中国液化天然气的发展

1、.PAGE ：.；PAGE 9中国液化天然气的开展顾安忠 石玉美 汪荣顺上海交通大学机械与动力工程学院，200030摘要：文章主要引见我国在LNG简称LNG工厂、LNG接纳终端、LNG运输槽车和LNG气化站等方面的研讨进展以及上海交通大学在天然气运用根底方面的研讨成果。提出了在LNG方面有待开展的主要任务，即：1小型天然气液化安装；2LNG冷量利用技术；3LNG工业链中设备的国产化；4LNG船技术。我国在开展LNG过程中，必需认识到该行业的三个方面的特点：LNG的专业化、社会化和国际化。关键词：LNG工厂 LNG接纳终端 LNG槽车 LNG槽船 LNG气化站为了改动能源构造、改善环境形状、开展

2、西部经济，中国政府非常注重天然气的开发和利用。近十年来，中国的液化天然气Liquefied natural gas简称LNG开发已起步，在LNG链的每一环节上都有所开展，尤其是近几年内，在某些环节上的进展还比较大。已建天然气液化工厂有上海的LNG事故调峰站和河南中原天然气液化工厂。新疆正在筹建一座规模更大的天然气液化工厂。中国为了引进国外LNG，正在广东深圳建造LNG接纳终端；并预备在福建建造第二座LNG接纳终端。在LNG运输方面，储罐制造商消费的LNG槽车已投入运转，正方案开发制造运输LNG的集装箱。中国政府开场着手建造LNG船的方案。在LNG运用方面，山东、江苏、河南、浙江和广东等省的一些

3、城镇建立了气化站，向居民或企业提供燃气。为了顺应LNG在中国的迅速开展，相应的LNG规范制定任务也曾经开展。在高等院校，展开了对天然气运用的根底研讨。天然气是当今世界能源耗费中的重要组成部分，它与煤炭、石油并称为世界能源的三大支柱。天然气是一种干净的能源。我国具有丰富的天然气资源。随着我国西部大开发中四大工程之一的“西气东输工程的实施，将有力地促进天然气的开发和利用。LNG是气田开采出来的天然气，经过脱水、脱酸性气体和重烃类，然后紧缩、膨胀、液化而成的低温液体。LNG是天然气的一种独特的储存和运输方式，它有利于天然气的远间隔 运输、有利于遥远天然气的回收、降低天然气的储存本钱、有利于天然气运用

4、中的调峰，同时，由于天然气在液化前进展了净化处置，所以它比管道保送的天然气更为干净。LNG工业链是非常庞大的，主要包括天然气液化、储存、运输、接纳终端、气化站等，见图1。图1 LNG工业链下面分别引见我国在LNG工业链各环节：即LNG工厂、LNG接纳终端、LNG运输、LNG气化站等方面的现状和进展。1 LNG工业链LNG工厂1.1.1 两套小型的LNG示范安装我国从20世纪80年代末开场就进展LNG安装的实际，下面引见两个小型LNG安装，这些小型安装的研制与开发为我国探求天然气液化技术提供了珍贵的阅历。1陕北气田LNG示范工程陕北气田LNG示范工程，以偏远单井所产小量天然气为原料，经净化、预冷

5、、深冷液化、循环紧缩等工艺过程，将天然气液化，用槽车运送到运用地点。这可充分利用偏远单井的天然气资源。该LNG工程设在长庆油田靖边基地内，于1999年1月建成，采用林五井所产天然气为原料，日液化天然气量为2104 m3。原料气中甲烷的体积分数达95.27%。原料气压力25 MPa，液化安装中天然气的入口压力为4.1 MPa。该安装有以下特点：采用天然气膨胀制冷循环；采用低温甲醇洗和分子筛结合进展原料气净化；采用气波制冷机和透平膨胀结合进展低温制冷；采用燃气发动机作为紧缩机的动力源；利用燃气发动机的尾气作为加热分子筛再生气的热源。陕北气田LNG示范工程液化过程工艺流程见图2。图2 陕北气田LNG

