天然气液化技术结课论文.doc

精品文档重庆科技学院液化天然气技术结课论文 题 目 液化天然气汽化 学 院 专业班级 学生姓名 学号 2013 年5月19日液化天然气汽化摘要：天然气是一种应用非常广泛的优质清洁的燃料和化工原料，在发电、汽车、化工、空调、工业与民用燃料等领域获得了有效的利用。天然气作为液体状态存在时有利于其储存和运输，但天然气最终被利用时的状态必须是气态。因此，液化天然气在被利用之前必须先经过汽化。本文主要介绍液化天然气的汽化站设备及汽化站工艺。关键词：液化天然气 汽化设备 汽化站工艺为了方便储存和运输液化天然气，需将其进行液化。因此在使用之前，必须对液化天然气进行汽化。1、LNG汽化站液化天然气汽化站是一个接受、储存和分配液化天然气的基地，是城镇或燃气企业把LNG从生产厂家转往用户的中间调节场所。主要利用在天然气发电和城镇燃气管网。1.1 LNG汽化站设备液化天然气汽化站设备主要有低温储罐、储罐增压器、空浴式汽化器、水浴式加热器、BOG储罐、BOG加热器、EAG加热器、排气管、加臭装置。1.1.1液化天然气储罐液化天然气储罐根据防漏设施不同可分为以下四种形式。一是单容积式储罐，此类储罐在金属罐外有一比罐高低得多的混凝土围堰，围堰内容积与储罐容积相等。该型式储罐造价最低，但安全性稍差，占地较大。二是双容积式储罐，此类储罐在金属储罐外有一与储罐筒体等高的无顶混凝土外罐，即使金属罐内LNG泄漏也不致于扩大泄漏面积，只能少量向上空蒸发，安全性比单容积式储罐好。三是全容积式储罐，此类储罐在金属罐外有一带顶的全封闭式混凝土外罐，金属罐泄漏的LNG只能在混凝土外罐内而不至于外泄。在以上三种地上式储罐中安全性最高，造价也最高，流行于欧美。四是地下式储罐，与以上三种类型不同的是此类储罐完全建在地面以下，金属罐外是深达百米左右的混凝土连续地中壁。地下储罐主要集中在日本，抗地震性好，适宜建在海滩回填区上，占地少，多个储罐可紧密布置，对站周围环境要求较低，安全性最高。但这种储罐投资大，且建设周期长。1.1.2 液化天然气汽化器LNG汽化器按其热源的不同可分为三种类型。一是加热汽化器。汽化装置的热量来源于燃料燃烧、电力、锅炉或内燃机废热。加热汽化器有整体加热汽化器和远程加热汽化器两种类型。整体加热汽化器采用热源整体加热法使低温液体汽化，最典型的即是浸没式燃烧汽化器。远程加热汽化器中的主要热源与实际汽化交换器分开，并采用某种流体作为中间传热介质，有中间介质与LNG换热，使LNG汽化。二是环境汽化器。汽化的热量来自自然环境的热源，如大气、海水、地热水。当然，自然环境的热量如果不是直接使LNG汽化，而是通过加热一种中间介质，再由中间介质使LNG汽化的话，则这就是一种远程加热汽化器，而不是环境汽化器。如果自然热源与实际的汽化器是分开的并使用了可控制的传热介质，则应认为这种气化器是远程加热汽化器，应符合加热汽化器的规定。三是工艺气化器。汽化的热量来源于另外的热动力过程或化学过程，或有效利用液化天然气的制冷过程。实际上，在各种LNG冷能利用的综合流程，如发电、化工、空分等流程中，将需要排除热量的过程与LNG的吸热汽化过程结合起来，可以节约用于LNG汽化的能量，同时使各工艺过程的能量利用效率得到提高。2、汽化站工艺汽化站主要由下面六种工艺，下面将对每一工艺进行详细分析。2.1 LNG卸车工艺卸车气相管线主要包括液相管线、气相管线、气液连通线、安全卸压管线、氮气吹扫管线及若干低温阀门。 LNG通过公路槽车或罐式集装箱车从LNG液化工厂运抵用气城市。LNG气化站利用槽车上的空温式升压气化器对槽车储罐进行升压(或通过站内设置的卸车增压气化器对罐式集装箱车进行升压)，使槽车与LNG储罐之间形成一定的压差，利用此压差将槽车中的LNG卸入气化站储罐内。