影響液化天然氣氣化率的因素及控制措施

曹 龍

（江西省鄱陽(yáng)湖液化天然氣有限公司，江西九江 332500）

在國(guó)內(nèi)發(fā)展市場(chǎng)中，液化天然氣所占燃料行業(yè)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的比重越來(lái)越大，液化天然氣作為燃料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域中，燃?xì)夤?yīng)企業(yè)主要依靠液化天然氣的氣化這一工藝流程獲得經(jīng)濟(jì)效益，液化天然氣的氣化率不僅影響著用戶(hù)的使用體驗(yàn)，同時(shí)也關(guān)系著燃?xì)夤?yīng)企業(yè)是否盈利，因此研究影響液化天然氣氣化的因素及控制措施，能夠在很大程度上幫助液化天然氣氣化工藝得到進(jìn)一步完善。

1 中國(guó)天然氣的發(fā)展背景

天然氣主要是存在于地下巖層中，是由以烴為主的各種氣體混合而成的，是現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的一種熱值高、成本低、污染小的優(yōu)質(zhì)能源，在經(jīng)過(guò)一系列工業(yè)處理后可得到純凈天然氣以及一系列的衍生產(chǎn)品，天然氣燃料主要包括壓縮天然氣和液化天然氣兩種，并且在使用過(guò)程中都十分的安全可靠。其中液化天然氣被譽(yù)為是地球上最干凈的化石能源，是由氣田開(kāi)采出來(lái)并進(jìn)行處理得到的，純凈天然氣經(jīng)過(guò)壓縮、冷卻而液化后得到的，使用液化天然氣作為燃料，不僅放出的熱量巨大，而且對(duì)空氣的污染極小。液化天然氣在存儲(chǔ)與運(yùn)輸過(guò)程中要始終保持在超低溫的液體狀態(tài)，但在使用時(shí)需要利用大氣壓強(qiáng)的作用將其重新氣化，在這一過(guò)程中所產(chǎn)生的大量的冷能也可用于多種低溫用途上。

早在天然氣發(fā)展之初，我國(guó)使用天然氣作為一次能源占全部一次能源的比重遠(yuǎn)低于世界平均水平，隨著我國(guó)大力發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)，多措并舉加大天然氣的采儲(chǔ)量，加上我國(guó)在十二五期間積極建設(shè)起了西氣東輸、川氣東送等天然氣運(yùn)輸主干道，天然氣在我國(guó)一次能源消費(fèi)中所占比重逐年遞增。與此同時(shí)，為了恢復(fù)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展而被破壞的生態(tài)環(huán)境，世界各國(guó)開(kāi)始尋找在不影響使用效果的同時(shí)還能降低對(duì)空氣污染的新型能源，作為清潔能源的天然氣在今后的發(fā)展過(guò)程中一定會(huì)成為我國(guó)首要的一次能源。然而我國(guó)液化天然氣的產(chǎn)量與世界其他各國(guó)相比較低，需要從國(guó)外進(jìn)口大量的液化天然氣才能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)的需求，我國(guó)從海外引進(jìn)液化天然氣的數(shù)量逐年遞增。國(guó)內(nèi)的液化天然氣采儲(chǔ)量雖然已經(jīng)在飛速增長(zhǎng)，但是如何提高液化天然氣的氣化率，從而確保液化天然氣的質(zhì)量仍是現(xiàn)階段我國(guó)液化天然氣行業(yè)的重中之重。

2 液化天然氣的基本特性

液化天然氣又稱(chēng)LNG，是由氣田中的天然氣通過(guò)凈化處理后去除掉其中的水、硫、重?zé)N類(lèi)氣體以及其他雜質(zhì)后，在常壓下將氣態(tài)的天然氣冷卻至約-162℃，使其轉(zhuǎn)化為液態(tài)從而得到液化天然氣。其主要成分是甲烷，此外還含有少量的乙烷、丙烷、丁烷及氮?dú)獾榷栊越M分，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，其體積約為同質(zhì)量氣態(tài)天然氣體積的1/625，質(zhì)量?jī)H為同體積水的45%左右。液化天然氣自身的燃點(diǎn)高達(dá)650℃，且液化天然氣氣化后密度遠(yuǎn)低于空氣密度，即使發(fā)生泄漏也會(huì)在瞬間揮發(fā)并擴(kuò)散到空氣中，因此液化天然氣不會(huì)出現(xiàn)燃燒、爆炸的危險(xiǎn)情況，使用時(shí)比較安全可靠。

