利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)LNG技術(shù)研究

李斐非

摘要：隨著天然氣管網(wǎng)的高壓輸送發(fā)展，長輸管線分布具有較大的壓力功能。利用天然氣管網(wǎng)壓力能得到人們的廣泛重視，因為液化天然氣是一種清潔環(huán)保性能源，在天然氣市場上占有較大位置，所以，要對天然氣管網(wǎng)壓力進(jìn)行回收，需要利用生產(chǎn) LNG 技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能排放作用， 保證使用期間能夠獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：天然氣；管網(wǎng)；壓力能；LNG 技術(shù)

隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，管道輸送得以有效進(jìn)步，不僅解決了我國的天然氣資源不足以及市場發(fā)展不平衡等問題，還促進(jìn)了天然氣長輸管道的積極建設(shè)。在該發(fā)展趨勢下，實現(xiàn)管道運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性與安全性成為建設(shè)與發(fā)展的主要問題，并成為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展下天然氣管道建設(shè)的總體趨勢。

一、天然氣管網(wǎng)有效壓力能分析

（一）高壓天然氣壓力能的熱力學(xué)分析

為了對能量價值參數(shù)進(jìn)行評價，主要是系統(tǒng)在任意狀態(tài)下能夠從可逆變化到環(huán)境狀態(tài)平衡，將理論上將其轉(zhuǎn)換為任何形式的能量。對能量價值參數(shù)進(jìn)行評價，不僅能評價出的高壓天然氣管網(wǎng)利用的壓力能潛能，還能形成高壓天然氣壓力計算模型。

（二）回收壓力能制冷設(shè)備的熱力學(xué)分析

長輸管線輸送的高壓天然氣在下游用戶前，需要對降壓規(guī)定的壓力等級才能將其輸送到城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)處。但在目前天然氣長輸管線分分輸站，是利用傳統(tǒng)的方法實現(xiàn)的，不僅實現(xiàn)了節(jié)流降壓，還損害了大量可利用壓力能。回收分輸站壓力能液化天然氣在實質(zhì)上，是利用高壓氣體壓力能對其制冷的，一般情況下，主要利用的回收氣體設(shè)備為氣流閥、透平膨脹機(jī)。對于節(jié)流閥，它是通過改變流通道的橫截面積、流體流速，降低流體壓力。在連續(xù)流動的高壓天然氣從節(jié)流閥中流過期間，將降低天然氣壓力的部分阻力。利用節(jié)流閥制冷的熱力學(xué)分析，在形式下，其過程是不可逆過程。對于透平膨脹機(jī)，其原理是一種獲得低溫的主要方法，能夠?qū)崿F(xiàn)絕熱膨脹制冷。該設(shè)備在使用過程中，是利用工作流體的速度變化實現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)換，這樣不僅能透平膨脹機(jī)內(nèi)的膨脹動能，還能將工作輪輸出外功，以降低工作流體內(nèi)的溫度。

二、基于聯(lián)立模塊法壓差液化工藝選擇

高壓天然氣管網(wǎng)壓力能損失主要出現(xiàn)在分輸站調(diào)壓過程中，不僅能實現(xiàn)能量的回收利用，還能將天然氣長輸管線分輸站壓力能進(jìn)行回收對 LNG 進(jìn)行生產(chǎn)。

