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摘要：本文在液化天然气（LNG）移动气化应急供气的边界条件下，在燃气设备工艺成熟的基础上，针对应急供气现场无电源接入的实际难点，利用现有天然气微型压差发电设备，提出了一种将压差发电与LNG气化相结合的应用方案。微型压差发电设备的应用，可增强LNG应急供气的生存空间及安全性，在一定程度上缓解电力供需矛盾。
关键词：压差发电；LNG；应急供气；天然气
前言：
随着中国经济社会的高速发展，目前天然气已成为城市工业、民用的主要供应能源，天然气的消费量逐年升高[1]。管道天然气在城市地区尽管已经较为普及，但仍有局部地区，由于气源异常、第三方破坏等原因，出现天然气供应中断现象[2]。出于保障用户安全连续用气，以及市场竞争手段等多方面的考虑，各燃气企业均具备临时供气的移动气源设施[3]。
在移动式应急供气方式中，LNG气化以体积小、供气量大、压力调级少等方面的优势，成为了临时移动气源常用设备之一[4]。目前以杜瓦瓶组及小型一体橇为主要车载设备模式，在应急供气时一般设备均采用机械仪表，而且电力受到较大制约，在无市电接入的情况下，采用柴油发电机进行发电。但此供电方式不仅耗费能源，无法保持上时间运行，同时也严重影响周边地区的生产生活。
本文从技术可行性及参数匹配性等方面，将现有新型的天然气微型压差发电设备移植到LNG应急供气系统中，该工艺不仅可用于一般规模LNG应急供气项目的自控、计量及数据远传，而且可用于其他LNG点供项目，具有较为广阔的发展潜力。
1应用背景
某工业区受自然灾害影响导致停电、停气，需要LNG应急供气恢复生产、生活。此次应急供气目标为2吨蒸汽锅炉，需要供气能力约为150Nm3/h。除LNG槽车及储罐外，配备有增压气化器、空温式气化器、EAG气化器、调压计量加臭设备、仪表控制设备等。
其中各气化器通过能力均大于300Nm3/h，设计进口温度为-196℃，设计压力为1MPa。调压计量加臭设备为常用橇装化设备、仪表等数据信息集成自控。
图1LNG气化橇
运营难点：由于该地区已经停电，因此无市电可用。如果配备柴油发电机，则将产生噪音影响周边用户，并且发电机无法满足长时间供电。其他供电措施如风电、太阳能发电等，均受到环境因素制约。
安全隐患：在无电情况下，LNG气化部分设备可能无法运行，系统整体安全无法得到有效保障。在供气加臭计量、数据远传、无人值守、报警急停等方面受到制约。
由以上情况可见，亟需一种占地面积较小，可移动车载，较为安全稳定的供电方式，为LNG应急供气提供自控保障电力。
2微型压差发电技术介绍
随着城市燃气管网的发展，其燃气设备数字化程度越来越高，同时受到电力制约的情况也愈加突出。为解决此类问题，国内大型燃气公司联合科研院校，开发了天然气微型压差发电设备。该微型压差发电规模一般在1kW以下，系统进气压力多数为中低压，出气为低压，流量一般小于500Nm3/h。该设备发电仅用于无人值守场站监控设备、紧急阀门控制及仪器仪表信号远传等[5]，目前已经有多个示范项目应用到燃气场站中，并取得了较为理想的效果。
该天然气压差发电设备均采用防爆认证元件，满足燃气场站安全运行规范。设备通常在进口压力8～6bar，出口压力为1～2bar工况下使用。其所发电力除用于一般仪表，远传，照明外，也可用于执行机构，风扇，电伴热等方面。
图3微型压差发电设备燃气场站现场测试运行
3工艺结合应用方案
3.1原LNG气化系统调整
在原有LNG气化系统中，卸车或储罐增压输出均采用增压气化器，利用气化增压将液体注入下游管道。此增压设备可设定压力值，当压力超过设定阀值时，增压系统关闭。进而当气化压力低压设定阀值时，增压系统自动开启。
