LNG卫星站冷能利用综合项目开发研究应用报告.doc

LNG卫星站冷能利用项目开发

1概述
  LNG常压下为一162℃液体，在供给用户使用前需将其升温气化，LNG气化过程释放约830 kJ／kg冷能。现在，LNG冷能利用技术理论研究较多，关键包含将冷能用于发电、空分、制取液化二氧化碳及干冰、作为冷库冷源等。佛山杏坛LNG卫星站冷能高效利用项目是中国首个将LNG冷能用于冷库工程实例。
    佛山杏坛LNG卫星站隶属于佛山市顺德区港华燃气，是顺德区燃气输配系统补充气源。所用气源大多来自深圳大鹏LNG，最大供气能力为15×104 m3／d。现在气化能力为(2～10)×104 m3／d，气化压力为0.4～O.7 MPa，管网外输压力为0.3 MPa。该气化站共有100 m3圆筒形LNG储罐6台，其中储存压力为0.35 MPa储罐有4台，储存压力为O.55 MPa储罐有2台。LNG空温式气化器8台，单台气化器气化能力为2 000 m3／h。生产LNG耗电量为850 kW.h／t，假如LNG冷能得以充足利用，大约可节电600 kW.h／t，则根据0.85形(kW.h)电价用于深冷项目计算，一162℃LNG冷能价值约510形t。
    该项目所述冷库毗邻LNG卫星站，冷库总容量为3 000 t，二期计划扩建至8 000～9 000 t，关键经营范围是水产品加工及储存。该冷库分为两个温度等级：一30 qC冷冻库和一15℃冷藏库。该冷库共有NH，压缩制冷装置3台，其中制冷负荷为163 kW制冷装置2台，制冷负荷为184 kW制冷装置1台，依据所处理水产品数量和加工要求选择制冷装置开启数量。冷库在实际运行时，通常夏季开2台制冷装置，天天运行15～16 h，需冷量为4 890～5 216 kW．h；冬季开1台制冷装置，天天运行18～20 h，需冷量为3 100 kW.h，每十二个月电费约为120×103元，扩建后耗电量和运行费用全部会大幅增加。考虑到LNG卫星站冷能未得到利用，于是拟将LNG卫星站冷能用于冷库制冷。
2 LNG卫星站冷能用于冷库工艺步骤
    中国冷库总容量达500×104t，大多采取多级电压缩制冷装置维持冷库低温运行,电耗较大。将LNG卫星站冷能作为冷库冷源，在回收LNG冷能同时又可简化制冷工艺，大幅削减冷库建设费用；降低电耗，所消耗电量约为原来1／3倍；有效利用冷库和卫星站占地面积；降低冷库原有电压缩制冷系统噪声和振动，降低制冷设备故障发生频率。
    LNG冷能用于冷库制冷，采取载冷剂(如：乙醇、R410A、氟利昂)回收LNG冷能，储存于蓄冷槽中，在冷库需要时将载冷剂输入冷库循环制冷。文件[8、9]在以乙二醇为载冷剂蓄冷后，将冷能传输给液氨，经过液氨在冷库中循环制冷。
    现在大多数冷库制冷系统为电压缩氨制冷，该项目是将现有冷库制冷工艺进行改善，在冷库传统电压缩氨制冷循环基础上增加LNG制冷循环。为使LNG冷能用于冷库工艺步骤改造简单、操作方便，要遵照以下2个标准。一，不控制LNG气化流量，确保LNG气化速率不受LNG冷能利用项目影响；二，不改变LNG卫星站原有调压控制系统，确保天然气进入管网前调压设施正常运行。所以我们制订了图1所表示工艺步骤。
    该方案关键包含3部分：LNG气化系统、低压氨制冷循环系统和电压缩氨制冷循环系统。在LNG卫星站，从LNG储罐中出来LNG分成c、d两股，c股LNG进入空温式气化器l气化为25℃天然气，经调压阀1调压至0.30～O.35 MPa后，进入城市管网。d股LNG进入换热器l中和来自冷库一20℃、0.10 MPaa股氨气换热后，变为一25。一30℃天然气，经空温式气化器2升温为25 cc天然气后，和LNG气化系统中25℃天然气混合，再经调压阀1调压至O.30～0/35 MPa后，送入城市管网。同时，氨气被冷凝为一40 qC液氨后进入液氨搜集罐，经离心泵加压至0.40～0.60 MPa后再经调压阀2降压至0.15 MPa，最终送入冷库制冷，完成低压氨制冷循环。
