創(chuàng)新接收站直供氮氣，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟

摘要：本文主要簡述了冷能空分（簡稱“CAP”）的液氮貯罐T721每天蒸發(fā)液氮約6噸（按0.3%蒸發(fā)率算），合約200Nm3/hr。該部分氮氣被直接排放放空，排放的氮氣為成品氮氣，可回收利用。將液氮貯罐T721蒸發(fā)的氮氣經(jīng)過壓縮機壓縮后通過現(xiàn)有的管廊鋪設(shè)管道輸送供應(yīng)給接收站使用，不僅能夠提高CAP的氣態(tài)氮利用率，而且提高接收站氮氣供應(yīng)可靠性和降低運營成本，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、互利共贏。

關(guān)鍵詞：氮氣 ?冷能空分 ?直供

1、項目背景

福建LNG接收站氮氣系統(tǒng)由兩套成套設(shè)備組成。一套是膜制氮成套設(shè)備，另一套是液氮成套設(shè)備，通過槽車運輸?shù)絃NG接收站，儲存在液氮儲罐內(nèi)，由一個液氮儲罐和兩臺并列的空氣氣化器構(gòu)成，兩臺氣化器一用一備，當(dāng)出口溫度較低或一臺需要除霜時就需要運行另外一臺，氣化器設(shè)計每小時輸送氮氣流量為400Nm3/h。

正常運行時，通過膜制氮系統(tǒng)為下游用氮設(shè)備提供氮氣，高峰期用氮時，兩套系統(tǒng)需要同時開啟。膜制氮和液氮系統(tǒng)產(chǎn)生的氮氣首先送至氮氣緩沖罐中，再通過壓力控制閥分為兩路，一路為間歇用氮設(shè)備，一路為連續(xù)用氮設(shè)備。目前，接收站主要通過槽車運輸液氮氣化后供接收站生產(chǎn)和吹掃置換使用。LNG冷能空分裝置是一套利用LNG冷能與空分系統(tǒng)相結(jié)合的裝置，即充分利用LNG氣化時所釋放的巨大冷量，再根據(jù)空氣中各組分的沸點的不同，將液化空氣以精餾的方式分離從而生產(chǎn)出液氮、液氧、液氬等空分液體產(chǎn)品。冷能空分的液氮貯罐T721每天蒸發(fā)液氮約6噸（按0.3%蒸發(fā)率算），合約200Nm3/Hr氮氣被排放，排放的氮氣為成品氮氣，可回收利用。

2、直供氮氣

2.1工藝技術(shù)路線

CAP液氮貯罐T721蒸發(fā)的低溫氮氣經(jīng)過換熱器升溫到常溫（﹥0℃）后，進入無油螺桿壓縮機壓縮到9.0barg，通過現(xiàn)有CAP管廊鋪設(shè)約1000米2寸管道至接收站氮氣管網(wǎng)，提供氮氣給接收站使用（壓縮機后端設(shè)置緩沖罐）。接收站原液氮供應(yīng)系統(tǒng)將作為第一備用，當(dāng)LNG接收站氮氣用量大于140Nm3/hr或CAP氮氣供應(yīng)裝置故障時，由接收站液氮供應(yīng)系統(tǒng)提供氮氣補充。CAP廠內(nèi)備用罐T732作為第二備用，當(dāng)CAP氮氣供應(yīng)裝置故障和接收站液氮供應(yīng)系統(tǒng)同時故障時，由CAP液氮備用罐T732（手動切換，0.6MPa）提供氮氣補充（因液氮罐內(nèi)泵揚程和供應(yīng)壓力受限，而無法直接采用冷能空分液氮罐液氮直接供應(yīng)模式）。流程示意圖，如圖1所示。

