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海油總節(jié)能減排監(jiān)測(cè)中心有限公司

0 LNG產(chǎn)業(yè)鏈

LNG 接收站工藝系統(tǒng)主要由LNG 卸船、儲(chǔ)存、低壓外輸、高壓外輸、蒸發(fā)氣處理和火炬放空六個(gè)部分組成，工藝流程如圖1所示。當(dāng)LNG運(yùn)輸船進(jìn)港停泊后，船上LNG貨物泵（潛液泵）啟動(dòng)，經(jīng)LNG卸料臂將LNG 輸送到接收站的LNG 儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存。外輸時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存的LNG通過罐內(nèi)低壓泵加壓，進(jìn)入LNG槽車裝車流程，或經(jīng)LNG高壓泵增壓后進(jìn)入氣化器氣化成天然氣，經(jīng)計(jì)量后輸送至外輸管網(wǎng)［1］。

圖1 LNG接收站工藝流程

1 排放源識(shí)別

LNG 接收站生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生溫室氣體排放主要為直接排放、間接排放和其它間接排放。其中，直接排放包括固定燃燒源、移動(dòng)燃燒源、逸散排放源、放空排放源等。間接排放源指企業(yè)所購(gòu)?fù)獠侩娏?、熱力或蒸汽產(chǎn)生的溫室氣體排放。其它間接排放指企業(yè)自身活動(dòng)或者其它服務(wù)產(chǎn)生的［2］。本文以福建LNG 接收站為例，梳理了該站溫室氣體排放源組成及排放設(shè)施、消耗能源種類，具體情況見表1。

表1 LNG接收站溫室氣體排放源識(shí)別

2 LNG接收站降碳措施

2.1 設(shè)備改造與操作優(yōu)化

1）離心泵節(jié)能改造

大多數(shù)LNG 接收站都普遍采用多級(jí)離心泵，如LNG 混合設(shè)備等。借助多級(jí)離心泵技術(shù)改造項(xiàng)目，能夠進(jìn)一步提高泵的工作效率，降低設(shè)備的消耗，達(dá)到節(jié)能減碳的目的［3］。結(jié)合泵設(shè)計(jì)生產(chǎn)的具體情況、主要特點(diǎn)、如何操作和調(diào)整、操作規(guī)程等具體分析，進(jìn)一步改進(jìn)提高運(yùn)行效率的形式，優(yōu)化管路系統(tǒng)的具體工藝，減少反作用力，盡可能減少管路系統(tǒng)上的三通接頭、管路閥門等金屬軟管的數(shù)量，減少額外多余的管路系統(tǒng)附件，減少管道系統(tǒng)管路實(shí)際長(zhǎng)度，減少緩慢流動(dòng)造成的損失。當(dāng)水泵的在線流量和揚(yáng)程較大時(shí)，采用切割風(fēng)機(jī)葉輪能夠達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的，當(dāng)水泵的額定流量溫度過高而在線流量一定要合適時(shí)，可通過將風(fēng)機(jī)葉輪減少20 級(jí)來降低水泵的額定流量，以達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。

2）壓縮機(jī)節(jié)能改造

一般來說，BOG空調(diào)壓縮機(jī)都是往復(fù)活塞式空調(diào)壓縮機(jī)。借助BOG 空調(diào)壓縮機(jī)技改項(xiàng)目，能夠進(jìn)一步提高BOG 空調(diào)壓縮機(jī)的電機(jī)排量，降低空調(diào)壓縮機(jī)的能耗和發(fā)熱量，進(jìn)一步提高空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，或者降低BOG 空調(diào)壓縮機(jī)的實(shí)際軸功率，同時(shí)借助BOG 空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)的能量來做到環(huán)保、節(jié)能、CO2減排的目標(biāo)。在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高換熱器換熱效率和冷卻水系統(tǒng)容積，強(qiáng)制鼓風(fēng)機(jī)快速冷卻，使進(jìn)氣管快速冷卻，壓縮過程接近等溫過程，降低能源消耗和發(fā)熱。借助通道入口提高空氣冷卻器冷卻效率，降低通道入口處的環(huán)境溫度，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)排量，減少指示功。以提高自然呼吸量，并在與壓縮過程有所關(guān)聯(lián)的特定參數(shù)的特定條件下，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排量和空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行效率。在允許范圍內(nèi)盡可能減小間隙的有效容積。

3）儲(chǔ)罐航空障礙燈改造

LED燈又叫發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。白熾燈的工作原理是電流通過燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲處于白熾狀態(tài)而發(fā)光。白熾燈發(fā)光時(shí)，大量的電能將轉(zhuǎn)化為熱能，只有極少一部分可以轉(zhuǎn)化為有用的光能。因此，LED燈相比白熾燈更節(jié)能。

2.2 能源資源綜合利用

采用低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)的冷能發(fā)電裝置，以海水為熱源，采用單工質(zhì)形式，利用LNG 冷能以及海水的低品位能產(chǎn)生電能?，F(xiàn)階段以丙烷作為低溫朗肯循環(huán)發(fā)電的單循環(huán)工質(zhì)，研究結(jié)論成熟，具備沸點(diǎn)低、形式緊湊、反應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，且貼合接收站氣化器實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)狀，是目前綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)考慮下的優(yōu)選工質(zhì)。除循環(huán)介質(zhì)循環(huán)泵外，朗肯循環(huán)中不需其它外界功輸入，減少了系統(tǒng)本身能耗［4］。

