LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫(kù)技術(shù)開(kāi)發(fā)及示范

摘 要

摘要：隨著我國(guó)能源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻、LNG產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和節(jié)能工程的全面展開(kāi)，LNG的氣化冷能的高效利用已備受重視。LNG冷能的充分利用不僅可以節(jié)約大量用于制冷的電能，而且將有
摘要：隨著我國(guó)能源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻、LNG產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和節(jié)能工程的全面展開(kāi)，LNG的氣化冷能的高效利用已備受重視。LNG冷能的充分利用不僅可以節(jié)約大量用于制冷的電能，而且將有利于降低LNG使用的氣化成本，對(duì)我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重大意義。廣東省佛山市順德杏壇LNG站冷能利用項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首次將冷能的量化和計(jì)量用于實(shí)際工程并商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的冷能利用項(xiàng)目，也是國(guó)內(nèi)首個(gè)LNG冷能利用運(yùn)營(yíng)示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目總投資128.9627元，每小時(shí)可向冷庫(kù)提供-35℃～45℃的液氨800kg～1600kg，商業(yè)運(yùn)營(yíng)1個(gè)月以來(lái)，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均符合用戶使用要求。
關(guān)鍵詞：LNG衛(wèi)星站；冷能；冷庫(kù)；示范
1 緒論
1.1 杏壇LNG站的冷能利用項(xiàng)目研究的目的和意義
    生產(chǎn)1t LNG需要消耗850kWh的電力，其值只有120kWh左右，在液化的過(guò)程中，不可逆損失達(dá)到730kWh，這是制冷的過(guò)程中所不能避免的。如果把這些冷量等溫位傳遞給冷能用戶，并考慮傳熱溫差和過(guò)程損失，則一般可以節(jié)約500kWh～700kWh的電力。按照目前順德電價(jià)用于深冷項(xiàng)目計(jì)算，-162℃LNG冷能的理論價(jià)值約為500元/t，以杏壇LNG衛(wèi)星站每天氣化3萬(wàn)Nm3天然氣計(jì)算，則冷能的理論價(jià)值約為440萬(wàn)元/年。
    在當(dāng)前我國(guó)極其嚴(yán)峻的能源形勢(shì)下，我們有責(zé)任充分利用這些寶貴的冷能。在充分吸取國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步自主創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LNG冷能綜合優(yōu)化利用技術(shù)。這將有利于降低LNG的使用成本，符合我國(guó)向節(jié)約型社會(huì)發(fā)展的國(guó)策，因而具有重大的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)意義與及其深遠(yuǎn)的社會(huì)和戰(zhàn)略意義。
1.2 國(guó)內(nèi)外LNG冷能利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
    目前，國(guó)際上LNG冷能利用技術(shù)主要應(yīng)用于空氣分離、發(fā)電、輕烴分離、廢舊物品(塑料制品和橡膠制品)低溫粉碎、冷凍冷藏、海水淡化、干冰制造、生活?yuàn)蕵?lè)取冷等。但國(guó)內(nèi)的LNG冷能利用技術(shù)尚不成熟。
    國(guó)外已有眾多LNG冷能利用項(xiàng)目。位于日本神奈川縣根岸基地的金槍魚(yú)超低溫冷庫(kù)，采用LNG作為冷庫(kù)的冷源，將載冷劑冷卻到一定溫度，冷卻后的載冷劑經(jīng)管道進(jìn)入冷凍、冷藏庫(kù)，通過(guò)冷卻盤(pán)管釋放冷量實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的冷凍冷藏。日本神奈川縣根岸基地的金槍魚(yú)超低溫冷庫(kù)，自1976年開(kāi)始營(yíng)業(yè)，至今效果良好。
    2007年9月28日，由中海油基地集團(tuán)控股投資建設(shè)的我國(guó)首個(gè)利用LNG冷能進(jìn)行空氣分離的生產(chǎn)項(xiàng)目在福建省莆田市正式開(kāi)工奠基。但該項(xiàng)目至今尚未正式運(yùn)營(yíng)，寧波、珠海、大連等幾個(gè)大型接收站LNG冷能利用項(xiàng)目都處于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。
    順德港華與華南理工大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的杏壇LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫(kù)技術(shù)項(xiàng)目尚屬國(guó)內(nèi)首個(gè)運(yùn)營(yíng)的LNG冷能利用項(xiàng)目，在該領(lǐng)域起到引領(lǐng)示范作用。
1.3 杏壇LNG站的冷能利用項(xiàng)目背景及概況
    本項(xiàng)目位于佛山市順德區(qū)港華燃?xì)庥邢薰拘訅疞NG衛(wèi)星站，此衛(wèi)星站是順德區(qū)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的補(bǔ)充氣源。站內(nèi)共有100m，LNG儲(chǔ)罐6個(gè)，其中最高工作壓力0.8MPa的儲(chǔ)罐有2個(gè)，最高工作壓力0.6MPa的儲(chǔ)罐有4個(gè)；LNG空溫氣化器8臺(tái)，單臺(tái)氣化器氣化能力為2000Nm3/h。杏壇LNG衛(wèi)星站所用氣源大多是來(lái)自于深圳大鵬的LNG，最大供氣能力為15萬(wàn)Nm3/d，目前的氣化量為2萬(wàn)Nm3/d～10萬(wàn)Nm3/d，氣化壓力為0.4MPa～0.7MPa，管網(wǎng)外輸壓力為0.3MPa。
   冷庫(kù)毗鄰杏壇LNG衛(wèi)星站，主要的經(jīng)營(yíng)范圍是水產(chǎn)品的加工及儲(chǔ)存，庫(kù)容總量為3000t，含有-30℃冷凍庫(kù)和-15℃儲(chǔ)藏庫(kù)，并計(jì)劃擴(kuò)建至8000t～9000t，而且還計(jì)劃開(kāi)展新的冷加工業(yè)務(wù)。冷庫(kù)目前共有氨壓縮制冷裝置3套，其中制冷量為163kW/h的制冷裝置2套，制冷量為184kW/h的制冷裝置1套；根據(jù)所處理的水產(chǎn)品量及加工要求選擇制冷裝置的開(kāi)啟數(shù)量。冷庫(kù)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，夏天每天開(kāi)2臺(tái)壓縮機(jī)，一般開(kāi)15h～16h，需冷負(fù)荷為4890kwh～5216kWh，冬天每天開(kāi)1臺(tái)壓縮機(jī)，一般開(kāi)18h～20h，需冷負(fù)荷為3100kWh。一年耗電量達(dá)120多萬(wàn)元，擴(kuò)建后耗電量和費(fèi)用都會(huì)大幅遞增。
2 LNG冷能利用項(xiàng)目技術(shù)方案
2.1 技術(shù)方案設(shè)計(jì)
LNG冷能用于冷庫(kù)技術(shù)方案設(shè)計(jì)如圖1。該技術(shù)方案主要包括3個(gè)部分：LNG氣化系統(tǒng)、低壓氨制冷循環(huán)系統(tǒng)和電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)。技術(shù)特點(diǎn)：當(dāng)LNG供量不足時(shí)，可啟動(dòng)電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)，兩個(gè)氨制冷系統(tǒng)可同時(shí)向冷庫(kù)供冷。
 
