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1、小型LNG气化站冷能利用方式探讨摘 要：随着我国大量进口LNG， LNG携带的大量低温能量的利用，其经济价值已不能被忽视，为此，许多大型LNG接受站及气化站已经开始利用LNG的冷能。小型LNG气化站作为未来发展的一种趋势，数量越来愈多，冷能的利用更是不容忽视。为此，本文对小型LNG气化站冷能利用的几种方式进行简单的探讨，以期做到能源的充分利用，避免浪费。关键词：LNG 冷能 LNG气化站 空调制冷Discussion on the cold energy utilization method of small LNG gasification stationChenxiao-ming，Xuru
2、i-junAbstract：with Chinas importing LNG and LNG to carry a large amount of low temperature energy use, its economic value cannot be ignored, therefore, many large LNG receiving station and gasification station has already started to use of LNG cold energy. Small LNG gasification station as a trend o
3、f future development, the number of the more to the more, the cold energy utilization is not allow to ignore. Therefore, in this paper, the small LNG gasification station cold can use simple discussion of a number of ways, in order to make full use of energy, avoid waste.Key words：LNG cold energy LN
4、G gasification station Air conditioning and refrigeration1 背景自2014年开始，我国LNG市场开始供大于求，且2015年未有明显改善。截至2015年6月底，已投产的LNG项目产能高达7609万立方米/天，较2014年末增加1062万立方米/天。从投产区域来看，华北和西北地区仍占据前两位，占比72%。LNG生产大省内蒙古、宁夏、陕西，仅2015年上半年就累计新增产能480万立方米/天。国际方面天然气价格长期较低，吸引众多国内企业进口液化天然气，大量进口液化天然气进入国内，国内液化天然气行业出现严重的供大于求现象。液化天然气的供大于求现象
5、导致LNG价格的下浮，部分地区的LNG到站价格甚至远远低于管道天然气的价格。为此大量的中小型企业为减少能源支出，争相建设自用小型LNG气化站，以期望做到能源支出的最小化。2 现状LNG 冷能利用方式及研究进展LNG是液化天然气（Liquefied Natural Gas）的简称。其本身就是气田生产的天然气净化处理，再经超低温（-162）常压液化形成的。形成过程已经耗费了大量能量，而LNG气化站则是将这部分能量再释放掉，回归其原始状态，能量的浪费不言而喻。因此解决LNG的冷能利用问题就被提上了日程。目前，LNG 冷能利用方式一般分为直接利用和间接利用2 种方式。直接利用包括低温发电、空气液化分离
