液化天然氣工廠(chǎng)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(chǎng)的可持續發(fā)展要求，本文將從概況、工藝技術(shù)分析、LNG工廠(chǎng)主要設備這三方面入手，就這類(lèi)工廠(chǎng)的工藝裝置展開(kāi)論述。
關(guān)鍵詞：液化天然氣工廠(chǎng);生產(chǎn)裝置;工藝技術(shù);可持續發(fā)展
1概況
鹵陽(yáng)湖LNG工廠(chǎng)屬于基本負荷型液化天然氣工廠(chǎng)。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儲罐的容積為5000m3，生產(chǎn)的LNG由專(zhuān)用運輸車(chē)通過(guò)公路運輸至各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，以1.5～1.7MPa，溫度范圍為3～20℃的工藝條件經(jīng)計量調壓后進(jìn)入壓縮機增壓，壓力穩定在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(chǎng)主要包括天然氣壓縮、天然氣預處理、液化、儲存及裝車(chē)、BOG回收系統。2.1天然氣預處理系統（1）脫碳系統二氧化碳在液化過(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)脫碳系統凈化后CO2的體積分數應低于50×10-6，H2S體積分數應低于4×10-6，硫化物總質(zhì)量濃度低于10mg/m3。工廠(chǎng)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）脫水系統天然氣液化的溫度非常低，對含水量要求相應很高，主要是防止天然氣中水分析出，在液化時(shí)結冰，使管道和儀表閥門(mén)發(fā)生凍堵、同時(shí)，由于該工作機制中存在著(zhù)一定量的液態(tài)水，導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)形之中加大了應力腐蝕問(wèn)題發(fā)生率。因此，應采取深度脫水的方式予以應對，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，分子篩對一些化合物的吸附強度按以下順序遞減：H2O＞NH3＞CH3OH＞CH3SH＞H2S＞COS＞CO2＞CH4＞N2,所以水較各種硫化物更有限強烈吸附，同時(shí)，在4A分子篩的支持下，可實(shí)現對水與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定運行相應的支持。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)對床層的針對性處理，可使干氣有著(zhù)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)處理后的床層應用中具備了吸附能力，進(jìn)而在冷吹的作用下，可增強分子篩熱量的散失效果。再生氣/冷吹氣均來(lái)自脫汞系統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）脫苯脫重烴系統為防止低溫凍堵，要求進(jìn)冷箱的芳香烴和重烴含量低于10ppm，本系統芳香烴和重烴按100ppm進(jìn)行設計。工廠(chǎng)采用兩塔活性碳吸附流程，活性碳為孔狀納米級材料，從孔吸附角度來(lái)說(shuō)，納米級是指尺寸在0.1mm-100mm的范圍，而苯分子的鍵長(cháng)為1.4mm，苯分子長(cháng)度為2.8mm。完全可以進(jìn)入活性炭的納米空洞之中，從而對苯分子產(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相同。（4）脫汞系統為了實(shí)現對液化天然氣工廠(chǎng)工藝裝置的高效利用，則需要對脫汞系統的功能特性即運行過(guò)程有所了解。具體表現為：實(shí)踐中因鋁制板翅式換熱器應用中會(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標。針對這種情況，可通過(guò)對載硫活性炭的合理使用，實(shí)現脫汞處理，且需要將該活性炭視為一種載體，滿(mǎn)足脫汞處理中反應物質(zhì)均勻分布方面的要求。在此期間，活性炭中的反應物與汞發(fā)生反應生成汞齊，且該生成物會(huì )存在于反應中的載體，滿(mǎn)足單質(zhì)汞有效分離要求，實(shí)現對汞的脫除處理。