LNG气化站冷能用于冷库技术分析

肖芳 申成华 徐鸿 崔国彪

（1.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.中国石油集团东南亚管道有限公司，云南 昆明 650000；3.中海石油（中国）有限公司秦皇岛作业公司，天津 300456；4.中国石油天然气管道局四公司，河北 廊坊 065000）

LNG气化站冷能用于冷库技术分析

肖芳1申成华2徐鸿3崔国彪4

（1.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.中国石油集团东南亚管道有限公司，云南 昆明 650000；3.中海石油（中国）有限公司秦皇岛作业公司，天津 300456；4.中国石油天然气管道局四公司，河北 廊坊 065000）

针对LNG气化站如何利用技术高效回收所释放冷能的问题，详细介绍了LNG冷能用于冷库制冷技术的工艺流程，并以某LNG气化站冷能利用项目为例，对LNG冷能制冷工艺和传统冷库电压缩制冷工艺从耗电量、效率、经济效益3个方面进行了对比分析，得出项目中利用LNG冷能的冷库制冷工艺相对于传统电压缩制冷工艺更节省用电费用，流程效率更高，投资回收期更短，运行成本更低。

LNG气化站 冷能利用 冷库制冷 fffffe效率

0 引言

由于LNG的储存温度为-162℃，因此在进入城市管网之前须进行气化，气化过程中LNG会释放出大量的冷能，每吨LNG可产生（8.3～8.6）×105kJ的冷能［1］，合理回收利用这部分冷能很有必要。LNG冷能可利用的方式包括轻烃分离、发电、空气分离、废橡胶低温粉碎［2］、干冰、冷库、制冰、空调等，考虑到LNG气化站的特点和其冷能利用项目的特性，应大力开展将LNG气化站的冷能用于冷库技术的研究。

1 LNG冷能用于冷库的工艺流程

LNG气化站冷能用于冷库的工艺流程见图1。LNG从储罐内出来后分为两部分，一部分经过气化器a气化至常温，另一部分与冷库制冷循环的冷媒换热升温后，再经过气化器b升温至常温后与第一部分汇合后调压至城市管网所要求的压力后送往用户。冷库制冷循环包括冷媒的降温冷凝和气化蒸发两部分。从冷库内部出来的气态冷媒首先与LNG换热，冷凝为液体后进入冷媒罐，冷凝温度根据冷库所需低温要求来确定［3］，冷库根据温度要求一般分为高温冷库（0～10℃）、中温冷库（-18～0℃）、低温冷库（-35℃左右）和超低温冷库（-60℃左右）。由于LNG冷能品位较高，所以其提供的冷量可以满足任意温度要求的冷库。液态冷媒经冷媒泵加压至0.4～0.6 MPa，再经过计量调压后进入冷库释放冷量。冷媒携带的冷量释放后其温度升高，从冷库出来后继续去往换热器回收LNG冷量，完成冷库制冷循环。

图1 LNG冷能用于冷库的工艺流程图

由于LNG气化站存在气化量随时间波动的情况，当天然气用户需求较少时气化站气化量降低，导致LNG冷能供给不足，使冷媒无法携带足够的冷量进入冷库，为此将LNG冷能利用工艺改进为如图2所示的流程。

图2 改进后的LNG冷能用于冷库的工艺流程图

由图2中可见当LNG气化量降低导致冷能供给不足时，从冷库出来的冷媒将分出一部分进入电压缩制冷系统，使用电压缩制冷工艺补充冷库所需的冷能。

2 实例分析

某LNG气化站共有5个容积为100m3的圆筒形LNG储罐，储罐储存压力为0.4MPa。气化站最大供气能力为12×104Nm3／d，平均气化量为4×104Nm3／d，气化压力为0.4MPa，城市管网压力要求为0.3MPa，LNG储存温度为-160℃。气化站附近有一座低温冷库，冷藏温度要求为-30℃，LNG气化所释放的冷量被送往冷库用于食品冷藏，中间冷媒使用液氨。利用HYSYS软件对流程进行建模计算，LNG气化量取平均值4×104Nm3／d，分析不同流程在能耗等方面的区别，其中图3为LNG气化量充足时的工艺流程模型，冷库所需冷量全部来自LNG；图4为传统电压缩工艺流程模型，冷库所需冷量完全由压缩机提供。建模过程中LNG气化器和换热器内流体压损设定为20kPa。

