液化天然气LNG技术.ppt
中国海洋石油公司,液化天然气（LNG）技术,中国海洋石油公司,第一章 LNG基础知识 主要内容一、什么是LNG二、LNG组成及性质三、LNG的特点四、LNG的安全,中国海洋石油公司,一、什么是LNGLNG是液化天然气的英文简称（Liquefied Natural Gas）。它是天然气（甲烷CH4）在经过净化及超低温状态下（一个大气压、-162）冷却液化的产物。我国的国家标准GB/T19204-2003中是这样定义的：一种在液态状况下的无色流体，主要由甲烷组成，组分可能含有少量乙烷、丙烷、氮或通常存在于天然气中的其他组分。液化后的天然气其体积大大减少，在0、1个大气压时约为天然气体积的1/600，也就是说1立方米LNG气化后可得600立方米天然气(0密度约为：0.715Kg/M3,20密度约为：0.6642Kg/M3)。液化天然气无色无味，主要成份是甲烷，很少有其它杂质，是一种非常清洁的能源，其液体密度约424kg/m3。,中国海洋石油公司,二、LNG组成及性质组成：LNG是以甲烷为主要组分的烃类混合物，其中含有通常存在于天然气中少量的乙烷、丙烷、氮等其他组分。密度：LNG的密度取决于其组分，通常在420 kgm3470 kgm3之间。温度：LNG的沸腾温度取决于其组分，在一个大气压力下通常在-166-157 之间。沸腾温度随蒸气压力的变化梯度约为12510-4Pa。当LNG转变为气体时，其密度为1.5kg/m3，比空气重，当温度上升到-107时，气体密度和空气密度相近。,中国海洋石油公司,三、LNG的特点1.超低温在一个大气压下、温度达到-162；2.气液膨胀比大、能效高易于运输和储存；3.清洁能源天然气被认为是地球上最干净的化石能源；4.安全性能高由LNG优良的理化性质决定的，气化后 比空气轻，易于扩散，且无毒、无味；5.燃点较高自燃温度约为450；6.爆炸极限5%15%。,中国海洋石油公司,四、LNG的安全1.操作中的冷灼伤：LNG接触到皮肤时，可造成与烧伤类似的起疱灼伤。从LNG中漏出的气体也非常冷，并且能导致低温灼伤。2.毒性：天然气是无毒的。3.窒息：天然气是一种窒息剂。大气中氧含量约为21%，当空气中的氧气含量低于18时，会引起人的窒息。4.火灾：LNG发生火灾时推荐使用干粉灭火器。,中国海洋石油公司,LNG,第二章 LNG气化工艺 主要内容一、两个名词解释二、LNG相关设备三、LNG的气化工艺,中国海洋石油公司,LNG,一、两个名词解释BOG气体（Boil Off Gas）：LNG的闪蒸气。槽车、储罐、低温钢瓶内的 LNG自然吸热气化产生的气体。特点：低温 持续不断（约每日12.5%）密度比常温空气重EAG：LNG系统中放散出来的天然气叫做EAG。特点：低温 密度比常温空气重,中国海洋石油公司,LNG,二、LNG相关设备主要介绍：LNG槽车 LNG储罐 LNG钢瓶 LNG气化器,中国海洋石油公司,LNG,1、LNG槽车：将LNG从母站运输到气站 我国目前现有LNG运输均采用汽车槽车。单辆槽车最大水容积37m3，LNG运输能力22000 Nm3气态天然气，槽车设计压力0.8MPa，运行压力0.3MPa。,中国海洋石油公司,LNG,我们公司在新疆土哈油田LNG的气化站现场,中国海洋石油公司,LNG,中国海洋石油公司,LNG,2、LNG储罐：气站现场储存LNG的设备分类：按容积分：储罐一般有50m3和100m3两种按形式分：储罐一般有立式罐和卧式罐两种简介：LNG低温储罐的结构很像暖水瓶，是双层结构，内胆存储低温液体，它要承受介质的压力和低温，所以制作内胆的材料必须采用耐低温合金钢(0Cr18N9)；外壳的作用是为了形成内胆的绝热层，它使外壳与内胆之间保持一定距，形成绝热空间，并通过支撑装置固定内胆，它要承受内胆和介质的重力载荷以及绝热层的真空负压。低温储罐绝热性能的一个重要技术指标，叫做蒸发率，对LNG罐一般为=0.2%，它表示的是一天24小时中，由于储罐绝热层泄露而使得外部热量传入储罐内胆，导致气化的液体体积与储罐容积的百分比。低温储罐的接口与LPG储罐相似，有气相接口、进液口、出液口和液位检测口。不同的是，由于绝热和内部结构原因，所有接口都集中在储罐的一个封头上，一般不能随处开口。