孟明博 張雙泉 韓強 邵亞楠

安徽長江液化天然氣有限責任公司 安徽 蕪湖 241000

液化天然氣（LNG）接收站的主要功能是接卸、儲存和氣化LNG，并通過站內(nèi)管網(wǎng)向下游用戶供氣[1-2]。目前國際和國內(nèi)已投產(chǎn)運行的接收站大部分建設(shè)在沿海地帶，此類接收站大多采用海水作為熱源而配置相應(yīng)氣化器。不同于沿海接收站，我國內(nèi)河LNG接收站建在沿江地帶，內(nèi)河水質(zhì)條件也與沿海海水相差較大，氣候氣溫及汛期等環(huán)境條件也存在明顯差異。目前國家已批復(fù)同意內(nèi)河LNG接收站數(shù)量遠小于沿海接收站，內(nèi)河接收站的氣化器選型研究目前還較少。本文依據(jù)蕪湖LNG接收站項目氣象、水文、熱源等基本情況，根據(jù)氣化器種類、性能、材質(zhì)等方面，從可靠性、經(jīng)濟性、安全性等方面進行論證，探討適用于本項目的一二期氣化器選型方案。

1 項目情況介紹

蕪湖長江LNG 內(nèi)河接收站項目作為國內(nèi)首個核準的LNG 內(nèi)河接收站和首個取得交通運輸部調(diào)整專項規(guī)劃意見的內(nèi)河LNG接收站，其一階段規(guī)模為加工處理LNG 100萬t/a：其中氣化外輸44萬t/a，槽車外運40萬t/a，LNG船舶水路轉(zhuǎn)運5萬t/a，LNG加注1萬t/a，LNG罐箱汽車外運10萬t/a。

本項目二階段建成后規(guī)模為加工處理LNG 150萬t/a：其中氣化外輸為69萬t/a，槽車外運55萬t/a，LNG船舶水路轉(zhuǎn)運13萬t/a，LNG加注3萬t/a，LNG罐箱汽車外運10萬t/a。

為提高接收站資源保障供應(yīng)能力，打造成為安徽省重點氣源工程和長江三角洲天然氣產(chǎn)供儲銷體系重要資源供給地，有必要從項目設(shè)計階段論證、選擇高效科學的氣化設(shè)備保障LNG接收站安全、穩(wěn)定、有效運營。

2 LNG氣化常用氣化器類型

2.1 ORV開架式氣化器

ORV氣化器一般利用場站附近海水或江水溫差作為熱源條件，實現(xiàn)海水或江水與液態(tài)LNG對流熱傳導(dǎo)，使得LNG吸收熱量后升溫氣化。LNG從下部總管進入，然后分配到每個小的換熱管內(nèi)，在換熱管束內(nèi)由下向上流動，氣化器頂部裝有海水分布裝置，海水由頂部進入，經(jīng)分布器分配成薄膜狀均勻沿管束外壁下降，同時將熱量傳遞給管內(nèi)液化天然氣，使其加熱并氣化[3]。

2.2 IFV中間介質(zhì)氣化器

IFV氣化器實際是將3組管殼式換熱器疊加組合而成，利用丙烷、異丁烷、氟利昂、氨或混合介質(zhì)等作為中間傳熱流體，利用中間介質(zhì)受熱蒸發(fā)、遇冷冷凝的相變特性，實現(xiàn)海水或江水與LNG的間接換熱，從而避免海水結(jié)冰帶來的影響。

2.3 SCV浸沒式燃燒氣化器

SCV運行時，天然氣和空氣在燃燒器中混合點燃，產(chǎn)生的高溫煙氣作為熱源通過氣體分布器被排入水浴中，以鼓泡形式與水浴進行直接接觸式傳熱傳質(zhì)，加熱浸沒池中的LNG盤管。該流動與傳熱機制特點是氣液相間接觸面積大和傳熱效率高，低溫LNG由換熱管束下端流入SCV進液總管再分流至各個分支管，分支管內(nèi)的LNG與管束外高速流動的氣液兩相流進行熱量交換，進而逐漸升溫氣化為NG。

2.4 AAV空溫式氣化器

AAV氣化器由擠壓成型星形鋁翅片管按照矩陣立式排布而成，通過內(nèi)連接片聯(lián)接組裝，外連接片與外框架進行組裝成型，聯(lián)接管按序列聯(lián)接進口管、各翅片管至出口管，形成完整的流體流通換熱通路。

