LNG接收站節能降耗措施與經濟分析

王東陽（中石油京唐液化天然氣有限公司，河北 唐山 063200）

LNC 接收站在設計、建設、運行操作等環節需要具備節能降耗的意識，通過選擇優質的節能設備、先進的節能技術實現工作節能目標，進而收獲經濟效益和社會效益。

1 LNG接收站用能概述

LNG是清潔能源，并隨著環境和經濟的影響得到了快速發展，接收站工藝流程包含以下內容：將儲罐LNG 通過低壓泵運輸到高壓泵，經氣化器氣化形成氣體天然氣，在計量后輸送到氣管網。LNG 接收站在工作中的主要耗能設備包含低壓傳輸泵、蒸發氣壓縮機、氣化器、海水泵、高壓外輸泵等設備。LNG接收站在工作中主要消耗的能源包含天然氣、電力等，其中電能占能耗總量的90%，同時能耗會受天氣溫度、海水溫度等影響。因此，節能降耗是LNG接收站節能管理的重點。

2 LNG接收站節能降耗措施與經濟分析

2.1 設備選擇和材料優化

2.1.1 選擇設備型號

加強設備選型，應依據LNG 接收站生產單元具體工作流程，按照實際工作量調整設備臺數，圍繞“N+1”原則，保證工藝參數和設備選型的精確性。同時建議按照實際的供氣量設置控制參數、控制模式以及設備開啟數量，或者通過峰谷電費差別在夜間進行滿負荷工作，利用供氣管道對氣體加壓存儲，并在白天對管道保壓處理[1]。此外，BOG是蒸發氣，當LNG氣體存儲到儲罐時，會導致氣體體積發生變化，進而產生蒸發氣，因此可以通過再冷凝工藝、直接加壓外輸的工藝。

再冷凝工藝是指壓縮BOG，進入再冷凝器與LNG混合變為液體LNG，輸送到高壓泵，氣化外輸；直接加壓外輸工藝是壓縮的BOG通過增壓壓縮機壓縮至外輸壓力直接輸送至外輸管網。當LNG 在加壓后，會處于一種過冷的狀態，可以幫助BOG 再冷凝，并通過高壓傳輸泵輸送到氣化器中完成外輸工作。再冷凝法相較于直接輸出法具有較強的節電優勢。

2.1.2 科學選擇氣化器

氣化器包含SCV（浸沒燃燒式氣化器）、ORV（開架式氣化器）、IFV（中間介質類氣化器）、空氣氣化器[2]。因此LNG接收站在選擇自然熱源的氣化器時，應突出投資大、體積大、運行成本低等特點。在選擇人工熱源時，需要選擇投資小、體積小、運行成本高的氣化器。LNG接收站在選型過程中應分析水溫、海水質量等方面，圍繞成本、投資、維修選型、可靠安全等要素加強對環境保護、節能降耗、降低尾氣的控制，建議選擇ORV開架類海水氣化器。

2.1.3 科學選擇材料和設備

其一，科學選擇保冷材料提升LNG 深冷管線、儲罐的絕熱效果，盡量避免熱量輸出所生成的BOG。以設計和應用層面分析，選取質量高、絕緣性強的絕熱材料。其二，選擇電氣設備，重點選擇節能、先進、高效、容量科學的變壓器、機泵、電動機、光源等產品，結合生產實際過程和設計，科學選擇型號確保設備長期并持續高效運轉。其三，加強管線節能設計。由于管道一般資金投入大、距離長、維修困難，因此應考慮LNG接收站的實際特點，圍繞“管徑合理、管路短值”的原則設置管路，降低能源和資金損失。其四，加強建筑結構的節能。LNG接收站可以依據生產特點和建筑功能，優化采光、立體造型、平面布局。

2.2 節水運行和冷能利用

2.2.1 節水運行

其一，運行階段節水措施。首先，建議選擇節水設備。依據國家節水器具使用的相關標準，使用水流調節器、節水噴頭、減壓閥等設施。其次，加強節水管理。構建完善節水、用水考核工作機制，在工作現場劃分責任區，明確節水責任人，分析節水臺帳與制度落實的具體情況。其中需要對生產單元完成定期的水平衡測試，消除漏水點。最后，開展中水回用工作。科學進行污水的達標處理，實現水資源的重復利用，降低淡水用量。其二，施工過程節水措施。由于接收站在生產期間會產生較大的用水量，因此應加強用水管理，科學設置節水提示，側重計量控制。

