LNG项目升级中水浴式气化系统分析与应用

佛山市南海燃气发展有限公司 高同乐

1 项目概况

1.1 项目背景

根据《佛山市南海区管道燃气专项规划(2010—2020)》、《佛山市南海区天然气利用工程可行性研究报告》等要求，佛山市南海燃气发展有限公司于2014年7月投入运营南海区狮山LNG综合储配站一期部分，用以作为保障和解决南海区域内下游各类用户的正常用气问题。

1.2 项目实施必要性

狮山 LNG站储配站一期主要设置 6×150LNG储罐和8台5 000 m3/h(4用4备)空温式气化器及相应附属设备设施进行储气和供应，供应能力能够达到2万m3/h。随着经济的发展以及近年来国家对于大气污染防治的力度越来越强，南海区多家使用燃煤、燃油等重污染企业将逐渐采用天然气作为清洁能源，预计未来两年内用气量会有大幅增加。经过管网部门水力情况分析测算，狮山 LNG储配站原有2万m3/h的供气能力已经不足，需对供气能力进行改造提升至5万m3/h。

2 提升供气能力途径分析

(1)根据狮山LNG储配站初步设计，原规划建设空温式气化器为10台(5用5备)，一期建成8台，如二期将规划2台空温式气化器建成后，可增加气化能力至2.5万m3/h。

(2)考虑增加水浴式气化器来增加气化能力，恰好属同一工业园区，与狮山 LNG储配站一墙之隔有一垃圾焚烧发电厂，该厂的工艺可以提供36～40℃的冷却水源可以作为 LNG 气化的加热水源，对方有降低水温的需求，而 LNG又有稳定热量的水源。

(3)根据上述(1)与(2)两种工艺以及从工程建设造价、后期运营成本、能源利用效率的对比，我司决定采取水浴式气化器工艺来提升气化能力，暂不实施空温式气化器工艺。

3 水浴式气化工艺对比分析

3.1 水浴式气化三方案

方案一：直接利用电厂的冷却循环水参与到LNG水浴式循环系统，提高能源利用效率，见图1。

图1 水浴式气化工艺方案一

根据电厂冷却循环水质报告可以看出，冷却循环水中Cl-含量常年大于180 mg/L。对于奥氏体不锈钢在 Cl-环境下的腐蚀，各种权威的书籍均有严格的要求，Cl-含量要小于 25×10-6，否则就会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀，所以采取方案一循环水供应方案来说，会对现有市场上常用的不锈钢LNG水浴式气化器有明显的损伤，从设备选型上不允许采用方案一。

方案二：针对方案一的不足之处，笔者与设计院的技术人员经过与电厂技术人员的充分沟通，制定水浴式气化工艺方案二，见图2。

图2 水浴式气化工艺方案二

即在两家厂中间加设一道水—水换热器，电厂Cl-含量高的循环水通过换热器ABC换热后流回电厂，在水浴式气化器循环系统侧采用经过电厂处理过Cl-的脱盐水。这样一方面解决了Cl-对不锈钢水浴式气化器选型困难的问题，也实现了两家工厂之间的界面清晰，如若真的发生事故时可以在自家厂内切断循环水，不会造成相互影响。

方案三：由于在LNG气化过程中会气化吸热，同时会使循环水温度会降低。为了能够更加最大化提高使用效率，在工艺方案选择中技术人员又加入了可以供应至电厂办公楼的空调冷却水系统，形成了水浴式气化工艺方案三，见图3。

图3 水浴式气化工艺方案三

根据 LNG储配站工艺流程特点，综合考虑空调冷水需求，为保障冷水的提供的可行性，保障系统的安全性，保障 LNG气化系统的稳定性，同时符合空调用冷的不稳定性，工艺流程设置如下：空调冷水取水在LNG水浴气化器回水(回水温度7℃)加压泵后取水，通过冷水缓冲罐稳压缓冲后，进入冷水变频水泵，经管道输送到电厂办公用冷系统，电厂空调系统的 12℃回水通过管道输送回储配站，进入LNG水浴气化器回水加压泵后的止回阀后。

3.2 三个方案进行对比

对比三个方案，方案二要优于方案一，方案三中工艺较复杂，更难的是设备选型。经过我司技术人员多次与设备厂商确认，设备厂商在进行设备设计中应当考虑设备的可靠性、耐久性、稳定性、所用材料应有优异的低温性能、同时还要防止在换热表面形成结冰等因素。由于要考虑给电厂办公系统供应空调水，根据常规空调设计，一般要求供水温度为7℃，这样LNG水浴式气化器的回水温度必须为 7℃。在各设备厂商进行研究后都表示设备制造的稳定性不高，LNG水浴式气化器在使用过程中会产生结冰现象。结合我司实际情况，经过综合对比之后，采取方案二来解决气化能力不足的问题。

4 结语

(1)最终狮山LNG综合储配站水浴式气化器选型循环水为 20～30℃的进回水温度，既能满足工艺要求，也方便设备采购，最终设备选型见表1。

表1 设备选型

(2)方案一由于 Cl-含量对不锈钢有影响，为延长不锈钢在Cl-的环境下的寿命，可在工艺条件允许的情况下，加入适当的缓蚀剂或选择合理的材料，可考虑选用非金属材料或衬里材料，来达到最佳的经济效益，这类技术在相关的文献研究中已有提及，比如钛合金材料等，但现有技术或工艺制造造价昂贵，暂时不能成批量的引入市场使用。

(3)方案三如其他类似工艺确需空调冷冻水，可在循环水中加入防冻剂，使其冰点降至-20℃以下，常用的防冻剂溶液有盐水溶液、氯化钙水溶液以及有机化合物载冷剂。常用有氯化钠(NaCl)水溶液，氯化钙水溶液(CaCl2)。盐水溶液对金属有强烈的腐蚀作用，因而会腐蚀管道和设备；还有乙二醇水溶液和三元溶液(质量百分数 40%乙二醇，20%乙醇，40%水，冰点为-64℃)，该类载冷剂对设备无任何腐蚀性，但有较低的挥发性，因此建议做成密闭循环系统。