液化天然气储存及应用技术

液化天然气储存及应用技术摘要：天然气是一种清洁优质能源，近年来，世界天然气产量和消费量呈持续增长趋势。从今后我国经济和社会发展看，加快天然气的开发利用，对改善能源结构，保护生态环境，提高人民生活质量，具有十分重要的战略意义。关键字：清洁能源液化天然气1、前言天然气是一种清洁优质能源，近年来，世界天然气产量和消费量呈持续增长趋势。从今后我国经济和社会发展看，加快天然气的开发利用，对改善能源结构，保护生态环境，提高人民生活质量，具有十分重要的战略意义。国际上液化天然气(LNG)的生产和应用已有久远的历史。LNG贸易是天然气国际贸易的一个重要方面。近10年来LNG产量以年20％速度增长。LNG工业将是未来天然气工业重要组成部分。我国尚处于起步阶段，国家最近批准在珠海建设进口LNG接收站。中原油田正筹建一座日处理15万m3天然气的液化工厂。LNG在我国的应用必将开始一个新的阶段。2、液化天然气的制取与输送LNG是液化天然气的简称，常压下将天然气冷冻到-162℃左右，可使其变为液体即液化天然气(LNG)。它是天然气经过净化(脱水、脱烃、脱酸性气体)后，采用节流，膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的。LNG的体积约为其气态体积的l／620。天然气的液化技术包括天然气的预处理，天然气的液化及贮存，液化天然气的气化及其冷量的回收以及安全技术等内容。LNG利用是一项投资巨大、上下游各环节联系十分紧密的链状系统工程，由天然气开采、天然气液化、LNG运输、LNG接收与气化、天然气外输管线、天然气最终用户等6个环节组成。由于天然气液化后，体积缩小620倍，因此便于经济可*的运输。用LNG船代替深海和地下长距离管道，可节省大量风险性管道投资，降低运输成本。从输气经济性推算，陆上管道气在3000km左右运距最为经济，超过3500km后，船运液化天然气就占了优势，具有比管道气更好的经济性。LNG对调剂世界天然气供应起着巨大的作用，可以解决一个国家能源的短缺，使没有气源的国家和气源衰竭的国家供气得到保证，对有气源的国家则可以起到调峰及补充的作用，不仅使天然气来源多元化，而且有很大的经济价值。LNG作为城市气化调峰之用比用地下储气库有许多优点。例如：它选址不受地理位置、地质结构、距离远近、容量大小等限制，而且占地少、造价低、工期短、维修方便。在没有气田、盐穴水层的城市，难以建地下储气库，而需要设置LNG调峰。这项技术在国外已比较成熟，如美国、英国和加拿大的部分地区采用LNG调峰。我国也正在引进这项技术。液化天然气蕴藏着大量的低温能量，在1个大气压下，到常温气态大约可放出879KJ／kg的能量，利用其冷能可以进行冷能发电、空气分离、超低温冷库、制造干冰、冷冻食品等。由于LNG工厂在预处理时已脱除了气体的杂质，因此LNG作为燃料燃烧时所排放的烟气中S02及NOx含量很少。因此被称为清洁能源，广泛用于发电、城市民用燃气及工业燃气，减少了大气污染，有利于经济与环境的协调发展。3、LNG接收站的工艺系统LNG通常由专用运输船从生产地输出终端运到目的地接收站，经再气化后外输至用户。目前，已形成了包括LNG生产、储存、运输、接收、再气化及冷量利用等完整的产、运、销LNG工业体。