一、LNG小区气化在中国的崛起
如果说20世纪的80年代至90年代是中国的LPG小区气化的年代的话,那么21世纪的头10年至20年将是中国的LNG小区气化的年代;中国LPG小区气化的发源地在广东深圳,中国LNG小区气化的发源地应该在山东淄博。广东LPG小区气化的气源主要靠海外进口,山东LNG小区气化的气源目前主要靠河南濮阳LNG生产厂,将来会有更多的气源途径。
本工程为国内第一个对液化天然气进行卸车、储存、气化的气化站设计项目。液化天然气由低温槽车从中原油田运至淄博气化站。
淄博项目自1999年6月开始设计,于2000年1月完成;淄博煤气公司于2000年1月开始施工,于2000年10月建成采用LNG试开车,并于2001年12月2日投入LNG供气,是国内第一座液化天然气气化站,也是亚洲最大的液化天然气气化站,天然气全部供应工业用户,设计能力为12万Nm3/d。
青岛金家岭LNG小区气化站
金家岭项目自2000年6月开始设计,于2001年1月完成;青岛煤气公司于2001年1月开始施工,于2002年2月建成试开车,一次成功,是国内第一座民用液化天然气气化站,,设计能力为2万Nm3/d。
广东龙川LNG小区气化站工程
龙川LNG气化站的设计、建设周期短,从设计到落成只用了不到一年时间,今年5月23日已举行了落成典礼。设计能力1万Nm3/d。
虽然龙川站的LNG目前来自河南濮阳,但其经营者的目光是在深圳。一旦深圳的LNG接受站建成,龙川将是收益者。
龙川LNG气化站工程是青岛化工设计院管理性总承包项目。
在中国,目前正在筹建和即将投入运行的LNG气化站有河南的商丘、江苏的姜堰和沭阳、山东的坊子、浙江的苏州、北京的密云、安徽的蚌埠;正在规划设计的有浙江的余姚、江西的九江、山东的潍坊、平度、青州以及福建的厦门等城市;据说上海通达能源公司在完成了广东龙川LNG气化站建设之后,还要在广东的阳江、惠东、汕尾等城市投资建设LNG小区气化站。
看来,最近在中国山东掀起的LNG小区气化热,远远超过当时在中国广东掀起的LPG小区气化热,比日本在20世纪70年代的发展速度还快,不管是建设规模,还是建设速度,还有它的建设组织形式和人们的关心影响程度都是广东LPG小区气化无可比拟的。
二、世界性的天然气转换工程必将到来
随着时代的进步,社会经济的发展和环境保护的要求,煤制气的缺点越来越多地全面暴露,先进的国家早在20世纪50年代、60年代、70年代、80年代、90年代相继淘汰煤制气,石油制气又存在许多克服不了的缺点,液化石油气将会随着未来石油的枯竭而变成过渡性的能源,用天然气取代其它所有的能源的世界性天然气转换工程将成为一种燃气能源革命发展的必然。
部分国家天然气转换时间表 国家 实现天然气转换时(年) 气源 美 国 1945-1958 管道天然气为主 前苏联 1948-1960 管道天然气为主 英 国 1964-1977 前期用LNG,后期以管道天然气为主 法 国 1962-1982 LNG与管道天然气结合 德 国 1960-1970 管道天然气为主,少量LNG 澳大利亚 1976-1986 管道天然气 日 本 1969-1998 全部LNG供应
天然气的利用途径可采取管道输送和液化后用船运输、公路槽车和铁路槽车运输多种途径来实现。长输管道输送受到铺设管道需要穿过崇山峻岭、农田村庄以及征用村镇土地赔偿费用等限制,超过一定长距离,从经济角度来考虑是很不合算的。而将天然气液化后用大船(13.5万立方米)通过海上运输,送至城市边沿建设的LNG接收基地是非常经济合算的事。LNG在美国、欧洲、日本早就得到广泛的应用,而日本是世界上使用LNG最成功的国家,年用量达到了5000万吨,占世界LNG贸易量8000万吨的62.5%。亚洲的日本、韩国和台湾地区LNG消费数量,占了世界总消费量的四分之三还多。
中国广东300万吨LNG项目的上马以及福建200万吨LNG项目的筹建,加上印度LNG项目的上马,以及台湾地区东鼎LNG接收基地的建成,亚洲的LNG用量又会大辐度的上升。
三、世界LNG工业的发展
天然气的主要成分为甲烷,是永久性的气体,在常温下不能用压缩的办法将其液化,只有在低温下(-162度)才能变成液体。20世纪20年代以来,随着深冷工业技术的迅速发展,使大量的天然气液化成为可能。
1910年,美国开始了工业规模的天然气液化。1917年卡波特(Cabot)获得了第一个有关天然气液化、储存和运输的美国专利,同年在美国的西弗吉利亚地区建起了世界上第一家液化甲烷工厂,进行甲烷液化生产。
