LNG項(xiàng)目升級中水浴式氣化系統(tǒng)分析與應(yīng)用

佛山市南海燃?xì)獍l(fā)展有限公司 高同樂

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目背景

根據(jù)《佛山市南海區(qū)管道燃?xì)鈱ｍ?xiàng)規(guī)劃(2010—2020)》、《佛山市南海區(qū)天然氣利用工程可行性研究報(bào)告》等要求，佛山市南海燃?xì)獍l(fā)展有限公司于2014年7月投入運(yùn)營南海區(qū)獅山LNG綜合儲配站一期部分，用以作為保障和解決南海區(qū)域內(nèi)下游各類用戶的正常用氣問題。

1.2 項(xiàng)目實(shí)施必要性

獅山 LNG站儲配站一期主要設(shè)置 6×150LNG儲罐和8臺5 000 m3/h(4用4備)空溫式氣化器及相應(yīng)附屬設(shè)備設(shè)施進(jìn)行儲氣和供應(yīng)，供應(yīng)能力能夠達(dá)到2萬m3/h。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及近年來國家對于大氣污染防治的力度越來越強(qiáng)，南海區(qū)多家使用燃煤、燃油等重污染企業(yè)將逐漸采用天然氣作為清潔能源，預(yù)計(jì)未來兩年內(nèi)用氣量會有大幅增加。經(jīng)過管網(wǎng)部門水力情況分析測算，獅山 LNG儲配站原有2萬m3/h的供氣能力已經(jīng)不足，需對供氣能力進(jìn)行改造提升至5萬m3/h。

2 提升供氣能力途徑分析

(1)根據(jù)獅山LNG儲配站初步設(shè)計(jì)，原規(guī)劃建設(shè)空溫式氣化器為10臺(5用5備)，一期建成8臺，如二期將規(guī)劃2臺空溫式氣化器建成后，可增加氣化能力至2.5萬m3/h。

(2)考慮增加水浴式氣化器來增加氣化能力，恰好屬同一工業(yè)園區(qū)，與獅山 LNG儲配站一墻之隔有一垃圾焚燒發(fā)電廠，該廠的工藝可以提供36～40℃的冷卻水源可以作為 LNG 氣化的加熱水源，對方有降低水溫的需求，而 LNG又有穩(wěn)定熱量的水源。

(3)根據(jù)上述(1)與(2)兩種工藝以及從工程建設(shè)造價(jià)、后期運(yùn)營成本、能源利用效率的對比，我司決定采取水浴式氣化器工藝來提升氣化能力，暫不實(shí)施空溫式氣化器工藝。

3 水浴式氣化工藝對比分析

3.1 水浴式氣化三方案

方案一：直接利用電廠的冷卻循環(huán)水參與到LNG水浴式循環(huán)系統(tǒng)，提高能源利用效率，見圖1。

圖1 水浴式氣化工藝方案一

根據(jù)電廠冷卻循環(huán)水質(zhì)報(bào)告可以看出，冷卻循環(huán)水中Cl-含量常年大于180 mg/L。對于奧氏體不銹鋼在 Cl-環(huán)境下的腐蝕，各種權(quán)威的書籍均有嚴(yán)格的要求，Cl-含量要小于 25×10-6，否則就會發(fā)生應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕，所以采取方案一循環(huán)水供應(yīng)方案來說，會對現(xiàn)有市場上常用的不銹鋼LNG水浴式氣化器有明顯的損傷，從設(shè)備選型上不允許采用方案一。

方案二：針對方案一的不足之處，筆者與設(shè)計(jì)院的技術(shù)人員經(jīng)過與電廠技術(shù)人員的充分溝通，制定水浴式氣化工藝方案二，見圖2。

圖2 水浴式氣化工藝方案二

即在兩家廠中間加設(shè)一道水—水換熱器，電廠Cl-含量高的循環(huán)水通過換熱器ABC換熱后流回電廠，在水浴式氣化器循環(huán)系統(tǒng)側(cè)采用經(jīng)過電廠處理過Cl-的脫鹽水。這樣一方面解決了Cl-對不銹鋼水浴式氣化器選型困難的問題，也實(shí)現(xiàn)了兩家工廠之間的界面清晰，如若真的發(fā)生事故時(shí)可以在自家廠內(nèi)切斷循環(huán)水，不會造成相互影響。

