| 2001年，中原油田液化天然气(LNG)生产项目的投产，在国内提供了一种全新的燃气供应方式。2004年7月，新疆广汇液化天然气发展有限责任公司投资的更大规模LNG项目(处理气态天然气量为150×104 m3/d)建成投产，为LNG的应用推广提供了更为充足的气源。随着福建省安然燃气投资有限公司投资建设的德化、闽清、晋江LNG卫星站的建成投产，福建省将引入LNG向卫星站周边区域实施供气，为燃气用户提供经济、环保、安全、便利的天然气。
小型LNG供气是通过公路或铁路，使用槽车或罐式集装箱运送到用气地点[1]。这与LPG十分相似，但工艺与设备又有很大区别。这种供气方式出现以后，发展极为迅速，展现了其强大的生命力阻[2～4]。本文将介绍中小规模LNG的供气技术，初步判断其应用范围。
1 LNG供气技术
① 低温储罐与压力式低温储存
LNG气化站采用的是压力式低温储存方式，即储罐工作在承压的低温状态下。储罐工作压力一般选在0.3～0.6 MPa，工作温度在-160℃左右，低温储罐的设计压力一般在1 MPa左右，设计温度为-196℃[4]。低温储罐的结构见图1。
低温储罐为双层结构，内胆储存低温液体，承受介质的压力和低温，内胆的材料采用耐低温合金钢(0Crl8Ni9)；外壳为内胆的保护层，与内胆之间保持一定间距，形成绝热空间，承受内胆和介质的重力荷载以及绝热层的真空负压。外壳不接触低温，采用容器钢制作。绝热层大多填充珠光砂，抽高真空。低温储罐蒸发率一般低于0.2%。
② 低温储罐的减压原理
为了防止热泄漏引起的罐内压力升高，压力式低温储罐采用释放罐内气体的方法控制压力。如图2所示，在储罐的气相管道上设置自动减压阀，当储罐内压力升高到设定值时，减压阀便缓慢打开，将罐内气体放出；当压力降回到设定值以下时，减压阀自动关闭。释放出的气体一般不排人大气，后续的工艺会将其回收利用，这部分气体简称BOG(低温储罐内自然蒸发的气体)。
③ 低温储罐的增压原理
低温储罐的出液以储罐的自压为动力。液体送出后，液位下降，气相空间增大，导致罐内压力下降。因此，必须不断向罐内补充气体，维持罐内压力不变，才能满足工艺要求。如图2所示，在储罐的下面设有一个增压气化器和一个增压阀。增压气化器是空温式气化器，它的安装高度要低于储罐的最低液位。增压阀与减压阀的动作相反，当阀的出口压力低于设定值时打开，而压力回升到设定值以上时关闭。
增压过程如下：当罐内压力低于增压阀的设定值时，增压阀打开，罐内液体靠液位差缓流入增压气化器，液体气化产生的气体流经增压阀和气相管补充到储罐内。气体的不断补充使得罐内压力回升，当压力回升到增压阀设定值以上时，增压阀关闭。这时，增压气化器内的压力会阻止液体继续流入，增压过程结束。
④ 低温储罐工作压力的确定
从减压和增压的原理可以看出，储罐工作过程中的压力实际上是波动的，波动范围的上限由减压阀设定，下限由增压阀设定。由于这两个调节阀精度上的原因，上下限之间需要有一个基本的范围，以保证互不干扰，这个范围(即压力波动的上限与下限之差)应在0.05 MPa以上，合适的范围应在设备调试中确定。
储罐的工作压力由后续的工艺要求决定，对于一般的民用或工业用气化站，气化站的出站压力一般为O.2～0.4 MPa，储罐压力至少比这个压力高0.1 MPa。因此，LNG气化站低温储罐的工作压力一般为0.3～0.6 MPa。储罐能够实现的工作压力由4个因素决定：储罐的设计压力、减压阀的设定值、增压阀的设定值、安全阀的设定值。
⑤ 低温槽车卸车工艺
与LPG不同，LNG与环境有很大温差，有很大的冷能，所以LNG卸车不需要额外消耗动力，完全可以利用温差进行。低温槽车一般有两个接口，一个液相口，一个气相口。卸车过程中，液相口经管道连接到站内低温储罐的进液口，用来输送液体；而气相管道的作用是在液体卸完后回收槽车内气体。
LNG槽车卸车流程见图3。利用槽车自身的增压装置给槽车储罐升压，使其压力比站内储罐压力高0.1 MPa以上，然后打开液相阀门，液体便流入LNG站内的储罐。液体卸完后，通过气相管将槽车内的气体回收到BOG储罐中，卸车完成。
⑥ 气化、调压和BOG气体处理
LNG的气化、调压工艺流程与LPG相似，见图4。不同的是气化器一般采用空温式气化器，充分利用LNG的冷能，节省能源。在寒冷地区，冬季环境温度很低的情况下，会使得气化后的气体温度很低(一般比环境温度低10℃)，后续的管道、设备等可能承受不了。因此，气化后一般要经过加热装置将气体升温，以便达到允许的温度，加热装置一般用温水加热方式。
调压与BOG气体的处理要结合起来考虑，使得BOG其他得到回收利用。储罐和其他部位产生的BOG气体经加热后，经调压、计量、加臭后进入出站管道。