6、示范工程液化过程工艺流程1.氨蒸发器；2.第二预冷器；3.第三预冷器；4.深冷换热器；5.分别器；6.气波制冷机；7、8.透平膨胀机；9、11、13.水冷却器；10.第一预冷器；12、14.循环紧缩机；15.LNG储罐2中国科学院低温中心等单位研制的天然气液化安装中国科学院低温中心与四川省绵阳燃气集团总公司、中国石油天然气总公司勘探局、吉林油田管理局等单位结合研制了两台天然气液化设备，一台容量为0.3 m3/h LNG，采用天然气本身压力膨胀制冷循环；另一台容量为0.5 m3/h LNG，采用氮气膨胀闭式制冷循环。图3为利用天然气本身压力膨胀制冷循环，其进气压力4MPa，出口压力为0.8 MP

7、a。高压气体经换热器1预冷，并分别掉重烃。然后，一部分气体进入膨胀机膨胀降温，进入第2换热器，冷却需液化的天然气。未进入膨胀机的天然气经过换热器2冷却，节流降温后进入LNG储罐储存。对自蒸发的LNG进展冷量回收后进入管网。图3 天然气膨胀液化安装流程表示图1.1.2 中原天然气液化工厂2001年，我国第一座小型天然气液化安装在中原油田试运转胜利，这标志着我国在消费LNG方面迈开了关键的一步。其消费的LNG经过槽车运输的方式供应给山东、江苏等省的一些城市。中原油田有丰富的天然气储量，天然气远景储量为2 800108 m3，现已探明地质储量为947.57108 m3，这些天然气能为液化安装提供长期

8、稳定的气源。该液化安装消费LNG的才干为15.0104 m3/d，原料气压力为12 MPa、温度为30、甲烷含量93.35%95.83%。图4为液化流程表示图。下面简单引见该安装的预处置流程、液化流程和储存系统等。图4 中原天然气液化流程表示图1.分液罐；2.过滤器；3.脱CO2塔；4.枯燥器；5.中压丙烷换热器；6.低压丙烷换热器；7、11、14.节流阀；8.高压天然气分别器；9.乙烯换热器；10.中压LNG换热器；12.中压天然气分别器；13.低压LNG换热器；15.低压天然气分别器；16.LNG储槽原料天然气进入安装后，首先进入原料分液罐除去原料气中的液体，然后进入过滤器，过滤掉粒径大的

9、液体和固体。过滤后的天然气进入脱CO2设备，用一乙醇胺(MEA)法脱除CO2；脱CO2后的天然气用分子筛进展脱水处置。预处置流程中有两台枯燥器切换运用，其中一台枯燥，另一台再生。净化后的天然气，首先利用丙烷制冷循环提供的冷量冷却天然气。然后进展节流降温，产生的气相经乙烯换热器和中压LNG换热器冷却，再经节流降温，产生的液相进一步冷却及节流后进入储罐储存。液化安装液化生成的LNG进入储罐储存。每台储罐包括外罐和内罐，在内罐和外罐之间，填充绝热资料，并充注微量氮气，坚持其压力处于微正压形状，从而可有效地防止空气及水分渗入绝热层。1.1.3 上海LNG事故调峰站建于上海的LNG事故调峰站是我国第一座

10、调峰型天然气液化安装，该调峰站是东海天然气供应上海城市燃气工程下游部分中的一个重要组成部分。它主要用于东海天然气中上游工程因不可抗拒的要素如台风等呵斥停产、输气管线缺点或冬季调峰时向管网提供可靠的天然气供应，确保平安供气。调峰LNG安装的任务过程如下：由市区1.5 MPa天然气管网送至调峰LNG站的天然气，首先进展过滤、计量并加压至5 MPa；然后进入预处置系统，用MEA法脱CO2、H2S，用分子筛脱水；再经液化流程液化；液化后的天然气储存在2104 m3 LNG储槽内。当需求供气时，储槽内的LNG经LNG泵加压送至气化器，气化后天然气经加臭、调压后送入市区高压管网。储槽内的LNG在储存期间产

11、生的蒸发气体，经BOGBoil Off Gas处置工段的紧缩机增压后送入市区高压管网。该LNG安装的主要性能目的如下： 储槽容积 2104 m3； 储槽日蒸发率 0.08； 液化才干为 LNG 165 m3 /d；气化才干为 LNG 120 m3 /h。该LNG事故调峰站的流程由法国燃气公司设计开发的整体结合式级联型液化流程(Integral Incorporated Cascade)，简称为CII液化流程，见图5。图5 CII液化流程表示图1.分馏塔；2.冷箱；3.低压紧缩机；4.高压紧缩机；5、6、7、8.气液分别器；9、10、11.节流阀；12、13.冷却器该液化流程的主要设备包括混合制

