LNG技术(汽化与冷量利用)解析课件

1、LNG技术第五章 LNG的汽化与冷量利用2022/10/10LNG技术第五章 2022/10/9第五章 LNG的汽化与利用 天然气作为液体状态存在时有利于其储存和运输，但天然气最终被利用时的状态必须是气态。因此，液化天然气在被利用之前必须先经过汽化。 天然气是一种应用非常广泛的优质清洁的燃料和化工原料，在发电、汽车、化工、空调、工业与民用燃料等领域获得了有效的利用。广义地说，任何一种天然气的利用方式均可以作为LNG的一种利用方式。狭义地说，液化天然气的利用专指在LNG利用系统中，天然气不仅仅作为系统的燃料或原料，而是直接与系统流程结合，并使系统运行得到优化。在LNG的使用中，还有大量的冷量可以

2、利用。2022/10/102第五章 LNG的汽化与利用 天然气作为液体第五章 LNG的汽化与利用5.1 LNG的汽化 液化天然气汽化站是一个接收、储存和分配液化天然气的基地，是城镇或燃气企业把LNG从生产厂家转往用户的中间调节场所。由于LNG本身具有易燃、易爆的危险性，又具有低温储存的特点，因此，LNG汽化站在建设布局、设备安装、操作管理等方面都有一些特殊要求。 参照标准：美国NFPA59A液化天然气（LNG）生产、储存和处理2022/10/103第五章 LNG的汽化与利用5.1 LNG的汽化 2022第五章 LNG的汽化与利用5.1.1 LNG汽化站的总体规划 站址的选择 站址选择一方面要从

3、城市的总体规划和合理布局出发，另一方面也应从有利生产、方便运输、保护环境着眼。因此，在站址选择过程中，要考虑到既能完成当前的生产任务，又要想到将来的发展。围堰区和排放系统设计 液化天然气储罐周围必须设置围堰区，以保证储罐发生的事故对周围设施造成的危害降低到最小程度。 2022/10/104第五章 LNG的汽化与利用5.1.1 LNG汽化站的总第五章 LNG的汽化与利用 汽化站的工艺区，汽化区，液化天然气、可燃制冷剂、可燃液体的输运区，以及邻近可燃制冷剂或可燃液体储罐周围的区域，应该具有一定的坡度，或具有排泄设施，或设置围堰。可燃液体与可燃制冷剂的储罐不能位于LNG储罐的围堰区内。 液化天然气储

4、罐的围堰区应当有一个最小允许容积V，它包括排泄区的任何有用容积和为置换积雪、其它储罐和设备留出的余量。 2022/10/105第五章 LNG的汽化与利用 汽化站的工艺区第五章 LNG的汽化与利用计算方法：1)单个储罐的围堰区最小允许容积 V储罐中液体的总容积(假定储罐充满)2)在多于1个储罐，并且有相应的措施来防止由于单个储罐泄漏造成的低温或火灾引发其它储罐的泄漏时，围堰最小允许容积 V被围储罐中最大储罐中的液体体积(假定储罐充满)3)在多于1个储罐，并且没有相应的措施来防止由于单个储罐泄漏造成的低温或火灾引发其它储罐的泄漏时，围堰最小允许容积为 V被围储罐中全部储罐中液体的总容积(假定储罐充

5、满) 2022/10/106第五章 LNG的汽化与利用计算方法：2022/10/96第五章 LNG的汽化与利用 围堰区如果仅用于汽化工艺或LNG输运设施时，其最小容积为任何单一事故源在10min内漏入围堰区的液化天然气、可燃制冷剂或可燃液体的最大容积。除了用来引导LNG快速流出危险区的储罐的排泄管外，禁止采用密闭的液化天然气排泄管道。当储罐的工作压力为0.1MPa或更小时，防护围栏或围堰墙的高度和距离由图5-1确定 2022/10/107第五章 LNG的汽化与利用 围堰区如果仅用第五章 LNG的汽化与利用 围堰区应当有排除雨水或其它水的措施。可以采用自动排水泵排水，但泵应配有自动切断装置以防在

