得多，但因 运输困难，大多使用1 0 0 立方米以下；子母式储罐采用多个压力子罐，常压母罐 重庆大学硕士学位论文3 建设l n g 卫星站的方案选择 套在子罐外面，可做成较大的容积的储罐，由于般是在工厂制造内罐，可做成 较大容积的储罐。本项目由于储量较小，因此选用真空粉末储罐。 储罐容量 为防止发生运输中断，原料无法进站的情况，按照设计规范要求，需按7 天左右储存量计算储罐容量，装填系数取o 9 5 。 图3 4l n g 低温储罐的结构示意圈 f i g3 - 4 s k e t c hm a ps t r u c t u r eo fl n gl o wt e m p e r a t u r es t o r a g et a n k 2 1 气化器 l n g 气化站所使用的气化设备一气化炉主要使用的是非火焰热媒壁传热方 重庆大学硕士学位论文3 建设l n g 卫星站的方案选择 式。根据热媒的不同又分为电加热式、蒸汽加热式和热水加热式。目前国内l n g 气化炉主要采用两种加热方式：一是电加热式；一是热水加热式。其中，热水加 热式又根据加热方式分为热水循环式和明火水浴式。 近来，一种不需要消耗能源的空温式( 或称空浴式) 汽化器很受欢迎，它是 靠与周围空气的对流换热作为汽化热源的。 气化器选择空浴式( 空温式) 气化器。如图3 5 。 幽3 - 5l n g 空温式气化器 f i g3 - 5a i r h e a t e dl n gv a p o r i z e r 图3 - 6 是水浴式汽化器的内部结构。 重庆大学硕士学位论文3 建设i 烈g 卫星站的方囊选择 燃3 - 6 水洛式汽化器的内部结构 f i g3 - 6i n t e r i o rs t r u c t u r eo fw a t e r h e a t e dv a p or i z e r 3 ) 增压器和b o g 处理装置 为了馊储罐中的i _ n g 能够臣漉进入气化嚣，须保证铸罐的压力高于气化 器。为此设置储罐自增压气化器，当储罐压力低于设定值时，自力式升压 凋节阔7 f 启，l n g 进入自增压气化器，气化后的天然气回到储罐项部，达 到储罐增压的目的。 b o g ( b o i lo f fg a s ) 是储罐及槽车的蒸发气体。低温正空粉术绝热 储罐和低温槽车的f ! f 蒸率一般为o 3 ，这部分气化了的气体如不按时摊 出，会使储罐上部气相空间的压力升高。为保证储罐的安全，装有降压调 节阀，可根掘压力自动封 出b o g 。因此在设计中设置b o g 加热器及b o g 缓冲罐，用以回收b o g 。回收的b o g 可瘸子燃气锅炉做燃料，也可通过 缓冲罐的压力控制，并入输气管网。b o o 结构为卧式，凰桶形，通常容积 为1 0 0 立方米，按工艺技术要求，设置进、出气相管，安全放散，压力指 不。 3 1 ，3l n g 卫星站控制系统 控制说明 1 ) 控制装置需单独设置在控制室，控制室面积为6 m x 4 m 。内设柜式仪表盘 及供电稽各1 个。将装置中的主要工艺参数集中引入控制室仪表盘上集中显示， 重庆大学硕士学位论文3 建设l n g 卫星站的方案选择 记录或调节。 2 ) 控制装置的仪表控制水平：采用常规仪表控制。 3 ) 根据易燃易爆危险场所区域划分规定，控制装置划为2 区，所有现场仪 表按照本安型或防爆型选择。为了减少装置投资总额，装置内不单独设簧空压站。 调节回路的执行机构为气动控制，一套空气压缩机系统与之配套。 主要控制方案 1 1 在空浴式气化器的入口设置低温调节阀，由天然气管网压力控制蒸发器 进口的l n g 的流量，以保证用户的用气平衡。 2 ) 液态l n g 气化气进入l n g 储罐设置流量指示累计。 3 1 气相天然气出装置设置流量指示累计。 4 ) 温度、压力检测仪表 5 ) 液态l n g 储罐自带两套自力式压力调节及两套调压器，和现场捡测仪表。 6 ) l i n g 储罐区及控制室内共设置可燃气体报警探测仪四台 仪表选型 1 ) 站场压力表选用不锈钢压力表和普通压力表。 2 ) 压力变送器选用f c 系列智能型变送器。 3 ) 温度检测仪表选用隔爆式热电阻及双金属温度计。 4 ) 流量测量仪表选用进口的e + h 公司生产的电容式涡街流量汁。 5 ) 调节器选用f c 系列的单回路调节器。 6 ) 记录仪表选用多点无笔记录仪。 7 ) 输入输出安全栅选用与设各鞋合取证的齐纳式安全栅。 仪表控制系统 由电气专业提供单相2 2 0 v a c 电源，送入控制室仪表总供电箱内，再山仪表 的电源分配器为各仪表供电。 消耗指标 1 1 原料消耗 本项目的生产过程是物理相变过程，气化率为1 0 0 ，损失为用气量的2 ， 液化天然气与气态天然气的体积之比为1 ：6 2 2 ，全年耗气量为： 珠江三角洲地区：1 万户：2 6 0 4 万n m 3 ，折合l n g 4 1 8 7 m 3 3 万户：7 8 1 2 万n m 3 ，折合l n g l 2 5 6 1 m 3 2 ) 动力消耗 a 水：珠江三角洲地区，生活用水按0 0 1 m 3 h 计算，每年消耗约8 7 6 立方米。 b 电：对于珠江三角洲，主要是供消防水泵及照明用。年用电量1 8 万度。 消耗指标 重庆大学硕士学位论文3 建设l n g 卫星站的方案选择 名称单位 年耗量 水 吨 2 8 0 电度1 8 0 0 0 0 3 2 输配系统 3 2 1 输配方案及压力级制 输配方案 输配系统由小区中压干管、输配管网、楼栋