非管輸LNG在鍋爐“煤改氣”領域的應用技術研究

董澍

（溫州市石油天然氣辦公室，浙江溫州32500）

化學工程

非管輸LNG在鍋爐“煤改氣”領域的應用技術研究

董澍

（溫州市石油天然氣辦公室，浙江溫州32500）

為推廣非管輸LNG在工業企業鍋爐“煤改氣”領域的應用，通過分析其技術發展現狀和存在的制約因素，從相關技術規范、BOG處理技術以及安全防護措施等方面提出了技術及安全解決方案。

非管輸LNG；“煤改氣”；技術方案

隨著液化天然氣（下稱LNG）技術的快速進步以及淘汰燃煤鍋爐對于天然氣的迫切需要，加快推廣LNG等非管輸天然氣在工業用戶中的應用是十分必要的。本文著重分析其應用現狀，并試圖對其未來發展提出技術解決方案。

1 技術應用現狀

非管輸LNG技術是利用LNG配送車輛將LNG送達衛星站（中心站），再用加注車配送到LNG終端裝置（安裝在工業、公建非居民用戶內），氣化后直接供非居民用戶的一種天然氣供應體系，見圖1。

圖1 天然氣供應體系

由于城市燃氣管網建設周期長、投資大，部分地區因受地理條件限制，管網無法覆蓋，對分散的、城市邊緣地區或農村工業企業用戶，專門鋪設管道成本過高，經濟不可行而成“死角”。因此，在管道氣短期或難以通達的區域，采用非管輸LNG供應方式，是對管道天然氣的重要補充。企業實施“煤改氣”后，企業會增加燃料的直接成本，但由于天然氣鍋爐較燃煤鍋爐熱效率更高，綜合運輸、人工、維修等成本因素，加上LNG資源價格不斷下調，使得企業用氣成本較前些年已大幅下降。

目前，企業終端設備一般有兩種，一種是移動LNG氣瓶組，需要定期換瓶；另一種是固定安裝的LNG儲罐，LNG加注車需要定期對其進行充裝。相對前者，后者的優勢在于：①單罐容量更大（罐容3～30 m3），可保證多日用量；②集成自動化水平更高，設備集儲存、氣化、加臭、自動檢漏、聲光報警、自動切斷為一體，氣化后經企業內部非地埋管道完成供氣；③鏈接設備終端，實時監測設備終端儲罐液面、終端運行情況，實現不間斷供氣和故障排除。

雖然終端設備制造技術已得到解決，但由于相關技術規范的限制，使得非管輸LNG應用受到較大制約。問題癥結在于：企業采用LNG瓶組供應，在LNG單個罐容和總容積有嚴格限定，與周邊建、構筑物的防火間距要求較高。罐容上限和間距要求使很多企業使用LNG時無法滿足技術規范要求，這給行業管理，特別是安全、消防監管造成很大困難，監管部門對此不監管有缺位責任，監管又無技術規范依據，從而給這項應用技術的推廣前景埋下陰影。

2 技術解決方案

2.1提高罐容儲備量

根據《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）規定，LNG瓶組氣化站單罐最大容積不應大于410 L，總容積≤4 m3，按每立方米LNG相當于600 m3氣態天然氣計，最大供氣量不超過2400 m3。通常情況下，1 t/h燃煤鍋爐年均用煤所產生企業所需的熱值=778.2×20 900×1 000×60%=9758628000 kJ；產生企業等量所需熱值的天然氣用量=（9758628000÷35948）÷85%=319 370.7 m3（燃煤鍋爐熱效率為60%，燃氣鍋爐熱效率為85%）。“煤改氣”用戶1 t/h燃氣鍋爐日均用氣量880 m3，1 t/h小鍋爐用戶每3天需要一次換瓶或充裝。而對于6 t/h或者10 t/h等大中型鍋爐用戶一般使用管道氣為主，因此非管輸LNG的需求主體主要是1 t/h小鍋爐用戶，過于頻繁的換瓶或充裝既不經濟也不安全。基于LNG儲罐制造技術進步,增加罐容量必要且可行，目前市場上適用于企業自用的LNG集成儲罐設計和建造的規格主要有5 m3、10 m3、15 m3等。按單罐15 m3，可以滿足一般工業用戶10天以上用氣量。同時依據《液化天然氣（LNG）生產、儲存和裝運》（GB/T 20368-2006），該標準適用于所有LNG儲罐，罐容從＜0.5 m3到＞265 m3不等（注：該推薦標準雖非強制性標準，但國家允許并鼓勵企業采用推薦性標準，由企業決定是否采用此類標準）。本文認為：對于工業企業自用氣，采用LNG集成儲罐的單罐罐容宜設定為5～15 m3，條件具備可以形成罐組。

