影響液化天然氣氣化率的因素及控制措施

曹 龍

（江西省鄱陽湖液化天然氣有限公司，江西九江 332500）

在國內發展市場中，液化天然氣所占燃料行業消費結構的比重越來越大，液化天然氣作為燃料已經被廣泛應用在許多領域中，燃氣供應企業主要依靠液化天然氣的氣化這一工藝流程獲得經濟效益，液化天然氣的氣化率不僅影響著用戶的使用體驗，同時也關系著燃氣供應企業是否盈利，因此研究影響液化天然氣氣化的因素及控制措施，能夠在很大程度上幫助液化天然氣氣化工藝得到進一步完善。

1 中國天然氣的發展背景

天然氣主要是存在于地下巖層中，是由以烴為主的各種氣體混合而成的，是現階段發現的一種熱值高、成本低、污染小的優質能源，在經過一系列工業處理后可得到純凈天然氣以及一系列的衍生產品，天然氣燃料主要包括壓縮天然氣和液化天然氣兩種，并且在使用過程中都十分的安全可靠。其中液化天然氣被譽為是地球上最干凈的化石能源，是由氣田開采出來并進行處理得到的，純凈天然氣經過壓縮、冷卻而液化后得到的，使用液化天然氣作為燃料，不僅放出的熱量巨大，而且對空氣的污染極小。液化天然氣在存儲與運輸過程中要始終保持在超低溫的液體狀態，但在使用時需要利用大氣壓強的作用將其重新氣化，在這一過程中所產生的大量的冷能也可用于多種低溫用途上。

早在天然氣發展之初，我國使用天然氣作為一次能源占全部一次能源的比重遠低于世界平均水平，隨著我國大力發展天然氣產業，多措并舉加大天然氣的采儲量，加上我國在十二五期間積極建設起了西氣東輸、川氣東送等天然氣運輸主干道，天然氣在我國一次能源消費中所占比重逐年遞增。與此同時，為了恢復經濟高速發展而被破壞的生態環境，世界各國開始尋找在不影響使用效果的同時還能降低對空氣污染的新型能源，作為清潔能源的天然氣在今后的發展過程中一定會成為我國首要的一次能源。然而我國液化天然氣的產量與世界其他各國相比較低，需要從國外進口大量的液化天然氣才能滿足國內的需求，我國從海外引進液化天然氣的數量逐年遞增。國內的液化天然氣采儲量雖然已經在飛速增長，但是如何提高液化天然氣的氣化率，從而確保液化天然氣的質量仍是現階段我國液化天然氣行業的重中之重。

2 液化天然氣的基本特性

液化天然氣又稱LNG，是由氣田中的天然氣通過凈化處理后去除掉其中的水、硫、重烴類氣體以及其他雜質后，在常壓下將氣態的天然氣冷卻至約-162℃，使其轉化為液態從而得到液化天然氣。其主要成分是甲烷，此外還含有少量的乙烷、丙烷、丁烷及氮氣等惰性組分，無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同質量氣態天然氣體積的1/625，質量僅為同體積水的45%左右。液化天然氣自身的燃點高達650℃，且液化天然氣氣化后密度遠低于空氣密度，即使發生泄漏也會在瞬間揮發并擴散到空氣中，因此液化天然氣不會出現燃燒、爆炸的危險情況，使用時比較安全可靠。

液化天然氣是由清潔能源天然氣中提煉出來的一種新型能源，其主要是用于替代煤、石油等這一類傳統燃料的新型燃料，與這些傳統燃料相比，液化天然氣在燃燒后對空氣造成的污染非常小，并且其擁有較大的熱值使得液化天然氣在燃燒后能夠放出極大的熱量，這正好能夠達到保護生態環境的意義。但由于天然氣在常溫狀態下是處于氣體狀態，而液化天然氣則需要在-162℃、0.1MPa左右的儲存罐中，在運輸的過程中也要保持這種存儲方式，選擇專用船或油罐車運輸，使用時將液化天然氣重新氣化。

3 影響液化天然氣氣化率的因素

我國目前液化天然氣的氣化流程主要是在液化天然氣氣化站進行，氣化站的工藝設計流程已經較為完善，由于液化天然氣是由多種氣體混合而成的，根據液化天然氣的成分檢測來看，其中主要包括甲烷、乙烷、重烴、氮等，因此，本文主要從液化天然氣的有關成分進行分析。

3.1 液化天然氣的組分和含量

液化天然氣并不是一種成分單一的氣體，而是由多種氣體成分組合而成的混合氣體，液化天然氣中所含有的成分含量都將對液化天然氣氣化率造成影響，但實際情況下的液化天然氣的組成成分遠不止這三種，其中包含的重烴組分極為復雜。無論是在0℃標況下還是在20℃工況下，假設理想氣體情況下分別計算出甲烷液、乙烷液、液氮、液化天然氣四者的氣化率，在比較之下可以發現其中甲烷液的氣化率最高，甲烷液和液化天然氣的氣化率基本都在1 400左右，這也就說明了甲烷含量的高低將直接影響到液化天然氣的氣化率，液化天然氣中甲烷含量越高，氣化率就越高。

