移動LNG點供在燃氣輸配中的應(yīng)用

上海奉賢燃氣股份有限公司 李 杰

關(guān)鍵字：LNG 移動供應(yīng)撬 氣化器 燃氣輸配 搶修

上海要邁向全球卓越城市，務(wù)須按照最高標準、最高水平打造一流營商環(huán)境、提供優(yōu)質(zhì)城市生活、塑造開放、創(chuàng)新、包容的城市品格。而燃氣服務(wù)作為城市公用事業(yè)的一部分，在新的時期里同樣有新的要求，在以往滿足供氣安全的前提下，順暢穩(wěn)定的供應(yīng)，高效靈活的供給越來越能體現(xiàn)燃氣企業(yè)在為提升城市營商環(huán)境、滿足市民優(yōu)質(zhì)生活的城市機能中發(fā)揮的作用。

近年來隨著液化天然氣LNG供應(yīng)渠道和供應(yīng)量的迅速增長，憑借供應(yīng)靈活性好、前期投資小的優(yōu)點，LNG點供已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用于城市燃氣供應(yīng)中。本文介紹的移動LNG點供就是利用移動LNG供應(yīng)撬作為燃氣管道不停供搶修、重點項目臨時供應(yīng)或作為后備氣源保障等情況的一種應(yīng)用。

1 工藝流程及設(shè)備配置

1.1 工藝流程

移動LNG供氣裝置基本工藝流程如圖1所示：首先LNG氣源從LNG杜瓦瓶組中進入LNG供氣撬，然后LNG在供氣撬中經(jīng)過氣化器氣化、調(diào)壓器調(diào)壓至擬供氣壓力，最后完成計量加臭后進行供氣。該套供氣裝置還包括閃蒸汽BOG(Boil Off Gas)的回收系統(tǒng)、安全放散氣EAG(Escape air gas)的集中加熱放散系統(tǒng)以及可添加的自控系統(tǒng)。

圖1 移動LNG供氣裝置工藝流程

1.2 設(shè)備配置

1.2.1 LNG杜瓦瓶組

考慮到移動LNG供氣裝置的應(yīng)用場景主要是管網(wǎng)不停供搶修和重點項目的臨時供應(yīng)，所以一般LNG氣源會選擇運輸便捷、具備自增壓功能的LNG杜瓦瓶。杜瓦瓶的管路系統(tǒng)主要包括增壓回路(含增壓調(diào)節(jié)閥和氣化增壓器)、進液閥、出液閥和排放閥。LNG杜瓦瓶能根據(jù)后方的使用情況提供氣相或液相介質(zhì)。實際應(yīng)用時可以根據(jù)后方用氣量的大小配置不同容量不同數(shù)量的杜瓦瓶并聯(lián)組成杜瓦瓶組進行供應(yīng)。

1.2.2 氣液相自調(diào)節(jié)系統(tǒng)

本裝置在杜瓦瓶組與LNG供氣撬之間設(shè)置了一套氣液相自調(diào)節(jié)系統(tǒng)，見圖2。

圖2 氣液相自調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在氣相和液相兩路分別加裝低溫調(diào)節(jié)閥，使用前將液相路調(diào)節(jié)閥設(shè)定為氣化器路進口壓力p＜p1時開啟，氣相路調(diào)節(jié)閥設(shè)定為氣化器進口壓力p＞p1時開啟。以保證系統(tǒng)在后端用氣量較大時使用液相供應(yīng)，后端用氣量較小時使用氣相供應(yīng)，以提高系統(tǒng)能源利用率、降低EAG的數(shù)量。通過這套氣液相調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅能有效利用BOG節(jié)約能源，同時還能降低后端用氣量較小時系統(tǒng)管道壓力提高的安全水平。

1.2.3 氣化器

對于整個撬裝LNG系統(tǒng)，氣化器的選擇直接影響整套系統(tǒng)的供氣能力和供氣穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)對移動性的要求，氣化器大多選用空溫式氣化器，當(dāng)有供電條件時也可選擇水浴式氣化器等其它類型的氣化器，其性能對比見表1。

