美國天燃氣液化技術

后有幸隨由中國土木工程學會組織的中國天然氣液化技術參考團，應美國土木工程師學會的邀請，于1995年8月31日赴美，進行了為期兩周的考察訪問。在美期間，代表團考察訪問了洛杉機、紐約、休斯頓、芝加哥四城市的天然氣企業(yè)，訪問了美國土木工程師學會及美國燃氣工藝研究院。實地考察了美國天然氣遠程輸送、城市輸配管網(wǎng)、液化、儲存、氣化以及調(diào)度中心。在考察訪問中，受到美國有關方面的熱情友好接待，并得到了相當數(shù)量的技術資料和有關材料。此次考察，在中國土木工程學會的精心組織和接待單位周密安排及團長和全體考察人員共同努力下，收到了預期效果，圓滿成功�，F(xiàn)將考察情況簡要介紹如下；

1、遠程輸送管網(wǎng)
　美國天然氣資源豐富，產(chǎn)量高，同時每年還由加拿大輸入一定氣量。因此，美國天然氣供應大于需求，且價格低廉，每百Btu緊3萬多美元。但是為滿足各地發(fā)展的需求，還在擴展天然氣市場，全國已形成天然氣遠程輸送網(wǎng)絡。遠程輸送管線，管徑較大，一般為D300—D400；壓力較高，一般為14~70個大氣壓，有的甚至更高，輸送量較大。

2、城市管網(wǎng)
　我們考察了美國四城市的天然氣供應，城市燃氣管網(wǎng)大體分為兩中類型：一是靠近天然氣產(chǎn)區(qū)的；另一是遠離天然氣產(chǎn)區(qū)的。對于靠近天然氣產(chǎn)區(qū)的城市，由于遠程輸送干線較多，可以多渠道，多方位得到天然氣。例如，ENTEC公司（茵特克公司）是負責休斯頓市天然氣供應的企業(yè)，有70萬客戶，其中居民有62萬戶，約占88%；工商服務業(yè)用戶有8萬戶。占12%，由于該市處于南加洲天然氣產(chǎn)地，有百余家天然氣長輸管到敷設在市區(qū)周圍，ENTEX公司從中選擇12家購氣，在這 12家的遠程管線上，開設15個供氣口，均分布在城市周圍，向城市供氣。這些供氣口到市區(qū)的城市管網(wǎng)，其壓力為1.1Mpa，****管徑為D400，小區(qū)管網(wǎng)壓力為172.4kPa，管徑為D50—D150 。

在考察中我們感到，休斯頓市是由多渠道、多方位均布在城市周圍的 105 個門站供氣，有以下三方面可供我們研究、學習。
●　由于多渠道、多方位供氣，城市燃氣管網(wǎng)壓力均衡，供氣穩(wěn)定。
●　由于多渠道、多方位供氣，當城市局部地區(qū)耗氣量出現(xiàn)峰谷時，可直接調(diào)節(jié)其最近的門站供氣量，以適應負荷變化。
●　由于多渠道、多方位向城市供氣以及上述兩點特征，說明城市用氣有保證，所以休斯頓不設儲存裝置。這一特點應引起我們的重視，并要做認真分析研究。

