LNG衛星站冷能用于冷庫技術開發及示范

   隨著我國能源問題的日益嚴峻、LNG產業的迅猛發展和節能工程的全面展開，LNG的氣化冷能的高效利用己備受重視。LNG冷能的充分利用不僅可以節約大量用于制冷的電能，而且將有利于降低LNG使用的氣化成本，對我國發展循環經濟具有重大意義。杏壇LNG站冷能利用項目是國內首次將冷能的量化和計量用于實際工程并商業化運營的冷能利用項目，也是國內首個LNG冷能利用運營示范項目。該項目總投資128．96萬元，每小時可向冷庫提供-35～-45~C的液氨800～1600Kg，商業運營一個月以來，各項參數指標均符合用戶使用要求。

  1．杏壇LNG站的冷能利用項目研究的目的和意義

    生產一噸LNG需要消耗850kWh的電力，其傭值只有120kWh左右，在液化的過程中，不可逆損失達到730kWh，這是制冷的過程中所不能避免的。如果把這些冷量等溫位傳遞給冷能用戶，并考慮傳熱溫差和過程損失，則一般可以節約500～700kWh的電力。按照目前順德電價用于深冷項目計算，-162~CLNG冷能的理論價值約為500元／噸，以杏壇LNG衛星站每天氣化3萬方標準天然氣計算，則冷能的理論價值約為440元／年。

    在當前我國極其嚴峻的能源形勢下，我們有責任充分利用這些寶貴的冷能。在充分吸取國外經驗和教訓的基礎上，進一步自主創新，開發具有知識產權的LNG冷能綜合優化利用技術。這將有利于降低LNG的使用成本，符合我國向節約型社會發展的國策，因而具有重大的現實經濟和技術意義與及其深遠的社會和戰略意義。

  2．國內外LNG冷能利用技術發展現狀

  目前，國際上LNG冷能利用技術主要應用于空氣分離、發電、輕烴分離、廢舊物品(塑料制品和橡膠制品)低溫粉碎、冷凍冷藏、海水淡化、干冰制造、生活娛樂取冷等。但國內的LNG冷能利用技術尚不成熟。

    國外已有眾多LNG冷能利用項目。位于日本神奈村縣根岸基地的金槍魚超低溫冷庫，采用LNG作為冷庫的冷源，將載冷劑冷卻到一定溫度，冷卻后的載冷劑經管道進入冷凍、冷藏庫，通過冷卻盤管釋放冷量實現對物品的冷凍冷藏。日本神奈村縣根岸基地的金槍魚超低溫冷庫，自1976年開始營業，至今效果良好。

    2007年9月28日，由中海油基地集團控股投資建設的我國首個利用LNG冷能進行空氣分離的生產項目在福建省莆田市正式開工奠基。但至該項目今尚未正式運營，寧波、珠海、大連等幾個大型接收站LNG冷能利用項目都處于規劃設計階段。

    順德港華與華南理工大學共同開發的杏壇LNG衛星站冷能用于冷庫技術項目尚屬國內首個運營的LNG冷能利用項目，在該領域啟到引領示范作用。

  3．杏壇LNG站的冷能利用項目背景及概況

    本項目位于佛山市順德區港華燃氣有限公司杏壇LNG衛星站，此衛星站是順德區燃氣輸配系統的補充氣源。站內共有100maLNG儲罐6個，其中最高工作壓力0．8MPa的儲罐有2個，最高工作壓力0.6MPa的儲罐有4個；LNG空溫氣化器8臺，單臺氣化器氣化能力為2000NM3／h。杏壇LNG衛星站所用氣源大多是來自于深圳大鵬的LNG，****供氣能力為15×10⁴Nm³／d，

目前的氣化量為2—10×lO⁴m³／d，氣化壓力為0.4-0.7MPa，管網外輸壓力為0．3MPa。

    冷庫毗鄰杏壇LNG衛星站，主要的經營范圍是水產品的加工及儲存，庫容總量為3000噸，含有一30⁰C冷凍庫和一15"C儲藏庫，并計劃擴建至8000～9000噸，而且還計劃開展新的冷加工業務。冷庫目前共有N|I，壓縮制冷裝置3套，其中制冷量為163KW／h的制冷裝置2套，制冷量為184KW／h的制冷裝置一套；根據所處理的水產品量及加工要求選擇制冷裝置的開啟

數量。冷庫在實際運行時，夏天每天開兩臺壓縮機，一般開15～16小時，需冷負荷為4890～5216kWh，冬天每天開一臺壓縮機，一般開18～20小時，需冷負荷為3100kWh。一年耗電量達120多萬元，擴建后耗電量和費用都會大幅遞增。

