LNG接收終端降低環(huán)境負(fù)荷的措施

摘 要

摘要：對(duì)LNG接收終端的主要能耗及對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行了分析，介紹了日本某LNG接收終端在降低環(huán)境負(fù)荷方面的先進(jìn)做法。關(guān)鍵詞：LNG接收終端；環(huán)境負(fù)荷；電耗Measures for Reducing Envir
摘要：對(duì)LNG接收終端的主要能耗及對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行了分析，介紹了日本某LNG接收終端在降低環(huán)境負(fù)荷方面的先進(jìn)做法。
關(guān)鍵詞：LNG接收終端；環(huán)境負(fù)荷；電耗
Measures for Reducing Environmental Load at LNG Receiving Terminal
GU Lingwei，YANG Congcong，JIAO Wenling
Abstract：The main energy consumptions at LNG receiving terminal and their influence on environment are analyzed.The advanced practice to reduce environmental load at a LNG receiving terminal in Japan is introduced.
Key words：LNG receiving terminal；environmental load；power consumption
    LNG的體積約為同等質(zhì)量氣態(tài)天然氣體積的1/600，可以節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本。天然氣在液化時(shí)除去了雜質(zhì)，故LNG是一種清潔、高效的能源，是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)與民用燃料[1～3]。LNG槽船與埋在深?；蛘叩叵碌拈L(zhǎng)距離輸氣管道相比，可節(jié)省管道投資，降低運(yùn)輸成本[4]，故其成為目前天然氣遠(yuǎn)洋貿(mào)易的重要運(yùn)輸手段。LNG槽船運(yùn)輸系統(tǒng)需要在LNG輸出國(guó)建造天然氣液化廠及相應(yīng)的輸出碼頭，在LNG輸入國(guó)建造LNG接收終端。天然氣需求量的快速增長(zhǎng)、LNG產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)日趨完善，帶動(dòng)了LNG接收終端建設(shè)的蓬勃發(fā)展。
1 LNG接收終端的發(fā)展現(xiàn)狀
    自1959年美國(guó)建造世界上第一座LNG儲(chǔ)罐，至2010年全球已投用的LNG接收終端達(dá)72座，LNG儲(chǔ)罐達(dá)331座，其中超過(guò)12×104m3的LNG儲(chǔ)罐超過(guò)總數(shù)的40%，LNG接收站的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟[5]。
    2006年9月，我國(guó)第一個(gè)LNG項(xiàng)目在廣東省進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著我國(guó)規(guī)?；M(jìn)口LNG時(shí)期的到來(lái)，目前我國(guó)在建和已建的LNG接收終端有13座。雖然我國(guó)LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，但是由于起步較晚，在LNG槽船、LNG氣化器以及烴泵等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)制造方面，與國(guó)外相比還存在較大差距。
2 LNG接收終端工藝流程及能耗分析
    LNG接收終端的主要工藝流程見(jiàn)圖1[6]，主要包括LNG卸船、LNG儲(chǔ)存、LNG氣化以及BOG(Boil Off Gas，蒸發(fā)氣體)處理系統(tǒng)[7]。
 

    槽船裝載的LNG經(jīng)卸船管道進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG通過(guò)烴泵，以液態(tài)狀態(tài)進(jìn)入LNG氣化器，氣化后進(jìn)入燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)。過(guò)程中產(chǎn)生的大部分BOG經(jīng)壓縮、再液化后與主流LNG會(huì)合進(jìn)入氣化器，少量BOG經(jīng)壓縮后，直接進(jìn)入輸配系統(tǒng)。
