利用天然氣管網壓力能生產LNG技術研究

楊躍　楊強

【摘 要】我國在天然氣高壓輸送方面取得了長足的發展，在天然氣管道的高壓輸送的過程中，長輸管線在調整壓力時必然會損失大量的壓力能，利用天然氣官網壓力能也自然而然的引起了人們廣泛關注，天然氣管網壓力能對于LNG技術的生產有著重要意義。因此，論文從利用天然氣管網壓力能生產LNG技術研究的意義出發，對天然氣管網壓力能進行分析，最后闡述了基于聯立模塊法壓差液化工藝選擇，希望對利用天然氣管網壓力能生產LNG技術方面工作有所幫助。

【Abstract】China has made great progress in the high-pressure transmission of natural gas. During the high-pressure transportation of natural gas pipeline， the long-distance pipeline will inevitably lose a lot of pressure energy when adjusting the pressure， and using the pressure of natural gas will also cause peoples attention. The pressure of natural gas pipeline network can be of great significance to the production of LNG technology. Therefore， this paper analyzes the pressure energy of natural gas pipeline network from the view of using energy of natural gas pipeline network to produce LNG. Finally， it expatiates on the choice of differential pressure liquefaction process based on simultaneous module method， hoping to provide reference to this technology.

【關鍵詞】天然氣管網；壓力能；LNG

【Keywords】natural gas pipeline network； pressure energy； LNG

【中圖分類號】TE83 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0191-02

1 引言

隨著我國天然氣輸送技術的不斷發展，我國天然氣資源短缺與市場分布不均等問題得到了有效解決，同時還增強了我國天然氣高壓輸送管道的建設。在此背景下，天然氣管道輸送的安全性與環保性顯得十分重要，而在管線調壓過程中將會損耗大量壓力能，生產LNG技術可以實現對高壓天然氣管網壓力能的回收和利用。因此，利用天然氣管網壓力能生產LNG技術研究是一項十分重要的課題。

2 利用天然氣管網壓力能生產LNG技術研究的意義

隨著我國社會各地的快速發展，天然氣的需求量也急劇增加，為了服務于全國各地的建設發展，天然氣輸送建設朝著長距離運輸、高壓運輸方向發展。而在天然氣運輸中難免會造成損失，面對著天然氣在分輸站調壓過程中損失大量的壓力能現象，有必要對利用天然氣管網壓力能生產LNG技術做出相關研究[1]。第一，天然氣在高壓運輸過程中，經過分輸站進行調壓時將會出現較大降壓現象，從而損失大量壓力能。而生產LNG技術在天然氣分輸站對壓力能的回收有著重要作用，此外，還可以消減在高壓天然氣降壓時產生的冰凍效果使其管道受到損傷的效果。對天然氣壓力能的回收可以有效地提高天然氣資源的利用率，避免天然氣能源的浪費，從而實現了天然氣管網的高效運作。第二，LNG是一種環保高效的能源，現階段已經廣泛應用于社會生活當中。同時由于LNG的特性，還可以將天然氣輸送到偏遠地區。而目前國際LNG的市場價格不斷增長，這也使得我國不得不立足于國內資源高效利用，全面發展天然氣液化技術。因此，將天然氣管網壓力能用于LNG的生產具有廣闊的前景。第三，目前我國對利用天然氣管網壓力能生產LNG技術還不夠重視，其技術的使用還不夠成熟，從而導致天然氣壓力能回收效果不好，天然氣液化率較低等問題存在。因此，對于天然氣壓力能的高效利用與回收具有重要的科研意義。

3 天然氣管網壓力能分析

3.1 天然氣管網壓力能的熱力學分析

在能量轉換過程中，需要有評價能量價值的參數，從而使其能量傳遞與轉換清晰的反映出來。而有效能就是其評價能量價值的參數，是指能量轉換系統無論環境怎樣變化，都保持著平衡狀態，而隨意轉換為其他形式的能量就是有效能[2]。有效能分析法將第一定律與第二定律進行有效結合，其目的是能夠清晰地反映出能量的傳遞與轉換情況。此外，將天然氣管網看作一個開口系統，還可形成高壓天然氣壓力計算模型。

3.2 回收壓力能制冷設備的熱力學分析

我國現階段天然氣運輸還在采用節流降壓的傳統方法，這種方法會導致有效能損耗較高，降低了壓力能的利用率。利用高壓天然氣壓力能制冷可以生產LNG，從而達到回收分輸站壓力能液化天然氣的目的。我國通常采用節流閥與透平膨脹機兩種制冷設備，進行天然氣壓力能的回收工作。節流閥通過改變天然氣、通過管道的面積，導致改變天然氣流動的速度從而降低天然氣流動時所產生的壓力。當天然氣經過節流閥時，天然氣由于部分受到阻力其導致壓力降低。當天然氣在節流過程中，其壓力降低，其自身發生膨脹，當節流效應系數大于零時，其節流之后導致溫度降低[3]。透平膨脹機可以導致絕熱膨脹制冷，是一種高效率的設備，而絕熱膨脹制冷又是降低溫度的主要方式。因此，透平膨脹機在回收壓力能制冷上有著舉足輕重的作用。具體方法是天然氣進入透平膨脹機中，經過膨脹并產生足夠的動能，再將動能傳送到工作輪輸出功率，以此降低天然氣的溫度，從而完成天然氣壓力能的回收工作。透平膨脹機工作原理是天然氣流動的速度變化從而發生能量之間的轉換。

