楊躍　楊強

【摘 要】我國在天然氣高壓輸送方面取得了長足的發(fā)展，在天然氣管道的高壓輸送的過程中，長輸管線在調(diào)整壓力時必然會損失大量的壓力能，利用天然氣官網(wǎng)壓力能也自然而然的引起了人們廣泛關(guān)注，天然氣管網(wǎng)壓力能對于LNG技術(shù)的生產(chǎn)有著重要意義。因此，論文從利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)LNG技術(shù)研究的意義出發(fā)，對天然氣管網(wǎng)壓力能進行分析，最后闡述了基于聯(lián)立模塊法壓差液化工藝選擇，希望對利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)LNG技術(shù)方面工作有所幫助。

【Abstract】China has made great progress in the high-pressure transmission of natural gas. During the high-pressure transportation of natural gas pipeline， the long-distance pipeline will inevitably lose a lot of pressure energy when adjusting the pressure， and using the pressure of natural gas will also cause peoples attention. The pressure of natural gas pipeline network can be of great significance to the production of LNG technology. Therefore， this paper analyzes the pressure energy of natural gas pipeline network from the view of using energy of natural gas pipeline network to produce LNG. Finally， it expatiates on the choice of differential pressure liquefaction process based on simultaneous module method， hoping to provide reference to this technology.

【關(guān)鍵詞】天然氣管網(wǎng)；壓力能；LNG

【Keywords】natural gas pipeline network； pressure energy； LNG

【中圖分類號】TE83 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0191-02

1 引言

隨著我國天然氣輸送技術(shù)的不斷發(fā)展，我國天然氣資源短缺與市場分布不均等問題得到了有效解決，同時還增強了我國天然氣高壓輸送管道的建設(shè)。在此背景下，天然氣管道輸送的安全性與環(huán)保性顯得十分重要，而在管線調(diào)壓過程中將會損耗大量壓力能，生產(chǎn)LNG技術(shù)可以實現(xiàn)對高壓天然氣管網(wǎng)壓力能的回收和利用。因此，利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)LNG技術(shù)研究是一項十分重要的課題。

2 利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)LNG技術(shù)研究的意義

隨著我國社會各地的快速發(fā)展，天然氣的需求量也急劇增加，為了服務(wù)于全國各地的建設(shè)發(fā)展，天然氣輸送建設(shè)朝著長距離運輸、高壓運輸方向發(fā)展。而在天然氣運輸中難免會造成損失，面對著天然氣在分輸站調(diào)壓過程中損失大量的壓力能現(xiàn)象，有必要對利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)LNG技術(shù)做出相關(guān)研究[1]。第一，天然氣在高壓運輸過程中，經(jīng)過分輸站進行調(diào)壓時將會出現(xiàn)較大降壓現(xiàn)象，從而損失大量壓力能。而生產(chǎn)LNG技術(shù)在天然氣分輸站對壓力能的回收有著重要作用，此外，還可以消減在高壓天然氣降壓時產(chǎn)生的冰凍效果使其管道受到損傷的效果。對天然氣壓力能的回收可以有效地提高天然氣資源的利用率，避免天然氣能源的浪費，從而實現(xiàn)了天然氣管網(wǎng)的高效運作。第二，LNG是一種環(huán)保高效的能源，現(xiàn)階段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會生活當中。同時由于LNG的特性，還可以將天然氣輸送到偏遠地區(qū)。而目前國際LNG的市場價格不斷增長，這也使得我國不得不立足于國內(nèi)資源高效利用，全面發(fā)展天然氣液化技術(shù)。因此，將天然氣管網(wǎng)壓力能用于LNG的生產(chǎn)具有廣闊的前景。第三，目前我國對利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)LNG技術(shù)還不夠重視，其技術(shù)的使用還不夠成熟，從而導致天然氣壓力能回收效果不好，天然氣液化率較低等問題存在。因此，對于天然氣壓力能的高效利用與回收具有重要的科研意義。

3 天然氣管網(wǎng)壓力能分析

3.1 天然氣管網(wǎng)壓力能的熱力學分析

在能量轉(zhuǎn)換過程中，需要有評價能量價值的參數(shù)，從而使其能量傳遞與轉(zhuǎn)換清晰的反映出來。而有效能就是其評價能量價值的參數(shù)，是指能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)無論環(huán)境怎樣變化，都保持著平衡狀態(tài)，而隨意轉(zhuǎn)換為其他形式的能量就是有效能[2]。有效能分析法將第一定律與第二定律進行有效結(jié)合，其目的是能夠清晰地反映出能量的傳遞與轉(zhuǎn)換情況。此外，將天然氣管網(wǎng)看作一個開口系統(tǒng)，還可形成高壓天然氣壓力計算模型。