2.2.2 冷能利用

由于LNG屬于低溫的液態天然氣，溫度為-162℃。LNG在氣化時最多可利用冷能是240kWht。科學應用LNG冷能，減少電能浪費、降低資金成本，為企業運行提供良好經濟效益。其中，LNG 冷能適用于空氣分離、冷能發電等形式。同時LNG 接收站的氣化中的冷能可以實現空氣分離，減少空分能耗。因此有必要科學利用先進技術利用冷能，確保良好的經濟效益。冷能空分方案如下：LNG在高壓條件下直接在主換熱器中借助循環氮氣進行加熱，當能量利用后，高壓天然氣被輸送到LNG 的接收站的外輸系統中，主要利用低溫氮氣壓縮機循環氮氣，降低其入口溫度。在回收中LNG 冷量在低溫區的冷能被充分運用，而在高溫端冷量采用乙二醇水溶液吸收，實現空氣分離，從而使LNG變為NG。

2.3 設備運行確保滿負荷

提升設備的運行滿負荷可以確保當LNG的用氣量提升后，設備運行穩定，工藝指標滿足標準。建議在LNG運行前對設備進行滿負荷測試，時間設置為72小時，若設備運行指標正常、裝置平穩運行、LNG 產量穩定則滿負荷測試成功。在測試結束后，對兩類氣化器的負荷進行調整，氣化器包含ORV、SCV。其中，ORV 借助海水換熱氣化工藝，在滿足海水溫度要求的前提下確保設備滿負荷運行；SCV則使用NG燃料氣，通過燃燒加熱的方式，與LNG 通過換熱氣化向外傳輸熱效率，這兩種設備在滿負荷情況下均可以節省燃料氣的用量，實現節能降耗。

2.4 優化BOG處理工藝

LNG 接收站中儲罐屬于存儲設備，是全容式混凝土頂儲罐，內罐為9%鎳鋼，外罐為混凝澆筑，容積一般是16 萬方，壓力是118kPaA。通常在常壓下進行存儲，由于接船時船上的LNG 密度與儲罐內LNG 密度不同，混合后LNG 組分改變及進料方式的不同，產生BOG會大大增加，為保證儲罐壓力的穩定，提高壓縮機的處理能力，所以在生產運行中需要優化BOG處理工藝，減少壓縮機的用電量。建議通過HYSYS模擬計算方式，提升儲罐壓力自112kPaA 至115kPaA。通過參數調整后，閃蒸氣量可以降低2000Nm3/d，保證儲罐壓力穩定的情況下，減少壓縮機負荷。

2.5 經濟效益分析

首先，經過科學的設備選型和材料優化，每年可以降低天然氣消耗量約1850000NM3，節省電能消耗量23750kW·h，節約生產成本大約452萬元。其次，通過對節水和冷能利用方案中經濟技術的分析得出，冷能空氣分離方案和節水方案能耗較低，相較于傳統空分項目，LNG 項目資金投資量大。但是大大減少了對常規能源的消耗，產生的運行費用較低，內部的收益率是16.41%，相較于常規空分項目較高，因此該項目經濟狀況良好。再次，優化BOG 的回收工藝后，若全年操作天數是330天，則年減少的排放天然氣總量是663400Nm3；若天然氣的銷售價格是2.54元/Nm3，則LNC接收站全年減少的天然氣損失為168.5萬元。最后，更換冷劑壓縮機中的密封氣介質后，若操作天數每年是330，液氮泵的功率是3kW；當調整密封氣之后，每年的用電量將降低23760kW·h；若電價按照0.52 元/kW·h 計算，則每年節約的電費約為1.236萬元。

3 結語

綜上所述，LNC接收站的節能降耗工作有必要從源頭開始設計，貫穿生活、生產等環節，對運營和建設階段加強節能降耗管理，通過節水運行和冷能利用、BOG處理工藝優化、保證設備運行滿負荷，增加能源利用率，促進LNC 接收站中節能降耗工作的創新，通過節約電能、天然氣能耗節約LNC生產成本。