非管输LNG在锅炉“煤改气”领域的应用技术研究

董澍

（温州市石油天然气办公室，浙江温州32500）

化学工程

非管输LNG在锅炉“煤改气”领域的应用技术研究

董澍

（温州市石油天然气办公室，浙江温州32500）

为推广非管输LNG在工业企业锅炉“煤改气”领域的应用，通过分析其技术发展现状和存在的制约因素，从相关技术规范、BOG处理技术以及安全防护措施等方面提出了技术及安全解决方案。

非管输LNG；“煤改气”；技术方案

随着液化天然气（下称LNG）技术的快速进步以及淘汰燃煤锅炉对于天然气的迫切需要，加快推广LNG等非管输天然气在工业用户中的应用是十分必要的。本文着重分析其应用现状，并试图对其未来发展提出技术解决方案。

1 技术应用现状

非管输LNG技术是利用LNG配送车辆将LNG送达卫星站（中心站），再用加注车配送到LNG终端装置（安装在工业、公建非居民用户内），气化后直接供非居民用户的一种天然气供应体系，见图1。

图1 天然气供应体系

由于城市燃气管网建设周期长、投资大，部分地区因受地理条件限制，管网无法覆盖，对分散的、城市边缘地区或农村工业企业用户，专门铺设管道成本过高，经济不可行而成“死角”。因此，在管道气短期或难以通达的区域，采用非管输LNG供应方式，是对管道天然气的重要补充。企业实施“煤改气”后，企业会增加燃料的直接成本，但由于天然气锅炉较燃煤锅炉热效率更高，综合运输、人工、维修等成本因素，加上LNG资源价格不断下调，使得企业用气成本较前些年已大幅下降。

目前，企业终端设备一般有两种，一种是移动LNG气瓶组，需要定期换瓶；另一种是固定安装的LNG储罐，LNG加注车需要定期对其进行充装。相对前者，后者的优势在于：①单罐容量更大（罐容3～30 m3），可保证多日用量；②集成自动化水平更高，设备集储存、气化、加臭、自动检漏、声光报警、自动切断为一体，气化后经企业内部非地埋管道完成供气；③链接设备终端，实时监测设备终端储罐液面、终端运行情况，实现不间断供气和故障排除。

虽然终端设备制造技术已得到解决，但由于相关技术规范的限制，使得非管输LNG应用受到较大制约。问题症结在于：企业采用LNG瓶组供应，在LNG单个罐容和总容积有严格限定，与周边建、构筑物的防火间距要求较高。罐容上限和间距要求使很多企业使用LNG时无法满足技术规范要求，这给行业管理，特别是安全、消防监管造成很大困难，监管部门对此不监管有缺位责任，监管又无技术规范依据，从而给这项应用技术的推广前景埋下阴影。

2 技术解决方案

2.1提高罐容储备量

根据《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）规定，LNG瓶组气化站单罐最大容积不应大于410 L，总容积≤4 m3，按每立方米LNG相当于600 m3气态天然气计，最大供气量不超过2400 m3。通常情况下，1 t/h燃煤锅炉年均用煤所产生企业所需的热值=778.2×20 900×1 000×60%=9758628000 kJ；产生企业等量所需热值的天然气用量=（9758628000÷35948）÷85%=319 370.7 m3（燃煤锅炉热效率为60%，燃气锅炉热效率为85%）。“煤改气”用户1 t/h燃气锅炉日均用气量880 m3，1 t/h小锅炉用户每3天需要一次换瓶或充装。而对于6 t/h或者10 t/h等大中型锅炉用户一般使用管道气为主，因此非管输LNG的需求主体主要是1 t/h小锅炉用户，过于频繁的换瓶或充装既不经济也不安全。基于LNG储罐制造技术进步,增加罐容量必要且可行，目前市场上适用于企业自用的LNG集成储罐设计和建造的规格主要有5 m3、10 m3、15 m3等。按单罐15 m3，可以满足一般工业用户10天以上用气量。同时依据《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》（GB/T 20368-2006），该标准适用于所有LNG储罐，罐容从＜0.5 m3到＞265 m3不等（注：该推荐标准虽非强制性标准，但国家允许并鼓励企业采用推荐性标准，由企业决定是否采用此类标准）。本文认为：对于工业企业自用气，采用LNG集成储罐的单罐罐容宜设定为5～15 m3，条件具备可以形成罐组。

