汽化器出口温度不能低于多少(LNG天然气在太原西北中环沥青路面施工中的应用)

Posted 2023-05-31

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汽化器出口温度不能低于多少(LNG天然气在太原西北中环沥青路面施工中的应用)

LNG天然气在太原西北中环沥青路面施工中的应用

摘要：随着国内城镇化建设的高速发展，市政道路建设事业方兴未艾，各个城市沥青混凝土拌和站日益增多，竞争日趋激烈；太原西北中环路面项目在沥青路面施工中，摒弃用传统燃料（柴油、重油、煤）对沥青混合料加热的方法，通过对加热设备进行改装，改用污染较低、蕴藏量较大的天然气作为沥青混合料的加热燃料，取得节能减排、经济环保的双重效果。本文以太原市西、北中环建设工程路面项目部为例详细介绍天然气在实际施工中的应用。

关键词： LNG天然气工艺流程加热燃烧器节能减排经济效益社会效益

1.工程概况

太原市西、北中环建设工程是太原市环状快速交通网络体系的重要组成部分，本工程的建设对完善太原市交通网络体系、缓解日益严重的交通压力、改善居民生活水平、推动区域经济发展具有重要的现实意义。本工程全长约20.5公里，道路主线为双向八车道；全线路面工程的沥青混合料总计44万吨。

本项目沥青拌合站位于太原市尖草坪区北固碾村，紧邻大同路交通干道，交通便利；距离北中环施工路线6公里左右；沥青拌和设备型号为林泰阁CSM4000型，最大生产能力为320t/h；该设备采用集装箱模块化结构，使得运输、安装、拆卸均快速便捷。该站主要供应北中吨环路面工程沥青混合料。由于工期紧任务重，部分采用外购成品混合料，由项目拌合站生产沥青混合料10万。

2.可行性分析

目前国内外在路面施工中，对沥青混合料加热的燃料主要有以下几种：

2.1 0#柴油：燃烧可产生稳定的火焰，已被施工单位广泛采用。而且运用成熟，但由于柴油价格偏高，导致施工成本较高；柴油的硫、氮等元素含量较高，燃烧时产生二氧化硫及氮氧化物会造成一定程度的污染，且粘附力强，杂质也相对较多，一经污染，难以清除。

2.2 重油：重油燃烧后产生SO2及不完全燃烧产生的高浓度残质对布袋及对沥青混合料影响严重。此外，重油在低温时流动性差、燃烧不完全且质量不稳定等原因均导致其不能作为通用燃料进行施工。

2.3无烟煤：无烟煤作为燃料存在质量不稳定、火焰不稳定、温度不宜控制、排放有害气体超标等问题。

2.4煤气：受气源影响较大且国家对气体燃料保管的管制较为严格，运用不广泛。

2.5天然气：燃烧值高，残留物少，环保，经济，而且沥青站点火操作简单。

通过上述对比分析，经项目部讨论决定，使用天然气替代传统重油作为燃料进行拌和站加热。以提高行业节能减排意识，促进行业服务水平。通过节约能源、保护生态环境，降低成本，达到环境与经济的双赢。

3.天然气加热装置改造工艺流程

3.1 LNG气化系统技术工艺流程

施工工艺流程

技术原理：LNG是经天然气经压缩、冷却，低温下液化而成；由LNG槽车运输至拌合站，给槽车储罐增压后，利用压差将LNG送至空温式气化器；经气化器自动吸收热量由液态转变为气态，通过调压计量装置控制正常的工作压力和输送流量，由于冬季空温式气化器出口温度达不到要求，还须经过电加热气化器对天然气进行加热，最后经过输气管道上所有控制元器件后，进入燃烧器来完成气体的燃烧。

3.2 LNG运输及卸车流程

由LNG槽车运来的液化天然气，使用时利用增压气化器，将LNG槽车压力增高，然后通过阀门组将LNG输送至LNG空温式气化器，出口压力为0.5～0.6MPa。

工作原理：采用槽车自增压方式；储槽中LNG在常压，-162℃条件下，利用自带的增压器给储槽增压至0.6MPa，利用压差将LNG液相管线输送至LNG空温式气化器。

图1 LNG运输槽车卸车

3.3 LNG气化、加热技术

3.3.1空温式LNG气化器气化加热流程

优点：特殊的Φ200超大直径专用铝制换s热管，化霜速度快，有效的内翅片结构，大大提高换热管换热效果；先进的高压管复合技术，使受压管与换热管充分接触，保证了换热效率。工作原理：利用空气自然对流加热换热管中的LNG低温液体，使其完全蒸发成气体的高效节能换热设备。该设备无能耗，无污染，绿色环保；安装便捷，维护方便。

