液化天然氣工廠生產裝置及工藝技術研究論文
摘要：為了滿足液化天然氣工廠的可持續(xù)發(fā)展要求，本文將從概況、工藝技術分析、LNG工廠主要設備這三方面入手，就這類工廠的工藝裝置展開論述。
關鍵詞：液化天然氣工廠;生產裝置;工藝技術;可持續(xù)發(fā)展
1概況
鹵陽湖LNG工廠屬于基本負荷型液化天然氣工廠。日處理天然氣30×104m3，LNG日平均產量197.8t，裝置正常生產的波動范圍為50～110%，LNG儲罐的容積為5000m3，生產的LNG由專用運輸車通過公路運輸至各LNG接收站。氣源通過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℃的工藝條件經計量調壓后進入壓縮機增壓，壓力穩(wěn)定在4.9MPa進入裝置進行處理。原料氣主要組分如下表所示。
2工藝技術分析
鹵陽湖液化天然氣工廠主要包括天然氣壓縮、天然氣預處理、液化、儲存及裝車、BOG回收系統(tǒng)。2.1天然氣預處理系統(tǒng)（1）脫碳系統(tǒng)二氧化碳在液化過程中極易形成干冰，堵塞管道，為滿足低溫工作狀態(tài)的要求，天然氣經過脫碳系統(tǒng)凈化后CO2的體積分數(shù)應低于50×10-6，H2S體積分數(shù)應低于4×10-6，硫化物總質量濃度低于10mg/m3。工廠脫碳單元采用了MDEA+活化劑的方式進行脫碳，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，在液化時結冰，使管道和儀表閥門發(fā)生凍堵、同時，由于該工作機制中存在著一定量的液態(tài)水，導致腐蝕作用下的壓力管道及相關器件工作性能受到了潛在威脅，無形之中加大了應力腐蝕問題發(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，在4A分子篩的支持下，可實現(xiàn)對水與CO2等雜質的吸附處理。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)定運行相應的支持。正常生產中，一塔吸附，一塔再生、冷吹。雙塔之間的切換通過DCS時序程序控制，循環(huán)周期為16小時。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，再生氣經過換熱器將溫度提高至280℃，自下而上通過分子篩，使水分脫附，且通過對床層的針對性處理，可使干氣有著良好的質量。此時，在冷卻、降溫的配合作用下，可使經過處理后的床層應用中具備了吸附能力，進而在冷吹的作用下，可增強分子篩熱量的散失效果。再生氣/冷吹氣均來自脫汞系統(tǒng)后液化冷箱前的凈化氣，通過換熱器的旁路進行切換。（3）脫苯脫重烴系統(tǒng)為防止低溫凍堵，要求進冷箱的芳香烴和重烴含量低于10ppm，本系統(tǒng)芳香烴和重烴按100ppm進行設計。工廠采用兩塔活性碳吸附流程，活性碳為孔狀納米級材料，從孔吸附角度來說，納米級是指尺寸在0.1mm-100mm的范圍，而苯分子的鍵長為1.4mm，苯分子長度為2.8mm。完全可以進入活性炭的納米空洞之中，從而對苯分子產生吸附。正常操作下，一個塔處于吸附狀態(tài)，另一個塔處于再生、冷吹狀態(tài)。雙塔之間的切換由DCS系統(tǒng)通過時序控制切斷閥的啟閉時間來完成，循環(huán)周期為16小時。具體工藝與脫水系統(tǒng)相同。（4）脫汞系統(tǒng)為了實現(xiàn)對液化天然氣工廠工藝裝置的高效利用，則需要對脫汞系統(tǒng)的功能特性即運行過程有所了解。具體表現(xiàn)為：實踐中因鋁制板翅式換熱器應用中會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，可通過對載硫活性炭的合理使用，實現(xiàn)脫汞處理，且需要將該活性炭視為一種載體，滿足脫汞處理中反應物質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，且該生成物會存在于反應中的載體，滿足單質汞有效分離要求，實現(xiàn)對汞的脫除處理。2.2天然氣液化及儲存系統(tǒng)（1）液化及混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)在混合冷劑循環(huán)技術的支持下，可滿足天然氣的液化要求，該技術應用中可在混合冷劑的作用下，滿足天然氣液化過程中的工藝優(yōu)化要求，使得其工藝裝置有著良好的實踐應用效果。通過對天然氣工藝要求的考慮，可在預處理系統(tǒng)的支持下，對水、二氧化碳等進行針對性處理，確保它們能夠達標，進而在液化區(qū)中對天然氣進行進一步處理。此時，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，然后進入液化換熱器中液化，將溫度冷卻至-120℃，最后經過過冷換熱器過冷到-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。入口分離器會對混合冷劑進行處理，進而在壓縮機、水冷卻器的作用下，使得進而到二級進口分離器中的氣體和液體可達到分離的目的，且其產生的氣體需要進一步壓縮。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，經水冷卻器冷卻后進入二級出口分離器。此時，在預冷器的預冷作用下，能夠對泵流進行處理，滿足天然氣對冷量的實際需求。同時，通過對預冷換熱器實際作用的發(fā)揮，可對來源于二級出口分離器的氣相進行冷卻處理，并通過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，液化段中氣體的冷凝，需要在該工序實施后進一步進行過冷處理，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、液化段和過冷段共用返流流道中復熱后出冷箱，再進入壓縮機入口分離器循環(huán)壓縮。（2）LNG儲存系統(tǒng)及裝車系統(tǒng)LNG自液化裝置進入LNG低溫儲罐，進液可以通過儲罐上部，也可通過儲罐下部注入，或采用同時進液的方式。進液的方式根據(jù)儲罐內的液體密度和溫度條件而定，保證進罐LNG和儲罐內的LNG能夠充分混合，避免儲罐內液相產生分層，防止“翻滾”現(xiàn)象的發(fā)生，保持低溫儲罐運行的穩(wěn)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，可將罐內的LNG經裝車泵重新注入儲罐內，起到循環(huán)、混合儲罐內LNG的作用，減小LNG分層現(xiàn)象的發(fā)生。裝車時經LNG泵輸送至專用槽車，氣相返流管線既可與儲罐內氣相空間相連，也可經汽化器后進入BOG壓縮機，以平衡裝車時槽車內的壓力，提高裝車速度和液相充滿率。
3LNG工廠主要設備
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箱體，箱體中充滿珠光砂粉末和氮氣，用來隔絕外部熱量。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(xiàn)場安裝。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。
4結語
目前該LNG液化裝置已經安全投入生產，LNG工廠所采用的工藝技術先進可靠，相關技術和設備國產化程度高，為伴生氣資源的開發(fā)利用開創(chuàng)了新的方式，取得了顯著的社會效益。
參考文獻：
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[2]顧安忠.液化天然氣技術[M].機械工業(yè)出版社，2010．
作者：白江濤 單位：長慶油田采氣一廠伴生氣綜合利用第八項目部
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