2.2适当降低防火间距要求

按单罐容积15 m3测算，罐体设备占地面积8 m2，加上15 m一般建筑物安全间距要求，以罐区为中心，需要近700 m2空间用于放置储罐。对一般企业而言厂区内空间往往有限，15 m的建筑物安全间距要求很难满足。本文认为：通过在罐区周围设置拦蓄区来降低防火间距是一种有效手段，能够减少LNG泄露和溢出后危及临近设施、人员安全的可能性。对于地面储罐，可利用拦蓄墙或防护堤等构成一个拦蓄区，如果是地下式或半地下式储罐，可利用挖沟方式形成一个拦蓄区。按GB/T 20368-2006有关规定：罐容为5 m3，从拦蓄区边缘到建筑物间距为4.6 m；罐容为10 m3、15 m3，从拦蓄区边缘到建筑物间距为7.6 m。采用罐组的，单罐之间间距按1.5 m控制。

2.3BOG处理技术

LNG低温储罐采用绝热保冷设计,由于有外界热量或其他能量导入，会引起储罐内少量的LNG蒸发。正常运行时，罐内LNG的日蒸发率约为0.06%～0.08%，这部分蒸发气（BOG）如果不及时排出，将造成储罐压力升高。对蒸发气（BOG）的处理有直接输出进入管道和再冷凝回罐工艺。再冷凝工艺是将蒸发气（BOG）压缩到较低的压力与由LNG低压输送泵从LNG储罐送出的LNG在再冷凝器中混合，利用LNG增压后的过冷量，使蒸发气再冷凝。再冷凝工艺通常适用于大型LNG储罐，对企业内部使用的LNG罐产生BOG量不多，一般就直接进入管道。如果发现储罐或者其它管路有超压现象通过安全放散进行泄压，系统的超压放散对于储罐安全十分重要，因此在系统中要设置安全阀和超压报警装置，并且除了安全阀自动放散外还设置了手动放散，防止自动放散失效。

2.4安全防护措施

LNG的危险特性主要有泄露与扩散、遇水快速相变、极低温灼伤、易燃易爆等等，各种危险源特性和防护技术要点：

（1）LNG一旦从储罐及阀门泄漏，一小部分立即急剧气化成蒸气，剩下的泄漏到地面，沸腾气化后与周围的空气混合成冷蒸气雾，在空气中冷凝形成白烟，再稀释受热后与空气形成爆炸性混合物。LNG泄漏后形成的冷气体在初期比周围空气比重大，易形成云层或层流。泄漏LNG的气化量取决于地表、大气的热量供给，刚泄漏时气化率很高，一段时间以后趋近于一个常数，这时泄漏的LNG就会在地面上形成一种液流。若无围护设施，则泄漏的液化天然气就会沿地面扩散，遇到点火源可引发火灾。形成拦蓄区后，泄漏的LNG收集在拦蓄区内，防止四处溢流。拦蓄区可设置事故收集池，事故收集池设置高倍数泡沫系统和低温探测器，当低温探测器探测到事故收集池内有泄漏的LNG后，即自动向事故收集池内喷射高倍数泡沫混合液，以减少LNG气化。

（2）在泄漏LNG遇到水，水与LNG之间有非常高的热传递速率，LNG将激烈地沸腾并伴随大的响声、喷出水雾，导致快速相态转变现象的发生，快速相态转变现象具备爆炸的特征，由此产生的爆炸威力可导致严重事故的发生。为避免这种危险，拦蓄区应有良好的雨水排放系统，定期排放雨水。

（3）对于LNG的低温深冷特性，操作时主要是防止低温流体对人体造成伤害。对有可能接触液化天然气的操作人员配备一些防冻设施，如防冻手套、防冻服装等。

（4）LNG火灾的特点是传播速度快，燃烧速率大，火焰温度高、辐射热强，易形成大面积火灾甚至爆炸。发生火灾爆炸事故时，第一时间发现和控制险情至关重要。因此，利用储罐已经具备的自动检漏、声光报警、自动切断等装置，作进一步集成，设置合理逻辑连锁，加装消防设施十分必要。当探测器探测到火灾信号后，传输信号至火灾报警控制盘，通过火灾报警控制盘的联锁控制信号启动设在罐顶的雨淋阀，从而开启灭火系统。

[1]GB 50183-2004，石油天然气工程设计防火规范[S].

[2]GB 50028-2006，城镇燃气设计规范[S].

[3]GB/T 20368-2006，液化天然气（LNG）生产、储存和装运[S].

The Nonpipelining LNG Application Technology Research in the Boiler Field of“Coal to Gas”

DONG Shu
（Wenzhou Oiland Gas Office，Wenzhou，Zhejiang 32500，China）

To promote the nonpipelining LNG in industrial boiler application of“coal to gas”，through the analysisof its technology development situation and the existing constraints，put forward technology and security solution in the relevant code，BOG processing technology and safety protection aspects.

nonpipelining LNG；“coal to gas”；technology solution

1006-4184（2017）5-0036-03

2017-02-06

董澍（1974-），男，浙江临海人，高级工程师，主要研究方向:石油天然气工程。E-mail：335034316@qq.com。