LNG-FSRU 中间介质再气化工艺优选

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海管与船运Subsea pipeline & Shipping

2018 年 6 月　第 37 卷第 6 期

LNG-FSRU 中间介质再气化工艺优选

李冉1　王武昌1　朱建鲁1　李玉星1　张连伟2　叶勇2　郑美娟2

1. 中国石油大学（华东）/山东省油气储运安全省级重点实验室；

2. 中船圣汇装备有限公司

文章编号：1000-8241（2018）06-0702-08

摘要：LNG 浮式储存与再气化装置（Floating Storage Regasification Unit，FSRU）的建设周期短、

装置灵活性高，其再气化模块是 LNG-FSRU 的重要功能模块，中间介质气化器（Intermediate Fluid Vaporizer，IFV）则是 LNG-FSRU 关键设备之一。基于 LNG-FSRU 中间介质再气化工艺现状，选

择 4 种中间介质与 2 种加热源进行组合，确立 8 种再气化工艺流程，利用 Aspen HYSYS 软件建立

再气化工艺流程模型，对再气化工艺进行敏感性分析。模拟结果表明：以丙烷为中间介质的整体

式海水加热再气化工艺所需的海水流量及丙烷循环量较低，气化器结构紧凑、经济性好，其可作为

LNG-FSRU 再气化工艺的首选；当海水温度较低时，可采用海水和蒸汽联合加热的再气化方式。

研究结果可为 LNG-FSRU 再气化系统的设计提供参考。（图 9，表 3，参 21）关键词：LNG-FSRU；再气化；中间介质；气化器；敏感性分析

中图分类号：TE89 　　　　文献标识码：A　　　 doi： 10.6047/j.issn.1000-8241.2018.06.017

Comparison and selection of LNG-FSRU intermediate fluid regasification processes

LI Ran1, WANG Wuchang1, ZHU Jianlu1, LI Yuxing1, ZHANG Lianwei2, YE Yong2, ZHENG Meijuan2

1. China University of Petroleum (East China)/Shandong Key Laboratory of Oil & Gas Storage and Transportation Safety;

2. CSCC Shenghui Equipment Co., Ltd.

Abstract: LNG floating storage regasification unit (LNG-FSRU) is characterized by short construction period and strong

flexibility. Its regasification module is the important functional module of LNG-FSRU and the intermediate fluid vaporizer

(IFV) is one of the key equipments of LNG-FSRU. Based on the status of LNG-FSRU intermediate fluid regasification

technologies, 4 intermediate fluids and 2 heating sources were combined to build up 8 LNG regasification processes. Then,

the regasification process model was established using Aspen HYSYS software, and sensitivity analysis was carried out

on the regasification process. It is indicated that the integrally-installed seawater regasification process with propane as the

intermediate medium is low in seawater flow rate and propane circulation rate and its vaporizer is structurally compact and

economically good, so it can be taken as the first choice LNG-FSRU regasification process. When the seawater temperature

is low, the regasification can be realized based on joint heating of seawater and steam. The research results can provide

reference for the design of LNG-FSRU regasification system. (9 Figures, 3 Tables, 21 References)

Key words: LNG-FSRU, regasification, intermediate fluid, vaporizer, sensitivity analysis

目前，LNG 已经形成了从液化、储存、运输、气化

到终端应用的一套完整的工艺技术和装备产业[1-2]。

中国进口 LNG 基本采用陆上接收模式，由于 LNG 接

收终端项目审批时间长、投资大、建设周期长等因素的

制约，尤其近年来随着人们环保意识的增强，同时为

了减轻对港口资源的依赖、减少相关审批程序，LNG-

FSRU 逐渐得以应用[3]。再气化是 LNG-FSRU 中的

关键流程，气化器是其关键设备之一[4]。LNG 再气

化常用的气化器主要有 3 类[5]：开架式气化器（Open

Rack Vaporizer，ORV）、浸没燃烧式气化器（Submerged

网络出版时间：2018-02-08 11:31:58　　　　　　网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/13.1093.TE.20180208.1131.002.html

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Combustion Vaporizer，SCV）以及中间介质气化器

