摘要：在LNG接收站項(xiàng)目中浸沒式燃燒氣化器（SCV）是燃燒加熱型氣化器中使用最多的一種;浸沒式燃燒法實(shí)現(xiàn)了高溫?zé)煔馀c水浴之間能量的直接傳遞，燃燒器產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谒行纬纱罅繗馀?，氣液之間混合攪動(dòng)強(qiáng)烈，因此大大加強(qiáng)了氣液的接觸傳熱面積，使傳熱過程增強(qiáng)。本篇結(jié)合中石化天津LNG接收站SCV運(yùn)行現(xiàn)狀，給出了SCV的燃料消耗、風(fēng)機(jī)送送風(fēng)量和風(fēng)機(jī)能耗計(jì)算方法。通過與工程運(yùn)行實(shí)際參數(shù)對(duì)比，文中給出的計(jì)算方法對(duì)于特定條件下的生產(chǎn)耗能分析和工藝參數(shù)估算是有用的，也可以用于工程規(guī)劃階段的能耗核算，但對(duì)于詳細(xì)的工程設(shè)計(jì)過程不推薦使用本篇的計(jì)算方法。通過多組計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析降低SCV出口天然氣溫度可有效降低燃料氣的消耗，同時(shí)也降低了壓縮空氣的消耗量，降低風(fēng)機(jī)能耗;同時(shí)降低SCV出口天然氣的溫度可以大量減少燃料天然氣的消耗，最終減少了燃燒過程CO2的排放量，降低生產(chǎn)過程對(duì)大氣造成的污染?，F(xiàn)歸納總結(jié)如下，供同行參考。

關(guān)鍵詞：液化天然氣;接收站;浸沒式燃燒氣化器;空壓機(jī);節(jié)能;排放

在LNG接收站項(xiàng)目中浸沒式燃燒氣化器（SCV）是燃燒加熱型氣化器中使用最多的一種。它使用一個(gè)直接向水中排出煙氣的燃燒器，由于煙氣與水直接接觸，煙氣激烈地?cái)噭?dòng)水，熱效率非常高。浸沒燃燒式氣化器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間;初始成本低;傳熱效率非常高;適合于負(fù)荷突然增加的要求，可快速啟動(dòng);適合于緊急情況或調(diào)峰使用。

浸沒式燃燒法實(shí)現(xiàn)了高溫?zé)煔馀c水浴之間能量的直接傳遞，燃燒器產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谒行纬纱罅繗馀?，氣液之間混合攪動(dòng)強(qiáng)烈，因此大大加強(qiáng)了氣液的接觸傳熱面積，使傳熱過程增強(qiáng)[1]。煙氣的排煙溫度接近水溫（20℃左右），煙氣中的水汽冷凝熱得到全部回收，燃燒熱效率高達(dá)95%以上。與此同時(shí)SCV采用低NOx燃燒器，煙氣中NOx含量很低，減少了對(duì)大氣的污染。因?yàn)镾CV要消耗燃料，操作費(fèi)用高，SCV主要用于調(diào)峰或緊急狀態(tài)。當(dāng)冬季海水溫度較低時(shí)IFV和ORV兩種氣化器無(wú)法使用，此時(shí)在LNG接收站SCV常被用做基本負(fù)荷氣化器。

1、SCV工藝簡(jiǎn)介

1.1 工藝流程

鼓風(fēng)機(jī)來的空氣與燃料氣在燃燒器混合、點(diǎn)燃，在燃燒室充分燃燒。所產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，?jīng)煙氣分配器均勻分配至堰流箱下方，高溫?zé)煔庠谏仙^程中加熱堰流箱內(nèi)的軟化水和LNG盤管，煙氣經(jīng)混凝土水浴池上方的集氣室從煙囪排出。

