移动LNG点供在燃气输配中的应用

上海奉贤燃气股份有限公司 李 杰

关键字：LNG 移动供应撬 气化器 燃气输配 抢修

上海要迈向全球卓越城市，务须按照最高标准、最高水平打造一流营商环境、提供优质城市生活、塑造开放、创新、包容的城市品格。而燃气服务作为城市公用事业的一部分，在新的时期里同样有新的要求，在以往满足供气安全的前提下，顺畅稳定的供应，高效灵活的供给越来越能体现燃气企业在为提升城市营商环境、满足市民优质生活的城市机能中发挥的作用。

近年来随着液化天然气LNG供应渠道和供应量的迅速增长，凭借供应灵活性好、前期投资小的优点，LNG点供已经越来越多地被应用于城市燃气供应中。本文介绍的移动LNG点供就是利用移动LNG供应撬作为燃气管道不停供抢修、重点项目临时供应或作为后备气源保障等情况的一种应用。

1 工艺流程及设备配置

1.1 工艺流程

移动LNG供气装置基本工艺流程如图1所示：首先LNG气源从LNG杜瓦瓶组中进入LNG供气撬，然后LNG在供气撬中经过气化器气化、调压器调压至拟供气压力，最后完成计量加臭后进行供气。该套供气装置还包括闪蒸汽BOG(Boil Off Gas)的回收系统、安全放散气EAG(Escape air gas)的集中加热放散系统以及可添加的自控系统。

图1 移动LNG供气装置工艺流程

1.2 设备配置

1.2.1 LNG杜瓦瓶组

考虑到移动LNG供气装置的应用场景主要是管网不停供抢修和重点项目的临时供应，所以一般LNG气源会选择运输便捷、具备自增压功能的LNG杜瓦瓶。杜瓦瓶的管路系统主要包括增压回路(含增压调节阀和气化增压器)、进液阀、出液阀和排放阀。LNG杜瓦瓶能根据后方的使用情况提供气相或液相介质。实际应用时可以根据后方用气量的大小配置不同容量不同数量的杜瓦瓶并联组成杜瓦瓶组进行供应。

1.2.2 气液相自调节系统

本装置在杜瓦瓶组与LNG供气撬之间设置了一套气液相自调节系统，见图2。

图2 气液相自调节系统

在气相和液相两路分别加装低温调节阀，使用前将液相路调节阀设定为气化器路进口压力p＜p1时开启，气相路调节阀设定为气化器进口压力p＞p1时开启。以保证系统在后端用气量较大时使用液相供应，后端用气量较小时使用气相供应，以提高系统能源利用率、降低EAG的数量。通过这套气液相调节系统不仅能有效利用BOG节约能源，同时还能降低后端用气量较小时系统管道压力提高的安全水平。

1.2.3 气化器

对于整个撬装LNG系统，气化器的选择直接影响整套系统的供气能力和供气稳定性。由于系统对移动性的要求，气化器大多选用空温式气化器，当有供电条件时也可选择水浴式气化器等其它类型的气化器，其性能对比见表1。

表1 空温式气化器与水浴式气化器性能对比

空温式气化器适用性强、结构简单、安全系数高，所以一般小型移动LNG撬装设备均采用空温式气化器。只有在空温式气化器不能满足应用场景的用气量需求时才考虑使用水浴式气化器，水浴式气化器的热源一般分为电加热和部分LNG气化作为燃料。

1.2.4 调压计量设备

调压计量设备的选择首先应与气化器的气化量相匹配，然后再根据后端应用场景的出口压力需求进行选配。要注意由于LNG气化后压力一般较高且不稳定，所以如果出口压力需要低压，应设置两级调压装置。

1.2.5 加臭装置

考虑移动撬的应用场景中一般没有外供电源，所以常采用重力滴注式加臭装置，通过手动调节针型阀设置加臭量。

1.2.6 安全系统

移动LNG供气装置中的安全系统包括EAG换热升温后的放散系统，能保证EAG放散前充分换热使放散气密度小于空气，避免产生白烟，消除燃爆隐患；在有供电条件的使用地点加装远程监控系统，通过远程监控系统了解系统的各部位气相压力和温度，确保系统压力在正常范围内，以降低现场人力的投入。

2 应用案例

2.1 某工业用户不停供抢修应用

2018年12 月某大型工业用户因专用调压站进口总阀门故障需停气抢修，停气时间预计需3 h。该用户的主要用气设施为1台烧制玻璃制品的大型窑炉，停气很可能造成窑炉损坏，进而造成巨大的经济损失。为做到不停供，抢修作业中使用了移动LNG点供方式，在原管输停供的情况下为用户进行临时保供。

