液化天然气在城市燃气中的应用

液化天然气在城市燃气中的应用一、前言随着我国“西气东输”工程的蓬勃开展，全国性的天然气利用热已经掀起。天然气作为目前世界上最佳能源，在我国城市气源的选择中已被高度重视，大力推广天然气已成为我国的能源政策。但由于天然气长距离管道输送的工程规模大，投资高、建设周期长，短时间内长输管线难以到达大部分城市。利用高压，将天然气体积缩小约250倍（CNG）进行运输，然后将其降压的方式解决了部分城市的天然气气源问题。而应用超低温冷冻技术使天然气变为液态（体积缩小约600倍）、采用超低温保冷槽罐，通过汽车、火车、轮船等方式远距离输送天然气、然后经超低温保冷储罐储存、再气化的LNG供气方式与CNG方式相比，输送效率更高，安全可靠性能更强，能够更好的解决城市天然气气源问题。目前，国家正在大力推广使用这一先进技术，并拟在我国沿海兴建大型的LNG码头，大量进口LNG。通达能源股份有限公司利用这一方式先后在广东、江西、江苏、浙江的中小城市投资建设城市天然气设施，并已成功投产运行，同时在建的城市LNG项目还有多个。随着我国LNG气源的增多，可以预测，不久的将来LNG这一新的供气方式将会成为城市燃气化的首选途径，使用这种供气方式的城市将会迅猛增加。二、LNG在我国的资源与利用LNG（LiquefiedNaturalGas），即液化天然气，是天然气的液态形式，它充分利用了天然气在常压、-162℃下液化，体积缩小约600倍的性质，为天然气的高效输送提供了新的途径，也扩大了天然气的利用领域。1、我国LNG的资源目前，我国LNG生产厂家不多。中原油田的天然气液化工厂一期工程已于2001年10月份投产，天然气液化能力为LNG30万Nm3/日，二期达到50万Nm3/日，最终规模达到150万Nm3/日；上海浦东的天然气液化工厂天然气液化能力为2万Nm3/日，主要用作调峰备用气源；新疆广汇集团目前在吐哈油田兴建大型天然气液化工厂，一期投资约6亿元人民币，预计于2003年底建成投产。初期天然气液化能力为150万Nm3/日，最终规模达900万Nm3/日，将成为我国最大的LNG生产基地。同时，国家根据地域分布和能源资源供需情况，在经济发达的东南沿海（广东、福建、浙江、山东和上海）地区积极开展进口LNG的接收与利用工作。第一个试点深圳大鹏湾码头工程于2003年动工建设，已与澳大利亚ALNG集团签定供气协议，每年接收300万吨的LNG，码头将在2006年6月投入商业运营。此外，福建莆田、浙江宁波、山东青岛等进口LNG项目也在紧锣密鼓的进行当中。2、我国LNG的利用LNG技术在我国起步较晚，但发展迅速。迄今为止，全国使用LNG作为气源的城市有30多个，其中包括通达能源公司投资建设的5个投产城市（龙川、姜堰、余姚、沭阳、九江）及在建城市。表1：通达公司LNG项目情况项目一期供气规模（万Nm3/d）一期气化站内LNG储罐规模开工时间投产时间龙川LNG项目1.0100m32001.102002.5姜堰LNG项目1.0100m32002.32002.7余姚天然气利用一期工程1.2150m32002.62002.10九江天然气利用过渡期工程1.5200m32002.112003.5沭阳LNG项目1.5100m32002.112003.6阳江LNG项目2.54200m32003.62003.11（计划）吉安LNG项目2.18300m32003.102004.4（计划）潮州LNG项目203000m32004.1（计划）2004.7（计划）三、LNG技术LNG产业链包括天然气的液化（LNG的生产）、运输、储存、气化、供气和应用几个环节。图1：LNG工艺流程示意图1、LNG组成及性质以中原油田、新疆广汇、深圳大鹏湾进口LNG为例，其组成及性质见下表。