趙佳

摘 要：LNG（液化天然氣）是氣態(tài)的天然氣（甲烷）經(jīng)壓縮、冷卻、節(jié)流形成的-162℃的常壓、低溫液體。按國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的液化工藝，均是以電為動(dòng)力，壓縮混合冷劑為其制冷。因此天然氣液化需要大量的能量，LNG氣化過(guò)程為相反過(guò)程，會(huì)放出大量的能量；而冷庫(kù)為儲(chǔ)存常溫或者低溫介質(zhì)的場(chǎng)所，需要大量的冷量，因此把LNG氣化站與冷庫(kù)結(jié)合起來(lái)，能合理的調(diào)配能量，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：LNG氣化；冷庫(kù)；節(jié)能減排

傳統(tǒng)的LNG氣化站：儲(chǔ)存的LNG經(jīng)泵增壓后，通過(guò)空溫式汽化器升溫然后經(jīng)水浴式汽化器復(fù)熱后調(diào)壓、計(jì)量通過(guò)管道輸送至下游用戶。儲(chǔ)罐內(nèi)LNG蒸發(fā)氣（BOG）經(jīng)空溫式換熱器升溫后進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)增壓后合并進(jìn)入調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的冷庫(kù)：冷庫(kù)分為常溫庫(kù)、低溫庫(kù)和超低溫庫(kù)，目前國(guó)內(nèi)的大部分冷庫(kù)均是以電能為動(dòng)力，把氨壓縮，壓縮后的氨在冷庫(kù)中膨脹，為冷庫(kù)提供冷量。

一、LNG氣化站

由于天然氣為清潔能源，燃燒后的產(chǎn)物為二氧化碳和水對(duì)環(huán)境的污染小，因此近幾年來(lái)，國(guó)家大力的推廣天然氣，大部分企業(yè)和居民原有燃煤、燃油鍋爐都相繼改成了燃?xì)鉅t。但是目前大部分地方天然氣管道均未敷設(shè)到位，因此需要LNG氣化站來(lái)解決此問(wèn)題。

LNG為常壓、低溫液體，1方LNG氣化后大約為600方氣體。使用時(shí)LNG需要重新轉(zhuǎn)化為常溫氣體，溫度由-162℃復(fù)溫至常溫，大量的冷能被釋放出來(lái)，每噸LNG可產(chǎn)生（8.3-8.6）×105kJ的冷能[1]。1噸LNG氣化為25℃的氣體，理論上可利用的冷量為250KW.h[2]，目前LNG氣化的工藝均是以空溫式汽化器與水域式汽化器相結(jié)合的方式。此工藝，首先造成了能源的浪費(fèi)；第二、目前國(guó)內(nèi)空溫式氣化器氣化效果不是太好，在一用一備的前提下，依然有大面積結(jié)冰的情況發(fā)生，這樣會(huì)加重下游水浴式汽化器的負(fù)荷，水浴式汽化器一般都是電加熱或者蒸汽加熱，同樣會(huì)增加此部分的能耗；第三、汽化器除冰過(guò)程中，需要用到蒸汽噴射升溫；但是大部分的氣化站都是以人工手動(dòng)除冰的方式，有可能對(duì)汽化器造成損壞，汽化器內(nèi)的低溫液體可能會(huì)噴射到人身上，氣體外泄后遇到明火很容易爆炸，引發(fā)重大安全事故。

二、冷庫(kù)

