淺談LNG氣化站與冷庫聯(lián)合使用的能源綜合利用

趙佳

摘 要：LNG（液化天然氣）是氣態(tài)的天然氣（甲烷）經(jīng)壓縮、冷卻、節(jié)流形成的-162℃的常壓、低溫液體。按國內(nèi)傳統(tǒng)的液化工藝，均是以電為動(dòng)力，壓縮混合冷劑為其制冷。因此天然氣液化需要大量的能量，LNG氣化過程為相反過程，會放出大量的能量；而冷庫為儲存常溫或者低溫介質(zhì)的場所，需要大量的冷量，因此把LNG氣化站與冷庫結(jié)合起來，能合理的調(diào)配能量，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：LNG氣化；冷庫；節(jié)能減排

傳統(tǒng)的LNG氣化站：儲存的LNG經(jīng)泵增壓后，通過空溫式汽化器升溫然后經(jīng)水浴式汽化器復(fù)熱后調(diào)壓、計(jì)量通過管道輸送至下游用戶。儲罐內(nèi)LNG蒸發(fā)氣（BOG）經(jīng)空溫式換熱器升溫后進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)增壓后合并進(jìn)入調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的冷庫：冷庫分為常溫庫、低溫庫和超低溫庫，目前國內(nèi)的大部分冷庫均是以電能為動(dòng)力，把氨壓縮，壓縮后的氨在冷庫中膨脹，為冷庫提供冷量。

一、LNG氣化站

由于天然氣為清潔能源，燃燒后的產(chǎn)物為二氧化碳和水對環(huán)境的污染小，因此近幾年來，國家大力的推廣天然氣，大部分企業(yè)和居民原有燃煤、燃油鍋爐都相繼改成了燃?xì)鉅t。但是目前大部分地方天然氣管道均未敷設(shè)到位，因此需要LNG氣化站來解決此問題。

LNG為常壓、低溫液體，1方LNG氣化后大約為600方氣體。使用時(shí)LNG需要重新轉(zhuǎn)化為常溫氣體，溫度由-162℃復(fù)溫至常溫，大量的冷能被釋放出來，每噸LNG可產(chǎn)生（8.3-8.6）×105kJ的冷能[1]。1噸LNG氣化為25℃的氣體，理論上可利用的冷量為250KW.h[2]，目前LNG氣化的工藝均是以空溫式汽化器與水域式汽化器相結(jié)合的方式。此工藝，首先造成了能源的浪費(fèi)；第二、目前國內(nèi)空溫式氣化器氣化效果不是太好，在一用一備的前提下，依然有大面積結(jié)冰的情況發(fā)生，這樣會加重下游水浴式汽化器的負(fù)荷，水浴式汽化器一般都是電加熱或者蒸汽加熱，同樣會增加此部分的能耗；第三、汽化器除冰過程中，需要用到蒸汽噴射升溫；但是大部分的氣化站都是以人工手動(dòng)除冰的方式，有可能對汽化器造成損壞，汽化器內(nèi)的低溫液體可能會噴射到人身上，氣體外泄后遇到明火很容易爆炸，引發(fā)重大安全事故。

二、冷庫

冷庫按其儲存介質(zhì)對溫度的要求，分為高溫庫（0-10℃）、中溫庫（-18-0℃）、低溫庫（-35℃左右）和超低溫庫（-60℃左右），由于LNG的冷能品味較高，所以提供的冷能可以滿足任何溫度要求的冷庫，目前冷庫主要集中在沿海地區(qū)，主要為冷凍加工海鮮產(chǎn)品。目前國內(nèi)的冷庫一般都是以氨為冷媒，通過壓縮機(jī)增壓后進(jìn)入冷庫進(jìn)行膨脹制冷，為冷庫提供冷量。但是氨為介質(zhì)的冷庫有以下幾方面的缺點(diǎn)：一，氨為乙類易燃、易爆介質(zhì)，進(jìn)入冷庫后如果泄漏遇到明火很容易爆炸；二，氨具有毒性，泄漏后會對人員產(chǎn)生危害、對儲存的介質(zhì)產(chǎn)生污染，如果發(fā)生大規(guī)模的泄漏，儲存的物品均需處理，不能繼續(xù)食用；三，氨冷庫需要設(shè)置大量的有毒氣體探測儀，加大投資；四，氨的壓縮需要壓縮機(jī)以及配套的冷卻塔，首先投資會比較高；其次，壓縮機(jī)為動(dòng)設(shè)備，噪音污染很嚴(yán)重，檢修維護(hù)成本高。且自從天津冷庫發(fā)生事故之后，國家對冷庫制冷劑氨的使用量做了控制，且不允許氨直接進(jìn)入冷庫。

三、LNG氣化站與冷庫聯(lián)合使用

1.聯(lián)合使用的前提條件

由于LNG氣化站需要把LNG進(jìn)行氣化，把LNG由-162℃的液體升溫至25℃的氣體，LNG的氣化潛熱為511kJ/kg，因此LNG的氣化，可以提供大量的冷量；而冷庫內(nèi)的溫度一般都為-60℃至5℃，需要外界提供大量的冷量。因此兩者能有機(jī)的結(jié)合起來以達(dá)到節(jié)能的目的。

2.聯(lián)合使用的方法

（1）已有冷庫的節(jié)能改造

由于很多冷庫已經(jīng)建成，因此設(shè)備管路均已定型，LNG氣化站與之聯(lián)合使用的方式相對比較簡單?？梢杂肔NG提供的冷量與氨壓縮機(jī)的循環(huán)水進(jìn)行換熱，取消冷卻水塔；與出口的氨進(jìn)行換熱，降低氨進(jìn)入冷庫的溫度。

