LNG调峰方式和调峰站技术资料

LNG调峰方式和调峰站技术资料

(一)LNG调峰方式

城市天然气的调峰通常有两种手段，一种是以气态的方式储存高压气态的天然气，储气设施常采用高压储气罐或大管径高压管道，用气低峰时储气，用气高峰时供气。另一种是以液态的方式储存低温的液化天然气，储存设施常为低温液体储罐，用气高峰时气化供气，液化天然气的来源一般为外购或用气低峰时将气态天然气液化。液态储存调峰方式在发达国家广泛用于天然气输配管网中，对城市用气量的波动进行平衡。液化天然气液态储存量远远大于气态，因此LNG储存调峰单位造价更节省，是更先进、更有效的调峰方式。例子：深圳市，上游LNG接收站位于深圳市大鹏湾秤头角，LNG来源极为方便。深圳市已建设了4座LNG气化站，与LNG相关的技术已相当成熟，因此深圳市适宜建设LNG气化站作为调峰机动气源。深圳市计划新建LNG调峰站3座，用于城市调峰，调峰站LNG储罐总容积为2200m3。（二）LNG调峰工艺

调峰可以采用以下两种工艺提高LNG调峰站出站压力。

工艺A：加压气化工艺。先将LNG用泵加压到一定压力，再通过LNG气化器气化后，出站进入次管网。

工艺B：气化压缩工艺。先将LNG用气化器气化，气化后达到一定压力，再通过天然气压缩机压缩至高压左右，出站进入管网。由于加压液体比加压气体效率高得多，工艺A比工艺B节能效果好，且占地面积小得多，因此LNG调峰工艺流程最好采用加压气化工艺。LNG调峰站加压气化工艺流程见图1。

LNG采用LNG槽车由公路运输至LNG调峰站，在卸车台用卸车增压器对LNG槽车增压，利用压差将LNG送至LNG立式储罐。调峰时，通过自增压器将储罐增压到可适压力。增压后的LNG进入LNG低温泵，加压至中高压，进入LNG气化器，换热后转化为常温气态天然气，经调压、计量、加臭后进入城市次高压管网。BOG为罐顶蒸发气，通过BOG加热器加热后，送入中压管网。EAG为紧急放空气，通过EAG加热器加热后，送至放散管集中放散。（三）设备选型

LNG调峰站的主要设备为低温储罐、LNG泵、LNG气化器、调压、计量、加臭装置。其中低温储罐、调压、计量、加臭装置在国内已有大量应用，有较成熟的技术标准和较齐全的产品系列。

低温液体泵和气化器在国内液氧、液氮、液氩等空分行业已大量应用，但在LNG行业内应用实例很少，而且相对于LNG调峰，空分行业的加压气化量要小得多，因此，LNG泵和LNG气化器的设备选型有较大难度。下面以深圳市梅林LNG调峰站为例，讲解探讨LNG调峰站加压气化设备(LNG泵和LNG气化器)的选型。1、气化方式的选择及LNG气化器选型

①气化方式的选择

深圳梅林LNG调峰站(以下简称梅林站)位于深圳特区内，是特区内唯一的一座调峰站，小时高峰流量为4×104m3/h，极限流量为6×104m3/h，出站压力为1.6MPa，出站天然气温度高于-10℃。设6台LNG储罐，总容积为900m3。

根据梅林站的特点，可采用的气化方式有完全空温气化、强制通风气化、温水加热气化、浸没燃烧加热气化、空温气化串联水浴复热等方式。

温水加热气化、浸没燃烧加热气化方式虽然LNG气化后出气温度稳定，气化量大，但耗能太高，辅助设备多，造价高，因此不予考虑。

完全空温气化、强制通风气化虽然能有效地利用环境热量，但受环境条件影响较大。深圳地区的极端最低气温为0.2℃，每年有1～2d最低气温低于5℃，在最低气温日不足以保证气化后的天然气温度高于-10℃。

空温气化串联水浴复热方式，既能在全年的大部分时间采用完全空温气化方式，有效地利用了环境热量，节能效果显著，又能在极端气温Et以串联水浴复热方式保证出气温度稳定。因此，空温气化串联水浴复热方式技术经济性较好，造价和运行费用均较低。

②LNG气化器选型

根据调研，目前国内LNG行业尚无单台气化能力为5000m3/h及以上规格的气化器在役运行。对比空分行业，国内有单台气化能力为7500m3/h的气化器在役运行，均用于氧、氮、氩上，采用的是国外产品，当介质换成LNG时，相当于气化能力为5625m3/h。