（Intermediate Fluid Vaporizer，IFV）。其中，IFV 具

有综合成本低、对水质要求低、不易结垢、换热效率高

等优点，满足 LNG-FSRU 的应用要求。因此，在设计

LNG-FSRU 再气化工艺时，选择 IFV 作为气化器。由

于 LNG-FSRU 的管理机制及全球气候各异，LNG 再

气化适用的加热源、中间介质也不同。陈双双[6]提出

一种分体式 IFV 结构，编程计算发现整体式和分体式

IFV 总换热面积区别较小。纪馨等[7] 对比中间介质无

相变传热流程与相变传热流程，分析结果表明无相变

IFV 可以完成 LNG 加热气化任务。季鹏等[8]提出再

气化系统可采用丙烷或乙二醇溶液作为中间介质进行

换热，根据装置系泊港口的环境条件、环保要求、船体

蒸汽系统负荷来确定使用何种中间介质。Patel 等[9]提

出了 4 种可以对中间介质进行加热的加热源。Madsen

等[10]对 LNG 穿梭船（LNG Shuttle and Regas Vessel，

SRV）和 FSRU 使用中间介质的 LNG 再气化系统进

行了介绍，并针对 FSRU 再气化系统进行优化。Xu

等[11]利用数值计算方法，对比了 IFV 中不同中间介质

在各种饱和温度下换热器所需的换热面积。Wayne

等[12]选择 IFV 作为 LNG-FSRU 换热器，并选用海水

和蒸汽对多列 LNG 进行加热。Kelle 等[13]详细分析了

适用于 LNG-FSRU 装置的再气化技术，从燃料成本、

资金成本、废气排放量等角度，将 IFV 与其他典型气

化器进行对比分析。Sohn 等[14]开展了 LNG-FSRU 再

气化系统的气化器选型及细节设计，选择管壳式气化

器对 LNG 进行再气化。Lee 等[15]基于开环模式和闭

环模式的再气化方式，选用不同热源和中间介质，设计

了 3 种 LNG-FSRU 再气化工艺。Lee 等[16]建立了不

同中间介质的两种 LNG-FSRU 再气化工艺流程，根据

再气化量和中间介质温度变化对二者进行比选。可见，

关于 LNG-FSRU 再气化工艺的研究多集中在国外，中

国相关研究成果较少。其中，对于再气化工艺中加热

源、中间介质的遴选，中间介质与加热源之间的匹配等

问题的研究较少。因此，对中间介质和加热源进行组

合，建立 LNG-FSRU 再气化工艺流程模型，选择最适

合 LNG-FSRU 的再气化工艺显得尤为必要。

1　工艺流程

在 LNG-FSRU 中，再气化系统是其中较独立的

重要系统，其主要功能是实现 LNG 的再气化，将 LNG

从－162 ℃左右升温至常温，成为气态天然气。再气

化系统一般布置在船体的艏部或艉部，要实现在有限

的空间里满足模块的功能要求，需要安全、合理地布

置各种管道与设备，因而再气化系统工艺的设计尤为

关键[17]。LNG-FSRU 中再气化工艺流程（图 1）为：

来自 LNG 运输船的 LNG 通过卸料臂输送至 FSRU

船的储罐中，经罐内泵和高压泵将 LNG 增压至 7～

9 MPa[18]；LNG 通过 IFV 升温气化为天然气，计量后

再经过岸输管网输送至终端用户；BOG 经压缩机增压

后一部分进入再冷凝器，另一部分用于船舶发电。

图 1　LNG-FSRU 再气化系统工艺流程图

李冉，等：LNG-FSRU 中间介质再气化工艺优选

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2018 年 6 月　第 37 卷第 6 期

目前，IFV 尚存在诸多需要改进的地方，适用的

加热源和中间介质需要进一步遴选。中间介质的选

用，对 IFV 中的换热过程具有重大影响，因此主要

考虑以下几个因素[6，18]：①臭氧破坏潜能值（Ozone

Depletion Potential，ODP）为 0，安全环保；②全球变暖

潜能值（Global Warming Potential，GWP）尽可能小；

③由于中间介质与 LNG 换热时发生相变，因此要求

运行温度在沸点附近，利用相变的潜热储存热量释放

热量。

