随着我国西气东输战略的实施,对于进一步改善城市燃料结构,减少大气污染,提高人民生活质量,促进经济发展,具有重要意义。但是,由此引发了一个急需研究解决的问题,即城市气化调峰问题。
一、利用天然气液化进行城市用气调峰
为解决城市民用气季节间的不均衡性,以及防止外供气源突发事件影响,造成供气不能正常运行,以往多采用地面储罐和地下储气库来解决。近半个世纪来,随着科学技术的进步,国内外逐步推广应用液化天然气调峰,收到了更好的社会经济效益。各种不同调峰方法的主要工艺过程:
1、利用地下储气库调峰
尽可能在用气城市附近,选择地质条件好的即将的天然气(或气顶油藏或岩洞穴),将城市夏、秋季富余的天然气,通过曾建或改建加气站、输气管线、净化站、注气站、补打注气井、采气井,把净化处理合格的天然气,用高压压缩机从注气井中,注入地下气藏储存起来,待到冬、春季用气高峰时用。采用这种方法的最大难题,是找到理想的储气库。因为即将开采枯竭的气藏(或岩洞穴)不是随处都能找到的,因为它受地理位置、地面条件、地质构造、气层物性、容量大小、密封程度、距离远近等条件的严格限制,其中有一个条件不适当,都会造成许多困难或不可取。
2、利用液化天气调峰
将城市夏、秋季富余的天然气,经过净化干燥处理,脱除其中绝大部酸性气体、轻烃、水份及其它杂质,然后采用膨胀加节流的深冷工艺,使纯净的甲烷气体,在常压下-162℃变为液体,使其体积缩小625倍,使天然气由高压地下气体储存,变成低压低温液体地面储存,待到冬、春城市用气高峰来临时,再将液态的天然气经空气或水浴加热气化,通过供气管网将优质的天然气,安全稳定的供给用户,这是目前城市用气调峰比较理想的方法。
3、利用地面储气罐调峰
将城市夏、秋季富余的天然气,储存在中压钢质地面球罐内,待到冬、春季城市用气高峰时,再输入城市供气管网进行调节。这种方法最大调峰气量少,而且经济上很不合算,只在城市用气初期,作为临时过渡之用。
二、天然气液化调峰是一项技术先进的系统工程
液化天然气的生产工艺,主要包括净化、液化、储存、运输、利用五部分,它涉及深冷超低温方面的许多新技术、新工艺、新材料、新设备,是一项技术比较先进的系统工程。生产液化天然气的工厂按其用途分为基地形和调峰形两种:
基地形(又称基本负荷形) 液化天然气工厂,是进行大规模生产液化天然气的基地。一般都建在靠近气源的地方,先将油气田的天然气在现场作简易处理后,直接输送到工厂进行液化生产。其产品主要作为商品,用专用运输装置,大批量的远销到用户。另一种是调峰型液化天然气工厂。主要建在用气量很大的城市附近,调节民用气季节间负荷的不均衡性,做到一年四季安全稳定供气。
调峰型液化天然气工厂主要工艺技术装置简介:
1、天然气的净化处理
为了脱除进厂气中有害杂质,并达到严格的净化处理标准,以防止对生产设备、工艺技术条件、液化天气产品质量造成不良影响,针对不同杂质所含的组份及其物化性质,分别采取不同的处理工艺。例如对СО2、H2S、N2、等气体,即采用MEA(-乙醇胺)吸附的方法;对H2O采用分子筛吸附的方法;对Hg采用再生的汞吸附剂脱除的方法。总支,以尽可能少的投入,脱除尽可能多的杂质,达到标准规定的要求。
2、天然气液化的工艺流程
净化干燥后的天然气进入液化处理装置,它包括分离器、分流塔、换热器、压缩机、膨胀机、冷却器等设备。其基本流程是:天然气首先经换热器冷却,然后进入分离器;在分离器底部分离出液项,主要是C2、C3、C4,并有少量?,经节流、换热(回收冷量)后,这些气体作为分子筛脱水塔的再生气源;分离器顶部出来的甲烷(C1H4)气体,经继续冷却进入分馏塔,在塔内进一步冷却后,即得液态的LNG,输入储罐内,准备外输或外运给用户。
3、液化天然气的储存
液化气工厂的储存设备,主要包括储罐、气柜和泵组成。其中罐是最主要的,也是占投资比例很大的设备。液化天然气储罐的容积,一般3~5万NM3,也有更大的。常采用半地下式设计,罐底为钢筋混凝土基础,罐体分内外两层,内层为耐底温的不锈钢,外层为钢筋混泥土结构(或中碳钢),内外层之间充填隔热材料。在罐体地上部分,混凝土外壁四周用土堆埋,罐底及罐壁与土壤接触部分都设有加热装置,防止土壤因气候变化热胀冷缩影响大罐结构。每个罐内装有2台沉没式液化天然气泵,作为外供装车之用。为保障储罐的安全,在罐顶、罐底及罐壁四周都设有检漏、测温、报警的仪器设备,而且能定时打印出资料数据,提供各个系统运行状况。如果温度太高,喷淋系统会自动喷水降温。储罐四周都有消防设施。由于储罐隔热质量好,每天的自然气化量仅为储存量的百分之零点零五左右。
4、液化天然气的汽化
这种汽化设备有固定式和移动式两种,其用途是将液态的天然气,加热汽化后供用户使用。它的结构形状,类似油田的水套炉。在厂内利用燃烧的高温烟气,进入带孔的烟道管内,将水箱中的水加热到50℃左右,给沉没在水中的液化天然气盘管加热,使液化天然气汽化,然后通过管网向用户供气。如因管网局部故障,影响下游用户用气,可用槽车将液化天然气运到用户附近,用移动式汽化炉及时给用户供气。
三、发挥液化调峰的优势争取更好的效益
液化天然气调峰与其它调峰方法比,有许多独具的优势:
1、储气效率高,调峰能力强
在常压下它由甲烷气体变为液体,其体积缩小了625倍,大大提高了液化天然气的能量密度,增加了储存效率。它与井口采气压力6MPa的地下储气库相比,单位容量储气比高出10.4倍;它与建1MPa的地面球罐相比,单位容量的储气比高出62.5倍。
2、在市郊建库,选址容易。
以北京为例,就近要找到适合作为地下储气库的岩洞穴不大可能,要找到已经或即将枯竭的大气藏作为地下储气库也很难。但是,要在北京市周围,选择适当的地址建设几座LNG工厂就比较容易,因为它不受很多地下因素的严格限制,而且从气源到产品的产供销、从调峰到资源的综合利用、从环保到节能等许多有利条件都可得到充分发挥。
3、储运方便,调控灵活。
液化天然气调峰的工厂有两种形式可供选择:一种是把工厂建在距城市供气不远的地方,直接和城市供气管网相连,到冬、春季需要调峰时,将液化天然气汽化以后,及时输送到需要调峰的用户。另一种是 “卫星型”的储备厂。这种储备厂,可根据城市管网的覆盖面积和用户的分布状况,在适当的地方分散建几个工厂。
4、技术先进成熟,运行安全可靠。
液化天然气的生产,从20世纪中叶至今,已有半个世纪的发展历史了,在许多国家已建成投产了约200套装置,年处理能力约1.2亿吨,单条生产线的规模最大可达400多万吨,最大运输船达10多万吨,最大储罐超过20万立方米,目前年平均增长率百分之七点五左右,而且形成了从生产、储运、接收端、“卫星站”到联合生产以及综合利用等日益完善配套,工艺技术更加先进成熟。