液化天然氣工廠生產(chǎn)裝置及工藝技術(shù)研究論文
摘要：為了滿(mǎn)足液化天然氣工廠的可持續(xù)發(fā)展要求，本文將從概況、工藝技術(shù)分析、LNG工廠主要設(shè)備這三方面入手，就這類(lèi)工廠的工藝裝置展開(kāi)論述。
關(guān)鍵詞：液化天然氣工廠;生產(chǎn)裝置;工藝技術(shù);可持續(xù)發(fā)展
1概況
鹵陽(yáng)湖LNG工廠屬于基本負(fù)荷型液化天然氣工廠。日處理天然氣30×104m3，LNG日平均產(chǎn)量197.8t，裝置正常生產(chǎn)的波動(dòng)范圍為50～110%，LNG儲(chǔ)罐的容積為5000m3，生產(chǎn)的LNG由專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)通過(guò)公路運(yùn)輸至各LNG接收站。氣源通過(guò)中石油煤層氣管道輸送至工藝裝置區(qū)，以1.5～1.7MPa，溫度范圍為3～20℃的工藝條件經(jīng)計(jì)量調(diào)壓后進(jìn)入壓縮機(jī)增壓，壓力穩(wěn)定在4.9MPa進(jìn)入裝置進(jìn)行處理。原料氣主要組分如下表所示。
2工藝技術(shù)分析
鹵陽(yáng)湖液化天然氣工廠主要包括天然氣壓縮、天然氣預(yù)處理、液化、儲(chǔ)存及裝車(chē)、BOG回收系統(tǒng)。2.1天然氣預(yù)處理系統(tǒng)（1）脫碳系統(tǒng)二氧化碳在液化過(guò)程中極易形成干冰，堵塞管道，為滿(mǎn)足低溫工作狀態(tài)的要求，天然氣經(jīng)過(guò)脫碳系統(tǒng)凈化后CO2的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)低于50×10-6，H2S體積分?jǐn)?shù)應(yīng)低于4×10-6，硫化物總質(zhì)量濃度低于10mg/m3。工廠脫碳單元采用了MDEA+活化劑的方式進(jìn)行脫碳，為一段吸收一段再生流程，MDEA和水形成的混合溶液配比MDEA為40%，活化劑為5%，脫鹽水為55%。（2）脫水系統(tǒng)天然氣液化的溫度非常低，對(duì)含水量要求相應(yīng)很高，主要是防止天然氣中水分析出，在液化時(shí)結(jié)冰，使管道和儀表閥門(mén)發(fā)生凍堵、同時(shí)，由于該工作機(jī)制中存在著一定量的液態(tài)水，導(dǎo)致腐蝕作用下的壓力管道及相關(guān)器件工作性能受到了潛在威脅，無(wú)形之中加大了應(yīng)力腐蝕問(wèn)題發(fā)生率。因此，應(yīng)采取深度脫水的方式予以應(yīng)對(duì)，且要求脫水后的天然氣中含水量為1×10-6。采用兩塔分子篩脫水工藝，選用4A分子篩，分子篩對(duì)一些化合物的吸附強(qiáng)度按以下順序遞減：H2O＞NH3＞CH3OH＞CH3SH＞H2S＞COS＞CO2＞CH4＞N2,所以水較各種硫化物更有限強(qiáng)烈吸附，同時(shí)，在4A分子篩的支持下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水與CO2等雜質(zhì)的吸附處理。在此期間，分子篩凈化作用的充分發(fā)揮，一定程度上給予了脫碳裝置的穩(wěn)定運(yùn)行相應(yīng)的支持。正常生產(chǎn)中，一塔吸附，一塔再生、冷吹。雙塔之間的切換通過(guò)DCS時(shí)序程序控制，循環(huán)周期為16小時(shí)。分子篩再生采用降低壓力提高溫度的方法達(dá)到吸附床再生的目的，再生氣經(jīng)過(guò)換熱器將溫度提高至280℃，自下而上通過(guò)分子篩，使水分脫附，且通過(guò)對(duì)床層的針對(duì)性處理，可使干氣有著良好的質(zhì)量。此時(shí)，在冷卻、降溫的配合作用下，可使經(jīng)過(guò)處理后的床層應(yīng)用中具備了吸附能力，進(jìn)而在冷吹的作用下，可增強(qiáng)分子篩熱量的散失效果。再生氣/冷吹氣均來(lái)自脫汞系統(tǒng)后液化冷箱前的凈化氣，通過(guò)換熱器的旁路進(jìn)行切換。