2 LNG气化站的造价与运行成本
2.1 LNG卫星站
① 工艺流程
如图4所示，LNG通过低温汽车槽车运至LNG卫星站，通过卸车台设置的卧式专用卸车增压器对汽车槽车储罐增压，利用压差将LNG送至卫星站低温LNG储罐。工作条件下，储罐增压器将储罐内的LNG增压到0.6 MPa。增压后的低温LNG进入空温式气化器，与空气换热后转化为气态天然气并升高温度，出口温度比环境温度低10℃，压力为0.45～0.60 MPa，当空温式气化器出口的天然气温度达不到5℃以上时，通过水浴式加热器升温，最后经调压(调压器出口压力为0.35 MPa)、计量、加臭后进入城市输配管网，送入各类用户[3]。
② 主要设备、设施及概算
a.气化站(总储量为100 m3)的主要设备、设施及造价见表1。
表1 气化站(总储量为100 m3)的主要设备、设施及造价
Tab.1 Main equipment，facilities and their construction cost in LNG vaporizing station with total storage capacity of 100 m3
|
序号
|
名称
|
规格
|
数量/台
|
工程造价/元
|
|
1
|
LNG储罐
|
50 m3
|
2
|
100.0×104
|
|
2
|
空温式气化器
|
2000 m3/h
|
4
|
60.0×104
|
|
3
|
水浴式加热器
|
30 kW
|
1
|
10.0×104
|
|
4
|
BOG加热器
|
200 m3/h
|
1
|
1.5×104
|
|
5
|
放空气体加热器
|
200 m3/h
|
1
|
1.5×104
|
|
6
|
BOG储罐
|
20 m3
|
2
|
10.0×104
|
|
7
|
调压、计量、加臭装置
|
—
|
—
|
13.0×104
|
|
8
|
消防及供水设施
|
—
|
—
|
30.0×104
|
|
9
|
管材、阀门
|
—
|
—
|
40.0×104
|
|
10
|
自控系统
|
—
|
—
|
22.0×104
|
|
11
|
柴油发电机、供电设备
|
—
|
—
|
25.0×104
|
|
12
|
地磅
|
—
|
—
|
10.0×104
|
|
13
|
土建、总图（不含征地费）
|
—
|
—
|
130.0×104
|
|
14
|
安装
|
—
|
—
|
45.0×104
|
|
15
|
合计
|
—
|
—
|
498.0×104
|
|
注：征地面积约0.6 hm2。
|
b.气化站(总储量为200 m3)的主要设备、设施及造价见表2。
表2 气化站(总储量为200 m3)的主要设备、设施及造价
Tab.2 Main equipment，facilities and their construction cost in LNG vaporizing station with total storage capacity of 200 m3
|
序号
|
名称
|
规格
|
数量/台
|
工程造价/元
|
|
1
|
LNG储罐
|
100 m3
|
2
|
170.0×104
|
|
2
|
空温式气化器
|
3000 m3/h
|
4
|
78.0×104
|
|
3
|
水浴式加热器
|
50 kW
|
1
|
15.0×104
|
|
4
|
BOG加热器
|
200 m3/h
|
1
|
1.5×104
|
|
5
|
放空气体加热器
|
200 m3/h
|
1
|
1.5×104
|
|
6
|
BOG储罐
|
20 m3
|
2
|
10.0×104
|
|
7
|
调压、计量、加臭装置
|
—
|
—
|
15.0×104
|
|
8
|
消防及供水设施
|
—
|
—
|
55.0×104
|
|
9
|
管材、阀门
|
—
|
—
|
80.0×104
|
|
10
|
自控系统
|
—
|
—
|
32.0×104
|
|
11
|
柴油发电机、供电设备
|
—
|
—
|
25.0×104
|
|
12
|
地磅
|
—
|
—
|
10.0×104
|
|
13
|
土建、总图（不含征地费）
|
—
|
—
|
180.0×104
|
|
14
|
安装
|
—
|
—
|
60.0×104
|
|
15
|
合计
|
—
|
—
|
733.0×104
|
|
注：征地面积约0.9 hm2。
|
c.气化站(总储量400 m3)的主要设备、设施及造价见表3。