    在LNG卸船流程中，船上儲(chǔ)罐內(nèi)的烴泵將LNG輸送到接收終端的儲(chǔ)罐內(nèi)，烴泵消耗的電能是由運(yùn)輸船上的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組提供的。輪船動(dòng)力系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速低、扭矩大的特點(diǎn)，適合以重油為原料，并且等熱量條件下重油價(jià)格相對(duì)低廉，故一般船載蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組依靠重油燃燒提供動(dòng)力，在燃燒過(guò)程中不可避免地要向環(huán)境中排放S0x氣體。
    在LNG氣化過(guò)程中，LNG儲(chǔ)罐中的烴泵將LNG由儲(chǔ)罐輸送至LNG氣化器。LNG接收終端多沿海建設(shè)，海水資源豐富，故多采用以海水為熱源的開(kāi)架式氣化器，此時(shí)需使用海水泵將海水輸送至LNG氣化器中。
    BOG的處理有再冷凝和直接壓縮兩種工藝，在大型LNG接收終端中，再冷凝工藝比較節(jié)能[8]。在再冷凝工藝中，BOG經(jīng)壓縮機(jī)壓縮并送至再冷凝器中液化，然后再送至氣化器中進(jìn)行氣化。在LNG儲(chǔ)罐中，BOG時(shí)時(shí)刻刻均會(huì)產(chǎn)生，壓縮機(jī)保持連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。
    LNG烴泵、海水泵以及BOG壓縮機(jī)是LNG接收終端主要的耗電設(shè)備，在卸船工藝中還會(huì)有S0x氣體排放。通過(guò)降低以上設(shè)備的電能消耗并設(shè)法減少S0x氣體的排放，可以大大降低LNG接收終端的環(huán)境負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能與環(huán)保雙重效果。
3 LNG接收終端降低環(huán)境負(fù)荷的措施實(shí)例
    1969年日本首個(gè)接收終端——Nigeshi接收終端建成投產(chǎn)，幾年后日本便成為世界上最大的LNG進(jìn)口國(guó)并直至今天。截至2009年，日本已建接收終端26座，是世界上建有接收終端最多的國(guó)家[9]。LNG接收終端建設(shè)所需的主要設(shè)備，基本壟斷在日本制造商手中，世界上主要的LNG資源產(chǎn)地，均有日本公司的投資參與。
    下面以日本東京燃?xì)夤镜?hgishima LNG接收終端為例，介紹其為降低環(huán)境負(fù)荷而采取的措施。
3.1 降低LNG氣化工藝中的電耗
    在Ohgishima LNG接收終端，使用以海水為熱源的開(kāi)架式氣化器(ORV)實(shí)現(xiàn)LNG的氣化。
    開(kāi)架式氣化器海水流量與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖2[6]。圖2中，實(shí)線表示在LNG參數(shù)及氣化器參數(shù)一定的條件下，海水溫度與實(shí)現(xiàn)氣化所需的海水流量之間的關(guān)系，隨著海水溫度的升高，所需的海水流量減小。上下兩條虛線分別表示采用換極電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速器根據(jù)海水溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的曲線。

    在原有工藝中，不論海水溫度高低，海水流量總是一個(gè)恒定值。對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn)，采用換極電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速器來(lái)控制海水泵的轉(zhuǎn)速，使得海水流量隨著海水溫度的升高而降低，從而可以降低水泵的電能消耗。運(yùn)行實(shí)踐證實(shí)，換極電動(dòng)機(jī)和變頻器的使用可分別使耗電量降低至原有工藝耗電量的80%和70%[3]。
    國(guó)內(nèi)石化等領(lǐng)域的實(shí)踐也證明，變頻調(diào)速裝置是企業(yè)技術(shù)改造、節(jié)能降耗的理想設(shè)備[10～11]。
    原則上海水的溫度越高，所需的海水流量越小。但是當(dāng)海水流量較小時(shí)，海水中的生物(如貝類)將附著在氣化器的換熱管上，影響傳熱，所以需要對(duì)最小海水流量下的氣化器性能進(jìn)行測(cè)試。
3.2 降低BOG處理工藝中的電耗