特點：正常情況用氣態(tài)氮氣供氣，二級液氮備用，大大提高接收站氮氣供應(yīng)的可靠性。

2.2可行性分析

2.2.1氮氣性能指標

根據(jù)接收站設(shè)計說明，接收站氮氣技術(shù)指標如下表1：

CAP液氮蒸發(fā)氣技術(shù)指標如下表2：

對比分析，CAP液氮蒸發(fā)氣的技術(shù)指標可滿足接收站生產(chǎn)需要。

2.2.2 氮氣接口方案（含管廊）

經(jīng)查閱圖紙、現(xiàn)場勘查，氮氣接口可選擇了首站旁管廊上方氮氣預(yù)留口處。同時，因有預(yù)留隔斷閥門，可在不影響接收站正常生產(chǎn)用氮的前提下實現(xiàn)碰口作業(yè)。管廊可依托原冷能空分LNG冷能利用管廊，無需再建設(shè)。

2.2.3氮氣用量

根據(jù)接收站設(shè)計文件，接收站氮氣用量如下表3所示。

根據(jù)設(shè)計文件，接收站氮氣正常用量為80Nm3/hr，最大用量為127Nm3/hr;直供氮供應(yīng)流量為140 Nm3/hr，可滿足連續(xù)生產(chǎn)需要。

2.2.4 設(shè)備選型

為確保氮氣供應(yīng)裝置生產(chǎn)安全穩(wěn)定的運行，本項目可采用變頻無油螺桿壓縮機將氮氣壓縮到供應(yīng)壓力（0.75～0.95MPa）[1]。主要設(shè)備及選型詳見下表4。

3、創(chuàng)新及亮點

1）有別于其他LNG接收站，改變傳統(tǒng)的液氮氣化供應(yīng)方式，采用回收液氮蒸發(fā)氣供接收站生產(chǎn)使用;

2）降低膜制氮壓縮機運行時間，降低能耗和維護成本;

3）管道直供輸送減少中間接卸、運輸環(huán)節(jié)，降低了人員誤操作風(fēng)險和槽車運輸風(fēng)險，更加安全可靠，且供應(yīng)量穩(wěn)定，有利于保障接收站連續(xù)生產(chǎn);

4）回收液氮蒸發(fā)氣，避免液氮蒸發(fā)氣直接放空損失，提高了冷能空分氣態(tài)氮利用率，促進了產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。

4、實施效果情況

1）管道直供氮后，若相比液氮供應(yīng)模式，等額結(jié)算預(yù)計可節(jié)約年購液氮成本：

（140×24×30×12×1000）÷992=121.94萬元。

若相比膜制氮和液氮共同供應(yīng)模式。膜制氮（額定功率為60kW）產(chǎn)能按照設(shè)計70Nm3/h來計算，則每年運行電量為52.56萬千瓦，對應(yīng)能耗為64.60噸折標煤/年，年運行電費為42.05萬元。剩余70Nm3/h采用液氮供應(yīng)，則需采購液氮成本（含燃油費）為60.97萬元/年。在這種模式下，管道直供氮年共可節(jié)省的費用為42.05+60.97=103.02萬元。

2）采取冷能空分管道直供接收站氮氣為主，接收站液氮氣化供應(yīng)為輔（作為第一備用），冷能空分液氮罐氣化直供作為應(yīng)急（作為第二備用）的多種供應(yīng)方式，大大提高了接收站運行的可靠性、安全性，同時，降低了液氮運輸和接卸風(fēng)險。

3）管道直供氮由冷能空分出資建設(shè)，可節(jié)約投資151萬元。

4）減少冷能空分氮氣放空損失，提供氣態(tài)氮利用率。

5、研究結(jié)論

通過對本項目的產(chǎn)品方案、工藝技術(shù)、經(jīng)濟效益等初步研究，結(jié)果表明：

1）本項目能夠極大提高LNG接收站氮氣供應(yīng)可靠性。

2）同時提高CAP的氣態(tài)氮利用率，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟。

3）冷能空分液氮蒸發(fā)氣直接回收利用于LNG接收站適用于其他接收站項目，同樣適用于冷能空分項目的其他用戶。

參考文獻：

[1]郁永章等.壓縮機工程手冊.中國石化出版社有限公司，2012.

作者簡介：邊遠（1986-），男，中海福建天然氣有限責(zé)任公司 工程師，本科，主要從事液化天然氣技術(shù)管理。