3.2 回收壓力能制冷設(shè)備的熱力學分析

我國現(xiàn)階段天然氣運輸還在采用節(jié)流降壓的傳統(tǒng)方法，這種方法會導致有效能損耗較高，降低了壓力能的利用率。利用高壓天然氣壓力能制冷可以生產(chǎn)LNG，從而達到回收分輸站壓力能液化天然氣的目的。我國通常采用節(jié)流閥與透平膨脹機兩種制冷設(shè)備，進行天然氣壓力能的回收工作。節(jié)流閥通過改變天然氣、通過管道的面積，導致改變天然氣流動的速度從而降低天然氣流動時所產(chǎn)生的壓力。當天然氣經(jīng)過節(jié)流閥時，天然氣由于部分受到阻力其導致壓力降低。當天然氣在節(jié)流過程中，其壓力降低，其自身發(fā)生膨脹，當節(jié)流效應(yīng)系數(shù)大于零時，其節(jié)流之后導致溫度降低[3]。透平膨脹機可以導致絕熱膨脹制冷，是一種高效率的設(shè)備，而絕熱膨脹制冷又是降低溫度的主要方式。因此，透平膨脹機在回收壓力能制冷上有著舉足輕重的作用。具體方法是天然氣進入透平膨脹機中，經(jīng)過膨脹并產(chǎn)生足夠的動能，再將動能傳送到工作輪輸出功率，以此降低天然氣的溫度，從而完成天然氣壓力能的回收工作。透平膨脹機工作原理是天然氣流動的速度變化從而發(fā)生能量之間的轉(zhuǎn)換。

4 基于聯(lián)立模塊法壓差液化工藝選擇

4.1 分輸站壓差液化天然氣工藝流程

高壓天然氣經(jīng)過分輸站還要進行去除雜質(zhì)過程，分離雜質(zhì)后分流為兩種，其中一種為膨脹后的天然氣，作為制冷原料；另外一種為液化后的天然氣，是作為LNG的原料。在分輸站回收壓力能的過程中，為了節(jié)約成本，僅對液化部分的天然氣進行凈化處理[4]。而對于脫水處理來說，兩種狀態(tài)天然氣都要進行，這是為了防止天然氣在低溫狀態(tài)下造成設(shè)備冰堵。經(jīng)過凈化的液化天然氣，首先會進入到膨脹機的增壓端，達到一定壓力時進入換熱器進行預冷處理，隨后流入到膨脹端進行膨脹處理，使其溫度降低，經(jīng)過液化的天然氣成為LNG，進行冷藏處理。而沒有經(jīng)過凈化的天然氣經(jīng)過預冷處理后進入到膨脹機內(nèi)，并經(jīng)過降溫加壓處理后成為液化天然氣，這種天然氣可以為生產(chǎn)LHG提供制冷量。在完成提供制冷量工作后又經(jīng)過壓縮端進行加壓處理并使其通向天然氣管網(wǎng)中[5]。膨脹前預冷壓差液化天然氣流程分為三個部分，第一，冷劑經(jīng)過膨脹機壓縮端產(chǎn)生一定壓力后，由水冷器與換熱器依次進行冷卻處理，在天然氣徹底完成降溫降壓后重新回到換熱器中，并為待處理的天然氣提供制冷量，最后返回冷劑壓縮機，以此完成預冷冷劑循環(huán)。第二，少量天然氣經(jīng)過處理后成為膨脹天然氣并經(jīng)過第一步進行預冷處理，隨后進入透平膨脹機的膨脹端進行降壓降溫，在天然氣完成降溫降壓后進入到另一換熱器中，并為待處理的液化天然氣提供制冷量，最后進入另一壓縮端進行加壓從而向外輸送到天然氣管網(wǎng)中，這是天然氣膨脹制冷支路流程。第三，分輸站的另外部分經(jīng)過凈化以及脫水的高壓天然氣，作為液化天然氣經(jīng)過加壓以及進行預冷處理后，通過膨脹機的膨脹端進行降溫，將氣態(tài)與液態(tài)天然氣相分離[6]。液態(tài)天然氣進行回收處理，而氣態(tài)天然氣進入另一換熱器進行液化并使用節(jié)流閥進行降壓處理，此為天然氣液化支路流程。

4.2 分輸站壓差液化流程模型

分輸站壓差液化流程分為部件模型與數(shù)學模型兩種。其中分輸站壓差液化流程部件模型主要分為六種，即分流器模型、換熱器模型、節(jié)流閥模型、氣液分離器模型、膨脹機模型以及壓縮機模型。各個部件模型之間的物質(zhì)、能量的傳遞是通過接口來實現(xiàn)的，每個部件之間都有其相對應(yīng)的方程，這些方程能夠有效地保持各部件之間的壓力平衡，也能促使進出能量保持平衡[7]。分輸站壓差液化流程系統(tǒng)數(shù)學模型是以單位模型作為基礎(chǔ)的，并根據(jù)已經(jīng)完成的分輸站壓差液化流程部件單元模型形成的。這種數(shù)學模型可以直觀地計算出輸出變量以及促使分輸站壓差液化流程穩(wěn)定模型的優(yōu)化性。

5 結(jié)論

現(xiàn)階段，我國天然氣高壓運輸過程中，存在著天然氣能源損失等問題，而將損失的壓力能進行回收與利用是十分必要的。利用天然氣在分輸站調(diào)整壓力過程中所損失的壓力能，將天然氣進行液化處理，形成LNG，對于我國天然氣資源的需求有著重要作用。而在這一過程中所產(chǎn)生的壓力能也得到了回收，從而最大限度地避免了能源的浪費。

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