3.2 液化天然氣的實際氣化溫度

天然氣在常溫狀態下是始終保持在氣體狀態下的，但是由于氣體狀態下的天然氣體積較大，不方便保存與運輸，所以需要將天然氣冷卻至-162℃使之變為體積小、質量輕的液體狀態再進行存儲與運輸，在使用之前還需要在氣化站通過高壓、高溫進行氣化再轉變回氣體狀態，在氣化過程中需要使用到各種類型的氣化器，現階段我國的液化天然氣氣化站主要采用空溫式氣化器對液化天然氣進行加熱操作，因此氣化工作的溫度也是液化天然氣氣化率的影響因素之一。假設理想氣體情況下計算出的甲烷液、乙烷液、液氮、液化天然氣的氣化率，在比較之下可以發現四者在0℃標況下的氣化率都低于在20℃工況下的氣化率，這也就說明了液化天然氣的氣化率在20℃的工況溫度下較高。

3.3 液化天然氣中液氮的影響

液化天然氣中含有3/4及以上的主要成分甲烷，但是除甲烷等一系列含烴氣體之外，液化天然氣中還包含著氮這一惰性氣體，氮的化學性質很不活潑，本身就很難燃燒，其所具備的阻礙燃燒的特性使得其還可以用于控制自然燃燒，并且氮會在液化天然氣燃燒的過程中吸收液化天然氣所放出的熱量，從而降低液化天然氣的燃燒效率。假設理想氣體情況下計算出在0℃標況和20℃工況下的液化天然氣中液氮的氣化率分別為627、673，遠不及液化天然氣氣化率以及液化天然氣中甲烷液的氣化率的1/2，這也就說明了液化天然氣中液氮的存在阻礙了液化天然氣的氣化，從而降低了液化天然氣的氣化率。

4 控制液化天然氣氣化率的措施

4.1 實時監測液化天然氣組分

為了能夠得到有關于液化天然氣的氣化率相關的因素，燃氣供應企業應該在收集液化天然氣在氣化前與氣化后各項組分的相關數據，采用先進的數據分析手段實時地對天然氣數據進行分析，將數據采集分析的周期最大限度得縮短，同時配合液化天然氣的用氣遠傳技術及時了解液化天然氣的具體數據情況，一旦通過實時監測發現液化天然氣出現異常的氣化率就要及時采集并分析數據，盡快找出回收率異常的原因并糾正錯誤。

燃氣供應企業從接手液化天然氣到輸送到各用戶手中這一過程中，要始終保持對液化天然氣組分的監控工作，尤其是在購進和賣出這兩個環節中，結合企業實際情況選取合適的成分分析儀對液化天然氣的組分進行分析，這樣不僅能夠確保液化天然氣氣化率，同時也能提高液化天然氣的熱值為企業獲得更多的利益。

4.2 裝帶有溫度補償的體積修正儀

假設理想氣體情況下計算出的在0℃標況和20℃工況兩種溫度下液化天然氣的氣化率有明顯差別，每立方米液化天然氣20℃的工況溫度會比0℃的標況溫度高96，因此，在運行液化天然氣的氣化作業時要盡可能控制溫度始終保持在液化天然氣氣化率較高的20℃的工況。為了時刻監控并保持液化天然氣的溫度，需要在氣化后添加體積修正儀作為計量儀表，并且所安裝的體積修正儀具備溫度補償功能，由于液化天然氣處于密封狀態下，液化天然氣的質量始終保持不變，隨著裝置內壓強的改變，液化天然氣的體積也會發生變化，此時就需要體積修正儀根據變化及時進行修正。為保證在這期間液化天然氣的溫度也會隨之產生變化從而影響到液化天然氣氣化率，就需要體積修正儀自身所配備的溫度補償及時對溫度進行調整，使得液化天然氣能夠始終保持在20℃工況下，保持較高的氣化率。

4.3 嚴格控制液氮和甲烷含量

因為液化天然氣所具有的特性導致液化天然氣需要保持液體狀態下進行存儲和運輸，在使用時才需要將其氣化轉變為氣體狀態，而液化天然氣中所含有的惰性氣體氮的液化溫度為-195℃，比液化天然氣的液化溫度還要低，也就是說液氮的溫度始終要在液化天然氣的液化溫度以下，因此液化天然氣中含有液氮成分能夠很好地幫助液化天然氣在存儲和運輸過程中保持溫度。但除此之外，液氮對于液化天然氣來說毫無用處，不僅降低了液化天然氣的氣化率，還降低了液化天然氣的燃燒效率，而液化天然氣中主要成分甲烷與液氮恰恰相反，甲烷的存在能夠極大提高液化天然氣的氣化率。

液化天然氣需要在進入氣化器之前進行嚴格的檢測，主要針對甲烷含量和液氮含量進行檢測，判斷提供天然氣液的供應商所提供的液化天然氣氣值檢測報告是否與實際情況相符合，確保進行氣化作業的液化天然氣中甲烷含量較高，同時還要嚴格將液氮的含量控制到最低，從而保證液化天然氣的氣化率。

5 結束語

現階段我國對于液化天然氣的需求已經進入了高速增長時期，對于燃氣供應企業來說研究如何提高液化天然氣氣化率仍是現階段需要解決的重要問題，由于液化天然氣除了主要成分甲烷外還存在著阻礙氣化的其他氣體成分。因此，為了嚴格控制液化天然氣的氣化率，燃氣供應企業要從液化天然氣的運輸、保溫等多方面嚴格監控，并實時監測天然氣的組分以保證液化天然氣的氣化率。