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液化自然气储存及应用技术

  来源:应急安全管理网 
评论: 更新日期:2019年04月21日

1、前言
??? 自然气是一种干净优质能源,比年来,世界自然气产量和消费量呈持续增长趋向。从今后我国经济和社会睁开看,加快自然气的开拓利用,对改良能源布局,掩护生态环境,提高国民生活品德,具有十分重要的计谋意义。
??? 国际上液化自然气(LNG)的临盆和应用已有久远的历史。LNG商业是自然气国际商业的一个重要方面。近10年来LNG产量以年20%速率增长。LNG工业将是未来自然气工业重要构成部分。我国尚处于起步阶段,国度最近同意在珠海打造入口LNG接收站。华夏油田正筹建一座日处理15万m3自然气的液化工场。LNG在我国的应用势必开端一个新的阶段。
2、液化自然气的制取与输送
??? LNG是液化自然气的简称,常压下将自然气冷冻到-162℃阁下,可使其变为液体即液化自然气(LNG)。它是自然气颠末净化(脱水、脱烃、脱酸性气体)后,采纳节流,膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而构成的。LNG的体积约为其气态体积的l/620。
??? 自然气的液化技术包含自然气的预处理,自然气的液化及贮存,液化自然气的气化及其冷量的收受接收和安全技术等内容。
??? LNG利用是一项投资弘大、高低游各关键联系十分慎密的链状体系工程,由自然气开采、自然气液化、LNG运输、LNG接收与气化、自然气外输管线、自然气最终用户等6个关键构成。
??? 因为自然气液化后,体积缩小620倍,因此便于经济靠得住的运输。用LNG船代替深海和公开长距离管道,可节省大批危险性管道投资,低落运输本钱。从输气经济性推算,陆上管道气在3000km阁下运距最为经济,超过3500km后,船运液化自然气就占了优势,具有比管道气更好的经济性。
??? LNG对调剂世界自然气供给起着弘大的感化,可以或许解决一个国度能源的短缺,使没有气源的国度和气源衰竭的国度供气获得包管,对有气源的国度则可以或许起到调峰及弥补的感化,不只使自然气来源多元化,而且有很大的经济价值。
??? LNG作为都邑气化调峰之用比用公开储气库有很多优点。例如:它选址不受地舆地位、地质布局、距离远近、容量大小等限制,而且占地少、造价低、工期短、维修便利。在没有气田、盐穴水层的都邑,难以建公开储气库,而必要设置LNG调峰。这项技术在外洋已比较成熟,如美国、英国和加拿大的部分地区采纳LNG调峰。我国也正在引进这项技术。
??? 液化自然气蕴藏着大批的高温能量,在1个大气压下,到常温气态大约可放出879KJ/kg的能量,利用其冷能可以或许停止冷能发电、空气分离、超高温冷库、制作干冰、冷冻食物等。
??? 因为LNG工场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。因此被称为干净能源,普遍用于发电、都邑民用燃气及工业燃气,削减了大气净化,有利于经济与环境的协调睁开。
3、LNG接收站的工艺体系
??? LNG通常由公用运输船从临盆地输入终端运到目标地接收站,经再气化后外输至用户。目前,已构成为了包含LNG临盆、储存、运输、接收、再气化及冷量利用等完备的产、运、销LNG工业体。
3.1 LNG接收站工艺漉程