2.2天然氣液化及儲存系統（1）液化及混合冷劑循環(huán)系統在混合冷劑循環(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(zhù)良好的實(shí)踐應用效果。通過(guò)對天然氣工藝要求的考慮，可在預處理系統的支持下，對水、二氧化碳等進(jìn)行針對性處理，確保它們能夠達標，進(jìn)而在液化區中對天然氣進(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，箱體中填充珠光砂用來(lái)隔絕外界空氣，保持冷量不流失。天然氣首先在預冷換熱器中預冷，將溫度冷卻至-50℃，并在重烴分離器中除去可能存在的重烴組分，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，混合冷劑由氮氣、甲烷、乙烯、丙烷和異戊烷組成。入口分離器會(huì )對混合冷劑進(jìn)行處理，進(jìn)而在壓縮機、水冷卻器的作用下，使得進(jìn)而到二級進(jìn)口分離器中的氣體和液體可達到分離的目的，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)壓縮機二級出口冷卻器，與二級出口氣相混合后，經(jīng)水冷卻器冷卻后進(jìn)入二級出口分離器。此時(shí)，在預冷器的預冷作用下，能夠對泵流進(jìn)行處理，滿(mǎn)足天然氣對冷量的實(shí)際需求。同時(shí)，通過(guò)對預冷換熱器實(shí)際作用的發(fā)揮，可對來(lái)源于二級出口分離器的氣相進(jìn)行冷卻處理，并通過(guò)對高壓分離器的配合使用，能夠達到對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，需要在該工序實(shí)施后進(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冷段、液化段和過(guò)冷段共用返流流道中復熱后出冷箱，再進(jìn)入壓縮機入口分離器循環(huán)壓縮。（2）LNG儲存系統及裝車(chē)系統LNG自液化裝置進(jìn)入LNG低溫儲罐，進(jìn)液可以通過(guò)儲罐上部，也可通過(guò)儲罐下部注入，或采用同時(shí)進(jìn)液的方式。進(jìn)液的方式根據儲罐內的液體密度和溫度條件而定，保證進(jìn)罐LNG和儲罐內的LNG能夠充分混合，避免儲罐內液相產(chǎn)生分層，防止“翻滾”現象的發(fā)生，保持低溫儲罐運行的穩定性和安全性。LNG儲罐外置兩臺離心泵，泵出口設置回流管線(xiàn)，可將罐內的LNG經(jīng)裝車(chē)泵重新注入儲罐內，起到循環(huán)、混合儲罐內LNG的作用，減小LNG分層現象的發(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)既可與儲罐內氣相空間相連，也可經(jīng)汽化器后進(jìn)入BOG壓縮機，以平衡裝車(chē)時(shí)槽車(chē)內的壓力，提高裝車(chē)速度和液相充滿(mǎn)率。
3LNG工廠(chǎng)主要設備
3.1冷箱冷箱采用四川空分集團設計制造的板翅式換熱器，三臺換熱器及五臺低溫分離器共用一個(gè)箱體，箱體中充滿(mǎn)珠光砂粉末和氮氣，用來(lái)隔絕外部熱量。冷外形尺寸4200×3400×22000mm，從功能上分為預冷、液化和過(guò)冷3段，各尺寸分別為1856×1250×4800mm，896×1200×4500mm，467×500×2100mm，作為整體設備，直接運行現場(chǎng)安裝。3.2LNG儲罐LNG儲罐采用四川空分集團研制的LNG常壓儲罐，容積為5000m3。儲罐為立式圓形，雙層壁，平底、固定頂拱蓋結構，夾層采用珠光砂粉末堆積和氮氣絕熱，底部采用泡沫玻璃磚保溫，為目前國內大型低溫液體儲罐使用較為成熟的技術(shù)。
4結語(yǔ)
目前該LNG液化裝置已經(jīng)安全投入生產(chǎn)，LNG工廠(chǎng)所采用的工藝技術(shù)先進(jìn)可靠，相關(guān)技術(shù)和設備國產(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(zhù)的社會(huì )效益。
參考文獻：
[1]中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準[P]．天然氣脫水設計規范SY/T0076-2008.
[2]顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2010．
作者：白江濤 單位：長(cháng)慶油田采氣一廠(chǎng)伴生氣綜合利用第八項目部
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