淺談液化天然氣的儲(chǔ)存及應(yīng)用

王丹

天然氣是一種多組分混合的氣態(tài)化石燃料，也是一種優(yōu)質(zhì)的能源，對(duì)人民生活質(zhì)量和水平的提高以及社會(huì)的發(fā)展都有著重要的意義。所以，液化天然氣在快速發(fā)展中成為國(guó)際天然氣重要組成部分。因此在世界上人們都認(rèn)為，液化天然氣的生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)歷了六十多年，形成了液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和最后的利用等一套完整的工藝系統(tǒng)和設(shè)備。

一、液化天然氣的儲(chǔ)存技術(shù)概述

1.液化天然氣的制取和輸送

液化天然氣的簡(jiǎn)稱是LNG。如果在常壓下將天然氣冷凍到-162℃左右，就把天然氣變成液化天然氣。天然氣凈化后經(jīng)過(guò)采用節(jié)流，膨脹和外加冷源等工藝變成液體形成了液化天然氣（LNG）。另外，天然氣的液化包括天然氣的液化與儲(chǔ)存和天然氣的氣化與儲(chǔ)存。還包括天然氣的預(yù)處理和冷量的回收以及安全技術(shù)等內(nèi)容。液化天然氣的幾個(gè)環(huán)節(jié)中，液化天然氣的制取和輸送起著很大的作用。天然氣經(jīng)過(guò)液化后，體積會(huì)縮小620倍。因此運(yùn)輸起來(lái)既經(jīng)濟(jì)又可靠。如果用液化天然氣船代替深海和地下管道，可以節(jié)省很多的風(fēng)險(xiǎn)管道投資。更可以降低了運(yùn)輸?shù)某杀尽Ａ硗庖夯烊粴鈺r(shí)刻調(diào)劑著世界天然氣的供應(yīng)。可以使沒(méi)有氣源的國(guó)家和氣源短缺的國(guó)家的供氣得到保障。最重要的是可以使天然氣多元化，經(jīng)濟(jì)性很強(qiáng)。液化的天然氣經(jīng)過(guò)工廠的預(yù)處理來(lái)排除氣體的雜質(zhì)。

2.液化天然氣接收站的工藝系統(tǒng)

液化天然氣一般由生產(chǎn)地的輸出終端向目的地的輸入終端運(yùn)輸。經(jīng)汽化后再運(yùn)給用戶。LNG接收站的工藝系統(tǒng)的流程，主要包括LNG的卸船流程、LNG的儲(chǔ)存系統(tǒng)、 LNG再氣化/外輸系統(tǒng)、蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)和火炬放空系統(tǒng)。首先，卸船系統(tǒng)采用的是雙母管式設(shè)計(jì)。每個(gè)管式各自承擔(dān)著一半的運(yùn)輸量。當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)可以繼續(xù)工作。在卸船流程中需要注意的是卸船前需要用穿上的液化天然氣對(duì)卸料臂要進(jìn)行預(yù)冷，然后再將卸船量增加至正常輸量。并且需要在卸船的時(shí)候用管線上的取樣器進(jìn)行分析LNG的密度和熱值。

其次，在LNG儲(chǔ)存系統(tǒng)中LNG的儲(chǔ)存罐采用的是絕熱保冷設(shè)計(jì)。為最大限度減少卸船時(shí)的蒸發(fā)量，可以提高儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力。一般來(lái)說(shuō)都會(huì)有兩個(gè)儲(chǔ)量相等的儲(chǔ)罐。此外，LNG再氣化/外輸系統(tǒng)中，也應(yīng)注意一些問(wèn)題，例如一些LNG經(jīng)高壓外輸泵加壓至7MPa后，開始進(jìn)入高壓水淋蒸發(fā)器蒸發(fā)，為遠(yuǎn)的用戶提供方便，這樣當(dāng)輸送量有變化時(shí)可利用回流管線調(diào)節(jié)流量。在運(yùn)輸停止時(shí)，可用回流管線打循環(huán)。最后，在蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)中要控制好儲(chǔ)存罐的氣相壓力。并在儲(chǔ)罐中設(shè)置好壓力開關(guān)，在壓縮機(jī)人口設(shè)置蒸發(fā)氣冷卻器，利用 LNG的冷量來(lái)保證人口溫度低于上限。另外，在火炬放空系統(tǒng)中，如果LNG儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間超壓，蒸發(fā)氣壓縮機(jī)不能控制時(shí)，罐內(nèi)多余蒸發(fā)氣將通過(guò)泄放閥進(jìn)入火炬中燒掉。如果發(fā)生這些現(xiàn)象和事故時(shí)，必須積極采取放空措施捧泄。