??? LNG接收站一样平常由接收港和站场两部分构成,其工艺计划可分为间接输入式和再冷凝式两种,重要差别在于根据终端用户压力请求分歧,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1 LNG接收站工艺流程
??? 由图l可知,LNG接收站一样平常由LNG卸船、储存、再气化/外输、蒸发气处理、防真空补气和火把/放空6部分工艺体系(有的终端另有冷量利用体系)构成。为了可以或许安稳、安全的运行,必需要有高度靠得住的节制体系。
3.1.1 LNG卸船体系
??? LNG运输船靠泊船埠后,经船埠上卸料臂将船上LNG输入管线与岸上卸船管线衔接起来,由船上储罐内的输送泵(潜液泵)将LNG输送到终端的储罐内。跟着LNG赓续输入,船上储罐内气相压力逐渐下降,为维持其值一定,将岸上储罐内一部分因冷损气化发生的蒸发气加压后经回流管线及回流臂送至船上储罐内。
??? LNG卸船管线一样平常采纳双母管式设计。卸船时两根母管同时工作,各承当50%的输送量。当一根终管出现故障时,另外一根母管仍可工作,不致使卸船中断。在非卸船期问,双母管可使卸船管线构成一个轮回,便于对母管停止轮回保冷,使其坚持高温,削减因管线漏热使LNG蒸发量增长。通常,由岸上储罐输送泵进口分出一部分LNG来冷却需保冷的管线,再经轮回保冷管线返回罐内。每次卸船前还需用船上LNG对卸料臂等预冷,预冷终了后再将卸船量逐渐增长至正常输量。
??? 卸船管线上配有取样器,在每次卸船前取样并阐发LNG的构成、密度及热值。
3.1.2 LNG储存体系
??? LNG高温储罐采纳绝热保冷设计。因为有外界热量或其它能量导人,例如储罐绝热层、附属管件等的漏热、储罐内压力变更及输送泵的散热等,故会引起储罐内少量LNG蒸发。正常运行时。罐内LNG的日蒸发率约为0.06%--0.08%。卸船时,因为船上储罐内输送泵运行时散热、船上储罐与终端储罐的压差、卸料臂漏热及LNG液体与蒸发气的置换等,蒸发气量可数倍增长。为了最大程度削减卸船时的蒸发气量,应尽量提高此时储罐内的压力。接收站的储存能力可按下式计算,即:
Vs=Vt+nQ-tq式中:
Vs——储存能力,m3;
Vt——LNG运输船船容,m3;
n——连续不行功课的日数,d;
Q——平均日输送量,m3/d;
t——卸船光阴,h;
q——卸船时的输送量,m3/d。
一样平常说来,接收站至少应有2个等容积的储罐。一样平常都在lO×l04m3以上,直径达70多米。
3.1.3 LNG再气化/外输体系
??? 储罐内LNG经罐内输送泵加压至 1MPa后进入再冷凝器,使来自储罐顶部的蒸发气液化。从再冷凝器中流出的LNG可根据分歧用户请求,分离加压至分歧压力。一样平常环境是一部分LNG经低压外输泵加压至4.0MPa后。进入低压水淋蒸发器中蒸发。水淋蒸发器在基本负荷下运行时,浸没燃烧式蒸发器作为备用设备,在水淋蒸发器维修时运行或在必要增长气量调峰时并联运行;另外一部分LNG经高压外输泵加压至7MPa后,进入高压水淋蒸发器蒸发,以供远距离用户应用。高压水淋蒸发器也配有浸没燃烧式蒸发器备用。再气化后的高、低压自然气(外输气)经计量举措措施分离计量后输往用户。
??? 为包管罐内输送泵、罐外低压和高压外输泵正常运行,泵进口均设有回流管线。当LNG输送量变更时,可利用回流管线调节流量。在停止输入时,可利用回流管线打轮回,以包管泵处于高温状况。
3.1.4蒸发气处理体系
