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淄博市液化天然氣氣化站儲罐增壓方法探討
為解決淄博市污染嚴重的問題,淄博博原燃氣公司與中原油田會作開發建設淄博市天然氣燃氣工程。根據中原油田液化工廠的建設生產能力與淄博市燃氣發展規劃,本工程一期新建12×104Nm3/d的氣化站一座,供應工業用戶;二期增加供氣量24×104Nm3/d,供應工業用戶與城鎮居民;三期增加供氣量24×104Nm3/d,總供氣能力達到 60×104Nm3/d。
2 氣化站工藝流程簡述
液化天然氣(簡稱LNG)由低溫槽車[0.3MPa(絕)、-145℃]從中原油田運至淄博氣化站,利用槽車自帶的增壓器給槽車儲罐增壓至0.8MPa(絕),利用壓差將LNG送入LNG儲罐(每臺罐容積為100m3),通過儲罐增壓器將LNG增壓至0.5MPa(絕),然后自流進入空浴式氣化器,LNG吸熱氣化發生相變,成為天然氣(簡稱NG);夏季直接去管網,冬季經水浴式氣化器氣化后再去管網,管網壓力設定為0.4MPa(絕)
3 增壓原因
中原油田的LNG出廠參數為0.3MPa(絕)、-145℃;LNG儲罐儲存參數為0.5MPa(絕)、-145℃。為保證管網的調節作用,將管網工作壓力定設為0.4MPa(絕)。運行時,隨著LNG儲罐內LNG的不斷排出,儲罐壓力不斷降低。當降到一定程度,達到壓力平衡時,儲罐內的LNG便不能排出,而導致流程斷流,故必須給LNG儲罐增壓,維持其0.5MPa(絕)的壓力,才能使氣化站流程連續運行,完成氣化目的。
4 增壓方法
LNG儲罐增壓分為液相增壓和氣相增壓兩種方法。液相增壓法是利用增壓器或低溫泵來增大液相壓力,在氣化器之前加大LNG壓力,使進入LNG氣化器的液相壓力達到0.5MPa(絕);氣相增壓是利用壓縮機來增大氣相壓力,設在氣化器之后加大NG的壓力,使NG壓力高于管網壓力。天然氣的氣液比(體積)大約為600:1,利用壓縮機進行氣相壓縮能耗相對大得多,故在此僅討論液相增壓方。
4.l 增壓器增壓方法
4.1.l 原理
LNG儲罐儲存壓力為0.5MPa(絕)。運行時,打開增壓器氣相低溫閥,當LNG儲罐壓力(調節閥閱后壓力)低于設定壓力0.5MPa(絕)時,調節鬧開啟,LNG進入增壓器,在增壓器中與空氣換熱,氣化為NG,進入罐內,使氣相壓力變大,從而將LNG儲罐壓力維持在0.5MPa(絕)。隨著LNG的不斷流出,罐內液位不斷下降,氣相空間不斷變大,壓力不斷降低,這樣,通過增壓器不斷氣化LNG來補充罐內壓力,以維持LNG儲罐的壓力不變,如圖1所示。
4.1.2 投資及運行費用
一套增壓器裝置包括增壓器一臺、低溫自力式調節閥一個、低溫閥一個和若干管線。以淄博液化天然氣工程為例,低溫閥、低溫自力式調節閥由日本進口,增壓器為國產空浴式氣化器,據日本與浙江報價,價格大約為6.7萬元人民幣。運行時利用空氣換熱,無需用電;如連續運行,需人工化霜,消耗一部分熱水。
4.1.3 優缺點
優點:增壓器利用空氣進行換熱,氣化LNG,無需耗電,空氣為自然能源,成本及運行費用低;對小型儲罐,維持壓力所需氣化量小,增壓器相對率高。
缺點:需人工化霜,消耗一部分熱水;LNG儲罐內需有一定的液位高度,以達到一定壓力,使LNG能自流進入增壓器氣化;對大型儲罐,維持壓力所需氣化量大,增壓器相對率低。
4.2 低溫泵增壓方法
4.2.1 原理
通過低溫泵將LNG液相壓力增大,從而達到所需壓力0.5MPa(絕)。而低溫泵又分為露天式與浸沒式兩種。
4.2.2 投資及運行費用
由于LNG的低溫性及易燃易爆的特性,國產低溫泵尚達不到要求,故目前均為進口。根據報價,一臺露天式用量為12.Om3/h),低溫泵約需35萬元人民幣,一臺浸沒式(排量為11.4m3/h),低溫泵約需58萬元人民幣。
低溫泵運行需耗電,按一年365天連續運行,一臺低溫泵年耗電約4.4×103kwh。
4.2.3 優缺點
優點;壓力穩定,浸沒式低溫泵置于LNG儲罐內,完全浸沒于LNG內,杜絕了LNG的損失,并可保證泵的快速啟動,無密封及浸潤式設計對平時的維護要求低。
缺點:泵的使用為問斷使用,需經常啟動,露天式低溫泵由于溫差大(-145℃~25℃),對泵的性能、壽命影響較大;而浸沒式低溫泵由于置于LNG儲罐中,難以進行日常維護,對泵的性能、質量要求極高,而且不適用于本工程出型儲罐無法安置);根據設計過程中的咨詢情況,低溫泵額定流量多數遠遠大于本工程流量,故不適合本工程;且成本及運行費用較高。
4.3 結論
通過以上比較,可知低溫泵不適合本工程,且投資過大;相對而言,增壓器具有投資少,運行費用低,對本工程效率高的優點。故我院選取增壓器作為LNG儲罐的增壓設施,并利用LNG儲罐本體上的安全裝置田OG回收和安全閥放空等)來防止超壓。
5 結束語
本工程為首家國內設計的液化天然氣工程,重要的設備、管道、管件均為國產,對提高國內液化天然氣技術有積極的意義。
作者:青島化工設計院 楊雙成 張筱萍
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