比如，安全阀是安装在气相管上的，不单独开口；一般也不单独设置排污口。另外需要特别说明的是，进液管一般有两个，一个下部进液管，还有一个上部进液管。,中国海洋石油公司,LNG,卧式罐图片,中国海洋石油公司,LNG,返回,立式罐图片(山东南山),中国海洋石油公司,LNG,LNG储罐的增压与减压1、增压：随着LNG使用，罐内液位不断下降，气相空间增大使罐内压力不断降低，LNG流出速度逐渐变慢直至停止。因此，正常运营操作中须不断向储罐补充气体，将罐内压力维持在一定范围内，才能使LNG气化过程持续下去。这个过程叫做增压。它的原理如图中所示：储罐的增压是由自力式增压调压器和小型空温式气化器组成的自动增压系统来完成的。当罐内压力低于自动增压器的设定值时，调压器打开，罐内液体靠液位差缓缓流入增压气化器，液体气化产生的气体流经调压器和气相管补充到储罐内。气体的不断补充使得罐内压力回升，当压力回升到调压器设定值以上时，调压器关闭。这时，增压气化器内的压力会阻止液体的继续流入，增压过程结束。,中国海洋石油公司,LNG,LNG储罐的增压与减压2、减压：（超压保护）LNG在储存过程中会由于储罐的环境漏热而缓慢蒸发,导致储罐的压力逐步升高,最终危及储罐安全。因此，必须采用释放罐内气体的方法控制压力上限。方法是在储罐的气相管道上设置调压器，当储罐内压力升高到设定值时，减压阀便缓慢打开，将罐内气体放出，当压力降回到设定值以下时，自动调压器自动关闭。需要指出的是，这里所说的调压器并不是我们常用的气体调压器。一般调压器靠出口端压力控制阀的动作，而这种调压器靠进口端压力控制阀的动作，像我们常用的放散阀，另外它要耐受低温。释放出的气体一般不放入大气，后续的工艺会将其回收利用。这部分气体简称BOG。,中国海洋石油公司,LNG,LNG低温槽车卸车工艺原理 与LPG不同，LNG与环境温度有很大温差，有很大的冷能，所以LNG卸车不需要额外消耗动力，完全利用温差进行。低温槽车一般有三个接口，两个液相口，一个气相口。卸车过程中，一个液相口经管道连接到站上低温罐的进液口，用来输送液体，另外一个液相口与增压气化器连接，用来增压；气相连接增压气化器出口、储罐的气相口、BOG管道，卸完后回收槽车内气体。,BOG,LNG,中国海洋石油公司,LNG,LNG低温槽车卸车工艺卸车过程是这样完成的：利用槽车自身的增压装置或卸车增压器给槽车罐升压，使其压力超过站上储罐压力0.1Mpa以上，然后打开液相阀门，液体便流入站上的储罐内。液体卸完后，通过气相管将槽车内的气体回收到BOG管中，卸车就完成了。卸车中有两个问题需要解决，一是随着液体进入储罐内液位升高，气相空间产生压缩效应，导致储罐压力升高，升高到接近槽车的压力时，液体流量大大下降，直至停止；二是液体在管道中流动和进入储罐后可能产生气化，生成的气体也会进入储罐内，导致储罐压力升高，阻碍卸车。解决第一个问题的办法是给气体的释放找一个出路，前面介绍的自动调压器就是一条放出气体的出路，但自动减压阀是为储罐放出自然蒸发气体而设置的，流量很小，阀的口径也很小，满足不了卸车中放出气体的流量需求。简单的方法，是在自动调压器旁并联一个截止阀，卸车过程中打开，提高流量，卸车结束后关闭。第二个问题，需要结合储罐进液口的结构和进液的操作工艺才能实现。（略）,BOG,LNG,中国海洋石油公司,LNG,3、LNG钢瓶LNG钢瓶一般有45升、175升、210升、400升等几种 返回,中国海洋石油公司,LNG,低温钢瓶的应用是很成熟的，在液氧和液氮行业应用很广泛。像LPG那样，瓶装方式也可以应用在LNG上，在我公司已经有成功应用的例子。不过低温钢瓶结构比普通钢瓶复杂，使用要求也比较特殊，所以还不能像LPG那样随便使用。但是，经过我们的努力，今后也会在瓶组式民用小区供气、实验室用气、工业用气（瓶组或单瓶）等方面得到广泛应用。,中国海洋石油公司,LNG,这是宁波明欣低温钢瓶的上部示意图,中国海洋石油公司,LNG,这是宁波明欣低温钢瓶的结构示意图,中国海洋石油公司,LNG,这是宁波明欣低温钢瓶的详细结构示意图,中国海洋石油公司,LNG,1).外筒体除保护内筒外，还与内筒体形成真空夹层。2).内筒体用来储存低温液体。3).