12、冷剂紧缩机、混合制冷剂分馏设备和整体式冷箱三部分。整个液化流程可分为天然气液化系统和混合制冷剂循环两部分。CII流程具有如下三个特点： 流程精简、设备少； 冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器，体积小，便于安装； 紧缩机和驱动机的型式简单、可靠，降低了投资与维护费用。1.1.4 新疆LNG工程新疆LNG工程一期工程原方案于2003年9月完工，将经过火车和汽车把LNG运输到全国能源紧缺的地域，对国家“西气东输主干管网以外的宽广市场供气。市场目的主要有如下三个： 闽东南地域，即从福州至厦门沿铁路的14个城市； 以江西景德镇为中心辐射湖南、湖北等华中地域； 华北及新疆天山北坡经济带一些地域。该LNG工厂的

13、气源吐哈油田。设计液化才干为150104 m3/d天然气。LNG设计年周转量456 kt；设计LNG储罐容量为3104 m3，可储存液化安装正常消费10天的LNG量。整个LNG工厂由五大部分组成，即净化部分、液化部分、LNG储罐部分、LNG外输部分和火炬放空部分。消费的LNG以70%经过铁路运输，30%经过公路运输的方式运往目的地。1.2 LNG接纳终端为了能满足我国珠江三角洲对能源的需求，中国政府已决议在东南沿海地域适量引进LNG，LNG接纳站LNG Receiving Terminal建于珠江口海岸深圳市大鹏湾畔秤头角。广东LNG工程总体工程包括LNG接纳站和输气干线工程，以及配套新建电厂

14、，电厂改造和城市管网等用户工程，其供气范围覆盖珠江三角洲和香港地域。工程全长509 km，贯穿珠江三角洲九个城市。建立分两期进展。一期工程包括接纳站和输气干线。一期输气主干线起自秤头角接纳站出站端，经坪山、东莞、广州，到达佛山，全长215.4 km，年输气量约40108 m3。一期还包括两条支干线，坪山至惠州电厂支干线长32.6 km，坪山至前湾电厂、美视电厂支干线共长78.8 km。二期主干线起自珠海市的横琴岛，经珠海、中山、江门、鹤山市，最终到达佛山，全长181.7 km，年总输气量约82108 m3，包括南海15108 m3天然气。一期工程设置两座13.5104 m3储罐，二期再添加一座

15、约10104 m3的储罐。接纳站配备高压开架式海水气化器，并设高压浸没熄灭式气化器作调峰和备用。气化才干：一期1 200 m3/h LNG；二期2 000 m3/h LNG。接纳站港址内建可停靠13.6104 m3 LNG运输船的公用泊位一个。该接纳终端引进的LNG，估计70%以上用于工业和发电；其他作民用燃气。该接纳终端的资源供应方为澳大利亚的ALNG集团。年提供3 Mt的LNG，期限为25年。中国方案在福建湄洲湾兴建第二个接纳终端，LNG未来源于印度尼西亚的东固气田。该接收终端的最初的年供应才干要到达2.5 Mt。1.3 LNG运输槽车目前，由于我国LNG从消费地运往运用地是用槽车方式运输

16、的，所以目前已有四川和江苏的制造商试制并消费了LNG槽车，均为半挂式运输槽车，已有近十辆车在运转。1.3.1 27m3LNG运输槽车该槽车一次可装运27 m3 LNG产品，相当于1.6104 m3天然气。思索到LNG等介质的低温特性160，采用真空纤维绝热技术对槽车进展绝热，贮槽内筒及管道资料选用0Crl8Ni9奥氏体不锈钢，外筒选用16MnR低合金钢钢板。内外筒支承选用耐低温的，且绝热性能较好的环氧玻璃钢。该槽车整车配备质量为18.5 t (不含牵引车)，允载总质量为34 t，满载总质量为30.7 t。牵引汽车底盘采用定型的北方飞驰NDl926S型带卧罐汽车底盘。整车外形尺寸长、宽、高分别为

17、14.5 m、2.5 m和3.8 m。槽车包括进排液系统、进排气系统、自增压系统、吹扫置换系统、仪控系统、紧急截断阀与气控系统、平安系统、抽空系统、测总分值析取样系统。针对LNG的易燃易爆特点，设计已采取了以下平安措施：紧急截断控制措施、易熔塞、阻火器、吹扫置换系统、导静电接地及灭火安装。1.3.2 40 m3LNG运输槽车该槽车为40 m3/ 0.8 MPa半挂运输槽车。在两侧设置有平安防护栏杆，车后部设置有平安防护安装。1.4 LNG运输船LNG船舶是世界上技术含量最高的船舶之一。LNG船主要有独立球型MOSS和薄膜型两种。薄膜型LNG船是法国GTT公司的技术，在船型性能方面要优于MOSS

