天然气液化是储存天然气的有效途径
程宗明
中国石油天然气总公司新技术推广中心
一、液化天然气的主要优点
液化天然气(LNG)工业是天然气加工业的重要组成部分。它主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用五个系统。一般生产工艺过程是，将含甲烷90％以上的天然气，经过三
脱”(即脱水、脱烃、脱酸性气体等)净化处理后，采取先进的膨胀制冷工艺，使甲烷在—162℃变为液体，其体积仅为原来气态的l／625，成为优质的化工原料以及工业和民用燃料。
天然气液化有许多独具的优点：
l、天然气液化后便于进行经济可靠的运输。用专门的LNG槽车、轮船、把边远、沙漠、海
上油气田以及新区分散的天然气，经液化后进行长距商运输到销售地，减少大量天然气放空
造成的损失，它比地下管道输气可节省大量投资，而且方便可靠，风险性小，适应性强。
2、储存效率高、占地少、投资省。据有关资料统计，建成lMPa的6座l000m3的天然气球罐
的投资，要比建成1座储气量相当的0.5MPa的100m3LNG储罐的投资高出80倍之多。
3、有利于城市负荷的平衡调节。一些城市气化以后，由于民用气量冬用多、夏用少，或者因用气的化工厂检修或者LNG厂本身进行技术改造，甚至是输气管网出故障等，都会造成定期或不定期的供气的不平衡，而建设LNG储罐就能起到削峰填谷的作用。据国外资料统计，在
美国、日本、欧洲已建成投产100多座LNG调峰装置，它比地面高压储气罐和地下储气库建设节省土地、资金、工期，而且方便、灵活，不受地质条件限制。
4、生产过程中释放出的冷量可回收利用。例如可将LNG汽化时产生的冷量，用作冷藏、冷冻、低温破碎、温差发电等。因此，有的调峰装置就和冷冻厂进行联合建设。按目前LNG生产的工艺技术水平，可将天然气液化生产所耗能量的50％加以回收利用。另外，还可将LNG储罐的蒸沸气就近回收利用。
5、低温液化还可分离出部分有用的副产品。在生产过程的不同阶段，可分离出C2、C3、C4、C5+烃类，以及H2S、H2等化工原料及燃料。LNG也可同提氦(He)进行联产。因为He的液化温度—是269℃，所以当温度降到—l62℃时，LNG就先分离出来了。现在四川威远化工厂是一座日处理lO万m3天然气的提He厂，同时可日产LNG产品3吨左右。
6、LNG可作为优质的车用燃料。与汽车烧汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、降低运输成本等优点；即使与压缩天然气(CNG)开车相比，它也具有储存效率高、加一次气续驶行程远，车装钢瓶压力小、重量轻、数量小；建站不受供气管网的限制等优越之处。
7、生产使用比较安全。LNG的燃点650℃，比汽油高230多度；LNG爆炸极限4.7％—15％，汽油为1％一5％，高出2.5—4.7倍；LNG密度为0.47左右，汽油为O.7左右；它与空气相比更轻，所以稍有泄漏立即飞散，不致引起自然爆炸。正由于LNG具有低温、轻质、易蒸发的特性，可防止被人窃取或变卖造成损失。
8、有利于环境保护，减少城市污染。现有我国城市污染源。主要来自大量烧煤和车辆排放的尾气所造成的。若汽车改烧LNG，其有害物大为减少。它与汽油车相比，据美国的测试资料，CH由0.54降为O.26；CO由8.35降为0.03；NOx由1.92降为1.23；S0x由0.71降为0；Pb由0.08降为0。据国内测试资料，LNG汽车与汽油车相比：CH减少72％；NOx减少39％；CO减少24％；S02减少90％。
二、德国泽布勒赫(ZEEBRUGGE)天然气液化厂储运技术装备介绍
