LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫技術(shù)開發(fā)及示范

摘 要

摘要：隨著我國能源問題的日益嚴峻、LNG產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和節(jié)能工程的全面展開，LNG的氣化冷能的高效利用已備受重視。LNG冷能的充分利用不僅可以節(jié)約大量用于制冷的電能，而且將有
摘要：隨著我國能源問題的日益嚴峻、LNG產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和節(jié)能工程的全面展開，LNG的氣化冷能的高效利用已備受重視。LNG冷能的充分利用不僅可以節(jié)約大量用于制冷的電能，而且將有利于降低LNG使用的氣化成本，對我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有重大意義。廣東省佛山市順德杏壇LNG站冷能利用項目是國內(nèi)首次將冷能的量化和計量用于實際工程并商業(yè)化運營的冷能利用項目，也是國內(nèi)首個LNG冷能利用運營示范項目。該項目總投資128.9627元，每小時可向冷庫提供-35℃～45℃的液氨800kg～1600kg，商業(yè)運營1個月以來，各項參數(shù)指標均符合用戶使用要求。
關(guān)鍵詞：LNG衛(wèi)星站；冷能；冷庫；示范
1 緒論
1.1 杏壇LNG站的冷能利用項目研究的目的和意義
    生產(chǎn)1t LNG需要消耗850kWh的電力，其值只有120kWh左右，在液化的過程中，不可逆損失達到730kWh，這是制冷的過程中所不能避免的。如果把這些冷量等溫位傳遞給冷能用戶，并考慮傳熱溫差和過程損失，則一般可以節(jié)約500kWh～700kWh的電力。按照目前順德電價用于深冷項目計算，-162℃LNG冷能的理論價值約為500元/t，以杏壇LNG衛(wèi)星站每天氣化3萬Nm3天然氣計算，則冷能的理論價值約為440萬元/年。
    在當前我國極其嚴峻的能源形勢下，我們有責任充分利用這些寶貴的冷能。在充分吸取國外經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，進一步自主創(chuàng)新，開發(fā)具有知識產(chǎn)權(quán)的LNG冷能綜合優(yōu)化利用技術(shù)。這將有利于降低LNG的使用成本，符合我國向節(jié)約型社會發(fā)展的國策，因而具有重大的現(xiàn)實經(jīng)濟和技術(shù)意義與及其深遠的社會和戰(zhàn)略意義。
1.2 國內(nèi)外LNG冷能利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    目前，國際上LNG冷能利用技術(shù)主要應(yīng)用于空氣分離、發(fā)電、輕烴分離、廢舊物品(塑料制品和橡膠制品)低溫粉碎、冷凍冷藏、海水淡化、干冰制造、生活娛樂取冷等。但國內(nèi)的LNG冷能利用技術(shù)尚不成熟。
    國外已有眾多LNG冷能利用項目。位于日本神奈川縣根岸基地的金槍魚超低溫冷庫，采用LNG作為冷庫的冷源，將載冷劑冷卻到一定溫度，冷卻后的載冷劑經(jīng)管道進入冷凍、冷藏庫，通過冷卻盤管釋放冷量實現(xiàn)對物品的冷凍冷藏。日本神奈川縣根岸基地的金槍魚超低溫冷庫，自1976年開始營業(yè)，至今效果良好。
    2007年9月28日，由中海油基地集團控股投資建設(shè)的我國首個利用LNG冷能進行空氣分離的生產(chǎn)項目在福建省莆田市正式開工奠基。但該項目至今尚未正式運營，寧波、珠海、大連等幾個大型接收站LNG冷能利用項目都處于規(guī)劃設(shè)計階段。
    順德港華與華南理工大學(xué)共同開發(fā)的杏壇LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫技術(shù)項目尚屬國內(nèi)首個運營的LNG冷能利用項目，在該領(lǐng)域起到引領(lǐng)示范作用。
1.3 杏壇LNG站的冷能利用項目背景及概況
    本項目位于佛山市順德區(qū)港華燃氣有限公司杏壇LNG衛(wèi)星站，此衛(wèi)星站是順德區(qū)燃氣輸配系統(tǒng)的補充氣源。站內(nèi)共有100m，LNG儲罐6個，其中最高工作壓力0.8MPa的儲罐有2個，最高工作壓力0.6MPa的儲罐有4個；LNG空溫氣化器8臺，單臺氣化器氣化能力為2000Nm3/h。杏壇LNG衛(wèi)星站所用氣源大多是來自于深圳大鵬的LNG，最大供氣能力為15萬Nm3/d，目前的氣化量為2萬Nm3/d～10萬Nm3/d，氣化壓力為0.4MPa～0.7MPa，管網(wǎng)外輸壓力為0.3MPa。
   冷庫毗鄰杏壇LNG衛(wèi)星站，主要的經(jīng)營范圍是水產(chǎn)品的加工及儲存，庫容總量為3000t，含有-30℃冷凍庫和-15℃儲藏庫，并計劃擴建至8000t～9000t，而且還計劃開展新的冷加工業(yè)務(wù)。冷庫目前共有氨壓縮制冷裝置3套，其中制冷量為163kW/h的制冷裝置2套，制冷量為184kW/h的制冷裝置1套；根據(jù)所處理的水產(chǎn)品量及加工要求選擇制冷裝置的開啟數(shù)量。冷庫在實際運行時，夏天每天開2臺壓縮機，一般開15h～16h，需冷負荷為4890kwh～5216kWh，冬天每天開1臺壓縮機，一般開18h～20h，需冷負荷為3100kWh。一年耗電量達120多萬元，擴建后耗電量和費用都會大幅遞增。
2 LNG冷能利用項目技術(shù)方案
2.1 技術(shù)方案設(shè)計
LNG冷能用于冷庫技術(shù)方案設(shè)計如圖1。該技術(shù)方案主要包括3個部分：LNG氣化系統(tǒng)、低壓氨制冷循環(huán)系統(tǒng)和電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)。技術(shù)特點：當LNG供量不足時，可啟動電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)，兩個氨制冷系統(tǒng)可同時向冷庫供冷。
 
