淺談LNG氣化站與冷庫聯合使用的能源綜合利用

趙佳

摘 要：LNG（液化天然氣）是氣態的天然氣（甲烷）經壓縮、冷卻、節流形成的-162℃的常壓、低溫液體。按國內傳統的液化工藝，均是以電為動力，壓縮混合冷劑為其制冷。因此天然氣液化需要大量的能量，LNG氣化過程為相反過程，會放出大量的能量；而冷庫為儲存常溫或者低溫介質的場所，需要大量的冷量，因此把LNG氣化站與冷庫結合起來，能合理的調配能量，調整產業結構，達到節能減排的目的。

關鍵詞：LNG氣化；冷庫；節能減排

傳統的LNG氣化站：儲存的LNG經泵增壓后，通過空溫式汽化器升溫然后經水浴式汽化器復熱后調壓、計量通過管道輸送至下游用戶。儲罐內LNG蒸發氣（BOG）經空溫式換熱器升溫后進入壓縮機，經壓縮機增壓后合并進入調壓計量系統。

傳統的冷庫：冷庫分為常溫庫、低溫庫和超低溫庫，目前國內的大部分冷庫均是以電能為動力，把氨壓縮，壓縮后的氨在冷庫中膨脹，為冷庫提供冷量。

一、LNG氣化站

由于天然氣為清潔能源，燃燒后的產物為二氧化碳和水對環境的污染小，因此近幾年來，國家大力的推廣天然氣，大部分企業和居民原有燃煤、燃油鍋爐都相繼改成了燃氣爐。但是目前大部分地方天然氣管道均未敷設到位，因此需要LNG氣化站來解決此問題。

LNG為常壓、低溫液體，1方LNG氣化后大約為600方氣體。使用時LNG需要重新轉化為常溫氣體，溫度由-162℃復溫至常溫，大量的冷能被釋放出來，每噸LNG可產生（8.3-8.6）×105kJ的冷能[1]。1噸LNG氣化為25℃的氣體，理論上可利用的冷量為250KW.h[2]，目前LNG氣化的工藝均是以空溫式汽化器與水域式汽化器相結合的方式。此工藝，首先造成了能源的浪費；第二、目前國內空溫式氣化器氣化效果不是太好，在一用一備的前提下，依然有大面積結冰的情況發生，這樣會加重下游水浴式汽化器的負荷，水浴式汽化器一般都是電加熱或者蒸汽加熱，同樣會增加此部分的能耗；第三、汽化器除冰過程中，需要用到蒸汽噴射升溫；但是大部分的氣化站都是以人工手動除冰的方式，有可能對汽化器造成損壞，汽化器內的低溫液體可能會噴射到人身上，氣體外泄后遇到明火很容易爆炸，引發重大安全事故。

二、冷庫

冷庫按其儲存介質對溫度的要求，分為高溫庫（0-10℃）、中溫庫（-18-0℃）、低溫庫（-35℃左右）和超低溫庫（-60℃左右），由于LNG的冷能品味較高，所以提供的冷能可以滿足任何溫度要求的冷庫，目前冷庫主要集中在沿海地區，主要為冷凍加工海鮮產品。目前國內的冷庫一般都是以氨為冷媒，通過壓縮機增壓后進入冷庫進行膨脹制冷，為冷庫提供冷量。但是氨為介質的冷庫有以下幾方面的缺點：一，氨為乙類易燃、易爆介質，進入冷庫后如果泄漏遇到明火很容易爆炸；二，氨具有毒性，泄漏后會對人員產生危害、對儲存的介質產生污染，如果發生大規模的泄漏，儲存的物品均需處理，不能繼續食用；三，氨冷庫需要設置大量的有毒氣體探測儀，加大投資；四，氨的壓縮需要壓縮機以及配套的冷卻塔，首先投資會比較高；其次，壓縮機為動設備，噪音污染很嚴重，檢修維護成本高。且自從天津冷庫發生事故之后，國家對冷庫制冷劑氨的使用量做了控制，且不允許氨直接進入冷庫。

三、LNG氣化站與冷庫聯合使用

1.聯合使用的前提條件

由于LNG氣化站需要把LNG進行氣化，把LNG由-162℃的液體升溫至25℃的氣體，LNG的氣化潛熱為511kJ/kg，因此LNG的氣化，可以提供大量的冷量；而冷庫內的溫度一般都為-60℃至5℃，需要外界提供大量的冷量。因此兩者能有機的結合起來以達到節能的目的。

2.聯合使用的方法

（1）已有冷庫的節能改造

由于很多冷庫已經建成，因此設備管路均已定型，LNG氣化站與之聯合使用的方式相對比較簡單。可以用LNG提供的冷量與氨壓縮機的循環水進行換熱，取消冷卻水塔；與出口的氨進行換熱，降低氨進入冷庫的溫度。