    在本方案中，通過(guò)換熱器中氨氣的壓力確定進(jìn)入換熱器的LNG流量；通過(guò)冷庫(kù)溫度調(diào)節(jié)進(jìn)入冷庫(kù)的液氨量；再通過(guò)低溫液氨流量確定冷能費(fèi)用。
    具體流程為：將LNG分成兩路，一路LNG進(jìn)入原空溫氣化器氣化為常溫的天然氣，經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓至0.3MPa～0.35MPa后，進(jìn)入城市管網(wǎng)，完成LNG的氣化。另一路LNG將出冷庫(kù)的氨氣冷凝后經(jīng)輔熱空溫氣化器氣化升溫至常溫，再與原LNG氣化系統(tǒng)中的天然氣混合，最終送入城市管網(wǎng)；同時(shí)，冷凝后的液氨，經(jīng)氨泵加壓至0.3MPa～0.5MPa后順序經(jīng)流量計(jì)流至調(diào)壓閥，降壓至0.15MPa，最后送入冷庫(kù)制冷，完成低壓氨制冷循環(huán)。
    當(dāng)冷庫(kù)的需冷量較大，或LNG量供應(yīng)不足時(shí)，為滿足要求，在進(jìn)行低壓氨制冷循環(huán)的同時(shí)，開(kāi)啟電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)。電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)冷凝后的液氨經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓至0.15MPa后，與來(lái)自低壓氨制冷循環(huán)中經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后0.15MPa的液氨混合，最后進(jìn)入冷庫(kù)制冷。
2.2 項(xiàng)目方案實(shí)施進(jìn)度
    2009年7月完成總體方案設(shè)計(jì)；
    2009年8月進(jìn)行主體設(shè)備設(shè)計(jì)制作和工藝設(shè)計(jì)；
    2009年11月完成附屬設(shè)備訂購(gòu)；
    2009年12月完成主體設(shè)備制造；
    2010年1月底完成整體流程及設(shè)備安裝；
    2010年2月進(jìn)行工藝調(diào)試；
    2010年5月項(xiàng)目正式商業(yè)運(yùn)營(yíng)。
 
