采用建设LNG调峰工厂解决城市天然气调峰问题的探讨

采用建设LNG调峰工厂解决城市天然气调峰问题的探讨

山东省临沂市位于山东省南部，2010年规划城市建设用地168km2，主城区人口145万；远期2020年规划城市建设用地219.6km2，主城区人口约200万。2006年7月，临沂中燃城市燃气建设发展有限公司(以下简称公司)将西气东输冀宁联络线的天然气引入临沂市后，用气量从2006年的1.3万m3/d，迅速增长为2009年目前的34万m3/d。随之而来的是天然气的调峰问题。

1 气量平衡计算分析及调峰储气量的确定

1.1 各类用户年用气量及气量平衡

2010年各区各类用户年用气量和用气比例见表1。

2010年各类用户气量平衡见表2、表3。

表1 2010年各区各类用户年用气量和用气比例

表2 2010年气量平衡表

注：用气比例为年用气比例。

表3 2020年气量平衡表

注：用气比例为年用气比例。

1.2 各类用户小时计算流量

根据各类用户计算月平均日用气量和日高峰系数、小时高峰系数计算其高峰小时用气量，见表4。

表4

1.3 供气规模的确定，见表5。

表5

1.4 储气规模的确定

1.4.1 储气系数的确定

采用天然气作气源时，平衡城镇燃气逐月、逐日的用气不均匀性应由供气方统筹调配解决。

按供气方《照付不议天然气买卖与输送合同》气源单位负责用气的季节和月调峰，最大日供气量为合同气量的1.2倍。

平衡城市燃气小时用气不均匀性可利用气源单位长输高压输气干管的储气条件，在允许调度幅度和安排的条件下给予适当解决。

考虑小时调峰的不足部分，根据居民、商业、CNG与工业用气量所占比例，并参照相类城市，确定2010年和2020年储气系数均为8%。

1.4.2 储气量的确定

2010年供气规模达到54.8万m3/d，计算月平均日用气量为60.50万m3/d，按8%储气系数计算，需总调峰量为4.8万m3。

2020年供气规模达到109.59万m3/d，计算月平均日用气量为121.23万m3/d，按8%储气系数计算，需总储气量为9.7万m3。

2 调峰方案的比选

经过调查论证分析，临沂市2010年4.8万m3，2020年9.7万m3的调峰需求量，通过建立地下储气库、高压管道储气、外购CNG的形式是不能满足的。

采用高压球罐一次性投资较大。占地面积大，后期的运行、维护费用较高，且不能产生经济效益，不建议采用。

采用LPG混空，由于目前LPG的价格完全市场化，受国际油价的影响，波动较大。大量储存，存在一定的风险。并且，在非调峰期间，LPG市场竞争激烈，销售带来的利润非常有限。

因此，建设150000m3/d的LNG调峰工厂，采用将现有气源加工为LNG储存调峰较为可行。

2.1 临沂市气源的供应状况

根据公司和供气方签订的《照付不议天然气买卖与输送合同》，合同期为2005年7月3 1日-2025年7月31日，其中第一区间至2010年的合同量为20000万m3，供气压力1.4MPa-1.6MPa。通过和供气单位的沟通，随着国外天然气的引进和2009年陕京输气管道系统的改造，供应临沂市的天然气指标将会更加充足。

2.2 国内LNG产业状况

目前，我国国内LNG产业已经起步。国内已建成投产LNG生产装置6套，分别位于上海、河南濮阳、海南福山、新疆、广西北海、山东泰安。上海LNG装置液化能力为10×104m3/d，采用混合冷剂制冷液化工艺，主要用于海上气田事故应急和燃气调峰。但不对外销售；河南中原绿能高科有限责任公司LNG装置是我国第一套商用液化天然气生产装置，其预处理规模为30×104m3/d，采用丙烷预冷+乙烯制冷+节流膨胀的阶式制冷液化工艺，日产LNG15×104m3，液化率为50%。海南海然高新能源有限公司LNG装置采用氮气膨胀制冷工艺，日产LNG25×1 04m3，全液化；新疆广汇LNG装置采用混合制冷工艺，日产LNG150×104m3，全液化；广西北海LNG装置采用BOG膨胀制冷工艺，日产LNG15×104m3，全液化；山东泰安采用氮气膨胀制冷工艺，日产LNG15×104m3，全液化。

鉴于LNG的清洁性能，及其在工商和民用方面的巨大市场，国家有关部门正在积极开展L NG引进工作。

2.3 市场需求的调查

公司所属的河南中裕能源控股有限公司，有两家子公司：河南永城中裕燃气发展有限公司和河南新密中裕燃气发展有限公司，目前使用的气源是从河南中原绿能高科有限责任公司购买的LNG。永城公司的设计供气能力为15000m3/d，新密公司设计供气能力为10000m3/d。临沂LNG调峰工厂建成后，这两家兄弟公司将由该项目直供。

通过市场调查，目前包括河南、河北、山东、江苏、浙江、湖南、江西等省在内的60多个LNG用户有用气需求，已签订用气意向的达110万m3/d。临沂LNG调峰工厂建成后，生产能力为15万m3，远远满足不了已有市场需求。因此公司LNG调峰工厂的15万m3/d的LNG，除供给两家兄弟公司外，重点销售给江苏、浙江两地燃气公司就可完全消化。

利用这一充足的气源，在用气低峰时，将天然气经液化工艺，转变为液态，储存在LNG 储罐中；需要时，经气化补充到城市管网用于调峰或应急。同时，可将部分LNG通过运输，销售给其他用户，带来可观的经济效益。

3 LNG调峰工厂工艺技术方案

工艺技术方案包括天然气净化、天然气液化、LNG储存、LNG气化、LNG装车及公用工程和辅助系统等。

3.1 天然气净化工艺选择

天然气进行液化前必须对其进行进一步净化，以除去原料气中的酸性气体、水分和杂质，

如H

2S、CO

2

、H

2

0、Hg和芳香烃等，以免它们在低温下冻结而堵塞、腐蚀设备和管道。

根据临沂市天然气组份分析，不含H

2S、汞、芳香烃类等杂质，CO

2

、H

2

0的含量超标。因

此主要考虑脱除CO

2和H

2

0。

3.2 天然气液化工艺选择

迄今为止，在天然气液化领域中成熟的制冷工艺主要有以下3种：阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和膨胀机制冷循环工艺。

结合临沂市的气源情况，液化采用氮气膨胀机制冷循环工艺，可适应气源组份及气候的变化。

3.3 LNG储存

根据需要采用LNG进行调峰，同时富余的部分LNG产品采用汽车槽车运输销售。产品需有一定的储存能力，根据相关规范要求，储存周期按7天～10天考虑。本工程LNG产量为2 37.5m3/d。则储液量为1662.5m3，储罐储存系数取0.95，储罐总容积为1750m3，拟选用1750 m3带压LNG罐1座，则实际储存能力为7天。