天然氣在常壓下,當(dāng)冷卻至約-162℃時(shí),則由氣態(tài)變成液態(tài),成為液化天然氣(Liquefied Natural Gas,簡(jiǎn)稱LNG)。LNG是由天然氣轉(zhuǎn)變的另一種能源形式。
天然氣是一種混合物,其組分隨氣田不同而異,主要成分有甲烷、氮及C2—C5的飽和烷烴,另外還有微量的氦、二氧化碳及硫化氫等,通過制冷液化后,LNG就成為含甲烷(約95%以上)和其他烷烴的低溫液體。
LNG的臨界溫度為-82.3℃,臨界壓力為4.58MPa
沸點(diǎn)為-162.5℃,熔點(diǎn)為-182℃,著火點(diǎn)為650℃
液態(tài)密度為0.430噸/立方,氣態(tài)密度為0.688kg/Nm3 (即:1公斤L(fēng)NG約合1.4方天然氣)
氣態(tài)熱值:8000-10000千卡/立方,液態(tài)熱值12000千卡/公斤。
爆炸極限:5-15%
特性:無色、無味、無毒且無腐蝕性
體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600
華白數(shù):44.94MJ/Nm3
BOG氣體(Boil Off Gas):LNG的閃蒸氣。槽車、儲(chǔ)罐、低溫鋼瓶?jī)?nèi)的 LNG自然吸熱氣化產(chǎn)生的氣體。BOG經(jīng)加熱后送入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。
EAG氣體(安全放散氣體):LNG系統(tǒng)中放散出來的天然氣叫做EAG ,EAG經(jīng)加熱后直接通過放散塔向大氣排放。
BOG特點(diǎn):①低溫(溫度約-145℃ ) ②持續(xù)不斷(設(shè)計(jì)值為0.3%) ③密度比常溫空氣重
補(bǔ)充說明:當(dāng)LNG氣化為氣態(tài)天然氣時(shí),其臨界浮力溫度為-107℃。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度高于-107℃時(shí),氣態(tài)天然氣比空氣輕,將從泄漏處上升飄走。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度低于-107℃時(shí),氣態(tài)天然氣比空氣重,低溫氣態(tài)天然氣會(huì)向下積聚,與空氣形成可燃性爆炸物。
如果不及時(shí)排出,將造成儲(chǔ)罐壓力升高,為此設(shè)置了降壓調(diào)節(jié)閥,可根據(jù)壓力自動(dòng)排出BOG。儲(chǔ)罐蒸發(fā)的BOG和槽車卸車的BOG,通過1臺(tái)BOG加熱器加熱后進(jìn)入BOG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存 ,或直接經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量加臭后送入管網(wǎng)。
EAG特點(diǎn):①低溫 ②密度比常溫空氣重
設(shè)置1臺(tái)空溫式安全放散氣體加熱器,放散氣體先通過該加熱器加熱,使其密度小于空氣,然后再引入高空放散。
EAG氣源點(diǎn):相隔閥門之間的低溫管道、儲(chǔ)罐等超壓放散
LNG的優(yōu)點(diǎn):
。1)LNG體積比同質(zhì)量的天然氣小600多倍,所以可用汽車輪船很方便地將LNG運(yùn)到?jīng)]有天然氣的地方使用。對(duì)于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸,LNG是唯一的運(yùn)輸方式。
。2)利用LNG方式是解決沿海,荒漠地區(qū)氣田開發(fā),,回收邊遠(yuǎn)氣田天然氣的有效辦法。
(2)LNG存儲(chǔ)效率高,占地少,投資省。10立方LNG儲(chǔ)存量就可供1萬戶居民1天的生活用氣。
。3)LNG作為優(yōu)質(zhì)的車用燃料,與汽油相比,它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長,燃料費(fèi)用低,環(huán)保性能好的優(yōu)點(diǎn)。它可將汽油汽車尾氣中的碳?xì)浠衔餃p少72%,氮化物減少39%,一氧化碳減少90%,硫化物將為零。
(4)LNG的汽化潛熱高,氣化過程中的冷量可回收利用。
。5)由于LNG組分較純,燃燒完全,燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水,是很好的清潔燃料,有利于保護(hù)環(huán)境。
。6)LNG汽化后密度很低,稍有泄漏后容易飄散開來,不致引起爆炸。
LNG的主要用途:
。1)作為清潔燃料,供城市居民生活使用。
。2)代作為汽車燃料,供LNG汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。
。3)作為冷源用于生產(chǎn)速凍食品,以及塑料、橡膠的低溫粉碎、制取干冰等。
。4)作為工業(yè)氣體燃?xì),用于各種窯爐、鍋爐等。
LNG的生產(chǎn)
氣田開采出來的天然氣,經(jīng)過脫水、脫酸性氣體和重?zé)N類,然后壓縮、膨脹、液化而成的低溫液體。LNG工廠液化流程按制冷方式分為3種模式:
。1)級(jí)聯(lián)式液化流程
。2)混合制冷劑液化流程
(3)帶膨脹機(jī)液化流程,包括天然氣膨脹、氮?dú)馀蛎、?甲烷膨脹等。
LNG工廠
級(jí)聯(lián)式液化流程
原料氣先后進(jìn)入原料分液罐(除液)、過濾器(脫粒)、脫CO2塔、分子干燥劑(脫水),利用丙烷制冷循環(huán)經(jīng)換熱器冷卻,節(jié)流降溫后進(jìn)入分離器氣液相分離,液相返流回收,再換熱冷卻、分離,換熱、分離,最后一級(jí)冷卻后流入LNG儲(chǔ)罐。
混合制冷劑液化流程