表1 空溫式氣化器與水浴式氣化器性能對比

空溫式氣化器適用性強、結(jié)構(gòu)簡單、安全系數(shù)高，所以一般小型移動LNG撬裝設(shè)備均采用空溫式氣化器。只有在空溫式氣化器不能滿足應(yīng)用場景的用氣量需求時才考慮使用水浴式氣化器，水浴式氣化器的熱源一般分為電加熱和部分LNG氣化作為燃料。

1.2.4 調(diào)壓計量設(shè)備

調(diào)壓計量設(shè)備的選擇首先應(yīng)與氣化器的氣化量相匹配，然后再根據(jù)后端應(yīng)用場景的出口壓力需求進行選配。要注意由于LNG氣化后壓力一般較高且不穩(wěn)定，所以如果出口壓力需要低壓，應(yīng)設(shè)置兩級調(diào)壓裝置。

1.2.5 加臭裝置

考慮移動撬的應(yīng)用場景中一般沒有外供電源，所以常采用重力滴注式加臭裝置，通過手動調(diào)節(jié)針型閥設(shè)置加臭量。

1.2.6 安全系統(tǒng)

移動LNG供氣裝置中的安全系統(tǒng)包括EAG換熱升溫后的放散系統(tǒng)，能保證EAG放散前充分換熱使放散氣密度小于空氣，避免產(chǎn)生白煙，消除燃爆隱患；在有供電條件的使用地點加裝遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)了解系統(tǒng)的各部位氣相壓力和溫度，確保系統(tǒng)壓力在正常范圍內(nèi)，以降低現(xiàn)場人力的投入。

2 應(yīng)用案例

2.1 某工業(yè)用戶不停供搶修應(yīng)用

2018年12 月某大型工業(yè)用戶因?qū)Ｓ谜{(diào)壓站進口總閥門故障需停氣搶修，停氣時間預(yù)計需3 h。該用戶的主要用氣設(shè)施為1臺燒制玻璃制品的大型窯爐，停氣很可能造成窯爐損壞，進而造成巨大的經(jīng)濟損失。為做到不停供，搶修作業(yè)中使用了移動LNG點供方式，在原管輸停供的情況下為用戶進行臨時保供。

用戶窯爐正常運行時的用氣量約800 m3/h，窯爐保溫所需最低用氣量約300 m3/h，出口壓力需求為0.15 MPa，所以選用了1套供氣能力為1 000 m3/h的LNG移動供氣撬。接入點選擇在表房后的一處低位架空管。LNG供氣從13：35開始至15：35結(jié)束，供氣時間兩小時，期間對供氣裝置出口壓力全程記錄，如圖3所示。

圖3 某搶修期間LNG供氣裝置出口壓力曲線

從圖3可見，系統(tǒng)運行一段時間后出口壓力會迅速下降，造成該問題的原因經(jīng)分析確認是氣化器表面結(jié)霜。

LNG空溫式氣化器的傳熱包括管內(nèi)LNG的對流換熱、管壁的導(dǎo)熱、管外空氣的對流換熱及污垢的傳熱，總傳熱系數(shù)計算式為：

式中：K——總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；

Rf——污垢熱阻；

αf——天然氣與翅片管管壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；

λal——鋁合金的熱導(dǎo)率，W/(m·K)；

δ——翅片管壁厚，m；

α——空氣與翅片管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；

β——肋化系數(shù)；

η——肋化效率。

空氣與翅片管的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)α?xí)S著霜層厚度的增加快速下降，據(jù)查有關(guān)實驗數(shù)據(jù)當(dāng)霜層熱阻達到0.6 m2·K/W時空氣側(cè)對流換熱系數(shù)將降低約90%。

發(fā)現(xiàn)出口壓力下降后，經(jīng)與用氣單位溝通后用氣單位減小窯爐生產(chǎn)負荷，以保證窯爐溫度為底限，降低用氣量至約400 m3/h。用氣量降低后氣化器結(jié)霜情況得到緩解，出口壓力恢復(fù)到設(shè)定壓力。

2.2 大型管網(wǎng)搶修工程保供某小區(qū)

2019年2 月底位于平莊公路的某段穿越管因第三方外損導(dǎo)致燃氣泄漏，泄漏管道埋深約6 m。根據(jù)實際現(xiàn)場環(huán)境，確定維修方案為廢除原穿越管，在旁側(cè)重新敷設(shè)新管道，整個施工周期預(yù)計20 d，施工期間會造成一個小區(qū)(約500戶)供氣中斷。為解決施工期間該小區(qū)的用氣問題采用了移動LNG供氣撬進行保供。