表3 气化站(总储量为400 m3)的主要设备、设施及造价
Tab.3 Main equipment，facilities and their construction cost in LNG vaporizing station with total storage capacity of 400 m3
|
序号
|
名称
|
规格
|
数量/台
|
工程造价/元
|
|
1
|
LNG储罐
|
100 m3
|
4
|
360.0×104
|
|
2
|
空温式气化器
|
3000 m3/h
|
6
|
117.0×104
|
|
3
|
水浴式加热器
|
80 kW
|
1
|
17.0×104
|
|
4
|
BOG加热器
|
500 m3/h
|
1
|
3.7×104
|
|
5
|
放空气体加热器
|
300 m3/h
|
1
|
2.3×104
|
|
6
|
BOG储罐
|
50 m3
|
2
|
15.0×104
|
|
7
|
调压、计量、加臭装置
|
—
|
—
|
30.0×104
|
|
8
|
消防及供水设施
|
—
|
—
|
60.0×104
|
|
9
|
管材、阀门
|
—
|
—
|
120.0×104
|
|
10
|
自控系统
|
—
|
—
|
69.0×104
|
|
11
|
柴油发电机、供电设备
|
—
|
—
|
40.0×104
|
|
12
|
地磅
|
—
|
—
|
10.0×104
|
|
13
|
土建、总图（不含征地费）
|
—
|
—
|
350.0×104
|
|
14
|
安装
|
—
|
—
|
100.0×104
|
|
15
|
合计
|
—
|
—
|
1294.0×104
|
|
注：征地面积约1.3 hm2。
|
③运行成本
LNG卫星站的运行成本(不含税)见表4。
表4 LNG卫星站运行成本
Tab.4 Operation cost of LNG satellite station
|
总储量/m3
|
100
|
200
|
400
|
|
工资、福利费/(元·a-1)
|
22.0×104
|
25.0×104
|
29.0×104
|
|
折旧费/(元·a-1)
|
23.0×104
|
32.0×104
|
59.0×104
|
|
大修费/(元·a-1)
|
11.0×104
|
16.0×104
|
29.0×104
|
|
日常维修费/(元·a-1)
|
2.5×104
|
4.0×104
|
7.0×104
|
|
其他费用/(元·a-1)
|
42.5×104
|
45.0×104
|
50.0×104
|
|
以上合计/(元·a-1)
|
101.0×104
|
122.0×104
|
174.0×104
|
|
达产规模/(m3·a-1)
|
712.0×104
|
1424.0×104
|
2848.0×104
|
|
单位成本/(元·m-3)
|
0.14
|
0.09
|
0.06
|
2.2 LNG橇装气化站
① 工艺流程
LNG橇装气化站的工艺流程与LNG卫星站类似，其区别在于LNG橇装气化站将储存、气化、调压、计量、加臭装置都集中安装在一个橇座上，机动灵活，建站速度陕，配套设施造价低，但供气规模有限(储量为40 m3以下)。LNG橇装气化站的实例见图5。
② 主要设备、设施及造价
橇块上配置的设备、设施有卸车装置(包括相关管道及卸车接口)、气化装置、控制系统(含调压装置)、管道系统、配电装置(防爆型)、安全防火装置(包括紧急放空、可燃气体监测、火焰探测等)、照明装置(防爆型)、用户选装装置(如加臭装置、计量装置)、基座及吊装装置。
站区相应配套设备、设施有：围堰、设备基础(对于无动力设备的橇块，只需设置混凝土平台)、安全控制系统的报警装置及远程手动控制装置、消火栓及配套装置、动力配电装置、仪表风系统(气泵或高压氮气瓶)、站房及站区土建、给排水、照明、通信等。
LNG橇装气化站造价(不含征地费)见表5。
表5 LNG橇装气化站造价
Tab.5 Construction cost of skid-mounted LNG vaporizing station
|
储存规模/m3
|
25
|
40
|
|
橇装装置造价/元
|
130×104
|
210×104
|
|
加臭装置造价/元
|
5×104
|
5×104
|
|
消防系统造价/元
|
40×104
|
40×104
|
|
土建及总图造价/元
|
30×104
|
30×104
|
|
安装造价/元
|
35×104
|