??? 储罐顶部的蒸发气先颠末过程压缩机加压到1MPa阁下,然后与LNG低压泵送来的压力为1MPa的过冷液体换热,冷凝成LNG。此体系应包管LNG储罐在一定压力规模内正常工作。储罐的压力取决于罐内气相(蒸发气)的压力。储罐中设置压力开关,并分离设定几个品级的超压值及欠压值,当压力超过或低于各级设定值时,蒸发气处理体系按照压力开关停止相应举措。以节制储罐气相压力。
??? 在高温下运行的蒸发气压缩机,对生齿温度通常有一定限制。往复式压缩机一样平常请求为-80℃~160℃,离心式压缩机为-80℃~160℃。为包管生齿温度不超限(重要是防止超过上限)。故请求在压缩机生齿设蒸发气冷却器,利用LNG的冷量包管生齿温度低于上限。
3.1.5 储罐防真空补气体系
??? 为防止LNG储罐在运行中发生真空,在流程中配有防真空补气体系。补气的气源通常为蒸发器进口管汇引出的自然气。有些储罐也采取安全阀间接衔接通大气的做法,当储罐发生真空时,大气可间接由阀进入罐内补气。
3.1.6 火把/放空体系
??? 当LNG储罐内气相空间超压,蒸发气压缩机不能节制且压力超过泄放阀设定值时,罐内多余蒸发气将颠末过程泄放阀进入火把中烧掉。当发生诸如翻滚现象等事故时,大批气体不能实时烧掉,则必需采取放空措施捧泄。4 LNG接收站的重要设备
4.1卸科臂
??? 通常根据终靖规模设置设备摆设效根卸料臂及1根蒸发气回流臂,二者尺寸可同可异,但布局机能相同。如若尺寸相同则可互用。
??? 卸料臂的选型应考虑LNG卸船量和卸船光阴,同时根据栈桥长度、管线距离、高程、船上储罐内输送泵的扬程等,确定其压力品级、管径及数目。蒸发气回流臂则应根据蒸发气回流量确定其管径等。
??? 为了包管卸料臂的旋转接头在高温下有优越的密封机能而采纳两重密封布局,同时可在工作状况时平移和转动;为了安全。每台LNG卸料臂必需装备紧急脱离装配。臂内LNG设计流速一样平常为l0m/s。蒸发器回流臂的流速设计值为50m/s。LNG卸料臂的材质重要为不锈钢和铝合金。制作直径一样平常在40.64cm如下。
4.2 LNG储簟
??? LNG储罐属常压、高温大型储罐,分为地上式与公开式两类,通常为平底双壁圆柱形。储罐内壁与LNG间接接触,一样平常采纳含镍9%的合金钢。也可为全铝、不锈钢薄膜或预应力混凝土,外壁为碳钢或预应力混凝土。壁顶的悬挂式绝热支撑平台为铝制,罐顶则由碳钢或混凝土制成。簟内绝热资料重要为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维毡及泡沫玻璃砖等。LNG储罐又有单容(单封闭)罐、双容(双封闭)罐及全容(全封闭)罐3种型式。
??? 单容罐在金属罐外有一比罐高低得多的混凝土围堰,用于防止在主容器发生事故时LNG外溢扩散。该型储罐造价最低,但安全性稍差、占地较大。与单容罐相比,双容罐的辅助容器则是在主容器外围设置的一层高度与罐壁相近,并与主容器分开的圆柱形混凝土防护墙,全容储罐是在金属罐外有一带顶的全封闭混凝土外罐,即使LNG一旦泄露也只能在混凝土外罐内而不致于外泄,还可防止子弹击穿、热辐射等。这3种型式的储罐各有优缺点。抉择罐型时应综合考虑技术、经济、安全机能、占高空积、场址条件、打造周期及环境等因素。
??? 公开储罐全体建在高空如下,金属罐外是深达百米阁下的混凝土连续地中壁。公开储罐重要会合在日本。抗地动性好,适宜建在海滩回填区上,占地少。多个储罐可慎密布置,对站周围环境请求较好。安全性最高。
??? 气相空间设计压力是常压、高温大型储罐的重要参数,特别对接收站储簟更加重要。跟着科学技术的提高,这类储簟的气相空间设计压力正逐年提高。特别是薄膜罐,因为其固有布局特色,可采纳较高的设计压力。
