基于天然气管网压力能生产LNG技术要点

许 杰

北京安珂罗工程技术有限公司，北京 100015

1 利用天然气管网压力生产LNG技术研究的意义

当代社会人们对于天然气的需求量逐渐加大，因此，为了满足社会发展需要，更好地服务于社会建设，需要天然气输送建设朝着长距离输送、高压输送等方面发展。但是在实际运输过程中，有些问题的产生是难以避免的，会造成一定的经济损失，为此需要相关工作人员对天然气管网压力能生产LNG技术要点进行分析。

第一，天然气在输送过程中，当进行调压时会出现降压现象，在一定程度上损失压力能。而生产LNG技术对天然气分数站对压力能的回收起着十分重要的作用。另外，需要尽可能地避免冰冻效果的产生而对管道造成损害。为了提升天然气资源利用率，需要对天然气压力能进行回收，尽可能地减少浪费，使得天然气管网可以高效运转。

第二，在当代社会，LNG属于一种具有环保特性的能源，它的利用可以使得天然气输送不受到距离的限制。同时，LNG的价格不断提升，使得我国需要利用国内现有资源进行高效利用，以保证天然气行业的可持续性发展。

第三，现阶段，我国部分领导对利用天然气管网压力能生产LNG技术不够重视，并且这方面生产技术还不够完善，使得回收效果并不是十分理想，所以对这项技术进行开发研究十分具有意义，将会对我国社会经济发展起到一定的促进作用[1]。

2 针对天然气管网有效压力能进行分析研究

2.1 高压天然气压力能的热力学分析

根据理论研究，将其演变成任一形式的能量。但可以对压力潜能进行评估，还能够在此基础上形成高压天然气压力计算模型。所以，使用火用分析法评价高压天然气管网可以利用的压力能潜力是具有一定合理性的。

2.2 回收压力能制冷设备的热力学分析

在向下游用户输送高压天然气时，需要在压力值降到最低时才可以进行输送[2]。目前，在进行输送时主要是通过降压的方式进行供气，虽然可以做到节流降压，但是也损失了部分压力能，因此压力能液化气的重要性越发突显[2]。通常情况下，为了实现对天然气体降温的目的，需要借助高压气体，并在此基础上运用气流阀和透平膨胀机。其中，气流阀主要是将流通管道的横截面积和气流速度予以改变，从而尽可能地减少流体压力，高压气体从节流阀中通过，会使得阻力有所降低，这种方式是不可逆的。而透平膨胀机，尽可能地需要降低温度，进而实现制冷。同时，需要根据流体速度发生变化的同时进行能量转换，进而产生膨胀反应，有效地避免了损耗。

2.2.1 节流阀

节流阀的膨胀制冷原理。节流阀：为了能够有效改变流体速度，可以在流道的横截面发生改变的时候进行，进而使得流体压力调节阀有所降低。高压天然气从气流阀中流出来，会因为产生一定的阻力使得天然气压力发生变化而降低。另外，当节流效应成为零，天然气在膨胀过程中温度会有所降低。

2.2.2 透平膨胀机

绝热膨胀制冷原理。为了实现低温，绝热膨胀机绝对是有效的方法，在此过程中使得流体的速度发生变化实现能量转换，并在膨胀机中发生膨胀反应，进而有助于动能的产生，输出外功，使得流体的温度降低。高压天然气在静喷嘴环道中可以通过膨胀改变速度，从叶栅中流出，降低天然气动能，实现对外做功的目的。

由此可以得出，天然气长输管线分输站具有回收压力的潜能；透平膨胀机的使用可以产生制冷量和有用功，提高压力能的回收率，所以，回收天然气管网压力能制冷的有效方法是利用透平膨胀机。

3 利用联立模块法压液化工艺选择

3.1 分输站压差液化天然气工艺流程

对液化天然气进行回收可以减少净化成本，对脱硫脱碳进行深度处理，逐渐符合关于净化提出的相关标准。对于预冷压差液化流程，可以通过冷剂来提供预冷冷量，进而实现预冷冷剂的无限循环[3]。对于膨胀制冷支路来说，分输站是在完成脱水之后，利用制冷剂实现预冷循环，之后，通过降低压差和温度使其能够重新返回到分输站。天然气管网压力能的能量发生变化是由于分输站的调压过程导致的，因此，需要将这些在调压过程中减少的能量运用LNG技术尽可能地进行回收。因为透平膨胀机在对压力进行回收时，所利用的效率比较高，因此会使得制冷效果有所提升，所以可以在压差液化过程中运用该设备，对膨胀前的压差液化流程和膨胀后外冷压差液化流程实施同一种技术工艺，可以利用联立模块法对以上几种流程进行计算，从而使得经济效益有所提升。