图2 空温式LNG气化器

3.3.2电加热水浴式气化器加热流程

当冬季空温式气化器出口的天然气温度低于0℃且达不到要求时，使用该设备加热；主要配套设备有：本体、电加热器、控制箱、液位计、温度计、进水阀、排污阀等。

特点：采用LG热水专用循环泵，水温均衡无分层现象；工作更安静，无噪音及震动；配套件齐全，全自动及半自动双线路温控控制箱，安全可靠，可不间断工作，万无一失。

工作原理：利用特制高效率电加热器加热筒体内的水，再加热紧凑式换热管内低温LNG天然气，采用先进水温控制系统，工作时气化量极其稳定，出口温度可按要求设定。

图3 电加热水浴式气化器

3.3.3 调压计量撬工作流程

天然气从电加热气化器出口经管道连接进入调压计量阀组，经过三级降压，稳压至施工要求的工作压力，通过计量阀组控制燃气正常的输送流量。

工作原理：通过三级调压降低高压气体压力，并保持稳定，使调压处理后的气压满足燃烧器使用；通过计量阀组控制流量和速度；气化器出口压力为0.4MPa左右，本项目林泰阁4000型沥青拌合设备加热骨料用的燃烧器需要天然气压力为50KPa左右，经调压设备调压后压力为50 KPa后，输送入燃气输配管网。

图4 调压计量系统

3.4 输气管道安装

3.4.1 管道焊接

由于螺旋钢管具有材质优、耐腐蚀性强、温度系数小等特点，因此我项目输气管道选用螺旋钢管作为天然气输送管道。

管道连接方式：主要采用法兰连接与直接焊接两种方式；焊接过程中，要达到焊缝饱满、无气泡产生的效果；焊接结束后必须进行无损检测、压力与密闭性试验、破坏性试验，结果满足要求方可投入使用。

图5 法兰连接

图5 直接焊接

图5 法兰连接

3.4.2 管道安装

（1）管道支撑与限高：为了便于施工和维修，我项目将大部分管道平直架设在地面上，支撑柱必须牢固且高度一致；由于拌合站材料运输车辆较多，需要在管道两侧架设限高架，保证施工安全。

图6 管道支撑及限高架

（2）管道防腐：在安装管道前应进行管道金属表面除锈、涂刷防腐底漆等工作，宜在场地集中进行施工。

（3）管道密封：使用法兰盘连接时，两法兰盘中间必须加耐腐蚀橡胶垫或密封圈，防止从缝隙中出现漏气现象而引发安全事故。

3.5 沥青搅拌设备加热系统的改造

我项目沥青搅拌站在原燃油燃烧器的基础上进行改造，增加燃气功能，既能满足燃气需求，又不丧失其燃油的功能，最终利用原燃烧器本体，在烧嘴处增设低速袖环，再配备燃气管路组件一套。燃油时将低速袖环去掉，利用原有的燃油管路,即恢复其燃油功能。

经过改造的燃烧器完全能实现在有限的燃烧空间内完成充分燃烧，在小空间内产生很高的热负荷，以高强度辐射换热有效地保证了烘干筒内最佳换热效果，且操作简单、自动化程度高、安全性好等优点。

图7 油气两用型燃烧器

图8 改造后的燃烧器正常运转

3.6 安全辅助设施

对于天然气加热系统的辅助部分，主要是安全隔离设施，考虑到天然气（LNG）使用存在露天安全风险，为此，必须保障天然气（LNG）整个气化、调压及输气区域均处于安全隔离的状态下。其隔离网采用美格网或彩钢板封闭，隔离高度应在1.8m以上，并悬挂警戒标识。在天然气（LNG）管道及燃烧设备附近，不准堆放易燃易爆物品，也不准将热灰、热渣堆卸在其旁边。

4. 使用天然气的优势分析

4.1加快工程进度。搅拌设备生产效率的高低在一定程度上取决于加热系统和燃料的热值。天然气热值高、洁净、无杂质，作为搅拌站加热燃料相对于粘度相当高、杂质含量多、流动性差的重油来说，无论是从搅拌站启动点火还是加大火力的速率均高于重油，所以搅拌站用天然气作为燃料比重油和柴油作为燃料在点火、火焰上升速率略高一筹，生产效率要比重油和柴油高一些。

4.2保证工程质量。天然气作为加热燃料，它燃烧值高，残留物少，可以保持石料在加热过程中不被任何物质所污染，石料表面清洁，开口空隙全部张开，增加沥青与高温状态下的石料的吸附力，改善沥青混合料的拌和性能，马歇尔稳定度、水稳定性等各项技术指标均有大幅提高，能有效延长沥青路面使用寿命。

4.3减少机械设备故障率，节约设备维修费用，从而降低生产成本。天然气燃烧后没有任何残留物，搅拌设备在一级和二级除尘系统中，大量的粉尘经脉冲式除尘布袋排出，粉尘干燥、无杂质，干燥的粉尘与布袋没有吸附力，对布袋污染较小，减少对布袋的清洗次数和更换频数，除尘系统畅通无阻。

4.4对周围环境污染小。天然气燃烧充分，残留物少，二氧化碳和粉尘排水量几乎为零，对空气环境污染小。

5. 应用天然气的效益分析

5.1节能减排效益分析

5.1.1项目实施前和实施后基本能耗情况

本项目今年生产沥青混合料10万吨；在天然气加热工艺改造前，沥青混合料加热用燃料为重油，基本能耗情况为：每生产1吨沥青混合料项目所耗重油为8kg；工艺改造后，沥青混合料加热基本能耗情况为：每生产1吨沥青混合料项目所耗天然气（LNG）为4.55kg。