    当冷库需冷量较大或LNG量供给不足时，为满足要求，在进行低压氨制冷循环同时，打开阀门v一5、v一6，开启电压缩氨制冷循环系统。从冷库中出来b股氨气进入换热器2和冷却水换热，然后经压缩机压缩，再送回换热器2，经冷却水冷凝为35℃液氨，经调压阀3调压至0.15 MPa，和来自低压氨制冷循环系统0.15 MPa液氨混合后，进入冷库制冷。多出液氨进入液氨储罐，以补充循环系统长久运行中损失液氨。
    该工艺采取以下控制系统：在原有控制步骤中空温式气化器1前干路加上流量控制阀V一1，并引出支路d。经过支路dLNG经过换热器1和空温式气化器2再返回到调压阀前。流量控制阀V一1只是分配2个气化部分LNG流量。因为换热器l和空温式气化器2相当于原有空温式气化器副线，故不影响原有整体LNG气化量和天然气压力控制操作。
    该项目建成后，冷库运行企业可得到以下收益：冷库制冷电费每十二个月降低数十万元；降低循环冷却水系统运行和维护费用；故障少，维修简单，操作控制轻易；易于冷库扩建和冷加工业务开展；节省冷库扩建电制冷用地和建设投资。
3财务评价
3．1投资及成本估算
  该项目以流经换热器1平均供气量3×104m3／d为基准估算，估算范围包含和上述工艺相关工程费用(建筑工程费、静止设备安装费、机械设备购置费、工艺管道材料费、自控仪表购置及安装费等)、固定资产其它费(临时设施费、工程建设管理费、可行性研究汇报编制费、工程设计费、完工图编制费、工程建设监理费等)和预备费(不可预见费)。项目所需建设造价30％为自有资金，70％为银行贷款，贷款利率为5.40％，项目建设期1年。项目总造价：90．88×10。元，依据总成本费用估算参数 (见表1)估算该项目总成本费用。经计算，该项目平均年总成本费用为14.5l×104元。
表1  总成本费用估算参数
    燃料动力价格     固定资产折旧     销售费用
   生产期
    ／a
 新增定员
    电／
(元. kW-1. H-1 h)   维修费／
  (元. a-1 )   时间
  ／a 残值率
  ／％     修理费率

    0.85     5×104     15     3 固定资产原值3％ 按销售收入0.1％计算     15     无
3．2财务评价
  该项目总造价90.88×104元(其中，建设造价87.38×104元，建设期利息1.69×104元，流动资金1.81×104元)，年均销售收入74.80×104形a，年均税后利润36.33×104元／a。内部收益率(税后) 48.07％，静态投资回收期(税后，含建设期)3.，动态投资回收期(税后，含建设期)3.54年。
表2财务评价关键参数
    产品价格     税金     损益估算     清偿能力分析
电／
(元. kW-1. h -1)   增值税
     城市建设
    维护税 教育费附加
 所得
税率     公积金
   偿还借款
    资金起源 借款偿还年限 (含建设期)／a
    0.85
     17％
 按增值税7％
计算
 按增值税
3％计算
 25％
 按税后利润
10％计
 项目提取全部折旧、摊销及未分配利润     2.88

4 LNG冷能利用远期计划