（3）新建冷庫的聯(lián)合使用

新建的LNG氣化站并且為新建的冷庫，則可以統(tǒng)一綜合考慮。對于LNG冷能回收技術(shù)目前國內(nèi)已經(jīng)有成熟的工藝，福建莆田L(fēng)NG接收站成功把LNG冷能回收用于冷庫。

3.冷庫工藝

（1）聯(lián)合使用的工藝

本文以中小型冷庫為例，冷庫溫度由-60℃的金槍魚冷藏庫，-28℃的魚蝦凍結(jié)庫，-18℃的魚蝦冷藏庫至5℃的蔬菜冷藏庫[3]，考慮到換熱器的傳熱溫差約8℃，即冷媒在這四個(gè)冷庫中的蒸發(fā)溫度分別為-69℃，-38℃，-28℃和-5℃：

由于氨的氣化潛熱為1373kJ/kg，壓縮后進(jìn)入冷庫進(jìn)行膨脹制冷，常用的制冷劑介質(zhì)中基本沒有哪個(gè)介質(zhì)比氨更有優(yōu)勢，但是由于氨自身的易燃、有毒等特性以及天津爆炸后國家對冷庫制冷劑的控制且氨不可以直接進(jìn)入冷庫換熱。因此需要一種冷媒替換，且冷媒需要有以下特點(diǎn)：首先不能有爆炸和燃燒危險(xiǎn)且無毒；第二、由于是和LNG換熱，冷媒需不易凝固，凝固點(diǎn)溫度不能比-162℃高太多；第三、容易購買，且價(jià)格相對低廉；第四、在發(fā)生相變時(shí)，能滿足無常壓沸點(diǎn)低于蒸發(fā)溫度-69℃，且同時(shí)滿足LNG-冷媒換熱器的冷媒側(cè)不會出現(xiàn)負(fù)壓的情況。綜合考慮，選擇R23作為中間冷媒，R23的沸點(diǎn)為-82.1℃，凝固點(diǎn)為-155℃。[4]

由于LNG的溫度為-162℃，氣化需要大量的熱量，因此可以用冷媒在冷箱中與LNG換熱，低溫的冷媒通過泵增壓，依次經(jīng)過-60℃的金槍魚冷藏庫，-28℃的魚蝦凍結(jié)庫，-18℃的魚蝦冷藏，5℃的蔬菜冷藏庫，復(fù)溫的冷媒再次進(jìn)冷箱換熱。利用HYSYS軟件對流程進(jìn)行建模計(jì)算，分析不同流程在能耗方面的區(qū)別，圖1冷庫冷能全部來自LNG，圖2為傳統(tǒng)的電壓縮工藝模型，冷庫所需冷量完全由壓縮機(jī)提供。建模過程中LNG氣化器和換熱器的壓損設(shè)定為20KPa。

流程見圖1：

圖1 冷媒用于冷庫HYSYS模型圖

（2）傳統(tǒng)工藝

傳統(tǒng)工藝主要是以電為動(dòng)力，主要的冷量采用相變提供，比如用的最多的為氨，氨經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮，再經(jīng)冷卻節(jié)流為冷庫提供冷量。流程見圖2：

由表1和表2可以看出，兩種工藝提供給冷庫的冷量功率均為227.38kW，但傳統(tǒng)電壓縮工藝需要耗電124.8kW，而利用LNG冷能的冷庫制冷工藝泵僅需要0.16kW，大大節(jié)約了能耗。

（3）聯(lián)合使用的意義

以小時(shí)供氣量1400標(biāo)方的LNG氣化站為例，當(dāng)?shù)販囟劝?0℃。氣化量為1400Nm3/h，供氣壓力0.4MPa，需要的LNG量大約為1噸，溫度由-162℃通過空溫式汽化器和水浴式汽化器升溫達(dá)到25℃，選用1用1備的2000Nm3/h的空溫式氣化器升溫至0℃，再由水浴式汽化器升溫至25℃，汽化器升溫過程中釋放的冷能大約為220kW，按傳統(tǒng)的工藝，這部分冷能直接被空氣帶走，白白浪費(fèi)。

跟冷庫結(jié)合之后，如果用于-25℃的低溫冷藏庫，根據(jù)計(jì)算，可以給高4.2m，長50m，寬40m的冷庫提供冷藏需要的冷量；如果用于加工庫，按加工時(shí)間6小時(shí)計(jì)算，把肉類從30℃冷凍至-25℃，可以為100m2高4.2m的冷凍庫提供充足的冷量。

跟冷庫聯(lián)合使用后，LNG氣化站少了空溫式汽化器的布置，減少了用地面積，節(jié)約了成本；同時(shí)冷庫區(qū)域也省去了制冷壓縮機(jī)，節(jié)約了電能。

結(jié)語：

1、LNG氣化站與冷庫的聯(lián)合使用后，能達(dá)到能源的互補(bǔ)以及變廢為寶的目的；

2、較之傳統(tǒng)的冷庫電壓縮制冷工藝，LNG冷能用于冷庫的制冷工藝可以大大節(jié)省電能，減少冷庫的運(yùn)行成本。

3、節(jié)省投資，縮短投資回收期。

參考文獻(xiàn)

[1]吳集迎，馬益民，陳仕清 LNG冷能用于冷庫的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，15（1）：44-47

[2]王坤、顧安忠.LNG冷能利用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析.天然氣工業(yè)，2004；7

[3]徐維、于偉等.冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范 北京：中國計(jì)劃出版社，2010

[4]黃美斌，林文勝，顧安忠.利用LNG冷能的低溫冷庫流程比較.制冷學(xué)報(bào) 第30卷 第4期

（作者單位：康泰斯（上海）化學(xué)工程有限公司）