液化天然气接收站工艺及设备

　　评论：　更新日期：2013年02月03日

表6-2 海水加热型LNG气化器的技术参数

气化量/(t/h)	100		180
压力/MPa	设计运行	10.0 4.5	设计运行	2.50 0.85
温度/℃	液体气体	-162 ＞0	液体气体	-162 ＞0
海水流量/(m³/h) 海水温度/℃ 管板数量尺寸/(长×宽)	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)	100		180
压力/MPa	设计运行	1O.0 4.5	设计运行	2.50 O.85
温度/℃	液体气体	-162 ＞O	液体气体	-162 ＞O
燃烧器供热能力/×10³kW 槽内温度/℃ 空气量^①/(m³/h) 尺寸(长×宽)	2.3 25 26000 8m×7m		2.1 2台 25 47000 11m×10m

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。

浸没燃烧式气化器优越性在于整体投资和安装费用很低，与海水气化器相比，外形较小，操作灵活。但是浸没式燃烧气化器的缺点是操作费用很高。

3. 中间介质式气化器

采用中间传热流体的方法可以改善结冰带来的影响，通常采用丙烷、丁烷或氟利昂等介质作中间传热流体。这样加热介质不存在结冰的问题。由于水在管内流动，因此可以利用废热产生的热水。换热管采用钛合金管，不会产生腐蚀，，对海水的质量要求也没有过多的限制。

中间介质式气化器也有压同的形式，但皆有一个共同之处，就是用中间介质作为热媒，其中间介质可以是丙烷或醇(甲醇或乙二醇)水溶液，加热介质可为海水、热水、空气等，采用特殊形式的换热器或管壳式换热器来气化LNG。

(1) 丙烷热媒中间介质气化器(IFV)

该技术由日本神户制钢(Kobelco)提供。图6-5所示是这种气化器的工作原理，该类气化器以海水或邻近工厂的热水作为热源，并用此热源去加热中间介质(丙烷)并使其气化，再用丙烷蒸气去气化LNG。该气化器由两部分组成，一部分为利用丙烷气化冷凝的LNG气化器，第二部分为LNG气化后NG的加热器。在LNG气化部分，丙烷在管壳式气化器的壳程以气液两相形式循环。当使用海水为加热介质时采用钛管，海水在管程流动，所以抗海水中固体悬浮物的磨蚀较好。

(2) 中间介质管壳式气化器(STV)

该技术是采用一般管壳式换热器作气化器，水或甲醇(乙二醇)水溶液作为中间热媒气化LNG，初始热源可以用热水、海水或空气。先用初始热源将中间热媒加热，再用已被加热的中间热媒通过管壳式气化器去气化LNG。中间热媒需用循环泵强制循环，因此能耗棼IFV高。到目前为止，仅有两家供应商对此技术有经验。

目前在LNG接收站共建设有5套，其中4套已投入使用，1套未开车。

上述气化器的比较见表6-4。

表6-4 LNG气化器比较

项目	内容
气化器形式	ORV	SCV	IFV	STV
中间介质	—	水	丙烷	丙烷或醇类溶液
加热介质	海水	燃料气	海水	空气/海水/燃料气
工艺流程	简单	简单	较复杂	复杂
设备结构	简单	简单	较复杂	组合、复杂
运行控制	简单	简单	简单	较复杂
占地	较少	最少	较少	较大
使用情况	广泛使用	多用于调缝	日本用于能量回收20套	用于能量回收仅5套