3.1LNG接收站工艺漉程LNG接收站一般由接收港和站场两部分组成，其工艺方案可分为直接输出式和再冷凝式两种，主要区别在于根据终端用户压力要求不同，在流程中是否设有再冷凝器等设备。后者的工艺流程见图l。图1LNG接收站工艺流程瞒由拒图畅l脂可知响，质LN津G齿接收站一般律由始LN型G声卸船、储存、呼再气化／外输污、蒸发气处理辉、防真空补气兆和火炬／放芳空势6赤部分工艺系原统仙(剧有的终端还有扭冷量利用系僚统迹)笛组成。为了能促够平稳、安全凳的运转，必须揭要有高度参可占*在的控制系统。伟西LN膜G森卸船系统暑LN扫G熄运输府船秘*油泊码头后，经抹码头上卸料臂会将船叫上诸LN纯G悠输出管线与岸凡上卸船管线连起接起来，由船腰上储罐内的输李送扣泵法(视潜液箩泵烧)梳将狮LN伤G浇输送到终端的众储罐内。随臂着汉LN弯G糖不断输出，船呼上储罐内气相政压力逐渐下降嘴，为维持其值议一定，将岸上畜储罐内一部分务因冷损气化产承生的蒸发气加辈压后经回流管庆线及回流臂送维至船上储罐内境。家LN烟G呀卸船管线一般掘采用双母管式识设计。卸船时潮两根母管同时买工作，各承图担余5鸽0苍％的输送量。胖当一根终管出享现故障时，另抬一根母管仍可粱工作，不致使肺卸船中断。在报非卸船期问，夸双母管可使卸架船管线构成一档个循环，便于雁对母管进行循转环保冷，使其韵保持低温，减桶少因管线漏热在使乱LN犯G布蒸发量增加。抚通常，由岸上讲储罐输送泵出谈口分出一部搂分码LN蹈G胞来冷却需保冷珍的管线，再经视循环保冷管线倦返回罐内。每隶次卸船前还需仅用船知上养LN遵G废对卸料臂等预庆冷，预冷完毕撇后再将卸船量洒逐步增加至正拐常输量。言卸船管线上配护有取样器，在停每次卸船前取暮样并分淘析脸LN裕G示的组成、密度茂及热值。候待LN哗G董储存系统拢LN他G缘低温储罐采用世绝热保冷设计番。由于有外界植热量或其它能诊量导人，例如严储罐绝热层、着附属管件等的骂漏热、储罐内发压力变化及输批送泵的散热等牢，故会引起储个罐内少虽量诞LN脏G烤蒸发。正常运坟行时。罐婆内凑LN丝G写的日蒸发率约充为是0.0咽6注％移--0.0疯8柏％。卸船时，职由于船上储罐旷内输送泵运行草时散热、船上垫储罐与终端储靠罐的压差、卸臣料臂漏热鉴及粥LN锻G趟液体与蒸发气扁的置换等，蒸游发气量可数倍套增加。为了最交大程度减少卸染船时的蒸发气切量，应尽量提庙高此时储罐内汽的压力。接收钩站的储存能力棉可按下式计算章，即：膏Vs=Vt+何nQ-t巨q范式中：冒V厉s尚—络—榴储存能蜂力斯,m彻3床；臣V励t朱—蔬—浙LN茶G坝运输船船状容领,m跑3头；义n英—炒—害连续不可作业颂的日诚数完,偷d麦；依Q厌—啦—丢平均日输送虎量符,m箭3第／放d喘；户t俭—地—近卸船时间沿，维h消；镜q结—欲—机卸船时的输送掌量齐，物m赵3盲／摆d扁。焦一般说来，接撒收站至少应词有赖2骆个等容积的储替罐。一般都电在野lO×l陷04m丑3井以上，直径伏达私7吹0明多米。酸似LN南G蛛再气刮化核/董外输系统欢储罐撇内和LN职G打经罐内输送泵厉加压符至奥1MP锯a轧后进入再冷凝温器，使来自储绒罐顶部的蒸发压气液化。从再应冷凝器中流出泉的深LN榆G荐可根据不同用脂户要求，分别白加压至不同压悄力。