LNG接收站溫室氣體減排措施優化

安寶晶

海油總節能減排監測中心有限公司

0 LNG產業鏈

LNG 接收站工藝系統主要由LNG 卸船、儲存、低壓外輸、高壓外輸、蒸發氣處理和火炬放空六個部分組成，工藝流程如圖1所示。當LNG運輸船進港停泊后，船上LNG貨物泵（潛液泵）啟動，經LNG卸料臂將LNG 輸送到接收站的LNG 儲罐進行儲存。外輸時，儲罐內儲存的LNG通過罐內低壓泵加壓，進入LNG槽車裝車流程，或經LNG高壓泵增壓后進入氣化器氣化成天然氣，經計量后輸送至外輸管網［1］。

圖1 LNG接收站工藝流程

1 排放源識別

LNG 接收站生產運營過程中產生溫室氣體排放主要為直接排放、間接排放和其它間接排放。其中，直接排放包括固定燃燒源、移動燃燒源、逸散排放源、放空排放源等。間接排放源指企業所購外部電力、熱力或蒸汽產生的溫室氣體排放。其它間接排放指企業自身活動或者其它服務產生的［2］。本文以福建LNG 接收站為例，梳理了該站溫室氣體排放源組成及排放設施、消耗能源種類，具體情況見表1。

表1 LNG接收站溫室氣體排放源識別

2 LNG接收站降碳措施

2.1 設備改造與操作優化

1）離心泵節能改造

大多數LNG 接收站都普遍采用多級離心泵，如LNG 混合設備等。借助多級離心泵技術改造項目，能夠進一步提高泵的工作效率，降低設備的消耗，達到節能減碳的目的［3］。結合泵設計生產的具體情況、主要特點、如何操作和調整、操作規程等具體分析，進一步改進提高運行效率的形式，優化管路系統的具體工藝，減少反作用力，盡可能減少管路系統上的三通接頭、管路閥門等金屬軟管的數量，減少額外多余的管路系統附件，減少管道系統管路實際長度，減少緩慢流動造成的損失。當水泵的在線流量和揚程較大時，采用切割風機葉輪能夠達到環保節能的目的，當水泵的額定流量溫度過高而在線流量一定要合適時，可通過將風機葉輪減少20 級來降低水泵的額定流量，以達到環保節能的目的。

2）壓縮機節能改造

一般來說，BOG空調壓縮機都是往復活塞式空調壓縮機。借助BOG 空調壓縮機技改項目，能夠進一步提高BOG 空調壓縮機的電機排量，降低空調壓縮機的能耗和發熱量，進一步提高空調壓縮機的運行效率，或者降低BOG 空調壓縮機的實際軸功率，同時借助BOG 空調壓縮機系統的能量來做到環保、節能、CO2減排的目標。在原有的基礎上進一步提高換熱器換熱效率和冷卻水系統容積，強制鼓風機快速冷卻，使進氣管快速冷卻，壓縮過程接近等溫過程，降低能源消耗和發熱。借助通道入口提高空氣冷卻器冷卻效率，降低通道入口處的環境溫度，進一步提高發動機排量，減少指示功。以提高自然呼吸量，并在與壓縮過程有所關聯的特定參數的特定條件下，在原有基礎上進一步提高發動機的排量和空調壓縮機的運行效率。在允許范圍內盡可能減小間隙的有效容積。

3）儲罐航空障礙燈改造

LED燈又叫發光二極管，它是一種固態的半導體器件，可以直接把電轉化為光。白熾燈的工作原理是電流通過燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲處于白熾狀態而發光。白熾燈發光時，大量的電能將轉化為熱能，只有極少一部分可以轉化為有用的光能。因此，LED燈相比白熾燈更節能。

2.2 能源資源綜合利用

采用低溫朗肯循環系統的冷能發電裝置，以海水為熱源，采用單工質形式，利用LNG 冷能以及海水的低品位能產生電能。現階段以丙烷作為低溫朗肯循環發電的單循環工質，研究結論成熟，具備沸點低、形式緊湊、反應迅速的優點，且貼合接收站氣化器實際運行現狀，是目前綜合技術、經濟考慮下的優選工質。除循環介質循環泵外，朗肯循環中不需其它外界功輸入，減少了系統本身能耗［4］。