蒸发盘管用来通过与外筒内壁的热交换，实现液气转换。4).液体进出口阀用于低温液体的灌充和排出。5).安全阀容器的压力高于最大工作压力时自动卸压。6).放空阀（BOG回气口）用于排除容器灌充过程中内筒空间的气体。在满足容器顺利灌充的同时，又能 控制灌充压力。此阀也可为降低容器压力（内压）作排气阀用。7).组合调节器有两个作用：（1）.优先使用容器气相空间高于设定压力的那部分积聚气体；（2）.给增压过程中的最大增压力（驱动压力）一个控制值（限值）。一般设定为0.8MPa。8).增压开启阀用于开启容器压力建立系统的管道，使容器能够建立起一定的驱动压力（内压）来驱动容器内的低温液体。此阀除使用气体时容器的驱动压力不能稳定或容器的驱动压力低于用户的用气压力 需要之外，一般情况下用户不需要打开。9).抽真空阀用于容器夹层空间的真空封结。10).外筒安全装置用以防止LNG钢瓶的损坏而可能造成的事故。并能通过该装置控制事故的扩大。11).用气阀用于LNG钢瓶液体气化回路与用户用气进口端管道的开启。也可通过调节此阀控制气体流量。12).液面计比较直观地指示容器内低温液体液面的高低。13).增压盘管容器的增压系统工作后，将瓶底流出的低温液体与外筒内壁完成热交换。,中国海洋石油公司,LNG,A：低温钢瓶的压力建立过程将容器上的增开阀打开之后，容器内的增压管道就被开通。并由此形成一个内部循环的液体气化回路。在重力作用下，容器内的LNG流入增压盘管。并通过与外筒内壁接触的增压盘管完成热交换。在这种热交换的作用下，容器底部流出的LNG将被气化成气体。并通过组合调节器向内筒的气相空间形成容器的驱动压（内压）。如此循环，完成增压过程。B：LNG钢瓶的用气过程（小用气量时）将容器的用气阀打开，在容器驱动压（内压）的作用下，容器内的LNG将被压出。在容器内的LNG被压出的过程中，通过与外筒内壁接触的蒸发盘管，将完成LNG与外界的热交换。并由此热交换将源源不断地被压出的LNG气化成气体供用户使用（这也就是容器的液、气转换过程）。（1）.当用气结束后，应当立即关闭用气阀，避免无谓的液、气转换而白白地浪费气资源；（2）.控制用气阀的开启程度，将有效地控制热交换产生的气体量，从 而控制瓶装LNG的使用时间。C：LNG钢瓶的用气过程（大用气量时）采用方法：外接气化器,中国海洋石油公司,LNG,D：LNG钢瓶液体的灌充步骤：1）.确认供液设备内的介质是否与所需灌充的低温液体介质相同；2）.将LNG钢瓶放在磅秤上，用专用低温液体输送管将容器的液体进出口阀与供 液设备上的液体输出阀相连接；3）.记录钢瓶空重，并将磅秤砝码调到拟充液体重量；4）.先打开LNG钢瓶的放空阀，然后关闭LNG钢瓶上的增开阀、用气阀，最后打 开液体进出口阀；5）.先稍稍打开供液设备上输送阀门（以防止内筒温度高而压力迅速上升）；待 低温液体将LNG钢瓶内筒冷却后，再开大供液设备上的阀门；6）.在灌充时请注意观察气瓶上的压力表。控制供液设备上的输送阀门和LNG钢 瓶上的放空阀，将灌充压力控制在0.3Mpa以内；7）.观察磅秤砝码，是否达到拟充液体重量。当砝码显示被充容器已接近拟充液 体重量时，请适当关小供液设备上的输送阀门；8）.一旦磅秤显示气瓶已达到拟充液体重量时，请按顺序：先关供液设备上的液 体输送阀门，然后再关上LNG钢瓶的液体进出口阀门，最后关LNG钢瓶上的放 空阀（此顺序任何时候不允许颠倒）；9）.冲装结束后，请注意及时松开液体输送管，以防止输送管破裂。,中国海洋石油公司,LNG,E：LNG钢瓶液体的取出：只要LNG钢瓶处于有压状态，一旦液体进入出口阀被打开，就有LNG被压出。因此，LNG钢瓶液体的取出，其方法、操作步骤与液体的灌充相同。只不过此时钢瓶从原来的LNG受体变成了LNG的供体，原来的液体进出口阀转换成了液体出口阀。F：LNG钢瓶气体的使用：1）.确认单位时间用气量是否在本瓶的供应范围内；因为LNG钢瓶上的蒸发盘管决定了气体的流量，请在使用时不要超出。否则，太大的流量除了会因气体温度低而损坏与之接触的管道及附件之外，还会使容器的驱动压力（内压）得不到保持。（如果确实需要较大的流量，可外接气化器或将两只以上LNG钢瓶并联使用。）2）.确认用气压力在本瓶的供气压力范围之内；3）.