一般情况熄是一部柴分式LN可G盐经低压外输泵膏加压伏至贱4.0MP步a骨后。进入低压失水淋蒸发器中牺蒸发。水淋蒸师发器在基本负理荷下运行时，项浸没燃烧式蒸剩发器作为备用宁设备，在水淋箩蒸发器维修时续运行或在需要形增加气量调峰卷时并联运行；眉另一部修分主LN翼G缴经高压外输泵究加压诚至询7MP套a非后，进入高压粒水淋蒸发器蒸科发，以供远距动离用户使用。键高压水淋蒸发软器也配有浸没齐燃烧式蒸发器赏备用。再气化鞭后的高、低压湿天然赚气坟(驻外输捆气竭)既经计量设施分发别计量后输往捏用户。趴为保证罐内输压送泵、罐外低对压和高压外输混泵正常运行，笑泵出口均设有滨回流管线。避当愿LN怖G咏输送量变化时体，可利用回流旗管线调节流量虎。在停止输出概时，可利用回消流管线打循环筹，以保证泵处磨于低温状态。育演刊蒸发气处理系时统矮储罐顶部的蒸抄发气先通过压极缩机加压洋到缠1MP鬼a傅左右，然后坐与攀LN茫G郊低压泵送来的渴压力懂为赔1MP融a妨的过冷液体换挤热，冷凝唇成蜜LN晃G平。此系统应保希证各LN肆G唐储罐在一定压您力范围内正常愿工作。储罐的吴压力取决于罐等内气狡相根(邀蒸发麦气堵)痒的压力。储罐探中设置压力开悼关，并分别设乳定几个等级的须超压值及欠压蓬值，当压力超挺过或低于各级课设定值时，蒸典发气处理系统波按照压力开关乱进行相应动作匀。以控制储罐勺气相压力。验在低温下运行拥的蒸发气压缩言机，对人口温为度通常有一定笨限制。往复式雪压缩机一般要惠求萄为久-8贫0稻℃倾～头16筐0衬℃妹，离心式压缩扁机度为存-8莫0侧℃铜～疑16笼0括℃滴。为保证人口模温度不超磁限谢(逐主要是防止超仪过上辰限沫)泼。故要求在压完缩机人口设蒸骂发气冷却器，梳利别用凑LN腥G迁的冷量保证人碧口温度低于上末限。慎坝鹰储罐防真空补隶气系统况为防厦止劲LN蚂G玉储罐在运行中含产生真空，在略流程中配有防址真空补气系统弹。补气的气源热通常为蒸发器洽出口管汇引出肾的天然气。有霉些储罐也采取俘安全阀直接连雅接通大气的做党法，当储罐产鹰生真空时，大桐气可直接由阀嘴进入罐内补气能。百刚桂火炬／放空系距统悄当驶LN栏G童储罐内气相空逃间超压，蒸发街气压缩机不能渡控制且压力超胡过泄放阀设定输值时，罐内多笔余蒸发气将通酸过泄放阀进入根火炬中烧掉。醉当发生诸如翻日滚现象等事故铁时，大量气体持不能及时烧掉周，则必须采取扭放空措施捧泄抄。山4轰、信LN慧G违接收站的主要乓设备发4.1阴但卸科臂欧通常根据终靖劝规模配置效根券卸料臂侨及葡1荐根蒸发气回流释臂，二者尺寸瓜可同可异，但异结构性能相同滴。如若尺寸相巡同则可互用。斜卸料臂的选型免应考舞虑蹲LN舞G饭卸船量和卸船奥时间，同时根黎据栈桥长度、喉管线距离、高宴程、船上储罐芳内输送泵的扬筝程等，确定其慨压力等级、管晓径及数量。蒸愉发气回流臂则翼应根据蒸发气桂回流量确定其拣管径等。鹊为了保证卸料特臂的旋转接头淘在低温下有良哈好的密封性能嚷而采用双重密脑封结构，同时忠可在工作状态涉时平移和转动盆；为了安全。送每阔台兆LN颗G刑卸料臂必须配足备紧急脱离装玩置。臂恢内巨LN讽G胖设计流速一般滨为讨l均0m捡／或s叨。蒸发器回流净臂的流速设计限值为西50m片／肺s留。惹LN诞G澡卸料臂的材质舍主要为不锈钢愧和铝合金。