文档介绍：第三届中国 LNG 论坛论文编号:1230705
利用天然气管网压力能的小型液化流程设计
张镨鹿来运何力郭开华
(中山大学工学院, 广东广州, 510006)
摘要:针对燃气供应充裕的城市高中压管网调压站,提出了一种结合混合工质循环、利用压力能的小型天然气液化
流程。以有用能利用率及天然气液化率作为流程的评价指标,研究分析了预冷温度、膨胀机效率等因素对该评价指
标的影响,并优化了流程参数。优化结果表明,该流程的压力能回收利用率可达到 %,液化天然气产量约为调压
站天然气流量的 %,同时向外界输出机械功。该流程利用调压站高压天然气作为能量来源,回收利用
了天然气管网调压过程中普遍浪费掉的压力能,几乎无需外界能量输入;流程布置简单,只需进行一次性设备投入
便可正常运作,可用于城市燃气调峰,所产出 LNG 也可二次销售,具有较强的实用性和经济性。
关键词:管网压力能小型液化流程混合工质循环
1 引言
管道天然气从上游供气方输送到终端用户的过程中,一般需经过多级调压站做降压处理。高压
天然气本身蕴含着大量的压力能,目前在降压处理时回收、利用压力能的主要方式有:压力能发电、
压力能制冷、压力能储气调峰、压力能天然气液化等[1] 。由于城市中不同月份、天,甚至小时用气
量的不时均性,燃气储气调峰成为城市燃气公司的关注热点。主要的天然气储气方式中,地下储气
成本最低,但其选择取决于特殊的地质结构,不具普遍性;高压球罐、高压管道的储气方式,成本
较高;相比较而言,LNG 储气不受地域限制,成本适中,是更灵活的储气调峰方式[2]。因而,在天
然气压力能的回收方式中,压力能液化天然气的研究进展备受关注。
目前出现的压力能液化天然气流程的优势在于:①无需输入功率;②流程简单,设计可靠;③
流程采用膨胀机时,可驱动电机产生电力。其不足之处是:①天然气的液化率低;②投入到天然气
净化处理的成本较高;③天然气压力能利用率低[3-7]。
本文提出了一种结合混合工质制冷循环、利用天然气压力能的小型 LNG 液化系统:高压天然气
在调压站经膨胀机膨胀后,携带的有用能转化为冷能和机械功,分别用来预冷系统和驱动混合工质
压缩机并输出功率。通过对流程参数的优化,可使得系统在无需外界功输入的情况下,较高效率的
利用高压天然气压力能,实现具有较高液化率的天然气液化。
2 流程介绍
以某城市的一个天然气调压站为例,其需将压力为、温度为 ℃、流量约 50×104
Nm3/day 的高压天然气降压至的中压天然气。管道天然气组成见表 1。所设计利用管网压力
能的小型天然气液化系统流程图见图 1、2。
表 1 天然气摩尔组分
Table1 Mole fraction ponents for natural gas(mol%)
组分 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5+CO2 H2O
含量
天然气压力能利用系统流程简图如图 1,高压天然气经分流器分流成两股:一股为待液化天然
气,其经净化处理脱水脱酸后,流入换热器降低温度后,进入气液分离器分离出重烃,气相部分流
向混合工质