預(yù)處理后的天然氣進(jìn)入冷箱上部冷卻,經(jīng)重?zé)N分離器氣液分離,液相回收,氣相進(jìn)入冷箱下部冷凝和過冷,最后節(jié)流至LNG儲(chǔ)罐。制冷循環(huán)采用的制冷劑是N2和C1-C5的烴類混合物制冷劑。
帶膨脹機(jī)液化流程
高壓天然氣經(jīng)換熱器預(yù)冷,進(jìn)入氣液分離器分離掉重?zé)N。分離器產(chǎn)生的氣體一部分進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹降溫,再進(jìn)入換熱器冷卻后進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐。另一部分氣體直接進(jìn)入換熱器冷卻后,經(jīng)節(jié)流至LNG儲(chǔ)罐。
LNG的運(yùn)輸
目前,國內(nèi)的LNG運(yùn)輸基本上是采取公路運(yùn)輸?shù)姆绞,主要運(yùn)輸設(shè)備為LNG罐式集裝箱和LNG運(yùn)輸槽車。遠(yuǎn)洋運(yùn)輸采用LNG運(yùn)輸船。
LNG罐式集裝箱:分為40英尺和43英尺兩種規(guī)格。40英尺罐式集裝箱的LNG有效容積為36立方米/臺(tái);43英尺罐式集裝箱的有效容積為40立方米/臺(tái)(均按照90%充滿率)。LNG罐式集裝箱采用特殊的絕熱材料包扎,并高真空保溫,保溫性能非常優(yōu)良。
半掛運(yùn)輸槽車:49立方米的高真空多層纏繞絕熱半掛槽車經(jīng)濟(jì)性高,且保溫性能優(yōu)良,適合長距離LNG運(yùn)輸,其有效容積為44立方米。
LNG的儲(chǔ)存
LNG采用深冷液體儲(chǔ)罐儲(chǔ)存,液體儲(chǔ)罐為雙壁真空粉末絕熱,LNG的日蒸發(fā)量控制在0.3%以內(nèi)。儲(chǔ)罐的總?cè)萘客ǔ0?-7天高峰月平均日用氣量來確定。
用于低溫儲(chǔ)罐的保溫材料,應(yīng)滿足導(dǎo)熱系數(shù)小、密度低、吸濕率與吸水率小、抗凍性強(qiáng)、耐火好、有一定強(qiáng)度、且環(huán)保和便于施工等要求。大型低溫LNG儲(chǔ)罐絕熱材料大致分為氣孔型、纖維型和氣泡型三類。
玻璃纖維氈是補(bǔ)償罐的收縮量。
整個(gè)工藝流程可分為:槽車卸液流程、氣化加熱流程(含熱水循環(huán)流程)、調(diào)壓、計(jì)量加臭流程。
卸液流程:LNG由LNG槽車運(yùn)來,槽車上有3個(gè)接口,分別為液相出液管、氣相管、增壓液相管,增壓液相管接卸車增壓器,由卸車增壓器使槽車增壓,利用壓差將LNG送入低溫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。儲(chǔ)罐進(jìn)液口設(shè)有緊急切斷裝置,當(dāng)液體達(dá)到罐容的85%時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警;當(dāng)液體達(dá)到罐容的90%時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)液緊急切斷閥;當(dāng)液體只有罐容的10%時(shí),也發(fā)出聲光報(bào)警。
氣化、加熱流程
氣化流程:儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG通過儲(chǔ)罐增壓器從出液管自流進(jìn)入空溫式氣化器,在氣化器中液態(tài)天然氣與空氣交換熱,發(fā)生相變,液態(tài)天然氣變?yōu)闅鈶B(tài)天然氣。氣化器總管上設(shè)有溫度遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng),當(dāng)氣化后的天然氣溫度低于-10℃時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警;當(dāng)氣化后的天然氣溫度低于-18℃時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)切換氣化器組。在水浴加熱器后總管上也設(shè)有溫度遠(yuǎn)傳系統(tǒng),當(dāng)天然氣溫度低于-10℃時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警;當(dāng)天然氣溫度低于-18℃時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警并啟動(dòng)熱水爐,通過水浴加熱器加熱天然氣;當(dāng)天然氣溫度高于20℃時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警并關(guān)閉熱水爐。常溫天然氣經(jīng)調(diào)壓計(jì)量后進(jìn)入城市中壓管網(wǎng),供用戶用氣。
站內(nèi)BOG發(fā)生量最大的為回收槽車卸車后的氣相天然氣和儲(chǔ)罐卸液后的氣相天然氣, BOG可通過BOG加熱器加熱后,經(jīng)過計(jì)量、加臭后再輸入管網(wǎng)使用。
計(jì)量加臭流程:
LNG經(jīng)過氣化、復(fù)熱過程后,變?yōu)?.6MPa 、5℃左右的氣態(tài)天然氣,進(jìn)入主調(diào)壓器,燃?xì)獬隹趬毫φ{(diào)節(jié)到0.3 Mpa,再經(jīng)計(jì)量加臭后送入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。調(diào)壓器和流量計(jì)的選型根據(jù)設(shè)
LNG氣化最大流量選擇,加臭機(jī)根據(jù)流量計(jì)流量脈沖信號(hào)自動(dòng)加臭,加臭劑為四氫塞吩。
水浴式加熱器熱源采用熱水循環(huán),循環(huán)水動(dòng)力為離心式熱水循環(huán)泵。加熱源為燃?xì)鉄崴哄仩t,燃?xì)鈿庠慈∽匀細(xì)夤芫W(wǎng),經(jīng)調(diào)壓后壓力降至2.5-3KPa。