（一）分輸站壓差液化天然氣工藝流程

單純利用分輸站壓差液化天然氣工藝，不僅能為其制冷冷源，還能為 LNG 的原料氣。在分輸站回收壓力能液化天然氣流程中，不僅能節(jié)約凈化成本，還能對其進(jìn)行深度脫硫脫碳處理，以保證能夠達(dá)到一定的凈化指標(biāo)。對于膨脹前預(yù)冷壓差液化流程。在該過程中，冷劑循環(huán)能夠為液化流股天然氣提供預(yù)冷冷量。如：圖 1 中為主要的工藝流程，該流程是由于預(yù)冷冷劑循環(huán)、膨脹制冷支路以及天然氣液化支路等部分組成。這幾個部分在期間存在不同作用，對于預(yù)冷冷劑循環(huán)， 能夠?qū)⒗鋭嚎s機(jī)壓縮到的高壓，并進(jìn)入到水冷器冷卻，接著利用節(jié)流閥降溫，使其能夠提供出冷量，以實現(xiàn)預(yù)冷循環(huán)工作。對于膨脹制冷支路，分輸站是高壓天然氣經(jīng)過深度脫水，膨脹后形成的制冷劑循環(huán)預(yù)冷。然后，降壓降溫使其返回流入換熱器，保證能夠為其提供冷量后，進(jìn)入到天然氣管網(wǎng)中。對于天然氣液化支路，它能進(jìn)入到分離器中，將 LNG 與 BOG 分離，以促進(jìn) LNG 產(chǎn)品在低溫儲罐中的形成。膨脹后外冷差液化流程，在該過程中，膨脹流股天然氣能夠為其提供預(yù)冷冷量，在該循環(huán)中，是將液化流股天然氣液化轉(zhuǎn)換為冷量。

（二）分輸站壓差液化流程部件模塊

最基本的部件模塊主要為分流器模型、換熱器模型、節(jié)流閥模型、氣液分離器模型以及膨脹機(jī)模型以及壓縮機(jī)模型。每個模塊在連接期間，是通過各個接口實現(xiàn)的，該接口不僅能促進(jìn)部件模塊之間物質(zhì)、能量的交換，還能促進(jìn)參數(shù)的有效傳遞。部件模塊在參數(shù)傳遞下，在接口實現(xiàn)連接，連接相對對應(yīng)的方程，不僅能促進(jìn)連接各個壓力相等、保證連接處，還能促進(jìn)進(jìn)出量的平衡性。

（三）分輸站壓差液化流程系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

工藝系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬的數(shù)學(xué)模型建立期間，是以單位模型為基礎(chǔ)，并根 據(jù)建立的分輸站壓差液化流程部件單元模型形成的。這樣不僅能計算出自 由度與輸出變量，還能促進(jìn)分輸站壓差壓差液化流程穩(wěn)定模型的優(yōu)化性。

（四）流程的模擬與優(yōu)選

單純的利用壓差液化系統(tǒng)，需要通過 HYSYS 軟件建立數(shù)學(xué)模型。其中，壓差對天然氣液化率產(chǎn)生一定影響，在天然氣的分輸量、進(jìn)站壓力為定值期間，需要對外輸壓力、分輸站的壓差進(jìn)行的分析。一般情況下，天然氣液化率隨著壓差不斷增大不斷上升。分輸量對天然氣液化率的影響，是天然氣在進(jìn)站、出站為定值期間，需要對分輸量進(jìn)行改變。液化率是隨著分輸量的變化而變化的，盡管天然氣的液化率不變，但分輸量不斷增大，LNG 的產(chǎn)量就會不斷增加。

總結(jié)：

基于以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，一個膨脹前的預(yù)冷壓液化流程優(yōu)化比較復(fù)雜，在工況條件下，形成的各個參數(shù)不變，其最優(yōu)數(shù)值會變化。并且，天然氣分輸站是利用壓差液化天然氣工藝對壓力進(jìn)行回收的， 期間，天然氣需要滿足 LNG 的凈化指標(biāo)，這樣不僅能促進(jìn)深度凈化工作的處理，還能做好相應(yīng)的回收處理工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉建輝.天然氣儲運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)研究及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[D].華南理工大學(xué)，2012.

[2] 黃志偉.天然氣高壓輸配系統(tǒng)應(yīng)急儲備工藝優(yōu)化設(shè)計及工程化研究[D].華南理工大學(xué)，2013.

[3] 安成名.燃?xì)夤艿缐毫δ苡糜诎l(fā)電—制冰技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué)，2013.

[4] 徐文東，鄭惠平，郎雪梅，陳玉娟，樊栓獅.高壓管網(wǎng)天然氣壓力能回收利用技術(shù)[J].化工進(jìn)展，2010，12：2385-2389.

[5] 張鐠，鹿來運(yùn)，何力，郭開華.利用天然氣管網(wǎng)壓力能的小型液化流程設(shè)計[J].低溫與超導(dǎo)，2013，04：39-44.