35×104
|
|
其他造价/元
|
20×104
|
20×104
|
|
合计/元
|
260×104
|
340×1104
|
|
注：不含征地费。
|
③ 运行成本
LNG橇装气化站的运行成本见表6。
表6 LNG橇装气化站运行成本
Tab.6 Operation cost of skid-mounted LNG vaporizing station
|
储存规模/m3
|
25
|
40
|
备注
|
|
工资、福利费/(元·a-1)
|
14.4×104
|
14.4×104
|
1.8×104元/（人·a）
|
|
折旧费/(元·a-1)
|
11.8×104
|
15.5×104
|
按22年折旧计算
|
|
大修费/(元·a-1)
|
5.7×104
|
7.5×104
|
按站区造价的2.2%计算
|
|
日常维修费/(元·a-1)
|
1.3×104
|
1.7×104
|
按站区造价的0.5%计算
|
|
其他费用/(元·a-1)
|
12.0×104
|
12.0×104
|
按LPG灌装站推算
|
|
以上合计/(元·a-1)
|
45.2×104
|
51.1×104
|
—
|
|
达产规模/(m3·a-1)
|
180.0×104
|
288.0×104
|
—
|
|
单位成本/(元·m-3)
|
0.25
|
0.18
|
—
|
2.3 LNG瓶组气化站
① 工艺流程
LNG瓶组气化站的工艺流程见图6。
LNG钢瓶通过汽车运至LNG瓶组气化站，工作条件下，钢瓶自带增压器将钢瓶的LNG增压到0.6 MPa。增压后的低温LNG进入空温式气化器，与空气换热后转化为气态天然气并升高温度，出口温度比环境温度低10 ℃，压力为0.45～0.60 MPa，当空温式气化器出口的天然气温度达不到5 ℃以上时，通过水浴式加热器升温，最后经调压(调压器出口压力为0.35 MPa)、计量、加臭后进入输配管网，送入各类用户[3]。LNG瓶组气化站的实例见图7。
② 主要设备、设施及造价
瓶组气化站的主要设备、设施及造价见表7。
表7 LNG瓶组气化站的主要设备、设施及造价
Tab.7 Main equipment, facilities and their construction cost in LNG vaporizing station with cylinder group
|
供应户数/户
|
500
|
1000
|
2000
|
|
储存规模/m3
|
1.6
|
2.4
|
4.0
|
|
410 L钢瓶台数/台
|
4
|
6
|
10
|
|
410 L钢瓶造价/元
|
10.0×104
|
15.0×104
|
25.0×104
|
|
空温式气化器规格/(m3·h-1)
|
100
|
200
|
300
|
|
空温式气化器台数/台
|
2
|
2
|
2
|
|
空温式气化器造价/元
|
1.5×104
|
3.1×104
|
5.4×104
|
|
调压、计量、加臭装置造价/元
|
5.0×104
|
5.0×104
|
6.0×104
|
|
管材、阀门造价/元
|
4.5×104
|
5.0×104
|
6.0×104
|
|
自控系统造价/元
|
3.5×104
|
3.5×104
|
4.0×104
|
|
土建、总图造价/元
|
15.0×104
|
15.0×104
|
20.0×104
|
|
安装费/元
|
9.5×104
|
9.5×104
|
9.5×104
|
|
造价合计/元
|
49.0×104
|
56.1×104
|
75.9×104
|
|
占地面积/m2
|
300
|
300
|
400
|
③ 运行成本
LNG瓶组气化站的运行成本见表8。
表8 LNG瓶组气化站运行成本
Tab.8 Operation cost of LNG vaporizing station with cylinder group
|
供应户数/户
|
500
|
1000
|
2000
|
备注
|
|
储存规模/m3
|
1.6
|
2.4
|
4.0
|
—
|
|
工资、福利费/(元·a-1)
|
4.5×104
|
4.5×104
|
4.5×104
|
1.5×104元/（人·a）
|
|
折旧费/(元·a-1)
|
2.2×104
|
2.5×104
|
3.5×104
|
按22年折旧计算
|
|
大修费/(元·a-1)
|
1.1×104
|
1.2×104
|
1.7×104
|
按站区造价的2.2%计算
|
|
日常维修费/(元·a-1)
|
