LNG與CNG結(jié)合供氣技術(shù)咸寧市的應(yīng)用

摘 要

1 前言近年來，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境問題也日益突出，大氣污染已成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的制約因素。節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境是我國(guó)制定的基本國(guó)策。天然氣作為
1 前言
近年來，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境問題也日益突出，大氣污染已成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的制約因素。節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境是我國(guó)制定的基本國(guó)策。天然氣作為公認(rèn)的清潔能源，其利用將會(huì)在改善環(huán)境質(zhì)量、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)等方面具有顯著的效益，但由于輸氣管線和氣源地的影響，國(guó)內(nèi)還有很多中小城市尚未普及使用天然氣。下面介紹LNG氣化站與CNC減壓站結(jié)合供氣模式在湖北咸寧市的應(yīng)用。
2 供氣運(yùn)行模式的選擇
2.1 咸寧市燃?xì)猬F(xiàn)狀
    咸寧市城市燃?xì)馐聵I(yè)起步較晚，上世紀(jì)80年代～90年代以LPG瓶裝供氣為主，2005年以后管道天然氣開始逐漸代替LPG成為城市燃?xì)鈿庠?。前期開發(fā)用戶較少，而且多為居民用戶，首先設(shè)計(jì)的是LNG氣化站，可以保證連續(xù)供氣，但供氣能力不大；隨著市場(chǎng)的開發(fā)，用戶逐漸增多，也開發(fā)了一些用氣量相對(duì)較小的工業(yè)用戶，單純的LNG供氣已經(jīng)不能滿足需要，鑒于咸寧市離我國(guó)較大的輸氣管道較遠(yuǎn)，發(fā)展為L(zhǎng)NG氣化站與CNG減壓站相結(jié)合方式為咸寧供氣，即CNG減壓站作為主要供氣源為城區(qū)管網(wǎng)和工業(yè)用戶供氣，LNG氣化站由于供氣負(fù)荷和成本原因作為應(yīng)急調(diào)峰使用，此種供氣方式能滿足目前現(xiàn)有用戶的供氣要求。
    咸寧市城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)均采用中、低壓兩級(jí)管道系統(tǒng)。至2009年，咸寧市共建有中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)106.5km，低壓庭院管道51.4km。管道幾乎覆蓋城區(qū)所有主要街道、工業(yè)區(qū)。2010年，城區(qū)管道天然氣用戶約14800余戶，商業(yè)用戶有42家，工業(yè)用戶3家。最大日用氣量為40000Nm3、最大小時(shí)高峰用氣流量2500Nm3。
2.2 LNG和CNG氣源
    咸寧LNG氣化站的氣源地較遠(yuǎn)，從新疆、內(nèi)蒙、寧夏等地通過槽車運(yùn)輸，其運(yùn)輸周期較長(zhǎng)，發(fā)車需要調(diào)度提前與LNG供應(yīng)單位預(yù)約，其運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)短直接影響應(yīng)急調(diào)峰的供氣能力。LNG氣化站供氣量的多少受CNG站卸氣量、城市管網(wǎng)用氣量的影響。在正常情況下，CNG站的穩(wěn)定供氣就能夠滿足用戶的使用。
    CNG減壓站距管輸氣的CNG加氣站約80km，通過橇車將壓縮天然氣運(yùn)往CNG減壓站，站內(nèi)有3輛車頭5輛橇裝槽罐車不間斷的循環(huán)拖氣供給減壓站為管網(wǎng)不斷補(bǔ)充天然氣，特殊情況還可以增加車頭和橇車來增加接氣量，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)輸時(shí)間短，成本低，靈活性高。
