LNG接收站温室气体减排措施优化

安宝晶

海油总节能减排监测中心有限公司

0 LNG产业链

LNG 接收站工艺系统主要由LNG 卸船、储存、低压外输、高压外输、蒸发气处理和火炬放空六个部分组成，工艺流程如图1所示。当LNG运输船进港停泊后，船上LNG货物泵（潜液泵）启动，经LNG卸料臂将LNG 输送到接收站的LNG 储罐进行储存。外输时，储罐内储存的LNG通过罐内低压泵加压，进入LNG槽车装车流程，或经LNG高压泵增压后进入气化器气化成天然气，经计量后输送至外输管网［1］。

图1 LNG接收站工艺流程

1 排放源识别

LNG 接收站生产运营过程中产生温室气体排放主要为直接排放、间接排放和其它间接排放。其中，直接排放包括固定燃烧源、移动燃烧源、逸散排放源、放空排放源等。间接排放源指企业所购外部电力、热力或蒸汽产生的温室气体排放。其它间接排放指企业自身活动或者其它服务产生的［2］。本文以福建LNG 接收站为例，梳理了该站温室气体排放源组成及排放设施、消耗能源种类，具体情况见表1。

表1 LNG接收站温室气体排放源识别

2 LNG接收站降碳措施

2.1 设备改造与操作优化

1）离心泵节能改造

大多数LNG 接收站都普遍采用多级离心泵，如LNG 混合设备等。借助多级离心泵技术改造项目，能够进一步提高泵的工作效率，降低设备的消耗，达到节能减碳的目的［3］。结合泵设计生产的具体情况、主要特点、如何操作和调整、操作规程等具体分析，进一步改进提高运行效率的形式，优化管路系统的具体工艺，减少反作用力，尽可能减少管路系统上的三通接头、管路阀门等金属软管的数量，减少额外多余的管路系统附件，减少管道系统管路实际长度，减少缓慢流动造成的损失。当水泵的在线流量和扬程较大时，采用切割风机叶轮能够达到环保节能的目的，当水泵的额定流量温度过高而在线流量一定要合适时，可通过将风机叶轮减少20 级来降低水泵的额定流量，以达到环保节能的目的。

2）压缩机节能改造

一般来说，BOG空调压缩机都是往复活塞式空调压缩机。借助BOG 空调压缩机技改项目，能够进一步提高BOG 空调压缩机的电机排量，降低空调压缩机的能耗和发热量，进一步提高空调压缩机的运行效率，或者降低BOG 空调压缩机的实际轴功率，同时借助BOG 空调压缩机系统的能量来做到环保、节能、CO2减排的目标。在原有的基础上进一步提高换热器换热效率和冷却水系统容积，强制鼓风机快速冷却，使进气管快速冷却，压缩过程接近等温过程，降低能源消耗和发热。借助通道入口提高空气冷却器冷却效率，降低通道入口处的环境温度，进一步提高发动机排量，减少指示功。以提高自然呼吸量，并在与压缩过程有所关联的特定参数的特定条件下，在原有基础上进一步提高发动机的排量和空调压缩机的运行效率。在允许范围内尽可能减小间隙的有效容积。

3）储罐航空障碍灯改造

LED灯又叫发光二极管，它是一种固态的半导体器件，可以直接把电转化为光。白炽灯的工作原理是电流通过灯丝不断将热量聚集，使得灯丝处于白炽状态而发光。白炽灯发光时，大量的电能将转化为热能，只有极少一部分可以转化为有用的光能。因此，LED灯相比白炽灯更节能。

2.2 能源资源综合利用

采用低温朗肯循环系统的冷能发电装置，以海水为热源，采用单工质形式，利用LNG 冷能以及海水的低品位能产生电能。现阶段以丙烷作为低温朗肯循环发电的单循环工质，研究结论成熟，具备沸点低、形式紧凑、反应迅速的优点，且贴合接收站气化器实际运行现状，是目前综合技术、经济考虑下的优选工质。除循环介质循环泵外，朗肯循环中不需其它外界功输入，减少了系统本身能耗［4］。