本次應(yīng)急供氣持續(xù)總共17 d，撬裝設(shè)備選擇在供氣小區(qū)外閥門放散口處接入。氣源選擇6 瓶LNG杜瓦瓶三用三備的方式進行循環(huán)供應(yīng)。21 d共計使用475 L杜瓦瓶8瓶，供氣量約2 000 m3。

在本次點供過程中出現(xiàn)了一些問題：該小區(qū)為新建小區(qū)入住人數(shù)較少，用氣小時不均勻性很大，這樣的用氣情況造成LNG供氣系統(tǒng)氣相壓力變化明顯。在用氣量很小的晚間，氣相壓力會以較快速度上升，造成較大EAG放散量，現(xiàn)場采取關(guān)閉多數(shù)杜瓦瓶的方式處理。同時在除中午及晚上燃氣使用高峰時間外，其余時刻用氣量也較小，通過氣液相自調(diào)系統(tǒng)以BOG進行供應(yīng)已能滿足多數(shù)工況，氣液相自調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能與安全性上起到了很好的作用。

撬裝設(shè)備放置在小區(qū)外空置場地內(nèi)，用護欄架進行簡單圍護，安排人員24 h值守。在20多天的供氣過程中，有較多居民圍觀。該裝置長時間運行存在杜瓦瓶出口管至氣化器部分金屬表面極低溫、EAG放散等潛在安全問題，所以在移動LNG供氣撬在沒有實體圍護的情況下有必要安排人員值守。

3 結(jié)語

(1)通過多次實際使用經(jīng)驗確認使用移動LNG供氣裝置點供的方式能很好的解決燃氣搶修施工影響用戶的保供問題。該方式保供對場地環(huán)境要求低、供應(yīng)靈活、前期準備時間短，同時使用移動LNG點供的費用—包括設(shè)備的折舊費(或租賃費)以及LNG杜瓦瓶的使用費要遠小于傳統(tǒng)的不停氣封堵后接臨時管的施工費用。所以在保供規(guī)模較小時(單套設(shè)備＜500 m3/h)使用移動LNG供氣裝置進行臨時點供是一種很好的解決方案。

(2)移動LNG供氣裝置宜按模塊化設(shè)置，適應(yīng)各種不同供氣需求。氣化器的選擇是系統(tǒng)設(shè)計的核心。空溫式氣化器在低溫高濕環(huán)境下運行時，當(dāng)氣化量較大時氣化器會出現(xiàn)表面結(jié)霜現(xiàn)象，造成氣化器氣化能力明顯下降，降低整套系統(tǒng)的供氣能力。所以在沿海地區(qū)冬季采用空溫式氣化器時建議對空溫式氣化器設(shè)計氣化量乘以一個0.5～0.7的系數(shù)進行設(shè)計選用。當(dāng)供氣規(guī)模較大且現(xiàn)場有安全停車、供電條件時建議使用LNG槽車搭配水浴式氣化器組成系統(tǒng)。

(3)移動LNG供氣裝置在接入用戶管道前，應(yīng)先進行系統(tǒng)的預(yù)冷與壓力調(diào)整，當(dāng)系統(tǒng)壓力出口穩(wěn)定到設(shè)計出口壓力后再接入管網(wǎng)。

(4)由于LNG系統(tǒng)運行有低溫與EAG需放散的特點，當(dāng)裝置設(shè)置在無實體圍護的地點時，應(yīng)安排人員進行現(xiàn)場值守。同時當(dāng)后方用氣量變化較大時往往氣源的氣相壓力變化會較大，在無人值守時建議系統(tǒng)加裝遠程監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)控氣相壓力，保證系統(tǒng)運行安全。

(5)根據(jù)移動LNG點供前期投資小、可移動、供氣靈活的使用特點，除能用于輸配管網(wǎng)搶修的臨時供應(yīng)外，還非常適合用于重點用戶的臨時備用(應(yīng)急)氣源、管道天然氣置換時末端管道的保壓等應(yīng)用場景。利用移動LNG點供能豐富燃氣銷售企業(yè)的供氣模式，提升對用戶供氣的連續(xù)性和穩(wěn)定性。