孟明博 張雙泉 韓強(qiáng) 邵亞楠

安徽長(zhǎng)江液化天然氣有限責(zé)任公司 安徽 蕪湖 241000

液化天然氣（LNG）接收站的主要功能是接卸、儲(chǔ)存和氣化LNG，并通過(guò)站內(nèi)管網(wǎng)向下游用戶供氣[1-2]。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)運(yùn)行的接收站大部分建設(shè)在沿海地帶，此類接收站大多采用海水作為熱源而配置相應(yīng)氣化器。不同于沿海接收站，我國(guó)內(nèi)河LNG接收站建在沿江地帶，內(nèi)河水質(zhì)條件也與沿海海水相差較大，氣候氣溫及汛期等環(huán)境條件也存在明顯差異。目前國(guó)家已批復(fù)同意內(nèi)河LNG接收站數(shù)量遠(yuǎn)小于沿海接收站，內(nèi)河接收站的氣化器選型研究目前還較少。本文依據(jù)蕪湖LNG接收站項(xiàng)目氣象、水文、熱源等基本情況，根據(jù)氣化器種類、性能、材質(zhì)等方面，從可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面進(jìn)行論證，探討適用于本項(xiàng)目的一二期氣化器選型方案。

1 項(xiàng)目情況介紹

蕪湖長(zhǎng)江LNG 內(nèi)河接收站項(xiàng)目作為國(guó)內(nèi)首個(gè)核準(zhǔn)的LNG 內(nèi)河接收站和首個(gè)取得交通運(yùn)輸部調(diào)整專項(xiàng)規(guī)劃意見的內(nèi)河LNG接收站，其一階段規(guī)模為加工處理LNG 100萬(wàn)t/a：其中氣化外輸44萬(wàn)t/a，槽車外運(yùn)40萬(wàn)t/a，LNG船舶水路轉(zhuǎn)運(yùn)5萬(wàn)t/a，LNG加注1萬(wàn)t/a，LNG罐箱汽車外運(yùn)10萬(wàn)t/a。

本項(xiàng)目二階段建成后規(guī)模為加工處理LNG 150萬(wàn)t/a：其中氣化外輸為69萬(wàn)t/a，槽車外運(yùn)55萬(wàn)t/a，LNG船舶水路轉(zhuǎn)運(yùn)13萬(wàn)t/a，LNG加注3萬(wàn)t/a，LNG罐箱汽車外運(yùn)10萬(wàn)t/a。

為提高接收站資源保障供應(yīng)能力，打造成為安徽省重點(diǎn)氣源工程和長(zhǎng)江三角洲天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系重要資源供給地，有必要從項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段論證、選擇高效科學(xué)的氣化設(shè)備保障LNG接收站安全、穩(wěn)定、有效運(yùn)營(yíng)。

2 LNG氣化常用氣化器類型

2.1 ORV開架式氣化器

ORV氣化器一般利用場(chǎng)站附近海水或江水溫差作為熱源條件，實(shí)現(xiàn)海水或江水與液態(tài)LNG對(duì)流熱傳導(dǎo)，使得LNG吸收熱量后升溫氣化。LNG從下部總管進(jìn)入，然后分配到每個(gè)小的換熱管內(nèi)，在換熱管束內(nèi)由下向上流動(dòng)，氣化器頂部裝有海水分布裝置，海水由頂部進(jìn)入，經(jīng)分布器分配成薄膜狀均勻沿管束外壁下降，同時(shí)將熱量傳遞給管內(nèi)液化天然氣，使其加熱并氣化[3]。

2.2 IFV中間介質(zhì)氣化器

IFV氣化器實(shí)際是將3組管殼式換熱器疊加組合而成，利用丙烷、異丁烷、氟利昂、氨或混合介質(zhì)等作為中間傳熱流體，利用中間介質(zhì)受熱蒸發(fā)、遇冷冷凝的相變特性，實(shí)現(xiàn)海水或江水與LNG的間接換熱，從而避免海水結(jié)冰帶來(lái)的影響。

2.3 SCV浸沒式燃燒氣化器

SCV運(yùn)行時(shí)，天然氣和空氣在燃燒器中混合點(diǎn)燃，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鳛闊嵩赐ㄟ^(guò)氣體分布器被排入水浴中，以鼓泡形式與水浴進(jìn)行直接接觸式傳熱傳質(zhì)，加熱浸沒池中的LNG盤管。該流動(dòng)與傳熱機(jī)制特點(diǎn)是氣液相間接觸面積大和傳熱效率高，低溫LNG由換熱管束下端流入SCV進(jìn)液總管再分流至各個(gè)分支管，分支管內(nèi)的LNG與管束外高速流動(dòng)的氣液兩相流進(jìn)行熱量交換，進(jìn)而逐漸升溫氣化為NG。

2.4 AAV空溫式氣化器

AAV氣化器由擠壓成型星形鋁翅片管按照矩陣立式排布而成，通過(guò)內(nèi)連接片聯(lián)接組裝，外連接片與外框架進(jìn)行組裝成型，聯(lián)接管按序列聯(lián)接進(jìn)口管、各翅片管至出口管，形成完整的流體流通換熱通路。

