城市LNG調(diào)峰站新技術(shù)應(yīng)用研究

陳剛，支莉華，張洋，朱亞元

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分公司，合肥 230022）

1 引言

LNG 即液化天然氣，具有高效、環(huán)保等多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在城市能源供應(yīng)體系中的應(yīng)用比例逐步提高。針對(duì)現(xiàn)階段LNG應(yīng)急調(diào)峰站運(yùn)行期間存在的問題，需探尋合適的技術(shù)，通過技術(shù)的驅(qū)動(dòng)作用切實(shí)提高調(diào)峰站的運(yùn)行水平，充分發(fā)揮LNG 的應(yīng)用價(jià)值，助力于城市的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 LNG 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

LNG 以甲烷為主要成分，該物質(zhì)具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的特點(diǎn)，LNG 含有的雜質(zhì)含量甚微，可忽略不計(jì)，幾乎不會(huì)對(duì)LNG 的正常使用造成不良影響，是綜合應(yīng)用效益較高的清潔型能源。

關(guān)于LNG 的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在如下幾方面：

1）氣液膨脹比較大，有利于高效運(yùn)輸以及日常儲(chǔ)存；能量較高，通常1 kg 的LNG 其熱值可達(dá)到12 555 kcal（1 kcal=4.186 8 kJ），約等于1.8 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的熱量。

2）從汽車應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，相較于燃油車，以LNG 為主要能源形式的汽車在運(yùn)行過程中對(duì)環(huán)境的污染更小，在同等通行條件下，CO2、CO 的排放量分別降低約20%和90%。而LNG 汽車排放的尾氣中幾乎不含硫化物等污染性質(zhì)較強(qiáng)的物質(zhì)。在-162 ℃的低溫條件下，LNG 開始冷凝，其間可脫離包含硫化物在內(nèi)的各類氣體雜質(zhì)，因此，被賦予“清潔能源”的標(biāo)簽。

3）LNG 除了應(yīng)用于城市出租車等小型客車外，還適用于大型長(zhǎng)途車輛，此外，也能滿足日常生活所需，因此，適用范圍較廣。

4）LNG 的儲(chǔ)存具有規(guī)?；奶卣鳎囕v可根據(jù)需求及時(shí)添加LNG，有利于LNG 汽車的推廣。并且依托于西氣東輸、川氣東輸?shù)扔?jì)劃，可以更為充分地發(fā)揮出LNG 的綜合應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)該產(chǎn)業(yè)朝更高層次發(fā)展。

3 LNG 應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 用于城市的調(diào)峰負(fù)荷和事故氣源

LNG 供應(yīng)期間，調(diào)峰是重要的工作，其難度較大。在我國(guó)燃?xì)馐袌?chǎng)規(guī)?；l(fā)展的背景下，氣化的覆蓋范圍日益擴(kuò)寬，天然氣用戶數(shù)量呈大幅度增加的趨勢(shì)，在用氣量需求增加時(shí)，城市燃?xì)獾恼{(diào)峰面臨更多的挑戰(zhàn)。通常上游供氣部門主要負(fù)責(zé)季節(jié)調(diào)峰，而對(duì)于日調(diào)峰、小時(shí)調(diào)峰等小批量化的調(diào)峰工作則普遍由燃?xì)夤?yīng)企業(yè)完成。

在傳統(tǒng)的工作模式中，燃?xì)夤?yīng)企業(yè)在調(diào)峰工作中普遍采用到儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)氣柜等相關(guān)設(shè)施，但其僅能提供氣態(tài)儲(chǔ)存的功能，且存在儲(chǔ)氣量小、占地面積大等多重局限性。在天然氣產(chǎn)業(yè)日益進(jìn)步的發(fā)展勁頭下，LNG 調(diào)峰站成為重要的發(fā)展方向，其能夠消除傳統(tǒng)調(diào)峰方式的種種“痛點(diǎn)”，可更為有效地滿足城市的用氣需求[2]。

3.2 作為大中城市的主氣源

乘著“西氣東輸”等計(jì)劃的“東風(fēng)”，相繼有大跨度、大體量的天然管線建成，我國(guó)的天然氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)也逐步趨于完善。在天然氣管線所覆蓋的地區(qū)已經(jīng)在天然氣領(lǐng)域取得了較好的發(fā)展成果，但部分管線未經(jīng)過的省市依然缺乏良好的氣化條件，需采取外購(gòu)LNG 的方式以彌補(bǔ)氣源的不足。對(duì)于云南、廣西等關(guān)鍵的天然氣主管線供應(yīng)區(qū)，當(dāng)?shù)氐牟糠制髽I(yè)已經(jīng)具備深度開發(fā)國(guó)產(chǎn)LNG 的能力，可將其作為燃?xì)馐袌?chǎng)的“主力軍”，隨之給氣源的燃?xì)夤?yīng)轉(zhuǎn)換工作提供可靠的支持，有助于燃?xì)馐袌?chǎng)的規(guī)?；?、高水平化發(fā)展。

3.3 作為L(zhǎng)NG 小區(qū)氣化的氣源

液化天然氣需依次經(jīng)過氣化、調(diào)壓、加臭、調(diào)壓等流程，在完成各項(xiàng)處理后向用戶端供應(yīng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的LNG衛(wèi)星站已經(jīng)頗具規(guī)模，處于運(yùn)行狀態(tài)的接近百座，且有諸多正處于計(jì)劃、籌建階段。

