再氣化裝置選型研究

夏華波，徐岸南，鄭 坤，周 毅，宋忠兵，劉 恒

(1.中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司 天津300452；2.滬東中華造船(集團(tuán))有限公司 上海200129)

0 引 言

世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，引發(fā)了世界能源需求的快速增長。在新一輪的能源需求大發(fā)展中，天然氣以其清潔、方便、高熱值的特性成為替代煤炭、石油的新型能源，它在全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比重越來越大，也將成為我國 21世紀(jì)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的主要方向。

近年來，液化天然氣(LNG)市場迅猛發(fā)展，LNG接收終端受到了廣泛關(guān)注。隨著全球環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對傳統(tǒng)陸地 LNG接收終端的態(tài)度非常復(fù)雜，既有所需要又視其為“危險(xiǎn)裝置”，要求提供新的、更加安全的 LNG接收終端，特別是對環(huán)境敏感地區(qū)或人口稠密地區(qū)。同時(shí)，為克服傳統(tǒng)陸地接收終端獲批難度大、建設(shè)周期長、投資費(fèi)用高等缺點(diǎn)，在充分考慮技術(shù)可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，配備了再氣化裝置的浮式LNG接收終端以其建造成本低、建設(shè)周期短、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)近年來得到了較快發(fā)展，目前世界范圍內(nèi)已建成約30座FSRU型浮式接收終端。

浮式LNG接收終端作為LNG氣化和接收的新型解決方案，將為我國 LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新的思路。再氣化裝置是浮式 LNG接收終端最重要的設(shè)備，國內(nèi)外學(xué)者梅鵬程[1]、季鵬[2]、Sohn[3]、Rong-Tai等[4]已開展了相關(guān)研究，它能夠快捷、靈活解決我國沿海地區(qū)對清潔能源的需求，同時(shí)也符合國家能源戰(zhàn)略的實(shí)施需要，既能有力支持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，又能節(jié)約土地資源，利于環(huán)境保護(hù)。因此，選擇合適的再氣化裝置對拓展 LNG產(chǎn)業(yè)鏈的覆蓋范圍、提升市場競爭力是非常重要的。

1 再氣化裝置原理

1.1 概述

浮式LNG接收終端通常靠泊于碼頭或近海系泊于作業(yè)地點(diǎn)，如圖1所示，其包括船體、再氣化裝置、系泊設(shè)施以及天然氣管網(wǎng)，從常規(guī) LNG運(yùn)輸船上接收LNG，通過自身的再氣化裝置將LNG轉(zhuǎn)化為天然氣并通過安裝在浮式LNG接收終端的輸氣匯管外輸?shù)疥懮咸烊粴夤芫W(wǎng)，是移動式LNG加氣站。其中，再氣化裝置是浮式LNG接收終端天然氣輸出的核心模塊，其主要功能是將 LNG氣化，以高壓常溫的狀態(tài)輸送至城市管網(wǎng)或燃?xì)庥脩簟?/p>

圖1 浮式LNG終端示意圖Fig.1 Schematic diagram of floating LNG terminal

1.2 再氣化裝置原理分析

再氣化裝置主要設(shè)備包括增壓泵、印刷電路板式換熱器、管殼式換熱器、緩沖罐、海水乙二醇換熱器等，利用高壓泵將 LNG增壓，一般輸出壓力在 40～100kg之間，具體根據(jù)服務(wù)區(qū)域用戶管網(wǎng)壓力決定；管殼式換熱器作為主蒸發(fā)器，將高壓的 LNG升溫氣化，然后低溫的天然氣通過印刷電路板式換熱器再次加熱，升溫至 0～10℃的輸出溫度。根據(jù)工作原理的不同，再氣化裝置主要包括閉式循環(huán)和開式循環(huán)2大類。

1.2.1 閉式循環(huán)型

閉式循環(huán)型再氣化裝置(圖2)主要包括LNG供給泵、吸入罐/再冷凝器、增壓泵、蒸汽/乙二醇水氣化器等設(shè)備。

閉式循環(huán)型再氣化裝置采用乙二醇水溶液作為中間熱介質(zhì)。鍋爐產(chǎn)生的水蒸汽加熱乙二醇水溶液，而被加熱的乙二醇水溶液作為熱介質(zhì)將 LNG氣化。這種氣化方式可以避免LNG氣化器內(nèi)部泄露而導(dǎo)致烴類氣體進(jìn)入鍋爐水系統(tǒng)的危險(xiǎn)。一般用于海水水質(zhì)較差或海水溫度較低的場合。