1937年,英国的埃吉汤(Egerton)提出用液化天然气调节城市供气中的高峰负荷,将天然气液化并储存,供冬季供气高峰负荷和应急事故时的供应。1999年底投产的由法国索菲燃气工程公司帮助建设的,设计能力日产12万立方米的上海浦东LNG生产厂,便是我国首座采用LNG技术的天然气备用/调峰站。
1955年,美国康斯托克国际甲烷公司,致力于研究跨海运输液化天然气的规划和设计。
1957年,英国气体公司决定和康斯托克公司签订合同,引进液化天然气补充城市煤气供应之不足,并在英国的坎威尔岛上建起世界上第一个液化天然气接收基地,用于储存引进的液化天然气。
1959年,美国康斯托克国际甲烷公司建造了世界上第一艘液化天然气运输船“甲烷先锋”号,于次年的1月28日至2月20日运载了2200吨的液化天然气从美国的路易斯安那州的查理斯湖出发,航行至英国的坎威尔岛接收基地,标志着世界液化天然气工业的诞生。
1960年,英国壳牌购买了该公司40%的股份,“甲烷先锋”号运输船于1964年投入了由阿尔及利亚至英国的LNG运输业务,使世界LNG商业贸易迅速地发展起来。
目前中国兴起的LNG小区气化热潮将随着国内LNG液化厂的不断出现,以及沿海进口LNG接收基地的增加,将会大大地推动中国LNG工业的起步和世界LNG工业的迅速发展。
四、LNG小区气化的宽广前景
据有关资料统计,到1998年底止,全世界已有115座LNG卫星站投入运行,日本就有50多个LNG卫星站。
LNG小区气化站的发展具有宽广的前途是基于:
第一、其气源LNG是将天然气液化缩小600多倍的液体,可在公路、铁路、海上通过汽车槽车、火车槽车和轮船进行灵活高效的运输;
第二、LNG小区气化站建设投资省、见效快、方式灵活;
第三、LNG的气化成本远比LPG气化成本低,经济合算;
第四、与LPG比较,安全可靠,其气相密度0.747Kg/m3,比空气轻,稍有泄露,即可随空气逸散,其着火点为650℃,比LPG的560℃要低,其爆炸极限为5%- 15%,比LPG的1%-15%要窄,使用起来会更安全。
第五、LNG的主要成份为甲烷,燃烧后排出的二氧化碳比LPG少3-4倍,减少了温室效应,是非常理想的民用燃料、工业燃料、发电燃料、车用燃料。
第六、LNG小区气化工艺流程简单,容易实现自动化操作,建设城市LNG卫星站可作为城市供气主要设施,又可以作为城市供气调峰设施,可成为与管道天然气对接之后的调峰和储存设施。
随着国内液化天然气生产厂和进口LNG接收基地的不断出现,中国经济改革开放的步伐加快,广大城市居民生活水平的提高,在中国的许多中小城市建设3至5万户、8至10万户规模的LNG小区气化来满足人民生活用气和商业用气成为可能和现实。
上海浦东日产10万米3LNG生产厂同时又是调峰和事故气源的LNG气化站于2000年4月10日年底投产运行;河南中原油田濮阳日产15万米3的LNG液化厂于2001年11月份投产;新疆广汇集团正在新疆吐哈油田建设一个日产150万米3的LNG液化厂,计划于2003年10月份投入生产,最近美国一家公司准备投资1.2亿美元与中原油田绿能高科合作在内蒙建一个150万米3/天的LNG液化厂,到2005年广东深圳称头角300万吨/年的LNG接收基地建成以及福建中国第二个进口200万吨LNG接收基地建成之后,都将成为21世纪头10年和第二个10年发展LNG小区气化提供了可靠的气源保证。
我国的四川简阳空分设备集团有限责任公司和张家港市化工机械有限公司生产低温设备已有20多年的历史,江苏张家港市圣达因化工机械有限公司已形成系列化LNG设备生产能力,为我国发展LNG工业提供了可靠的储存和运输设备,对加快我国LNG生产设备国产化以及加速我国的LNG小区气化设备国产化都具有很大的推动作用。
五、LNG小区气化的工艺与设备
LNG小区气化站工艺流程简述:
LNG气化站工艺在国外十分成熟,而在中国则刚刚开始。LNG由低温槽车运至气化站,在卸车台利用槽车自带的增压器对槽车储罐加压,利用压差将LNG送入LNG储罐储存。气化时通过储罐增压器将LNG增压,然后自流进入空浴式气化器,LNG发生相变,成为气态天然气,夏季直接去管网,冬季经水浴式加热,再去管网。
LNG站工艺设备与设施
结构形式: 立式金属单罐
最高工作压力: 0.5MPa;
最低工作温度: -196℃;
单台净几何容积:100m3;
内罐直径: φ3000;
外罐直径: φ3500;
内罐材质: 0Cr18Ni9;
外罐材质: 16MnR;