观察LNG钢瓶上压力表。容器上的压力是否达到用户用气所需的工作压力，若未达到，须打开LNG钢瓶上的增开阀增压；一旦增压压力达到增压调节器所设定的驱动压力（内压）后，应立即关闭增开阀。以避免无谓的容器压力升高。5）.用适当的管道将用户用气进口端与本LNG钢瓶的用气阀接头相连；6）.检查确认上述过程无疏忽或遗漏；7）.打开用气阀，并根据驱动压力的稳定程度决定是否打开增开阀；8）.用气结束后，随手关闭LNG钢瓶上用气阀。并检查LNG钢瓶上的其他阀门是否处于正常开、关状态。尤其是要检查增开阀是否关闭。,中国海洋石油公司,LNG,LNG空温式气化器主要技术参数：工作压力：0.6MPa，设计压力：10MPa，工作温度：-162，设计温度：-196，主体材质：铝翅片管(LF21)，出口温度：低于环境温度10。,中国海洋石油公司,LNG,LNG空温式气化器,中国海洋石油公司,LNG,二、LNG气化工艺,中国海洋石油公司,LNG,1.LNG气化工艺简易流程,中国海洋石油公司,LNG,2.山东淄博LNG气化站,中国海洋石油公司,LNG,3.LNG气化工艺 LNG的气化、调压的工艺原理与LPG相似。不同的是LNG温度很低，低温液体的气化工艺在液氧、液氮等的工业领域非常成熟，只是LNG气化工艺比液氧和液氮要复杂一些。LNG的气化器一般采用空温式气化器，充分利用LNG的冷能，节省能源。在寒冷地区，冬季环境温度很低的情况下，会使得气化后的气体温度很低（一般比环境温度还要低10），后续的管道、设备等可能承受不了。因此，气化后一般要经过增热装置复热器将气体升温，以便达到允许的温度，复热器可以采用电加热和循环水等不同方式方式。最后经调压、计量、加臭，流向用户管网 4.BOG气体的处理 储罐和其他部位产生的BOG气体温度也是很低的，不能直接进入系统，也必须经过加热才能利用，一般也采用空温气化器。经过加热后的BOG气体进入调压计量装置。优先原则：BOG气体的压力要略高于调压计量装置主调压器后的压力，这样BOG气体就优先于主气化器输出的气体进入出站管道。5.液封问题 一段液相管道，两端有阀门，当管道内存有液体时关闭两端的阀门，便形成液封。这个问题LPG也有，不过LPG的液封只有在管内完全充满液体情况下才产生危害，而LNG管道内只要存有部分液体，便可产生危害，而且危害很大。原因是即使做了很好的保温，也不可能完全阻止管道升温，管道内残留的液体就会不断气化，压力可无限上升，直到管道或阀门破坏为止。采取的措施是合理的布置阀门和加安全放散。,中国海洋石油公司,LNG,5.管道保温 液相管道必须作专门的低温保温处理，而气相管道一般不必保温，操作人员容易触及的部分气相管，可作局部防冻处理。6.安全放散 所有低温管道上的安全阀和设备安全阀排出的气体（EAG）温度极低，气态天然气温度低于-107时比重比空气大，低温气态天然气会向下积聚，所以不应就地排放，而应汇集到一起，经加热器升温后，使其密度小于空气，统一放散。EAG加热器也采用空温式气化器。7.阀门、管材与管件 阀门：常用的LNG阀门丰要有增压调节阀、减压调节阀、紧急切断阀、低温截止阀、安全阀、止回 阀等。阀门材料为0Crl 8Ni9。管材：介质温度-20的管道采用输送流体用不锈钢无缝钢管，材质为0Crl8Ni9。(GBT 14976-2002)管件：管件均采用材质为0Crl8Ni9的无缝冲压管件。(GBT 12459-2005)法兰：法兰采用凹凸面长颈对焊钢制管法兰(HG 20592-97)，其材质为0Crl8Ni9。法兰密封垫片采用金属缠绕式垫片，材质为0Crl8Ni9。紧固件采用专用双头螺柱、螺母，材质为0Crl8Ni9。管道的冷收缩：在LNG的低温（-162）情况下，不锈钢（0Crl 8Ni9）管材的收缩率约为千分之三，管道在冷、热交替的情况下会产生很大的应力，严重时会造成管道破裂，所以在工艺设计和安装管道时，要采取有效措施，如：增加弯管、加补偿器等。,中国海洋石油公司,LNG,结束语 LNG以其运输灵活、储存效率高、运行成本低(空温式气化几乎不消耗能源)等优点得到越来越多的用户青睐，LNG的应用一定会有广阔的发展前景，这对我们来说是一次难得的机会。,中国海洋石油公司,LNG,谢谢大家！,