對于遠離天然氣產(chǎn)區(qū)的城市，一般由2—3條件遠程輸送干線供氣，例如，芝加哥位于伊諾州中部，尤其西南方向德克薩斯州來的兩條天然氣輸送線，由西部進入伊里諾州，分別在芝加哥南北兩側向東橫穿伊州。芝加哥就由這兩條管線供氣，并在城市外圍各設一座底下儲氣庫，儲量均為1 億m⒊。又如，紐約市由三個天然氣公司聯(lián)網(wǎng)供氣，城市與天然氣公司按購氣合同供氣。購氣合同有三種：一是長期合同，規(guī)定年供氣量；二是月期合同，規(guī)定月供氣量，且每月可調(diào)整；三是日供氣合同，規(guī)定一天的供氣量。每種合同均要提前簽訂。這三種合同，同時實施，后兩種起到了月、日調(diào)節(jié)作用，為城市安全穩(wěn)定供氣創(chuàng)造了條件，提供了保證。同時對城市燃氣供應單位在調(diào)度管理方面也提出了新要求。調(diào)度人員，一方面用計算機分析當日或當月耗氣情況，提出次日或下與購氣量，同時還要掌握每日各供氣公司的銷售價格，購買便宜的氣，補充到缺氣部位。這樣城市天然氣公司既能滿足客戶要求，又能取得較好的經(jīng)濟效益。城市天然氣公司這種購銷天然氣的模式可供我們參考、研究。紐約市目前正與有關公司合作，建設從加拿大到紐約的遠輸管線，以增加供氣能力。

3、地下儲氣庫
　在這次考察中，我們重點考察了全世界****美國地下儲氣庫。地下儲氣庫是美國儲存天然氣的重要方式。南加州地下儲氣庫規(guī)模大儲量多，多年來積累了豐富經(jīng)驗，氣庫同時還可出租或代儲。南州是美國地下儲的權威，代表了美國地下儲氣的能力與技術水平。南加州底下儲氣庫原是處于地下730m的油井，采油后轉為儲氣庫。到目前104座氣庫，其中純氣庫88座。含油氣庫16座。總儲量為19.6億m⒊，是北美規(guī)模****的地下氣庫。儲氣壓力最低為27538Kpa ，最高可達15.Mpa ，每年4月1日—10月3日為注氣期，向地下庫灌氣；11月1日—3月31日為取氣期，由地下庫取氣供城市高峰期用。向庫里注氣需要加壓，設置882.6萬W和2，206.5萬W壓縮機各一臺由于庫內(nèi)有油有水，取出的天然氣含油含水和泥沙。因此，抽出的天然氣產(chǎn)首先進入分離器進行分離，除掉油、水、沙，然后在干燥、調(diào)壓。由于天然氣的氣味在地下被吸取，還需要加臭，最后進入城市輸配管油。由分離器出來的油、水、沙混合物到處理廠，把油、水分開。分離出的油作為產(chǎn)品外運；水可以用于回注氣庫。伊里諾州地下儲氣庫規(guī)模比南加州的小，設有1，200KW 的壓縮系統(tǒng)向庫內(nèi)注氣。每年在城市用于天然氣中的臭味被地下吸收，取出后需加入TRYETYCENEGIYCOL，使其含有臭在進入外輸管網(wǎng)。

4、天然氣液化技術
　 我國天然氣供應，只限于氣態(tài)輸送、儲存與應用，尚未開展有關液化技術方面的工作。改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，實現(xiàn)天然氣液化與液化 儲存已提到議事日程上了。

