城市液化天然气(LNG)气化装置的应用探讨

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摘要：概述了液化天然气（LNG）的生产技术在国内外的发展状况。以某城市LNG项目为例，阐述了LNG的生产工艺流程和生产步骤，提出在LNG气化中应注意翻滚、爆炸、包容系统破损等安全与技术问题。

主题词：城市燃气LNG气化装置工艺

中图分类号：TH138.23 文献标识码：A 文章编号：

作为天然气的另一种形式，液化天然气（lng）的生产应用技术自20世纪初开始逐步发展起来，1964年，世界第一座LNG工厂在阿尔及利亚建成投产。与世界LNG生产技术相比，我国尚处于起步阶段，20世纪90年代初，四川和吉林石化企业先后建成了生产能力为0.3 m3／h和0.5 m3／h的LNG装置；20世纪90年代末，上海建成投运了一座生产能力为10×104m3／d的LNG事故调峰站，该站生产装置由法国提供，LNG的设计储量为2×104m3，供应能力为120×104m3；2001年9月，国内第一座应用于工业生产并商业化的LNG工厂在中原油田投产。

一、液化天然气的主要物理化学特性

天然气在大气压下冷却至－162℃时会由气态转变成液态，即转变为LNG，其体积约为同量气态天然气体积的1／600，重量仅为同体积水的45％左右，热值为548×108J／t。LNG的主要成分为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷和丁烷及氮气，比天然气的组分稳定，更利于储存、运输和调峰。

LNG的物性参数与其组分含量有关，常压下LNG沸点在－166￣－157℃之间，密度在430￣470 kg／m3之间。

二、LNG项目生产工艺流程

1、主要设备

将天然气冷却到一个极低的温度后，使常压天然气转变为液体。过滤分离器设置在原料气体进入装置的进口管道上，分离机械杂质、游离水、重烃等；进口分离器设置在原料气体增压后的进口管道上，分离压缩冷却后存在的游离水等杂质；分子筛吸附塔包括3台立式结构的单层床容器，分别用于吸附、加热及冷却；分子筛吸附塔内置3个粉尘过滤器，过滤清除天然气中的分子筛粉末；脱汞器设置在吸附塔后的管道上，去除膨胀气流、液化气流中的汞，防止汞进入冷箱对铝制设备和管道产生腐蚀；粉尘过滤器用来去除进入冷箱的膨胀气流、液化气流中的粉尘，以防止粉尘附着于设备和管内；再生气加热炉为分子筛再生提供高温天然气；再生气冷却器的作用是用水冷却加温分子筛后的再生气；再生气分离器分离冷却再生气中的冷凝水；增压透平膨胀机由1台单级透平膨胀机和1台位于膨胀机主轴另一端起负载作用的单级离心增压机组成，安装在一个由结构钢制成的橇装块上，橇装块上还装有小冷箱及配套的油系统、密封气系统和仪表板等，当高压气体通过该机时，推动膨胀叶轮对外作功，减少气体自身的内能，降低温度，以便于为装置提供冷量，即补充LNG的冷量、复热不足损失及装置冷损；液化冷箱是一个方形的金属结构，内部配置有液化换热器、过冷器、膨胀机进口分离器、LNG分离器以及阀门管道等，并充填有珠光砂以减少冷量损失。

2、吸附、再生原理

当流体与多孔固体粒子接触时，受范氏引力或色散力作用，流体中某些组分分子会被固体内孔表面吸附，因此在吸附塔内充填了13X分子筛。分子筛兼具干燥和吸附功能，可以彻底吸附微量的水分，也可以专门用于吸附二氧化碳等极性分子。

13X分子筛对杂质的吸附量随温度的降低而增加，随着温度的升高而减少。因此，在常温下，干燥器和吸附器内的分子筛可以吸附大量的杂质；高温天然气加热分子筛，使大量杂质从分子筛中解吸出来，随着天然气带出吸附塔，分子筛可以再生使用。

3、生产步骤

（1）20℃、3.0 MPa的天然气以40×104m3／d的输量，经过进口分离器和两级压缩机并冷却，至35℃、4.4 MPa后，经过分离器、吸附塔等，除去水分、二氧化碳、硫化氢、苯、汞等。

（2）将经过吸附塔A的天然气分成膨胀气流（83％）和液化气流（17％）两条管道。膨胀气流经冷箱预冷至－32℃后，通过两级膨胀机，待温度降至－122℃，再经冷箱回温至35℃、0.4 MPa，送入城市管网；液化气流经冷箱预冷至－120℃后，通过调节阀截流（－137℃，0.55 MPa），通过分离器将液态分离。

（3）液化气尾气（再生气流）通过吸附塔B冷却后进入加热炉加热，再通过吸附塔C进行再生，然后回流至膨胀气流管道。

三、LNG站的安全技术

1、LNG特性分析

分析LNG设备和工程的安全，不仅应考虑天然气的易燃、易爆性，还应考虑低温LNG的物理特性。LNG具有蒸发气（boil off gas，BOG）特征，即外界传导至绝热储罐中的热量将会导致一些储存的LNG液体蒸发为气体，蒸发气易形成气体云团，发生爆炸，LNG气化后的爆炸极限为5％￣15％。

如果新注入的LNG与密度不同的底部LNG混合不充分，在储存LNG的容器中可能存在两个稳定的分层或单元，易出现翻滚现象，在短时间内LNG储罐里的液体会大量蒸发，压力升高，危及储罐安全。

当LNG与水接触时会发生快速相变现象，尽管它不产生燃烧，但可产生爆炸力。

由于天然气的临界温度为－82.57℃，在常温下，无法仅靠加压将其液化。在实际作业中，只有当温度在－80℃以下才能在任意压力下液化。在阀门间隙或密闭的容器中，随着温度的升高，压力增加，若超过容器的强度，会导致包容系统破损。

2、预防措施

（1）为预防翻滚，应将来源及组分不同的LNG分罐储存（一般LNG接收站设置的储罐应超过2座），如果储罐数量不够，必须在注入时将其进行充分混合，并保证罐内LNG的注入量适当，且做到定期倒罐（各个罐轮流使用，特别是调峰储罐）。

（2）为防止发生爆炸，检修LNG储罐的置换介质不能用水，应采用惰性气体（氮气）。当LNG发生泄漏或起火时，只能用干粉或泡沫灭火器，对泄漏的LNG表面进行覆盖，降低蒸发速率，而水仅可以在必要时用于周围储罐的降温。

（3）为防止包容系统遭到破坏，任何装过LNG的容器在未清除干净前都不能将容器密封。

（4）蒸发气与LNG的温度一样，其密度大于周围空气的密度，必须使天然气由低温气体变为常温气体，轻于空气后方可排空。因此，需经过BOG加热器加热至符合要求后再高点放散。为确保安全，应在其集中放散管前加设安装阻火器。

参考文献

1,GB/T19204―2003液化天然气的一般特性。

2,顾安忠鲁雪生等:液化天然气技术,机械工业出版社(北京),2003年。

3,CJJ 51―2006城市燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程。