??? 储罐统统开口均应抉择在罐顶,防止LNG由接口处泄漏。别的,还应采纳措施防止在某些环境下因为液体分层及储罐漏热而引起的翻滚现象。例如,考虑到运输船待卸的LNG与终端储罐内已有 LNG的密度差,可将卸船管线进液口分离引至罐顶与罐底。如待卸LNG,密度大于储罐内已有LNG密度,月采纳簟顶进液口。反之.刚采纳罐底进液口。
4.3 LNG输送泵
??? 终端储罐内均设有输送LNG的潜液泵。LNG泵是站内输送LNG的关键设备,因为LNG温度低,易汽化,易燃易爆,因此LNG泵有很多独特布局。请求高温下轴封靠得住,以便将泄漏的可能性削减到最低程度;为防止处于气一液均衡状况进料的LNG在泵内气化,坚持泵内LNG,与储罐内LNG,具有相同的温度,LNG泵被设计成浸设式布局,连同马达一路浸没于装有LNG液体的泵内容器中。
??? LNG泵一样平常为多级泵,扬程可根据用户请求而定。抉择规模为50m~2000m,以顺应分歧输气管网对压力的请求。在LNG泵中,泵内容器和轴采纳奥氏体不锈钢,泵体和叶轮采纳铝合金。如需在高压下管输自然气,还应在蒸发器前设置设备摆设外输泵停止增压。
??? 在泵初次运行和检修后投运之前,和泵处于备用状况时,均需预冷或保冷。泵停运后如保冷不善,跟着漏热量增长,泵内的LNG逐渐蒸发,溶解在LNG中的CO2浓度相对增长,当其浓度大于1.5×l04时就可能“结冰”,堵塞泵的流道,甚至使泵不能正常运行。
4.4 LNG气化器
??? 按布局或热源分歧,可分为板翅式、管壳式、中流式、开架式、浸没燃烧式及中央媒体式等多种。LNG接收站多采纳开架式水淋气化器和浸没燃烧气化器。前者以海水为加热介质,体积庞大,且需设置设备摆设海水体系,故投资较高,占高空积较大,但运行本钱低,且安全靠得住。对付基本负荷型供气请求,可采纳多台并联运行。后者以终端蒸发气为燃料,采纳燃烧加热。其优点是投资低,启动快。能敏捷调节LNG蒸发量,但运行本钱高,通常只用于调峰。开架式水淋蒸发器及浸没燃烧式蒸发器的示意布局见图2、3。
??? 开架式气化器是应用最普遍的基本负荷型 LNG气化器,它以水为热源,通常是海水或电厂的直捧海水,运行本钱低廉,但于由供给热源的海水入口温差较小,以致开架式气化器设备比较大,投资较高。在开架式气化器中,LNG从下部总管进入,然后沿着成幕状布局的LNG换热管上升,与海水换热气化后成常温气体送出,每幕一样平常由70根-100根管构成,海水从上部进入,经散布器分派后成薄膜状均匀沿幕状LNG管下降,使管内 LNG受热气化。
??? 为防止影响周围海区生态均衡,海水进、进口温差不得超过7℃,实际常节制在不超过4℃~5℃。管束板一样平常采纳在高温下有优越机械机能、焊接机能、传热机能涸勖且对海水有优越耐腐蚀性的铝合金资料。并在外层涂锌处理。
??? 浸没燃烧式蒸发器包含换热管、水浴、浸没式燃烧器、燃烧室和鼓风机等。燃烧器在水浴水面上燃烧,热烟气颠末过程下捧气管由喷雾器捧入水浴的水中,使水发生高度湍动。换热管内的LNG与管外高度湍动的水充足换热,从而使LNG加热、蒸发。这种蒸发器的热效力可达95%以上,且安全靠得住。
??? 此种气化器体积小,与开架式气化器相比省掉了大型取水和捧水设备,热效力高,开泊车敏捷便利;但因消耗自然气而使运行本钱较高,一样平常不作为基本负荷型气化器,重要用于调峰和备用。它的关键部分是燃烧器和传热管束,首先必需包管自然气在狭小的燃烧
??? 海水入口
??? NG入口
????
