LNG項目氣化器的選型

2011,21(4)裘棟LNC項目氣化器的選型LNG項目氣化器的選型裘棟中海浙江寧波液化天然氣有限公司寧波 315800摘要介紹液化天然氣 (LNG)接收站在國內發(fā)展的現狀，比較接收站三種常用的氣化器，并結合實(shí)際確定項目氣化器類(lèi)型與臺數。關(guān)鍵詞LNG 接收站氣化器選型分析投資費用，同時(shí)培養國內自己的LNG建設隊伍。1概述該項目由中國成達工程有限公司負責設計，浙江LNG接收站是接收海上LNG運輸的終端站場(chǎng)，LNG項目公司負責對設備的設計和采辦，國內施在站內將LNG接收、儲存、氣化、外輸至下游工單位負責建設和安裝。用戶(hù)氣化器是接收站工藝流程中最關(guān)鍵的設備之通過(guò)40多年的發(fā)展，全球已投用LNG接收站一，而且價(jià)格高、制造周期長(cháng)。為做好氣化器的77座。我國除廣東大鵬、福建莆田和上海等3座選型，早在2005年起就啟動(dòng)了市場(chǎng)調研、與國內已投人使用外，在建的LNG接收站還有不少，浙設計單位及國外制造商的技術(shù)交流活動(dòng)。江LNG項目就是其中之一一。浙江LNG項目一期建設規模3000kv/a，包括2三種氣化器比較建設- - 座?？?0.8~2.66) x 10'm3 LNG運輸船的2.1氣化器類(lèi)型接卸碼頭、三座1.6x10'm'混凝土全容罐以及配.目前，世界上LNG接收站常用的氣化器有三套的工藝、公用等設施。項目于2010年12月開(kāi)工種:開(kāi)架式氣化器( Open Rack Vaporator, 簡(jiǎn)稱(chēng)建設，預計到2012年10月投入使用。浙江接收站ORV);浸沒(méi)燃燒式氣化器(Submerged Combustion的工藝流程，見(jiàn)圖1。Vaporator, 簡(jiǎn)稱(chēng)SCV);中間介質(zhì)管殼式氣化器( Intermediate Fluid Vaporator,簡(jiǎn)稱(chēng)IFV)。2.1.1開(kāi)架式氣化器ORV氣化器是以海水為熱源的氣化器，其工作原理，見(jiàn)圖2。無(wú)然___上都總管m換空換熱管來(lái)圖1 浙江LNG工藝流程示意圖接收站工藝流程:LNG運輸船到達卸船碼頭..后，經(jīng)卸料臂輸送至LNG儲罐，然后用低壓泵從罐內抽出，經(jīng)再冷凝器輸送至高壓泵，經(jīng)增壓后輸一個(gè)瓶整管來(lái)單元圖2 ORV 氣化器工作原理送至氣化器。在氣化器內，LNG氣化并升至常溫，最后經(jīng)計量和調壓后輸送至管網(wǎng)。(1)氣化器的基本單元是傳熱管，由若干傳熱浙江LNG接收站項目建設模式除儲罐采用管組成板狀排列，兩端與集氣管或集液管焊接形.EPC模式外，還采用E+P+C的方式，意在節省成一個(gè)板型管束單元，再由若干個(gè)這樣的單元組*裘棟:工程師。1991年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)礦場(chǎng)機械專(zhuān)業(yè)。先后從事化纖設備和液化天然氣接收站設備的管理工作。聯(lián)系電話(huà): (0574) 86010045, E- mail: qiudong@ cnooe. com. cn。2011 ,21(4)裘棟LNG項目氣化器的選型21熱器中與管程中的LNG進(jìn)行熱交換，LNG受熱氣表2水質(zhì)監測結果統計(mg/L)化，而丙烷則被冷凝。在第三段E3換熱器中，用目平均值最大值最小值平均值 最大值最小值S管程中的海水加熱NG,使輸出的天然氣溫度達到要求。丙烷始終在E1殼體中進(jìn)行氣-液態(tài)的閉式懸浮固體1370 187760010循環(huán)，運行過(guò)程中無(wú)需添加。用丙烷作為中間介從表2可以看出，現場(chǎng)海水含沙量很高，懸浮質(zhì)就是利用其較低的沸點(diǎn)這一特點(diǎn)，避免了直接固體顆粒指標平均在1000 ~ 1300 mg/L。根據廠(chǎng)家用海水換熱時(shí)由于結冰對傳熱效果的影響。