（3）新建冷庫的聯合使用

新建的LNG氣化站并且為新建的冷庫，則可以統一綜合考慮。對于LNG冷能回收技術目前國內已經有成熟的工藝，福建莆田LNG接收站成功把LNG冷能回收用于冷庫。

3.冷庫工藝

（1）聯合使用的工藝

本文以中小型冷庫為例，冷庫溫度由-60℃的金槍魚冷藏庫，-28℃的魚蝦凍結庫，-18℃的魚蝦冷藏庫至5℃的蔬菜冷藏庫[3]，考慮到換熱器的傳熱溫差約8℃，即冷媒在這四個冷庫中的蒸發溫度分別為-69℃，-38℃，-28℃和-5℃：

由于氨的氣化潛熱為1373kJ/kg，壓縮后進入冷庫進行膨脹制冷，常用的制冷劑介質中基本沒有哪個介質比氨更有優勢，但是由于氨自身的易燃、有毒等特性以及天津爆炸后國家對冷庫制冷劑的控制且氨不可以直接進入冷庫換熱。因此需要一種冷媒替換，且冷媒需要有以下特點：首先不能有爆炸和燃燒危險且無毒；第二、由于是和LNG換熱，冷媒需不易凝固，凝固點溫度不能比-162℃高太多；第三、容易購買，且價格相對低廉；第四、在發生相變時，能滿足無常壓沸點低于蒸發溫度-69℃，且同時滿足LNG-冷媒換熱器的冷媒側不會出現負壓的情況。綜合考慮，選擇R23作為中間冷媒，R23的沸點為-82.1℃，凝固點為-155℃。[4]

由于LNG的溫度為-162℃，氣化需要大量的熱量，因此可以用冷媒在冷箱中與LNG換熱，低溫的冷媒通過泵增壓，依次經過-60℃的金槍魚冷藏庫，-28℃的魚蝦凍結庫，-18℃的魚蝦冷藏，5℃的蔬菜冷藏庫，復溫的冷媒再次進冷箱換熱。利用HYSYS軟件對流程進行建模計算，分析不同流程在能耗方面的區別，圖1冷庫冷能全部來自LNG，圖2為傳統的電壓縮工藝模型，冷庫所需冷量完全由壓縮機提供。建模過程中LNG氣化器和換熱器的壓損設定為20KPa。

流程見圖1：

圖1 冷媒用于冷庫HYSYS模型圖

（2）傳統工藝

傳統工藝主要是以電為動力，主要的冷量采用相變提供，比如用的最多的為氨，氨經過壓縮機壓縮，再經冷卻節流為冷庫提供冷量。流程見圖2：

由表1和表2可以看出，兩種工藝提供給冷庫的冷量功率均為227.38kW，但傳統電壓縮工藝需要耗電124.8kW，而利用LNG冷能的冷庫制冷工藝泵僅需要0.16kW，大大節約了能耗。

（3）聯合使用的意義

以小時供氣量1400標方的LNG氣化站為例，當地溫度按10℃。氣化量為1400Nm3/h，供氣壓力0.4MPa，需要的LNG量大約為1噸，溫度由-162℃通過空溫式汽化器和水浴式汽化器升溫達到25℃，選用1用1備的2000Nm3/h的空溫式氣化器升溫至0℃，再由水浴式汽化器升溫至25℃，汽化器升溫過程中釋放的冷能大約為220kW，按傳統的工藝，這部分冷能直接被空氣帶走，白白浪費。

跟冷庫結合之后，如果用于-25℃的低溫冷藏庫，根據計算，可以給高4.2m，長50m，寬40m的冷庫提供冷藏需要的冷量；如果用于加工庫，按加工時間6小時計算，把肉類從30℃冷凍至-25℃，可以為100m2高4.2m的冷凍庫提供充足的冷量。

跟冷庫聯合使用后，LNG氣化站少了空溫式汽化器的布置，減少了用地面積，節約了成本；同時冷庫區域也省去了制冷壓縮機，節約了電能。

結語：

1、LNG氣化站與冷庫的聯合使用后，能達到能源的互補以及變廢為寶的目的；

2、較之傳統的冷庫電壓縮制冷工藝，LNG冷能用于冷庫的制冷工藝可以大大節省電能，減少冷庫的運行成本。

3、節省投資，縮短投資回收期。

參考文獻

[1]吳集迎，馬益民，陳仕清 LNG冷能用于冷庫的系統設計及分析[J].集美大學學報：自然科學版，2010，15（1）：44-47

[2]王坤、顧安忠.LNG冷能利用技術及經濟分析.天然氣工業，2004；7

[3]徐維、于偉等.冷庫設計規范 北京：中國計劃出版社，2010

[4]黃美斌，林文勝，顧安忠.利用LNG冷能的低溫冷庫流程比較.制冷學報 第30卷 第4期

（作者單位：康泰斯（上海）化學工程有限公司）