小型LNG瓶组撬装供气应用实践与探讨
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小型LNG瓶组撬装供气应用实践与探讨

LNG(液化天然气)常压下温度约-160℃,1m3的LNG可气化为约625Nm3的天然气。自去年以来,根据要大力拓展LNG市场、积极推广LNG应用技术的发展规划,我们开始探索利用LNG气源瓶组连接简易撬装气化装置组成小规模气源供应站,解决气源供应紧张地区临时性补充用气、管道未覆盖地区燃气供应问题,经过在三个单位用户进行应用性工艺试验,得到了成功的应证,积累了初步经验。该技术具有储量大、运输方便、供应方式灵活、能耗低(除仪表等无用电设备)、清洁环保、投资少、建设周期短等特点,既适宜于缓解主城区季节性供气矛盾,解决大宗工业用户生产用气紧张问题,也适宜于在管道未覆盖的边远地区中小城镇推广燃气应用,用气的具有可行性的解决方案。本文结合近年来在LNG气源瓶组应用技术方面的基本情况,试就分布建设小型LNG气源瓶组撬装供应站问题介绍其工艺原理并分析需要不断改进的问题。

一、小型LNG气源瓶组撬装供应站的应用背景

城镇燃气传统的供气方式大都是以管道输送为主,通过燃气储输配站、城市门站、调压站和燃气主干管线、支线形成的燃气输送管网,为终端用户提供燃气供应服务。此类方式在管道气源压力稳定、燃气供应矛盾小的城镇一般均能够保证。但近年来,随着国家环境保护力度加大、华北地区因雾霾天气大批量锅炉由燃煤改烧燃气,即便是西部天然气出产地区,燃气供需矛盾在城市已开始凸现,每到冬季用气紧张阶段,不少地方为保证社会稳定,亦采取压工业保民用等调峰手段;即便在重庆主城区,一些距离偏僻、地处条件复杂、靠近森林的餐饮商家,由于铺设管网投资大、山体容易滑坡,维护和抢险困难,大都仍使用散罐液化石油气;主城区周边管网末端一些居民小区,往往因为冬季天然气供应问题,形成集访上访,造成不稳定因素。尤其值得注意的是:重庆市至今还有l50余个中小城镇、退耕还林、集镇改造建设过程中涌现的大量农民新村,由于地处偏远,天然气管网无法迄及,仍以煤或木材为生活燃料;因此,采用建设LNG瓶组撬装站方式,解决上述情况下用户燃气需求,是比较灵活、投资少、建设周期短、效率高的方式。

二、LNG瓶组撬装站供气工艺和设备

LNG瓶组撬装供气的工艺流程是:通过LNG移动加注车将LNG充装到特制的真空绝热瓶(以下简称:钢瓶或杜瓦瓶,其工作压力一般低于lMPa),依靠瓶内工作压力将LNG压出钢瓶进入空温式气化器,吸收空气的热量将LNG气化为接近常温的气体,再经调压、计量、加臭,供给终端用户应用。LNG瓶组供应链包括充装、运输、使用(气化供气)三个环节(图1);在瓶组站,供气流程为:LNG钢瓶®空温式气化器®调压计量®加臭(可选)®用户(图2)。

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LNG瓶组撬装供气是系统构件的组合,其中,最关键要注意的是以下几个工艺环节:

1、LNG杜瓦瓶

LNG储存在钢瓶中:双层(真空)结构,内胆用来储存低温液体,其外壁缠有多层绝热材料,具有超强的隔热性能,同时夹层(两层容器之间的空间)被抽成高真空,共同形成良好的绝热系统,静态日蒸发率<2%,充满LNG的杜瓦瓶静置1天压力升高不超过0.1MPa;瓶内设置有专用超压放散阀装置,能够自动控制瓶内压力在安全范围。根据储存量的大小,钢瓶分为立、卧两种:立式瓶(图3)容积主要有175L、225L、275L、325L、375L,内置增压器和气化器,可提供自增压和约6Nm3/h的外输能力;卧式瓶(图4)容积一般为410L及以上,自带增压气化器(位于瓶体外),但不能提供LNG气化外输,必须外接气化器才能实现外输供气。

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2、充装与运输

LNG杜瓦瓶充装有两种方式:①无泵充装;②带泵加气机充装。

(1)无泵充装

钢瓶放置在磅秤上,利用金属软管分别将钢瓶的进液口、气相口与储罐的液相、气相管相连,先将钢瓶压力降至0.1MPa左右,对储罐增压至0.6MPa,利用压差将LNG充装进钢瓶中,磅秤数值达到钢瓶充装重量后(480L钢瓶最大充装重量为183kg),停止充装。此种方式的缺点是:①充装控制有滞后性;②对加注站建设要求高(地下式、半地下式储罐的站点无法充装);③LNG为混合物,密度随组分和温度、压力变化,无法全面的以重量判断是否充装满。