0.2×104
|
0.2×104
|
0.3×104
|
按站区造价的0.5%计算
|
|
其他费用/(元·a-1)
|
0.8×104
|
0.8×104
|
1.0×104
|
按LPG瓶组气化站推算
|
|
费用合计/(元·a-1)
|
8.8×104
|
9.2×104
|
11.0×104
|
—
|
|
达产规模(气态)/(m3·a-1)
|
7.3×104
|
14.6×104
|
29.2×104
|
—
|
|
单位成本/(元·a-1)
|
1.20
|
0.63
|
0.38
|
—
|
3 经济分析与应用范围
对LNG卫星站、LNG橇装气化站、LNG瓶组气化站的经济分析见表9，其中LNG瓶组气化站LNG进价为2.8元/m3，LNG卫星站、LNG橇装气化站LNG进价为2.25元/m3。
LNC瓶组气化站经济成本为3.4元/m3，LNG橇装气化站经济成本为3.0元/m3，LNG卫星站经济成本为2.5元/m3。
表9 LNG卫星站、LNG橇装气化站、LNG瓶组气化站经济分析
Tab.9 Economic analysis of LNG satellite station，skid-mounted LNG vaporizing station and LNG vaporizing station with cylinder group
|
站场类型
|
储量/m3
|
工程造价/元
|
气化能力(m3·h-1)
|
运行成本/(元/a-1)
|
年达产工期规模
|
单位成本/(元·m3)
|
年经济工期规模
|
|
供气量/(m3·a-1)
|
供应户数/户
|
供气量/(m3·a-1)
|
供应户数/户
|
|
瓶组气化站
|
1.6
|
49×104
|
100
|
8.8×104
|
7.3×104
|
500
|
4.0
|
不经济
|
|
2.4
|
56×104
|
200
|
9.2×104
|
14.6×104
|
1000
|
3.4
|
不经济
|
|
4.0
|
76×104
|
300
|
11.0×104
|
29.2×104
|
2000
|
3.2
|
18.5×104
|
1200
|
|
撬装气化站
|
25.0
|
260×104
|
700
|
45.2×104
|
180.0×104
|
12000
|
2.5
|
60.3×104
|
4100
|
|
40.0
|
340×104
|
900
|
51.1×104
|
288.0×104
|
20000
|
2.4
|
68.0×104
|
4600
|
|
卫星站
|
100.0
|
498×104
|
4000
|
100.0×104
|
712.0×104
|
48000
|
2.4
|
400.0×104
|
27000
|
|
200.0
|
733×104
|
6000
|
122.0×104
|
1424.0×104
|
97000
|
2.3
|
488.0×104
|
33000
|
|
400.0
|
1294×104
|
9000
|
174.0×104
|
2848.0×104
|
194000
|
2.3
|
696.0×104
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47000
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3种站场的应用范围如下：
当居民用户总规模为1200户以下(即供气规模为18.5×104m3/a以下)时适用LPG瓶组气化站。
当居民用户总规模为1200～2000户(即供气规模为18.5×104～29.2×104m3/a)时适用LNG瓶组气化站。
当居民用户总规模为4100～20000户(即供气规模为60.3×104～288.0×104 m3/a)时适用LNG橇装气化站(储存规模为25～40 m3)。
当居民用户总规模为27000～48000户(即供气规模为400×104～712×104 m3/a)时适用储存规模为100 m3的LNG卫星站。
当居民用户总规模为48000～97000户(即供气规模为712×104～1424×104 m3/a)时适用储存规模为200 m3的LNG卫星站。
当居民用户总规模为97000～194000户(即供气规模为1424×104～2 848×104 m3/a)时适用储存规模为400 m3的LNG卫星站。
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