表2：LNG组成及性质参数中原油田新疆广汇深圳大鹏湾组分甲烷95.857%82.3%91.46%乙烷2.936%11.2%4.7%丙烷0.733%4.6%2.59%氮0.085%0.8%0.09%其他0.389%1.1%1.16%分子量16.8519.5817.918气化温度-145℃（0.3MPa）-162℃（常压）-162℃（常压）天然气热值低热值37.48MJ/Nm3(合9000Kcal/Nm3)42.42MJ/Nm3(合10100Kcal/Nm3)39.67MJ/Nm3(合9477Kcal/Nm3)高热值41.49MJ/Nm3(合9900Kcal/Nm3)46.76MJ/Nm3(合11100Kcal/Nm3)49.47MJ/Nm3(合11818Kcal/Nm3)密度气态0.772kg/m30.872kg/m30.802kg/m3液态447.0kg/m3430～460kg/m3456.5kg/m3运动粘度12.072×10m-6m2/s11.42×10m-6m2/s13.48×10m-6m2/s气台15.5（℃）/液态膨胀系数610600611（20℃）华白指数（W）54.43MJ/Nm356.91MJ/Nm355.6燃烧势（Cp）45.1842.4141.2天然气类别12T13T13T2、LNG的运输我国目前现有LNG运输均采用汽车槽车。单辆槽车最大LNG水容积37m3，LNG运输能力22000Nm3气态天然气，槽车设计压力0.8MPa，运行压力0.3MPa。最远运距达2100km（中原油田—广东龙川），正常平均行驶速度60km/h。整个运输过程安全、稳定。经跟车实测，运行中LNG槽车内的压力基本不变，短时停车上涨0.02MPa左右，途中安全阀无放散现象，LNG几乎无损失。LNG公路运输费用大概在0.4～0.6元/Nm3.千km。因此，LNG即使从中原运送到遥远的广东，其运输方式在安全、经济上都是可行的。表3：通达公司现有LNG运输情况城市LNG来源运输距离（km）运输时间（h）运输费用（元/Nm3）备注龙川中原油田2100421.05远期采用深圳进口LNG姜堰中原油田800180.45近期过渡气源余姚中原油田1300250.65近期过渡气源九江中原油田1070210.6沭阳中原油田56090.33此外，新疆广汇集团已同铁道部、交通大学等有关部门研制火车低温集装箱槽罐运输方式及运输标准，以便更长距离、更大量的运送LNG。应用LNG罐式集装箱可以灵活实现汽车、火车运输。目前，该标准已经出台，40英尺样品也已研制出产并经过了路试，证实了在运动和静止状态不同路况、温度及气候下，保温性能良好。40英尺罐式集装箱可装37m3LNG，相当于气态天然气22000m3左右，一个LNG专列运输量为100～120万立方气态天然气。从新疆到广东潮州约5000km，周期10～12天，运费不超过1元/Nm3。3、LNG的储存与气化图2：液化天然气气化站工艺流程图1）LNG储罐LNG储罐是气化站中的关键设备，其绝热性及密封性的好坏直接影响到LNG的蒸发和泄漏速度，即LNG的损耗速度和使用率。储罐的性能参数主要有真空度（Vaccum）、漏率（Leakage）、静态蒸发率（Staticvaporationrate）。作为低温容器，LNG储罐必须满足国家及行业标准中的相关技术要求。储罐的真空封结度反映储罐的真空性，但真空度随时间推移而降低；储罐的漏率影响储罐真空寿命，即储罐真空度的变化速度；静态蒸发率则能够较为直观的反映储罐在使用时的保冷性能。以一台50m3储罐为例说明：1）漏率1x10-9Pa.m3/s。2）静态蒸发率0.3%/d。一台50m3的LNG储罐装满LNG时，在不使用的情况下，完全蒸发需要近一年的时间。静态蒸发率可以通过实验的方法测得，也可以通过实际运行中数据的分析计算得到。通达公司在已投产的城市中，通过测试及计算的方法，进一步确认了50m3及100m3储罐的保冷性能，其性能指标都达到或高于国家及行业标准，保证了今后的安全稳定运行。2）LNG的气化LNG气化为吸热过程，根据热媒的不同，有海水、空温、水浴等气化方式。目前国内LNG气化站都采用空温式和水浴式结合的二级气化方式。