大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行分析

大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行分析

李雄豪 ,张会君

中国石化青岛液化天然气有限责任公司266400

摘要：LNG在气化过程中会释放约830kJ/kg高品位冷量，即每吨LNG常压下的冷能相当于230kW·h的电能，按600万吨/年规模的LNG接收站测算，相当于1台460MW燃气蒸汽联合循环发电机组的年发电量。通过对该部分冷能的有效利用，可满足相应用户的用冷需求，并可进一步降低LNG成本、实现节能减排，是典型的循环经济模式。我国产业政策鼓励发展LNG冷能利用项目，国家发改委在《天然气发展“十三五”规划》中明确要求“加大LNG冷能利用力度”。2021年，我国进口LNG7805万吨，其中约6000万吨的LNG气化进入管网，初步测算LNG接收站冷能投运项目的利用规模仅约500万吨，远低于日韩约20%～30%的冷能利用率水平。鉴于“十四五”末我国进口LNG量将超过1亿吨，开展LNG冷能利用的技术研究和工程实践，对进一步加快发展LNG冷能利用项目，实现绿色低碳发展和节能减排具有重大意义。本文主要分析大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行。

关键词：LNG接收站；冷能利用；方案比选；工程实践

引言

在LNG贸易流通过程中，大型LNG接收站是一个非常重要的组成部分，但也可以大量收集冷能，而对于我国的能源结构工作来说，大型LNG接收站内的大量冷能，如何做到高效合理利用，也成为工作的主要内容之一。目前，我国LNG冷能利用技术仍处于起步阶段，虽然已经取得了一定程度的发展，但受制于我国的政策、自身技术和能源结构，导致冷能利用效率在我国大型LNG接收站，这些都不是很客观， 并对我国整体节能减排工作的发展产生了一定的负面影响。因此，有必要对大型LNG接收站冷能利用效率低的原因进行深入探索和分析，及时发现问题根源，制定科学高效的解决方案，大幅提高我国LNG接收站冷能利用效率，确保我国能源产业的可持续发展。

1、LNG接收站储罐预冷流程

LNG全容储罐预冷主要包括制定预冷方案、预冷前准备、空冷、法兰冷却、LNG喷雾、液位建立几个阶段。要求在预冷储罐前进行完成状况检查、安全设施检查、技术准备完成、设备物资准备完成、安全环境保护准备完成、人员培训完成、试车前工程设施条件检查确认8项工作。储罐预冷时的基本要求是:①预冷介质压力不得超过系统的正常工作压力。②一般预冷10英寸以上的管道，将管道相同位置上下表面的温差调整到50℃。管道冷却速度控制在8 ~ 10℃到最高20℃/H之间。③确保罐内各温度监测点的冷却速度为3~5℃/h，初始相邻监测点的温差不超过30℃，不相邻点的最大温差不超过50℃。④对储罐进行填充LNG直至液位达到320mm（液位计能检测到液位）后，可以稍微打开输液阀进行输送。⑤储罐填充LNG 至 5000mm毫米后，储罐预冷结束。

2、LNG冷能发电工艺技术

LNG冷能发电技术原理:使用LNG的低温冷能将气态的工质液化，液相工质经加热后气化，在膨胀机中膨胀做功并带动发电机发电。根据不同的发电工质，冷能发电技术主要分为直接膨胀法、循环法(ORC)和联合法3种方案。直接膨胀法是将LNG本身作为发电工质的方法，LNG经加压气化后通过膨胀机带动发电机组发电。直接膨胀法流程简单，所需设备少，但冷能利用率低，1tLNG大约可发电20kW·h。ORC也被称为中间媒质法，选用中间媒质作为透平膨胀发电的工质。该方法将LNG的冷能通过热交换器转移至中间冷媒使其液化，液化后的中间冷媒通过增压泵升压后，再经蒸发器吸热成为高压蒸气，后经过透平机膨胀带动发电机组发电，膨胀后的蒸气变为低压蒸气，通过冷凝器与LNG换热液化。甲烷、乙烷、乙烯等纯组分或烃类混合物均可作为ORC的中间媒质。由于LNG是多组分的混合物，沸程较宽，采用混合物作为媒质可使LNG的气化曲线与中间媒质的冷凝曲线尽可能贴合，提高LNG冷能利用效率。联合法综合了直接膨胀法与中间媒质法，有两个动力发电系统:中间冷媒蒸气动能循环发电系统和LNG加压直接膨胀发电系统。联合法冷能回收率约为50%，1tLNG大约可发电45kW·h。