5.1.2节能减排量测算

5.1.2.1以常规热拌沥青燃烧量的统计值：

柴油消耗=工程量（吨）×每吨拌合料消耗柴油（公斤/吨）×柴油折标煤系数

注：1 kg重油=1.4286吨标准煤

重油量=10万吨×8kg/吨÷1000kg/吨=800吨

5.1.2.2按替代燃料量计算：

天然气（LNG）=工程量（吨）×每吨拌合料消耗天然气（公斤/吨）×天然气折标煤系数

注：天然气1 kg =1.4 m3

1.18m3天然气=1kg重油

1m3天然气=1.2143吨标准煤

天然气替代燃料量=10万吨×4.55kg/吨÷1000kg/吨=455吨，

故天然气转化重油量：（455×1.4）/1.18=539.83吨重油；

5.1.2.3耗能量：

拌合沥青集料需用柴油平均消耗8kg /吨；

拌合沥青集料需用天燃气平均消耗4.55kg/吨；

5.1.2.4折算系数

1 kg重油=1.4286吨标准煤

1m3天然气=1.2143吨标准煤

天燃气折系数 1kg=1.4 m3；

1.18m3天然气=1kg重油

燃烧1kg标准煤会排放2.349 m3的CO2。

5.1.2.5项目实施后的节能减排量

（1）节能量：

按本项目年生产沥青集料为10万吨计算：

重油的热值： 41816千焦（10000大卡）/千克

而天然气(热值/m3) 35544千焦（8500大卡）/立方米

转换（热值/kg）1 kg =1.4 m3*8500=11760大卡/千克

由上述计算得出结论：天然气每千克热值大于柴油热值，故节省重油。

节省重油=800-539.83=260.17吨

（2）减排量：

节省重油转化天燃气方量=260.17×1.18×1.4=429.8m3

1m3天燃气=1.2143标煤

故节省标煤：429.8×1.2143=521.91吨标煤

1吨标煤产生co2转化系数：2.349

故：521.91×2.349=1226m3

即减少排放1226m3的 CO2。同时也减少了炭渣、飞灰和烟的排放。

如上所述，本项目沥青拌合楼今年共生产沥青混合料10万吨，以天然气替代重油作为燃料，使用清洁能源替代800吨重油。由于天然气的热值高于重油的热值，因此我项目减少重油使用量260.17吨；减少排放1226m3的 CO2。同时也减少了炭渣、飞灰和烟的排放。

5.2经济效益分析

目前市场应用柴油及重油加热的方式比较普遍，现将天然气、柴油和重油的成本按目前当地市场价格进行分析，经过实际测定，测算我项目沥青拌合站用每种燃料生产混合料的单位平均能耗，具体数据如表。

能耗及成本对比表

能耗及成本对比分析表

通过上表可知，使用天然气作为拌合设备加热燃料成本明显低于重油和柴油，选用天然气是最合适的。

综合以上分析，搅拌站燃烧加热系统由天然气替代柴油，则生产10万吨混合料成本科节省345.13万元。由天然气替代重油，生产10万吨混合料成本可节省23.72万元。

5.3社会效益分析

近年来，国内各大城市经济粗放式高耗低效发展的同时，大气污染导致城市雾霾天气日益严重，直接影响到城市居民的身体健康。2013年山西省及太原市政府环保部门高度重视大气污染的治理与整顿工作，本项目沥青拌合站位于太原市北郊地区，通过对工艺升级淘汰高耗能高污染的设备及燃料资源，以天然气替代传统重油燃料，大大减少了二氧化碳、二氧化硫、可吸入颗粒物等有害物质的排放。符合国家和当地政府节能减排、环境保护的政策方向；为太原市大气污染治理工作的环保事业作出一定贡献。

改造后的沥青拌合站天然气加热系统，在生产过程过程中未出现任何问题，同时对保护施工环境、保证工程质量、提高工效、安全施工上都具有十分重大的作用。通过本次工艺改造，总结出了一套比较完善的天然气加热技术改造工艺，对今后的类似工程必将起到良好的指导作用，对提升企业的技术理论水平、增强核心竞争力具有非常重要和积极的意义。

此外，本项目的天然气改造节能减排成果得到了业主和监理的认可、信任和当地环保部门的好评与赞扬，使企业的形象和信誉度得以增强和提高，获得了良好的社会效益。

6. 结语

太原西北中环路面项目把LNG天然气成功应用于市政沥青路面施工中，有效保证了工程质量与进度，关键在于减少了大气污染物的排放，降低了工程单位能耗，节约了社会资源；"节能降耗、环保经济"的生产模式符合国家节能减排的政策方向。因此，沥青拌合站"油改气"工艺，在节能减排、推广使用清洁能源及社会效益方面有较好的推广前景和现实意义。

参考文献

《综合能耗计算通则》GB/T2589-2008

《市政工程预算定额》2011

《液化天然气罐式集装箱》JB/T4780-2002

《天然气综合利用技术》汪寿建.编著