空温式换热器直接利用自然空气进行换热，不需要附加能源，其气化能力主要决定于换热面，因此，通常采用翅片的形式。水浴式换热器是空温式换热器的补充，只是在冬季外界温度较低，利用自然气化无法保证天然气温度的情况下才使用，在南方（如龙川）冬季气温较高，基本不需要使用。换热器的规格主要决定于高峰小时燃气流量，单台气化能力最高可达3000立方米/小时，通常要考虑备用，可以切换使用。气化站中的储罐增压器、BOG加热器、EAG加热器等设备也采用空温式换热器。3）LNG的预冷与进液LNG气化站设备、管道施工完成后，由于超低温及LNG特殊要求，在正式投产之前，必须采用中间介质进行低温预冷，经过预冷检验调试合格后方可接收LNG，其过程也是对设备及工程的检验。通常采用液氮作为预冷介质。气化站内的主要设备有LNG储罐、BOG（蒸发气）罐、气化器、增压器、BOG加热器、EAG（放散排空气体）加热器及相关工艺管道及管件，LNG储罐的预冷是气化站预冷中的主要内容。在预冷及进液过程中，对温度、压力、进液速度、置换时间及操作步骤应科学安排和严格控制。防止出现局部急冷、超压、封闭管段内液体激烈气化膨胀、进液不均匀致LNG分层翻滚等现象而导致设备及管道的损坏。实际操作过程中，可通过上下进气、升压降压、快慢流速等措施加快换热，缩短预冷时间；根据自增压、减压放散、控制进气速度及进气方式等措施达到对压力的控制。所需预冷介质的量根据储罐的容积及数量通过冷量计算而定。通常一个50立方米低温储罐预冷约需要消耗5～10m3的液氮。对于一个气化站来说，液氮冷能的充分利用可以减少站内预冷所需的液氮量。通达公司在实际操作中，利用一次换热后LNG罐中的氮气对其余设备进行二次换热预冷，甚至进行三次换热，节约了液氮耗量及预冷时间，达到了很好的效果。因此，液氮的耗量及预冷时间与气化站的规模并不成正比，其关键是液氮冷能的多次利用。预冷的几个技术参数：进液温度：低于-80℃储罐压力：0.3～0.55MPa进液速度：3分钟/m3预冷时间：约4～5小时/罐（50m3罐）液氮耗量：约10m3（50m3×2储罐）约13m3（50m3×3储罐）四、LNG的优势在建设和投产中，LNG逐渐体现出其对投资建设方乃至用户带来的种种好处。通达公司将继续致力于LNG技术的应用和推广，使之为更多数城市和人民造福。1、气源价格LNG的价格主要包括出厂价（气态天然气及其液化费用）、运输费用、气化费用以及管输费用等。例如，中原油田的LNG以1.55元/Nm3计，考虑运输费用（0.45元/Nm3.千km）及气化管输成本，可以得到不同城市的天然气用户售价，见表4，5。其余城市的天然气售价也都在2.3～3.0元/Nm3。表4：部分城市LNG用户售价城市售价（元/Nm3）售价（元/1000kcal）售价（元/MJ）广东龙川3.000.3330.079江苏姜堰2.400.2670.063浙江余姚2.650.2940.070江西九江2.450.2720.065江苏沭阳2.150.2390.057表5：燃气价格比较表名称热值用户价单位热值价格（元/MJ）LNG37.8MJ/Nm32.75元/Nm30.073瓶装液化石油气42MJ/kg50元/瓶0.085管道液化石油气100.8MJ/Nm38元/Nm30.079注：瓶装液化石油气每瓶装14kg随着新疆广汇LNG工厂的建成、深圳码头进口LNG项目的投产以及福建、浙江、山东进口LNG项目的实施，LNG气源的选择余地增加，运输距离也将缩短，运输方式更为灵活，以LNG作为城市燃气的价格优势将更为明显。2、建设投资气化站的投资建设相对长输管线而言，受外界因素（地形、地貌等）影响要小得多。而且，站内储罐的大小、多少可根据建站地区的具体用气量决定，更为机动灵活。LNG气化站的主要设备包括真空粉末低温储罐、空温式气化器、水浴式气化器、排气筒、加臭机等。对于一座10000Nm3/d规模的气化站来说，占地约10亩，半年内可建成投产，其估算见表6。表6：LNG气化站投资估