3、冷能空分和冷能发电主要技术路线

冷能空分主要技术路线，冷能空分是在低温深冷条件下，利用空气中不同组分的沸点差异，通过精馏分离氧气、氮气及其他惰性气体。在常规空分装置中，空气预冷系统采用空冷塔冷却，需要消耗大量的循环水，制冷液化系统采用增压、膨胀制冷液化，需要消耗大量的电能驱动机械制冷产生。区别于常规空分装置，冷能空分装置在空气预冷和制冷液化环节中以LNG冷能换热方式替代了水冷和透平膨胀机制冷，装置通常包括空气过滤及压缩系统、空气纯化系统、氧氮氩精馏系统、LNG-氮换热系统、乙二醇循环冷却系统、低温液体贮存气化系统、液体产品装车系统和辅助公用工程。因空分装置是富氧区域，LNG冷能需要通过中间循环工质作为冷媒载冷，LNG在换热器中冷却循环工质后，由循环工质再与空气换热。通常冷能空分装置采用LNG-氮换热系统，通过LNG将压力氮气液化成液氮后，进入冷箱换热，并用低温天然气冷却乙二醇溶液，进行空压机级间冷却，以充分利用高温段的冷能。因使用LNG-氮换热器、冷氮压缩机和乙二醇换热器取代了常规空分装置的空冷塔、氟利昂制冷机组和透平膨胀机组，冷能空分装置实现小型化运行，加之耗电、耗水可分别降低56%和99%，产品具有较强的市场竞争力。通过不断优化设备配置、提升换热效率，我国冷能空分工艺技术较为成熟完善，同时装备国产化率也在逐步提升，现已建成多套LNG冷能空分装置，另有多套装置正结合配套LNG接收站建设进程处于规划及在建状态。鉴于冷能空分装置成熟的技术路线和良好的经济效益，加之其受周边配套限制因素较少，销售半径可辐射至100～300km，已成为大型LNG接收站冷能利用的主要选择。

4、LNG接收站冷能利用保障系统分析

为了提高LNG接收站的冷能源利用可能性和可行性，工作人员应加强LNG接收站的冷能源利用能力，保障系统建设，使LNG接收站的冷能源利用价值能够稳定发挥。因此，可以提高能源利用率。工作人员应根据LNG接收站的总体发展规划设计冷能源利用项目和保障系统，对此，本文应进行如下分析和研究。第一，在第一发展计划中，工作人员要结合液化天然气能源的发展。要按照稳定发展和初期投资小发展的理念，规划LNG接收站冷能源利用项目。在投资成本低、技术成熟度高的冷能源利用项目中，要不断扩大LNG接收站的冷能源利用率和项目综合管理水平，确保LNG接收站的冷能源利用，同时建设相关配套项目。第二，LNG接收站及冷能源利用项目稳定运行一段时间后，工作人员可以在现有LNG接收站及冷能源利用项目的基础上，根据实际发展情况和接收站今后的发展情况扩展冷能源利用项目。可持续改进相关设备及建设工程，确保冷能源利用率。最后，为了保证冷能源利用项目的可靠性，工作人员必须综合分析有能力的冷能源项目的可靠性，包括宏观可靠性分析和在意外故障下的运营保障。其中，因意外故障而产生的运营保障包括与之相适应的规章制度、对职员的系统培训、对意外故障情况的具体分析等。

结束语

综上所述，可以发现目前在我国的大型LNG接收站内，出现了冷能利用普遍偏低的情况，因此，必须针对这些情况展开深入的探究和分析，发现导致冷能利用率不高的具体原因，并展开相关的解决对策，加强我国法律的支持，对整体的冷能利用项目进行合理的规划，不断地对技术进行研发和创新，从而为我国LNG冷能利用效率的提升奠定基础。

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