LNG冷能利用中问题的讨论.docVIP

LNG冷能利用中几个问题的讨论 摘要：我国已规划建设10个以上从国外进口LNG的大型接收站，还在不断建设一些中小型LNG气化站。进口LNG不仅进口了燃料，同时也进口了宝贵的冷能。不同气化管输压力下LNG的可利用冷能和冷能的品位或利用价值有很大的不同。阐述了常压LNG和加压LNG气化时可利用冷能的数量和冷能的品位或低温价值所发生的变化。讨论了LNG冷能的梯级利用和LNG加压气化后天然气的外输压力问题。认为目前我国最应关注的是以成熟的LNG冷能利用技术为基础，在现有和即将建设的LNG接收站尽可能充分地利用冷能。接收站在规划之初就应同时把冷能的利用给予通盘考虑。对接收站的建设提出了建议。 主题词：液化天然气；冷能利用；温位；梯级利用；输气压力 某城LNG冷能综合利用规划书中写道：“LNG气化过程中将释放大量冷能、约860～830kJ/kg，其中潜热约508.6kJ/kg，显热351～321kJ/kg”，并以此计算该项目相当于进口了多少冷能，合多少kWh，冷能价值多少亿人民币，如该冷能不利用而在海水中直接气化将产生多大范围的冷污染等。参考文献[1～4]也有类似的数据。应该指出，这些都是常压下的数据，没有考虑压力的影响。笔者就管输压力下LNG的可利用冷能和冷能利用的其他问题提出观点，与同行交流讨论。 一、LNG的可利用冷能 为说明问题，先以纯组分甲烷为例。图1是甲烷的T-S(温-熵)图。甲烷的临界温度约为190.7K，临界压力约为4.58MPa。如图，由1、2、3点连成的线为0.01MPa的等压线。由4、5、6、7点连成的线为7.9MPa的等压线。各点的物性值如下：p1、p2、p3均为0.01MPa；T1=112.56K，i1(焓，下同)=-5577kJ/kg；T2=112.56K，i2=-5066.3kJ/kg；T3=273K，i3=-4727.1kJ/kg；潜热=i2=i1=510.7kJ/kg；显热=i1=i2=339.2kJ/kg；总冷能=潜热+显热=849.9kJ/kg，其中温度为112.56K的潜热占60%。 ? 在7.9MPa的等压线上，4点是经多级离心泵加压到7.9MPa后的状态点。5点是由4点经保温管道送到冷能利用装置处的状态点。 在液体甲烷压缩升压的过程中，离心泵电机的耗功转化成热能使升压的液体甲烷同时也升温，可以认为是将部分冷能转化成了压力能。该升温值与泵的效率有关。取泵的效率为50%，则液体甲烷在压缩过程中的温升约为8℃。压力液体甲烷从接收站到冷能利用点因沿线漏热造成的温升与两地距离及输液管的保温情况等有关，这里取2.44℃。因此5点的温度为123K。6点是7.9MPa时气液转化的温度点，经试算约为198K。有些接收站在实际使用时由接收站将LNG压到0.6～1.0MPa，用保温管道到冷能利用点，再在冷能利用点用泵加压到最终压力。 p5=7.9MPa，T5=123K，i5=-5531kJ/kg；p6=7.9MPa，T6=198K；i6=-5204.4kJ/kg；p7=7.9MPa，T7=273K，i7=-4831.8kJ/kg。 因甲烷的压力已高于其临界压力，潜热已不存在。这里把液体的焓差称为过冷焓，把气体的焓差称为显热。过冷焓=i6-i5=326.6kJ/kg；显热=i7-i6=372.6kJ/kg；总冷能=过冷焓+显热=699.2kJ/kg。 可见，纯液体甲烷经压缩输送到冷能利用点后，气化升温时其可利用冷能已减少150.7kJ/kg，只有O.01MPa时的82%。更为重要的是冷能的品位已大大降低。0.01MPa时甲烷液体的潜热510.7kJ/kg其温位全部是112.56K。7.9MPa时甲烷液体的过冷焓是326.6kJ/kg，只有0.01MPa时潜热的64%，且处于123～198K的温位之间，可见其气化时冷能的低温价值已打了极大的折扣。 LNG是甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷及少量氮气的混合物。由于相平衡的关系，它不存在如纯甲烷那样温度不变释放出潜热的液体气化过程。以组分为甲烷95.58%、乙烷2.30%、丙烷1.13%、异丁烷0.36%、正丁烷0.41%、氮0.22%(48积百分比)的LNG为例，当p1=0.01MPa时，饱和液体的温度为T1=112.3K，i1=-5338.4kJ/kg。饱和气体T2=187.45K，i2=-4676.9kJ/kg。当T3=273K时，i3=-4501kJ/kg。压力0.01MPa时LNG的潜热为i2-i1=661.5kJ/kg，潜热的温度范围是112.37～187.45K。显热为i3-i2=175.9kJ/kg。总冷能为837.4kJ/kg。与纯甲烷一样用泵压到7.9MPa，取泵的效率为50%，管路温升为2.44℃时，外送到冷能使用点处的T5=122.8K，i5=-529