使用記錄，在最大懸浮固體顆粒濃度不大于80目前，IFV氣化器的制造商僅有日本神戶(hù)鋼鐵mg/L的情況下，ORV防腐涂層有效時(shí)間為7 ~8一家。自1978年以來(lái)，在日本大坂瓦斯、廣島瓦年。然而，浙江LNG的海水水質(zhì)已超出了ORV要斯、上海LNG等LNC項目上已投用了總計33臺。求水質(zhì)條件的 15倍以上，供應商估計涂層至少1其最大天然氣流量達到205th。~2年就須維護- -次。2.2三種氣化器適用性比較通過(guò)與廠(chǎng)商的交流，以及對周邊電力行業(yè)的三種氣化器的適用性分析比較,見(jiàn)表1。調研(使用同樣海水用于發(fā)電機凝汽器冷卻)，選擇鈦管材質(zhì)的管殼式氣化器是解決海水含沙量高表1三種氣化器的適 用性比較比較內容ORVFV_的方法，因而浙江LNG采用以IFV氣化器作為主氣化器，SCV 氣化器作為調峰和備用。業(yè)績(jì)及使用情況業(yè)績(jì)廣泛，主要在日本使業(yè)績(jì)廣泛，使用良好用，使用良好使用良好3.2選材和制造技術(shù)可靠性安全可靠安全可靠安 全可靠IFV氣化器主要性能參數，見(jiàn)表3。本地海水適用性基本適用表3 IFV 的主要性能參數維護要求較高般單臺設備價(jià)格次之高運行能耗一般名稱(chēng)器介質(zhì)壓力任萬(wàn)最低沒(méi)修材(MPa) (MPa)度(C)運行費用供貨情況二家廠(chǎng)商22-24個(gè)月約15個(gè)月獨家E3管程-海水0.2 0.8 -5/60 .SB338制造周期.約14個(gè)月調溫器. t1.8*L3510從表1可見(jiàn)，SCV雖然啟動(dòng)迅速，但負荷調節”殼程皿NG 6.28 11.6 -60/60O pitch 25和操作不像ORV和IFV那樣簡(jiǎn)單方便，而且運行SA213M TP304成本較高，只能作為主氣化器的備用。結合與上E-2管程mLING 6.3 11.6 -165/600.D.15.9 *述各廠(chǎng)商的技術(shù)交流情況，ORV與IFV使用的全蒸發(fā)器”殼程皿丙燒0.262.03-40/60 *ST.L9000 .t1.6壽命周期費用相當,因此二者均可作為項目的主△ptich 21氣化器。E-1管程-海水0.17 0.8 -5/60 S888丙烷.0. D. 19.053氣化器選用加熱器殼程I丙烷0.26 2.03-40/60T1.2 * L9008△pitch 25氣化器的處理能力代表了接收站的實(shí)際處理注: E-3NG 調溫器自重34800 kg; E2LNG蒸發(fā)器自重16200 kg;量，因而在主氣化器選擇需要考慮下列條件:E-1丙烷加熱器自重48500 kgo(1) 運行要連續可靠、負荷調節方便,操作SCV氣化器的技術(shù)參數，見(jiàn)表4。簡(jiǎn)單。(2)包括采購成本、運行成本和維修成本的3.2.1選材IFV氣化器的材料選用上必須滿(mǎn)足既要能承受綜合成本要低。(3)如選擇海水作熱源的ORV氣化器，海水海水腐蝕又能承受低溫的要求。海水中許多懸浮物將引起材料磨蝕。鈦可以水質(zhì)還需符合懸浮固體≤80 mg/L的要求。抵抗化學(xué)腐蝕、微生物腐蝕和海水點(diǎn)蝕;高等級3.1海水條件的鈦有良好的耐磨蝕性能，也能抵抗70C以下海該工程水域水質(zhì)依據2004年四季度S1、S2兩水的縫隙腐蝕。本項目中換熱管選擇鈦(SB338處監測站點(diǎn)監測資料分析結果，見(jiàn)表2。grade 2),其中海水進(jìn)口側壓力較高采用無(wú)縫鈦管,22CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(4)表4 SCV 氣化器的技術(shù)參數表5氮氧化物排放限值名稱(chēng)技術(shù)參數最高允許排放無(wú)組織排放監控最高允許速率(kg/h)_濃度限值氣化量，vh12排放濃度煙囪濃度壓力，MPa設計11.6( mg/m高度()-級二級三級監控點(diǎn)( mg/m' )運行6.315 0.470.91 1.4液體162(硝酸、氮肥溫度,C氣體和火炸藥生0.77 1.5 2.3產(chǎn))燃燒器供熱能力，kw3.6x10330 2.6 5.1 7.7燃料氣，Nm'/h3480水浴溫度,C307 14 21無(wú)組織排空氣量, Nm'/h5872060 9.91929風(fēng)向設查(監控點(diǎn)監控點(diǎn)(硝酸使用和尺寸(長(cháng)x寬)，m8x7其它)70 142741照點(diǎn)下濃度差30193756控點(diǎn)發(fā)路值)厚度1.8mm， 海水出口側采用焊接鈦管，厚90244772度1.2mm。