6、LNG温度下工作。如果利用重力来排水，应预防LNG通过排水系统溢流。 围堰表面的隔热系统应不易燃烧并可长久使用，且应能承受在事故状态下的热力与机械应力和载荷。围堰区的界定 为了使围堰区内在发生LNG溢流时发生火灾的可能性尽可能减小，对汽化站其它设施的危害降到最低，应根据热辐射防护距离确定用地线。 2022/10/108第五章 LNG的汽化与利用 围堰区应当有排第五章 LNG的汽化与利用规定如下：来自火焰的热辐射通量的规定在风速为0m/s，温度为21和相对湿度为50%的大气条件下，来自火焰的热辐射通量不能超过规定的限定值；热辐射防护距离应根据LNG火灾热辐射模型计算确定；LNG设计溢流量应根据设

7、计的具体情况确定。汽化器的间隔 除非导热流体介质是不可燃的，各汽化器及其主要热源应当布置在离任何其它火源至少15m的地方。2022/10/109第五章 LNG的汽化与利用规定如下：2022/10/99第五章 LNG的汽化与利用 整体加热汽化器应布置在距用地线至少30m，并距下述地点至少15m： 1) 任何围堰内的液化天然气、可燃制冷剂或可燃液体、或在任何其它泄漏的事故源和围堰区之间的这几种液体的输运管道。 2) 液化天然气、可燃制冷剂或可燃气体的储罐，含有这几种液体的不用火的工艺设备，或用在输送这些液体的装卸接口。 3) 控制大楼、办公室、车间和其它有人的或重要的建筑物。2022/10/101

8、0第五章 LNG的汽化与利用 整体加热汽化器第五章 LNG的汽化与利用 远程加热汽化器、环境汽化器和工艺汽化器应布置在距用地线至少30m以远。远程加热汽化器和环境汽化器应当允许布置在围堰区内。 在多个加热汽化器的场合，各汽化器之间的间距应当至少保持1.5m。工艺设备的间隔 含有液化天然气、制冷剂、可燃液体或可燃气体的工艺设备，应当布置在离火源、用地线、控制室、办公室、车间和其它类型的建筑物至少15m远处。燃烧设备和其它火源应当布置在离任何围堰区或储罐排泄系统至少15m。 2022/10/1011第五章 LNG的汽化与利用 远程加热汽化器第五章 LNG的汽化与利用5.1.2 LNG的汽化流程 汽

9、化流程 液化天然气汽化站工艺大致分为两种：一种是蒸发气体（BOG）再液化工艺；另一种是BOG直接压缩工艺。两种工艺并无本质上的区别，仅在蒸发气体的处理上有所不同。图5-2是采用BOG再液化工艺的LNG汽化站工艺流程。2022/10/1012第五章 LNG的汽化与利用5.1.2 LNG的汽化流程第五章 LNG的汽化与利用5.1.2 LNG的汽化流程 汽化流程 在大型LNG接收站，LNG运输船抵达码头后，经卸料臂将LNG输送到储罐储存。来自储罐的LNG由泵升压后送人汽化器，LNG受热汽化后输送到下游用户管网。LNG在储存过程中，由于储罐不可避免的漏热，部分LNG会从液相蒸发出来，这部分蒸发气体即B

10、OG。采用再液化工艺时，BOG先通过压缩机加压到1MPa左右，然后与LNG低压泵送来的压力为1MPa的LNG过冷液体换热并重新液化为LNG。 2022/10/1013第五章 LNG的汽化与利用5.1.2 LNG的汽化流程第五章 LNG的汽化与利用 若采用BOG直接压缩工艺，则由压缩机加压到用户所需压力后直接进入外输管网。BOG直接压缩工艺需要将气体直接升压至管网压力，需要消耗大量压缩功；而LNG再液化工艺是将液体用泵升压，由于液体体积要小得多，且液体的压缩性很小，因此液体升压过程的能耗比BOG直接升压过程可节约50%左右。 另外，为了防止LNG在卸船过程中造成LNG船舱形成负压，一部分BOG需

