楊薇，王同升(新地能源工程技術(shù)有限公司，河北 廊坊 065001)

0 引言

在中國(guó)社會(huì)生產(chǎn)對(duì)能源需求不斷增大以及環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念的作用下，天然氣冷能利用研究一方面能夠減少對(duì)于自然環(huán)境的污染，減少污染物的排放，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及綠色環(huán)保事業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。另一方面，LNG接收站冷能利用也能夠降低天然氣利用過程中的能源消耗問題，節(jié)約LNG接收站的運(yùn)營(yíng)成本，降低其對(duì)環(huán)境的影響，具有較高的研究?jī)r(jià)值以及應(yīng)用價(jià)值。

1 LNG接收站冷能利用現(xiàn)狀分析

根據(jù)相關(guān)調(diào)查分析，液化天然氣作為清潔、高效、經(jīng)濟(jì)且儲(chǔ)量豐富的一種新能源，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著十分重要的意義。近年來，中國(guó)天然氣的進(jìn)口量以及天然氣總產(chǎn)量不斷提高，已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的LNG接收站以及LNG工廠不斷發(fā)展，為保障國(guó)家的能源安全、填補(bǔ)能源問題提供了重要的幫助。而在綠色生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)等發(fā)展目標(biāo)的背景下，液化天然氣產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排以降低其生產(chǎn)成本以及提高LNG接收站冷能利用的效率為核心，這不僅關(guān)系著相關(guān)產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的發(fā)展前景以及未來的發(fā)展方向，更與中國(guó)的能源安全以及能源發(fā)展戰(zhàn)略有著密切的聯(lián)系。

目前，在液化天然氣生產(chǎn)當(dāng)中，國(guó)際普遍以一億噸消耗850千瓦時(shí)電力為主，但通過改進(jìn)相關(guān)工藝，提高LNG接收站的冷能利用效率，每噸液化天然氣釋放的冷能相當(dāng)于330千瓦時(shí)，能夠大大地減少由于液化天然氣氣化產(chǎn)生的環(huán)境污染以及氣化過程中的噪聲污染的污染問題。特別是在近年來國(guó)家對(duì)于噪聲污染、空氣污染等環(huán)境污染的整治力度不斷加大的背景下，天然氣作為更加清潔且價(jià)格低廉的能源，LNG接收站冷能利用在促進(jìn)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型等方面有著十分重要的意義。

冷能是指在常溫狀態(tài)下利用溫度差所得到的能量，根據(jù)能量守恒定律以及工程熱力學(xué)原理，利用溫度差所得到能量被稱之為冷能，而LNG接收站冷能利用則是指有效的回收利用液化天然氣在氣化過程中所產(chǎn)生的低溫能量[1]。在傳統(tǒng)液化天然氣氣化中，這部分能量被釋放在海水中，這樣不僅存在海水污染問題，更不利于能量的利用，不利于提高資源利用率。在此背景下，液化天然氣冷能利用成為液化天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一。而LNG接收站的冷能利用主要是依靠液化天然氣與空氣、海水等環(huán)境之間存在的溫度差和壓力差，在液化天然氣從高壓高溫轉(zhuǎn)變?yōu)槌撼氐奶烊粴鈺r(shí)，回收儲(chǔ)存在液化天然氣中的能量的一種能量利用方式。目前LNG接收站冷能利用主要以發(fā)電、制取液態(tài)二氧化碳和干冰、空氣分離、建造冷庫(kù)、制冰以及建造溜冰場(chǎng)等應(yīng)用為主要方式[2]。在眾多應(yīng)用方式中，液化天然氣冷能利用用于發(fā)電技術(shù)一方面擁有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，另一方面也具有更好的穩(wěn)定性，是目前LNG接收站冷能利用的常見利用方式之一，在發(fā)電技術(shù)中冷能主要有以下幾種應(yīng)用空間。

首先，直接膨脹法將液化天然氣作為介質(zhì)先進(jìn)行增壓，再與海水或周圍環(huán)境進(jìn)行置換，直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備發(fā)電。這種直接膨脹法的原理更加簡(jiǎn)單，且操作方便，企業(yè)的投資更少，但冷能利用率較低，僅為24%左右。其次，低溫郎肯循環(huán)法。低溫朗肯循環(huán)法以有機(jī)工質(zhì)為介質(zhì)，在亞臨界條件下蒸發(fā)液化天然氣，并且結(jié)合其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)冷能利用。這種方法令冷能利用率能夠達(dá)到50%甚至以上，但是操作具有一定的復(fù)雜性，需要進(jìn)行前期投資。