    针对该项目供冷工艺设计，LNG所提供冷能和液氨所得到冷能分布情况见图2。图2中数据显示，LNG所能提供冷能约894 kJ／kg，液氨得到冷能约785 kJ／kg，由此看出LNG冷能利用率可达成87．8％。图2中，曲线和横坐标轴所围成面积就是这种能量所含有火用值，所以图中LNG曲线和横坐标轴所围成面积为706 kJ／kg，即LNG冷能所能提供冷火用约为706 kJ／kg；液氨所得到冷火用约为189 kJ／kg，冷火用损失达成517 kJ／kg，冷火用利用率也可达26．8％。这只是对于流经换热器l3×104 m3／d天然气来计算，不是整个卫星站LNG冷火用利用率。
     依据制冷原理可知，要求工艺温度越低，常规制冷方法所消耗能量越多，在抵达一定低温区时，蒸发温度每降低1 K，能耗要增加10％，此时利用LNG冷能节能效果也就越显著，冷火用利用率也越高。由此可见，将LNG冷能用于冷库制冷，回收了大量LNG高温部分冷能，但LNG较低温度利用还有较大发展空间。
    针对上述特点，其远期计划拟开展利用LNG卫星站冷能用于废旧橡胶低温粉碎、二氧化碳液化和干冰制备、中小型低温冷库研究为了处理LNG气化随时间频繁波动和LNG冷能利用产业负荷改变之间存在时间、空间不一样时，拟建立冷媒循环系统往返收利用冷能，建成LNG冷能高效利用技术示范基地，也将成为中国第一个LNG冷能利用项目中试基地。
4．1 LNG冷能用于橡胶低温粉碎
    将废旧橡胶低温粉碎可生产出高附加值精细胶粉。胶粉直接或改性后可广泛应用于橡胶塑料制品、化工建材、公路交通等领域，不仅能够替换部分生胶，而且能够提升产品性能。橡胶低温粉碎基础原理就是经过冷冻将橡胶温度降至橡胶玻璃化温度(约一80℃)以下，使橡胶分子链不能运动而脆化，从而易于粉碎。因为低温粉碎需要花费大量冷能用于橡胶冷冻和粉碎(因粉碎时候会放热，所以需要冷能来确保粉碎过程胶粒和助粉媒温度在一80℃以下)，成本高，严重影响了橡胶低温粉碎技术经济性。利用LNG冷能低温粉碎废旧橡胶是废旧轮胎高值化发展方向，是国家激励发展新兴产业。现在，国外已经有企业开发出了LNG低温粉碎工艺。
    计划采取工艺步骤为：将粗碎后胶粉(40～60目)和助粉媒混合，经低温两相套管换热器组由冷媒降温至一70℃左右，进入粉碎设备，得到超细胶粉(150～200目)和助粉媒混合物；再将该混合物送回低温两相套管换热器组换热，以后过滤分离出所需超细胶粉，助粉媒循环利用。
4．2  二氧化碳液化和干冰制备技术
    传统液化工艺是将二氧化碳压缩至2.5～3.0 MPa，再利用制冷设备冷却和液化。利用LNG冷能生产液化二氧化碳，则很轻易取得液化二氧化碳所需要低温，从而将液化装置工作压力降至0．9 MPa左右，工艺步骤简单，制冷设备负荷大大降低。以化工厂副产品CO：为原料，利用LNG冷能制造液态CO：或干冰，不仅电耗小(0.2 kW.h／m3)，而且其产品纯度高(可达99.99％)。
5结论
  ①冷库制冷系统加入，只是略微增加了LNG气化器系统压力降，不影响原有整体LNG气化量和天然气压力控制操作。该项目投资少、操作简单，不过没有LNG气化和冷库用冷过程调峰功效，只能依据冷库实际需冷量调整该路LNG流量。
  ②该项目总投资90.88×104元，年均销售收入74.80×104形a，内部税后收益率48.07％，静态税后投资回收期3．，动态税后投资回收期3.54年，在整个项目寿命期内有较高盈利。
  ③该项目中LNG冷能利用率可达87.8％，但其冷火甩利用率只有26.8％，还有较大发展空间。所以该项目远期计划拟建立冷媒循环系统往返收利用LNG冷能，用于废旧橡胶低温粉碎、二氧化碳液化和干冰制备等中试项目，建成LNG冷能高效利用技术示范基地。