采用低溫有機朗肯循環的冷能發電系統工作流程如圖2 所示。液態丙烷在中間介質氣化器E1內被海水加熱氣化，氣態丙烷進入透平發電機組，驅動透平發電機組發電（在透平出口為氣態），隨后進入LNG氣化器E2內，與LNG進行熱交換，在LNG氣化器內被液化，然后液態丙烷通過丙烷循環泵升壓并再次進入中間介質氣化器E1中循環。LNG在氣化器E2中被丙烷加熱至氣態，隨后在天然氣加熱器E3 中被海水進一步加熱至高于1 ℃，輸出到管網。海水依次經過天然氣加熱器、中間介質氣化器換熱后排出，并確保進出口溫差不大于5 ℃。

圖2 采用低溫有機朗肯循環的冷能發電系統工作流程

在LNG 接收站，一般需將LNG 通過氣化器氣化后使用，氣化時放出的冷能約為830 kJ/kg。通常這部分冷能隨天然氣氣化器中的海水和空氣流失，造成能源的浪費。若轉化為電力，可減少的能耗相當可觀。

根據低溫有機朗肯循環冷能發電系統流程圖可以得到，工質在LNG氣化器E2處放出的熱量為：

式中：ml為冷卻介質LNG的質量流量，kg/s；mc為中間介質丙烷的質量流量，kg/s。

丙烷循環泵消耗的功等于丙烷循環泵的耗電量，其值為：

式中，丙烷循環泵效率ηp取75%。

透平發電機組對外做的功等于透平發電機組的發電量，其值為：

式中，透平發電機組效率ηt取85%。因此，系統凈輸出功率為：

由上述公式可得：

若已知冷卻介質LNG在6、7點，中間介質丙烷在1、2、3、4點處的焓值，便可求得該條件下單位流量冷卻介質的凈發電量。對各點的壓力溫度進行假設，查物性參數可得數據如表2。

表2 朗肯循環各點對應溫度、壓力以及焓值

將以上數值代入公式得，單位LNG流量凈發電量為46.8 kJ/kg，假設可用于冷能發電的LNG 為180 t/h，則發電量為19 657 MWh。根據核算指南，凈購入電力隱含的CO2排放計算方式為：

其中AD電力為企業凈購入的電力消費量，單位為MWh；EF電力為電力供應的CO2排放因子，單位為tCO2/MWh，參考目前最新的全國電網平均排放因子0.581 0 tCO2/MWh。故因使用余壓發電而減少的CO2排放量為：19 657×0.581 0=11 421 tCO2。預計減排量見表3。

表3 冷能發電減排效益

2.3 控制火炬排放

將等離子點火裝置引入火炬系統，當火炬放空時，火炬放空流量檢測器會檢測到放空氣體流量，將所測得的信號送到PLC智能控制系統，PLC智能控制系統同時通過火焰檢測器檢測是否有燃燒火焰。如果無火焰，則啟動閃爆器點火，如果火炬已被點燃，火焰檢測開關把火焰燃燒開關信號上傳PLC智能控制系統，PLC則控制爆燃器引爆點火控制器關閉閃爆器，不再進行閃爆點火。引入等離子點火裝置之后，其中包含的控制系統可以實現點火裝置的自動啟停，從而代替長明燈，實現節能降碳的目的［5］。

2.4 可再生能源利用

電力清潔化是減排的重要方向之一，隨著國內智能電網建設的持續推進，光伏發電技術也日益成熟，其發電成本持續降低。對企業來說除了采購綠電還可以利用現有空間，建設屋頂光伏電站——將光伏電站與建筑物屋頂合二為一。光伏發電系統可以實現自身用電以及并網工作，可以做到自發自用、余電上網功能，同時，電能就近輸送和利用使其損失率達到最小，利用率達到最大,代替傳統化石能源發電，達到節能減排目的。

3 結論

隨著我國經濟的不斷發展，節能降碳的意識逐漸深入人心，相關政策也逐漸出臺。在這樣的趨勢下，為了發展低碳經濟，實現碳達峰碳中和減少碳排放的目標，LNG接收站也面臨降低單位CO2排放的巨大挑戰。同時，為了降低LNG接收站的運行成本，增加收益，也有必要對LNG 接收站開展節能降碳工作。本文結合LNG接收站的工藝系統、生產過程以及LNG運輸船、儲罐、槽車、壓縮機等典型設備的特點，對已實施的節能減排措施和碳減排潛力進行分析，并結合技術發展進一步提出新的節能降碳措施。