18、型LNG船。中国目前是世界第三大造船国，国内的几个大型船厂曾经具备建造LNG船的条件。为了承建LNG船，上海沪东中华造船集团曾经完成了LNG船模拟舱的制造，目前方案建造两艘运输才干为14.5104 m3的GTT No.96型LNG船舶。低温内壁直接由双层外壳直撑，内壁由两层资料一样的膜和两个独立的绝热层组成，之间有珍珠岩绝热资料。内壁资料为0.7 mm的不胀钢36%Ni合金钢。上海江南造船(集团)有限责任公司和上海外高桥造船结合体以及大连造船新厂也不断在积极开展相关的技术预备。1.5 LNG的运用1.5.1 LNG气化站目前在江苏苏州、山东淄博、江苏姜堰等城市已建立了LNG气化站，这些气化站的

19、LNG均河南中原油田的天然气液化工厂。(1)江苏苏州气化站江苏苏州气化站的主要功能如下： LNG的卸车及储存； 将LNG气化、调压后与水煤气、焦炉气掺混作城市煤气气源； LNG装车运往小区气化站及LNG汽车加气站。目前已实现了前二项功能。该气化站近期供气规模为2104 m3/d天然气，相当于液态天然气34.5 m3/d。设计思索未来供气量可添加到3104 m3/d，可供居民小区及汽车加气站用气。顶峰时段供气量可达1200 m3/h。LNG气化采用空气式气化器自然气化与蒸汽加热水浴式气化器强迫气化相结合的并联流程。夏季以自然气化为主，冬季用蒸汽加热气化。空气式气化器为翅片管换热器，管内为LNG，

20、管外为大气。LNG气化站工艺流程见图6。图6 LNG气化站工艺流程图气化站内主要设备为： 两台体积均为100 m3的低温贮罐，贮罐夹层填充珠光砂并抽真空进展绝热； 贮罐增压气化器二台，气化才干为150 kg/h，用于维持贮罐压力及装车输液时运用； 流量为600 m3/h空气式气化器二台； 流量为600 m3/h蒸汽加热水浴式气化器一台； BOG加热器一台，加热BOG才干为400 m3/h。(2) 山东淄博气化站山东淄博气化站工程自2000年8月开场建立，2001年8月底开工，于2001年12月2日投入LNG供气，是国内第一座工业用LNG气化站，设计才干为12104 m3/d。该气化站的主要设备

21、为：1储罐立式，几何水容积106 m3，共12台。储罐为双层构造，内罐材质为0Cr18Ni9，外罐材质为16MnR，夹层充填珠光砂250 mm 厚，抽真空。设计规定储罐日蒸发率不大于0.3%。2空浴气化器气化才干1 500 kg/h，共8台。3水浴气化器气化才干4 000 kg/h，1台。设计气化器出口介质温度不小于5。4管道、阀门低温管道的管材均采用0Cr18Ni9，低温阀门均进口，相关管道进展保冷处置。1.5.2 LNG汽车为了降低燃油汽车尾气的排放带来的城市大气污染，我国政府在积极推进LNG汽车的研讨和开发任务。国家科技部“十五清洁汽车行动关键技术攻关及产业化工程指南明确提出了单一燃料L

22、NG公交车的示范工程，经过示范工程，为全国大范围提高燃气汽车的运用程度发扬示范作用，促进国产LNG车的技术开展。在上海市科委的支持下，上海交通大学结合上海申沃客车开发动力强劲的到达欧洲III号排放规范的LNG城市公交汽车，样车已于近期投入试运转。河南中原绿能高科技公司与北京市协作正在进展单一燃料LNG公交车的示范研讨。2 LNG运用根底研讨从热力学、传热学和流膂力学来研讨天然气的低温液化流程和LNG储存技术，对开发立足于国内技术的LNG工厂和LNG接纳终端，具有重要的运用价值和远大前景。LNG的运用根底研讨包含以下内容：1天然气和制冷剂的热物性及迁移特性研讨；2天然气液化流程的设备模拟研讨；3