圖1 四類氣化器實景圖

3 氣化器選型分析

在大型 LNG 接收站中，氣化器選型時應(yīng)考慮的因素[4]主要有：可靠性和耐久性、穩(wěn)定性和安全運行行、適應(yīng)負載波動的靈活性、成本效率、所用材料應(yīng)有優(yōu)異的低溫性能。

3.1 主觀因素

隨著長江大保護的持續(xù)推進，內(nèi)河接收站取排水許可審查更加嚴格，其環(huán)保要求與沿海接收站有所不同。根據(jù)本項目生態(tài)環(huán)境廳對項目環(huán)境影響報告書審批意見，要求氣化后排水溫降嚴格限制在2℃以內(nèi)，建議蕪湖LNG項目一期不采用IFV。

ORV氣化器的投資和操作成本較 IFV 低廉，ORV 生產(chǎn)廠家對江水水質(zhì)的要求為 ：江水含沙量＜ 80 mg/L、重金屬離子含量 Cu2+＜ 10 μg/L、Hg2+＜ 0.5 μg/L、pH值范圍7.5～8.5、固體懸浮物＜ 80 mg/L、化學需氧量（COD）＜ 4 mg/L、溶解氧＞ 4 mg/L。

根據(jù)本項目區(qū)域江水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，夏季排澇期間含沙量較大，局部時間段內(nèi)江水的 pH 值和全部時段的化學需氧量不滿足 ORV 的使用條件。此外局部時段pH值小于7.5，采用ORV需要增加涂層厚度的檢測頻率，表面要在運行3～5年后需進行表面防腐涂層翻新，噴涂費用高，50～80萬元/次，ORV作為項目氣化器不太合適。

3.2 客觀因素

IFV氣化器占地面積小，能夠得到穩(wěn)定的氣化量，此外，海水或江水沒有結(jié)冰的危險，其最大的優(yōu)點是適用于能量的綜合利用，即熱電聯(lián)產(chǎn)。除此之外，還可用作冷能發(fā)電，符合新時代能源發(fā)展要求。相比其他氣化器，IFV氣化器耗材成本更高，IFV的制造材料需要耐低溫，耐高壓，耐腐蝕，耐磨損，其換熱管采用鈦材或者不銹鋼復(fù)合。

ORV氣化器以海水或江水為加熱介質(zhì)，體積龐大，且需配置海水系統(tǒng)，故投資較高，占地面積也大，氣化啟動時間長；但是運行費用較低，操作和維護容易，比較適用于基本負荷型生產(chǎn)使液化天然氣氣化，這種氣化器的氣化能力受到氣候等因素的影響比較大[5]。

ORV翅片管表面為Al-Zn合金涂層，采用火焰噴涂技術(shù)進行噴涂。海水或江水中的銅離子、汞、殘留氯氣、pH值會導(dǎo)致Al-Zn涂層的壽命縮短，銅離子沉積在Al-Zn涂層的表面加速合金表面的陰極還原過程，從而導(dǎo)致Al-Zn涂層腐蝕。若只考慮水中的沙對ORV涂層的磨損，根據(jù)沙對Al-Zn合金涂層的磨損特性曲線，平均年磨損量約為20μm[6]。

SCV氣化器開停車迅速方便，但因消耗天然氣而使運行成本較高，一般不作為基本負荷型氣化器。其熱效率能達98%～99%。占地小且安全可靠，是最理想的LNG氣化設(shè)備，因此被廣泛應(yīng)用于調(diào)峰和緊急情況。

AAV氣化器結(jié)構(gòu)簡單，運行費用低，可單獨使用環(huán)境空氣作為熱源，避免排放污染物和釋放噪音，也可收集冷凝水和融化冰水作為生產(chǎn)或生活用水。

3.3 選型結(jié)果

通過前述分析，考慮到蕪湖地區(qū)夏季含沙量大和化學重金屬離子含量高的影響，本項目不采用ORV氣化器；針對目前長江取排水政策影響，暫不選擇IFV，但可以通過經(jīng)濟對比分析，在考慮未來二期氣化器選型時新的取排水政策條件放寬、項目試運營情況、市場氣化需求規(guī)模等多種情況，提供重要的選型參考依據(jù)；AAV氣化器目前工藝設(shè)備迭代，考慮結(jié)霜霧化情況，大部已增設(shè)除霧裝置，使用效果良好，本項目一期考慮配備除霧器裝置。SCV因使用穩(wěn)定、啟動快、熱效率及熱損失小等優(yōu)點，選擇作為冬季切換及備用輔溫使用。