  1．技術方案設計

  LNG冷能用于冷庫技術方案設計如圖1。該技術方案主要包括三個部分：LNG氣化系統、低壓氨制冷循環系統和電壓縮氨制冷循環系統。技術特點：當LNG"供量不足時，可啟動電壓縮氨制冷循環系統，兩個氨制冷系統可同時向冷庫供冷。  

在本方案中，通過換熱器中氨氣的壓力確定進入換熱器的LNG流量；通過冷庫溫度調節進入冷庫的液氨量；再通過低溫液氨流量確定冷能費用。

    具體流程為：將LNG分成兩路，一路LNG進入原空溫氣化器氣化為常溫的天然氣，經調壓閥調壓至0.3～O.35 MPa后，進入城市管網，完成LNG的氣化。  另一路LNG將出冷庫的氨氣冷凝后經輔熱空溫氣化器氣化升溫至常溫，再與原LNG氣化系統中的天然氣混合，最終送入城市管網；同時，冷凝后的液氨，經氨泵加壓至0.3～0.5MPa后順序經流量計流至調壓閥，降壓至0.15Mpa，最后送入冷庫制冷，完成低壓氨制冷循環。

    當冷庫的需冷量較大，或LNG量供應不足時，為滿足要求，在進行低壓氨制冷循環的同時，開啟電壓縮氨制冷循環系統。電壓縮氨制冷循環系統冷凝后的液氨經調壓閥調壓至0．15MPa后，與來自低壓氨制冷循環中經調壓閥調壓后0．15MPa的液氨混合，最后進入冷庫制冷。

  2．項目方案實施進度

  2009年7月完成總體方案設計；

  2009年8月進行主體設備設計制作和工藝設計；

  2009年11月完成附屬設備訂購；

  2009年12月完成主體設備制造；

  2010年1月底完成整體流程及設備安裝；

  2010年2月進行工藝調試；

  2010年5月項目正式商業運營。

三、LNG冷能利用項目經濟性分析       

    為實現冷能的量化和計量應用于實際工程并商業化運營，對LNG冷能價值計算方法做以下初步探索：

T溫度下單位冷能價值計算公式為：

    CqT：Ce×Exp／Q+△P／Q

式中：CqT為T溫度下的單位冷能價值

    ce為電價

    Exp為制冷耗電量

    Exp／Q為制得單位冷量所耗的電

    △P／Q為制得單位冷量所需付出的投資折舊費用和運行費用，在難以獲得準確的具體數據條件下，暫設△P／Q費用占冷量成本的15％。

  冷能價值計算公式可表示為：

  CqT=82．85×Ce×Exp(一0.0217×T)

  LNG的溫焓狀態隨壓力變化較大，其低溫傭值也差別較大，不同溫度下LNG釋放出不同的冷能。

    按照LNG冷能價值計算公式，在一34⁰C下，電價為0.85元／kwh條件下，此時冷能價值約為0.394元／kwh，相當于160．1元／噸(液氨)。

    本項目總投資128．96萬元(其中建設投資123．66萬元，建設期利息2．44萬元，流動資金2．86萬元)，年均銷售收入85萬元／年，年均稅后利潤30.07萬元／年。內部收益率31.69％(稅后)，靜態投資回收期(稅后)4.10年(含建設期)，動態投資回收期(稅后)5.12年(含建設期)。

    對于冷庫方，其收益在于：①冷能費用減少0.05元／kwh，每年總體節省電費約25萬元；②減少循環冷卻水系統的運行和維修費用15萬元；③故障少、維修簡單、操作控制容易；④易于冷庫擴建和冷加工業務的開展；⑤節省冷庫擴建的電制冷用地和建設投資。

四、杏壇LNG-O星站冷能遠期利用

    目前LNG衛星站由于冷能較少、大部分LNG衛星站的供氣規模在1×10⁵Nm³／d以下，而且冷能隨時間頻繁波動等原因而未能得到迅速發展。LNG衛星站數量多、分布廣、可用的總冷能大，而且衛星站的氣化壓力遠低于大型接收站的氣化壓力，氣化釋放的冷能品位更高，因此LNG衛星站冷能的高效利用，對于實現節能減排的目標具有重大的意義。

    LNG衛星站冷能用于冷庫技術的成功應用是冷能利用的第一步。在此基礎上，我們將繼續開發冷媒循環換熱網絡設計和優化技術、．相變儲能技術，建立冷媒循環系統來回收利用LNG冷能，用于廢舊橡膠低溫粉碎、干冰制備等中試項目，建成國內首個LNG冷能高效利用技術示范基地。