11、要返回LNG船以平衡压力。 2022/10/1014第五章 LNG的汽化与利用 若采用BOG直第五章 LNG的汽化与利用 小型LNG汽化站一般采用LNG槽车输入LNG，卸车过程比大型接收汽化站的卸船过程更简单一些，但汽化工艺过程是类似的。 液化天然气接收汽化站工艺流程选择中，还有很重要的一个部分是关于LNG储存设备和汽化设备的选择。这需要在考虑各种设备优缺点的基础上，结合汽化站规模和其它具体情况确定。 2022/10/1015第五章 LNG的汽化与利用 小型LNG汽化第五章 LNG的汽化与利用汽化站储存总容积的确定 为了保证在用气高峰季节也能保证正常供应，汽化站中应储存一定数量的液化天然气。目

12、前最广泛采用的储存方式是利用储罐储存。 汽化站储罐设计总容积可按下式计算： n-储备天数；k-月高峰系数；Gr-平均日用气量；储存天数主要取决于气源情况（气源厂个数、检修周期和时间、气源厂的远近等）和运输方式。 2022/10/1016第五章 LNG的汽化与利用汽化站储存总容积的确定2022第五章 LNG的汽化与利用汽化器传热面积的确定 汽化器传热面积可按下式计算： A汽化器的换热面积（时）； w汽化器的汽化能力(kg/s)； q汽化单位质量液化天然气所需的热量（kJ/kg） K汽化器的传热系数kW/（m2 .K）； t加热介质与液化天然气的平均温差（K）。2022/10/1017第五章 LN

13、G的汽化与利用汽化器传热面积的确定2022/第五章 LNG的汽化与利用5.1.3 LNG的汽化工艺设备 液化天然气汽化站设备主要有储罐、汽化器、泵和压缩机等。 固定式液化天然气储罐 主要有金属储罐和钢筋混凝土两大类。对储罐的基本要求包括：低温性能、 隔热性能、 地震与风雪荷载、 充装容积、土壤防冻、 分层与涡漩预防 对于金属储罐，运行压力小于0.1MPa的焊接结构按普通容器设计制造。运行压力大于0.1 MPa的焊接结构的金属储罐按压力容器设计制造。 2022/10/1018第五章 LNG的汽化与利用5.1.3 LNG的汽化工艺设第五章 LNG的汽化与利用液化天然气汽化器 分类 按热源不同分为三

14、类： 加热汽化器（整体加热汽化器如浸没式,远程加热汽化器）环境汽化器（直接利用大气、海水或地热水作为热源）工艺汽化器（热源来自其它热动力过程或化学过程）2022/10/1019第五章 LNG的汽化与利用液化天然气汽化器 2022第五章 LNG的汽化与利用2022/10/1020第五章 LNG的汽化与利用2022/10/920第五章 LNG的汽化与利用汽化器基本要求 汽化器换热器的设计工作压力，至少等于液化天然气泵或供给液化天然气的压力容器系统的最大出口压力中较大的压力值。 汽化器组的各个汽化器均应设置进口和排放切断阀。 应提供恰当的自动化设备，以避免LNG或汽化气体以高于或低于外送系统的温度进

15、入输配系统。这类自动化设备应独立于所有其它流动控制系统，并应与仅用于紧急用途的管路阀门相配合。2022/10/1021第五章 LNG的汽化与利用汽化器基本要求2022/10/第五章 LNG的汽化与利用 用于防止LNG进入空置汽化器组的隔断设施，应包括两个进口阀，并且提供排除两个阀门之间可能聚集的LNG或气体的安全的措施。 每一加热汽化器应提供一种在距汽化器至少15m处切断热源的方式。此设备应在其安装位置可操作。 如果汽化器与向其供液的储罐的距离不小于15m，则在LNG管路距加热汽化器至少15m处应设置切断阀。此切断阀应在其安装位置和以远程方式均可操作，且应防止因外部结冰使其不可操作。 2022