制溉造直径一般在斩40.64c细m币以下。闯4.2LN双G衣储簟擦LN往G南储罐属常压、排低温大型储罐耀，分为地上式畏与地下式两类坊，通常为平底关双壁圆柱形。描储罐内壁备与然LN道G枣直接接触，一艇般采用含泡镍桥9毫％的合金钢。聋也可为全铝、梨不锈钢薄膜或阅预应力混凝土酸，外壁为碳钢汤或预应力混凝勺土。壁顶的悬挖挂式绝热支撑假平台为铝制，串罐顶则由碳钢牺或混凝土制成尊。簟内绝热材鹊料主要为膨胀丘珍珠岩、弹性提玻璃纤维毡及功泡沫玻璃砖等虽。洽LN蒙G铺储罐又有单铃容侮(楚单封存闭养)君罐、双拢容还(派双封释闭向)野罐及全诞容格(守全封建闭洗)剥罐候3谣种型式。陡单容罐在金属伙罐外有一比罐望高低得多的混猫凝土围堰，用孤于防止在主容彩器发生事故惩时蒜LN逢G从外溢扩散。该困型储罐造价最故低，但安全性温稍差、占地较纤大。与单容罐狼相比，双容罐镰的辅助容器则长是在主容器外帐围设置的一层而高度与罐壁相缺近，并与主容陷器分开的圆柱泡形混凝土防护货墙，全容储罐吴是在金属罐外递有一带顶的全讽封闭混凝长土外罐，即府使专LN趋G仰一旦泄露也只建能在混凝土外错罐内而不致于所外泄，还可防过止子弹击穿、芳热辐射等。生这饥3歌种型式的储罐印各有优缺点。翅选择罐型时应象综合考虑技术包、经济、安全海性能、占地面残积、场址条件安、建设周期及叫环境等因素。箭地下储罐全部澡建在地面以下为，金属罐外是萄深达百米左右亩的混凝土连续扭地中壁。地下宣储罐主要集中痰在日本。抗地慧震性好，适宜缴建在海滩回填练区上，占地少模。多个储罐可渴紧密布置，对忆站周围环境要枣求较好。安全铺性最高。须气相空间设计裳压力是常压、提低温大型储罐青的重要参数，恐尤其对接收站全储簟更为重要匠。随着科学技纠术的进步，这旬类储簟的气相限空间设计压力诱正逐年提高。管尤其是薄膜罐监，由于其固有甩结构特点，可予采用较高的设诸计压力。袍储罐所有开口鞋均应选择在罐活顶，避漆免呆LN锯G犁由接口处泄漏灯。此外，还应温采用措施防止击在某些情况下偶由于液体分层倍及储罐漏热而地引起的翻滚现胳象。例如，考河虑到运输船待身卸辜的第LN锯G榴与终端储罐内每已舱有顽LN旁G冤的密度差，可绳将卸船管线进斑液口分别引至割罐顶与罐底。赌如待蜜卸博LNG扎,聚密度大于储罐察内已作有烛LN骆G地密度，月采用询簟顶进液口。且反坐之输.墓刚采用罐底进扰液口。吸4.3LN饶G钻输送泵饭终端储罐内均犬设有输谋送疤LN拜G谊的潜液泵秩。梁LN生G拳泵是站内输谢送抗LN辉G中的关键设备，啦由豆于原LN室G培温度岩低捐,晓易汽询化蒜,刮易燃易爆，因式此帅LN冤G滥泵有许多独特核结构。要求低牧温下轴封康可单*浙，以便将泄漏靠的可能性减少倒到最低程度；讯为防止处于气毫一液平衡状态度进料锦的扬LN倾G礼在泵内气化，晨保持泵妨内灾LNG傲,狸与储罐吴内君LNG奋,晨具有相同的温阳度虏，租LN李G料泵被设计成浸槐设式结构，连别同马达一起浸小没于装眉有率LN贩G迅液体的泵内容轮器中。促LN盘G触泵一般为多级妄泵，扬程可根幕据用户要求而锻定。选择范围摔为盟50m至～邀2000m孙，以适应不同斑输气管网对压介力的要求。胞在判LN荐G舞泵中，泵内容救器和轴采用奥院氏体不锈钢，逝泵体和叶轮采刻用铝合金。如颈需在高压下管析输天然气，还厚应在蒸发器前槽配置外输泵进篇行增压。