槽车包括进排液系统、进排气系统、自增压系统、吹扫置换系统、仪控系统、紧急截断阀与气控系统、安全系统、抽空系统、测满分析取样系统。
针对LNG的易燃易爆特点,设计已采取了以下安全措施:紧急截断控制措施、易熔塞、阻火器、吹扫置换系统、导静电接地及灭火装置。
1.3.2 40 m3LNG运输槽车
该槽车为40 m3/ 0.8 MPa半挂运输槽车。在两侧设置有安全防护栏杆,车后部设置有安全防护装置。
1.4 LNG运输船
LNG船舶是世界上技术含量最高的船舶之一。LNG船主要有独立球型(MOSS)和薄膜型两种。薄膜型LNG船是法国GTT公司的技术,在船型性能方面要优于MOSS型LNG船。 中国目前是世界第三大造船国,国内的几个大型船厂已经具备建造LNG船的条件。为了承建LNG船,上海沪东中华造船集团已经完成了LNG船模拟舱的制作,目前计划建造两艘运输能力为14.5×104 m3的GTT No.96型LNG船舶。低温内壁直接由双层外壳直撑,内壁由两层材料相同的膜和两个独立的绝热层组成,之间有珍珠岩绝热材料。内壁材料为0.7 mm的不胀钢(36%Ni合金钢)。
上海江南造船(集团)有限责任公司和上海外高桥造船有限公司联合体以及大连造船新厂也一直在积极开展相关的技术准备。
1.5 LNG的应用
1.5.1 LNG气化站
目前在江苏苏州、山东淄博、江苏姜堰等城市已建立了LNG气化站,这些气化站的LNG均来自河南中原油田的天然气液化工厂。 (1)江苏苏州气化站
江苏苏州气化站的主要功能如下:① LNG的卸车及储存;② 将LNG气化、调压后与水煤气、焦炉气掺混作城市煤气气源;③ LNG装车运往小区气化站及LNG汽车加气站。目前已实现了前二项功能。
该气化站近期供气规模为2×104 m3/d天然气,相当于液态天然气34.5 m3/d。设计考虑将来供气量可增加到3×104 m3/d,可供居民小区及汽车加气站用气。高峰时段供气量可达1200 m3/h。
LNG气化采用空气式气化器(自然气化)与蒸汽加热水浴式气化器(强制气化)相结合的并联流程。夏季以自然气化为主,冬季用蒸汽加热气化。空气式气化器为翅片管换热器,管内为LNG,管外为大气。LNG气化站工艺流程见图6。
图6 LNG气化站工艺流程图
气化站内主要设备为:① 两台体积均为100 m3的低温贮罐,贮罐夹层填充珠光砂并抽真空进行绝热;② 贮罐增压气化器二台,气化能力为150 kg/h,用于维持贮罐压力及装车输液时使用;③ 流量为600 m3/h空气式气化器二台;④ 流量为600 m3/h蒸汽加热水浴式气化器一台;⑤ BOG加热器一台,加热BOG能力为400 m3/h。 (2) 山东淄博气化站
山东淄博气化站项目自2000年8月开始建设,2001年8月底竣工,于2001年12月2日投入LNG供气,是国内第一座工业用LNG气化站,设计能力为12×104 m3/d。 该气化站的主要设备为: (1)储罐
立式,几何水容积106 m3,共12台。储罐为双层结构,内罐材质为0Cr18Ni9,外罐材质为16MnR,夹层充填珠光砂250 mm 厚,抽真空。设计规定储罐日蒸发率不大于0.3%。 (2)空浴气化器
气化能力1 500 kg/h,共8台。 (3)水浴气化器
气化能力4 000 kg/h,1台。设计气化器出口介质温度不小于5℃。 (4)管道、阀门
低温管道的管材均采用0Cr18Ni9,低温阀门均进口,相关管道进行保冷处理。
1.5.2 LNG汽车
为了降低燃油汽车尾气的排放带来的城市大气污染,我国政府在积极推动LNG汽车的研究和开发工作。国家科技部“十五”清洁汽车行动关键技术攻关及产业化项目指南明确提出了单一燃料LNG公交车的示范工程,通过示范工程,为全国大范围提高燃气汽车的应用水平发挥示范作用,促进国产LNG车的技术发展。
在上海市科委的支持下,上海交通大学联合上海申沃客车有限公司开发动力强劲的达到欧洲III号排放标准的LNG城市公交汽车,样车已于近期投入试运行。
河南中原绿能高科技公司与北京市合作正在进行单一燃料LNG公交车的示范研究。
2 LNG应用基础研究
用热力学、传热学和流体力学来研究天然气的低温液化流程和LNG储存技术,对开发立足于国内技术的LNG工厂和LNG接收终端,具有重要的应用价值和远大前景。 LNG的应用基础研究包含以下内容:
(1)天然气和制冷剂的热物性及迁移特性研究; (2)天然气液化流程的设备模拟研究; (3)天然气液化流程的系统模拟和优化研究;
(4)LNG的储存分层、涡旋的传热传质数值研究和试验研究; (5)LNG储存的非稳性预测研究。
二十多年来,上海交通大学在LNG应用基础研究方面,先后获得国家自然科学基金资助和国家教委博士点基金资助,并以东海天然气、陕北气田和中原LNG等LNG工程项目为依托,进行了全面系统的研究工作,取得丰硕成果。 3 展望
在我国,LNG是个新兴产业,在LNG的生产和应用各环节上,仍有许多工作尚待进行,下面列出的几项LNG工程有待开展的工作,供读者和业内人士参考。 (1)小型天然气液化装置
小型天然气液化装置可用于开发利用边远小气田、油井残气及沼气等多种气源。在城市,小型天然气液化装置可作城市用气调峰。在天然气加气站可使用小型天然气液化装置生产LNG,为LNG车辆提供燃料。因此开展小型天然气液化装置的研制工作具有很大的实用价值。 1998年加拿大的Barclay提出了车用燃料加注站(Refueling Station简称RFS)的设计构思。RFS系统能以LNG与CNG(压缩天然气)两种形式同时向机车供给燃料。系统从气源接收天然气,经过纯化、预冷、液化分离后,送至LNG储罐储存。LNG被低温泵输送到换热器,气化,流经CNG储罐、CNG分配站,为机车提供CNG。LNG气化过程吸收热量预冷,进入冷箱的天然气。
RFS系统能适应多种进气成分与压力,对进气条件具有较大的操作弹性。系统采用燃气轮机驱动制冷剂压缩机,实现能量自给。储槽中自蒸发气体再液化,返流到LNG储罐。 利用模拟方法,Barclay比较了小型天然气液化装置的常用5种液化循环的循环效率。如表1所示,计算结果说明,布雷顿循环液化循环效率是最高的,混合制冷剂循环次之,林德循环效率最低。
目前世界上除了加拿大以外,美国、芬兰等国也在开展小型LNG装置的研发工作。这种装置的开发在中国也有重要现实意义。
液化循环 林德循环 混合制冷剂循环 克劳特循环 布雷顿循环 脉冲管制冷循环 循环效率 0.11 0.30 0.21 0.37 0.17
(2)LNG冷量利用技术
LNG有利于天然气的远洋运输,有利于城市调峰等。当天然气实际使用时,仍需要气化为气体。在LNG气化使用过程中,LNG将释放出大量的冷量,促进LNG的冷量利用对节省能源具有重要的意义。LNG冷量可在发电系统、空分系统、制取干冰及低温粉碎等方面回收,并产生可观的经济效益。
(3)LNG工业链中设备的国产化
在LNG工业链的各个环节中涉及到很多设备,如压缩机、膨胀机、换热器和LNG储罐等。加速这些设备的国产化对于降低我国LNG的成本,促进我国LNG技术水平的提高具有重要意义。
(4)LNG船技术
LNG船是民用运输船中技术含量高,制造难度大的高附加值船。目前我国将在深圳和福建建造两座LNG接收终端,当这两个终端建成后,每年将有几百万吨的LNG运到中国,这正是我国介入LNG运输市场的最佳时机。目前国内的几个大型船厂正在进行这方面的前期工作,也为相关的设备制造商和材料供应商提供了机遇。 4 结束语
综上所述,可见我国在LNG工厂、LNG接收终端、LNG运输槽车和LNG气化站等LNG工业链上各环节已经取得了很大进展。
LNG工业是个新兴产业,在我国发展LNG的过程中,须认识到LNG行业以下三方面的特点:
(1)LNG的专业化。从1910年美国开始工业化规模的甲烷液化研究至今,LNG的研究已有九十多年的历史,所以LNG在世界上是比较成熟的技术。我国推进发展LNG既要学习和借鉴国外经验,也应结合国情,有所发展和创新。
(2)LNG的社会化。LNG是个庞大的产业,是项系统工程,发展LNG,必须相关行业协同、配合,全球采购,精心集成。
(3)LNG的国际化。LNG源于天然气的远洋贸易运输,所以在LNG工业链中的各环节,特别是LNG工厂、LNG接收终端、LNG运输方面都有一套国际运作规范,我国在进行LNG的开发和利用过程中,必须注意到这个特点。但不失时机地制订我国的LNG标准、规范也是非常重要的。