通常，优先选择丙烷、丙烯、乙二醇水溶液、CO2 等

作为中间介质，从 ODP、GWP、安全等级等方面对比

4 种中间介质的相关特性（表 1）[19-20]可见，丙烷、丙烯

凝固点低、价格低廉，具有较好的前景；在常压下，改变

乙二醇和水的配比，乙二醇水溶液的凝固点可以低至

－ 30 ℃，可以大幅降低再气化系统结冰的概率[10]，乙

二醇水溶液的特性随着乙二醇与水的配比不同而变

化，且乙二醇水溶液作为中间介质时换热温差大，再气

化系统可以设计得非常紧凑；CO2 较易获得，且价格便

宜，安全环保，可以考虑作为中间介质。

2　中间介质与加热源的选择

2.1　中间介质

IFV（图 2）由凝结器、蒸发器及调温器 3 段管壳

式换热器组成。IFV 内介质分别为 LNG、天然气、加

热源及中间介质。在蒸发器中，中间介质与管内加热

源换热气化后上升至凝结器中。在凝结器中，气化后

的中间介质与管内的低温 LNG 进行热交换，LNG 受

热气化，同时中间介质被液化。中间介质依靠重力回

到蒸发器中，如此循环，最终达到气液平衡状态。在调

温器中，低温天然气继续被加热源加热升温达到管输

温度要求后，最终从调温器出口排出，而放热后的高温

热源则进入蒸发器，继续加热液态中间介质。

图 2　IFV 结构组成及工作流程图

表 1　4 种中间介质的相关特性

中间介质相对分子质量临界温度

/℃临界压力

/MPa标准沸点

/℃凝固点

/℃可燃极限

％ODP GWP 安全等级

丙烷 44.10 73.1 4.250 －38 －187.6 2.3 0 3 A3

丙烯 42.09 91.8 4.613 －47.7 －185.0 2.1 0 － A3

CO2 44.01 31.7 7.372 －78.4 －56.6 2.0 0 1 A1

乙二醇水溶液 62.70 428.8 6.515 197.5 －13.2 3.2 0 －－

2.2　加热源

相关研究者建议 IFV 选用空气作为加热源，但空

气换热效率低，换热设备尺寸较大，因此不适用于海上

作业[10]。经过比对，宜选择海水和蒸汽作为加热源。

2.2.1　海水

当海水作为加热源时，再气化工艺分为整体式和

分体式（图 3）两种模式。目前，世界上大多数 IFV 为

整体式，即凝结器、调温器与蒸发器组合在一起，其再

气化工艺流程为：LNG 经增压泵增压后在凝结器中被

中间介质加热，然后在调温器中与海水进一步换热，保

证其温度满足天然气管输要求，计量后输送至高压管

网外输；气态中间介质先在凝结器中将热量传递给低

温液态 LNG，自身温度降至液化温度被冷凝为液态，

然后在蒸发器中被海水加热蒸发后重新回到凝结器；图 3　海水作为加热源的再气化工艺流程图

（a）整体式

（b）分体式



海水进入调温器中换热，然后在蒸发器中加热中间介

质。与整体式海水加热再气化工艺相比，分体式海水

加热再气化工艺的不同点在于：分体式 IFV 中凝结器、

调温器与蒸发器是分开的；海水不是依次进入调温器

加热 LNG，然后再进入蒸发器，而是分别独立地进入

调温器、蒸发器。

2.2.2　蒸汽

当 FSRU 正常运行或卸船时，船上储罐、动力设

备及管道会产生大量的 BOG，可将船上的 BOG 作为

锅炉燃料生产蒸汽。与海水作为加热源的整体式再气

化工艺相比，蒸汽作为加热源的再气化工艺（图 4）的

不同点在于：高温蒸汽首先经过蒸发器将液化后的中

间介质气化，然后进入调温器与 LNG 换热变为液态

水，再返回锅炉重新加热气化，如此往复循环。

3　工艺优选

根据中间介质及加热源的不同确定再气化工艺流

程，总体上可以分为海水加热型气化工艺和蒸汽加热

型气化工艺，在这两大类中又可选择乙二醇水溶液、丙

烯、CO2 及丙烷作为中间介质，将中间介质与加热源进

行组合。由于乙二醇水溶液沸点较高，而海水温度较

低，不能将乙二醇水溶液气化，无法利用中间介质的潜

热，使得海水循环量非常大，能量利用率低，因此该工

艺流程不予考虑。当丙烷作为中间介质时，宜选择海

水作为加热源的分体式再气化工艺。由此，初步确立 8

种再气化工艺（表 2），对其进行进一步的适应性分析，

