隨著我國深圳和福建等地大型LNG接收終端站的籌建、河南中原油田LNG工廠的建成及新疆廣匯LNG項目的實施，越來越多的中小城鎮(zhèn)為了解決目前無法用長輸管道供氣而又希望早日用上天然氣的矛盾，開始考慮采用LNG為氣源的非管道輸送供氣技術(shù)。
1 LNG氣化站的工藝流程
LNG供氣系統(tǒng)主要由天然氣液化站(或LNG接收終端站)、LNG槽車、LNG氣化站、輸配管網(wǎng)組成。為了防止天然氣中的雜質(zhì)對液化過程產(chǎn)生不利的影響，氣田開采出來的天然氣先要進行脫酸、脫水、脫重?zé)N、除汞和脫氮等凈化處理，達到一定的標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，然后經(jīng)過深冷工藝液化成LNG。LNG由槽車運至氣化站，氣化后經(jīng)輸配管網(wǎng)供給用戶。LNG氣化站的工藝流程見圖1。
Fig．1 Flow chart of LNG vaporizing station
LNG槽車在卸車臺開啟槽車自帶的增壓器，對槽車儲罐進行增壓，形成槽車儲罐與氣化站儲罐之間的壓差，利用壓差將LNG送入氣化站低溫儲罐內(nèi)儲存。如果氣化站儲罐內(nèi)的LNG壓力較低，氣化時應(yīng)開肩儲罐增壓器增壓，LNG依靠壓差進入空湍式氣化器氣化后經(jīng)調(diào)壓、計量、加臭后送入城鎮(zhèn)輸配管網(wǎng)。當(dāng)空溫式氣化器出口的天然氣溫度低于5℃時，開啟和空溫式氣化器相聯(lián)的水浴式氣化器并將其升溫，直到符合輸送要求為止。氣化站內(nèi)設(shè)有天然氣蒸發(fā)氣(BOG)儲罐，儲罐頂部的蒸發(fā)氣經(jīng)過蒸發(fā)氣加熱器加熱后進入蒸發(fā)氣儲罐。LNG槽車卸車完畢后，通過頂部的氣相管將槽車內(nèi)的氣體輸送到蒸發(fā)氣加熱器，然后進入蒸發(fā)氣儲罐，回收槽車內(nèi)的氣體。當(dāng)蒸發(fā)氣儲罐內(nèi)的壓力達到一定值后，將儲罐內(nèi)的氣體送入城鎮(zhèn)輸配管網(wǎng)[2]。
2 LNG供氣的經(jīng)濟性
2．1 供氣參數(shù)的確定
LNG城鎮(zhèn)供氣的經(jīng)濟性主要取決于供氣規(guī)模和運輸距離(即氣源地至氣化站的距離)[3]。為了找出變化規(guī)律，一般選擇供氣規(guī)模為(0. 5～2. 0)×104戶(以1000戶為間隔)和(2．5～6．0)×104戶(以5000戶為間隔)，運輸距離為50～450 km(以50 km為間隔)進行分析比較。
LNG城鎮(zhèn)供氣包括購氣、運輸、氣化和管道輸配4個環(huán)節(jié)，涉及許多設(shè)備，每種設(shè)備的型號也較多，同一供氣規(guī)模的城鎮(zhèn)供氣系統(tǒng)，有多種設(shè)備組合能夠滿足正常的牛產(chǎn)運行。這些組合方案中必有一種是最經(jīng)濟的，所以需要在設(shè)備優(yōu)化組合的基礎(chǔ)上進行經(jīng)濟性分析。
由于各城鎮(zhèn)輸配系統(tǒng)的情況不同，購氣價格變化較大，本文僅對供氣系統(tǒng)的運輸和氣化2個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化。購氣價格取中原油田天然氣液化工廠的LNG售價1．65元／m3，管道輸配費用哲取O．40元／m3。計算時，居民生活用氣量指標(biāo)取2303 MJ／(人·a)，天然氣低熱值取35.59 MJ／m3，每戶平均人數(shù)取3．5人／戶，民用戶月高峰系數(shù)取1．15，日高峰系數(shù)取1．1，小時高峰系數(shù)取3．2，工業(yè)用戶用氣量占總用氣量的比率取15％，未預(yù)見量占總用氣量的比率取5％，存儲天數(shù)取4 d。
2. 2 經(jīng)濟性生分析
LNG供氣年總費用由年購氣費用、年運輸費用、年氣化費用和年管道輸配費用組成。
以年總費用最低為目標(biāo)，建立氣化和運輸環(huán)節(jié)的設(shè)備優(yōu)化組合模型并編制程序。根據(jù)廠家提供的氣化站主要設(shè)備及槽車的型號和價格，求解模型，得到各個供氣規(guī)模和運輸距離下的最佳設(shè)備組合方案及相應(yīng)的年總費用。圖2～8是根據(jù)優(yōu)化結(jié)果作出的LNG供氣系統(tǒng)年總費用、年運輸費用、單位熱量運輸成本和單位熱量成本隨供氣規(guī)模和運輸距離的變化曲線。由于這些圖中曲線很多且有些走向一致，因此只畫出了部分曲線。