3.液化天然氣接收站的主要設(shè)備

LNG接收站的主要設(shè)備包括卸科臂、LNG儲(chǔ)罐 、LNG輸送泵、LNG氣化器、蒸發(fā)氣壓縮機(jī)和再冷凝器。首先，為了安全，在卸科臂中旋轉(zhuǎn)接頭在低溫下有良好的密封性能，要采用雙層密封結(jié)構(gòu)。可以保證在工作時(shí)順利的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。每臺(tái)卸料臂必須配置緊急脫離裝置。臂內(nèi)LNG設(shè)計(jì)流速一般為l0m/s。蒸發(fā)器回流臂的流速設(shè)計(jì)值為50m/s。LNG卸料臂的材質(zhì)主要為不銹鋼和鋁合金。制造直徑差不多在 40.64cm以下。LND的儲(chǔ)罐屬于常壓大型儲(chǔ)罐，包括地下式和地上式兩種類型。一般為雙壁圓柱形。所有的開口均應(yīng)該在灌頂，避免接口外泄漏。此外還應(yīng)該液體分層和儲(chǔ)罐漏熱引起的翻滾現(xiàn)象。

LNG輸送泵中，泵內(nèi)容器和軸要采用不銹鋼，泵體和葉輪采用鋁合金。如若在高壓情況下管輸天然氣，則必須要在蒸發(fā)器前配置輸泵進(jìn)行增壓。在泵初次運(yùn)行和檢修后投運(yùn)之前，需要需預(yù)冷或保冷。在LNG氣化器中，它的結(jié)構(gòu)和熱源不同，所以形式多樣。LNG接收站多采用開架式水淋氣化器和浸沒(méi)燃燒氣化器，開架式水淋器比較安全可靠。后者運(yùn)行成本高，一般用于調(diào)峰。LNG蒸發(fā)氣壓縮機(jī)，一般分為兩組。用于卸船工況和非卸船工況。通常采用適用小氣量及高壓縮比的往復(fù)式，和適用于大氣量及中、低壓縮比的離心式。另外，再冷凝器有冷凝和分液的作用。當(dāng)蒸發(fā)氣量增加時(shí)，未冷凝的蒸發(fā)氣捧向火炬；當(dāng)蒸發(fā)氣量不足時(shí)，可以引入少量外輸氣到再冷凝器，最終使壓力保持正常。

二、液化天然氣的應(yīng)用

1.液化天然氣冷能利用

液化天然氣的用途非常廣泛。不僅可以用于負(fù)荷調(diào)峰、發(fā)電、工商業(yè)用戶等。由于LNG的技術(shù)在于冷凍液化，所以液化天然氣的儲(chǔ)罐和專用運(yùn)輸巨輪就像是一個(gè)低溫的冰箱。這些都需要消耗很大的能源，但是此冷能在釋放時(shí)利用，可以用來(lái)降低成本。液化天然氣冷能主要是依靠LNG與周圍環(huán)境之間的溫度和壓力差。通過(guò)LNG變化然后達(dá)到與外界平衡，最后回收儲(chǔ)存的能量。液化天然氣的冷能課程可分為直接利用和間接利用。直接利用包括發(fā)電、空氣液化分離、海水淡化等。間接利用包括低溫破碎、水、污染物等。近年來(lái)，液化天然氣的冷能利用取得了一定的成果。

2.液化天然氣汽車?yán)?/p>

近年來(lái)，天然氣也成為汽車的優(yōu)質(zhì)燃料，逐漸被好多國(guó)家推廣和重視。天然氣的儲(chǔ)存方式不同，所以天然氣汽車也不同。天然氣汽車主要包括壓縮天然氣汽車、液化天然氣汽車和吸附天然氣汽車。因?yàn)槲覈?guó)對(duì)天然氣汽車很重視，所以液化天然氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他燃料能源的地位。最主要的是液化天然氣有很多的優(yōu)點(diǎn)。LNG能量比較大，清潔力強(qiáng)，壓力低，噪音低。還可以利用LNG冷能取代空調(diào)，可以保護(hù)環(huán)境，穩(wěn)定性強(qiáng)，燃燒值高，非常便利和便宜。因此，液化天然氣運(yùn)用于汽車廣泛，天然氣汽車會(huì)受到重視。

總之，隨著時(shí)代的發(fā)展，天然氣這種新型的優(yōu)質(zhì)能源越來(lái)越被重視，越來(lái)越影響著人們的生活質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。因此，引進(jìn)新的科學(xué)的技術(shù)，開始液化天然氣新的階段，是液化天然氣的最大限度和有效地儲(chǔ)存與應(yīng)用的最基本的前提。