采用低温有机朗肯循环的冷能发电系统工作流程如图2 所示。液态丙烷在中间介质气化器E1内被海水加热气化，气态丙烷进入透平发电机组，驱动透平发电机组发电（在透平出口为气态），随后进入LNG气化器E2内，与LNG进行热交换，在LNG气化器内被液化，然后液态丙烷通过丙烷循环泵升压并再次进入中间介质气化器E1中循环。LNG在气化器E2中被丙烷加热至气态，随后在天然气加热器E3 中被海水进一步加热至高于1 ℃，输出到管网。海水依次经过天然气加热器、中间介质气化器换热后排出，并确保进出口温差不大于5 ℃。

图2 采用低温有机朗肯循环的冷能发电系统工作流程

在LNG 接收站，一般需将LNG 通过气化器气化后使用，气化时放出的冷能约为830 kJ/kg。通常这部分冷能随天然气气化器中的海水和空气流失，造成能源的浪费。若转化为电力，可减少的能耗相当可观。

根据低温有机朗肯循环冷能发电系统流程图可以得到，工质在LNG气化器E2处放出的热量为：

式中：ml为冷却介质LNG的质量流量，kg/s；mc为中间介质丙烷的质量流量，kg/s。

丙烷循环泵消耗的功等于丙烷循环泵的耗电量，其值为：

式中，丙烷循环泵效率ηp取75%。

透平发电机组对外做的功等于透平发电机组的发电量，其值为：

式中，透平发电机组效率ηt取85%。因此，系统净输出功率为：

由上述公式可得：

若已知冷却介质LNG在6、7点，中间介质丙烷在1、2、3、4点处的焓值，便可求得该条件下单位流量冷却介质的净发电量。对各点的压力温度进行假设，查物性参数可得数据如表2。

表2 朗肯循环各点对应温度、压力以及焓值

将以上数值代入公式得，单位LNG流量净发电量为46.8 kJ/kg，假设可用于冷能发电的LNG 为180 t/h，则发电量为19 657 MWh。根据核算指南，净购入电力隐含的CO2排放计算方式为：

其中AD电力为企业净购入的电力消费量，单位为MWh；EF电力为电力供应的CO2排放因子，单位为tCO2/MWh，参考目前最新的全国电网平均排放因子0.581 0 tCO2/MWh。故因使用余压发电而减少的CO2排放量为：19 657×0.581 0=11 421 tCO2。预计减排量见表3。

表3 冷能发电减排效益

2.3 控制火炬排放

将等离子点火装置引入火炬系统，当火炬放空时，火炬放空流量检测器会检测到放空气体流量，将所测得的信号送到PLC智能控制系统，PLC智能控制系统同时通过火焰检测器检测是否有燃烧火焰。如果无火焰，则启动闪爆器点火，如果火炬已被点燃，火焰检测开关把火焰燃烧开关信号上传PLC智能控制系统，PLC则控制爆燃器引爆点火控制器关闭闪爆器，不再进行闪爆点火。引入等离子点火装置之后，其中包含的控制系统可以实现点火装置的自动启停，从而代替长明灯，实现节能降碳的目的［5］。

2.4 可再生能源利用

电力清洁化是减排的重要方向之一，随着国内智能电网建设的持续推进，光伏发电技术也日益成熟，其发电成本持续降低。对企业来说除了采购绿电还可以利用现有空间，建设屋顶光伏电站——将光伏电站与建筑物屋顶合二为一。光伏发电系统可以实现自身用电以及并网工作，可以做到自发自用、余电上网功能，同时，电能就近输送和利用使其损失率达到最小，利用率达到最大,代替传统化石能源发电，达到节能减排目的。

3 结论

随着我国经济的不断发展，节能降碳的意识逐渐深入人心，相关政策也逐渐出台。在这样的趋势下，为了发展低碳经济，实现碳达峰碳中和减少碳排放的目标，LNG接收站也面临降低单位CO2排放的巨大挑战。同时，为了降低LNG接收站的运行成本，增加收益，也有必要对LNG 接收站开展节能降碳工作。本文结合LNG接收站的工艺系统、生产过程以及LNG运输船、储罐、槽车、压缩机等典型设备的特点，对已实施的节能减排措施和碳减排潜力进行分析，并结合技术发展进一步提出新的节能降碳措施。