方案三：由于在LNG氣化過程中會氣化吸熱，同時(shí)會使循環(huán)水溫度會降低。為了能夠更加最大化提高使用效率，在工藝方案選擇中技術(shù)人員又加入了可以供應(yīng)至電廠辦公樓的空調(diào)冷卻水系統(tǒng)，形成了水浴式氣化工藝方案三，見圖3。

圖3 水浴式氣化工藝方案三

根據(jù) LNG儲配站工藝流程特點(diǎn)，綜合考慮空調(diào)冷水需求，為保障冷水的提供的可行性，保障系統(tǒng)的安全性，保障 LNG氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)符合空調(diào)用冷的不穩(wěn)定性，工藝流程設(shè)置如下：空調(diào)冷水取水在LNG水浴氣化器回水(回水溫度7℃)加壓泵后取水，通過冷水緩沖罐穩(wěn)壓緩沖后，進(jìn)入冷水變頻水泵，經(jīng)管道輸送到電廠辦公用冷系統(tǒng)，電廠空調(diào)系統(tǒng)的 12℃回水通過管道輸送回儲配站，進(jìn)入LNG水浴氣化器回水加壓泵后的止回閥后。

3.2 三個(gè)方案進(jìn)行對比

對比三個(gè)方案，方案二要優(yōu)于方案一，方案三中工藝較復(fù)雜，更難的是設(shè)備選型。經(jīng)過我司技術(shù)人員多次與設(shè)備廠商確認(rèn)，設(shè)備廠商在進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)備的可靠性、耐久性、穩(wěn)定性、所用材料應(yīng)有優(yōu)異的低溫性能、同時(shí)還要防止在換熱表面形成結(jié)冰等因素。由于要考慮給電廠辦公系統(tǒng)供應(yīng)空調(diào)水，根據(jù)常規(guī)空調(diào)設(shè)計(jì)，一般要求供水溫度為7℃，這樣LNG水浴式氣化器的回水溫度必須為 7℃。在各設(shè)備廠商進(jìn)行研究后都表示設(shè)備制造的穩(wěn)定性不高，LNG水浴式氣化器在使用過程中會產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象。結(jié)合我司實(shí)際情況，經(jīng)過綜合對比之后，采取方案二來解決氣化能力不足的問題。

4 結(jié)語

(1)最終獅山LNG綜合儲配站水浴式氣化器選型循環(huán)水為 20～30℃的進(jìn)回水溫度，既能滿足工藝要求，也方便設(shè)備采購，最終設(shè)備選型見表1。

表1 設(shè)備選型

(2)方案一由于 Cl-含量對不銹鋼有影響，為延長不銹鋼在Cl-的環(huán)境下的壽命，可在工藝條件允許的情況下，加入適當(dāng)?shù)木徫g劑或選擇合理的材料，可考慮選用非金屬材料或襯里材料，來達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益，這類技術(shù)在相關(guān)的文獻(xiàn)研究中已有提及，比如鈦合金材料等，但現(xiàn)有技術(shù)或工藝制造造價(jià)昂貴，暫時(shí)不能成批量的引入市場使用。

(3)方案三如其他類似工藝確需空調(diào)冷凍水，可在循環(huán)水中加入防凍劑，使其冰點(diǎn)降至-20℃以下，常用的防凍劑溶液有鹽水溶液、氯化鈣水溶液以及有機(jī)化合物載冷劑。常用有氯化鈉(NaCl)水溶液，氯化鈣水溶液(CaCl2)。鹽水溶液對金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，因而會腐蝕管道和設(shè)備；還有乙二醇水溶液和三元溶液(質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 40%乙二醇，20%乙醇，40%水，冰點(diǎn)為-64℃)，該類載冷劑對設(shè)備無任何腐蝕性，但有較低的揮發(fā)性，因此建議做成密閉循環(huán)系統(tǒng)。