[发明专利]应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于调峰型天然气的阶式制冷循环液化工艺。

背景技术

调峰型天然气液化流程全年分3个阶段运行，即液化阶段、备用阶段和气化输送阶段。液化阶段周期一般在50～300天，将上游可获得的剩余天然气液化；备用阶段液化天然气储存在储罐中，无液化天然气增加和输出；气化输送阶段将储存的液化天然气气化，送入天然气管网。

与基本负荷型液化天然气装置相比，调峰型液化天然气装置的生产规模较小，其液化能力一般为高峰负荷量的1/10左右，但储存和气化的能力却很大，通常气化能力是液化能力的10倍。典型的调峰型液化天然气工厂的液化能力为10～20×104Nm³/d，制冷动力大约为1500～7000kW，储存容量为2～10×104m³。

调峰型天然气液化流程要求具有高效、灵活、简便、低成本的特点，其中以低成本最为重要。APCI、Pritchard、Linde、Gaz de France、CBI、BOC等公司竟相提供相关的天然气液化技术，争夺调峰型天然气液化装置这一市场。

调峰型液化天然气工厂有较强的灵活性，不仅适用于季节性调峰，也适用于日调峰。而且它对选址没有太多限制，可根据供气调峰和应急供气的需要建在供气管网的关键位置。液化天然气调峰与其他调峰方式相比，有许多独具的优势。

1.储气效率高，调峰能力强。

在常压下，天然气液化后其体积缩小625倍，大大提高了液化天然气的能量密度，增加了储存效率。它与井口采气压力6MPa的地下储气库相比，单位容量储气量高出10.4倍；与建1.0MPa的地面球罐相比，单位容量储气量高出62.5倍。其次，按最大的调峰能力比较，利用液化天然气和地面储气罐的储气方法，两者都可根据城市的需要来设计储罐的大小及其数量，液化天然气储罐的单个容积一般在2～5×10⁴m³左右，最大的有20×10⁴m³，储气压力通常为0.5MPa。一个地面球罐的容积一般1000m³左右，储气压力1MPa左右，由于受钢材比重和压强以及温度变化等的限制容积不可能太大。利用地下储气库调峰受地质和地理位置限制较大，大的可储气3～5×10⁸Nm，太小的没开发价值，因为增压虽然可以增容，但是注气压力一般不能超过地层静水压力的1.3倍，否则就会破坏气藏的密封性，造成天然气泄漏。另外，地下气藏的有效利用率很低，大约只有30％～50％，其余的都作为储气库的气垫气。

2.在城郊建厂，选址容易。

以首都北京为例，就近要找到适合作为地下储气库的岩洞穴不大可能，要找到已经或即将枯竭的大气藏作为地下储气库也很难，因为离京最近的华北油田，勘探开发几十年了，至今也未找到一个大气田。另外，再从地质条件来看，华北油气区地下断层发育，油气水关系很复杂，要找到理想的大气藏作储气库不容易。但是，要在北京市周围，选择适当的地址建设一座液化天然气调峰厂就比较容易，因为它建厂选址的条件，不受很多地下因素的严格限制，而且从气源到产品的产供销、从调峰到资源综合利用、从环保到节能等许多有利条件都可得到充分发挥。

3.技术先进成熟，运行安全可靠。

液化天然气的工业化生产，已有半个多世纪的发展历史。目前，单条生产线规模最大可达400×10⁴t/a，最大储罐超过20×10⁴m³，从生产、储运、接收端、卫星站到联合生产以及综合利用等工艺技术已趋于成熟。实际上液化天然气比其他燃料更安全：它的燃点为650℃，比汽油高出230℃，它的爆炸极限为5％～15％，比汽油高出2.5～4.7倍，它的液态密度为426kg/m³，比汽油的720kg/m³低得多；而且它的蒸汽密度比空气还轻28.2％，稍有泄漏立即挥发飞散，很难达到燃烧爆炸的混合浓度。

液化天然气在城市用气调峰领域有着广阔的应用前景，但是我国的液化天然气技术起步较晚，与国外发达国家相比还有很大的差距。几十年来，国外已有大量调峰型装置建成投产，因此工厂设计、建设、储运、使用、管理等方面，都有成功的技术经验可供借鉴。

我国从上世纪九十年代起，在国家科技部门和有关研究院所的支持帮助下，先后有开封深冷仪器厂、北京焦化厂、四川绵阳燃气公司、吉林油田、长庆油田、上海燃气公司、中原油田等，对中小型液化天然气装置的研制进行了大胆的尝试，取得宝贵的实践经验。