自高低壓外輸泵來的LNG流經(jīng)LNG盤管過程中，經(jīng)堰流箱內(nèi)的高溫?zé)煔夂蛙浕郊訜岷?，溫度升?℃以上外輸。

1.2 SCV的結(jié)構(gòu)和工作原理

浸沒燃燒式氣化器（SCV）工作原理及結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。SCV氣化器主要由天然氣管束、燃燒器、燃燒室、煙氣分布器、堰流箱、煙囪、鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、混凝土水浴池（槽）、燃?xì)夤艿馈⒐╋L(fēng)管道、監(jiān)控儀表、控制系統(tǒng)等部分組成[2]。

液化天然氣管束置于水浴池液位以下，將燃料天然氣（NG）與鼓風(fēng)機(jī)輸送來的空氣送入燃燒器在爐膛內(nèi)燃燒，燃燒后生產(chǎn)的高溫?zé)煔饨?jīng)過煙氣分布器直接排入水浴池中。高溫?zé)煔馔ㄟ^分布器的鼓泡管進(jìn)入水浴與水直接接觸換熱，大量氣泡攪動(dòng)水浴，促進(jìn)了氣水之間的傳熱和水浴與管束的換熱，換熱效率很高。這種氣/水混合物同時(shí)產(chǎn)生上升作用，在圍堰的限制下，在換熱管外形成自下而上的循環(huán)流動(dòng)，強(qiáng)化了水與管束的換熱。加熱后的水通過管束與管內(nèi)的液化天然氣（LNG）換熱，管內(nèi)的液化天然氣被加熱氣化并過熱到要求的外輸溫度。煙氣從水面逸出后經(jīng)煙囪排入大氣。循環(huán)水泵把冷卻水送入爐膛和燃燒器水夾套對(duì)其冷卻。SCV的運(yùn)行是在燃燒控制管理系統(tǒng)的自動(dòng)控制下進(jìn)行的。

2、能耗指標(biāo)的計(jì)算方法

2.1燃料氣性質(zhì)及燃燒方程

天津LNG接收站在開車階段和停產(chǎn)檢修階段，一般采用來自LNG儲(chǔ)罐的BOG經(jīng)增壓后作為燃料氣，正常生產(chǎn)過程中主要采用氣化后的商品氣作為燃料氣，表1給出了中國(guó)石化天津LNG接收站的典型的氣質(zhì)組成。

表1中天然氣的組成主要是飽和烷烴，含有少量氮?dú)?，基本不含水和硫化物。為?jiǎn)化計(jì)算，本篇所涉及燃燒計(jì)算均指飽和烷烴的計(jì)算。烷烴燃燒化學(xué)方程式如下（式e1）。

2.2空氣壓縮機(jī)能耗計(jì)算

根據(jù)燃燒化學(xué)方程e1，燃料氣燃燒所需空氣量按公式（1）計(jì)算。

空氣空壓機(jī)功耗按公式（2）計(jì)算：

2.3 LNG氣化和加熱過程中焓變計(jì)算

在氣液平衡計(jì)算過程中，采用Peng-Robinson狀態(tài)方程及其演變方程，可以較好地計(jì)算液體的蒸發(fā)焓變[4]。

通過PR方程可推導(dǎo)出，液化天然氣氣化蒸發(fā)段的焓變計(jì)算按式（4）計(jì)算。

因天然氣氣化外輸過程中基本保持恒定的外輸壓力，氣化后天然氣加熱段焓變簡(jiǎn)化計(jì)算按式（5）計(jì)算[5]。

2.4燃料天然氣的熱值計(jì)算

燃料天然氣的熱值采用公式（6）計(jì)算。根據(jù)SCV工作原理（1.2）燃料天然氣熱值應(yīng)選取高熱值。

2.5 能量損失計(jì)算

SCV的能耗損失主要是包括SCV殼體的熱輻射、凝結(jié)水外排和廢氣排放3個(gè)部分的熱量損失。為簡(jiǎn)便計(jì)算，本篇暫不計(jì)入SCV殼體熱輻射引起的熱量損失;凝結(jié)水外排和廢氣外排熱量損失參照公式（5）計(jì)算。