2.3 兩站供應(yīng)圖及運(yùn)行條件
LNG氣化站與CNG減壓站配合供氣運(yùn)行圖如圖1。
 
    由于兩站相隔距離較遠(yuǎn)，為此咸寧燃?xì)夤境闪⒘苏{(diào)度中心，監(jiān)測(cè)城區(qū)各點(diǎn)壓力流量狀況，協(xié)調(diào)調(diào)度兩站供氣。城區(qū)管道壓力狀況可通過兩站設(shè)置的城區(qū)管道壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)及巡線人員在各調(diào)壓設(shè)備讀取的壓力值來判斷，并根據(jù)壓力狀況來協(xié)調(diào)兩站的均衡供氣。
    下面用一個(gè)實(shí)例來說明運(yùn)行圖在緊急情況下的使用。2009年冬季受全國(guó)氣源緊張的影響，CNG站氣量受到一定限制，由原來的30000m3/天降為15000m3/天，情況嚴(yán)重時(shí)下降到1O000m3/天，在這種情況下LNG的作用就明顯發(fā)揮出來。LNG日最大供氣量19000m3，可有效彌補(bǔ)氣源缺口，但我們這里需要注意的是早、中、晚三個(gè)城市用氣高峰的調(diào)節(jié)。首先，根據(jù)咸寧用戶情況，保證管網(wǎng)壓力最低保持在0.12MPa以上就可以穩(wěn)定用戶用氣；第二，高峰期時(shí)完全使用LNG是不能滿足需求的；第三，CNG在高峰期時(shí)必須留有充足的氣源以保證管壓。例如，某一天CNG站日拖氣量為11000m3左右約為3車氣，LNG氣源不受限制，此時(shí)LNG就得以最大負(fù)荷800m3/h的瞬時(shí)流量全天候供氣，CNG則用1車約為3700m3的氣量使用適當(dāng)流量卸氣將管網(wǎng)壓力維持在略高于0.12MPa，在中午11:30左右的用氣高峰期到來之時(shí)CNG橇車完全打開以大流量供氣穩(wěn)定管網(wǎng)壓力，同時(shí)與大能耗單位協(xié)商使其避開高峰用氣，以上方式就能很好的穩(wěn)定高峰用氣時(shí)段的用氣需求。晚上高峰用氣方式與中午供氣方式類似?？傊?，根據(jù)兩站氣源、最大供氣量、用戶最低使用壓力等情況，對(duì)兩站做出合理的調(diào)控就能滿足咸寧供氣要求。
3 LNG氣化站與CNG減壓站工藝流程
咸寧LNG氣化站建有40m3和25m3臥式LNG儲(chǔ)罐各1臺(tái)，儲(chǔ)存量約為40000Nm3，最大供氣負(fù)荷為800m3/h。其工藝流程如下圖2：
咸寧CNG減壓站是將橇車車載約為20MPa的壓縮天然氣，經(jīng)過調(diào)壓橇的三級(jí)調(diào)壓，將壓力調(diào)制管網(wǎng)壓力0.28MPa，最大供氣負(fù)荷為2000m3/h。其工藝流程如下圖3：
 
4 LNG氣化站與CNG減壓站的運(yùn)行
4.1 LNG氣化站的運(yùn)行
    咸寧站的兩個(gè)儲(chǔ)罐均為雙層中間抽真空，珠光砂填料。一般LNG儲(chǔ)罐隨著使用年限的增長(zhǎng)，儲(chǔ)罐真空度會(huì)逐漸降低，這勢(shì)必影響到LNG液體的儲(chǔ)存，導(dǎo)致LNG液化天然氣日蒸發(fā)率升高，從而頻繁的排出BOG(低溫蒸發(fā)天然氣)，如果氣化站沒有再液化裝置，這些氣體必須進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)，在CNG供氣充足的情況下，可視為對(duì)LNG的浪費(fèi)。咸寧LNG站配有專門的真空測(cè)試儀，半年一次對(duì)儲(chǔ)罐真空度進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)可以根據(jù)BOG日產(chǎn)生量的多少判斷儲(chǔ)罐真空度的情況，做到及時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐抽真空。