（3）脫苯脫重?zé)N系統(tǒng)為防止低溫凍堵，要求進(jìn)冷箱的芳香烴和重?zé)N含量低于10ppm，本系統(tǒng)芳香烴和重?zé)N按100ppm進(jìn)行設(shè)計(jì)。工廠采用兩塔活性碳吸附流程，活性碳為孔狀納米級(jí)材料，從孔吸附角度來(lái)說(shuō)，納米級(jí)是指尺寸在0.1mm-100mm的范圍，而苯分子的鍵長(zhǎng)為1.4mm，苯分子長(zhǎng)度為2.8mm。完全可以進(jìn)入活性炭的納米空洞之中，從而對(duì)苯分子產(chǎn)生吸附。正常操作下，一個(gè)塔處于吸附狀態(tài)，另一個(gè)塔處于再生、冷吹狀態(tài)。雙塔之間的切換由DCS系統(tǒng)通過(guò)時(shí)序控制切斷閥的啟閉時(shí)間來(lái)完成，循環(huán)周期為16小時(shí)。具體工藝與脫水系統(tǒng)相同。（4）脫汞系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液化天然氣工廠工藝裝置的高效利用，則需要對(duì)脫汞系統(tǒng)的功能特性即運(yùn)行過(guò)程有所了解。具體表現(xiàn)為：實(shí)踐中因鋁制板翅式換熱器應(yīng)用中會(huì)受到汞作用下的腐蝕影響，使得最終得到的天然氣中的汞含量不達(dá)標(biāo)。針對(duì)這種情況，可通過(guò)對(duì)載硫活性炭的合理使用，實(shí)現(xiàn)脫汞處理，且需要將該活性炭視為一種載體，滿(mǎn)足脫汞處理中反應(yīng)物質(zhì)均勻分布方面的要求。在此期間，活性炭中的反應(yīng)物與汞發(fā)生反應(yīng)生成汞齊，且該生成物會(huì)存在于反應(yīng)中的載體，滿(mǎn)足單質(zhì)汞有效分離要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)汞的脫除處理。2.2天然氣液化及儲(chǔ)存系統(tǒng)（1）液化及混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)在混合冷劑循環(huán)技術(shù)的支持下，可滿(mǎn)足天然氣的液化要求，該技術(shù)應(yīng)用中可在混合冷劑的作用下，滿(mǎn)足天然氣液化過(guò)程中的工藝優(yōu)化要求，使得其工藝裝置有著良好的實(shí)踐應(yīng)用效果。通過(guò)對(duì)天然氣工藝要求的考慮，可在預(yù)處理系統(tǒng)的支持下，對(duì)水、二氧化碳等進(jìn)行針對(duì)性處理，確保它們能夠達(dá)標(biāo)，進(jìn)而在液化區(qū)中對(duì)天然氣進(jìn)行進(jìn)一步處理。此時(shí)，板翅式換熱器、氣液分離器配合作用下可形成液化區(qū)，箱體中填充珠光砂用來(lái)隔絕外界空氣，保持冷量不流失。天然氣首先在預(yù)冷換熱器中預(yù)冷，將溫度冷卻至-50℃，并在重?zé)N分離器中除去可能存在的重?zé)N組分，然后進(jìn)入液化換熱器中液化，將溫度冷卻至-120℃，最后經(jīng)過(guò)過(guò)冷換熱器過(guò)冷到-159℃。液化的冷量由多組分混合冷劑的.循環(huán)量提供，混合冷劑由氮?dú)�、甲烷、乙烯、丙烷和異戊烷組成。入口分離器會(huì)對(duì)混合冷劑進(jìn)行處理，進(jìn)而在壓縮機(jī)、水冷卻器的作用下，使得進(jìn)而到二級(jí)進(jìn)口分離器中的氣體和液體可達(dá)到分離的目的，且其產(chǎn)生的氣體需要進(jìn)一步壓縮。液相由增壓泵送至循環(huán)壓縮機(jī)二級(jí)出口冷卻器，與二級(jí)出口氣相混合后，經(jīng)水冷卻器冷卻后進(jìn)入二級(jí)出口分離器。此時(shí)，在預(yù)冷器的預(yù)冷作用下，能夠?qū)Ρ昧鬟M(jìn)行處理，滿(mǎn)足天然氣對(duì)冷量的實(shí)際需求。同時(shí)，通過(guò)對(duì)預(yù)冷換熱器實(shí)際作用的發(fā)揮，可對(duì)來(lái)源于二級(jí)出口分離器的氣相進(jìn)行冷卻處理，并通過(guò)對(duì)高壓分離器的配合使用，能夠達(dá)到對(duì)分離器中流出液體冷卻處理的目的，從而為天然氣液化階段提供冷量，同時(shí)，液化段中氣體的冷凝，需要在該工序?qū)嵤┖筮M(jìn)一步進(jìn)行過(guò)冷處理，確保天然氣能夠得到所需的冷量。