(2)带泵加气机充装

此种充装方式,与LNG车载瓶的充装类似。将充装面板通过金属软管连接到钢瓶上,直接通过泵、加气机将LNG储罐/LNG槽车中的LNG力H注到瓶中。LNG加注机通过瞬时流量、压力自动判断是否充装满,并自动停止充装(也可定量充装,随时停止)。此种方式的优点是:充装快速、安全,480L钢瓶,从连接软管到充装完、卸下管线,一般仅需7分钟即可完成。因此,从实用技术看,带泵加注机充装具有更高的安全性、可靠性和充装速度。

LNG钢瓶属压力容器、内装低温液体和可燃气体,从技术安全角度看,需要专门的危化品车辆进行运输。运输中,必须对钢瓶进行固定、防止颠簸发生撞击;运输车辆必须保持货箱通风;危化品运输车辆车速必须严格控制,此外,在长距离运输时,应定时停车检查钢瓶压力。

3、气化与供气——LNG瓶组站

LNG瓶组供气站站内主要设备包括:LNG瓶组、空温式气化器、调压器、加臭装置和流量计等。

钢瓶通过自增压气化器增压至设定压力,将LNG压出钢瓶,进入汇流管,流进空温式气化器吸收空气热量气化,经调压阀调压、加臭、计量后通过常温管道送至用户。

使用过程中,为适应用气量的波动,将钢瓶出液口阀门全开,通过调压阀自动控制供气流量。此外,为保障供气的连续性,LNG瓶组站共设二组LNG杜瓦瓶,每组钢瓶数相同,一组使用完后立即切换到另一组,同时将使用完的瓶组运至充装站再充装。杜瓦瓶上有液位传感器,可通过液位显示来判断是否该切换至另一组。

LNG瓶组撬装供应站的设计、目前国家尚无规定的技术标准和规范,建设主要参照《城镇燃气设计规范》的要求进行。LNG钢瓶组与建、构筑物的防火间距见表1。

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LNG瓶组站还应根据运瓶车的货箱底板高度修建瓶组的放置平台,以方便瓶组在运瓶车和平台间搬运。

配置原则上,空温式气化器应设2台,1用1备,但瓶组站供气主要市场为以临时性补充供气,连续运行时间一般低于5小时,一天使用2—3次,有足够的间隔时间让气化器化冰、霜、复温。因此,可考虑以最大小时供气量的1.5倍选择气化器大小,以节约成本、减小占地面积,而不用选用2台(1用1备)。

为保证连续性供气,LNG瓶组站通常设置2组钢瓶,l用1备,但钢瓶价格昂贵,410L在3万以上,480L在4万左右。为提高回报率,应保证供气量:①选择可接受以LNG瓶组站常年补充供气的用户;②LNG瓶组站全体撬装化,可在不同用气点定期转运、安装、供气,减少闲置时间。

LNG瓶组站应定期巡查,包括:气化后温度、气化器结冰情况、瓶组压力、是否有漏气等,并根据液位显示,及时切换钢瓶组。

三、几种供气方式特点比较

目前,作为补充供气或临时性用气的,主要有三种解决方案:①CNG减压撬;②LPG瓶组站;③LNG瓶组站。各种供气方式比较见表2。

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三种供气方式比较,CNG减压撬成本最低,但危险性最大,对用气条件苛刻;LPG乖HLNG均能提供长期稳定的供气需求,但LPG与管道天然气的互换性差导致用户不能在LPG、管道天然气间任意切换。因此,相对而言,LNG瓶组站具有更加广的适用范围和优势。

LNG瓶组站的优势表现在:①、建设周期短,不需要进行专门的项目申报,该技术是真空储气瓶与气化撬装设备的有效组合,主要设备专业生产厂家可随时提供;②投资少,该技术不需要大面积的土地,不需要进行大量的基础工程施工,投资费用主要是在购置设备上,而设备的选型一般是根据用户实际需要量确定,用户单位只要能够提供足以置放安装设备的土地即可建设;③、应用灵活,LNG瓶组站除储气瓶可以随时根据需要提供外,其整套设备可随时吊装移动,若某单位用户设备闲置时,可以吊装到其他需要的用户应用。此种方式最适宜于应急补充供气解决片区供气需求矛盾,维护燃气企业社会形象。

四、LNG瓶组站的建设成本分析

LNG瓶组站的建设包括设备投入、土建及人员成本,其中LNG钢瓶站设备投入的50%左右。

以1000户4、区冬季补充供气为例进行成本分析。

补充时间:晚上7点~l0点间,管道供气不足。

以同时工作系数确定最大小时供气量,取一户居民以“燃气双眼灶和快速热水器”的装设标准,同时工作系数为0.13,最高小时供气量约为296Nm3。瓶组站设计300Nm3/h,气化器为450Nm3/h,以2天用气量设计瓶组站大小,约需14个钢瓶。