从而优选出适合于 LNG-FSRU 的再气化工艺流程。

3.1　模型建立

基于表 2 中的 8 种组合方式，利用 Aspen HYSYS

软件建立两种模型：①海水作为加热源的整体式和分

体式再气化工艺流程模型（图 5）；②蒸汽作为加热源

的再气化工艺流程模型（图 6）。以青岛 LNG 接收站

为研究对象，其模型中 LNG 再气化量为 450 t/d，中间

介质的温度根据沸点进行设置。工艺流程由 LNG 储

存区、BOG 压缩再冷凝区及 LNG 再气化外输区 3 部

分组成：①在 LNG 储存区，FSRU 船的储罐日蒸发率

为 0.15％/d，产生的 BOG 进入 BOG 压缩再冷凝区被

回收或经火炬燃烧掉，当进行 LNG 卸货时，为了平衡

船舱内的压力，储罐内产生的 BOG 通过气相返回臂

返回船舱。②在 BOG 压缩再冷凝区，经罐内泵增压

后输出的 LNG 分为 3 股，其中第 1 股进入再冷凝器

上部将 BOG 全部冷凝液化；第 2 股与再冷凝器下部的

LNG 混合后，经高压泵增压再进入 LNG 再气化外输

区；第 3股进入减温器来降低压缩机入口BOG的温度。

③在 LNG 再气化外输区，LNG 经高压泵增压后进入

IFV 气化，最后输送至外输管网。

3.2　适应性对比

由于 LNG-FSRU 上甲板空间狭小，用于放置设备

的空间非常有限，因此需要选用换热率高、结构紧凑的

再气化工艺[6]。利用工艺流程模型分别从 LNG 流量、

LNG 压力、海水温度等方面进行再气化工艺的适应性

分析，以优选出能量利用率高、结构紧凑、中间介质循

环量及热源流量小的再气化工艺，为 LNG-FSRU 中间

介质再气化系统的设计提供参考。

当海水作为加热源时，在保证 LNG 全部气化的前

提下，分析 LNG 流量、压力等各参数变化对 LNG 再气

化工艺的影响（图 7）可知，LNG 流量变化对丙烷、丙烯

及 CO2 作为中间介质的海水加热再气化工艺影响趋势

相同：随着 LNG 流量的增加，LNG 气化所需的热量也

增加，导致中间介质循环量和海水流量增加；随着 LNG

压力的增加，气化所需的热量减少，因此 4 种工艺的中

间介质循环量和海水流量减小；随着海水温度的增加，

海水进出口温差不变，为 LNG 气化提供的热量不变，

因此 4 种工艺的中间介质循环量和海水流量基本不变。

可见，4 种工艺所需的海水流量接近，CO2 循环量较丙

烷、丙烯循环量略高。

当蒸汽作为加热源时，在保证 LNG 全部气化的

图 4　蒸汽作为加热源的再气化工艺流程图

表 2　再气化工艺中间介质、加热源及换热器的 8 种组合方式

加热源中间介质组合安装方式

海水

丙烷整体式丙烷分体式丙烯整体式CO2 整体式

蒸汽

丙烷整体式丙烯整体式CO2 整体式

乙二醇水溶液整体式




2018 年 6 月　第 37 卷第 6 期

图 5　海水作为加热源的再气化模型图

图 6　蒸汽作为加热源的再气化模型图

（a）整体式

（b）分体式



前提下，分析 LNG 流量、压力变化对 LNG 再气化工

艺的影响（图 8）可知，随着 LNG 流量的增加，LNG 气

化所需的热量也随之增加，导致中间介质循环量和蒸

汽循环量增加；随着 LNG 压力的增加，LNG 气化所需

的热量减少，因此中间介质循环量和蒸汽循环量减小。

可见，4 种工艺所需的蒸汽循环量接近，乙二醇水溶液

循环量比丙烷、丙烯及 CO2 循环量小。

通过对 8 种再气化工艺的敏感性分析，对比各再

气化工艺性能参数（表 3）可见，①当海水作为加热源

时，丙烷或丙烯作为中间介质的再气化工艺所需的海

水流量及中间介质循环量较少。丙烯与丙烷性质相

似，但丙烷经济性高，且丙烷作为中间介质的整体式和

分体式 IFV 各自的总换热系数和总换热面积差异较

小[21]，综合考虑 LNG-FSRU 的特定使用环境和现阶段

技术水平，整体式 IFV 更具有优势，因此优选丙烷作为

中间介质的整体式再气化工艺。②当蒸汽作为加热源

时，乙二醇水溶液作为中间介质的再气化工艺所需的

循环量较小，优选乙二醇水溶液作为中间介质。