膨脹后的循環(huán)氣流，在冷箱板翅式換熱器的預(yù)冷段、液化段和過(guò)冷段共用返流流道中復(fù)熱后出冷箱，再進(jìn)入壓縮機(jī)入口分離器循環(huán)壓縮。（2）LNG儲(chǔ)存系統(tǒng)及裝車(chē)系統(tǒng)LNG自液化裝置進(jìn)入LNG低溫儲(chǔ)罐，進(jìn)液可以通過(guò)儲(chǔ)罐上部，也可通過(guò)儲(chǔ)罐下部注入，或采用同時(shí)進(jìn)液的方式。進(jìn)液的方式根據(jù)儲(chǔ)罐內(nèi)的液體密度和溫度條件而定，保證進(jìn)罐LNG和儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG能夠充分混合，避免儲(chǔ)罐內(nèi)液相產(chǎn)生分層，防止“翻滾”現(xiàn)象的發(fā)生，保持低溫儲(chǔ)罐運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。LNG儲(chǔ)罐外置兩臺(tái)離心泵，泵出口設(shè)置回流管線(xiàn)，可將罐內(nèi)的LNG經(jīng)裝車(chē)泵重新注入儲(chǔ)罐內(nèi)，起到循環(huán)、混合儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的作用，減小LNG分層現(xiàn)象的發(fā)生。裝車(chē)時(shí)經(jīng)LNG泵輸送至專(zhuān)用槽車(chē)，氣相返流管線(xiàn)既可與儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間相連，也可經(jīng)汽化器后進(jìn)入BOG壓縮機(jī)，以平衡裝車(chē)時(shí)槽車(chē)內(nèi)的壓力，提高裝車(chē)速度和液相充滿(mǎn)率。
3LNG工廠主要設(shè)備
3.1冷箱冷箱采用四川空分集團(tuán)設(shè)計(jì)制造的板翅式換熱器，三臺(tái)換熱器及五臺(tái)低溫分離器共用一個(gè)箱體，箱體中充滿(mǎn)珠光砂粉末和氮?dú)�，用�?lái)隔絕外部熱量。冷外形尺寸4200×3400×22000mm，從功能上分為預(yù)冷、液化和過(guò)冷3段，各尺寸分別為1856×1250×4800mm，896×1200×4500mm，467×500×2100mm，作為整體設(shè)備，直接運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。3.2LNG儲(chǔ)罐LNG儲(chǔ)罐采用四川空分集團(tuán)研制的LNG常壓儲(chǔ)罐，容積為5000m3。儲(chǔ)罐為立式圓形，雙層壁，平底、固定頂拱蓋結(jié)構(gòu)，夾層采用珠光砂粉末堆積和氮?dú)饨^熱，底部采用泡沫玻璃磚保溫，為目前國(guó)內(nèi)大型低溫液體儲(chǔ)罐使用較為成熟的技術(shù)。
4結(jié)語(yǔ)
目前該LNG液化裝置已經(jīng)安全投入生產(chǎn)，LNG工廠所采用的工藝技術(shù)先進(jìn)可靠，相關(guān)技術(shù)和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度高，為伴生氣資源的開(kāi)發(fā)利用開(kāi)創(chuàng)了新的方式，取得了顯著的社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[P]．天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T0076-2008.
[2]顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010．
作者：白江濤 單位：長(zhǎng)慶油田采氣一廠伴生氣綜合利用第八項(xiàng)目部
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