一般LNG气化均采用空温式气化器，该气化器可分为若干组，并实现相互切换备用。EAG加热器作为紧急放散天然气设备，其功能是将低温天然气加热，使其密度大于空气，向上空扩散而不向下聚集，不在地面附件形成爆炸混合物。
图4LNG气化工艺流程图
为将原有已经较为紧凑的空间，集成微型压差发电设备，需对原有LNG气化系统进行工艺管线改造，以及电力系统的合并匹配。
3.2工艺衔接方案
微型压差发电设备具有重量轻，体积小，可有效利用闲置空间安装，对原有燃气设备无任何影响；设备不需启动电源，无任何能源损耗；自动化程度高，操作维护方便等特点。其工作原理是通过燃气的压力差，在流动过程中推动膨胀设备做功，从而带动防爆发电机进行发电输出。
因此，为使微型压差发电设备正常工作，就必须选择有压力差的进口、出口点，进行工艺对接。上图中，将原有LNG气化系统调压阀前后的管道进行了改造。预留等径三通截门，并设有截止阀及盲板。
发电设备投入运行后，预留手动截止阀将保持常开状态。如需停止发电，可采用电磁阀实现供气切断。
图5LNG气化集成压差发电接驳工艺图
4流程设计说明
为增加发电功率，因此需要原有LNG气化系统利用增压器，使LNG压力达到0.8MPa左右，进入到空温式气化器完成气化。天然气温度升高至约环境温度后分为两路。一路仍通过原有调压器降压使用；另一路通过微型压差系统膨胀设备后，再通过调压阀进行调压，并汇入原有计量设备之前。
微型压差发电系统中，在关键位置配备了温度变送器及压力变送器，以便于整体控制。设备所发出电力通过自控系统，稳定电压电流后，充入蓄电池。
LNG气化系统的自控设备均在蓄电池中取电。该蓄电池在充电停止的情况下，应满足LNG气化系统自控运行48小时。另外，微型压差发电系统的调压出口压力，应高于原有LNG气化系统出口压力约0.05MPa，以便天然气优先进入到发电系统管路。
小型压差发电系统在燃气场站实际运行中，在进口压力0.8MPa，出口压力0.1MPa，天然气流量为80～120Nm3/h时，发电功率可达到400W。由此可见，其运行工况参数，符合文中初始设定的LNG应急气化压力及一般流量。设备发电功率可满足一般应急设备仪表、自控、远传等需求。
5结论
作为紧急情况下能源保障供应手段，LNG应急供气应充分考虑各种苛刻运行背景，并不断吸收新技术增加自身的适应能力。微型燃气压差发电设备已经在燃气场站实践中应用，通过数据分析比较，该系统可满足LNG应急供气系统的自控需求。通过上述的流程设计，该套方案在技术及安全方面可行性较高。微型燃气压差发电设备用于LNG气化系统，其不仅提高了LNG气化设备的生存空间，而且可为我国燃气智能化发展提供助力。
参考文献：
[1]黄玉昌.中国天然气开发技术进展及展望[J].建筑工程技术与设计，2018，（16）：5154.
[2]阮雨风.小型应急供气装置在区域应急供气与抢险的实践[J].建筑工程技术与设计，2015，（17）：2218-2219.
[3]承灿赟，王强，袁蕴佳.移动式LNG应急供气橇在维修抢修的应用[J].煤气与热力，2015，35（3）：68-72.DOI：10.3969/j.issn.1000-4416.2015.03.017.
[4]孙成良.移动LNG应急供气装置在停气抢修的应用[J].煤气与热力，2013，33（7）：52-54.DOI：10.3969/j.issn.1000-4416.2013.07.017.
[5]刘瑶，谭松玲，邢琳琳，等.天然气自发电一体化调压箱工艺开发及展望[J].城市燃气，2018，（4）：10-13.DOI：10.3969/j.issn.1671-5152.2018.04.002.