图3 LNG冷能用于冷库工艺HYSYS模型图

图4 传统电压缩工艺HYSYS模型图

2.1 耗电量分析

两种工艺流程各关键设备的功率计算结果见表1和表2。

表1 LNG冷能用于冷库工艺各设备功率计算表

表2 传统电压缩工艺各设备计算表

由表1和表2可以看出，两种工艺提供给冷库的冷量功率均为251.4kW，但传统电压缩工艺的压缩机需要耗电142.8kW，而利用LNG冷能的冷库制冷工艺的液氨泵仅需耗电0.1kW，大大节省了能耗。

式中，H、S分别为工况下工质的焓和熵，单位分别为kJ／kg、kJ／（kg·℃）；H0、S0分别为基准状态下工质的焓和熵，单位分别为kJ／kg、kJ／（kg·℃）；T0为基准状态下的温度，℃；设定基准状态温度及压力分别为25℃及0.1MPa。对于一个系统或者单元，其效率由下式求得：

式中，ex1为系统或者单元得到的有效，kJ／h；ex0为系统或者单元的输入，kJ／h。

2.3 经济效益分析

利用LNG冷能的冷库制冷工艺较之传统的电压缩制冷工艺节省电功率142.7kW，按照0.85元／（kW·h）的电价，年生产时间300d来计算，每年可节省87万元，经济效益显著。

表3 LNG冷能用于冷库工艺各设备效率计算表

表3 LNG冷能用于冷库工艺各设备效率计算表

参数输入／（kJ·h-1）有效／（kJ·h-1）效率换热器1198882.5 464867.6 38.8%液氨泵225035.8 224966.0 100.0%阀1 224966.0 224625.9 99.8%冷媒蒸发器224625.9 21358.8 9.5%气化器b 240191.8 216592.5 90.2%阀2 216592.5 185862.5 85.8%

表4 传统电压缩工艺各设备效率计算表

表4 传统电压缩工艺各设备效率计算表

参数输入／（kJ·h-1）有效／（kJ·h-1）效率压缩机520580.1 444633.3 85.4%水冷器444633.3 268880.1 60.5%阀3 268880.1 225599.8 83.9%冷媒蒸发器225599.8 6500.1 2.9%

LNG冷能用于冷库的制冷项目总投资101.9万元，包括工程建设投资92.35万元、流动资金7.74万元、建设期利息1.81万元，平均年销售额为81万元，计算得出税后内部收益率为46.18%，系统投资回收期为3.24a。

3 结论

1）LNG冷能用于冷库的制冷工艺可以高效回收LNG气化站气化过程中所浪费掉的冷能，是LNG气化站冷能回收的主要方式之一。

2）较之传统的冷库电压缩制冷工艺，LNG冷能用于冷库的制冷工艺可以大大节省耗电量，提高系统效率，减小冷库运行成本，投资回收期较短，经济效益显著。

［1］吴集迎，马益民，陈仕清.LNG冷能用于冷库的系统设计及分析［J］.集美大学学报：自然科学版，2010，15（1）：44-47.

［2］LIS，LAMM INMAKIJ，HANHIK.Improvement of me⁃chanical properties of rubber componds using waste rub⁃ber／virgin rubber［J］.Polymer Engineering and Sci⁃ence，2005，45（9）：1239-1246.

［3］杜琳琳，罗东晓，徐文东.南方地区冷库利用液化天然气冷能的技术研究［J］.天然气工业，2007，27（6）：115-117.

［4］李少中.利用LNG冷能的冷库工艺模拟及分析［J］.广东化工，2010，37（7）：250-251.

（编辑：蒋龙）

中国石油西南油气田首口煤层气井投入民用

8月12日，西南油气田宁210井供民用气流程安装调试完成并正式供气，标志着油气田第一口煤层气井投入民用。宁210井是油气田部署在四川盆地长宁背斜构造中奥顶构造北翼的第一口煤层气评价井。2012年12月4日该井龙潭组煤层压裂改造完成，2013年5月23日投产运行，2013年8月28日排采出气，产气点火放空，日产气量150m3。2013年12月30日至今，气井进入排水提产阶段，现日产气量稳定在1000m3。

（信息来源：中国石油西南油气田公司网 2014－08－13）

B

2095-1132（2014）04-0045-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.013

修订回稿日期：2014－07－10

肖芳（1987－），女，助理工程师，从事油气集输的设计工作。E-mail：xiaofang2_sw@cnpc.com.cn。