3 LNG冷能利用項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性分析
為實(shí)現(xiàn)冷能的量化和計(jì)量應(yīng)用于實(shí)際工程并商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，對(duì)LNG冷能價(jià)值計(jì)算方法做以下初步探索：
T溫度下單位冷能價(jià)值計(jì)算公式為：
CqT=Ce×Exp/Q+△P/Q
   式中：CqT為T(mén)溫度下的單位冷能價(jià)值
    Ce為電價(jià)
   Exp為制冷耗電量
   Exp/Q為制得單位冷量所耗的電
   △P/Q為制得單位冷量所需付出的投資折舊費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，在難以獲得準(zhǔn)確的具體數(shù)據(jù)條件下，暫設(shè)△P/Q費(fèi)用占冷量成本的15%。
   冷能價(jià)值計(jì)算公式可表示為：
   CqT=82.85×Ce×Exp(-0.0217×T)
LNG的溫焓狀態(tài)隨壓力變化較大，其低溫傭值也差別較大，不同溫度下LNG釋放出不同的冷能，其冷能價(jià)值應(yīng)為：
 
綜上，LNG冷能價(jià)值計(jì)算公式應(yīng)為：
 
    按照LNG冷能價(jià)值計(jì)算公式，在-34℃下，電價(jià)為0.85元/kWh條件下，此時(shí)冷能價(jià)值約為0.394元/kWh，相當(dāng)于160.1元/t(液氨)。
    本項(xiàng)目總投資128.96萬(wàn)元(其中建設(shè)投資123.66萬(wàn)元，建設(shè)期利息2.44萬(wàn)元，流動(dòng)資金2.86萬(wàn)元)，年均銷(xiāo)售收入85萬(wàn)元/年，年均稅后利潤(rùn)30.07萬(wàn)元/年。內(nèi)部收益率31.69%(稅后)，靜態(tài)投資回收期(稅后)4.10年(含建設(shè)期)，動(dòng)態(tài)投資回收期(稅后)5.12年(含建設(shè)期)。
    對(duì)于冷庫(kù)方，其收益在于：(1)冷能費(fèi)用減少0.05元/kWh，每年總體節(jié)省電費(fèi)約25萬(wàn)元；(2)減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行和維修費(fèi)用15萬(wàn)元；(3)故障少、維修簡(jiǎn)單、操作控制容易；(4)易于冷庫(kù)擴(kuò)建和冷加工業(yè)務(wù)的開(kāi)展；(5)節(jié)省冷庫(kù)擴(kuò)建的電制冷用地和建設(shè)投資。
4 杏壇LNG衛(wèi)星站冷能遠(yuǎn)期利用方案
    目前，LNG衛(wèi)星站由于冷能較少、大部分LNG衛(wèi)星站的供氣規(guī)模在10萬(wàn)Nm3/d以下，而且冷能隨時(shí)間頻繁波動(dòng)等原因而未能得到迅速發(fā)展。LNG衛(wèi)星站數(shù)量多、分布廣、可用的總冷能大，而且衛(wèi)星站的氣化壓力遠(yuǎn)低于大型接收站的氣化壓力，氣化釋放的冷能品位更高，因此，LNG衛(wèi)星站冷能的高效利用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)具有重大的意義。
    LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫(kù)技術(shù)的成功應(yīng)用是冷能利用的第一步。在此基礎(chǔ)上，我們將繼續(xù)開(kāi)發(fā)冷媒循環(huán)換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化技術(shù)、相變儲(chǔ)能技術(shù)，建立冷媒循環(huán)系統(tǒng)來(lái)回收利用LNC冷能，用于廢舊橡膠低溫粉碎、干冰制備等中試項(xiàng)目，建成國(guó)內(nèi)首個(gè)LNC冷能高效利用技術(shù)示范基地。
參考文獻(xiàn)：
1 李靜，李志紅，華賁.LNG冷能利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景.天然氣工業(yè)，2005：25
2 嚴(yán)銘卿，廉樂(lè)明.天然氣輸配工程.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005
3 王強(qiáng).液化天然氣冷能分析及回收利用.流體機(jī)械，2003：1
4 王坤，顧安忠.LNG冷能利用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析.天然氣工業(yè)，2004：7
5 李亞鋒.液化天然氣冷能利用特性研究.能源利用與研究，1997：1
 
(本文作者：劉宗斌1 黃建衛(wèi)1 徐文東2 1.佛山市順德區(qū)港華燃?xì)庥邢薰?28300；2.華南理工大學(xué)天然氣利用研究中心 510640)