(1) 液化
　天然氣在——144.4K 時發(fā)生相變，由氣態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)。在低溫下對其純度要求較高，因此，天然氣進入冷箱前，需注入甲醇，一是降低冷點除水，同時收重碳氫化合物和硫化氫，提高純度。關于深度冷凍，有三種方法：①階段循環(huán)制冷；②混合式或多組分）制冷；③膨脹壓縮制冷。我們考察的布魯克林工廠的天然氣液化，采用兩級膨脹壓縮工藝。天然氣 80% 進膨脹機， 20% 進壓縮機。膨脹、壓縮兩機同軸。氣體在膨脹機內(nèi)壓力降低，對外作功，用以帶動壓縮機，把進入壓縮機的天然氣壓縮升壓。當進氣壓力為1.6Mpa時一、二級壓縮機出口壓力為1.9Mpa和2.9Mpa 。經(jīng)過兩極壓縮后進入冷箱，在冷箱內(nèi)，一側進膨脹后的天然氣，加一側進經(jīng)過壓縮的天然氣，兩者進行換熱，壓縮氣體溫度降到-144.4K時液化。液化成本為0.65 美元/10億Btu 。流程圖略。
(2) 儲存
天然氣液化后體積縮小到1/600 。即1m⒊的氣態(tài)天然氣。天然氣液化后可****限度減少儲存容積。儲存LNG，要求儲罐具有良好的隔熱性能，紐約儲存基地設有兩個雙壁儲罐。罐內(nèi)壁為含鎳9% 的特種鋼，外壁為碳鋼，兩壁間的夾層充滿氮氣，罐體呈圓柱形，兩罐容量分別為17.5玩桶和 20.9萬桶。沒座罐周圍用土堆一梯形斷面實體圍堰。圍堰形成的空間為儲存容積的1.5倍。圍堰內(nèi)側表面用混凝土方磚作護坡，外側表面上最外層涂上類似瀝表狀的色保護層。圍堰內(nèi)地面及圍堰內(nèi)側下部表面均置隔熱層。儲罐與地面接觸部位的隔熱更為重要。沿圍堰外側設一圈向上噴水的水管，當發(fā)生失火事故時可形成一定高度的水幕。天然氣液化工廠，在安全方面要求極為嚴格。各種消防設施齊備，設置得井井有條。我們?nèi)ス�廠考察的前一天，他們按規(guī)定舉行一年一度的消防演習。為避免產(chǎn)生電火花，一般照相機的閃光燈也禁用。
(3)汽化
　 液化天然氣氣化后方、能外梳應用。我們考察的LNG工廠采用浸沒式燃燒器氣化的工藝方案，設有燃燒式和水浴式兩種氣器，安裝了四臺SUB—X熱交換器。該氣化方式。根據(jù)城市耗氣情況確定兩種氣化器是否同時投入運行。通常當大氣溫度降到-90C時氣化器預啟動，準備投入運行。氣溫在下降，投入運行，向城市管網(wǎng)供氣。

5、美國燃氣工藝研究
　在考察中，我們有機會訪問了美國“燃氣工藝研究院”，該副院總裁劉錫朋先生詳細介紹了研究院情況。美國燃氣工藝研究院是美國****從事有關燃氣方面的研究機構，是得到美國政府支持的非盈利性私營企業(yè)。其經(jīng)費由美國政府和天然氣研究院各個提供40%,私人企業(yè)提供20% 。該院有140余個委員會公司組成董事會。研究院1994年遷入目前的新址，此外在芝加哥市西南另有中間試驗基地，占地60702.9m⒉。研究人員精干，僅有200余人，集中了具有一定造詣的高素質人才，主要課題有：天然氣的儲存、凈化、管道輸配，燃料電池，天然氣汽車，改變焦油等對環(huán)境的污染，垃圾氣化等方面課題。近年來該院取得了多項成果，其中有:1. 從廢水中提取CH4； 2. 利用污水產(chǎn)生的C02 和CH2發(fā)電；3.用天然氣燒污泥；4.廢舊汽車非金屬的氣化；5. 降低燃燒產(chǎn)物中的 NOX；6.玻璃池爐；7.華盛頓25萬KW的燃料電池；10.—CAS煤的氣化法；11.— CAS 垃圾木屑氣化法等等。這些研究成果，在美國和其他國家先后應用于生產(chǎn)中，發(fā)揮了積極作用，產(chǎn)生了較大的物質效果。在短暫的考察中，對美國城市天然氣供應，特別是天然氣液化技術及地下儲存有了較全面地深入了解。當前我國沿海城市及有關部門正在積極籌備建設進口液化天然氣基地，或建設天然液化工廠。此次考察，對今后國家評估審查這類工程作了技術武裝，為科學決策提供了實際依據(jù)。在考察中，還收集了相當多的第一手資料，可供工程建設做有益的參考。這次考察，為推動我國天然氣事業(yè)的發(fā)展，將起到一定積極作用。