采用低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的冷能發(fā)電系統(tǒng)工作流程如圖2 所示。液態(tài)丙烷在中間介質(zhì)氣化器E1內(nèi)被海水加熱氣化，氣態(tài)丙烷進(jìn)入透平發(fā)電機(jī)組，驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電（在透平出口為氣態(tài)），隨后進(jìn)入LNG氣化器E2內(nèi)，與LNG進(jìn)行熱交換，在LNG氣化器內(nèi)被液化，然后液態(tài)丙烷通過丙烷循環(huán)泵升壓并再次進(jìn)入中間介質(zhì)氣化器E1中循環(huán)。LNG在氣化器E2中被丙烷加熱至氣態(tài)，隨后在天然氣加熱器E3 中被海水進(jìn)一步加熱至高于1 ℃，輸出到管網(wǎng)。海水依次經(jīng)過天然氣加熱器、中間介質(zhì)氣化器換熱后排出，并確保進(jìn)出口溫差不大于5 ℃。

圖2 采用低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的冷能發(fā)電系統(tǒng)工作流程

在LNG 接收站，一般需將LNG 通過氣化器氣化后使用，氣化時(shí)放出的冷能約為830 kJ/kg。通常這部分冷能隨天然氣氣化器中的海水和空氣流失，造成能源的浪費(fèi)。若轉(zhuǎn)化為電力，可減少的能耗相當(dāng)可觀。

根據(jù)低溫有機(jī)朗肯循環(huán)冷能發(fā)電系統(tǒng)流程圖可以得到，工質(zhì)在LNG氣化器E2處放出的熱量為：

式中：ml為冷卻介質(zhì)LNG的質(zhì)量流量，kg/s；mc為中間介質(zhì)丙烷的質(zhì)量流量，kg/s。

丙烷循環(huán)泵消耗的功等于丙烷循環(huán)泵的耗電量，其值為：

式中，丙烷循環(huán)泵效率ηp取75%。

透平發(fā)電機(jī)組對(duì)外做的功等于透平發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量，其值為：

式中，透平發(fā)電機(jī)組效率ηt取85%。因此，系統(tǒng)凈輸出功率為：

由上述公式可得：

若已知冷卻介質(zhì)LNG在6、7點(diǎn)，中間介質(zhì)丙烷在1、2、3、4點(diǎn)處的焓值，便可求得該條件下單位流量冷卻介質(zhì)的凈發(fā)電量。對(duì)各點(diǎn)的壓力溫度進(jìn)行假設(shè)，查物性參數(shù)可得數(shù)據(jù)如表2。

表2 朗肯循環(huán)各點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度、壓力以及焓值

將以上數(shù)值代入公式得，單位LNG流量?jī)舭l(fā)電量為46.8 kJ/kg，假設(shè)可用于冷能發(fā)電的LNG 為180 t/h，則發(fā)電量為19 657 MWh。根據(jù)核算指南，凈購(gòu)入電力隱含的CO2排放計(jì)算方式為：

其中AD電力為企業(yè)凈購(gòu)入的電力消費(fèi)量，單位為MWh；EF電力為電力供應(yīng)的CO2排放因子，單位為tCO2/MWh，參考目前最新的全國(guó)電網(wǎng)平均排放因子0.581 0 tCO2/MWh。故因使用余壓發(fā)電而減少的CO2排放量為：19 657×0.581 0=11 421 tCO2。預(yù)計(jì)減排量見表3。

表3 冷能發(fā)電減排效益

2.3 控制火炬排放

將等離子點(diǎn)火裝置引入火炬系統(tǒng)，當(dāng)火炬放空時(shí)，火炬放空流量檢測(cè)器會(huì)檢測(cè)到放空氣體流量，將所測(cè)得的信號(hào)送到PLC智能控制系統(tǒng)，PLC智能控制系統(tǒng)同時(shí)通過火焰檢測(cè)器檢測(cè)是否有燃燒火焰。如果無火焰，則啟動(dòng)閃爆器點(diǎn)火，如果火炬已被點(diǎn)燃，火焰檢測(cè)開關(guān)把火焰燃燒開關(guān)信號(hào)上傳PLC智能控制系統(tǒng)，PLC則控制爆燃器引爆點(diǎn)火控制器關(guān)閉閃爆器，不再進(jìn)行閃爆點(diǎn)火。引入等離子點(diǎn)火裝置之后，其中包含的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火裝置的自動(dòng)啟停，從而代替長(zhǎng)明燈，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳的目的［5］。

2.4 可再生能源利用

電力清潔化是減排的重要方向之一，隨著國(guó)內(nèi)智能電網(wǎng)建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，光伏發(fā)電技術(shù)也日益成熟，其發(fā)電成本持續(xù)降低。對(duì)企業(yè)來說除了采購(gòu)綠電還可以利用現(xiàn)有空間，建設(shè)屋頂光伏電站——將光伏電站與建筑物屋頂合二為一。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自身用電以及并網(wǎng)工作，可以做到自發(fā)自用、余電上網(wǎng)功能，同時(shí)，電能就近輸送和利用使其損失率達(dá)到最小，利用率達(dá)到最大,代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源發(fā)電，達(dá)到節(jié)能減排目的。

3 結(jié)論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，節(jié)能降碳的意識(shí)逐漸深入人心，相關(guān)政策也逐漸出臺(tái)。在這樣的趨勢(shì)下，為了發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和減少碳排放的目標(biāo)，LNG接收站也面臨降低單位CO2排放的巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，為了降低LNG接收站的運(yùn)行成本，增加收益，也有必要對(duì)LNG 接收站開展節(jié)能降碳工作。本文結(jié)合LNG接收站的工藝系統(tǒng)、生產(chǎn)過程以及LNG運(yùn)輸船、儲(chǔ)罐、槽車、壓縮機(jī)等典型設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)已實(shí)施的節(jié)能減排措施和碳減排潛力進(jìn)行分析，并結(jié)合技術(shù)發(fā)展進(jìn)一步提出新的節(jié)能降碳措施。