液化天然氣是由清潔能源天然氣中提煉出來(lái)的一種新型能源，其主要是用于替代煤、石油等這一類(lèi)傳統(tǒng)燃料的新型燃料，與這些傳統(tǒng)燃料相比，液化天然氣在燃燒后對(duì)空氣造成的污染非常小，并且其擁有較大的熱值使得液化天然氣在燃燒后能夠放出極大的熱量，這正好能夠達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意義。但由于天然氣在常溫狀態(tài)下是處于氣體狀態(tài)，而液化天然氣則需要在-162℃、0.1MPa左右的儲(chǔ)存罐中，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中也要保持這種存儲(chǔ)方式，選擇專(zhuān)用船或油罐車(chē)運(yùn)輸，使用時(shí)將液化天然氣重新氣化。

3 影響液化天然氣氣化率的因素

我國(guó)目前液化天然氣的氣化流程主要是在液化天然氣氣化站進(jìn)行，氣化站的工藝設(shè)計(jì)流程已經(jīng)較為完善，由于液化天然氣是由多種氣體混合而成的，根據(jù)液化天然氣的成分檢測(cè)來(lái)看，其中主要包括甲烷、乙烷、重?zé)N、氮等，因此，本文主要從液化天然氣的有關(guān)成分進(jìn)行分析。

3.1 液化天然氣的組分和含量

液化天然氣并不是一種成分單一的氣體，而是由多種氣體成分組合而成的混合氣體，液化天然氣中所含有的成分含量都將對(duì)液化天然氣氣化率造成影響，但實(shí)際情況下的液化天然氣的組成成分遠(yuǎn)不止這三種，其中包含的重?zé)N組分極為復(fù)雜。無(wú)論是在0℃標(biāo)況下還是在20℃工況下，假設(shè)理想氣體情況下分別計(jì)算出甲烷液、乙烷液、液氮、液化天然氣四者的氣化率，在比較之下可以發(fā)現(xiàn)其中甲烷液的氣化率最高，甲烷液和液化天然氣的氣化率基本都在1 400左右，這也就說(shuō)明了甲烷含量的高低將直接影響到液化天然氣的氣化率，液化天然氣中甲烷含量越高，氣化率就越高。

3.2 液化天然氣的實(shí)際氣化溫度

天然氣在常溫狀態(tài)下是始終保持在氣體狀態(tài)下的，但是由于氣體狀態(tài)下的天然氣體積較大，不方便保存與運(yùn)輸，所以需要將天然氣冷卻至-162℃使之變?yōu)轶w積小、質(zhì)量輕的液體狀態(tài)再進(jìn)行存儲(chǔ)與運(yùn)輸，在使用之前還需要在氣化站通過(guò)高壓、高溫進(jìn)行氣化再轉(zhuǎn)變回氣體狀態(tài)，在氣化過(guò)程中需要使用到各種類(lèi)型的氣化器，現(xiàn)階段我國(guó)的液化天然氣氣化站主要采用空溫式氣化器對(duì)液化天然氣進(jìn)行加熱操作，因此氣化工作的溫度也是液化天然氣氣化率的影響因素之一。假設(shè)理想氣體情況下計(jì)算出的甲烷液、乙烷液、液氮、液化天然氣的氣化率，在比較之下可以發(fā)現(xiàn)四者在0℃標(biāo)況下的氣化率都低于在20℃工況下的氣化率，這也就說(shuō)明了液化天然氣的氣化率在20℃的工況溫度下較高。

3.3 液化天然氣中液氮的影響

液化天然氣中含有3/4及以上的主要成分甲烷，但是除甲烷等一系列含烴氣體之外，液化天然氣中還包含著氮這一惰性氣體，氮的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，本身就很難燃燒，其所具備的阻礙燃燒的特性使得其還可以用于控制自然燃燒，并且氮會(huì)在液化天然氣燃燒的過(guò)程中吸收液化天然氣所放出的熱量，從而降低液化天然氣的燃燒效率。假設(shè)理想氣體情況下計(jì)算出在0℃標(biāo)況和20℃工況下的液化天然氣中液氮的氣化率分別為627、673，遠(yuǎn)不及液化天然氣氣化率以及液化天然氣中甲烷液的氣化率的1/2，這也就說(shuō)明了液化天然氣中液氮的存在阻礙了液化天然氣的氣化，從而降低了液化天然氣的氣化率。