??? 室内和因水面波动赓续变更的背压下均匀稳固燃烧;其次内装LNG的传热管束因为赓续遭到高温燃烧气体的冲击和自己的振动,要采纳SUS304L或SUS316等低碳不锈钢,且消除应力。
4.5蒸发气压缩机
??? 因为LNG储罐在分歧工况下有分歧蒸发气量,故应将蒸发气压缩机分为两组。一组用于非卸船工况。一组用于卸船工况。通常采纳往复式或离心式。前者适用于小气量及高压缩比,后者适用于大气量及中、低压缩比。
4.6再冷凝嚣
??? 再冷凝器具有冷凝和分液两种感化。正常环境下使来自储罐内的蒸发气液化;当蒸发气量增长时。未冷凝的蒸发气分液后捧向火把;当蒸发气量不敷时.可引入少量外输气至再冷凝器,使其压力坚持正常。

5液化自然气冷能的利用
??? LNG的用途很广。可用于民用负荷调峰、发电、工业用户和商业用户。LNG的关键技术在于深度冷冻液化,其储罐和公用运输巨轮就象超等高温冰箱,这些过程都要消耗弘大的能源,但按能量守恒规律,此冷能在释砹时侧利用,以l毕低本钱。
??? 利用LNG冷能重要是依靠LNG与周围环境之间存在的温度和压力差,颠末过程LNG变更到与外界均衡时,收受接收储存在LNG中的能量。
??? 利用LNG冷能的过程可分为两类:间接利用和间接利用。前者包含:发电、空气液化分离、冷冻仓库、制作液化二氧化碳、海水淡化、空调和高温养殖、种植等。后者包含:高温破碎、水和净化物处理及冷冻食物等。目前对液化自然气冷能的利用工程取得了很多效果。
6 LNG应用于汽车
??? 自然气作为能源,因为它对大气净化少而被称为干净燃料,更是汽车的优质代用燃料。比年来,它已被世界很多国度看重和履行。
??? 按照自然气的储存办法分歧,自然气汽车大致分为CNGV(压缩自然气汽车)、LNGV(液化自然气汽车)、和ANGV(吸附自然气汽车)。
??? 目前我国对自然气汽车的睁开也非常看重。到1999年。世界已改装各种CNG汽车l万多辆,打造加气站70多座。ANGV正处在研制阶段。我国 LNGV的应用仍是一项空白。用LNG作为汽车燃料分外值得履行。与传统的煤油类燃料相比,LNG具有显著的优点,汽车续驶里程长,LNG相对付 CNG和LPG具有储存能量大、压力低、噪声低、更干净等优势,利用LNG冷量取代汽车空调,不破坏生态,优越的应用机能(抗爆、稳固性强、燃烧热值高、燃点值宽)和相对便宜。俄罗斯在将 LNG用于汽车运输、铁路运输、水上运输和空中运输方面积聚了很多经验。
??? LNG汽车供气体系的构成及工作原理如图4所示,为LNG汽车的燃料供给体系的构成简图。

1.安全阀:2.压力表:3.液位计;4.LNG储罐;5.压力节制器:
6.球阀;7.充液阀;8.电磁阀;9.蒸发嚣及两级减压器;
10.加热水管;11.发动机;l2.混合嚣;13.化油器;14.自增压嚣
??? LNG储存体系包含储液罐、安全阀、充液阀、自增压器、压力节制阀、液位计和压力表等。LNG储液罐为高温容器,请求具有较高的绝热机能和一定高的耐压强度,以包管LNG的正常储存状况和 LNG的安全应用。根据分歧的绝热办法,车用LNG储液罐可分为真空绝热型,真空粉末(或纤维)绝热型和高真空多层绝热型等范例。内胆是由不锈钢制成的液体容器。外壳为通俗钢板焊接而成。绝热层的厚度一样平常为50mm~200mm,其真空<10-2pa,或填充一些绝热资料。在绝热层安顿气体吸附装配,接收漏人的微量气体,以坚持绝热层真空度长期稳固。同时,为包管储液罐的绝热性热机能,绝热层内的充放液管和放气管部分环绕布热机能,绝热层内的充放液管和放气管部分环绕布置。内胆支撑装配采纳绝热优越的资料,如橡胶等。
??? 发动机运行时,LNG储液罐内的自然气液态与气态并存,正常工作压力不低于0.2MPa。当罐内压力低于0.2MPa时,压力节制阀开启,自增压器工作。将一部分气态自然气充人储液罐,而使罐内压力升高到工作压力。可以或许颠末过程调节压力节制阀来改变自增压器的工作点。发动机处于停机状况时,随热量的赓续吸人。LNG会赓续气化。当LNG储液罐中的压力高于0.6MPa时,安全阀打开,敏捷放出部分气态自然气,包管LNC储液罐不被损坏。另外,在LNG储存体系设有液位计和压力指示装配。
??? 车用液化自然气的储存温度规模为-130℃~160℃,其储存压力低于0.6MPa。应用时,从罐内流出的液化自然气颠末气化器接收发动机冷却水或废气热量而气化,并使其温度升高,然后颠末过程两级减压器减压,由管路送到混合器与空气混合进入发动机。LNG的气化必要接收较多热量。请求气化器具有优越的换热机能,并能供给足够的热量。


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