00_61 92與LNG接觸的換熱管和管箱部分材料選擇奧如2.45kg/h的NOx輸出量，煙囪須高于24m。氏體不銹鋼(304)材質(zhì)。與海水接觸的管板采用低溫碳鋼板爆炸包覆浙江LNG煙囪高度的計算:鈦合金的復合鋼板結構(SA516M Gr415 + SB265供應商給出的廢氣排放數據:廢氣排放量為58700 Nm'/h,其中CO2占6.8%; N2 占84%; 02Gr. 1 Clad)。占9. 2%; NOx濃度低于40ppm; CO濃度80ppm。3.2.2制造鈦焊接之后性能會(huì )降低是由于焊接時(shí)吸人的由于NOx低于40ppm是在3%氧含量下的修氧、氫等有害雜質(zhì)削弱了焊縫的機械性能，因此正值，而根據供應商經(jīng)驗實(shí)際SCV運行中氧含量焊接時(shí)應保持清潔和干燥，焊接應采用惰性氣體為9.2%，按如下經(jīng)驗公式進(jìn)行換算:純氬氣保護焊接接頭及熱影響區，直至焊接接頭:A%O2濃度下NOx濃度= B%O2濃度下NOx濃度x (21-A) / (21- B) (供應商經(jīng)驗公式，完全冷卻。與海水接觸的管箱與變徑簡(jiǎn)體則采用襯里結其中A、B為氧含量的百分比濃度值):NO(ppm) =(21 -9.2)/(21 -3) x40構，采用低溫碳鋼表面襯環(huán)氧樹(shù)脂的內防腐形式=11. 8/18 x40 =26.2 ppm(SA516M Cr415 + Epoxy Resin Coating)。NOx極限排放量: .3.3 SCV 排放煙囪高度計算NOx(kg/h) = 58700 x26.2 x46/22.4/00000設計SCV氣化器時(shí)，還要考慮控制廢氣中=3. 16 kg/hNOx、CO的排放量在允許值范圍以?xún)?。廢氣的排在標準中用插人法計算NOx極限排放量為放和煙囪的高度設計應根據當地的規定，尤其要3. 16 kg/h對應的煙囪高度為26m,核算結果驗證符合《大氣污染物排放標準》CB 16297 - 1996。供應商 選取的煙囪高度為27m,可以滿(mǎn)足標準的煙囪的高度取決于NOx的流量，同時(shí)煙氣中NOx要求。的濃度須低于240mg/Nm',見(jiàn)表5。由于GB 16297中沒(méi)有CO的排放標準，故參要求選擇低NOx的燃燒器，本項目原配用日照廣東標準《大氣污染物排放限值》DB 44/T 27本Tokyo Gas的燃燒器，其最大能力為31MW,產(chǎn)-2001: CO最高排放濃度為1000 mg/Nm', 20m生的NOx低于50ppm(在3%氧含量下的修正高的煙囪排放速率為71 kg/h進(jìn)行相應核算。值)，屬排放超標，根據環(huán)保標準規定，因該項目4氣化器 數量的確定地處二類(lèi)區域，必須按新污染源執行二級標準，所以改選用美國B(niǎo)lom公司的燃燒器，最大能力為L(cháng)NG接收站常年連續不斷為用戶(hù)供氣的特點(diǎn)，41MW,產(chǎn)生的NOx低于40ppm(在3%氧含量下設備的配置和備用原則是除考慮投資費用外，還的修正值)。必須考慮接收站操作的安全性、可靠性和運行標準中煙囪的高度是根據NOx的流速計算的，費用。(下轉第6頁(yè))6CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設計2011,21(4)~ 170C，有的裝置高達180C，氣體熱量轉移到.