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、二、LNG 在我国的资源与利用在我国的资源与利用 LNG（Liquefied Natural Gas），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、我国 LNG 的资源的资源目前，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、我国 LNG 的利用的利用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。 表表 1：通达公司：通达公司 LNG 项目情况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203000 m32004.1（计划）2004.7（计划）三、三、LNG 技术技术 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。图图 1：LNG 工艺流程示意图工艺流程示意图 1、LNG 组成及性质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。 表表 2：LNG 组成及性质组成及性质参数中原油田新疆广汇深圳大鹏湾 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%组分其 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） 低热值37.48MJ/Nm3(合 9000Kcal/Nm3)42.42 MJ/Nm3(合10100Kcal/Nm3)39.67 MJ/Nm3(合9477Kcal/Nm3)天然气热值高热值41.49MJ/Nm3(合 9900Kcal/Nm3)46.76MJ/Nm3(合11100Kcal/Nm3)49.47 MJ/Nm3(合11818Kcal/Nm3)气态0.772 kg/m30.872 kg/m30.802kg/m3密度液态447.0 kg/m3430460kg/m3456.5 kg/m3运动粘度12.07210m-6m2/s 11.4210m-6 m2/s13.4810m-6 m2/s气台 15.5（）/液态膨胀系数610600611（20） 华白指数（W）54.43MJ/Nm356.91 MJ/Nm355.6 燃烧势（Cp）45.1842.4141.2 天然气类别12T13T13T 2、LNG 的运输的运输 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 22000 Nm3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 0.40.6 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。表表 3：通达公司现有：通达公司现有 LNG 运输情况运输情况城市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 100120 万立方气态天然气。从新疆到广东潮州约 5000km，周期 1012 天，运费不超过 1 元/Nm3。3、LNG 的储存与气化的储存与气化 图图 2：液化天然气气化站工艺流程图：液化天然气气化站工艺流程图 1）LNG 储罐储罐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（Static vaporation rate）。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 510m3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：0.30.55MPa 进液速度：3 分钟/m3 预冷时间：约 45 小时/罐（50m3罐） 液氮耗量：约 10m3（50m32 储罐）约 13m3（50m33 储罐）四、四、LNG 的优势的优势 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、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 2.33.0 元/Nm3。表表 4：部分城市：部分城市 LNG 用户售价用户售价城市售价（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2.450.2720.06