23、天然气液化流程的系统模拟和优化研讨；4LNG的储存分层、涡旋的传热传质数值研讨和实验研讨；5LNG储存的非稳性预测研讨。二十多年来，上海交通大学在LNG运用根底研讨方面，先后获得国家自然科学基金资助和国家教委博士点基金资助，并以东海天然气、陕北气田和中原LNG等LNG工程工程为依托，进展了全面系统的研讨任务，获得丰盛成果。3 展望在我国，LNG是个新兴产业，在LNG的消费和运用各环节上，仍有许多任务尚待进展，下面列出的几项LNG工程有待开展的任务，供读者和业内人士参考。1小型天然气液化安装小型天然气液化安装可用于开发利用遥远小气田、油井残气及沼气等多种气源。在城市，小型天然气液化安装可作城市用

24、气调峰。在天然气加气站可运用小型天然气液化安装消费LNG，为LNG车辆提供燃料。因此开展小型天然气液化安装的研制任务具有很大的适用价值。加拿大的Barclay1998年提出了车用燃料加注站Refueling Station简称RFS的设计构思。RFS系统能以LNG与CNG紧缩天然气两种方式同时向机车供应燃料。系统从气源接纳天然气，经过纯化、预冷、液化分别后，送至LNG储罐储存。LNG被低温泵保送到换热器，气化，流经CNG储罐、CNG分配站，为机车提供CNG。LNG气化过程吸收热量预冷，进入冷箱的天然气。RFS系统能顺应多种进气成分与压力，对进气条件具有较大的操作弹性。系统采用燃气轮机驱动制冷剂

25、紧缩机，实现能量自给。储槽中自蒸发气体再液化，返流到LNG储罐。利用模拟方法，Barclay比较了小型天然气液化安装的常用5种液化循环的循环效率。如表1所示，计算结果阐明，布雷顿循环液化循环效率是最高的，混合制冷剂循环次之，林德循环效率最低。目前世界上除了加拿大以外，美国、芬兰等国也在开展小型LNG安装的研发任务。这种安装的开发在中国也有重要现实意义。表1 各种液化循环的效率液化循环循环效率林德循环0.11混合制冷剂循环0.30克劳特循环0.21布雷顿循环0.37脉冲控制冷循环0.172LNG冷量利用技术LNG有利于天然气的远洋运输，有利于城市调峰等。当天然气实践运用时，仍需求气化为气体。在L

26、NG气化运用过程中，LNG将释放出大量的冷量，促进LNG的冷量利用对节省能源具有重要的意义。LNG冷量可在发电系统、空分系统、制取干冰及低温粉碎等方面回收，并产生可观的经济效益。3LNG工业链中设备的国产化在LNG工业链的各个环节中涉及到很多设备，如紧缩机、膨胀机、换热器和LNG储罐等。加速这些设备的国产化对于降低我国LNG的本钱，促进我国LNG技术程度的提高具有重要意义。4LNG船技术LNG船是民用运输船中技术含量高，制造难度大的高附加值船。目前我国将在深圳和福建建造两座LNG接纳终端，当这两个终端建成后，每年将有几百万吨的LNG运到中国，这正是我国介入LNG运输市场的最正确时机。目前国内的

27、几个大型船厂正在进展这方面的前期任务，也为相关的设备制造商和资料供应商提供了机遇。4 终了语综上所述，可见我国在LNG工厂、LNG接纳终端、LNG运输槽车和LNG气化站等LNG工业链上各环节曾经获得了很大进展。LNG工业是个新兴产业，在我国开展LNG的过程中，须认识到LNG行业以下三方面的特点：1LNG的专业化。从1910年美国开场工业化规模的甲烷液化研讨至今，LNG的研讨已有九十多年的历史，所以LNG在世界上是比较成熟的技术。我国推进开展LNG既要学习和自创国外阅历，也应结合国情，有所开展和创新。2LNG的社会化。LNG是个庞大的产业，是项系统工程，开展LNG，必需相关行业协同、配合，全球采购，精心集成。3LNG的国际化。LNG源于天然气的远洋贸易运输，所以在LNG工业链中的各环节，特别是LNG工厂、LNG接纳终端、LNG运输方面都有一套国际运作规范，我国在进展LNG的开发和利用过程中，必需留意到这个特点。但不失时机地制定我国的LNG规范、规范也是非常重要的。The Development of China Liquified Natural GasGu Anzhong, Shi Yumei, Wang Rongshun(Schoo