根据美国低温设备公司提供的数据，单台LNG空温气化器最大可以达到7500m3/h的气化能力。实际工程中，气化能力为5625m3/h的空温气化器使用较多，生产难度和设备造价均较低。因此，基于国内空分行业的运行实例和控制LNG气化器设备造价，确定梅林站采用单台气化能力为5000m3/h的LNG空温气化器。气化器主要性能要求如下：

a.为了保证气化量，有效减少气化器数量，必须对空温气化器的稳定运行时间提出明确要求，即要求气化器最大气化能力的保持时间不低于8h。

b.空温气化器采用翅片管方式与环境换热，翅片管的翅片面积直接影响换热量和气化量的大小。增加翅片面积可以加长加宽翅片管或增加翅片管上的翅片数量。加长加宽翅片管，会使单台气化器的体积扩大，使气化器结构设计难度加大。增加翅片管上的翅片数量又常受铝铸造工艺限制，国内产品一般都为8翅片以下，12翅片的较少。因此，为了减小单台气化器的体积，要求气化器的主要翅片管为12翅片。

c.气化器带液运行和除霜时，由于温度应力的交替影响，易产生疲劳断裂，要求气化器结构设计上有消除温度应力的措施。2、LNG泵的选择

①LNG泵

目前，LNG行业使用的泵主要有两种类型：活塞泵和离心泵。活塞泵的流量较小，扬程可以达到很高，如L-CNG站中广泛使用的LNG柱塞泵，出口压力可达25MPa以上。离心泵的流量很大，扬程一般不高，如果要达到较高的扬程，需采用多级低温离心泵。离心泵又分为全浸润型和非全浸润型。全浸润型泵相当于潜液泵，泵运行时，泵体和电机完全浸没于LNG中。

②LNG泵选型分析

梅林站的设计流量为40000m3/h，折合32.08t/h，即液态流量为70.24m3/h。可选用3台泵，2开1备，每台泵LNG流量为36m3/h；也可采用6台泵的方式，4开2备，每台泵LNG流量为18m3/h。

a.从工艺流程上看，采用LNG流量为18m3/h的低温泵时，可以1台低温储罐配1台泵，泵可以安装在储罐底部，泵的吸入管很短，可以有效避免泵的气蚀，对生产运行非常有好处。用气高峰时4开2备，用气低峰时，减少运行泵的数量，运行灵活，流量调节范围宽。缺点是泵的数量较多，管理难度加大，且多台泵并联运行时，各泵的效率下降较多。

采用LNG流量为36m3/h的泵时，用气高峰时2开1备，用气低峰时1开2备，相对于6台泵的方案流量调节范围要窄一些。另外，由于LNG是采用6台低温立式储罐储存，为了保证泵从每台罐都能吸入LNG，泵的吸入管就会很长，吸入管阻力和冷损均较大，易产生气蚀，这样对泵的气蚀余量就有很严格的要求。

b.从性能上看，全浸润型的泵优于一般的立式泵，这种泵的电机也是浸没于LNG中，运行可靠，起动迅速，要求的气蚀余量很低，但价格比较贵。另外，全浸润型的泵没有传动轴的密封问题，不会有LNG因密封不严而泄漏的问题。而一般的立式泵要采用惰性气体密封，在惰性气体压力不足时，会造成传动轴处LNG泄漏，影响运行及站区安全。

c.从安装上看，全浸润型的泵外壳采用真空夹套保冷，在工程现场泵不再进行保冷，安装方便，保冷质量好；而普通立式泵，必须在泵体外部设置冷箱，安装复杂，保冷质量较真空夹套效果差。

d.从流量控制上看，可变频调速的泵能够在不同流量工况下运行，特别适用于流量变化较大的LNG调峰流程。

e.从维护方面看，进口低温泵产品如果国内代理商有维护维修能力，则维护维修费用将较低，维修时间也较短。

鉴于梅林站是深圳市第一座城市燃气LNG调峰站，将来也是特区内唯一的一座LNG调峰站，站内关键设备运行的可靠性就特别重要。根据经济技术比较结果，采用6台泵的方案，4开2备，采用全浸润型能变频调速的低温泵。③设备商概况

国际上在LNG多级低温离心泵领域较有影响的公司有美国ACDCRYO公司、美国RUHRPUMPEN公司、法国CRYOSTAR公司、瑞士CRYOMEC公司、日本NIKKISO公司等。

ACDCRYO公司的LNG多级离心泵，是全浸润型，可变频调速。

RUHRPUMPEN公司的LNG多级离心泵，是立式泵，目前还不能变频调速。

CRYOSTAR公司的LNG多级离心泵，是立式泵，可变频调速。

CRYOMEC公司的LNG多级离心泵，是立式泵，可变频调速。

NIKKISO公司的LNG多级离心泵，是全浸润型，可变频调速。4结论

LNG调峰气化站，具有占地面积小、建设工期短、维修方便等优点。LNG调峰和目前较多采用的高压球罐储气、长输管道末段储气、高压管束储气等储气调峰方式相比，具有储存量大、调节灵活、单位储量造价低等特点，既能满足城市燃气时调峰的要求，也能满足季节调峰的要求，而且还可以作为事故气源