風(fēng)機升壓AP=48 ~52kPa，氣體溫升48 ~ 509C，酸中，加大了循環(huán)冷卻水用量，為了增加熱量回使進(jìn)焚硫爐干空氣溫度由55 ~ 65°C提高到110 ~收，國際先進(jìn)制酸技術(shù)二吸塔氣體進(jìn)口溫度為115C，焚硫爐出口爐氣溫度相應升高，增加了余1359C，某公司800kt/a裝置為146C。熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量。.二吸塔進(jìn)口氣體中SO,的濃度約為0.5%，氣經(jīng)計算800kt/a硫酸裝置的塔后風(fēng)機流程可多體壓力約為10kPa,當氣體溫度為135 ~ 140C時(shí)，回收熱量約1.374x 10' kJ/h,約占總產(chǎn)熱量的SO,或硫酸霧的分壓低，不會(huì )產(chǎn)生冷凝酸，國內外2.41%， 可多產(chǎn)中壓蒸汽4.12 Vh,折標煤約470已有多家工廠(chǎng)采用此工藝參數。kg/h,年節省標煤約3760 t。經(jīng)計算800kV/a硫酸裝置二吸塔氣體入口溫度采用塔后風(fēng)機流程時(shí)，空氣風(fēng)機進(jìn)口壓力約由170°降到140C，熱力系統可多回收熱量8.60-4.5 kPa (G), 溫度約60C，干空氣中含有少許x10° kJ/h,可多產(chǎn)中壓蒸汽(3. 82MPa、450C)硫酸霧。另外，干燥塔的塔徑應比采用塔前風(fēng)機2580 kg/h,折標煤294 kg/h, 每年節約標煤流程稍大，風(fēng)機出口空氣總管上應設置一回流管2352t，同時(shí)減少Ot = 8C的循環(huán)水用量257 m'/h,到干燥塔進(jìn)口,低負荷時(shí)調節焚硫爐進(jìn)口空氣量，折熱量1.077 x10° kJ/h,折標煤約為36. 74kgh,使干燥塔除霧段氣速保持在除霧器要求范圍內，每年節約標煤294t,以上兩項每年可節省標煤約達到高的除霧效率，減少濕空氣進(jìn)入干燥塔的氣2646 t。量，從而減少干燥酸的串酸量。4.3 采用塔后風(fēng)機流程通過(guò)采用以上建議，熱能回收率將從64. 55%將空氣鼓風(fēng)機設置在千燥塔后(塔后風(fēng)機流提高到93.71%。(收稿日期2011 -05 -30)程)，可利用干燥塔進(jìn)塔酸傳遞給干空氣的熱量，而且可利用空氣經(jīng)壓縮產(chǎn)生的熱量，一般空氣鼓(上接第22頁(yè)) .根據浙江LNG與省天然氣管網(wǎng)中心的協(xié)議: .氣化器是輸送系統中重要的設備，設置備用要求接收站一期的最大外輸量為80000 m2/h;最氣化器是必需的。 最終，該項目選擇4臺IFV氣化小外輸量為383300 m'/h (101. 325kPa和20C)。器作為主氣化器，2臺SCV氣化器作為調峰和備臺下游用戶(hù)- -期最大外輸量: 8.8x 10' m'/h。使用。氣體密度(重): 0. 789 kg/m',折算成液體質(zhì)參考文獻量流量: 694Vh。(1) 選擇廠(chǎng)家提供IFV氣化器，規格為1751周修杰2010 -2015年中國液化天然氣(LNG)行業(yè)投資Vh。分析及前景預測報告[R]. 北京:中投顧向產(chǎn)業(yè)研究中心，2010.數量為3.96 (694/175 =3.96), 圓整后為于國杰 LNG沉浸式燃燒型氣化器數值模擬 [D].大連:4臺。大連理工大學(xué)，2009.(2)鑒于本接收站地理位置, IFV氣化器在冬3陳永東.大型LNG氣化器的選材與結構研究[J]. 壓力容季極值低溫海水溫度下運行時(shí)，將無(wú)法達到設計器，2007, 24 (11): 40-47.負荷，而此時(shí)，用戶(hù)的用氣需求量將是峰值，為4陳偉，陳錦嶺、李萌LNC接收站中各類(lèi)型氣化器的比較與選擇[J]. 中國造船，2007, 48 (增刊).滿(mǎn)足供氣的可靠與安全性，需采用SCV氣化器來(lái)5陳永東浙江LNG項目接收站氣化器專(zhuān)項研究報告[R].調峰。根據已建接收站的實(shí)踐經(jīng)驗，需配置2臺合肥通用機械研究院，2006.SCV氣化器。(修改回搞2011 -05 -23)5結語(yǔ)