閉式循環(huán)型再氣化裝置工藝流程見圖 3。閉式循環(huán)型再氣化裝置將浮式LNG接收終端的液化天然氣通過貨艙內(nèi)的供給泵輸送至再氣化裝置，然后經(jīng)過氣化撬內(nèi)增壓泵增升壓后進(jìn)入 LNG氣化器，接著鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過蒸汽/乙二醇水換熱器將熱量傳遞給乙二醇水溶液，被加熱的乙二醇水溶液進(jìn)入 LNG主氣化器作為熱介質(zhì)將 LNG氣化，最后通過高壓保護(hù)系統(tǒng)和天然氣計(jì)量單元，將高壓氣體由外輸臂輸送至碼頭上的輸氣管道。

圖2 閉式循環(huán)型再氣化裝置外形圖Fig.2 Outline diagram of closed loop regasification equipment

圖3 閉式循環(huán)型再氣化裝置工藝流程圖Fig.3 Process flow diagram of closed loop regasification equipment

1.2.2 開式循環(huán)型

開式循環(huán)型再氣化裝置(圖4)主要包括LNG供給泵、吸入罐/再冷凝器、增壓泵、海水/丙烷氣化器等設(shè)備。

開式循環(huán)型再氣化裝置采用丙烷溶液作為中間熱介質(zhì)，充分利用了丙烷的良好熱力性能，同時(shí)也避免海水直接接觸LNG，避免由于海水與LNG的巨大溫差而導(dǎo)致熱交換器中加熱管破裂，造成 LNG泄漏事故。開式循環(huán)型再氣化裝置一般用于海水水質(zhì)較好或海水溫度較高的場合。

開式循環(huán)型再氣化裝置工藝流程見圖 5。該裝置將浮式LNG接收終端的液化天然氣通過貨艙內(nèi)的供給泵輸送至再氣化裝置，然后經(jīng)氣化撬內(nèi)增壓泵增升壓后進(jìn)入 LNG氣化器，接著海水泵將海水輸送至海水/丙烷換熱器，將熱量傳遞給丙烷溶液，而被加熱的丙烷溶液進(jìn)入 LNG主氣化器作為熱介質(zhì)將 LNG氣化。最后通過高壓保護(hù)系統(tǒng)和天然氣計(jì)量單元，將高壓氣體由外輸臂輸送至碼頭上的輸氣管道。

圖4 開式循環(huán)型再氣化裝置外形圖Fig.4 Outline diagram of open loop regasification equipment

圖5 開式循環(huán)型式再氣化裝置工藝流程圖Fig.5 Process flow diagram of open loop regasification equipment

2 不同方案適用性比較

閉式循環(huán)再氣化裝置與開式循環(huán)再氣化裝置2種工藝方案的氣化工藝、設(shè)備配置、能耗等有所不同，兩者的對比見表1。

表1 閉式循環(huán)再氣化裝置與開式循環(huán)再氣化裝置對比Tab.1 Comparison of closed loop regasification equipment and open loop regasification equipment

兩者差別主要體現(xiàn)在：閉式循環(huán)方案采用蒸汽為加熱源，與外界不直接接觸，對海洋環(huán)境沒有影響，設(shè)備尺寸相對較小，采購成本較低，但運(yùn)行成本較高；開式循環(huán)方案采用海水為加熱源，直接從大海中取水，對海洋環(huán)境有一定的影響，設(shè)備尺寸相對較大，采購成本較高，但運(yùn)行成本較低。

2種方案的適用條件有所不同，各有特點(diǎn)：閉式循環(huán)氣化方式適合于海域水溫較低、海水溫差要求較高的區(qū)域，裝置整體尺寸較小、占用空間小、投資成本較低而營運(yùn)成本較高；開式循環(huán)氣化方式適合海域水溫較高、海水溫差要求較低的區(qū)域，裝置整體尺寸較大、占用空間大、投資成本較高而營運(yùn)成本較低。

最終方案是各種因素綜合權(quán)衡的結(jié)果，2種方案的適用條件有所不同，實(shí)際操作時(shí)應(yīng)具體問題具體分析，根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件選擇性價(jià)比最好的方案。如中海油天津 LNG接收站的“安海角”號 FSRU，就采用閉式循環(huán)氣化方式，適合北方海域氣溫較低的特點(diǎn)，而東南亞的FSRU往往采用開式循環(huán)，因?yàn)槠浜Ｋ疁囟容^高，后期運(yùn)營成本低。

3 結(jié) 論

浮式LNG接收終端既能緩解沿海地區(qū)能源緊缺狀況，又節(jié)約了土地資源，有利于環(huán)境保護(hù)和 LNG產(chǎn)業(yè)鏈的新型技術(shù)拓展。本文論述了浮式 LNG接收終端2種再氣化裝置的原理及方案，即閉式循環(huán)方案與開式循環(huán)方案，結(jié)合浮式 LNG接收終端的特點(diǎn)分析了2種方案的優(yōu)缺點(diǎn)和適用的區(qū)域，闡明了不同方案的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)。本文可為設(shè)計(jì)初期浮式 LNG接收終端方案選擇合適的再氣化裝置提供參考，為設(shè)計(jì)建造浮式LNG接收終端提供技術(shù)指導(dǎo)。■