该厂建有2座57250m3的LNG储罐和1座20000m3的液氮(LN)储罐。建设LN罐是因为原料气中富含氮气，将氮气液化作为冷剂是切实可行的办法。LNG储罐是全厂最重要的设备之一，也是投资最高的单台设备。LNG储罐为双金属罐，外加水泥护墙，罐体保温层厚度为1.2m，保温层为膨胀珍珠岩。水泥护墙与双金属罐外壁之间有6—7m环形空间，LNG泵就安装在环形空间内。
LNG储罐基础为桩式基础，桩基露出地面约1m，罐底是约60cm厚的钢筋混凝土。在罐基础的地面上安装有电加热器，用以在冬季对土壤加热，防止土壤热胀冷缩对罐产生不利影响。当LNG发生泄漏时，也可防止土壤被冻，破坏整个LNG储罐的基础结构。
在LNG罐顶部正中央有一人孔，6个仪表检测口，4个气液进出口。仪表检测口是用来测温、测压和测大罐液泣、气液进出口是蒸沸汽的出口，液相入口，同时设有高位进液管和低温进液管。
在环形空间内设有排水系统，即排水沟和排水泵用来排除雨水和喷淋水，泵排量Q＝260m3/h，扬程H＝35m。
每台储罐装有3台外输泵，Q＝100m3／h，P＝12MPa。LNG泵虽安装在罐内，仍是沉没泵，每台泵分别安装在小立罐内，小罐与LNG罐连通，使泵沉没在LNG液体中，泵在工作时不会发生汽蚀。在立罐顶部有一排气管与大罐顶部相通，泵运行过程中产生的蒸沸气返回到大罐中，并使立罐始终充满液体。在泵出口设有安全回流阀，保证系统正常工作。当泵需检修时，可关闭立罐进出口阀，将泵取出检修。重新安装时，将泵安好后，首先用氮气置换，再打开立罐进出口阀，泵即可重新使用。泵安装结构见图1。
大罐保温层采用氮气微正压密封系统。图2为保温层氮气密封系统图。液氮经汽化、调节、
减压后进入保温层。大罐保温层顶部与底部仅有几个“毫巴”的压差，所以顶部氮气进气压力很低。充氮气主要是为保持保温层干燥，如有微量LNG漏出，用氮气也可将其吹出。
为保证LNG储罐的安全，大罐顶部设有喷淋冷却系统，共三圈。内圈干管为DN40，共有4个喷嘴；第二圈干管为DN80，每隔2m装1个喷嘴；第三圈干管为DNl00，每隔2.5m装1个喷嘴。
三、美国液化天然气汽车(LNGV)的发展情况
美国休斯顿运输局推广LNGV，是从液化天然气厂买来的LNG产品，用槽车拉到加气站，贮存在2座低温罐内，容量为4.2万升，温度—176℃，用加气泵将罐内LNG经过蒸发转换为CNG，加到汽车贮气瓶里，作双燃料汽车的燃料。泵的工作压力0.2—0.62MPa，排量为114公升／分。两罐可单独操作，每罐一个通道，可日供60辆汽车加气。站上设有2台质量流量计，一台计量由贮罐到车上气量，另一台计量汽车贮气瓶返回大罐的蒸沸气量，这两台流量计均带有传感器，由微机控制，自动计量、记录。贮罐内的LNG通过转化泵输至蒸发器内，形成27.6MPa的CNG，再加入站上贮气瓶，最后用充气枪加到汽车上。站上的安全系统包括止回阀、辐射方位传感器、摄像机现场监视以及消防设施等。
在环形水泥墙上设有5个大型泡沫发生器，罐顶放有2个40kg干粉灭火器，在环形空间内也有冷却水喷淋系统和泡沫发生器。
除以上措施外，在大罐周围还分别装有侧温点(分高位点和低位点)、测雾点、测气体浓度等仪器，用以监测大罐生产情况，发生事故时及时发现，及时解决，保证全厂安全生产。仪表检测点及LNG储罐结构见图3。
两储罐相距约45m，在两罐之间没有一斜坡，装有轨道，用于输送检修的设备。储罐距生产装置约40m，距车台40m。控制室距生产装置约30m。
罐区内装有5台汽化能力为80000m3／h的汽化炉，其工作压力为8MPa，LNG汽化是在高温高压下进行的，其压力来自LNG泵，经过汽化炉后的LNG(气相)压力8MPa，进入供气干线。
全站占地面积为l2000m2，由储罐区、生产装置、卸车台、控制室四部份组成。
整个储运站工作人员只有25人。