圖1 四類氣化器實(shí)景圖

3 氣化器選型分析

在大型 LNG 接收站中，氣化器選型時(shí)應(yīng)考慮的因素[4]主要有：可靠性和耐久性、穩(wěn)定性和安全運(yùn)行行、適應(yīng)負(fù)載波動(dòng)的靈活性、成本效率、所用材料應(yīng)有優(yōu)異的低溫性能。

3.1 主觀因素

隨著長(zhǎng)江大保護(hù)的持續(xù)推進(jìn)，內(nèi)河接收站取排水許可審查更加嚴(yán)格，其環(huán)保要求與沿海接收站有所不同。根據(jù)本項(xiàng)目生態(tài)環(huán)境廳對(duì)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書審批意見，要求氣化后排水溫降嚴(yán)格限制在2℃以內(nèi)，建議蕪湖LNG項(xiàng)目一期不采用IFV。

ORV氣化器的投資和操作成本較 IFV 低廉，ORV 生產(chǎn)廠家對(duì)江水水質(zhì)的要求為 ：江水含沙量＜ 80 mg/L、重金屬離子含量 Cu2+＜ 10 μg/L、Hg2+＜ 0.5 μg/L、pH值范圍7.5～8.5、固體懸浮物＜ 80 mg/L、化學(xué)需氧量（COD）＜ 4 mg/L、溶解氧＞ 4 mg/L。

根據(jù)本項(xiàng)目區(qū)域江水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，夏季排澇期間含沙量較大，局部時(shí)間段內(nèi)江水的 pH 值和全部時(shí)段的化學(xué)需氧量不滿足 ORV 的使用條件。此外局部時(shí)段pH值小于7.5，采用ORV需要增加涂層厚度的檢測(cè)頻率，表面要在運(yùn)行3～5年后需進(jìn)行表面防腐涂層翻新，噴涂費(fèi)用高，50～80萬(wàn)元/次，ORV作為項(xiàng)目氣化器不太合適。

3.2 客觀因素

IFV氣化器占地面積小，能夠得到穩(wěn)定的氣化量，此外，海水或江水沒有結(jié)冰的危險(xiǎn)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是適用于能量的綜合利用，即熱電聯(lián)產(chǎn)。除此之外，還可用作冷能發(fā)電，符合新時(shí)代能源發(fā)展要求。相比其他氣化器，IFV氣化器耗材成本更高，IFV的制造材料需要耐低溫，耐高壓，耐腐蝕，耐磨損，其換熱管采用鈦材或者不銹鋼復(fù)合。

ORV氣化器以海水或江水為加熱介質(zhì)，體積龐大，且需配置海水系統(tǒng)，故投資較高，占地面積也大，氣化啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)；但是運(yùn)行費(fèi)用較低，操作和維護(hù)容易，比較適用于基本負(fù)荷型生產(chǎn)使液化天然氣氣化，這種氣化器的氣化能力受到氣候等因素的影響比較大[5]。

ORV翅片管表面為Al-Zn合金涂層，采用火焰噴涂技術(shù)進(jìn)行噴涂。海水或江水中的銅離子、汞、殘留氯氣、pH值會(huì)導(dǎo)致Al-Zn涂層的壽命縮短，銅離子沉積在Al-Zn涂層的表面加速合金表面的陰極還原過(guò)程，從而導(dǎo)致Al-Zn涂層腐蝕。若只考慮水中的沙對(duì)ORV涂層的磨損，根據(jù)沙對(duì)Al-Zn合金涂層的磨損特性曲線，平均年磨損量約為20μm[6]。

SCV氣化器開停車迅速方便，但因消耗天然氣而使運(yùn)行成本較高，一般不作為基本負(fù)荷型氣化器。其熱效率能達(dá)98%～99%。占地小且安全可靠，是最理想的LNG氣化設(shè)備，因此被廣泛應(yīng)用于調(diào)峰和緊急情況。

AAV氣化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，可單獨(dú)使用環(huán)境空氣作為熱源，避免排放污染物和釋放噪音，也可收集冷凝水和融化冰水作為生產(chǎn)或生活用水。

3.3 選型結(jié)果

通過(guò)前述分析，考慮到蕪湖地區(qū)夏季含沙量大和化學(xué)重金屬離子含量高的影響，本項(xiàng)目不采用ORV氣化器；針對(duì)目前長(zhǎng)江取排水政策影響，暫不選擇IFV，但可以通過(guò)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，在考慮未來(lái)二期氣化器選型時(shí)新的取排水政策條件放寬、項(xiàng)目試運(yùn)營(yíng)情況、市場(chǎng)氣化需求規(guī)模等多種情況，提供重要的選型參考依據(jù)；AAV氣化器目前工藝設(shè)備迭代，考慮結(jié)霜霧化情況，大部已增設(shè)除霧裝置，使用效果良好，本項(xiàng)目一期考慮配備除霧器裝置。SCV因使用穩(wěn)定、啟動(dòng)快、熱效率及熱損失小等優(yōu)點(diǎn)，選擇作為冬季切換及備用輔溫使用。