卸车结束时，通过卸车台气相管道回收槽车中的气相天然气。卸车时，为防止LNG储罐内压力升高而影响卸车速度，当槽车中的LNG温度低于储罐中LNG的温度时，采用上进液方式。槽车中的低温LNG通过储罐上进液管喷嘴以喷淋状态进入储罐，将部分气体冷却为液体而降低罐内压力，使卸车得以顺利进行。若槽车中的LNG温度高于储罐中LNG的温度时，采用下进液方式，高温LNG由下进液口进入储罐，与罐内低温LNG混合而降温，避免高温LNG由上进液口进入罐内蒸发而升高罐内压力导致卸车困难。实际操作中，由于目前LNG气源地距用气城市较远，长途运输到达用气城市时，槽车内的LNG温度通常高于气化站储罐中LNG的温度，只能采用下进液方式。所以除首次充装LNG时采用上进液方式外，正常卸槽车时基本都采用下进液方式。为防止卸车时急冷产生较大的温差应力损坏管道或影响卸车速度，每次卸车前都应当用储罐中的LNG对卸车管道进行预冷。同时应防止快速开启或关闭阀门使LNG的流速突然改变而产生液击损坏管道。2.2 储存增压工艺当储罐内的低温液体向外排出的时候，储罐内的压力会逐渐下降。为保持储罐内的压力稳定，必须对储罐进行增压。另外如果加注到储罐内的低温液体的初始压力没有达到工作压力的要求，也必须对储罐进行增压。低温容器的增压供气系统主要有三类：低温泵增压系统、外部气源增压系统和自增压系统。2.2.1低温泵增压系统这种方法是在排液口设置低温泵，利用泵的机械功使低温液体增压，以及向汽化器输液。低温泵的运行需要额外耗功，更重要的是需要额外的低温泵。低温泵价格比较昂贵，降低了系统经济性。若低温泵安装在储罐外部，则暴露在环境中，不便于绝热和保护；若安装在储罐内部，一则给安装和维修带来很大的不便，二则减小了储罐的有效容积。因此低温泵不适于液化天然气汽车燃料罐这一类小型的供气系统。当然，对于大型低温供气系统来说，采用低温泵增压是比较合适的。2.2.2外部气源增压系统这种增压系统是利用外来的气源实现增压和排液过程。例如可以在汽车上额外安装一个压缩天然气（CNG）储罐，在汽车运行时，将CNG储罐中的高压天然气注入到LNG储罐中，以实现挤压排液。此种方式对于控制LNG储罐内的压力非常方便准确，但需要额外的CNG储罐及高压压缩天然气，在车上空余空间比较充足的情况下，可以进行研究并投入使用。2.2.3 自增压系统相对来说，对于不便设置低温泵或外部气源，或者设置这些设备不经济的场合，则自增压系统是比较合理的选择。自增压系统主要有下面四种方式。经典型自增压系统这是目前各种低温液体储罐最常用的增压系统，是将部分的液化天然气排出储罐，经汽化器气化后再返回至储罐的气相空间，以达到增压的目的。汽化热源可来自于发动机的冷却水。其主要优点为结构简单，储罐内部没有维修元件，并且可有效的利用废热；其缺点为增压性能不稳定，在很大程度上受发动机冷却水温度的影响，并且在发动机启动前，发动机冷却水是冷的，特别是在冬天，不能作为启动阶段液化天然气的汽化热源。电加热型自增压系统这是在储罐内部设置电加热器，在车上还配有电池。其主要优点为控制方便。但其有很大的缺点，首先储罐内有维修元件，一旦电加热器出故障，必须拆开储罐进行维修，而储罐一般都是采用焊接密封，不允许进行拆卸；其次必须在车上配备电池，车上可用电能本来就非常有限，再加上汽化低温液体显显然是不够的，并且每天进行充电，也会给使用带来很大的不便，另外充电设备又需额外的耗费。 回气增压系统这是对经典型自增压系统的改进，汽化后的热气不直接返回至储罐气相空间，而是返回至储罐内的换热盘管，跟储罐内的液体进行热交换后，再返回至汽化器，经汽化器再热后进入发动机。