4 控制液化天然氣氣化率的措施

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液化天然氣組分

為了能夠得到有關(guān)于液化天然氣的氣化率相關(guān)的因素，燃?xì)夤?yīng)企業(yè)應(yīng)該在收集液化天然氣在氣化前與氣化后各項(xiàng)組分的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析手段實(shí)時(shí)地對(duì)天然氣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)采集分析的周期最大限度得縮短，同時(shí)配合液化天然氣的用氣遠(yuǎn)傳技術(shù)及時(shí)了解液化天然氣的具體數(shù)據(jù)情況，一旦通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)液化天然氣出現(xiàn)異常的氣化率就要及時(shí)采集并分析數(shù)據(jù)，盡快找出回收率異常的原因并糾正錯(cuò)誤。

燃?xì)夤?yīng)企業(yè)從接手液化天然氣到輸送到各用戶(hù)手中這一過(guò)程中，要始終保持對(duì)液化天然氣組分的監(jiān)控工作，尤其是在購(gòu)進(jìn)和賣(mài)出這兩個(gè)環(huán)節(jié)中，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況選取合適的成分分析儀對(duì)液化天然氣的組分進(jìn)行分析，這樣不僅能夠確保液化天然氣氣化率，同時(shí)也能提高液化天然氣的熱值為企業(yè)獲得更多的利益。

4.2 裝帶有溫度補(bǔ)償?shù)捏w積修正儀

假設(shè)理想氣體情況下計(jì)算出的在0℃標(biāo)況和20℃工況兩種溫度下液化天然氣的氣化率有明顯差別，每立方米液化天然氣20℃的工況溫度會(huì)比0℃的標(biāo)況溫度高96，因此，在運(yùn)行液化天然氣的氣化作業(yè)時(shí)要盡可能控制溫度始終保持在液化天然氣氣化率較高的20℃的工況。為了時(shí)刻監(jiān)控并保持液化天然氣的溫度，需要在氣化后添加體積修正儀作為計(jì)量?jī)x表，并且所安裝的體積修正儀具備溫度補(bǔ)償功能，由于液化天然氣處于密封狀態(tài)下，液化天然氣的質(zhì)量始終保持不變，隨著裝置內(nèi)壓強(qiáng)的改變，液化天然氣的體積也會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)就需要體積修正儀根據(jù)變化及時(shí)進(jìn)行修正。為保證在這期間液化天然氣的溫度也會(huì)隨之產(chǎn)生變化從而影響到液化天然氣氣化率，就需要體積修正儀自身所配備的溫度補(bǔ)償及時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整，使得液化天然氣能夠始終保持在20℃工況下，保持較高的氣化率。

4.3 嚴(yán)格控制液氮和甲烷含量

因?yàn)橐夯烊粴馑哂械奶匦詫?dǎo)致液化天然氣需要保持液體狀態(tài)下進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)輸，在使用時(shí)才需要將其氣化轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w狀態(tài)，而液化天然氣中所含有的惰性氣體氮的液化溫度為-195℃，比液化天然氣的液化溫度還要低，也就是說(shuō)液氮的溫度始終要在液化天然氣的液化溫度以下，因此液化天然氣中含有液氮成分能夠很好地幫助液化天然氣在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中保持溫度。但除此之外，液氮對(duì)于液化天然氣來(lái)說(shuō)毫無(wú)用處，不僅降低了液化天然氣的氣化率，還降低了液化天然氣的燃燒效率，而液化天然氣中主要成分甲烷與液氮恰恰相反，甲烷的存在能夠極大提高液化天然氣的氣化率。

液化天然氣需要在進(jìn)入氣化器之前進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，主要針對(duì)甲烷含量和液氮含量進(jìn)行檢測(cè)，判斷提供天然氣液的供應(yīng)商所提供的液化天然氣氣值檢測(cè)報(bào)告是否與實(shí)際情況相符合，確保進(jìn)行氣化作業(yè)的液化天然氣中甲烷含量較高，同時(shí)還要嚴(yán)格將液氮的含量控制到最低，從而保證液化天然氣的氣化率。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)于液化天然氣的需求已經(jīng)進(jìn)入了高速增長(zhǎng)時(shí)期，對(duì)于燃?xì)夤?yīng)企業(yè)來(lái)說(shuō)研究如何提高液化天然氣氣化率仍是現(xiàn)階段需要解決的重要問(wèn)題，由于液化天然氣除了主要成分甲烷外還存在著阻礙氣化的其他氣體成分。因此，為了嚴(yán)格控制液化天然氣的氣化率，燃?xì)夤?yīng)企業(yè)要從液化天然氣的運(yùn)輸、保溫等多方面嚴(yán)格監(jiān)控，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天然氣的組分以保證液化天然氣的氣化率。