3.4 作為汽車燃料、調(diào)峰電廠燃料

通過天然氣的應(yīng)用，可以在滿足日常所需的前提下有效緩解污染問題，是一種綜合效益較佳的清潔燃料。從汽車應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，相較于燃油車，LNG 汽車的有害物質(zhì)排放量降幅可達(dá)到約85%，是重要的替代燃料[3]。LNG 冷量取代汽車空調(diào)后可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，兼具穩(wěn)定可靠、燃燒熱值高、成本低等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。與運(yùn)輸燃油相類似的是，LNG 的運(yùn)輸也可采取車船運(yùn)輸?shù)姆绞剑瑥亩鉀Q了LNG 運(yùn)輸受限于空間的問題，可根據(jù)各地區(qū)的區(qū)位特點(diǎn)合理選擇運(yùn)輸方式，給LNG 的供應(yīng)便捷性提供了保障。

踐行“煤改氣”“油改氣”的新型發(fā)展理念后，可以在一定程度上優(yōu)化社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中的能源使用形態(tài)，節(jié)省石油的用量，提高經(jīng)濟(jì)效益，以更為節(jié)能的方式謀求發(fā)展。得益于LNG的多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其在市場(chǎng)中具有優(yōu)越的地位。此外，在能源結(jié)構(gòu)改革等相關(guān)政策的推動(dòng)作用下，釋放出更為明朗的信號(hào)，提高城市燃?xì)馄占奥薀o(wú)疑是未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)，意味著LNG 迎來(lái)良好的發(fā)展時(shí)機(jī)。

4 基于工程實(shí)例的LNG 調(diào)峰站新技術(shù)探究

4.1 工程概況

川氣東送武進(jìn)門站—鄭陸LNG 儲(chǔ)配站工程，基于現(xiàn)狀調(diào)壓撬區(qū)域采取改擴(kuò)建措施，同時(shí)建設(shè)LNG 儲(chǔ)存氣化裝置，以確保在用氣量過大時(shí)能夠提供備用氣源，進(jìn)而提高供氣水平。LNG 儲(chǔ)罐區(qū)的四周建設(shè)圍墻，配備的硬件裝置包含LNG 儲(chǔ)罐、增壓器等；工藝裝置區(qū)使用到BOG 加熱器（閃蒸汽加熱器）、NG 水浴式加熱器（氣態(tài)天然氣水浴加熱器）等；卸車區(qū)硬件組成包含氮?dú)馄拷M、卸車增壓器等。此外，根據(jù)日常工作需求還增設(shè)輔助用房、消防水池等。

4.2 系統(tǒng)設(shè)置

該調(diào)峰站的系統(tǒng)含多個(gè)特定功能的子系統(tǒng)，例如，卸車系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、氣化供氣系統(tǒng)等。此外，項(xiàng)目積極引入業(yè)內(nèi)主流的工藝，例如，在儲(chǔ)罐進(jìn)出液總管處布設(shè)連通管，此方式具有多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，既可用于LNG 儲(chǔ)罐間的倒罐，又滿足了液相管的冷循環(huán)需求，在其輔助下調(diào)控管道的溫度（使其長(zhǎng)期維持在低溫的狀態(tài)）。根據(jù)儲(chǔ)罐進(jìn)出液總管的布置特點(diǎn)，配備蒸發(fā)氣回收管路，若因特殊情況而停運(yùn)，可高效回收停留在管路內(nèi)的天然氣，避免浪費(fèi)。項(xiàng)目中氣化站建設(shè)工藝流程框圖如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目中氣化站建設(shè)工藝流程框圖

4.3 中壓管網(wǎng)銜接

中壓干管的管徑為DN315 mm，在用氣量異常偏高時(shí)，常規(guī)的管道輸氣方式缺乏足夠的供應(yīng)能力，經(jīng)過汽化后的LNG 將發(fā)揮出其作為應(yīng)急氣源的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)入中壓管網(wǎng)中，正常情況下供氣量可達(dá)到1.5×104m3/h，從而解決供氣量不足的問題。

4.4 設(shè)計(jì)參數(shù)

1）設(shè)計(jì)規(guī)模：儲(chǔ)存規(guī)模450 m3，經(jīng)換算后約等同于2.8×105m3的氣態(tài)天然氣。

2）設(shè)計(jì)壓力：儲(chǔ)罐、調(diào)壓撬前管路、調(diào)壓撬后管路的設(shè)計(jì)壓力分別為0.77 MPa、1.6 MPa、0.4 MPa。

3）設(shè)計(jì)溫度：LNG、BOG、EAG 管路保持一致，均為-196 ℃；空溫式汽化器為-30～+50 ℃。

4.5 工藝設(shè)備與布置

根據(jù)本工程的建設(shè)需求，采用的是3 臺(tái)規(guī)格均為150 m3的真空罐，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的年均氣溫較高，即使進(jìn)入冬季也無(wú)極端的寒冷天氣，因此采用的是空溫式汽化器。建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的用地量有限，為盡可能減少占地量，空溫式汽化器的流量設(shè)定為1×104m3/h。裝置的工藝參數(shù)要求較多，不同管口的公稱直徑和規(guī)格均有其特定的要求，需采取針對(duì)性的控制措施，具體如表1 所示。

表1 150 m3 LNG 真空儲(chǔ)罐主要管口一覽表 mm

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，LNG 具有無(wú)毒、低污染、成本低等多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，是綜合應(yīng)用效果較佳的新型能源。在天然氣覆蓋范圍逐步擴(kuò)寬、用戶需求量持續(xù)增加的背景下，也隨之出現(xiàn)用氣高峰期供氣量不足的局面，此時(shí)，如何提高供應(yīng)水平成為重要的突破口。隨著LNG 應(yīng)急調(diào)峰站的建設(shè)，可以發(fā)揮出其在用氣高峰階段的供應(yīng)能力，但需認(rèn)識(shí)到的是，現(xiàn)階段的LNG 調(diào)峰站在建設(shè)及運(yùn)行中依然有諸多不足之處，值得業(yè)內(nèi)人士持續(xù)探索，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)突破。