LNG接收站ORV海水系統(tǒng)電力節(jié)能設計探討

中恩工程技術有限公司 潘佳南

隨著國家能源戰(zhàn)略推進和全社會對環(huán)境保護重視，天然氣作為一種綠色能源開始廣泛受到人們關注，近年來我國沿海LNG 接收站相繼建成投產。開架式氣化器（ORV）作為LNG接收站廣泛采用的氣化器型式，具有工藝簡單、安全可靠、運營成本低等優(yōu)點。ORV 氣化工藝需配套海水系統(tǒng)，用于提供LNG 氣化所需海水熱媒。常規(guī)中大型LNG 接收站ORV 海水供應系統(tǒng)用電負荷可達到幾兆瓦至十幾兆瓦，因此ORV 海水系統(tǒng)電力節(jié)能設計值得關注。

1 ORV 海水供應系統(tǒng)特點及技術要求

ORV 工藝原理。ORV 采用海水作為熱媒將LNG 從低溫液體氣化為氣態(tài)天然氣。ORV 主體為換熱部件，由高性能鋁合金材質換熱管構成。LNG在換熱部件內部流動，整體呈從下往上流動方向，同時海水在換熱部件外部表面流動，整體呈從上往下流動方向。ORV 主體構成及換熱工藝示意如圖1所示[1-2]。

圖1 ORV 主體構成及換熱工藝示意圖

在ORV 海水供應系統(tǒng)需配備海水取水泵房，海水取水泵房與ORV 設施布置示意圖如圖2所示，海水取水泵房區(qū)域同ORV 設施區(qū)域存在距離間隔，距離間隔遠近取決于LNG 接收站總圖布置。進入取水口的海水通過海水泵房加壓，經海水管線輸送至ORV 設備，作為熱媒為LNG 氣化提供熱量，溫度降低后流進排水渠經排水口排入大海。ORV 海水供應系統(tǒng)為ORV 設備的配套設施，主要滿足如下兩點技術要求：海水流量需求和海水在ORV 入口壓力需求。

圖2 海水取水泵房與ORV 設施布置示意圖

2 海水泵電機功率計算分析及潛在節(jié)能要點

ORV 海水供應系統(tǒng)運行能耗集中于海水泵，海水泵通常由電機驅動，工程設計中海水泵電機功率P 采用如下計算公式[3]：p=kρQ(H+ΔH)/ηηc，式中：k為裕量系數(shù)，ρ為海水密度，Q 為泵的出水量，H 為海水壓頭，ΔH 為海水損失壓頭，η為水泵效率，ηc為傳動效率。從式中可知，這7個參數(shù)選擇決定海水泵電機功率，從而關系到ORV 海水供應系統(tǒng)運行能耗大小。由海水泵電機功率計算分析可知，ORV 海水供應系統(tǒng)節(jié)能設計應關注7個參數(shù)（k、ρ、Q、H、ΔH、η、ηc）的合理、準確地設計與選擇。

裕量系數(shù)k。單臺海水泵功率較大，通常在1MW 以上，因此工程設計中裕量系數(shù)通常取1.05，不宜過大；海水密度ρ；海水密度是相對固定值，只需選用工程所在地海水密度值。；泵的出水量Q。應滿足ORV 海水量需求，例如氣化規(guī)模為100t/hr的ORV 海水流量粗略估計約為4500m3/hr。實際由于ORV 生產廠家、工程所在地環(huán)境條件、天然氣外輸壓力、ORV 氣化規(guī)模等因素不同，ORV 海水流量會不同。在實際工程中，海水流量存在幾百甚至上千立方米/小時的差異。

海水壓頭H。其設計需考慮4個因素：ORV 入口海水壓力[4]，ORV 安裝高程，取水口設計水位，排水口排放壓力。實際工程中，由于地理環(huán)境等因素的不同設計值會存在差異，需多專業(yè)配合獲得準確設計數(shù)據(jù)；海水損失壓頭ΔH。其設計需考慮2個因素：海水泵房與ORV 布置間距，海水管線與閥門選型及布置。工程設計需進行海水系統(tǒng)阻力降模擬計算，得出準確的設計值；水泵效率η。由海水泵產品本身決定，設計過程中需結合產品特性并重視從技術、效率及成本多方面因數(shù)平衡考慮，進行海水泵選型；傳動效率ηc。通常電機與水泵之間機械連接，只需按照規(guī)范或設計手冊進行選取。

其他。除了以上7個設計要點，還建議從以下方面進行節(jié)能思考：高效節(jié)能電機與普通電機比選；電機變頻驅動與常規(guī)驅動方式比選[5-6]；優(yōu)化系統(tǒng)整體運行參數(shù)等措施。

ORV 海水供應系統(tǒng)能耗費用：LNG 接收站運營能耗中ORV 海水供應系統(tǒng)運營能耗占重要較重。如一個ORV 海水供應系統(tǒng)用電負荷為10MW，年滿負荷運行時間為5000小時，電費取每度0.8元，則年運營電能消耗費用為4000萬元。實際工程中節(jié)能措施應用得當，ORV 海水供應系統(tǒng)能耗會大大降低達30%以上，即年電能消耗存在1200萬元RMB 節(jié)能空間。

3 結論

ORV 海水供應系統(tǒng)往往不劃歸為LNG 接收站主工藝設施、屬于輔助設施，因此設計過程中不易被重視。但ORV 海水系統(tǒng)需要配套海水取排水工程，海水取排水工程從建設費用、建設周期、施工難度及運營能耗等方面在整個LNG 接收站工程中都占據(jù)重要位置，工程中應當引起足夠重視。其次，工程設計要避免保守估計而簡單套用其他LNG 接收站項目的ORV 海水系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)，而應根據(jù)項目特點和具體條件進行科學分析和嚴謹計算，加強與設備供應商、海水取排水設計單位等技術協(xié)調，共同研究得到合理的海水供水系統(tǒng)方案和技術參數(shù)，實現(xiàn)節(jié)能的目的，降低運營能耗，提高LNG 接收站經濟性。