2 LNG接收站冷能利用方案分析

液化天然氣的主要成分為甲烷，在使用過程中其釋放的冷能具有應(yīng)用價(jià)值，而LNG接收站冷能利用可以通過打造與其相配套的冷能利用項(xiàng)目來提高LNG接收站的整體效益，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。對(duì)此，本文從LNG接收站冷能利用項(xiàng)目的角度進(jìn)行分析。由于不同地區(qū)以及不同LNG接收站冷能利用的規(guī)模、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不同，在建設(shè)與冷能利用配套的項(xiàng)目時(shí)需要更加因地制宜，但總體而言，目前我國(guó)技術(shù)較為成熟的冷能利用項(xiàng)目主要有以下幾種。首先，空分項(xiàng)目。空分項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)外都有較為成熟的案例，具有一定的可操作性以及可執(zhí)行性。冷能空分項(xiàng)目主要是通過空氣過濾以及相關(guān)的壓縮系統(tǒng)將液化空氣進(jìn)行分離，從而生產(chǎn)出液氧、液氮等不同的空分液體產(chǎn)品，是提高LNG接收站冷能利用的經(jīng)濟(jì)效益的一種利用項(xiàng)目。其次，輕烴分離項(xiàng)目。輕烴分離項(xiàng)目主要是指將液化天然氣濕氣中的輕烴分離出來的一種項(xiàng)目，它能夠?yàn)槲覈?guó)乙烯裝置提供裂解的原料，進(jìn)而降低乙烯的整體生產(chǎn)成本，具有穩(wěn)定的市場(chǎng)以及廣闊的發(fā)展前景[3]。再次，冷能發(fā)電項(xiàng)目。冷能發(fā)電項(xiàng)目是近年來研究的熱點(diǎn)項(xiàng)目之一，它一方面切合了我國(guó)節(jié)能減排以及綠色生產(chǎn)的需要，另一方面冷能發(fā)電項(xiàng)目的技術(shù)成熟度高，能夠緩解我國(guó)電力緊張的問題。最后，冷庫(kù)項(xiàng)目以及制備液態(tài)二氧化碳等項(xiàng)目。冷庫(kù)項(xiàng)目具有較高的可操作性，能夠利用LNG接收站本身的冷庫(kù)進(jìn)行處理，前期投資較少，但需要較大的冷庫(kù)土地面積。而制備液態(tài)二氧化碳雖然也具有較高的可操作性，但是在實(shí)際操作中需要綜合考慮二氧化碳的來源以及投資回收期等情況。

3 LNG接收站冷能利用方案分析

根據(jù)上文所述的不同項(xiàng)目分析，文章認(rèn)為想要更加充分地利用LNG接收站中液化天然氣氣化產(chǎn)生的冷能，必須采用階梯式方案。LNG接收站的冷能梯級(jí)利用一方面能夠減少液化天然氣在氣化過程中的能量損失，另一方面也能夠提高冷能的利用率，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際操作中，冷能梯級(jí)式方案應(yīng)當(dāng)綜合考慮企業(yè)的經(jīng)濟(jì)因素、LNG接收站的安全性因素、穩(wěn)定性因素等，并且應(yīng)當(dāng)與接收站周邊產(chǎn)業(yè)及接收站所在城市的發(fā)展定位、接收站本身的未來規(guī)劃相融合。在冷能利用中，常見的行業(yè)為化工行業(yè)、食品行業(yè)、旅游行業(yè)以及運(yùn)輸行業(yè)，因此LNG接收站在設(shè)計(jì)規(guī)劃冷能利用階梯方案時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)接收站的前期規(guī)劃以及未來發(fā)展合理進(jìn)行冷能項(xiàng)目的規(guī)劃以及布局。對(duì)此，文章分析研究如下。

3.1 干冰制取與低溫冷庫(kù)梯級(jí)方案

無論是干冰制取還是低溫冷庫(kù)都能夠在食品行業(yè)有較好的發(fā)展空間以及應(yīng)用前景，且干冰制取與低溫冷庫(kù)之間的干擾因素較少，設(shè)計(jì)人員可以將兩種不同的冷能利用項(xiàng)目結(jié)合開展。制作干冰所需的溫度約為-80 ℃，它可以先與液化天然氣進(jìn)行一級(jí)換熱，在制取干冰后，工作人員可以通過相關(guān)工藝將液化天然氣換熱后的溫度穩(wěn)定在-30 ℃到-50 ℃，這一溫度中符合低溫冷庫(kù)的溫度要求[4]。干冰制取與低溫冷庫(kù)的結(jié)合一方面能夠根據(jù)干冰的生產(chǎn)需求變化來調(diào)節(jié)干冰生產(chǎn)整體產(chǎn)量，而冷庫(kù)本身需要長(zhǎng)期穩(wěn)定的用冷，因此能夠與干冰的制取進(jìn)行配合，具有較大的彈性操作空間。另一方面，干冰制取以及低溫冷庫(kù)項(xiàng)目的前期投資較少，冷庫(kù)項(xiàng)目可以依托于干冰項(xiàng)目共同建設(shè)。