四川空分集团和张家港圣达因公司生产的LNG储罐 LNG 气 化 器
空浴式气化器
结 构: 立式、长方体
气化能力: 9605kg/h.台
数 量: 一组4台,共两组(一开一备)
生产单位: 山东淄博
LNG入口温度: -162 ℃
LNG出口温度: 环境温度-10 ℃
正常工作压力: 0.4MPa(绝)
空 浴 式 气 化 器水浴式气化器
结 构:圆筒形
气化能力:4000kg/h
生产单位:国内制造(按日本国提供图纸)
数 量:1 台
增压器
为了使储罐中的LNG能够自流进入气化器,必须保证储罐的压力高于气化器。为此设置了储罐自增压气化器,当储罐压力低于设定值时,自力式升压调节阀开启,LNG进入自增压气化器,气化后的天然气回到储罐顶部,达到为储罐增压的目的。
增压器
BOG处理装置
BOG(Boil Off Gas)是储罐及槽车的蒸发气体。低温真空粉末绝热储罐和低温槽车的日蒸发率一般为0.3%,这部分气化了的气体如不按时排出,会使储罐上部气相空间的压力升高。为保证储罐的安全,装有降压调节阀,可根据压力自动排出BOG。因此在设计中设置了BOG加热器及BOG缓冲罐,用以回收BOG。回收的BOG冬季用于燃气锅炉做燃料,夏季不使用锅炉时,通过缓冲灌的压力控制,并入输气管网。
结构为卧式,圆筒形;直径φ3000;材质16MnR;按工艺技术要求,设置进、出气相管、安全放散、压力指示接口。
BOG储罐几何容积100m3,包括附件在内。
BOG处理装置
阀门、输送管及管件
(1).LNG阀门
应满足输送LNG压力、流量要求,且具备耐低温性能(-196℃)。从日本进口LNG阀门,主要包括LNG截止阀、安全阀、止回阀、紧急切断阀、升压、调节阀等,应能满足工艺流程的技术要求。
(2).LNG输送管道及管件
LNG输送管道:材质0Cr18Ni9,规格DN25、DN50、DN65、DN80,生产厂为中石化无锡钢管厂。
LNG管件:与LNG输送管道相同(或相匹配)技术要求。法兰:材质0Cr18Ni9,由济南东方石油化工公司提供;密封垫片采用不锈钢金属缠绕垫片, 淄博本地生产。
LNG运输30m3/0.8Pa LNG半挂运输槽车
山东LNG小区气化的气源目前主要靠河南濮阳LNG生产厂,它是靠30m3/0.8Pa LNG半挂运输车运输.
(1).贮槽
贮槽型号为TCB-27/8型低温液体贮槽。金属双圆筒真空纤维绝热结构;尾部设置操作箱,主要的操作阀门均安装在操作箱内集中控制。操作箱三面设置铝合金卷帘门,便于操作维护。前部设有车前压力表,便于操作人员在驾驶室内就近观察内筒压力。两侧设置平台,便于阻挡泥浆飞溅。平台上设置软管箱,箱内放置输液(汽)金属软管。软管为不锈钢波纹管。
(2).整车
列车整车外形尺寸长×宽×高≈14500mm×2500mm×3800mm,符合GB7258《机动车运行安全技术条件》标准规定。
整车按GB11567标准规定,在两侧设置有安全防护栏杆,车后部设置有安全防护装置。并按GB4785标准规定设置有信号装置灯。
六、中国应尽快建立LNG利用和LNG小区气化的有关法规和政策
尽管在美国、欧洲、日本早在30多年前就开始了LNG的利用和LNG卫星站的建设,积累了丰富的经验,掌握了成熟的技术,而在中国,目前尚无关于LNG利用和LNG小区气化站建设的设计和施工规范。目前只有参考《城镇燃气设计规范》和《石油化工企业设计防火规范》。希望城市燃气的主管部门、设计规划部门尽快制定出LNG利用和LNG小区气化站建设的设计、施工标准;设备运行操作规程和管理规定;液化天然气的处理、储存、运输、气化等规程,以便执行,积极推动LNG工业在中国的发展,为加快中国天然气转换做出贡献。
作者简介:本文作者赖元楷是前任深圳市燃气集团有限公司董事长、现任深圳市梓元咨询有限公司总裁、国务院政府特殊津贴专家、中国城市燃气学会副理事长、华南理工大学兼职教授、广东省石油学会付理事长兼广东燃气专业委员会主任。
论著有:《深圳特区燃气建设与管理》、《深圳小区气化联网操作与管理》、《石油气之歌》、《蔚蓝的火焰》等。他的《全面规划,分区建设,逐步联网,发展液化石油气管道供气》、《深圳小区气化联网操作与管理》、《广东地区LPG储存能力与周期的分析》三篇论文分别于1994年6月在意大利米兰举行的第19届世界燃气大会、1997年7月在丹麦哥本哈根举行的第20届世界燃气大会、2000年6月在法国尼斯举行的第21届世界燃气大会讲坛上宣读,为中国城市燃气事业的发展赢得了信誉。