16、/10/1022第五章 LNG的汽化与利用 用于防止LNG进入空置第五章 LNG的汽化与利用安装在距LNG储罐15m之内的任何环境或加热汽化器，均应在液体管路上设置自动切断阀。此阀应设在距汽化器至少3m处，应在管路失压时（过流），或汽化器紧邻区域温度异常时（火灾），或汽化器出口管路出现低温时，能自动关闭。在有人值班的地方，应允许在距汽化器至少15m处对此阀实现远程操作。 如果在远程加热汽化器中采用了可燃中间流体，应在中间流体系统管路的热端和冷端均设置切断阀。这些阀门的控制设施应设在距汽化器至少15m处。 2022/10/1023第五章 LNG的汽化与利用安装在距LNG储罐15m之内的第五章 L

17、NG的汽化与利用每台汽化器应当安装减压阀，减压阀的口径按下列要求选取：加热或工艺汽化器的减压阀的排出量，应为额定的汽化器天然气流量的110%，不允许压力上升到超过最大许用压力的10%以上；环境汽化器的减压阀的排出量，至少应为额定的汽化器天然气流量的150%，不允许压力上升到超过最大许用压力的10%以上。加热汽化器的减压阀在运行时温度不能超过60，除非设计的阀门能承受高温。 整体加热汽化器或远程加热汽化器用的一次热源在运行时燃烧所需要的空气，应从一个完全封闭的建筑外部获得。在安装整体加热汽化器或远程加热汽化器的一次热源的地点，应防止燃烧后生成的有害气体积聚。 2022/10/1024第五章 LN

18、G的汽化与利用每台汽化器应当安装减压阀，减压第五章 LNG的汽化与利用泵和压缩机 液化天然气汽化站中使用的泵和压缩机，应满足下列要求： 泵和压缩机应当使用在可能遇到的温度和压力条件下都能正常工作的材料来制造。 阀门的安装应使每一台泵或压缩机都能单独维修。在泵或离心式压缩机因操作需要并列安装的场合，每一个出口管线上应配一个止回阀。 泵和压缩机应当在出口管线上装备一个减压装置来限制压力，使之低于机壳和下游管道、设备的设计最大安全工作压力。 2022/10/1025第五章 LNG的汽化与利用泵和压缩机 2022/10第五章 LNG的汽化与利用泵和压缩机 每台泵应当装备有足够能力的释放阀，用以防止泵壳

19、在冷却时产生最大流量期间超压。低温泵的地基和油池的设计和施工中，应防止冷冻膨胀。对于输送温度低于-29的液体泵，应配备预冷装置，确保泵不被损坏或造成临时或永久失效。处理可燃气体的压缩设备，应在各个气体可能漏泄的点设排气道，使气体能排出到建筑物外部可供安全排放的地方。 2022/10/1026第五章 LNG的汽化与利用泵和压缩机 2022/10第五章 LNG的汽化与利用5.1.4 测量仪表 液位测量（独立的两套，高液位报警器）压力表（储罐最高预期液位上方的位置）真空表（真空夹套设备检测夹层中的绝对压力）温度检测（储罐、汽化器、低温设备和容器的地基）检测仪表的紧急切断2022/10/1027第五章

20、 LNG的汽化与利用5.1.4 测量仪表 20第五章 LNG的汽化与利用5.1.5 汽化站的消防与安全 着火源控制紧急关闭系统火灾和泄漏监控消防水系统灭火设备安全措施2022/10/1028第五章 LNG的汽化与利用5.1.5 汽化站的消防与安全第五章 LNG的汽化与利用5.1.6 汽化站建设实例 淄博LNG汽化站工程概况LNG汽化站的工艺设计1) 工艺流程2022/10/1029第五章 LNG的汽化与利用5.1.6 汽化站建设实例 第五章 LNG的汽化与利用2) 设备及材料的选择LNG储罐：立式，几何水容积106m3，12台，内胆材料为OCr18Ni9，外层为16MnR,夹层充填珠光砂抽真空

