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第九章 液化天然气 制作:臧子璇 天然气的液化及储存装置主要设置在天然气液化场站和接受液化天然气(LNG)的场站。在没有条件建设地下储库进行季节调峰的地区，经过技术经济比较后也可设置LNG储存站。 天然气的液化 天然气的液化属于深度冷冻，靠一段制冷达不到液化的目的。下面介绍三种方法： 阶式循环(或称串级循环)制冷 为使天然气液化并达到-163.130C，需经过三段冷却。丙烷通过蒸发器7冷却乙烯和甲烷的同时，天然气被冷却到—40C左右；乙烯通过蒸发器8冷却甲烷的同时，天然气被冷却到-100.130C左右；甲烷通过蒸发器9把天然气冷却到-163℃使之液化，经气液分离器10分离后，液态天然气进罐储存。三个被分开的循环过程都包括蒸发、压缩和冷凝三个步骤。此法效率高、设计容易、运行可靠，应用比较普遍。 第一节 天然气的液化及液态储存 混合式(或称多组分)制冷 图11-24所示是混合式制冷流程。这种方法的制冷剂是烃的混合物，并有一定数量的氮气。丙烷、乙烯及氮的混合蒸气经制冷机6压缩和冷却器5冷却后进人丙烷储罐。丙烷呈液态，压力为3MPa，乙烯和氮呈气态。丙烷在换热器4中蒸发，使天然气冷却到-70℃，同时也冷却了乙烯和氮气，乙烯呈液态进入乙烯储槽，氮气仍呈气态。液态乙烯在换热器中蒸发，冷却了天然气及氮气。氮气进入氮储槽并进行气液分离，液氮在换热器中蒸发，进一步冷却天然气，同时冷却了气态氮气。气态氮气进一步液化并在换热器中蒸发，将天然气冷却到—163℃送人储罐。 此法的优点是设备较少，仅需一台制冷机和一台换热器。其缺点是气液平衡与焓的计算繁琐，换热器结构复杂，制造也困难。 混合式制冷的效率和投资均比阶式循环制冷低。 膨胀法制冷 如图11—25所示，膨胀法制冷流程是充分利用长输干管与用户之间较大的压力梯度作为液化的能源。它不需要从外部供给能量，只是利用了干管剩余的能量。这种方法适用于远程干管压力较高且液化容量较小的地方。 来自长输干管的天然气，先流经换热器1，然后大部分天然气在膨胀涡轮机中减压到输气管网的压力。没有减压的天然气在换热器2中被冷却，并经节流阀3节流膨胀，降压液化后进人储罐4。储罐上部蒸发的天然气，由膨胀涡轮机带动的压缩机吸出并压缩到输气管网的压力，并与膨胀涡轮机出来的天然气混合作为冷媒，经换热器2及1送人管网。 按此原理所能液化的天然气数量，取决于管网的压力所能提供的能量。表11—4是各种压力比下甲烷的液化量。 在城市对天然气的需用量大于长输干管的输气量时，必须使储存的液化气体重新气化供应城市。气化设备所需费用大约占液化设备的1／4。 为使液化天然气气化，目前大部分都采用浸没式加热的蒸发器。为了保持水温，就需要烧掉一部分天然气。一般从液化天然气中得到1Nm3气态天然气需消耗745kJ左右的热量 低温储罐的结构 液态天然气必须储存在低温储罐中，低温储罐通常是由内罐和外罐构成，中间填充隔热材料。 天然气低温储罐的结构 内罐(薄膜罐) 隔热层 外罐(罐体):冻土壁、钢制壁、钢筋混凝土壁及预应力混凝土壁 液化天然气储存站的安全 液化天然气储存站通常储存的天然气以数千万立方米计(如比利时1987年投入使用的储存站内设有三个直径75m、高35m的圆筒形储罐)，其安全性是十分重要的。特别是要考虑到一旦发生事故时，应尽量减少对周围环境造成的灾害性影响。为此，除了应正确选择储存站站址外，还必须有一系列的安全措施。如：在站区平面布置中要考虑各种设备之间的安全间距，保证在某一局部发生火灾时不会波及到其它设备；为防止LNG从一个地区泄漏到相邻地区，在每一个储罐周围、所有阀门组及各种设备底部设有LNG容积池；还应设置完善的检测系统(LNG泄漏的检测装置、火焰检测器、热监测器及烟检测器)及用于消防的泡沫生成器、粉末混合系统和水冷系统等。 第二节 液化天然气工业链 近十年来，中国的液化天然气（简称LNG）开发已起步，在LNG链的每一环节上都有所发展，尤其是近几年内，在某些环节上的进展还比较大。 已建天然气液化工厂有上海的LNG事故调峰站和河南中原天然气液化工厂。新疆正在筹建一座规模更大的天然气液化工厂，四川、重庆……。 引进国外LNG，正在广东深圳建造LNG接收终端；并准备在福建建造第二座LNG接收终端。 在LNG运输方面，储罐制造商生产的LNG槽车已投入运行，正计划开发制造运输LNG的集装箱。中国政府开始着手建造LNG船的计划。 在LNG应用方面，山东、江苏、河南、浙江、广东、广西、湖南、云南等省的一些城镇建立了气化站，向居民或企业提供燃气。 为了适应LNG在中国的迅速发展，LNG标准制定已经完成【GB50028-2006】 LNG是天然气的一种独特的储存和运输形式，它有利于天然气的远距离运输、有利于边远天然气的回收、降低天然气的储存成本