由于 LNG-FSRU 卸船和外输不是持续的，BOG

气体产生量会发生变化，可能导致再气化系统不稳定，

因此蒸汽不适宜作为主加热源使用。在丙烷作为中

图 8　蒸汽作为加热源时各参数变化对 8 种 LNG 再气化工艺的影响

（a）LNG 流量

（b）LNG 压力

图 7　海水作为加热源时各参数变化对 8 种 LNG 再气化工艺的影响

（a）LNG 流量

（b）LNG 压力

（c）海水温度




2018 年 6 月　第 37 卷第 6 期

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间介质的海水加热再气化工艺中，由海水温度对 LNG

再气化量的影响（图 9）可见，当海水温度降到 5 ℃时，

IFV 仍具有良好的性能，且可以在海水温度低于 1 ℃

时继续操作，但会大大降低 LNG 的气化量，基本成线

性变化。当海水温度低于 1 ℃时，海水加热无法满足

再气化要求，且冬季用户的用气需求量增加，此时蒸汽

可以作为辅助热源使用，即采用蒸汽和海水并联加热

的方式。

综上，丙烷作为中间介质的整体式海水加热再气

化工艺具有很好的适应性，且海水流量及丙烷循环量

较低，气化器结构紧凑，经济性好，因此该工艺适宜作

为 LNG-FSRU 的再气化工艺。

4　结束语

在 LNG-FSRU 再气化工艺研究的基础上，选择

IFV 作为气化器，选用 4 种不同中间介质及 2 种加热

源进行组合，利用 Aspen HYSYS 软件对 8 种再气化

工艺进行敏感性分析，并进行适应性对比：丙烷作为中

间介质的整体式海水加热再气化工艺是 LNG-FSRU

再气化工艺的最佳选择。需要注意的是，海水温度过

低时，建议采用海水和蒸汽并联加热的方式，即蒸汽作

为辅助热源，海水作为主加热源的再气化工艺。

表 3　8 种 LNG 再气化工艺性能参数对比

再气化工艺流量 /（t · h-1）温度/℃ 压力/MPa 热源温差

/℃热源中间介质中间介质天然气出口中间介质天然气出口

丙烷海水整体式 6 100 326.8 －7.9 1 0.369 1 9 5丙烷海水分体式 6 107 321.9 －7.9 1 0.369 1 9 5丙烯海水整体式 6 125 315 －7.424 1 0.460 0 9 5CO2 海水整体式 6 116 413.7 －18.78 1 2 9 5丙烷蒸汽式 48.38 319.7 －7.9 1 0.368 0 9 220

乙二醇水溶液蒸汽式 48.33 63.67 90 1 0.120 0 9 220丙烯蒸汽式 48.39 315.6 －7.424 1 0.451 0 9 220CO2 蒸汽式 48.30 457.7 －18.78 1 2.500 0 9 220

图 9　海水温度对 LNG 再气化量的影响



基金项目：国家自然科学基金资助项目“海上混合制冷剂天然气

液化过程分离与换热特性研究”，51504278；中央高校基本科研业务

费专项资金，14CX02207A。

作者简介：李冉，女，1994 年生，在读硕士生，2016 年毕业于中国

石油大学（华东）建筑环境与设备工程专业，现主要从事液化天然气

相关技术的研究工作。地址：山东省青岛市经济技术开发区长江西路

66 号，266580。电话：15954395678，Email：[email protected]

通讯作者：王武昌，男，1979 年生，副教授，2008 年博士毕业于中

国科学院广州能源研究所热能工程专业，现主要从事天然气液化技

术及水合物安全流动相关技术的研究工作。地址：山东省青岛市经

济技术开发区长江西路 66 号，266580。电话：18561675036，Email：

[email protected]

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（收稿日期：2016-12-01；修回日期：2018-02-06；编辑：李在蓉）


LNG-FSRU 中间介质再气化工艺优选

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