Fig 2 Variation curve of total annual cost of LNG supply system with gas supply scale and transport distances
Fig．3 Variation curve of annual transport coat with transport distances
圖4 年運輸費用隨供氣規(guī)模的變化曲線
Fig．4 Variation curve of annual transport cost with gas supply scale
Fig. 5 variation curve of unit heat transport cost with transport distances
圖6 單位熱量運輸成本隨供氣規(guī)模的變化曲線
Fig. 6 Variation curve of unit heat transport cost with gas supply seake
根據(jù)圖2～8，分析如下：
①LNG供氣年總貲用對運輸距離的變化不敏感。
?、谀赀\輸費用隨運輸距離線性變化，當(dāng)供氣規(guī)模在3×1O4戶以下時，斜率較小；當(dāng)供氣規(guī)模在3.5×104戶以上時，斜率較大，且在200 km和250km之間有一轉(zhuǎn)折。斜率差異主要是因為目前LNG汽車槽車型號少(國內(nèi)常用的LNG槽車容積主要為30 m3、40m3和45 m3)，3×104戶以下供氣規(guī)模的氣化站每天所需的用氣量，單輛槽車每天運輸一次即能滿足。供氣規(guī)模超過3×104戶后，單輛槽車每天運輸2次或2輛槽車每天各運輸一次才能滿足氣化站每天所需的用氣量。出現(xiàn)轉(zhuǎn)折主要是因為建模過程中考慮到運輸安全性，規(guī)定槽車的行駛速度為70 km／h且單輛槽車每天在路上行駛的時間不超過13 h，因此當(dāng)運輸距離超過200km后，氣化站每天所需的用氣量由原先的單輛槽車每天運輸2次來滿足變?yōu)?輛槽車每天各運一次來滿足，從而年運輸費用中的槽車年折舊費用、保險費用等增加。
Fig．7 Variation curve of unit heat cost with transport distances
圖8 單位熱量成本隨供氣規(guī)模的變化曲線
Fig.8 Variation curve of unit heat cost with gas supply scale
?、?單位熱量運輸成本基本上先隨供氣規(guī)模的增大而急劇降低，當(dāng)供氣規(guī)模達到3×1O4戶后，單位熱量運輸成本突然增加，隨后隨供氣規(guī)模的增大又緩慢降低。單位熱量成本和單位熱量運輸成本隨供氣規(guī)模的變化類似。在滿足氣化站每天所需用氣量的前提下，由于槽車型號少且固定，因此對于某些供氣規(guī)模，槽車的運氣能力不能得到充分發(fā)揮，出現(xiàn)了運輸成本由小變大的現(xiàn)象。
?、?LNG供氣經(jīng)濟性良好，供氣成本在2．15～2．77元／m3內(nèi)變化。但對于15×1O4戶以下的供氣規(guī)模不適合遠距離運輸，因為隨著運輸距離的增加，這些規(guī)模的供氣成本增加較大。
⑤ 同樣運輸距離下，供氣規(guī)模為3×104戶的單位熱量成本是較低的，其年總費用也較適中。因此，3×104戶是LNG供氣技術(shù)的理想供氣規(guī)模。
3 結(jié)語
綜上所述，LNG供氣技術(shù)具有較好的經(jīng)濟性，隨著我國LNG鐵路運輸專用線的建成和液化工藝的不斷改進，其經(jīng)濟性將更加明顯，是今后一段時間內(nèi)具有推廣價值的中小城鎮(zhèn)非管道輸送供氣方式。隨著大型LNG接收終端站、LNG工廠和LNG氣化站的建設(shè)，多種LNG運輸方式的發(fā)展，配套法律法規(guī)的完善及國家對LNG應(yīng)用于城市燃氣供應(yīng)的政策支持，LNG供氣技術(shù)將不斷得到完善，發(fā)揮其良好的技術(shù)性和經(jīng)濟性。
參考文獻：
[1] 閻觀亮，崔洪星，張明會．LNG工廠的原料氣處理[J]．石油與天然氣化工，2000，29(4)；188—191．
[2] 劉新領(lǐng)．LNG供氣站的建設(shè)[J].煤氣與熱力，2002，22(1)：35—36
[3] 楊俊杰，陳志斌.城鎮(zhèn)CNG與LNG供氣方案的經(jīng)濟分析[J].煤氣與熱力，2003，23(1)：28—29、32
本文作者：時國華 ， 段常貴 ， 趙璽靈
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