lng接收站內(nèi)氣化器的選擇

lng接收站內(nèi)氣化器的選擇

一、人工工業(yè)熱載體、蒸氣管道工業(yè)設備是接收站的重要設備。氣化器有自然(空氣、海水)與人工(工業(yè)熱載體、蒸氣)等熱源。根據(jù)浙江LNG項目所處地理位置和環(huán)境,可供選擇的熱源有:海水、蒸氣或熱水、空氣和工業(yè)專用傳熱載體(例如導熱油、水乙二醇混合物)等。1.海水溫度變化接收站位于浙江省寧波市北侖區(qū),三面環(huán)山,面朝大海。海水作為LNG氣化熱源,具有來源直接、資源豐富、操作成本低廉等優(yōu)點。站址附近海水溫度變化情況為:年平均水溫為18.84℃;極端最低水溫為7.8℃。根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果,該地區(qū)海水含有大量的全固體、溶解態(tài)固體和懸浮固體,大小在1~20μm之間,含量為1213~18454mg/L,水質(zhì)較差。2.溫為“6.6”接收站站址屬北亞熱帶季風氣候,地區(qū)年平均氣溫為16.6℃,極端最低氣溫為-6.6℃?？諝庾鳛闊嵩床焕氖?由于加熱介質(zhì)是空氣,膜傳熱系數(shù)及設備總傳熱系數(shù)相對較低,空氣側(cè)須采用翅片管以強化傳熱,使設備尺寸及數(shù)量都要增加;空氣熱源氣化器須由動力驅(qū)動風機強制空氣流動,需要一定的操作成本。3.lng流量小、壓力蒸氣作為熱介質(zhì)被石油、化工行業(yè)廣泛采用,但使用蒸氣或熱水時存在易結(jié)垢、安全性能差等弊端。另外,隨著LNG流量變化,加熱蒸氣的流量和壓力也需進行調(diào)節(jié)。這對于相流經(jīng)常變化的蒸氣,可能會造成調(diào)節(jié)滯后,達不到預期控制精度的要求。所以蒸氣熱源作為加熱介質(zhì)既不經(jīng)濟也不可行。4.主要裝置的選擇導熱油是石油、化工等工業(yè)上常用的加熱介質(zhì),但最大劣勢在于操作成本較高。而且,根據(jù)目前導熱油鍋爐容量,項目共需10套裝置。所以,雖然具備一定的可行性,但缺乏經(jīng)濟性。二、設備材質(zhì)的要求氣化器選材直接影響到氣化器的選型及將來接收站能否持續(xù)穩(wěn)定地運營。由于下游管網(wǎng)的需求,浙江LNG氣化器LNG側(cè)設計壓力須大于8MPa。根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程》,設備屬于高壓三類容器。LNG氣化操作溫度范圍為-162~0℃,其材料須耐低溫,因此普通碳鋼、低合金鋼都無法滿足要求。雖然LNG對材料腐蝕性很小,但氣化器若采用海水作為熱源,海水側(cè)則必須選用抗海水腐蝕性能較好的材料,如雙相不銹鋼、Al-Zn合金、鐵白銅、鈦材等;如果采用空氣或?qū)嵊蜔嵩?則無此要求。綜合來講,低溫、高壓、抗腐蝕性三大因素決定了LNG氣化器材料的選擇。1.30鋼的應用304L不銹鋼是一種通用性的不銹鋼,廣泛用于制作各種綜合性能要求良好的設備和機件。其抗晶界腐蝕能力優(yōu)秀,使用溫度為-196~800℃。2.31材料厚度的限制316型不銹鋼在海洋和化學工業(yè)環(huán)境中的抗點腐蝕能力較強。但316鋼種的綜合強度和機械性能較弱。根據(jù)項目的輸出壓力,所需材料厚度將超出國內(nèi)不銹鋼材料標準要求60mm的限制。因此在本項目中不適用。3.鐵粉鐵白銅為結(jié)構(gòu)銅鎳合金,有良好的力學性能,在海水、淡水和蒸氣中具有高的耐蝕性,但不能用于-162℃工況,所以在本項目中不適用。4.減短設備的使用壽命Al-Zn合金耐海水腐蝕優(yōu)良,其工作溫度可達-269~200℃,但在使用中易附著海生物,減短設備使用壽命。另外,根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》規(guī)定,鋁和鋁合金管用于換熱器時,其設計壓力應不大于8.0MPa,且根據(jù)日本接收站運營商多年經(jīng)驗,當海水中懸沙含量大于80mg/L時,Al-Zn合金制造的氣化器壽命將大大降低。所以,Al-Zn合金也不推薦使用。5.雙相鉻雙相不銹鋼具有良好的抗氯化物應力腐蝕性能、抗點腐蝕性能和較高的強度,但其適宜工作溫度為-40~250℃,因此也不適用。6.緩沖劑和鈦的使用特性鈦是具有強鈍化傾向的金屬。鈦及鈦合金在大部分介質(zhì)中均具有良好的抗腐蝕性能;鈦還具有非常良好的低溫性能,使用溫度可達-269℃;鈦的強度也較高,設計壓力可達35MPa。各種金屬在海水中的相對抗蝕能力見表1。從表中看出,在渾濁海水中,只有鈦可以保持較高的抗蝕性。三、氣器的選擇目前市場上比較成熟的氣化器類型比較和選擇如下。1.基于海洋的加熱裝置(1)基本負荷型lng氣化器開架式氣化器(openrackvaporizer)是目前應用最廣的基本負荷型LNG氣化器。通常以海水或電廠的循環(huán)水為熱源,運行成本低廉。在開架式氣化器中,LNG從下部總管進入,然后沿著成幕狀結(jié)構(gòu)的LNG換熱管上升,與經(jīng)分布器分配后下降的海水換熱,氣化成常溫氣體送出。