4 選型及經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)上述討論，按照蕪湖LNG項(xiàng)目特點(diǎn)，氣化器從IFV（考慮二期長(zhǎng)江取排水政策放開）、AAV及SCV搭配選擇，以AAV作為基荷氣化器，同時(shí)具備可行性和經(jīng)濟(jì)性。SCV作為備用氣化器使用，冬季低溫階段開啟SCV氣化器保供，以應(yīng)對(duì)并及時(shí)切換啟動(dòng)工況。下面將對(duì)IFV+SCV或AAV+SCV的2套系統(tǒng)分別進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，進(jìn)一步優(yōu)化比較得出優(yōu)化系統(tǒng)。

4.1 IFV+SCV組合形式

（1）設(shè)備投資

1）按蕪湖LNG項(xiàng)目峰值外輸100t/h計(jì)算，選擇1臺(tái)IFV，另選 2臺(tái)SCV（50 t/h）作為備用。IFV選擇鈦材質(zhì)，單臺(tái)約950萬(wàn)元；SCV單臺(tái)約1100萬(wàn)元。

2）其他

包括江水取水口、排水口各1座，相應(yīng)的還有海水泵、取水和排水管線、海水過(guò)濾裝置及安裝等投資，約100萬(wàn)元。

（2）運(yùn)行成本計(jì)算

IFV+SCV 系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用主要體現(xiàn)在 IFV 配套海水泵的電費(fèi)及取水費(fèi)上。本項(xiàng)目采用 35 kV 供電系統(tǒng)，按蕪湖當(dāng)?shù)貎刹恐齐妰r(jià)0.62元/度計(jì)算，取水價(jià)格根據(jù)安徽省《關(guān)于調(diào)整水資源費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)的通知（皖價(jià)商〔2015〕66號(hào)）》中規(guī)定，江水取水費(fèi)為 0.08 元/m3，取水量按2000萬(wàn)m3計(jì)。天然氣消耗來(lái)自接收站內(nèi)部，暫按4000 元/估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，IFV 每氣化1tLNG，約需耗電9.57 kW·h。年運(yùn)行費(fèi)用=44萬(wàn)t* 9.57（kW·h）/t* 電價(jià)+取水量*0.08= 421.07萬(wàn)元。

SCV運(yùn)營(yíng)費(fèi)：燃料費(fèi)=44萬(wàn)t*1.5%*4000元/t=2640萬(wàn)元

總費(fèi)用=設(shè)備投資+運(yùn)營(yíng)費(fèi)用=（950+100+1100*2）+（421.07+2640）=6311.07萬(wàn)元。

4.2 AAV+SCV組合形式

（1）設(shè)備投資

本項(xiàng)目一階段氣化器采用AAV與SCV并聯(lián)方式，正常工況條件下，采用AAV進(jìn)行作業(yè)，冬季特殊工況條件下，AAV不滿足氣化要求時(shí)，啟用SCV。AAV共設(shè)置12臺(tái)，單臺(tái)氣化能力為12500Nm3/h，其中6臺(tái)為1組，2組交替切換使用，另設(shè)6臺(tái)空溫式復(fù)熱器與氣化器串聯(lián)，AAV處理能力為50t/h。設(shè)備投資約900萬(wàn)元；SCV共設(shè)置2臺(tái)，單臺(tái)能力為50t/h，1用1備。

其他：AAV只與空氣對(duì)流換熱，氣運(yùn)行成本基本為零，除霧裝置運(yùn)行功率低（15kW）、除霧使用時(shí)間短，運(yùn)行時(shí)電費(fèi)考慮不計(jì)。

（2）運(yùn)行成本計(jì)算

總費(fèi)用=設(shè)備投資+運(yùn)營(yíng)費(fèi)用=（900+1100*2）+2640=5740萬(wàn)元

根據(jù)上述計(jì)算，比較2種組合形式下氣化器經(jīng)濟(jì)性（見表1）。

表1 2種組合形式下氣化器經(jīng)濟(jì)性比較

5 結(jié)論

（1）每種氣化器都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，也都有與之相適應(yīng)的運(yùn)行環(huán)境。而為了處理LNG接收站的各種工況，選擇1～2種氣化器進(jìn)行組合是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，既能夠發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)也能夠彌補(bǔ)本身固有的缺陷。

（2）氣化器選型應(yīng)綜合考慮環(huán)境條件、設(shè)計(jì)規(guī)模、占地面積、投資成本、運(yùn)營(yíng)成本、運(yùn)行穩(wěn)定性、輔助設(shè)備等因素，選出最優(yōu)的氣化方案。本項(xiàng)目綜合各種因素，選擇AAV空溫式氣化器和SCV浸沒燃燒式氣化器并聯(lián)的方式，既有效地利用了環(huán)境熱量，又保證了儲(chǔ)氣溫度穩(wěn)定。