冷庫(kù)按其儲(chǔ)存介質(zhì)對(duì)溫度的要求，分為高溫庫(kù)（0-10℃）、中溫庫(kù)（-18-0℃）、低溫庫(kù)（-35℃左右）和超低溫庫(kù)（-60℃左右），由于LNG的冷能品味較高，所以提供的冷能可以滿足任何溫度要求的冷庫(kù)，目前冷庫(kù)主要集中在沿海地區(qū)，主要為冷凍加工海鮮產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)的冷庫(kù)一般都是以氨為冷媒，通過(guò)壓縮機(jī)增壓后進(jìn)入冷庫(kù)進(jìn)行膨脹制冷，為冷庫(kù)提供冷量。但是氨為介質(zhì)的冷庫(kù)有以下幾方面的缺點(diǎn)：一，氨為乙類易燃、易爆介質(zhì)，進(jìn)入冷庫(kù)后如果泄漏遇到明火很容易爆炸；二，氨具有毒性，泄漏后會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生危害、對(duì)儲(chǔ)存的介質(zhì)產(chǎn)生污染，如果發(fā)生大規(guī)模的泄漏，儲(chǔ)存的物品均需處理，不能繼續(xù)食用；三，氨冷庫(kù)需要設(shè)置大量的有毒氣體探測(cè)儀，加大投資；四，氨的壓縮需要壓縮機(jī)以及配套的冷卻塔，首先投資會(huì)比較高；其次，壓縮機(jī)為動(dòng)設(shè)備，噪音污染很嚴(yán)重，檢修維護(hù)成本高。且自從天津冷庫(kù)發(fā)生事故之后，國(guó)家對(duì)冷庫(kù)制冷劑氨的使用量做了控制，且不允許氨直接進(jìn)入冷庫(kù)。

三、LNG氣化站與冷庫(kù)聯(lián)合使用

1.聯(lián)合使用的前提條件

由于LNG氣化站需要把LNG進(jìn)行氣化，把LNG由-162℃的液體升溫至25℃的氣體，LNG的氣化潛熱為511kJ/kg，因此LNG的氣化，可以提供大量的冷量；而冷庫(kù)內(nèi)的溫度一般都為-60℃至5℃，需要外界提供大量的冷量。因此兩者能有機(jī)的結(jié)合起來(lái)以達(dá)到節(jié)能的目的。

2.聯(lián)合使用的方法

（1）已有冷庫(kù)的節(jié)能改造

由于很多冷庫(kù)已經(jīng)建成，因此設(shè)備管路均已定型，LNG氣化站與之聯(lián)合使用的方式相對(duì)比較簡(jiǎn)單?？梢杂肔NG提供的冷量與氨壓縮機(jī)的循環(huán)水進(jìn)行換熱，取消冷卻水塔；與出口的氨進(jìn)行換熱，降低氨進(jìn)入冷庫(kù)的溫度。

（3）新建冷庫(kù)的聯(lián)合使用

新建的LNG氣化站并且為新建的冷庫(kù)，則可以統(tǒng)一綜合考慮。對(duì)于LNG冷能回收技術(shù)目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有成熟的工藝，福建莆田L(fēng)NG接收站成功把LNG冷能回收用于冷庫(kù)。

3.冷庫(kù)工藝

（1）聯(lián)合使用的工藝

本文以中小型冷庫(kù)為例，冷庫(kù)溫度由-60℃的金槍魚冷藏庫(kù)，-28℃的魚蝦凍結(jié)庫(kù)，-18℃的魚蝦冷藏庫(kù)至5℃的蔬菜冷藏庫(kù)[3]，考慮到換熱器的傳熱溫差約8℃，即冷媒在這四個(gè)冷庫(kù)中的蒸發(fā)溫度分別為-69℃，-38℃，-28℃和-5℃：

由于氨的氣化潛熱為1373kJ/kg，壓縮后進(jìn)入冷庫(kù)進(jìn)行膨脹制冷，常用的制冷劑介質(zhì)中基本沒有哪個(gè)介質(zhì)比氨更有優(yōu)勢(shì)，但是由于氨自身的易燃、有毒等特性以及天津爆炸后國(guó)家對(duì)冷庫(kù)制冷劑的控制且氨不可以直接進(jìn)入冷庫(kù)換熱。因此需要一種冷媒替換，且冷媒需要有以下特點(diǎn)：首先不能有爆炸和燃燒危險(xiǎn)且無(wú)毒；第二、由于是和LNG換熱，冷媒需不易凝固，凝固點(diǎn)溫度不能比-162℃高太多；第三、容易購(gòu)買，且價(jià)格相對(duì)低廉；第四、在發(fā)生相變時(shí)，能滿足無(wú)常壓沸點(diǎn)低于蒸發(fā)溫度-69℃，且同時(shí)滿足LNG-冷媒換熱器的冷媒側(cè)不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓的情況。綜合考慮，選擇R23作為中間冷媒，R23的沸點(diǎn)為-82.1℃，凝固點(diǎn)為-155℃。[4]