6、、冷冻仓库、制造干冰、轻烃分离、海水淡化等。间接利用主要指用空分后的液氮、液氧、液氩来低温粉碎、冷冻食品等。下面就几种主要LNG冷能应用方式进行简单介绍：1、利用LNG冷能发电利用LNG冷能发电方式较多，技术也较为成熟。总的来说，主要有以下3 种方式。（1） 直接膨胀发电LNG储罐来的LNG经低温泵加压后,在气化器受热气化为高压天然气,然后利用LNG的物理在高压气化时转化成的压力，直接驱动膨胀机,带动发电机发电。其冷热能回收量取决于气轮机进出口气体的压力比。这种方法原理简单,但是效率不高, 发电功率较小, 冷能回收效率仅为24 %。但该方法适合用于回收部分冷能，并可考虑与其他LNG冷能利用的方
7、法联合使用。（2）降低蒸气动力循环的冷凝温度最基本的蒸气动力循环为朗肯循环，它由锅炉、气轮机、冷凝器和水泵组成。通常冷凝器采用冷却水作为冷源。其原理是:将LNG通过冷凝器把冷能转化到某一冷媒上,利用LNG 与环境之间的温差，推动冷媒进行蒸气动力循环，从而对外做功。根据中间媒质的不同,存在单工质、混合工质的朗肯循环系统。单工质朗肯循环系统一般使用纯的甲烷或乙烯，其实用装置冷能回收量大约为18%。混合工质朗肯循环系统工质为碳氢化合物的混合物，工质冷凝器采用多流体换热器,在换热器中LNG利用工质自身的显热和潜热进行预热或部分气化，然后在蒸发器中全部气化进入输气管线。采用此系统只用了一级朗肯循环就可得
8、到相当多的动力，整个系统的效率约为36%。目前采用最为广泛的是将以上2 种方法联合使用。这可使冷热能的回收效率大大提高。即使天然气的输送压力提高也可回收相当多的冷热,能量的利用率比2 个单独的系统要高很多,但冷能的回收效率也只能达到36 %。（3）降低气体动力循环的吸气温度燃气轮机循环是气体动力循环一种形式。研究表明，降低燃气轮机的吸气温度,将会显著提高循环做功和循环效率。实际中，通常利用LNG冷能预冷空气,以提高机组效率，增加发电量。由于LNG的气化温度较低，故用一种易挥发的物质作为中间载冷剂,将冷能传递给空气。但冷却温度须严格控制在0以上，以防止水蒸气冻结在冷却器表面。LNG的冷能发电是一
9、项新兴的无污染发电方式,虽然这不失为一种节能的好方法，但它只考虑到对LNG冷能的回收利用，并未注意到对LNG冷能品位的利用，这种方法对冷能的回收效率是非常低的。由于生产1 t LNG 要消耗850kWh能量，即使LNG拥有的冷能以100 %的效率转化为电力，1 t LNG的冷能也只相当于240 kWh。所以在发电装置中利用LNG冷能虽然是最可能大规模实现的方式，但却不是利用LNG冷能最科学的方式。同时，LNG的冷能发电对具体的项目而言，可能更无法实施。2、利用LNG冷能进行空气分离常用的空气分离法是将空气液化，通过氟里昂冷冻机、膨胀透平制冷来进行空气的液化分离制成液态的氮气、氧气、氩气等。而L
10、NG冷能用于空气分离则是通过循环氮气的冷却来实现的。用传统方式生产1 m3的液化空气大约需要0.756 kwh的冷却能，而利用LNG的低温特性不但可减少建设费用，而且每生产l m3的液化氧气需要的电力消耗也可从1.2 kWh减少到0.5 kWh。由于可减少大量的电力消耗，利用LNG冷能进行空气分离得到充分的应用。通常的低温环境都是由电力驱动的机械制冷产生的，由制冷原理可知，随着温度的降低其消耗的电能将急剧增加。在一定的低温蒸发范围内，蒸发温度降低l K，能耗要增加l0。利用回收的LNG冷能和两级压缩式制冷机冷却空气制取液氮、液氧，制冷机很容易实现小型化，电能消耗也可减少50，水消耗减少30，这
11、样就会大大降低制取液氮、液氧的生产成本，具有可观的经济效益。此外，低成本制造的液氮可以使LNG应用的温度领域扩展到更低的温度带(-l96)，如用于真空冷阱、生产半导体器件、食品速冻、低温破碎回收物料等。利用制取的液氧还可以得到高纯度的臭氧，在污水处理方面用途很大。LNG冷能用于液化空气制液氧、液氮、液氩，在LNG冷能利用系统中被认为是最有效的利用方式。这是因为它的节能率高，也很少受到地点条件的限制，而且LNG巨大的冷能产出的液体氮量和液体氧量都很大。3、制取液化二氧化碳传统的液化工艺将二氧化碳压缩至2. 53. 0MPa ,再利用制冷设备冷却和液化。而利用LNG的冷能,则很容易获得冷却到液化二