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设备以8年折旧,设备成本约为:0.44元/Nm3。不同规模瓶组站设备成本见表4。

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从表4可以看出,随着瓶组站规模的增大,设备成本逐渐减小;但单个钢瓶价格两达3万元以上,设备成本与储气量增加带来的效益逐渐减小(运输成本、占地面积和安全管理),同时,也可采取快易冷(单个储量可达1600Nm3)的方式替代LNG钢瓶(但须现场充装,对充装设备要求高,需配备移动充装设备,投资额增加约200万),能带来储气量的极大增加和设备成本的极大降低。因此,一般LNG瓶组站建站规模不大于20个,同时尽量保证供气总量以降低折旧成本。

LNG瓶组撬装供应站建没需要注意的几个问题

1、要争气政府主管部门的重视和政策支持,努力培育好市场。

在目前国内天然气管网尚未形成、冬季供气缺口较大的情况下,应该说,以LNG瓶组撬装供应作为应急补充供气手段,有较大的市场前景,但由于重庆LNG瓶组供气未形成一个从LNG气源供应、储存基地、LNG移动加注、充装配套供应系统、再加之政府有关部门对LNG移动充装、专用车辆行驶限制严格,经营环境不宽松,专业公司只能靠打擦边球经营。因此,需要研究如何争取政府在政策方面的支持,尽可能由政府、燃气企业、用户多方协作,打造一个专业平台,共同推进重庆的LNG瓶组供气应用技术的发展。

2、确定LNG合理销售价格,争取政府财政补贴。

LNG瓶组站是为了满足临时用气需求、冬季短暂缺气、管道铺设难度大而采取的供气方式,是保障用户正常生活、经营的目前最佳的保障方案;但比较于管输天然气和CNG,LNG长期合同价格5000/吨左右,供应紧张时波动浮动价格高达6000元/吨(气化后折合每方在4元以上),加上运营成本售价在5元/Nm3左右,此外,建设LNG瓶组站又需要一定的资金投入,一些大中客户因为用气成本高,担心重庆主城区无LNG储备基地,LNG气源供应无保证、价格变动大,而对此不是十分积极,一般普通居民用户非政府强力推进,更不容易接受此价格。同时,燃气供应企业也无法大范同承担瓶组站供气带来的价格倒挂与设备、运营成本(主要为LNG钢瓶运输车和新建LNGjJH注站)。因此,作为专业公司,应积极争取政府在倡导环保、推广LNG应用的过程中,对燃气供应企业采取的保障生活、生产供应的LNG带来的价格倒挂给予一定的财政补贴。

3、建立形成完备的安全管理技术制度

由于LNG瓶组站主要用于解决边远地区城镇和小型工业、商业、民用户以及开发中的施工现场的燃气供应问题,经营范围分布广、距离远,增加了LNG钥]瓶的运输困难,瓶组站的安全管理、现场巡查也难以保证。其运行管理需要研究出一套系统全面、符合国家规范的安全管理制度;在瓶组站建设和推广过程中,尽量以用户投资建设设备、燃气企业提供专业化培训、用户专人自行管理的方式,明确运营和安全管理的责任人为用户,应急救援责任人为燃气企业。以强化瓶组站的现场安全管理和隐患处置的及时性。

此外,在技术上,由于LNG车H瓶的充装需用金属软管将钢瓶和加注枪或储罐液相管相连,钢瓶和金属软管间依靠螺纹硬连接,钢瓶充装完后需要直接用防爆工具将螺纹松开,先将残液放空,卸下软管才能继续充装下一个钢瓶。容易导致充装效率低并造成安全隐患。建议,尽最使用LNG加注机加注,降低靠压差充装、以重量决定是否充满带来的安全隐患;将钢瓶集成充装面板,与LNG车用瓶充装形式类似,避免充装后残液放空带来的安全隐患。

4、尽量采用移动撬装加注方式。

LNG加注站建设成本大、运营成本高,60m3LNG储罐的加注站设备成本在400万左右(无泵站成本约250万),LNG充装前后会产生大量的BOG,经营单位必须具有移动压力容器充装证资质、专业人员也需要具备LNG操作资质,而花巨额投资建设一个LNG站或加注站,只是充装LNG钢瓶,将造成极大的资源浪费和给经营企业带来极大的运营压力,因此,在推广LNG瓶组供应站过程中,应同时推广LNG车用加注、L-CNG业务。专业公司应同时储备一定数量移动撬装设备,也可以与专用设备生产厂家合作,实行订单式的设备生产,以保证客户随时需要。而LNG瓶组站全体撬装化后,可在不同用气点定期转运、安装、供气,减少闲置时间。

(文章来源:博燃网)