由于LNG的溫度為-162℃，氣化需要大量的熱量，因此可以用冷媒在冷箱中與LNG換熱，低溫的冷媒通過(guò)泵增壓，依次經(jīng)過(guò)-60℃的金槍魚冷藏庫(kù)，-28℃的魚蝦凍結(jié)庫(kù)，-18℃的魚蝦冷藏，5℃的蔬菜冷藏庫(kù)，復(fù)溫的冷媒再次進(jìn)冷箱換熱。利用HYSYS軟件對(duì)流程進(jìn)行建模計(jì)算，分析不同流程在能耗方面的區(qū)別，圖1冷庫(kù)冷能全部來(lái)自LNG，圖2為傳統(tǒng)的電壓縮工藝模型，冷庫(kù)所需冷量完全由壓縮機(jī)提供。建模過(guò)程中LNG氣化器和換熱器的壓損設(shè)定為20KPa。

流程見圖1：

圖1 冷媒用于冷庫(kù)HYSYS模型圖

（2）傳統(tǒng)工藝

傳統(tǒng)工藝主要是以電為動(dòng)力，主要的冷量采用相變提供，比如用的最多的為氨，氨經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮，再經(jīng)冷卻節(jié)流為冷庫(kù)提供冷量。流程見圖2：

由表1和表2可以看出，兩種工藝提供給冷庫(kù)的冷量功率均為227.38kW，但傳統(tǒng)電壓縮工藝需要耗電124.8kW，而利用LNG冷能的冷庫(kù)制冷工藝泵僅需要0.16kW，大大節(jié)約了能耗。

（3）聯(lián)合使用的意義

以小時(shí)供氣量1400標(biāo)方的LNG氣化站為例，當(dāng)?shù)販囟劝?0℃。氣化量為1400Nm3/h，供氣壓力0.4MPa，需要的LNG量大約為1噸，溫度由-162℃通過(guò)空溫式汽化器和水浴式汽化器升溫達(dá)到25℃，選用1用1備的2000Nm3/h的空溫式氣化器升溫至0℃，再由水浴式汽化器升溫至25℃，汽化器升溫過(guò)程中釋放的冷能大約為220kW，按傳統(tǒng)的工藝，這部分冷能直接被空氣帶走，白白浪費(fèi)。

跟冷庫(kù)結(jié)合之后，如果用于-25℃的低溫冷藏庫(kù)，根據(jù)計(jì)算，可以給高4.2m，長(zhǎng)50m，寬40m的冷庫(kù)提供冷藏需要的冷量；如果用于加工庫(kù)，按加工時(shí)間6小時(shí)計(jì)算，把肉類從30℃冷凍至-25℃，可以為100m2高4.2m的冷凍庫(kù)提供充足的冷量。

跟冷庫(kù)聯(lián)合使用后，LNG氣化站少了空溫式汽化器的布置，減少了用地面積，節(jié)約了成本；同時(shí)冷庫(kù)區(qū)域也省去了制冷壓縮機(jī)，節(jié)約了電能。

結(jié)語(yǔ)：

1、LNG氣化站與冷庫(kù)的聯(lián)合使用后，能達(dá)到能源的互補(bǔ)以及變廢為寶的目的；

2、較之傳統(tǒng)的冷庫(kù)電壓縮制冷工藝，LNG冷能用于冷庫(kù)的制冷工藝可以大大節(jié)省電能，減少冷庫(kù)的運(yùn)行成本。

3、節(jié)省投資，縮短投資回收期。

參考文獻(xiàn)

[1]吳集迎，馬益民，陳仕清 LNG冷能用于冷庫(kù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，15（1）：44-47

[2]王坤、顧安忠.LNG冷能利用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析.天然氣工業(yè)，2004；7

[3]徐維、于偉等.冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010

[4]黃美斌，林文勝，顧安忠.利用LNG冷能的低溫冷庫(kù)流程比較.制冷學(xué)報(bào) 第30卷 第4期

（作者單位：康泰斯（上海）化學(xué)工程有限公司）