利用天然气管网压力能生产LNG技术研究

李斐非

摘要：随着天然气管网的高压输送发展，长输管线分布具有较大的压力功能。利用天然气管网压力能得到人们的广泛重视，因为液化天然气是一种清洁环保性能源，在天然气市场上占有较大位置，所以，要对天然气管网压力进行回收，需要利用生产 LNG 技术实现节能排放作用， 保证使用期间能够获得较高的经济效益。

关键词：天然气；管网；压力能；LNG 技术

随着天然气产业的不断进步和发展，管道输送得以有效进步，不仅解决了我国的天然气资源不足以及市场发展不平衡等问题，还促进了天然气长输管道的积极建设。在该发展趋势下，实现管道运输的经济性与安全性成为建设与发展的主要问题，并成为现代网络发展下天然气管道建设的总体趋势。

一、天然气管网有效压力能分析

（一）高压天然氣压力能的热力学分析

为了对能量价值参数进行评价，主要是系统在任意状态下能够从可逆变化到环境状态平衡，将理论上将其转换为任何形式的能量。对能量价值参数进行评价，不仅能评价出的高压天然气管网利用的压力能潜能，还能形成高压天然气压力计算模型。

（二）回收压力能制冷设备的热力学分析

长输管线输送的高压天然气在下游用户前，需要对降压规定的压力等级才能将其输送到城市燃气输配管网处。但在目前天然气长输管线分分输站，是利用传统的方法实现的，不仅实现了节流降压，还损害了大量可利用压力能。回收分输站压力能液化天然气在实质上，是利用高压气体压力能对其制冷的，一般情况下，主要利用的回收气体设备为气流阀、透平膨胀机。对于节流阀，它是通过改变流通道的横截面积、流体流速，降低流体压力。在连续流动的高压天然气从节流阀中流过期间，将降低天然气压力的部分阻力。利用节流阀制冷的热力学分析，在形式下，其过程是不可逆过程。对于透平膨胀机，其原理是一种获得低温的主要方法，能够实现绝热膨胀制冷。该设备在使用过程中，是利用工作流体的速度变化实现的能量转换，这样不仅能透平膨胀机内的膨胀动能，还能将工作轮输出外功，以降低工作流体内的温度。

二、基于联立模块法压差液化工艺选择

高压天然气管网压力能损失主要出现在分输站调压过程中，不仅能实现能量的回收利用，还能将天然气长输管线分输站压力能进行回收对 LNG 进行生产。

（一）分输站压差液化天然气工艺流程

单纯利用分输站压差液化天然气工艺，不仅能为其制冷冷源，还能为 LNG 的原料气。在分输站回收压力能液化天然气流程中，不仅能节约净化成本，还能对其进行深度脱硫脱碳处理，以保证能够达到一定的净化指标。对于膨胀前预冷压差液化流程。在该过程中，冷剂循环能够为液化流股天然气提供预冷冷量。如：图 1 中为主要的工艺流程，该流程是由于预冷冷剂循环、膨胀制冷支路以及天然气液化支路等部分组成。这几个部分在期间存在不同作用，对于预冷冷剂循环， 能够将冷剂压缩机压缩到的高压，并进入到水冷器冷却，接着利用节流阀降温，使其能够提供出冷量，以实现预冷循环工作。对于膨胀制冷支路，分输站是高压天然气经过深度脱水，膨胀后形成的制冷剂循环预冷。然后，降压降温使其返回流入换热器，保证能够为其提供冷量后，进入到天然气管网中。对于天然气液化支路，它能进入到分离器中，将 LNG 与 BOG 分离，以促进 LNG 产品在低温储罐中的形成。膨胀后外冷差液化流程，在该过程中，膨胀流股天然气能够为其提供预冷冷量，在该循环中，是将液化流股天然气液化转换为冷量。

（二）分输站压差液化流程部件模块

最基本的部件模块主要为分流器模型、换热器模型、节流阀模型、气液分离器模型以及膨胀机模型以及压缩机模型。每个模块在连接期间，是通过各个接口实现的，该接口不仅能促进部件模块之间物质、能量的交换，还能促进参数的有效传递。部件模块在参数传递下，在接口实现连接，连接相对对应的方程，不仅能促进连接各个压力相等、保证连接处，还能促进进出量的平衡性。

（三）分输站压差液化流程系统数学模型

工艺系统稳态模拟的数学模型建立期间，是以单位模型为基础，并根 据建立的分输站压差液化流程部件单元模型形成的。这样不仅能计算出自 由度与输出变量，还能促进分输站压差压差液化流程稳定模型的优化性。

（四）流程的模拟与优选

单纯的利用压差液化系统，需要通过 HYSYS 软件建立数学模型。其中，压差对天然气液化率产生一定影响，在天然气的分输量、进站压力为定值期间，需要对外输压力、分输站的压差进行的分析。一般情况下，天然气液化率随着压差不断增大不断上升。分输量对天然气液化率的影响，是天然气在进站、出站为定值期间，需要对分输量进行改变。液化率是随着分输量的变化而变化的，尽管天然气的液化率不变，但分输量不断增大，LNG 的产量就会不断增加。

总结：

基于以上的分析可以发现，一个膨胀前的预冷压液化流程优化比较复杂，在工况条件下，形成的各个参数不变，其最优数值会变化。并且，天然气分输站是利用压差液化天然气工艺对压力进行回收的， 期间，天然气需要满足 LNG 的净化指标，这样不仅能促进深度净化工作的处理，还能做好相应的回收处理工作。

参考文献：

[1] 刘建辉.天然气储运关键技术研究及技术经济分析[D].华南理工大学，2012.

[2] 黄志伟.天然气高压输配系统应急储备工艺优化设计及工程化研究[D].华南理工大学，2013.

[3] 安成名.燃气管道压力能用于发电—制冰技术开发与应用研究[D].华南理工大学，2013.

[4] 徐文东，郑惠平，郎雪梅，陈玉娟，樊栓狮.高压管网天然气压力能回收利用技术[J].化工进展，2010，12：2385-2389.

[5] 张镨，鹿来运，何力，郭开华.利用天然气管网压力能的小型液化流程设计[J].低温与超导，2013，04：39-44.