章 液化天然气

第九章

液化天然气制作:臧子璇天然气的液化及储存装置主要设置在天然气液化场站和接受液化天然气(LNG)的场站。在没有条件建设地下储库进行季节调峰的地区，经过技术经济比较后也可设置LNG储存站。天然气的液化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。下面介绍三种方法：阶式循环(或称串级循环)制冷为使天然气液化并达到-163.130C，需经过三段冷却。丙烷通过蒸发器7冷却乙烯和甲烷的同时，天然气被冷却到—40C左右；乙烯通过蒸发器8冷却甲烷的同时，天然气被冷却到-100.130C左右；甲烷通过蒸发器9把天然气冷却到-163℃使之液化，经气液分离器10分离后，液态天然气进罐储存。三个被分开的循环过程都包括蒸发、压缩和冷凝三个步骤。此法效率高、设计容易、运行可靠，应用比较普遍。第一节

天然气的液化及液态储存混合式(或称多组分)制冷图11-24所示是混合式制冷流程。这种方法的制冷剂是烃的混合物，并有一定数量的氮气。丙烷、乙烯及氮的混合蒸气经制冷机6压缩和冷却器5冷却后进人丙烷储罐。丙烷呈液态，压力为3MPa，乙烯和氮呈气态。丙烷在换热器4中蒸发，使天然气冷却到-70℃，同时也冷却了乙烯和氮气，乙烯呈液态进入乙烯储槽，氮气仍呈气态。液态乙烯在换热器中蒸发，冷却了天然气及氮气。氮气进入氮储槽并进行气液分离，液氮在换热器中蒸发，进一步冷却天然气，同时冷却了气态氮气。气态氮气进一步液化并在换热器中蒸发，将天然气冷却到—163℃送人储罐。此法的优点是设备较少，仅需一台制冷机和一台换热器。其缺点是气液平衡与焓的计算繁琐，换热器结构复杂，制造也困难。混合式制冷的效率和投资均比阶式循环制冷低。膨胀法制冷如图11—25所示，膨胀法制冷流程是充分利用长输干管与用户之间较大的压力梯度作为液化的能源。它不需要从外部供给能量，只是利用了干管剩余的能量。这种方法适用于远程干管压力较高且液化容量较小的地方。来自长输干管的天然气，先流经换热器1，然后大部分天然气在膨胀涡轮机中减压到输气管网的压力。没有减压的天然气在换热器2中被冷却，并经节流阀3节流膨胀，降压液化后进人储罐4。储罐上部蒸发的天然气，由膨胀涡轮机带动的压缩机吸出并压缩到输气管网的压力，并与膨胀涡轮机出来的天然气混合作为冷媒，经换热器2及1送人管网。按此原理所能液化的天然气数量，取决于管网的压力所能提供的能量。表11—4是各种压力比下甲烷的液化量。在城市对天然气的需用量大于长输干管的输气量时，必须使储存的液化气体重新气化供应城市。气化设备所需费用大约占液化设备的1／4。为使液化天然气气化，目前大部分都采用浸没式加热的蒸发器。为了保持水温，就需要烧掉一部分天然气。一般从液化天然气中得到1Nm3气态天然气需消耗745kJ左右的热量低温储罐的结构液态天然气必须储存在低温储罐中，低温储罐通常是由内罐和外罐构成，中间填充隔热材料。天然气低温储罐的结构内罐(薄膜罐)隔热层外罐(罐体):冻土壁、钢制壁、钢筋混凝土壁及预应力混凝土壁液化天然气储存站的安全液化天然气储存站通常储存的天然气以数千万立方米计(如比利时1987年投入使用的储存站内设有三个直径75m、高35m的圆筒形储罐)，其安全性是十分重要的。特别是要考虑到一旦发生事故时，应尽量减少对周围环境造成的灾害性影响。为此，除了应正确选择储存站站址外，还必须有一系列的安全措施。如：在站区平面布置中要考虑各种设备之间的安全间距，保证在某一局部发生火灾时不会波及到其它设备；为防止LNG从一个地区泄漏到相邻地区，在每一个储罐周围、所有阀门组及各种设备底部设有LNG容积池；还应设置完善的检测系统(LNG泄漏的检测装置、火焰检测器、热监测器及烟检测器)及用于消防的泡沫生成器、粉末混合系统和水冷系统等。第二节