21、绝热保冷。储存压力0.3MPa，温度-145摄氏度空浴汽化器：汽化能力1500kg/h，8台。水浴汽化器：汽化能力4000kg/h，1台。材料：工艺中所要求的低温管道均采用OCr18Ni9 ,与之相关的低温阀门均由日本赛山公司提供，相关管道进行保冷处理。 2022/10/1030第五章 LNG的汽化与利用2) 设备及材料的选择2022第五章 LNG的汽化与利用5.1.6 汽化站建设实例 3) LNG站的消防及安全设计 消防水罐(1500m3,两个)； 环状供水管网、消火栓、水炮和罐顶水幕喷淋装置； 罐区设干粉灭火装置； 排液沟和集液池（200m3） 可燃气体报警 紧急切断阀和高压保护、安全放空

22、系统2022/10/1031第五章 LNG的汽化与利用5.1.6 汽化站建设实例 第五章 LNG的汽化与利用4) 站址选择及总平面布置 在考察多个站址基础上，确定在杨寨的供气站占地37.6亩，四周较空旷，地下没被采空，且自然地势为西高东低，厂区自然就分为高（生活区）低（生产区）两部分，由于主风向为西南风，储罐就设在下厂区的东北侧，故站址及厂区平面布置较为安全、合理 。2022/10/1032第五章 LNG的汽化与利用4) 站址选择及总平面布置20第五章 LNG的汽化与利用5.2 LNG的的增压系统概述 当储罐内的低温液体向外排出的时候，储罐内的压力会逐渐下降。为保持储罐内的压力稳定，必须对储罐

23、进行增压。另外如果加注到储罐内的低温液体的初始压力没有达到工作压力的要求，也必须对储罐进行增压。低温容器的增压供气系统主要有三类：低温泵增压系统、外部气源增压系统和自增压系统。2022/10/1033第五章 LNG的汽化与利用5.2 LNG的的增压系统概述第五章 LNG的汽化与利用（1）低温泵增压系统 这种方法是在排液口设置低温泵，利用泵的机械功使低温液体增压，以及向汽化器输液。低温泵的运行需要额外耗功（虽然液体泵消耗功率不大），更重要的是需要额外的低温泵。低温泵价格比较昂贵，降低了系统经济性。若低温泵安装在储罐外部，则暴露在环境中，不便于绝热和保护；若安装在储罐内部，一则给安装与维修带来很大

24、的不便，二则减小了储罐的有效容积。因此低温泵不适于液化天然气汽车燃料罐这一类小型的供气系统。当然，对于大型低温供气系统来说，采用低温泵增压是比较合适的。 2022/10/1034第五章 LNG的汽化与利用（1）低温泵增压系统2022/第五章 LNG的汽化与利用（2）外部气源增压系统 利用外来的气源实现增压和排液过程。例如可以在汽车上额外安装一个压缩天然气（CNG）储罐，在汽车运行时，将CNG储罐中的高压天然气注人到LNG储罐中，以实现挤压排液。此种方式对于控制LNG储罐内的压力非常方便准确，但需要额外的CNG储罐及高压压缩天然气，在车上空余空间比较充足的情况下，可以进行研究并投人使用。2022

25、/10/1035第五章 LNG的汽化与利用（2）外部气源增压系统2022第五章 LNG的汽化与利用（3）自增压系统 相对来说，对于不便设置低温泵或外部气源，或者设置这些设备不经济的场合，则自增压系统是比较合理的选择。自增压系统主要有以下四种方式 ：2022/10/1036第五章 LNG的汽化与利用（3）自增压系统2022/10第五章 LNG的汽化与利用（3）自增压系统 回气增压系统真空压力控制系统2022/10/1037第五章 LNG的汽化与利用（3）自增压系统回气增压系统真第五章 LNG的汽化与利用5.3 LNG的的冷量利用 LNG有可观的冷量，为了节能，有必要加以回收利用。日本是世界上LNG进口量最多的国家，对LNG的冷量利用开发出了多项技术。大阪煤气公司就有7个LNG冷量利用工厂，成功地实现了用LNG冷量淡化海水、冷冻冷藏、空气液化、发电、空调、低温破碎固体等。 一般基本负荷型液化天然气在汽化时冷量可以得到充分利用，