3.2 分输站压差液化流程中的模块

分输站压差液化流程主要是通过接口将每个模块连接起来，并在此基础上保证模块的物质、能量转换可以实现，同时还能够使得压力相等，还能够使得进出量得以平衡。

3.3 分输站压差液化流程系统数学模型

分输站液化流程分为部件模型和数学模型两类[4]。工艺系统稳态模拟的数学模型在建设过程中，主要是将单位模型作为基础，在此基础上根据分数压差液化流程部件单元模型形成。在此过程中不但能够得知自由度和输出变量，还能够在一定程度上对压差液化流程进行优化，使其更加具有稳定性和安全性。

3.4 流程的筛选和模拟

通过压差液化系统，将相关软件结合起来，逐渐建立数学模型[5]。压差的变化会使得天然气液化率发生变化，随着压差的加大而升高，同时分输量也会对天然气液化率产生影响，随着分输量的变化而产生变化。

4 利用天然气管网压力能生产LNG的研究内容和方法

一是对压力能设备进行研究，并对分输站的回收压力能的使用效率等情况进行分析研究。二是根据液化天然气对于压力差的理论原则，尽可能地对分输站在回收前所浪费的压力能进行计算，并按照不同的压力能制定回收工艺。三是建立关于液化流程的数学模型，为液化工艺流程创造理论依据。四是建立利益计算函数，根据实际情况选择最为有效的条件。五是在现有基础上尽可能地对工艺流程进行优化，以提升经济效益。

外冷循环可以分成膨胀前预冷压差液化流程和膨胀后外冷压差液化流程；回收压力能液化天然气并在此基础上建立数学模型主要是利用联立模块法，之后利用计算机的辅助作用对流程进行适时地监督和管理，其中压差液化率最高是18%。外冷循环的压差液化系统中外冷循环的加大，会在一定程度上对天然气液化率产生影响。天然气分输站利用膨胀前预冷压差液化流程过程中，这时的利润率较高，同时经济效益也较高。综上可得，利用天然气管网压力能生产LNG工艺是压缩式的膨胀前预冷压差液化流程。

工艺流程模拟主要是利用实际工艺流程，之后对化工操作和炼油过程运用数学方法进行对比，计算先后能量，最后将整个液化流程进行模拟，并对结果进行观察，可以在一定程度上弥补工艺中先存在的问题，及时升级改造。

综上所述，在膨胀前应当预冷压差液化流程优化研究属于较为复杂的系统工程，在发生情况时，当各个参数在稳定不变的情况下，最优值会随之产生改变，这时需要根据其变化情况进行相应的调整。天然气分输站采用压差液化天然气工艺进行压力能回收，在此过程中天然气应当符合净化标准，长输管线天然气只需要符合一类标准即可。所以，在实际应用过程中，天然气液化前需要进行深度净化处理，并在此过程中液化过程产生的BOG等应当根据实际情况采取相应的回收处理。

5 优化方面

优化主要体现在结构优化和参数优化两个方面。其中参数优化是在结构优化的基础上完成的，在工艺结构确定的情况下，参数优化才会变得更有意义。膨胀前预冷液化，“冷”主要来源于外冷循环，在这一环节会消耗大量的能量，但是如果结构能够得到比较好的优化，就可以实现节约资源的目的。其中在优化过程中应当注重以下几个方面的问题：一是在冷剂种类的选择上，因为选择的冷剂种类不同，会使得最终实现不一样的制冷效果，与此同时，对于能源的消耗也会有所不同，因此在选择冷剂上需要对成分进行比对，之后根据实际情况选择最为合适的冷剂。二是当冷剂有所确定之后，需要对参数进行最后的优化。

6 结语

通过对天然气管网压力能生产LNG技术要点进行分析研究，可以最大化地减少浪费，提升能源利用率。但是目前阶段，我国LNG技术还不完善，因此需要相关工作人员不断进行创新升级，同样也可以借鉴国外先进的科学技术，使得研究成果能够得到广泛应用，促进我国社会经济的可持续发展。

[1] 邓佳丽. 利用天然气管网压力能生产LNG技术研究[J]. 中国化工贸易，2017，9（1）.

[2] 韩菁菁. 液化天然气（LNG）储运的安全技术及管理措施[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（16）.

[3] 刘伟. 液化天然气（LNG）储运的安全技术及管理措施[J]. 化工管理，2017（27）.

[4] 魏丁，王武昌，李玉星，等. LNG接收站天然气盈亏计算及影响因素分析[J]. 天然气技术与经济，2017，11（1）：54-58.

[5] 陈杰，花亦怀，苏清博，等. 中国首套LNG液力透平系统开发与工业化测试[J]. 天然气工业，2016，36（5）.