LNG接收终端降低环境负荷的措施

摘 要

摘要：对LNG接收终端的主要能耗及对环境的影响进行了分析，介绍了日本某LNG接收终端在降低环境负荷方面的先进做法。关键词：LNG接收终端；环境负荷；电耗Measures for Reducing Envir
摘要：对LNG接收终端的主要能耗及对环境的影响进行了分析，介绍了日本某LNG接收终端在降低环境负荷方面的先进做法。
关键词：LNG接收终端；环境负荷；电耗
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的体积约为同等质量气态天然气体积的1/600，可以节约储运空间和成本。天然气在液化时除去了杂质，故LNG是一种清洁、高效的能源，是优质的工业与民用燃料[1～3]。LNG槽船与埋在深海或者地下的长距离输气管道相比，可节省管道投资，降低运输成本[4]，故其成为目前天然气远洋贸易的重要运输手段。LNG槽船运输系统需要在LNG输出国建造天然气液化厂及相应的输出码头，在LNG输入国建造LNG接收终端。天然气需求量的快速增长、LNG产业链的技术日趋完善，带动了LNG接收终端建设的蓬勃发展。
1 LNG接收终端的发展现状
    自1959年美国建造世界上第一座LNG储罐，至2010年全球已投用的LNG接收终端达72座，LNG储罐达331座，其中超过12×104m3的LNG储罐超过总数的40%，LNG接收站的技术已经相当成熟[5]。
    2006年9月，我国第一个LNG项目在广东省进入商业运营，标志着我国规模化进口LNG时期的到来，目前我国在建和已建的LNG接收终端有13座。虽然我国LNG产业发展较快，但是由于起步较晚，在LNG槽船、LNG气化器以及烃泵等关键设备的设计制造方面，与国外相比还存在较大差距。
2 LNG接收终端工艺流程及能耗分析
    LNG接收终端的主要工艺流程见图1[6]，主要包括LNG卸船、LNG储存、LNG气化以及BOG(Boil Off Gas，蒸发气体)处理系统[7]。
 

    槽船装载的LNG经卸船管道进入LNG储罐，储罐内的LNG通过烃泵，以液态状态进入LNG气化器，气化后进入燃气输配系统。过程中产生的大部分BOG经压缩、再液化后与主流LNG会合进入气化器，少量BOG经压缩后，直接进入输配系统。
    在LNG卸船流程中，船上储罐内的烃泵将LNG输送到接收终端的储罐内，烃泵消耗的电能是由运输船上的蒸汽涡轮发电机组提供的。轮船动力系统具有转速低、扭矩大的特点，适合以重油为原料，并且等热量条件下重油价格相对低廉，故一般船载蒸汽涡轮发电机组依靠重油燃烧提供动力，在燃烧过程中不可避免地要向环境中排放S0x气体。
    在LNG气化过程中，LNG储罐中的烃泵将LNG由储罐输送至LNG气化器。LNG接收终端多沿海建设，海水资源丰富，故多采用以海水为热源的开架式气化器，此时需使用海水泵将海水输送至LNG气化器中。
    BOG的处理有再冷凝和直接压缩两种工艺，在大型LNG接收终端中，再冷凝工艺比较节能[8]。在再冷凝工艺中，BOG经压缩机压缩并送至再冷凝器中液化，然后再送至气化器中进行气化。在LNG储罐中，BOG时时刻刻均会产生，压缩机保持连续运行状态。
    LNG烃泵、海水泵以及BOG压缩机是LNG接收终端主要的耗电设备，在卸船工艺中还会有S0x气体排放。通过降低以上设备的电能消耗并设法减少S0x气体的排放，可以大大降低LNG接收终端的环境负荷，达到节能与环保双重效果。
3 LNG接收终端降低环境负荷的措施实例
    1969年日本首个接收终端——Nigeshi接收终端建成投产，几年后日本便成为世界上最大的LNG进口国并直至今天。截至2009年，日本已建接收终端26座，是世界上建有接收终端最多的国家[9]。LNG接收终端建设所需的主要设备，基本垄断在日本制造商手中，世界上主要的LNG资源产地，均有日本公司的投资参与。
    下面以日本东京燃气公司的0hgishima LNG接收终端为例，介绍其为降低环境负荷而采取的措施。
3.1 降低LNG气化工艺中的电耗
    在Ohgishima LNG接收终端，使用以海水为热源的开架式气化器(ORV)实现LNG的气化。
    开架式气化器海水流量与温度的关系见图2[6]。图2中，实线表示在LNG参数及气化器参数一定的条件下，海水温度与实现气化所需的海水流量之间的关系，随着海水温度的升高，所需的海水流量减小。上下两条虚线分别表示采用换极电动机或变频调速器根据海水温度来实现流量调节的曲线。

