移動LNG點供在燃?xì)廨斉渲械膽?yīng)用

上海奉賢燃?xì)夤煞萦邢薰?李 杰

關(guān)鍵字：LNG 移動供應(yīng)撬 氣化器 燃?xì)廨斉?搶修

上海要邁向全球卓越城市，務(wù)須按照最高標(biāo)準(zhǔn)、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?xì)夥?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?xì)馄髽I(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?xì)夤?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?xì)夤艿啦煌９屝蕖⒅攸c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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)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(rèn)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(dá)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(fù)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?xì)庑孤孤┕艿缆裆罴s6 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?xì)馐褂酶叻鍟r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(rèn)使用移動LNG供氣裝置點供的方式能很好的解決燃?xì)鈸屝奘┕び绊懹脩舻谋９﹩栴}。該方式保供對場地環(huán)境要求低、供應(yīng)靈活、前期準(zhǔn)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(yuǎn)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(yuǎn)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?xì)怃N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。