用户窑炉正常运行时的用气量约800 m³/h，窑炉保温所需最低用气量约300 m³/h，出口压力需求为0.15 MPa，所以选用了1套供气能力为1 000 m³/h的LNG移动供气撬。接入点选择在表房后的一处低位架空管。LNG供气从13：35开始至15：35结束，供气时间两小时，期间对供气装置出口压力全程记录，如图3所示。

图3 某抢修期间LNG供气装置出口压力曲线

从图3可见，系统运行一段时间后出口压力会迅速下降，造成该问题的原因经分析确认是气化器表面结霜。

LNG空温式气化器的传热包括管内LNG的对流换热、管壁的导热、管外空气的对流换热及污垢的传热，总传热系数计算式为：

式中：K——总传热系数，W/(m2·K)；

Rf——污垢热阻；

αf——天然气与翅片管管壁的表面传热系数，W/(m2·K)；

λal——铝合金的热导率，W/(m·K)；

δ——翅片管壁厚，m；

α——空气与翅片管的表面传热系数，W/(m2·K)；

β——肋化系数；

η——肋化效率。

空气与翅片管的表面传热系数α会随着霜层厚度的增加快速下降，据查有关实验数据当霜层热阻达到0.6 m2·K/W时空气侧对流换热系数将降低约90%。

发现出口压力下降后，经与用气单位沟通后用气单位减小窑炉生产负荷，以保证窑炉温度为底限，降低用气量至约400 m3/h。用气量降低后气化器结霜情况得到缓解，出口压力恢复到设定压力。

2.2 大型管网抢修工程保供某小区

2019年2 月底位于平庄公路的某段穿越管因第三方外损导致燃气泄漏，泄漏管道埋深约6 m。根据实际现场环境，确定维修方案为废除原穿越管，在旁侧重新敷设新管道，整个施工周期预计20 d，施工期间会造成一个小区(约500户)供气中断。为解决施工期间该小区的用气问题采用了移动LNG供气撬进行保供。

本次应急供气持续总共17 d，撬装设备选择在供气小区外阀门放散口处接入。气源选择6 瓶LNG杜瓦瓶三用三备的方式进行循环供应。21 d共计使用475 L杜瓦瓶8瓶，供气量约2 000 m3。

在本次点供过程中出现了一些问题：该小区为新建小区入住人数较少，用气小时不均匀性很大，这样的用气情况造成LNG供气系统气相压力变化明显。在用气量很小的晚间，气相压力会以较快速度上升，造成较大EAG放散量，现场采取关闭多数杜瓦瓶的方式处理。同时在除中午及晚上燃气使用高峰时间外，其余时刻用气量也较小，通过气液相自调系统以BOG进行供应已能满足多数工况，气液相自调系统在节能与安全性上起到了很好的作用。

撬装设备放置在小区外空置场地内，用护栏架进行简单围护，安排人员24 h值守。在20多天的供气过程中，有较多居民围观。该装置长时间运行存在杜瓦瓶出口管至气化器部分金属表面极低温、EAG放散等潜在安全问题，所以在移动LNG供气撬在没有实体围护的情况下有必要安排人员值守。

3 结语

(1)通过多次实际使用经验确认使用移动LNG供气装置点供的方式能很好的解决燃气抢修施工影响用户的保供问题。该方式保供对场地环境要求低、供应灵活、前期准备时间短，同时使用移动LNG点供的费用—包括设备的折旧费(或租赁费)以及LNG杜瓦瓶的使用费要远小于传统的不停气封堵后接临时管的施工费用。所以在保供规模较小时(单套设备＜500 m³/h)使用移动LNG供气装置进行临时点供是一种很好的解决方案。

(2)移动LNG供气装置宜按模块化设置，适应各种不同供气需求。气化器的选择是系统设计的核心。空温式气化器在低温高湿环境下运行时，当气化量较大时气化器会出现表面结霜现象，造成气化器气化能力明显下降，降低整套系统的供气能力。所以在沿海地区冬季采用空温式气化器时建议对空温式气化器设计气化量乘以一个0.5～0.7的系数进行设计选用。当供气规模较大且现场有安全停车、供电条件时建议使用LNG槽车搭配水浴式气化器组成系统。

(3)移动LNG供气装置在接入用户管道前，应先进行系统的预冷与压力调整，当系统压力出口稳定到设计出口压力后再接入管网。

(4)由于LNG系统运行有低温与EAG需放散的特点，当装置设置在无实体围护的地点时，应安排人员进行现场值守。同时当后方用气量变化较大时往往气源的气相压力变化会较大，在无人值守时建议系统加装远程监测系统实时监控气相压力，保证系统运行安全。

(5)根据移动LNG点供前期投资小、可移动、供气灵活的使用特点，除能用于输配管网抢修的临时供应外，还非常适合用于重点用户的临时备用(应急)气源、管道天然气置换时末端管道的保压等应用场景。利用移动LNG点供能丰富燃气销售企业的供气模式，提升对用户供气的连续性和稳定性。