薛小春,張力鋒
(廣匯能源綜合物流發展有限責任公司,江蘇 啟東 600256)
隨著國內節能減排的不斷深化落實和能源結構的持續優化調整,液化天然氣將是今后一定時期內我國能源輸入的重要來源[1]。LNG接收站均布置在沿海地區,液態天然氣需要加熱為氣態后向內陸輸送,充沛的海水是經濟合理的氣化熱源,但經過液態的天然氣換熱后的海水溫度降低,排入受納水域后形成冷污染;而沿海地區電廠廠址大都依海而建,直流冷卻是經常采用的冷卻方式,經過電廠循環系統排放的冷卻水攜帶大量的熱能,使受納水域水體溫度升高形成熱污染。因此,若有LNG接收站和電廠相鄰布置時,可綜合考慮兩者取排水布置方案,這樣既能確保電廠和LNG接收站功能目標實現,又可以實現熱能綜合利用,產生良好的環境效益。
江蘇省呂四海洋經濟開發區位于啟東市呂四港鎮,地處長江入??诒眰?,緊依黃海。在呂四開發區,呂四港某LNG接收站與某電廠毗鄰建設,間距約2km。某電廠建設了4×600MW國產超臨界燃煤機組,已于2009年投產,采用海水直流供水系統,單臺機組溫排水流量約45 260m3/h(冬季)~75 600m3/h(夏季)。
呂四港某LNG接收站已于2017年6月4日投產運營,截至2021年1月,該接收站配套建設有2座5萬m3雙金屬單包容和2座16萬m3雙金屬全包容LNG儲罐、300×104t/a LNG氣化裝置及配套取排水設施、最大接卸能力為150 900m3的LNG碼頭泊位等,本文分析依據為該站已投運的300×104t/a LNG氣化裝置配套設施取排水工程。
經反復比較論證,呂四港某LNG接收站氣化裝置選用中間介質氣化器(Intermediate Fluid Vaporizer,IFV),目前已建設投產2臺200t/h的IFV,遠期規劃共建設6臺200t/h的IFV,均取用間距約2km處電廠循環水池溫排水作為LNG氣化熱源,IFV原理示意見圖1。
根據IFV設備資料及工藝運行數據統計,當LNG工作壓力為10MPa(g)、LNG流量為200t/h時,單臺IFV在不同取水溫度時所需的海水流量參數見表1。
根據某電廠已建循環水取排水設施的工藝流程、現場布置條件、擴建規劃以及呂四港某LNG接收站取排水需求,選擇電廠循環水排水工作井作為取水點,并在其附近布置必要的虹吸抽真空引水設施,將電廠循環水排水工作井中溫排水引至海水泵房升壓后,輸送至LNG接收站作為LNG氣化熱源;接收站LNG氣化換熱后的冷排水排回電廠循環水取水工作井,可以降低凝汽器進水溫度。案例取排水工藝流程見圖2,其總布置圖見圖3。
圖2 案例取排水工藝流程
圖3 案列總布置
在電廠排水工作井下游側井壁開2個φ2 040mm的孔洞,以安裝2根DN1 800的虹吸引水支管。排水工作井外側增設工作井,以方便開孔、防止外漏,并安裝閥門。自電廠排水工作井引水至LNG接收站海水泵房,設置DN1 800玻璃鋼管道作為虹吸引水管,該引水管道全長約800m,分為沿大堤堤腳直埋敷設、頂小套管穿越大堤和頂管穿越排洪渠3部分。安裝4臺水環式真空泵(2大2小),根據運行數據統計,系統首次投運時,4臺真空泵同時啟動,在20min內即可在引水管道中形成虹吸[2],系統正常運行時,真空泵與真空罐中水位采取投用聯鎖自動調節運行。
接收站LNG氣化換熱后的冷排水排回電廠循環水取水工作井,可以降低凝汽器進水溫度?;厮艿琅c虹吸引水管、壓力輸水管道布置路徑相同。在電廠循環水取水工作井井壁開2個φ1 640mm的孔洞,安裝2根DN1 400的回水支管。井壁外側增設工作井,以方便開孔、防止外漏,并安裝閥門。
主要設備見表2。
表2 主要設備
當接收站遠期6臺IFV運行時,LNG氣化換熱后的冷排水排回電廠循環水取水工作井,電廠循環水溫度變化見表3(按電廠4臺機組運行計)。
由表3可知,電廠循環水排水全年平均溫度為26.52℃,較普通海水溫度高出約10℃,采用電廠排水進行氣化,較取海水溫度高,LNG氣化效果好。換熱后循環水重新返回電廠循環水,可降低凝汽器溫度和機組背壓,微增加機組功率,實現熱能冷能循環利用。
表3 電廠循環水溫度變化
以下為直接取電廠循環水溫排水和在LNG接收站附近海域取普通海水作為LNG氣化熱源兩種方式的對比分析,對比結果見表4。
表4 選用不同方式LNG氣化熱源對比分析
LNG氣態外輸都需要加熱氣化,即從-162℃存儲溫度氣化變為常溫的NG,釋放出大量的冷能,當LNG在一個標準大氣壓下從-162℃氣化到5℃時,約釋放出230(kW·h)/t的冷量[3],直接利用海水作為氣化熱源,其氣化后的排水直接對水體環境產生冷污染影響,與之相反,電廠運行時自身溫排水直接對水體環境形成熱污染。但直接選用電廠循環水溫排水作為LNG氣化熱源取代用普通海水,不僅能夠減少海水取水設施的投資費用,而且在LNG接收站取水時,還可以避免加氯等環節,相應減緩海洋的余氯污染。