    在本方案中，通過換熱器中氨氣的壓力確定進入換熱器的LNG流量；通過冷庫溫度調(diào)節(jié)進入冷庫的液氨量；再通過低溫液氨流量確定冷能費用。
    具體流程為：將LNG分成兩路，一路LNG進入原空溫氣化器氣化為常溫的天然氣，經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓至0.3MPa～0.35MPa后，進入城市管網(wǎng)，完成LNG的氣化。另一路LNG將出冷庫的氨氣冷凝后經(jīng)輔熱空溫氣化器氣化升溫至常溫，再與原LNG氣化系統(tǒng)中的天然氣混合，最終送入城市管網(wǎng)；同時，冷凝后的液氨，經(jīng)氨泵加壓至0.3MPa～0.5MPa后順序經(jīng)流量計流至調(diào)壓閥，降壓至0.15MPa，最后送入冷庫制冷，完成低壓氨制冷循環(huán)。
    當冷庫的需冷量較大，或LNG量供應(yīng)不足時，為滿足要求，在進行低壓氨制冷循環(huán)的同時，開啟電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)。電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)冷凝后的液氨經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓至0.15MPa后，與來自低壓氨制冷循環(huán)中經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后0.15MPa的液氨混合，最后進入冷庫制冷。
2.2 項目方案實施進度
    2009年7月完成總體方案設(shè)計；
    2009年8月進行主體設(shè)備設(shè)計制作和工藝設(shè)計；
    2009年11月完成附屬設(shè)備訂購；
    2009年12月完成主體設(shè)備制造；
    2010年1月底完成整體流程及設(shè)備安裝；
    2010年2月進行工藝調(diào)試；
    2010年5月項目正式商業(yè)運營。
 
3 LNG冷能利用項目經(jīng)濟性分析
為實現(xiàn)冷能的量化和計量應(yīng)用于實際工程并商業(yè)化運營，對LNG冷能價值計算方法做以下初步探索：
T溫度下單位冷能價值計算公式為：
CqT=Ce×Exp/Q+△P/Q
   式中：CqT為T溫度下的單位冷能價值
    Ce為電價
   Exp為制冷耗電量
   Exp/Q為制得單位冷量所耗的電
   △P/Q為制得單位冷量所需付出的投資折舊費用和運行費用，在難以獲得準確的具體數(shù)據(jù)條件下，暫設(shè)△P/Q費用占冷量成本的15%。
   冷能價值計算公式可表示為：
   CqT=82.85×Ce×Exp(-0.0217×T)
LNG的溫焓狀態(tài)隨壓力變化較大，其低溫傭值也差別較大，不同溫度下LNG釋放出不同的冷能，其冷能價值應(yīng)為：
 
綜上，LNG冷能價值計算公式應(yīng)為：
 
    按照LNG冷能價值計算公式，在-34℃下，電價為0.85元/kWh條件下，此時冷能價值約為0.394元/kWh，相當于160.1元/t(液氨)。
    本項目總投資128.96萬元(其中建設(shè)投資123.66萬元，建設(shè)期利息2.44萬元，流動資金2.86萬元)，年均銷售收入85萬元/年，年均稅后利潤30.07萬元/年。內(nèi)部收益率31.69%(稅后)，靜態(tài)投資回收期(稅后)4.10年(含建設(shè)期)，動態(tài)投資回收期(稅后)5.12年(含建設(shè)期)。
    對于冷庫方，其收益在于：(1)冷能費用減少0.05元/kWh，每年總體節(jié)省電費約25萬元；(2)減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行和維修費用15萬元；(3)故障少、維修簡單、操作控制容易；(4)易于冷庫擴建和冷加工業(yè)務(wù)的開展；(5)節(jié)省冷庫擴建的電制冷用地和建設(shè)投資。
4 杏壇LNG衛(wèi)星站冷能遠期利用方案
    目前，LNG衛(wèi)星站由于冷能較少、大部分LNG衛(wèi)星站的供氣規(guī)模在10萬Nm3/d以下，而且冷能隨時間頻繁波動等原因而未能得到迅速發(fā)展。LNG衛(wèi)星站數(shù)量多、分布廣、可用的總冷能大，而且衛(wèi)星站的氣化壓力遠低于大型接收站的氣化壓力，氣化釋放的冷能品位更高，因此，LNG衛(wèi)星站冷能的高效利用，對于實現(xiàn)節(jié)能減排的目標具有重大的意義。
    LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫技術(shù)的成功應(yīng)用是冷能利用的第一步。在此基礎(chǔ)上，我們將繼續(xù)開發(fā)冷媒循環(huán)換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和優(yōu)化技術(shù)、相變儲能技術(shù)，建立冷媒循環(huán)系統(tǒng)來回收利用LNC冷能，用于廢舊橡膠低溫粉碎、干冰制備等中試項目，建成國內(nèi)首個LNC冷能高效利用技術(shù)示范基地。
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5 李亞鋒.液化天然氣冷能利用特性研究.能源利用與研究，1997：1
 
(本文作者：劉宗斌1 黃建衛(wèi)1 徐文東2 1.佛山市順德區(qū)港華燃氣有限公司528300；2.華南理工大學(xué)天然氣利用研究中心 510640)