4 基于聯立模塊法壓差液化工藝選擇

4.1 分輸站壓差液化天然氣工藝流程

高壓天然氣經過分輸站還要進行去除雜質過程，分離雜質后分流為兩種，其中一種為膨脹后的天然氣，作為制冷原料；另外一種為液化后的天然氣，是作為LNG的原料。在分輸站回收壓力能的過程中，為了節約成本，僅對液化部分的天然氣進行凈化處理[4]。而對于脫水處理來說，兩種狀態天然氣都要進行，這是為了防止天然氣在低溫狀態下造成設備冰堵。經過凈化的液化天然氣，首先會進入到膨脹機的增壓端，達到一定壓力時進入換熱器進行預冷處理，隨后流入到膨脹端進行膨脹處理，使其溫度降低，經過液化的天然氣成為LNG，進行冷藏處理。而沒有經過凈化的天然氣經過預冷處理后進入到膨脹機內，并經過降溫加壓處理后成為液化天然氣，這種天然氣可以為生產LHG提供制冷量。在完成提供制冷量工作后又經過壓縮端進行加壓處理并使其通向天然氣管網中[5]。膨脹前預冷壓差液化天然氣流程分為三個部分，第一，冷劑經過膨脹機壓縮端產生一定壓力后，由水冷器與換熱器依次進行冷卻處理，在天然氣徹底完成降溫降壓后重新回到換熱器中，并為待處理的天然氣提供制冷量，最后返回冷劑壓縮機，以此完成預冷冷劑循環。第二，少量天然氣經過處理后成為膨脹天然氣并經過第一步進行預冷處理，隨后進入透平膨脹機的膨脹端進行降壓降溫，在天然氣完成降溫降壓后進入到另一換熱器中，并為待處理的液化天然氣提供制冷量，最后進入另一壓縮端進行加壓從而向外輸送到天然氣管網中，這是天然氣膨脹制冷支路流程。第三，分輸站的另外部分經過凈化以及脫水的高壓天然氣，作為液化天然氣經過加壓以及進行預冷處理后，通過膨脹機的膨脹端進行降溫，將氣態與液態天然氣相分離[6]。液態天然氣進行回收處理，而氣態天然氣進入另一換熱器進行液化并使用節流閥進行降壓處理，此為天然氣液化支路流程。

4.2 分輸站壓差液化流程模型

分輸站壓差液化流程分為部件模型與數學模型兩種。其中分輸站壓差液化流程部件模型主要分為六種，即分流器模型、換熱器模型、節流閥模型、氣液分離器模型、膨脹機模型以及壓縮機模型。各個部件模型之間的物質、能量的傳遞是通過接口來實現的，每個部件之間都有其相對應的方程，這些方程能夠有效地保持各部件之間的壓力平衡，也能促使進出能量保持平衡[7]。分輸站壓差液化流程系統數學模型是以單位模型作為基礎的，并根據已經完成的分輸站壓差液化流程部件單元模型形成的。這種數學模型可以直觀地計算出輸出變量以及促使分輸站壓差液化流程穩定模型的優化性。

5 結論

現階段，我國天然氣高壓運輸過程中，存在著天然氣能源損失等問題，而將損失的壓力能進行回收與利用是十分必要的。利用天然氣在分輸站調整壓力過程中所損失的壓力能，將天然氣進行液化處理，形成LNG，對于我國天然氣資源的需求有著重要作用。而在這一過程中所產生的壓力能也得到了回收，從而最大限度地避免了能源的浪費。

【參考文獻】

【1】袁丹，徐文東，阮寶榮，.天然氣管網及工業氣體壓力能利用技術開發[J].煤氣與熱力，2015（09）：30-33.

【2】龔曉科.城鎮燃氣管網壓力能綜合利用裝置[J].科技與企業，2016（02）：250+252.

【3】崔國彪，王偉鵬，李東，等.壓差式調峰型天然氣液化流程[J].石化技術，2016（06）：251-252.

【4】張輝，李夏喜，徐文東，等.天然氣高壓管網余壓冷電聯供系統研究[J].煤氣與熱力，2015（07）：35-37.

【5】高俊.利用天然氣管網壓力能生產LNG技術研究[D].成都：西南石油大學，2015.

【6】高順利，顏丹平，張海梁，等.天然氣管網壓力能回收利用技術研究進展[J].煤氣與熱力，2014（10）：1-5.

【7】安成名.天然氣門站管網壓力能回收利用技術研發與應用[J].城市燃氣，2012（09）：25-28.