3.2 冷能發(fā)電項(xiàng)目與制冰項(xiàng)目的梯級(jí)方案

冷能發(fā)電項(xiàng)目本身屬于清潔能源角度，與其他冷能利用項(xiàng)目均有較好的配合度，而制冰項(xiàng)目具有較高的附加價(jià)值，前期投資較小，能夠快速地見到收益，二者的相互利用干擾因素較少。在實(shí)際操作中，冷能發(fā)電項(xiàng)目所使用的溫度約為-100 ℃，工作人員可以將其與液化天然氣進(jìn)行換熱，置換后的液化天然氣溫度依舊較低，此時(shí)可以通過相關(guān)工藝設(shè)計(jì)將換熱后的溫度保持在-70 ℃到-75 ℃，此時(shí)的溫度范圍可以用于冷能制冰的換熱要求。對(duì)于LNG接收站冷能利用而言，冷能發(fā)電與制冰的梯級(jí)利用一方面具有廣闊的市場(chǎng)前景，且LNG接收站不需要長(zhǎng)距離運(yùn)輸，可以在當(dāng)?shù)赝瓿上恍枰黾宇~外的前期投資成本。此外，冷能發(fā)電作為常態(tài)化項(xiàng)目，受到季節(jié)以及其他因素影響較小，而制冰項(xiàng)目受到季節(jié)的影響較大，在夏季制冰項(xiàng)目的生產(chǎn)要求更高，因此，穩(wěn)定的冷能發(fā)電項(xiàng)目能夠與受季節(jié)影響較大的制冰項(xiàng)目相互配合，且制冰項(xiàng)目能夠依托冷能發(fā)電項(xiàng)目鋪設(shè)，進(jìn)而減少了前期投資成本。

4 LNG接收站冷能利用保障系統(tǒng)分析

為了提高LNG接收站冷能利用的可利用性以及可實(shí)現(xiàn)性，工作人員必須加強(qiáng)LNG接收站冷能利用的能力，用保障系統(tǒng)的建設(shè)保證該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地發(fā)揮LNG接收站冷能利用的價(jià)值，進(jìn)而提高其能源利用率。工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)LNG接收站的整體發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)冷能利用項(xiàng)目以及保障系統(tǒng)，對(duì)此，本文分析研究如下。

首先，在第一發(fā)展規(guī)劃中，工作人員需要結(jié)合液化天然氣能源的發(fā)展情況，按照穩(wěn)步發(fā)展以及前期投資較小發(fā)展的理念規(guī)劃LNG接收站冷能利用項(xiàng)目，并且從投資成本較低且技術(shù)成熟度較高的冷能利用項(xiàng)目出發(fā)，不斷擴(kuò)大LNG接收站的冷能利用率以及項(xiàng)目綜合管理水平，在保證LNG接收站冷能利用運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)建設(shè)相關(guān)的配套項(xiàng)目。

其次，在LNG接收站及冷能利用項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，工作人員可以在原有的LNG接收站以及冷能利用項(xiàng)目基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際發(fā)展情況以及接收站未來發(fā)展情況對(duì)冷能利用項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)充，并不斷完善相關(guān)配套的設(shè)備以及建設(shè)工程，以此來保證冷能利用率。

最后，為了保證冷能利用項(xiàng)目的可靠性，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)有能力的冷能項(xiàng)目可靠性進(jìn)行綜合分析，具體包括宏觀可靠性分析以及意外故障下的操作保障兩個(gè)角度。其中，意外故障下的操作保障既包括與之相匹配的規(guī)章制度，也包括對(duì)員工的系統(tǒng)性培訓(xùn)以及對(duì)意外故障情況的具體分析等內(nèi)容。

5 結(jié)語

綜上所述，在中國(guó)新能源行業(yè)不斷發(fā)展且能源問題以及環(huán)境問題不斷嚴(yán)峻的背景下，LNG接收站冷能利用項(xiàng)目一方面能夠提高液化天然氣氣化中的冷能利用率，另一方面也能夠通過改變?cè)械睦淠荛_發(fā)方式來降低液化天然氣氣化過程中對(duì)于周圍環(huán)境造成的污染，是更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保的解決方式。對(duì)此，文章以常見的冷能利用項(xiàng)目為核心，對(duì)LNG接收站冷能利用發(fā)展前景分析研究如上。