储罐内的液体从回气中获得热量后汽化，达到增压的目的。回气量的大小可通过三通阀来控制。此系统相当于经典型自增压系统结构要稍微复杂一些，并且对关键元件三通阀的性能要求很高，但其供其稳定性相对要好的多。 真空压力控制系统这是利用捕获器吸附或脱附内外胆间的气体，改变储罐内外胆间的真空度来控制储罐的漏热从而使储罐内液体获得热量汽化，达到增压的目的。其优点是不需额外的汽化器，直接利用环境的漏热来达到调节压力的目的，类似于能量放大器，经济性较好，并且控制比较方便。但是由于捕获器对内外胆间的气体的吸附和脱附需要一定的时间，因此压力的调节存在一定滞后现象。另外初始增压过程需要很长的时间，也给使用带来了很大的不便。2.3 汽化加热工艺LNG的汽化方式主要有海水汽化、空温汽化、水浴汽化三种。2.3.1海水汽化海水汽化是利用海水将液化天然气汽化的过程。2.3.2空温汽化空温汽化是利用空气自然对流加热换热管中的低温液体，使其完全蒸发成气体的过程，是一种集空温式和加热式汽化功能、可替代加热汽化产品的高效节能换热方式。主要使用设备是空温汽化器。2.3.3水浴汽化水浴汽化是在水浴的条件下使液化天然气汽化的方式。主要有三种形式的汽化器：一是电加热式水浴式汽化器，电加热式水浴式汽化器是通过电能加热水浴式汽化器中的水，再通过热水加热盘管中通过的液态气体，使之能转化为气态的气体。这种水浴式汽化器消耗能源比较多。二是蒸气式水浴式汽化器，蒸气式水浴式汽化器.是通过蒸气加热水浴式汽化器中的水，再通过热水加热盘管中通过的液态气体，使之能转化为气态的气体。这种水浴式汽化器适用于有锅炉余热，或其它余热的用气单位。三是循环热水水浴式汽化器。循环热水水浴式汽化器是直接使用循环热水来加热盘管中的液态气体，使之气化为气态气体。针对于大型企事业单位，在热水、蒸气或电力充足的条件下，采用水浴式汽化器更能充分保证换热效率，并且具有结构紧凑占地小，价格低等优点。2.4 BOG处理工艺 液化天然气汽化站工艺大致分为两种：一种是蒸发气体（BOG）再液化工艺；另一种是蒸发气体直接压缩工艺。两者工艺并无本质上的区别，仅在蒸发气体的处理上有所不同。在大型LNG接收站，LNG运输船抵达码头后，经卸料臂将LNG输送到储罐储存。来自储罐的LNG由泵升压后送入汽化器，LNG受热汽化后输送到下游用户管网。LNG在储存过程中，由于储罐不可避免的漏热，部分LNG会从液相蒸发出来，这部分蒸发气体即BOG。采用再液化工艺时，BOG先通过压缩机加压到1MPa左右，然后与LNG低压泵送来的压力为1MPa的LNG过冷液体换热并重新液化为LNG。若采用BOG直接压缩工艺，则有压缩机加压到用户所需压力后直接进入外输管网。BOG直接压缩工艺需要将气体直接升压至管网压力，需要消耗大量压缩功；而BOG再液化工艺是将液体用泵升压，由于液体体积要小得多，且液体的压缩性很小，因此液体升压过程中的能耗比BOG直接升压过程可节约50%左右。另外，为了防止LNG在卸船过程中造成LNG船舱形成负压，一部分BOG需要返回LNG船以平衡压力。2.5 安全泄放工艺泄放时大都采用集中排放。安全泄放工艺系统由安全阀、爆破片、EAG加热器、放散塔组成。按泄漏情况不同，放散塔可分为低温放散和常温放散两种方式。低温放散需经过EAG集中加热，然后通过放散塔高点排放；常温放散则可直接进入放散塔高点排放。2.6 计量加臭工艺计量精度为1.5级，量程比大于1：16。加臭是为了在天然气的爆炸下限20%时被发现，由刺鼻的臭味可以发现天然气泄漏，从而防止事故的发生和人员的伤害。加臭设备是撬装一体设备，主要使用的臭剂是四氢噻吩，该臭剂难溶于水，对人