    在Ohgishima LNG接收終端，采用再冷凝工藝對(duì)BOG進(jìn)行處理。通過(guò)增加壓縮機(jī)的入口壓力或者降低壓縮機(jī)的出口壓力來(lái)減小壓縮比，從而降低電能消耗，具體做法如下：
    ① 將LNG儲(chǔ)罐中的壓力(即壓縮機(jī)的入口壓力)增大至操作條件下的最大值，在壓縮機(jī)出口壓力不變的條件下，其壓縮比可減小。具體做法就是在白天電價(jià)較高時(shí)，減小壓縮機(jī)電機(jī)(可凋速)的轉(zhuǎn)速或者調(diào)節(jié)入口調(diào)節(jié)閥，減小通過(guò)壓縮機(jī)的BOG流量，待儲(chǔ)罐內(nèi)壓力增大至設(shè)定值后，再將BOG流量恢復(fù)至額定值。
    ② 在壓縮機(jī)入口壓力不變的條件下，降低壓縮機(jī)出口的BOG壓力。經(jīng)烴泵輸送來(lái)的LNG為出口BOG提供冷能從而實(shí)現(xiàn)BOG的再液化。當(dāng)BOG壓力降低時(shí)，再液化所需冷能相應(yīng)增加，烴泵的LNG流量增大，烴泵的耗電量增加，但是由于單位時(shí)間烴泵耗電量的增加量小于BOG壓縮機(jī)耗電量的降低量，所以仍可以達(dá)到節(jié)能的效果。
3.3 降低低溫?zé)N泵的電能消耗
    低溫?zé)N泵是站內(nèi)輸送LNG的關(guān)鍵設(shè)備。由于LNG溫度低、易氣化、易燃易爆，因此在LNG儲(chǔ)罐中設(shè)置性能優(yōu)良的烴泵[12]，將LNG輸送至氣化器進(jìn)行氣化。低溫?zé)N泵一般為多級(jí)泵，揚(yáng)程可根據(jù)用戶要求而定，選擇范圍為50～2000m[4]，以適應(yīng)不同輸氣管網(wǎng)對(duì)壓力的要求。通常需運(yùn)行的烴泵和氣化器數(shù)量由外輸氣體量決定。
    在Ohgishima LNG接收終端，通過(guò)采取以下措施來(lái)降低低溫?zé)N泵的電能消耗：
    ① 在氣化器氣化能力不變的條件下，減少單個(gè)氣化器對(duì)應(yīng)的低溫?zé)N泵臺(tái)數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，在氣化器低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在滿足氣化器工作流量條件下，將并聯(lián)烴泵臺(tái)數(shù)由3臺(tái)降為2臺(tái)。由于并聯(lián)運(yùn)行泵的數(shù)量越多，各泵的效率下降越多[13]，所以當(dāng)泵的臺(tái)數(shù)由3臺(tái)降為2臺(tái)時(shí)，耗電量減少。
    ② 降低低溫?zé)N泵的葉片級(jí)數(shù)。多級(jí)烴泵運(yùn)行時(shí)揚(yáng)程與實(shí)際外輸壓力要求不匹配時(shí)，出現(xiàn)出口壓力過(guò)高的情況，為降低出口壓力，通常使用烴泵出口壓力控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣做不但增加能耗，而且調(diào)節(jié)過(guò)程中烴泵出口振動(dòng)頻率加大。對(duì)此，運(yùn)行人員根據(jù)外輸壓力要求，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)多級(jí)泵進(jìn)行對(duì)稱拆級(jí)，從而達(dá)到降低電耗的目的。當(dāng)泵的揚(yáng)程大于實(shí)際需要時(shí)，多級(jí)泵通過(guò)拆級(jí)來(lái)改變其特性曲線，拆級(jí)后其揚(yáng)程降低，流量增大，與沒(méi)拆級(jí)泵相比可節(jié)約電能，且其拆級(jí)與恢復(fù)是可逆的[14]。
3.4 降低卸船工藝中S0x氣體的排放量
    在LNG卸船工藝中，需要重油作為蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組的燃料，造成了S0x氣體的排放，污染環(huán)境。
    在Ohgishima LNG接收終端，采用BOG與重油(雙燃料系統(tǒng))作為蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組的燃料，由于BOG中不含硫，從而降低了S0x氣體的排放量。在此雙燃料系統(tǒng)中，優(yōu)先使用BOG，當(dāng)BOG不足時(shí)使用重油補(bǔ)充。
    LNG槽船靠泊碼頭后，卸料臂將船上與岸上的卸船管道連接起來(lái)，由船上的卸船烴泵將LNG輸送到接收終端的LNG儲(chǔ)罐。隨著LNG的不斷輸出，槽船上LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力下降，為維持其壓力，將接收終端LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG經(jīng)壓縮機(jī)加壓[15]，一部分送入槽船上LNG儲(chǔ)罐，另一部分送入槽船蒸汽渦輪機(jī)的燃料系統(tǒng)。卸船工藝流程見(jiàn)圖3[6]。
 

