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技術(shù)文章

美國天燃?xì)庖夯夹g(shù)

有幸隨由中國土木工程學(xué)會組織的中國天然氣液化技術(shù)參考團(tuán)，應(yīng)美國土木工程師學(xué)會的邀請，于1995年8月31日赴美，進(jìn)行了為期兩周的考察訪問。在美期間，代表團(tuán)考察訪問了洛杉機(jī)、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(xué)會及美國燃?xì)夤に囇芯吭骸嵉乜疾炝嗣绹烊粴膺h(yuǎn)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(guān)方面的熱情友好接待，并得到了相當(dāng)數(shù)量的技術(shù)資料和有關(guān)材料。此次考察，在中國土木工程學(xué)會的精心組織和接待單位周密安排及團(tuán)長和全體考察人員共同努力下，收到了預(yù)期效果，圓滿成功。現(xiàn)將考察情況簡要介紹如下；
1、遠(yuǎn)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(yīng)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(kuò)展天然氣市場，國內(nèi)已形成天然氣遠(yuǎn)程輸送網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)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(yīng)，城市燃?xì)夤芫W(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(yuǎn)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(yuǎn)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(fù)責(zé)休斯頓市天然氣供應(yīng)的企業(yè)，有70萬客戶，其中居民有62萬戶，約占88%；工商服務(wù)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(shè)在市區(qū)周圍，ENTEX公司從中選擇12家購氣，在這 12家的遠(yuǎn)程管線上，開設(shè)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，*大管徑為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(xué)習(xí)。
   ●　由于多渠道、多方位供氣，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)壓力均衡，供氣穩(wěn)定。
   ●　由于多渠道、多方位供氣，當(dāng)城市局部地區(qū)耗氣量出現(xiàn)峰谷時，可直接調(diào)節(jié)其*近的門站供氣量，以適應(yīng)負(fù)荷變化。
   ●　由于多渠??、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(shè)儲存裝置。這一特點應(yīng)引起我們的重視，并要做認(rèn)真分析研究。
對于遠(yuǎn)離天然氣產(chǎn)區(qū)的城市，一般由2—3條件遠(yuǎn)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(jìn)入伊里諾州，分別在芝加哥南北兩側(cè)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(shè)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**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**穩(wěn)定供氣創(chuàng)造了條件，提供了保證。同時對城市燃?xì)夤?yīng)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(jī)分析當(dāng)日或當(dāng)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(bǔ)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(jì)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(guān)公司合作，建設(shè)從加拿大到紐約的遠(yuǎn)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*大美國地下儲氣庫。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(quán)威，代表了美國地下儲氣的能力與技術(shù)水平。南加州底下儲氣庫原是處于地下730m的油井，采油后轉(zhuǎn)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*大的地下氣庫。儲氣壓力*低為27538Kpa ，*高可達(dá)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(shè)置882.6萬W和2，206.5萬W壓縮機(jī)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(jìn)入分離器進(jìn)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，*后進(jìn)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(shè)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(jìn)入外輸管網(wǎng)。
4、天然氣液化技術(shù)
　我國天然氣供應(yīng)，只限于氣態(tài)輸送、儲存與應(yīng)用，尚未開展有關(guān)液化技術(shù)方面的工作。改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。在低溫下對其純度要求較高，因此，天然氣進(jìn)入冷箱前，需注入甲醇，一是降低冷點除水，同時收重碳?xì)浠衔锖土蚧瘹洌岣呒兌取ｊP(guān)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(jìn)膨脹機(jī)， 20% 進(jìn)壓縮機(jī)。膨脹、壓縮兩機(jī)同軸。氣體在膨脹機(jī)內(nèi)壓力降低，對外作功，用以帶動壓縮機(jī)，把進(jìn)入壓縮機(jī)的天然氣壓縮升壓。當(dāng)進(jìn)氣壓力為1.6Mpa時一、二級壓縮機(jī)出口壓力為1.9Mpa和2.9Mpa 。經(jīng)過兩極壓縮后進(jìn)入冷箱，在冷箱內(nèi)，一側(cè)進(jìn)膨脹后的天然氣，加一側(cè)進(jìn)經(jīng)過壓縮的天然氣，兩者進(jìn)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*大限度減少儲存容積。儲存LNG，要求儲罐具有良好的隔熱性能，紐約儲存基地設(shè)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(cè)表面用混凝土方磚作護(hù)坡，外側(cè)表面上*外層涂上類似瀝表狀的色保護(hù)層。圍堰內(nèi)地面及圍堰內(nèi)側(cè)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(cè)設(shè)一圈向上噴水的水管，當(dāng)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**方面要求極為嚴(yán)格。各種消防設(shè)施齊備，設(shè)置得井井有條。我們?nèi)スS考察的前**，他們按規(guī)定舉行一年一度的消防演習(xí)。為避免產(chǎn)生電火花，一般照相機(jī)的閃光燈也禁用。
(3)汽化
　液化天然氣氣化后方、能外梳應(yīng)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(shè)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(dāng)大氣溫度降到-90C時氣化器預(yù)啟動，準(zhǔn)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?xì)夤に囇芯?
　在考察中，我們有機(jī)會訪問了美國“燃?xì)夤に囇芯吭骸保摳痹嚎偛脛㈠a朋先生詳細(xì)介紹了研究院情況。美國燃?xì)夤に囇芯吭菏敲绹?大從事有關(guān)燃?xì)夥矫娴难芯繖C(jī)構(gòu)，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(zhì)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?xì)饣ǖ鹊取＿@些研究成果，在美國和其他國家先后應(yīng)用于生產(chǎn)中，發(fā)揮了積極作用，產(chǎn)生了較大的物質(zhì)效果。在短暫的考察中，對美國城市天然氣供應(yīng)，特別是天然氣液化技術(shù)及地下儲存有了較**地深入了解。當(dāng)前我國沿海城市及有關(guān)部門正在積極籌備建設(shè)進(jìn)口液化天然氣基地，或建設(shè)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(shù)武裝，為科學(xué)決策提供了實際依據(jù)。在考察中，還收集了相當(dāng)多的**手資料，可供工程建設(shè)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。

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