12、氧化碳所需要的低温,从而将液化装置的工作压力降至0.9 MPa 左右。与传统的液化工艺相比,制冷设备的负荷大为减少,电耗也降低了30 %40 %。但需指出，二氧化碳的液化温度为-70 ，如若直接采用-162 的LNG换冷，则仍不符合相同品位利用的原则。4、冷库LNG接收基地和大型的冷库基本都设在港口附近，所以回收LNG冷能供给冷库是很方便的冷能利用方式。采用LNG的冷能作为冷源的冷库，将载冷剂冷却到一定温度后经管道进入冷冻、冷藏库，通过冷却盘管释放冷能实现对物品的冷冻冷藏。另外，还可按LNG不同温级,用不同的冷媒进行热交换后分别送入低温冻结库或低温冻结装置，这样其冷能的利用效率大大提高，整个成
13、本较之机械制冷会下降37.5%。虽然冷库使LNG的冷能几乎无浪费的得以利用，且不用制冷机，节约了大量的投资和运行费用，还可以节约1/ 3 以上的电力。但一般的冷库只需维持在- 50 - 65 即可，而将- 162 LN G的冷能全部用于冷库制冷是不必要的。5、蓄冷装置LNG主要用于发电和城市燃气，LNG的气化负荷将随时间和季节发生波动。LNG冷能的波动，将会对冷能利用设备的运行产生不良影响，必须予以重视。日本大阪煤气公司研究的LNG蓄冷装置，利用相变物质的潜热存储LNG冷能。白天LNG冷能充裕时，相变物质吸收冷能而凝固;夜间LN G冷能供应不足时，相变物质溶解，释放冷能供给冷能利用设备。3 小
14、型LNG气化站冷能利用方式探讨小型LNG 气化站一般为企业或工厂自建自用的小型站场，其原理为储罐内的液态天然气通过储罐增压器加压或自流进入空温式气化器进行气化、调压、计量、加臭后，变成气态天然气进入天然气管道供厂区锅炉或生产线使用。在气化过程中，LNG释放的冷量直接对空排放，这不仅造成冷能的大量浪费，还形成大量冷雾而影响气化器周边环境。若能将此部分冷能利用起来将会带来巨大的经济效益，从现状LNG 冷能利用方式来看，LNG冷能利用一般用于大型的LNG场站，对于小型LNG气化站来说不适用，但追其本质，无非是充分利用LNG释放的冷能。小型LNG气化站目前对于LNG冷能运用比较理想的方式是用于厂区办公
15、楼的夏季空调供冷，此方式不仅可以缓解夏季空调高峰期用电紧张现象，还能节约能源，带来经济效益。1、LNG冷能用于夏季空调供冷可行性分析LNG冷能用于夏季空调供冷首先需要考虑的就是LNG释放的冷能与供冷房间冷负荷的关系，只有当供冷房间冷负荷小于LNG释放的冷能理论计算量的50%的时候，此种方式才较为可行，否则可能会造成夏季空调制冷量不足的现象。2、LNG冷能用于夏季空调供冷方案冷量在传递过程中不可避免会有一定损失，虽然一级换热系统在传递过程中冷量损失相对较小，设备投资较少，但由于LNG与制冷剂之间的温差太大，容易产生冻堵现象，因此，LNG用于夏季空调制冷建议选择二级换热系统，即在LNG与空调制冷剂
16、之间增加中间冷媒系统。中间冷媒即一级冷媒，一般选择相变冷媒，材料主要为R134a 和R404a，而R404a 为非共沸混合工质，在定压相变过程中能减少冷量在传热过程中的不可逆损失，更具有节能的潜力，且更容易获得较低温度，故一级冷媒推荐采用R404a。经过一级换热系统后，一级冷媒从LNG 中得到的冷量已经确定，二级冷媒若继续选用相变冷媒意义不大，且设备、管道等投资费用加大，故选择无相变冷媒为二级冷媒。目前常用的非相变冷媒主要有盐水溶液和乙二醇水溶液，而乙二醇水溶液相对于盐水溶液来说，对金属设备及管道的化学腐蚀相对较小；且二级换热过程中，盐水可能出现瞬间超低温现象而冻结，故二级冷媒采用无相变的乙二醇水溶液。3、LNG冷能用于夏季空调供冷流程由于LNG气化站站内气化量根据终端用气量而定，冬季需求量达到高峰，而站内办公楼仅在夏季需要制冷，因此一般采用新建换
