液化天然氣工廠生產裝置及工藝技術研究論文
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發展要求，本文將從概況、工藝技術分析、LNG工廠主要裝置這三方面入手，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;可持續發展
1概況
滷陽湖LNG工廠屬於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範圍為50～110%，LNG儲罐的容積為5000m3，生產的LNG由專用運輸車透過公路運輸至各LNG接收站。氣源透過中石油煤層氣管道輸送至工藝裝置區，以1.5～1.7MPa，溫度範圍為3～20℃的工藝條件經計量調壓後進入壓縮機增壓，壓力穩定在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
滷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。2.1天然氣預處理系統（1）脫碳系統二氧化碳在液化過程中極易形成乾冰，堵塞管道，為滿足低溫工作狀態的要求，天然氣經過脫碳系統淨化後CO2的體積分數應低於50×10-6，H2S體積分數應低於4×10-6，硫化物總質量濃度低於10mg/m3。工廠脫碳單元採用了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生凍堵、同時，由於該工作機制中存在著一定量的液態水，導致腐蝕作用下的壓力管道及相關器件工作效能受到了潛在威脅，無形之中加大了應力腐蝕問題發生率。因此，應採取深度脫水的方式予以應對，且要求脫水後的天然氣中含水量為1×10-6。採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分子篩的支援下，可實現對水與CO2等雜質的吸附處理。在此期間，分子篩淨化作用的充分發揮，一定程度上給予了脫碳裝置的穩定執行相應的支援。正常生產中，一塔吸附，一塔再生、冷吹。雙塔之間的切換透過DCS時序程式控制，迴圈週期為16小時。分子篩再生採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℃，自下而上透過分子篩，使水分脫附，且透過對床層的針對性處理，可使幹氣有著良好的質量。此時，在冷卻、降溫的配合作用下，可使經過處理後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後液化冷箱前的淨化氣，透過換熱器的旁路進行切換。（3）脫苯脫重烴系統為防止低溫凍堵，要求進冷箱的芳香烴和重烴含量低於10ppm，本系統芳香烴和重烴按100ppm進行設計。工廠採用兩塔活性碳吸附流程，活性碳為孔狀奈米級材料，從孔吸附角度來說，奈米級是指尺寸在0.1mm-100mm的範圍，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奈米空洞之中，從而對苯分子產生吸附。正常操作下，一個塔處於吸附狀態，另一個塔處於再生、冷吹狀態。雙塔之間的切換由DCS系統透過時序控制切斷閥的啟閉時間來完成，迴圈週期為16小時。具體工藝與脫水系統相同。（4）脫汞系統為了實現對液化天然氣工廠工藝裝置的高效利用，則需要對脫汞系統的功能特性即執行過程有所瞭解。具體表現為：實踐中因鋁製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，可透過對載硫活性炭的合理使用，實現脫汞處理，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佈方面的要求。在此期間，活性炭中的反應物與汞發生反應生成汞齊，且該生成物會存在於反應中的載體，滿足單質汞有效分離要求，實現對汞的脫除處理。2.2天然氣液化及儲存系統（1）液化及混合冷劑迴圈系統在混合冷劑迴圈技術的支援下，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最佳化要求，使得其工藝裝置有著良好的實踐應用效果。透過對天然氣工藝要求的考慮，可在預處理系統的支援下，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，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℃，並在重烴分離器中除去可能存在的重烴組分，然後進入液化換熱器中液化，將溫度冷卻至-120℃，最後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.迴圈量提供，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。液相由增壓泵送至迴圈壓縮機二級出口冷卻器，與二級出口氣相混合後，經水冷卻器冷卻後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，透過對預冷換熱器實際作用的發揮，可對來源於二級出口分離器的氣相進行冷卻處理，並透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，需要在該工序實施後進一步進行過冷處理，確保天然氣能夠得到所需的冷量。膨脹後的迴圈氣流，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後出冷箱，再進入壓縮機入口分離器迴圈壓縮。（2）LNG儲存系統及裝車系統LNG自液化裝置進入LNG低溫儲罐，進液可以透過儲罐上部，也可透過儲罐下部注入，或採用同時進液的方式。進液的方式根據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”現象的發生，保持低溫儲罐執行的穩定性和安全性。LNG儲罐外接兩臺離心泵，泵出口設定迴流管線，可將罐內的LNG經裝車泵重新注入儲罐內，起到迴圈、混合儲罐內LNG的作用，減小LNG分層現象的發生。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，也可經汽化器後進入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工廠主要裝置
3.1冷箱冷箱採用四川空分集團設計製造的板翅式換熱器，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，作為整體裝置，直接執行現場安裝。3.2LNG儲罐LNG儲罐採用四川空分集團研製的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，夾層採用珠光砂粉末堆積和氮氣絕熱，底部採用泡沫玻璃磚保溫，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工廠所採用的工藝技術先進可靠，相關技術和裝置國產化程度高，為伴生氣資源的開發利用開創了新的方式，取得了顯著的社會效益。
參考文獻：
[1]中華人民共和國石油天然氣行業標準[P]．天然氣脫水設計規範SY/T0076-2008.
[2]顧安忠.液化天然氣技術[M].機械工業出版社，2010．
作者：白江濤 單位：長慶油田採氣一廠伴生氣綜合利用第八專案部