4 選型及經(jīng)濟分析

根據(jù)上述討論，按照蕪湖LNG項目特點，氣化器從IFV（考慮二期長江取排水政策放開）、AAV及SCV搭配選擇，以AAV作為基荷氣化器，同時具備可行性和經(jīng)濟性。SCV作為備用氣化器使用，冬季低溫階段開啟SCV氣化器保供，以應(yīng)對并及時切換啟動工況。下面將對IFV+SCV或AAV+SCV的2套系統(tǒng)分別進行經(jīng)濟性計算，進一步優(yōu)化比較得出優(yōu)化系統(tǒng)。

4.1 IFV+SCV組合形式

（1）設(shè)備投資

1）按蕪湖LNG項目峰值外輸100t/h計算，選擇1臺IFV，另選 2臺SCV（50 t/h）作為備用。IFV選擇鈦材質(zhì)，單臺約950萬元；SCV單臺約1100萬元。

2）其他

包括江水取水口、排水口各1座，相應(yīng)的還有海水泵、取水和排水管線、海水過濾裝置及安裝等投資，約100萬元。

（2）運行成本計算

IFV+SCV 系統(tǒng)的運行費用主要體現(xiàn)在 IFV 配套海水泵的電費及取水費上。本項目采用 35 kV 供電系統(tǒng)，按蕪湖當?shù)貎刹恐齐妰r0.62元/度計算，取水價格根據(jù)安徽省《關(guān)于調(diào)整水資源費征收標準的通知（皖價商〔2015〕66號）》中規(guī)定，江水取水費為 0.08 元/m3，取水量按2000萬m3計。天然氣消耗來自接收站內(nèi)部，暫按4000 元/估算。根據(jù)經(jīng)驗，IFV 每氣化1tLNG，約需耗電9.57 kW·h。年運行費用=44萬t* 9.57（kW·h）/t* 電價+取水量*0.08= 421.07萬元。

SCV運營費：燃料費=44萬t*1.5%*4000元/t=2640萬元

總費用=設(shè)備投資+運營費用=（950+100+1100*2）+（421.07+2640）=6311.07萬元。

4.2 AAV+SCV組合形式

（1）設(shè)備投資

本項目一階段氣化器采用AAV與SCV并聯(lián)方式，正常工況條件下，采用AAV進行作業(yè)，冬季特殊工況條件下，AAV不滿足氣化要求時，啟用SCV。AAV共設(shè)置12臺，單臺氣化能力為12500Nm3/h，其中6臺為1組，2組交替切換使用，另設(shè)6臺空溫式復(fù)熱器與氣化器串聯(lián)，AAV處理能力為50t/h。設(shè)備投資約900萬元；SCV共設(shè)置2臺，單臺能力為50t/h，1用1備。

其他：AAV只與空氣對流換熱，氣運行成本基本為零，除霧裝置運行功率低（15kW）、除霧使用時間短，運行時電費考慮不計。

（2）運行成本計算

總費用=設(shè)備投資+運營費用=（900+1100*2）+2640=5740萬元

根據(jù)上述計算，比較2種組合形式下氣化器經(jīng)濟性（見表1）。

表1 2種組合形式下氣化器經(jīng)濟性比較

5 結(jié)論

（1）每種氣化器都有各自的優(yōu)缺點，也都有與之相適應(yīng)的運行環(huán)境。而為了處理LNG接收站的各種工況，選擇1～2種氣化器進行組合是一個不錯的選擇，既能夠發(fā)揮各自的優(yōu)點也能夠彌補本身固有的缺陷。

（2）氣化器選型應(yīng)綜合考慮環(huán)境條件、設(shè)計規(guī)模、占地面積、投資成本、運營成本、運行穩(wěn)定性、輔助設(shè)備等因素，選出最優(yōu)的氣化方案。本項目綜合各種因素，選擇AAV空溫式氣化器和SCV浸沒燃燒式氣化器并聯(lián)的方式，既有效地利用了環(huán)境熱量，又保證了儲氣溫度穩(wěn)定。