液化天然气接收站工艺及设备 - 图文(2)

2019-03-16 18:21

备用操作是LNG接收站处于无卸船和零输出时的操作。在备用操作时,通过少量的LNG循环来保持系统的冷状态。蒸发气将用作燃料气,多余的蒸发气则排放到火炬。 二、接收站主要设备

接收站的主要设备是储罐、蒸发气压缩机、高低压输送泵、再冷凝器、气化器等。第三章叙述天然气液化工艺和设备时,对有关设备性能已做了描述,本节着重对接收站如何配套选用这些设备方面作介绍。

(一) 储罐 1. 罐容

接收站储罐的容量决定了接收站的储存能力,而确定LNG接收站储存能力的因素是多方面的,如LNG运输船的船容、码头最大连续不可作业天数、LNG接收站的外输要求及其他计划的或不可预料事件,如LNG运输船的延期或维修、气候变化等。

接收站储存LNG的能力,所需要的最小罐容可以按下式计算 Vs=(Vt+n×Qa-t1×q+r×Qc×t2) (6-1) 式中K——LNG罐最小需求容积,m3;

K——LNG船的最大容积,m3;

n——LNG船的延误时间(n1码头不可作业天数、n2航程延误天数、n3

码头调度延误天数),d; Qa——高峰月平均日供气量,m3/d; t1——LNG卸料时间(12h); g——最小送出气量,m3/d; r——LNG船航行期间市场变化系数; t2——LNG船航行时间,d;

Qc——高峰月平均城市燃气日供气量,m3/d。

计算得到的LNG罐最小需求容积,按此确定单罐容积和罐的台数。对于大型LNG接收站来说,单罐容积大、台数少,可以节省占地、减少投资。但是罐的数量也要考虑卸船作业等操作管理的需要,不宜太少。

2. 罐型

各种形式的LNG储罐的优缺点已在第四章做过叙述,一般做法是,对于罐容小于14×104m3,可以考虑单容、双容或全容三种形式;对于罐容在(14~16)×104m3之间的,一般选用双容或全容罐;而罐容大于16×104m3的,建议选用全容罐。大型LNG接收站从安全考虑,如果可能,一般选用全容式混凝土顶储罐(FCCR)。全容式混凝土顶储罐的最大操作压力比金属顶储罐的高。在卸船操作时,可利用罐内蒸发气自身压力直接返回到LNG运输船上,无需设置返回气风机加压。

全容式混凝土顶储罐的设计压力一般为29kPa,设计温度为-175~+65℃。日蒸发率的要求按罐的容积大小而不同,罐容小,表/体比大,日蒸发率高。目前国际上对10×104m3以上的储罐,要求日蒸发率小于0.05%。10×104m3以下的储罐,日蒸发率小于0.08%。LNG储罐内罐材料为9%镍钢。为安全起见,所有的连接管口均设计在罐的顶部;在罐的底部设有隔离支撑平台,并设有加热系统,以防基础冻结现象发生。在LNG储罐上设有足够的报警和紧急停车设施以保证LNG储罐最大的安全。同时,在LNG储罐上设有液位、温度、密度连续检测仪表,以确保正常安全生产。

(二) 气化器

LNG气化器是一种专门用于液化天然气气化的换热器,但由于液化天然气的使用特殊性,使LNG气化器也不同于其他换热器。低温的液态天然气要转变成常温的气体,必须要提供相应的热量使其气化。热量的来源可以从环境空气和水中获得,也可以通过燃料燃烧或蒸气来获得。

对于基本负荷型系统使用的气化器,使用率高(通常在80%以上),气化量大。首先考虑的应该是设备的运行成本,最好是利用廉价的低品位热源,如从环境空气或水中获取热量,以降低运行费用。以空气或水作热源的气化器,结构最简单,几乎没有运转部件,运行和维护的费用很低,比较适合于基本负荷型的系统。

对于调峰型系统使用的气化器,是为了补充用气高峰时供气量不足的装置,其工作特点是使用率低,工作时间是随机牲的。应用于调峰系统的气化器,要求启动速度快,气化速率高,维护简单,可靠性高,具有紧急启动的功能。由于使用率相对较低,因此要求设备投资尽可能低,而对运行费用则不大苛求。

现在使用的LNG气化器有下列几种形式:开架式气化器(ORV)、浸没燃烧式气化器(SCV)、中间介质式气化器(IFV*丙烷)、中间介质管壳式气化器(IFV-强制循环)。在上述形式的气化器中,大量采用的是开架式气化器和浸没燃烧式气化器,值当海水质量不能满足开架式气化器要求或接收站附近有电厂废热可利用、其他工艺设施需要冷能时,通常也会采用中间介质式气化器。

1. 开架式气化器(Open Rack Vaporizer)

开架式气化器是一种水加热型气化器。由于很多LNG生产和接受装置都是靠海建设,所以可以用海水作为热源。海水温度比较稳定,热容量大,是取之不尽的热源。开架式气化器常用于基本负荷型的大型气化装置,最大气化量可达180t/h。气化器可以在0~100%的负荷范围内运行。可以根据需求的变化遥控调整气化量。