2.2適當降低防火間距要求

按單罐容積15 m3測算，罐體設備占地面積8 m2，加上15 m一般建筑物安全間距要求，以罐區為中心，需要近700 m2空間用于放置儲罐。對一般企業而言廠區內空間往往有限，15 m的建筑物安全間距要求很難滿足。本文認為：通過在罐區周圍設置攔蓄區來降低防火間距是一種有效手段，能夠減少LNG泄露和溢出后危及臨近設施、人員安全的可能性。對于地面儲罐，可利用攔蓄墻或防護堤等構成一個攔蓄區，如果是地下式或半地下式儲罐，可利用挖溝方式形成一個攔蓄區。按GB/T 20368-2006有關規定：罐容為5 m3，從攔蓄區邊緣到建筑物間距為4.6 m；罐容為10 m3、15 m3，從攔蓄區邊緣到建筑物間距為7.6 m。采用罐組的，單罐之間間距按1.5 m控制。

2.3BOG處理技術

LNG低溫儲罐采用絕熱保冷設計,由于有外界熱量或其他能量導入，會引起儲罐內少量的LNG蒸發。正常運行時，罐內LNG的日蒸發率約為0.06%～0.08%，這部分蒸發氣（BOG）如果不及時排出，將造成儲罐壓力升高。對蒸發氣（BOG）的處理有直接輸出進入管道和再冷凝回罐工藝。再冷凝工藝是將蒸發氣（BOG）壓縮到較低的壓力與由LNG低壓輸送泵從LNG儲罐送出的LNG在再冷凝器中混合，利用LNG增壓后的過冷量，使蒸發氣再冷凝。再冷凝工藝通常適用于大型LNG儲罐，對企業內部使用的LNG罐產生BOG量不多，一般就直接進入管道。如果發現儲罐或者其它管路有超壓現象通過安全放散進行泄壓，系統的超壓放散對于儲罐安全十分重要，因此在系統中要設置安全閥和超壓報警裝置，并且除了安全閥自動放散外還設置了手動放散，防止自動放散失效。

2.4安全防護措施

LNG的危險特性主要有泄露與擴散、遇水快速相變、極低溫灼傷、易燃易爆等等，各種危險源特性和防護技術要點：

（1）LNG一旦從儲罐及閥門泄漏，一小部分立即急劇氣化成蒸氣，剩下的泄漏到地面，沸騰氣化后與周圍的空氣混合成冷蒸氣霧，在空氣中冷凝形成白煙，再稀釋受熱后與空氣形成爆炸性混合物。LNG泄漏后形成的冷氣體在初期比周圍空氣比重大，易形成云層或層流。泄漏LNG的氣化量取決于地表、大氣的熱量供給，剛泄漏時氣化率很高，一段時間以后趨近于一個常數，這時泄漏的LNG就會在地面上形成一種液流。若無圍護設施，則泄漏的液化天然氣就會沿地面擴散，遇到點火源可引發火災。形成攔蓄區后，泄漏的LNG收集在攔蓄區內，防止四處溢流。攔蓄區可設置事故收集池，事故收集池設置高倍數泡沫系統和低溫探測器，當低溫探測器探測到事故收集池內有泄漏的LNG后，即自動向事故收集池內噴射高倍數泡沫混合液，以減少LNG氣化。

（2）在泄漏LNG遇到水，水與LNG之間有非常高的熱傳遞速率，LNG將激烈地沸騰并伴隨大的響聲、噴出水霧，導致快速相態轉變現象的發生，快速相態轉變現象具備爆炸的特征，由此產生的爆炸威力可導致嚴重事故的發生。為避免這種危險，攔蓄區應有良好的雨水排放系統，定期排放雨水。

（3）對于LNG的低溫深冷特性，操作時主要是防止低溫流體對人體造成傷害。對有可能接觸液化天然氣的操作人員配備一些防凍設施，如防凍手套、防凍服裝等。

（4）LNG火災的特點是傳播速度快，燃燒速率大，火焰溫度高、輻射熱強，易形成大面積火災甚至爆炸。發生火災爆炸事故時，第一時間發現和控制險情至關重要。因此，利用儲罐已經具備的自動檢漏、聲光報警、自動切斷等裝置，作進一步集成，設置合理邏輯連鎖，加裝消防設施十分必要。當探測器探測到火災信號后，傳輸信號至火災報警控制盤，通過火災報警控制盤的聯鎖控制信號啟動設在罐頂的雨淋閥，從而開啟滅火系統。

[1]GB 50183-2004，石油天然氣工程設計防火規范[S].

[2]GB 50028-2006，城鎮燃氣設計規范[S].

[3]GB/T 20368-2006，液化天然氣（LNG）生產、儲存和裝運[S].

The Nonpipelining LNG Application Technology Research in the Boiler Field of“Coal to Gas”

DONG Shu
（Wenzhou Oiland Gas Office，Wenzhou，Zhejiang 32500，China）

To promote the nonpipelining LNG in industrial boiler application of“coal to gas”，through the analysisof its technology development situation and the existing constraints，put forward technology and security solution in the relevant code，BOG processing technology and safety protection aspects.

nonpipelining LNG；“coal to gas”；technology solution

1006-4184（2017）5-0036-03

2017-02-06

董澍（1974-），男，浙江臨海人，高級工程師，主要研究方向:石油天然氣工程。E-mail：335034316@qq.com。