    目前，我國(guó)的LNG儲(chǔ)罐有立式也有臥式，立式儲(chǔ)罐由于氣液接觸面小，蒸發(fā)率相對(duì)較低，占地少，但維護(hù)不方便；臥式儲(chǔ)罐蒸發(fā)率較大些，占地大，但運(yùn)行維護(hù)方便。兩種方式各有長(zhǎng)處，選儲(chǔ)罐時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況選用。咸寧LNG站選用的為臥式儲(chǔ)罐，優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)方便和通過利用地形的優(yōu)勢(shì)整體升高儲(chǔ)罐地勢(shì)增加其對(duì)管網(wǎng)壓力，能在較小的罐壓下將罐內(nèi)余液排盡，輸入中壓管網(wǎng)中。
    LNG的進(jìn)液需要特別注意如下內(nèi)容：如果儲(chǔ)罐原有的液用完，并且長(zhǎng)時(shí)間沒有使用，那么再進(jìn)液時(shí)就要特別注意預(yù)冷，預(yù)冷時(shí)間要足夠長(zhǎng)，采用下進(jìn)液將儲(chǔ)罐預(yù)冷至BOG產(chǎn)生量明顯減少時(shí)達(dá)到預(yù)冷效果，充分的預(yù)冷是保障進(jìn)液安全、順利的關(guān)鍵；另外，如果儲(chǔ)罐真空度下降而進(jìn)液時(shí)來不及抽真空的話，除了充分預(yù)冷還可以打開儲(chǔ)罐和城區(qū)管道的連接閥門，讓儲(chǔ)罐給管網(wǎng)供氣，這樣可以充分降壓，并保證壓力不會(huì)上升過快，便于進(jìn)液順利。進(jìn)液的同時(shí)要同時(shí)觀察管網(wǎng)壓力，因?yàn)檫M(jìn)液時(shí)為給儲(chǔ)罐降壓BOG在不斷排入管網(wǎng)，但此時(shí)CNG也在供氣，由于輸入量的增多在管網(wǎng)用氣量不多的情況下，極易導(dǎo)致管網(wǎng)壓力超過供氣壓力，引起事故發(fā)生。因此，在進(jìn)液時(shí)要與CNG站保持緊密聯(lián)系，及時(shí)調(diào)控好CNG站瞬時(shí)輸入量，最好控制管網(wǎng)壓力稍低于日常供氣壓力，以便于使LNG儲(chǔ)罐的壓力降至理想罐壓。
    據(jù)咸寧實(shí)際情況，LNG的使用時(shí)間大部分在供氣相對(duì)緊張的冬季，站內(nèi)選用的是空浴式氣化器，由于其低溫的特性，加之氣溫較低，如果要求調(diào)峰流量較大時(shí)，很可能出口天然氣溫度達(dá)不到要求，因此，站內(nèi)添加水浴加熱器，將LNG經(jīng)空浴氣化器后再經(jīng)過水浴加熱，以保障出口溫度不至于過低而損傷管道及設(shè)備。
    LNG儲(chǔ)存壓力很低(一般壓力小于0.6MPa)，儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力只為0.8MPa，因此，需要時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐壓力情況，以免發(fā)生安全閥起跳或者儲(chǔ)罐破裂液體泄漏事故。LNG儲(chǔ)存應(yīng)特別注意預(yù)防翻滾現(xiàn)象，預(yù)防翻滾最重要的步驟就是加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)罐液位波動(dòng)的監(jiān)督，當(dāng)波動(dòng)量較大時(shí)及時(shí)打開BOG減壓閥，排出BOG，做到提前發(fā)現(xiàn)，預(yù)防壓力過高引發(fā)安全事故。咸寧LNG氣化站同時(shí)采用了現(xiàn)國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)，可以及時(shí)準(zhǔn)確的掌握現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，做到及時(shí)調(diào)控，保證設(shè)備運(yùn)行供氣的安全。
4.2 CNG減壓站的運(yùn)行
    CNG減壓站運(yùn)行中輸入天然氣壓力很高，危險(xiǎn)性也較大，其作為主供氣點(diǎn)，因此，安全系統(tǒng)如安全閥的靈活性，緊急切斷可靠性尤為重要。經(jīng)常檢查設(shè)備，多維護(hù)可以給設(shè)備運(yùn)行提供可靠保障，同時(shí)調(diào)壓器的備用部件要準(zhǔn)備充分，以備不時(shí)之需。