3.5 環(huán)境負(fù)荷降低效果
    通過(guò)綜合采取以上幾種措施，Ohgishima LNG接收終端各個(gè)過(guò)程的總耗電量降低至原來(lái)的47%，C02和S0x氣體的排放量顯著降低。
4 結(jié)語(yǔ)
    隨著全球環(huán)境危機(jī)和能源危機(jī)的加劇，各國(guó)都在倡導(dǎo)環(huán)保節(jié)能的生產(chǎn)方式。日本在節(jié)能環(huán)保方面的做法在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，通過(guò)對(duì)工藝設(shè)備的改進(jìn)，大大降低了能耗，并減少了對(duì)環(huán)境的污染。目前我國(guó)也在大力提倡節(jié)能環(huán)保，但是重視程度還不夠，與國(guó)外相比還存在較大差距。隨著我國(guó)LNG產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，如何使LNG接收終端工藝設(shè)備的環(huán)境負(fù)荷最小化應(yīng)該被提上議事日程。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳琴，張芷華.液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)與應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2005，25(6)：64-65.
[2] 江金華，金穎，馮春強(qiáng).液化天然氣在城市燃?xì)獾膽?yīng)用[J].煤氣與熱力，2003，23(1)：53-54.
[3] 陳雪，馬國(guó)光，付志林，等.我國(guó)LNG接收終端的現(xiàn)狀及發(fā)展新動(dòng)向[J].煤氣與熱力，2007，27(8)：63-66.
[4] 杜光能.LNG接收終端工藝及設(shè)備[J].天然氣工業(yè)，1999，19(5)：82-86.
[5] 盧向前.全球LNG接收終端統(tǒng)計(jì)[J].國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2008(6)：71-74.
[6] KAJITANI M.Efforts to minimize the environmental load at LNG receiving terminals[C]∥International Gas Union.23rd World Gas Conference.Amsterdam(Netherlands)：International Gas Union，2006：5-6.
[7] 嚴(yán)銘卿，廉樂(lè)明.天然氣輸配工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005：414-416.
[8] 劉浩，金國(guó)強(qiáng).LNG接收站BOG氣體處理工藝[J].化工設(shè)計(jì)，2006，16(1)：13-16.
[9] 李健胡，蕭彤.日本LNG接收站的建設(shè)[J].天然氣工業(yè)，2010，30(1)：109-113.
[10] 羅敏.淺述實(shí)現(xiàn)石化工業(yè)泵的節(jié)能降耗[J].工業(yè)技術(shù)，2010(4)：95.
[11] 梁騫，厲彥忠，譚宏博，等.潛液式LNG泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[J].天然氣工業(yè)，2008，28(2)：123-125.
[12] 伍悅濱，朱蒙生.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：282-284.
[13] 楊光，王曉東，余祖強(qiáng).LNG調(diào)峰站加壓氣化工藝的研究[J].煤氣與熱力，2008，28(3)：B17-B20.
[14] 李雪明，宋文武.泵節(jié)能技術(shù)[J].江西能源，2009(1)：58-62.
[15] 曹文勝，魯雪生，顧安忠，等.液化天然氣接收終端及其相關(guān)技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2006，26(1)：112-115.
 
(本文作者：顧靈偉1 楊聰聰2 焦文玲2 1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 北京 100007；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150090)