(2)lng氣化器中間介質(zhì)氣化器(intermediatefluidtypeLNGvaporizer)是一種在日本應用較廣的基本負荷型LNG氣化器。氣化器由LNG氣化加熱單元和天然氣加熱單元兩部分組成。在氣化加熱單元,丙烷作為中間加熱介質(zhì),被海水加熱氣化,氣化后的丙烷蒸氣去加熱低溫LNG,使其在管程內(nèi)氣化為低溫天然氣。在天然氣加熱單元,被氣化的低溫天然氣經(jīng)海水再升溫后(大于0℃)進入天然氣總管。氣化流程見圖1。由于IFV的換熱管采用了鈦金屬,所以即使海水水質(zhì)惡劣,IFV也能安全穩(wěn)定的運行。(3)orv防腐層壽命ORV是全球應用最廣的氣化器。由于其低廉的投資和操作成本,ORV已被廣泛應用于LNG行業(yè)。但根據(jù)ORV制造廠商提供的可適用海水標準來看,若確保ORV防腐層在7~8年不出現(xiàn)問題,海水含固體懸浮物的濃度應小于10mg/L。而據(jù)前所述,若使用ORV作為本項目氣化器,其防腐層壽命將大大縮短。所以從安全性及維護成本考慮,對以海水為熱源的氣化器,IFV是最可行的選擇。2.備用熱源回收空溫式氣化器主要是依靠吸收大氣環(huán)境熱量而實現(xiàn)氣化功能。在氣溫較低的地區(qū),氣化將達不到額定值,需要其他備用熱源來進行LNG換熱。SmartV空溫式換熱器(smartvaporizer)采用混合熱介質(zhì)的加熱方式。在氣溫較高時,完全采用空氣作為熱源;當氣溫太低無法擔負氣化LNG的全部熱負荷時,起用備用熱源。但SmartV因占地較大、一次性投入非常大、在寒冷季節(jié)需要起用備用熱源,因此操作成本較高。3.scv系統(tǒng)的運行成本其他類型氣化器最主要有浸沒燃燒式氣化器(SCV)和蒸氣加熱式氣化器(SEV)。SCV(submergedcombustionvaporizer)包括換熱管、水浴池、浸沒式燃燒器、燃燒室和鼓風機等。在SCV中,LNG通過熱水淋浴而被氣化,熱水通過燃燒的天然氣被間接加熱,這種蒸發(fā)器的熱效率可超過95%,且安全可靠。但由于需要消耗天然氣(在水溫為30℃時,消耗天然氣約1.33%)故運行成本較高。所以SCV一般不作為基本負荷型氣化器,主要用于調(diào)峰和備用。四、基荷氣化器的選擇根據(jù)上述討論,按照浙江LNG項目自身特點,氣化器只有從IFV、SmartV及SCV中選擇。選擇操作成本較低的IFV或SmartV作為基荷氣化器,可同時具備可行性和經(jīng)濟性。另選啟動速度快、投入小、占地少的SCV作為前兩者的備用氣化器,組合形成氣化系統(tǒng),將大大增強整個系統(tǒng)的可靠性。下面對IFV+SCV或SmartV+SCV這2套系統(tǒng)分別進行經(jīng)濟性計算,以進一步比較而得出優(yōu)化系統(tǒng)。1.ifv和scv氣候系統(tǒng)(1)固定投資1接收站規(guī)模要求按接收站最大小時輸出量942t/h計算,如果按每臺氣化器240t/h的能力(目前單臺設備最大能力),接收站需要4臺IFV。另選2臺SCV(120t/h)作為備用(見圖2)。2德國其他另取水頭、海水排水口各一座,相應的還有海水泵、取水和排水管線、海水過濾裝置及安裝等投資。(2)運行費用及維護費用IFV+SCV系統(tǒng)的運行費用主要體現(xiàn)在IFV配套海水泵的電力消耗上。根據(jù)經(jīng)驗,IFV每氣化1tLNG,約需耗電9.57kWh。以25年計算,運行費用=25年LNG需求量×9.57kWh/t×電費=708.9(百萬元)。維護費用按照固定投資的1%計算(運營商經(jīng)驗值)。根據(jù)上述公式計算的結(jié)果見表2。2.cpv-fsv氣源(1)固定投資1地主4、scv2按SmartV(240t/h)、SCV(120t/h)計算。其中SCV作為SmartV的備用。2德國其他包括相應的中間介質(zhì)輸送泵、緩沖罐、閥門、管線、配套的控制系統(tǒng)及其安裝等投資。(2)運行費用SmartV+SCV系統(tǒng)的運行費用主要體現(xiàn)在SmartV配套的風機、中間介質(zhì)循環(huán)泵、補熱爐的電力消耗上。SmartV每氣化1tLNG,約需要耗電12kWh。運行費用=25年LNG需求量×12kWh/t×電費。維護費用按照固定投資的1%計算(運營商經(jīng)驗值)。根據(jù)上述公式計算的結(jié)果見表3。上述兩種氣化系統(tǒng)經(jīng)濟性比較見表4。五、氣化器熱源(1)氣化器熱源有自然熱源與人工熱源等。根據(jù)浙江LNG項目自身特點,筆者認為以海水與空氣為熱源是經(jīng)濟、可行的方案。(2)氣化器的選材應從項目自身特點、熱源性質(zhì)及材料特性綜合考慮。若采用海水作為氣化器熱源,鈦和鈦合金材料具有可行性;如采用其他熱源,304L不銹鋼則可行。(3)若以海水作為熱源,考慮到項目海水的特性,IFV最可行;若以空氣作為熱源,使用SmartV具有可行性。