开架式气化器由一组内部具有星形断面,外部有翅片的铝合金管组成,管内有螺旋杆,以增加LNG流体的传热。管内为LNG,管外为喷淋的海水。为防止海水的腐蚀,外层喷涂防腐涂层。整个气化器用铝合金支架固定安装。气化器的基本单元是传热管,由若干传热管组成板状排列,两端与集气管或集液管焊接形成一个管板,再由若干个管板组成气化器。气化器顶部有海水的喷淋装置,海水喷淋在管板外表面上,依靠重力的作用自上而下流动。液化天然气在管内向上流动,在海水沿管板向下流动的过程中,LNG被加热气化。气化器外形见图6-2,其工作原理见图6—3。这种气化器也称之为液膜下落式气化器。虽然水流动是不停止的,但这种类型的气化器工作时,有些部位可能结冰,使传热系数有所降低。

开架式气化器的投资较大,但运行费用较低,操作和维护容易,比较适用于基本负荷型的LNG接收站的供气系统。但这种气化器的气化能力,受气候等因素的影响比较大,随着水温的降低,气化能力下降。

通常气化器的进口水温的下限大约为5℃,设计时需要详细了解当地的水文资料。表6-2列出一些开架式海水加热型LNG气化器的技术参数[5]。

表6-2 海水加热型LNG气化器的技术参数 气化量/(t/h) 压力/MPa 温度/℃ 海水流量/(m/h) 海水温度/℃ 管板数量 尺寸/(长×宽) 3100 设计 运行 液体 气体 10.0 4.5 -162 >0 180 设计 运行 液体 气体 2.50 0.85 -162 >0 2500 8 18 14m×7m 7200 8 30 23m×7m 大型的气化器装置可由数个管板组组成,使气化能力达到预期的没计值,而且可以通过管板组对气化能力进行调整。

水膜在沿管板下落的过程中具有很高的传热系数,可达到5800W/(m2·K)。在传热管内侧,LNG蒸发时的传热系数相对较低,新型的气化器对传热管进行了强化设计。传热管分成气化区和加热区,采用管内肋片来增加换热面积和改变流道的形状,增加流体在流动过程的扰动,达到增强换热的目的。

管外如果产生结冰,也会影响传热性能。为了改善管外结冰的问题,采用具有双层结构的传热管,LNG从底部的分配器先进入内管,然后进入内外管之间的夹套。夹套内的LNG直接被海水加热并立即气化,然而在内管内流动的LNG是通过夹套中已经气化的LNG蒸气来加热,气化是逐渐进行。夹套虽然厚度较薄,但能提高传热管外表面的温度,所以能抑制传热管外表结冰,保持所有的传热面积都是有效的,因此提高了海水与LNG之间的传热效率。

新型的LNG气化器具有以下一些特点:设计紧凑,节省空间;提高换热效率,减少海水量,节约能源;所有与天然气接触的组件都用铝合金制造,可承受很低的温度,所有与海水接触的平板表面镀以铝锌合金,防止腐蚀;LNG管道连接处安装了过渡接头,减少泄漏,提高运行的安全性;启动速度快,并可以根据需求的变化遥控调整天然气的流量,改善了运行操作性能;开放式管道输送水,易于维护和清洁。

开架式气化器使用天然热源(海水),因此操作费用比较低。 但由于LNG气化需要大量海水,对海水的品质有一定要求:

(1) 重金属离子Hg“检测不出;Cu++≤10×10-9;

(2) 固体悬浮物≤80×10-6; (3) pH值7.5~8.5;

(4) 要求过滤器在海水取水处能够去除10mm以上的固体颗粒。 为了防止海水对基体金属的腐蚀,可以在金属表面喷涂保护层,以增加腐蚀的阻力。涂层材料可采用质量分数为85%Al+15%Zn的锌铝合金。

开架式气化器需要较高的投资,安装费用也很高。与浸没燃烧式气化器相比,开架式气化器是利用海水,操作消耗主要是海水泵的电耗,所以它的优点在于操作费用很低,两者之间的运行费用比为1:10。

2. 浸没燃烧式气化器

在燃烧加热型气化器中,浸没式燃烧加热型气化器是使用最多的一种。其结构紧凑,节省空间,装置的初始成本低。它使用了一个直接向水中排出燃气的燃烧器,由于燃气与水直接接触,燃气激烈地搅动水,使传热效率非常高。水沿着气化器的管路向上流动,LNG在管路中气化,气化装置的热效率在98%左右。每个燃烧器每小时105GJ的加热能力,适合于负荷突然增加的要求,可快速启动,并且能对负荷的突然变化作出反应。可以在10%~100%的负荷范围内运行,适合于紧急情况或调峰时使用。运用气体提升的原理,可以在传热管外部获得激烈的循环水流,管外的传热系数可以达到5800~8000W/(m2·K)。表6-3列出了浸没式燃烧加热型气化器的技术参数[5]。

表6-3 浸没式燃烧加热型LNG气化器的技术参数 气化量/(t/h) 压力/MPa 温度/℃ 燃烧器供热能力/×103kW 槽内温度/℃ 空气量①/(m3/h) 尺寸(长×宽) 100 设计 运行 液体 气体 25 26000 8m×7m 1O.0 4.5 -162 >O 180 设计 运行 液体 气体 25 47000 11m×10m 2.50 O.85 -162 >O 2.3 2.1 2台 ① 标准状态下的空气体积流量。

浸没式燃烧加热型气化器的工作原理如图6-4所示,燃料气和压缩空气在气化器的燃烧室内燃烧,燃烧后的气体通过喷嘴进入水中,将水加热。LNG经过浸没在水中的盘管,由热水加热而蒸发。


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