    CNG供氣過程屬于減壓過程，將橇車20MPa的壓力降為0.28MPa和流量很大時(shí)都需要吸收大量的熱量，此時(shí)調(diào)壓管道極易瞬間結(jié)冰，容易造成管內(nèi)冰堵和管道防銹保護(hù)層破壞。咸寧站所運(yùn)用的是水浴加熱，兩臺(tái)全自動(dòng)控溫鍋爐對(duì)水浴不間斷的循環(huán)加熱將一調(diào)二調(diào)前管道內(nèi)的天然氣經(jīng)過水浴加熱后調(diào)壓，運(yùn)用此種方法可有效防止管道結(jié)冰。為了方便實(shí)時(shí)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，該站采用了現(xiàn)國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)，可以及時(shí)準(zhǔn)確的掌握現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，做到及時(shí)調(diào)控，保證設(shè)備運(yùn)行供氣的安全。
    從下面實(shí)例來講解上述操作過程中需要注意的兩個(gè)問題。一是換車時(shí)高壓減壓輸氣和超過1000m3/h以上的高流量，二是高峰用氣時(shí)超過1000m3/h以上的高流量。解決這兩個(gè)問題的關(guān)鍵在于前述提到的水浴加熱系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。換車時(shí)壓力為1.0MPa，在此供氣壓力下瞬時(shí)流量是不能滿足管網(wǎng)使用流量，因此，管網(wǎng)壓力會(huì)下降至0.22MPaT左右，此時(shí)換車瞬時(shí)流量就會(huì)達(dá)到1500m3/h左右，在這種情況下管內(nèi)溫度會(huì)迅速下降，若不采取措施就會(huì)導(dǎo)致冰堵。咸寧站所采用的措施是在換車前10min通過全自動(dòng)控溫鍋爐將循環(huán)水溫度調(diào)控到45℃左右，換車后該水浴溫度就對(duì)一級(jí)和二級(jí)調(diào)壓器前端管內(nèi)氣體先加熱后調(diào)壓，同時(shí)注意監(jiān)控臺(tái)調(diào)壓后的出口溫度不能低于20%，這樣就可以有效控制冰堵情況。在高峰時(shí)段的大流量需將循環(huán)水溫升高至45℃左右(即設(shè)定鍋爐加熱溫度為45℃)觀察調(diào)壓出口溫度在20%以上，若還不能滿足出口溫度再適當(dāng)調(diào)高水浴溫度，這樣就能有效防止冰堵。
    高壓減壓運(yùn)行極易對(duì)設(shè)備造成損壞，為避免因設(shè)備損壞而影響供氣。咸寧CNG站使用兩路三級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)，一備一用循環(huán)使用保證持續(xù)性供氣。同時(shí)，計(jì)量采用的是雙計(jì)量表，有效避免了因一計(jì)量表?yè)p壞致使無法計(jì)量的情況。加臭系統(tǒng)使用全自動(dòng)加臭裝置，根據(jù)瞬時(shí)流量的大小控制加臭量，能夠有效按照標(biāo)準(zhǔn)要求控制加臭量。
5 LNG氣化站與CNG減壓站維護(hù)
維護(hù)工作是指為保障場(chǎng)站燃?xì)庠O(shè)施的正常運(yùn)行，預(yù)防事故發(fā)生所進(jìn)行的檢查、維修、保養(yǎng)等工作。咸寧站主要有以下維護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)：