3、能耗和燃料消耗指標(biāo)計(jì)算

3.1 SCV能量守恒關(guān)系和熱物料平衡

在LNG接收站工程生產(chǎn)過程中，SCV是LNG氣化和加熱的關(guān)鍵核心設(shè)備，一旦裝置建成投用其LNG入口溫度和工作壓力基本穩(wěn)定，可變參數(shù)為出口溫度;SCV工作過程中燃料其燃燒釋放出的熱量，除部分能量損失（2.4）外，其余全部共給LNG氣化和加熱，能量平衡可按公式（7）計(jì)算。

根據(jù)公式（1）至公式（7），我們可以推導(dǎo)出燃燒氣消耗量和風(fēng)機(jī)能耗的特出對(duì)應(yīng)SCV出口端提案燃?xì)鉁囟鹊膶?duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系如下：

3.2 能量消耗指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表2給出了不同出口端天然氣溫度對(duì)應(yīng)條件下中石化天津LNG接收站SCV能耗和燃料消耗指標(biāo)計(jì)算結(jié)果。

4、工程應(yīng)用及操作實(shí)踐

表2和圖3、圖4數(shù)據(jù)顯示，隨著SCV出口天然氣溫度的增加，燃料氣消耗量和風(fēng)機(jī)耗電量呈線性增加;圖4顯示隨著SCV出口天然氣溫度的增加，冷凝水和燃燒廢氣外排引起的能耗損失呈線性大幅度急劇增加。LNG接收站在生產(chǎn)運(yùn)行過程中根據(jù)天然氣下游用戶需求，

在保證下游用戶用氣安全的條件下，應(yīng)及時(shí)調(diào)低SCV出口天然氣溫度，降低燃料氣消耗量和風(fēng)機(jī)耗電量，達(dá)到節(jié)能減排雙重目的。

2019年進(jìn)入冬季，中石化天津LNG接收站工程共開啟SCV 4臺(tái)，根據(jù)下游用戶需求和配套輸氣管網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際，公司及時(shí)將出口天然氣溫度調(diào)低至5-10℃，水浴槽溫度約15℃燃料氣消耗和風(fēng)機(jī)電耗都有大幅度的降低。

5、結(jié)論

SCV作為L(zhǎng)NG氣化外輸?shù)暮诵脑O(shè)備，其熱能主要來自燃料氣的燃燒釋放的熱能，燃料氣消耗量與SCV出口天然氣的溫度密切相關(guān)。降低SCV出口天然氣溫度可有效降低燃料氣的消耗，同時(shí)也降低了壓縮空氣的消耗量，降低風(fēng)機(jī)能耗。

燃料天然氣燃燒產(chǎn)物中水將凝結(jié)成液態(tài)水，并經(jīng)溢流口不間斷排出;燃燒產(chǎn)物CO2和空氣中壓縮空氣中不燃燒的氮?dú)釴2從SCV煙囪連續(xù)排除。凝結(jié)水和廢氣排放都攜帶了一定量的熱能，降低SCV出口天然氣的溫度和水浴池淡水的水溫可以有效降低這部分能量的損失。

降低SCV出口天然氣的溫度可以大量減少燃料天然氣的消耗，最終減少了燃燒過程CO2的排放量，降低生產(chǎn)過程對(duì)大氣造成的污染。

本篇使用的計(jì)算方法對(duì)于特定條件下的生產(chǎn)耗能分析和工藝參數(shù)估算是有用的，也可以用于工程規(guī)劃階段的能耗核算，但對(duì)于詳細(xì)的工程設(shè)計(jì)過程不推薦使用本篇的計(jì)算方法。

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作者簡(jiǎn)介：

王保慶，男，1973.12出生，大學(xué)碩士，高級(jí)工程師，從事專業(yè)：石油及天然氣工程建設(shè)