疯在泵初次运行邮和检修后投运佣之前，以及泵称处于备用状态埋时，均需预冷堤或保冷。泵停半运后如保冷不齿善，随着漏热圣量增加，泵内锡的彼LN饶G哑逐渐蒸发，溶骗解常在莫LN岸G饲中识的用CO哈2西浓度相对增加愤，当其浓度大渣于纪1.5×l0护4泽时就可秤能垃“狗结汁冰编”胳，堵塞泵的流注道，甚至使泵订不能正常运行肉。轧4.4LN功G当气化器岗按结构或热源布不同，可分为矮板翅式、管壳或式、中流式、璃开架式、浸没林燃烧式及中间谢媒体式等多种可。添LN俗G保接收站多采用邻开架式水淋气底化器和浸没燃临烧气化器。前分者以海水为加坑热介质，体积太庞大，且需配枕置海水系统，积故投资较高，翅占地面积较大捎，但运行成本套低，且安全浙可阅*胖。对于基本负器荷型供气要求言，可采用多台志并联运行。后览者以终端蒸发台气为燃料，采歉用燃烧加热。巡其优点是投资巷低，启动快。磁能迅速调呢节促LN毁G斑蒸发量，但运赵行成本高，通棋常只用于调峰午。开架式水淋纯蒸发器及浸没煮燃烧式蒸发器赠的示意结构见虎图驼2羊、酱3妻。啊开架式气化器锄是应用最广泛似的基本负荷夜型茅LN统G色气化器，它以雅水为热源，通奔常是海水或电池厂的直捧海水搏，运行成本低锻廉，但于由提笑供热源的海水卡进口温差较小臣，以致开架式即气化器设备比敞较大，投资较芳高。在开架式或气化器中壶，绳LN企G未从下部总管进翠入，然后沿着所成幕状结构盲的侧LN珍G蛇换热管上升，充与海水换热气闻化后成常温气酱体送出，每幕茧一般扇由商7汁0兆根挪-10旋0交根管组成，海势水从上部进入略，经分布器分算配后成薄膜状违均匀沿幕借状巩LN贿G醋管下降，使管戒内奉LN践G矿受热气化。柜为避免影响周长围海区生态平逆衡，海水进、欠出口温差不得宵超过嘴7龄℃浸，实际常控制脉在不超窜过梁4撞℃弹～吐5娘℃淹。管束板一般麦采用在低温下挨有良好机械性搁能、焊接性能贼、传热性能好借且对海水有优艇良耐腐蚀性的鸣铝合金材料。躬并在外层涂锌扮处理。糖正瞎面客图蚕何海水出口侧葬面图霞末图筐2伶酿开架式气化器愧结构示意图讲浸没燃烧式蒸舅发器包括换热漠管、水浴、浸隆没式燃烧器、劣燃烧室和鼓风越机等。燃烧器狠在水浴水面上掘燃烧，热烟气葱通过下捧气管贱由喷雾器捧入拖水浴的水中，甩使水产生高度合湍动。换热管骡内湿的社LN粘G馋与管外高度湍斜动的水充分换驾热，从而谦使速LN币G刘加热、蒸发。决这种蒸发器的泊热效率可侮达昂9梦5壮％以上，且安沿全可靠。抓此种气化器体扛积小，与开架伸式气化器相比悉省掉了大型取榆水和捧水设备座，热效率高，挠开停车迅速方郊便；但因消耗乒天然气而使运序行成本较高，屈一般不作为基近本负荷型气化痒器，主要用于隙调峰和备用。口它的关键部分郊是燃烧器和传蜘热管束，首先害必须保证天然蓄气在狭小的燃佩烧室内和因水息面波动不断变限化的背压下均骂匀稳定燃烧；吨其次内来装禾LN湖G平的传热管束由吩于不断受到高灾温燃烧气体的禁冲击和自身的妻振动，要采竞用份SUS笋304L壮或品SUS31主6献等低碳不锈钢赏，且消除应力炕。炮图农3树惭浸没燃烧式气前化器结构示意植圈验4.5描秩蒸发气压缩机导由桨于搏LN灰G晋储罐在不同工赚况下有不同蒸质发气量，故应驾将蒸发气压缩揭机分为两组。企一组用于非卸田船工况。一组亦用于卸船工况戏。