液化天然气工业链近十年来，中国的液化天然气（简称LNG）开发已起步，在LNG链的每一环节上都有所发展，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，四川、重庆……。引进国外LNG，正在广东深圳建造LNG接收终端；并准备在福建建造第二座LNG接收终端。在LNG运输方面，储罐制造商生产的LNG槽车已投入运行，正计划开发制造运输LNG的集装箱。中国政府开始着手建造LNG船的计划。在LNG应用方面，山东、江苏、河南、浙江、广东、广西、湖南、云南等省的一些城镇建立了气化站，向居民或企业提供燃气。为了适应LNG在中国的迅速发展，LNG标准制定已经完成【GB50028-2006】LNG是天然气的一种独特的储存和运输形式，它有利于天然气的远距离运输、有利于边远天然气的回收、降低天然气的储存成本、有利于天然气应用中的调峰。由于天然气在液化前进行了净化处理，所以它比管道输送的天然气更为洁净。LNG工业链是非常庞大的，主要包括天然气液化、储存、运输、接收终端、气化站等，见图1。LNG工厂两套小型的LNG示范装置我国从20世纪80年代末开始就进行LNG装置的实践，下面介绍两个小型LNG装置，这些小型装置的研制与开发为我国探索天然气液化技术提供了宝贵的经验。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、深冷液化、循环压缩等工艺过程，将天然气液化，用槽车运送到使用地点。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2×104m3。原料气中甲烷的体积分数达95.27%。原料气压力25MPa，液化装置中天然气的入口压力为4.1MPa。中国科学院低温中心等单位研制的天然气液化装置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联合研制了两台天然气液化设备，一台容量为0.3m3/hLNG，采用天然气自身压力膨胀制冷循环；另一台容量为0.5m3/hLNG，采用氮气膨胀闭式制冷循环。中原天然气液化工厂2001年，我国第一座小型天然气液化装置在中原油田试运行成功，这标志着我国在生产LNG方面迈开了关键的一步。其生产的LNG通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2800×108m3，现已探明地质储量为947.57×108m3，这些天然气能为液化装置提供长期稳定的气源。该液化装置生产LNG的能力为15.0×104m3/d，原料气压力为12MPa、温度为30℃、甲烷含量93.35%～95.83%。图4为液化流程示意图。下面简单介绍该装置的预处理流程、液化流程和储存系统等。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调峰型天然气液化装置，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因素（如台风等）造成停产、输气管线故障或冬季调峰时向管网提供可靠的天然气供应，确保安全供气。工作过程：由市区1.5MPa天然气管网送至调峰LNG站的天然气，首先进行过滤、计量并加压至5MPa；然后进入预处理系统，用MEA法脱CO2、H2S，用分子筛脱水；再经液化流程液化；液化后的天然气贮存在2×104m3LNG储槽内。当需要供气时，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在贮存期间产生的蒸发气体，经BOG（BoilOffGas）处理工段的压缩机增压后送入市区高压管网。主要性能指标如下：①储槽容积

2×104m3；②储槽日蒸发率

0.08％；③液化能力为

LNG165m3/d；④气化能力为

LNG120m3/h。新疆LNG工程新疆LNG项目一期工程原计划于2003年9月完工，将通过火车和汽车把LNG运输到全国能源紧缺的地区，对国家“西气东输”主干管网以外的广阔市场供气。市场目标主要有如下三个：①闽东南地区，即从福州至厦门沿铁路的14个城市；②以江西景德镇为中心辐射湖南、湖北等华中地区；③华北及新疆天山北坡经济带一些地区。该LNG工厂的气源来自吐哈油田。设计液化能力为150×104m3/d天然气。LNG设计年周转量456kt；设计LNG储罐容量为3×104m3，可储存液化装置正常生产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。生产的LNG以70%通过铁路运输，30%通过公路运输的方式运往目的地。LNG接收终端为了能满足我国珠江三角洲对能源的需求，中国政府已决定在东南沿海地区适量引进LNG，LNG接收站建于珠江口海岸深圳市大鹏湾畔秤头角。广东LNG工程总体项目包括LNG接收站和输气干线项目，以及配套新建电厂，电厂改造和城市管网等用户项目，其供气范围覆盖珠江三角洲和香港地区。工程全长509km，贯穿珠江三角洲九个城市。计划在福建湄洲湾兴建第二个接收终端，LNG将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能力要达到2.5Mt。LNG运输槽车目前，由于我国LNG从生产地运往使用地是用槽车方式运输的，目前已有四川和江苏的制造商试制并生产了LNG槽车，均为半挂式运输槽车。

27m3LNG运输槽车

该槽车一次可装运27m3LNG产品，相当于1.6×104m3天然气。40m3LNG运输槽车

该槽车为一次可装运40m3LNG产。LNG的应用LNG气化站目前在山东、江苏、河南、浙江、广东、广西、湖南、云南等省的一些城镇建立了气化站，向居民或企业提供燃气。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（强制气化）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，管外为大气。LNG气化站工艺流程见图6。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，我国政府在积极推动LNG汽车的研究和开发