    在原有工艺中，不论海水温度高低，海水流量总是一个恒定值。对原有工艺进行改进，采用换极电动机或变频调速器来控制海水泵的转速，使得海水流量随着海水温度的升高而降低，从而可以降低水泵的电能消耗。运行实践证实，换极电动机和变频器的使用可分别使耗电量降低至原有工艺耗电量的80%和70%[3]。
    国内石化等领域的实践也证明，变频调速装置是企业技术改造、节能降耗的理想设备[10～11]。
    原则上海水的温度越高，所需的海水流量越小。但是当海水流量较小时，海水中的生物(如贝类)将附着在气化器的换热管上，影响传热，所以需要对最小海水流量下的气化器性能进行测试。
3.2 降低BOG处理工艺中的电耗
    在Ohgishima LNG接收终端，采用再冷凝工艺对BOG进行处理。通过增加压缩机的入口压力或者降低压缩机的出口压力来减小压缩比，从而降低电能消耗，具体做法如下：
    ① 将LNG储罐中的压力(即压缩机的入口压力)增大至操作条件下的最大值，在压缩机出口压力不变的条件下，其压缩比可减小。具体做法就是在白天电价较高时，减小压缩机电机(可凋速)的转速或者调节入口调节阀，减小通过压缩机的BOG流量，待储罐内压力增大至设定值后，再将BOG流量恢复至额定值。
    ② 在压缩机入口压力不变的条件下，降低压缩机出口的BOG压力。经烃泵输送来的LNG为出口BOG提供冷能从而实现BOG的再液化。当BOG压力降低时，再液化所需冷能相应增加，烃泵的LNG流量增大，烃泵的耗电量增加，但是由于单位时间烃泵耗电量的增加量小于BOG压缩机耗电量的降低量，所以仍可以达到节能的效果。
3.3 降低低温烃泵的电能消耗
    低温烃泵是站内输送LNG的关键设备。由于LNG温度低、易气化、易燃易爆，因此在LNG储罐中设置性能优良的烃泵[12]，将LNG输送至气化器进行气化。低温烃泵一般为多级泵，扬程可根据用户要求而定，选择范围为50～2000m[4]，以适应不同输气管网对压力的要求。通常需运行的烃泵和气化器数量由外输气体量决定。
    在Ohgishima LNG接收终端，通过采取以下措施来降低低温烃泵的电能消耗：
    ① 在气化器气化能力不变的条件下，减少单个气化器对应的低温烃泵台数。现场运行中，在气化器低负荷运行时，在满足气化器工作流量条件下，将并联烃泵台数由3台降为2台。由于并联运行泵的数量越多，各泵的效率下降越多[13]，所以当泵的台数由3台降为2台时，耗电量减少。
    ② 降低低温烃泵的叶片级数。多级烃泵运行时扬程与实际外输压力要求不匹配时，出现出口压力过高的情况，为降低出口压力，通常使用烃泵出口压力控制阀进行调节，这样做不但增加能耗，而且调节过程中烃泵出口振动频率加大。对此，运行人员根据外输压力要求，现场对多级泵进行对称拆级，从而达到降低电耗的目的。当泵的扬程大于实际需要时，多级泵通过拆级来改变其特性曲线，拆级后其扬程降低，流量增大，与没拆级泵相比可节约电能，且其拆级与恢复是可逆的[14]。
3.4 降低卸船工艺中S0x气体的排放量
    在LNG卸船工艺中，需要重油作为蒸汽涡轮发电机组的燃料，造成了S0x气体的排放，污染环境。
    在Ohgishima LNG接收终端，采用BOG与重油(双燃料系统)作为蒸汽涡轮发电机组的燃料，由于BOG中不含硫，从而降低了S0x气体的排放量。在此双燃料系统中，优先使用BOG，当BOG不足时使用重油补充。
    LNG槽船靠泊码头后，卸料臂将船上与岸上的卸船管道连接起来，由船上的卸船烃泵将LNG输送到接收终端的LNG储罐。随着LNG的不断输出，槽船上LNG储罐内压力下降，为维持其压力，将接收终端LNG储罐内的BOG经压缩机加压[15]，一部分送入槽船上LNG储罐，另一部分送入槽船蒸汽涡轮机的燃料系统。卸船工艺流程见图3[6]。
 

3.5 环境负荷降低效果
    通过综合采取以上几种措施，Ohgishima LNG接收终端各个过程的总耗电量降低至原来的47%，C02和S0x气体的排放量显著降低。
4 结语
    随着全球环境危机和能源危机的加剧，各国都在倡导环保节能的生产方式。日本在节能环保方面的做法在国际上处于领先地位，通过对工艺设备的改进，大大降低了能耗，并减少了对环境的污染。目前我国也在大力提倡节能环保，但是重视程度还不够，与国外相比还存在较大差距。随着我国LNG产业的飞速发展，如何使LNG接收终端工艺设备的环境负荷最小化应该被提上议事日程。
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(本文作者：顾灵伟1 杨聪聪2 焦文玲2 1.中国石油天然气股份有限公司 北京 100007；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院 黑龙江哈尔滨 150090)