通常采用往辣复式或离心式犬。前者适用于捞小气量及高压树缩比，后者适诚用于大气量及狠中、低压缩比谨。穗4.6将劫再冷凝嚣怖再冷凝器具有尊冷凝和分液两副种作用。正常赖情况下使来自境储罐内的蒸发呢气液化；当蒸订发气量增加时舟。未冷凝的蒸京发气分液后捧零向火炬；当蒸馆发气量不足如时尼.编可引入少量外裕输气至再冷凝远器，使其压力呢保持正常。祝5宾、液化天然气晨冷能的利用侄LN恩G欺的用途很广。走可用于民用负挥荷调峰、发电工、工业用户和脾商业用户交。脚LN呜G户的关键技术在叛于深度冷冻液胁化，其储罐和茶专用运输巨轮峡就象超级低温辩冰箱，这些过绢程都要消耗巨计大的能源，但罩按能量守恒规装律，此冷能在屿释砹时侧利用肾，甚以橡l冰毕低成本。罢利掉用宝LN许G能冷能主要是拐依灿*LN盛G缸与周围环境之续间存在的温度泥和压力差，通稍过慰LN班G香变化到与外界坑平衡时，回收无储存项在敏LN及G已中的能量。料利笼用询LN催G蹦冷能的过程可隐分为两类：直浮接利用和间接值利用。前者包仰括：发电、空筋气液化分离、百冷冻仓库、制糖造液化二氧化隔碳、海水淡化壮、空调和低温僵养殖、栽冬培等。后者包悦括：低温破碎锡、水和污染物极处理及冷冻食汇品等。目前对拼液化天然气冷锐能的利用工程朋取得了许多成餐果。掉6恢、品LN医G怎应用于汽车愿天然气作为能翻源，由于它对璃大气污染少而舱被称为清洁燃仅料，更是汽车喜的优质代用燃颗料。近年来，鸣它已被世界许元多国家重视和搂推广。邀按照天然气的卖储存方式不同谋，天然气汽车碌大致分踩为份CNGV弱(娃压缩天然气汽袋车菌)涌、恒LNGV丑(休液化天然气汽削车蚕)狭、暮和求ANGV登(鉴吸附天然气汽嫁车积)赢。吃目前我国对天钟然气汽车的发武展也非常重视愿。集到推199这9俯年。全国已改厨装各挂种姓CN速G警汽镇车万l风万多辆，建设讯加气洋站推7速0逃多座励。鸭ANG伏V梳正处在研制阶奶段。我故国积LNG荒V饭的应用仍是一富项空白。迈用径LN惕G销作为汽车燃料下特别值得推广旋。与传统的石纸油类燃料相比催，赌LN经G群具有明显的优序点，汽车续驶胃里程长层，糠LN话G璃相对语于馒CN肚G求和勾LP见G渗具有储存能量震大、压力低、怎噪声低、更清凤洁等优势，利克用睁LN贴G移冷量取代汽车姜空调，不破坏扒生态，良好的慕使用性象能热(泽抗爆、稳定性碌强、燃烧热值屋高、燃点值糕宽彼)揪和相对便宜。鹿俄罗斯在舰将针LN字G代用于汽车运输抚、铁路运输、箩水上运输和空傅中运输方面积慢累了许多经验招。放LN仅G遣汽车供气系统此的组成及工作证原理如忍图枯4膏所示，蚁为爆LN夜G摘汽车的燃料供悟给系统的构成籍简图。禾图抚4LN软G歌汽车燃料供给腾系瞒1替.诊安全阀度：及2掠.鸭压力表料：胆3警.她液位计碍；盯4.LN局G卸储罐颂；袋5残.耕压力控制器：驼6坊.渠球阀络；泛7证.探充液阀盾；布8捉.皮电磁阀至；煮9馒.胞蒸发嚣及两级代减压器；加10属.惹加热水管初；搜11范.渣发动机卸；卷l2铜.敞混合嚣随；絮13魔.掘化油器羽；齿14扛.絮自增压嚣拣LN科G画储存系统包括握储液罐、安全腾阀、充液阀、强自增压器、压蹲力控制阀、液量位计和压力表聋等甩。渣LN以G野储液罐为低温线容器，要求具逝有较高的绝热鹰性能和一定高斧的耐压强度，这以保踢