    工藝設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)實(shí)行專機(jī)、專區(qū)負(fù)責(zé)制，做到臺(tái)臺(tái)設(shè)備、條條管道、個(gè)個(gè)閥門、塊塊儀表都有負(fù)責(zé)人。對(duì)本崗位設(shè)備要做到“四懂”(懂結(jié)構(gòu)、懂原理、懂性能、懂用途)、“三會(huì)”(會(huì)操作、會(huì)維護(hù)保養(yǎng)、會(huì)排出故障)。配備足夠的備用設(shè)備、備品備件，定期保養(yǎng)設(shè)備，更換設(shè)備易損部件，做到設(shè)備無故障運(yùn)行。設(shè)備潤(rùn)滑要做到“五定”(定人加油、定點(diǎn)給油、定質(zhì)選油、定時(shí)換油、定量用油)。備用設(shè)備要定期切換，做好記錄，并做到“四防”(防潮、防凍、防塵、防腐蝕)。掌握?qǐng)稣緞?dòng)、靜密封點(diǎn)分布情況，及時(shí)堵漏，泄漏率不高于0.45%。站內(nèi)特種設(shè)備應(yīng)按國(guó)家相關(guān)檢定規(guī)程進(jìn)行檢和性能測(cè)試，無法正常工作時(shí)，應(yīng)及時(shí)維修或更換。儀表、安全閥、計(jì)量等設(shè)備應(yīng)按照國(guó)家各類檢定規(guī)程的要求進(jìn)行檢定。定期檢查場(chǎng)站內(nèi)的燃?xì)夤艿馈⒏邏耗z管及儲(chǔ)氣場(chǎng)地的靜電連接線，保持完好有效。電氣設(shè)備接頭牢同，絕緣良好，保險(xiǎn)裝置合格，正常并具備良好的接地，接地電阻應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。站內(nèi)發(fā)電機(jī)維護(hù)。開機(jī)前，檢查發(fā)電機(jī)外觀，有無漏油等異常情況；檢查油量是否滿足要求；檢查漏電保護(hù)和接地是否正常；及時(shí)填寫記錄?？扇?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置中的氣敏傳感器應(yīng)根據(jù)使用年限及時(shí)予以更換；應(yīng)定期對(duì)可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置進(jìn)行試驗(yàn)，觀察報(bào)警情況和穩(wěn)定值，不滿足性能要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，并做好記錄。
    日常維護(hù)工作除上述內(nèi)容外還應(yīng)主要檢查：連接部位、可動(dòng)部件、顯示部位和控制按鈕、故障燈、檢測(cè)器防爆密封件和緊固件、檢測(cè)器部件是否堵塞、檢測(cè)器防水罩等的情況。定期檢查、維修、保養(yǎng)各類消防設(shè)施，及時(shí)消除不安全隱患；每月對(duì)消防器材的數(shù)量、質(zhì)量及有效情況進(jìn)行檢查；各種消防水泵結(jié)合器每半年定期檢查一次；消防水泵結(jié)合器密封件老化后應(yīng)及時(shí)更換。加臭裝置應(yīng)定期更換加臭泵機(jī)油，防止臭劑混入機(jī)油內(nèi)時(shí)間過長(zhǎng)損壞機(jī)件；檢查儲(chǔ)罐連接管、高壓管道之間連接處密封是否完好，對(duì)泄露處進(jìn)行緊固密封處理；當(dāng)臭劑儲(chǔ)罐液面計(jì)液面過低時(shí)，應(yīng)及時(shí)添加臭劑，保證正常運(yùn)行。定期對(duì)伴熱系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。
6 結(jié)論
    LNG氣化站工藝較為復(fù)雜，供氣成本較高，但氣化比例大存儲(chǔ)方便，其調(diào)峰性好；CNG減壓站其工藝流程簡(jiǎn)單，便于操作且成本較低。咸寧燃?xì)夤揪C合考慮兩者特點(diǎn)，采用以CNG減壓站供氣與LNG汽化站調(diào)峰相結(jié)合的供氣方式充分利用了兩者的優(yōu)點(diǎn)。此供氣方式特別適用于用氣量不大、用氣均勻性差的中小城市，值得在其他各中小城市推廣。兩站負(fù)荷及負(fù)荷比應(yīng)根據(jù)實(shí)際用氣情況設(shè)計(jì)；在考慮選擇此種結(jié)合方式時(shí)必須考慮CNG站不能離氣源地過遠(yuǎn)，路程過遠(yuǎn)增加了橇車運(yùn)輸不安全因素及發(fā)生事故調(diào)峰概率，也增加了運(yùn)營(yíng)成本。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：王兆法 中石油昆侖燃?xì)庥邢薰鞠虒幏止?437100)