关于新型的天然气液化装置的分析

　　以建设一套调峰型LNG生产装置，天然气利用为50万立方/天，LNG产量为10万吨/年为例。项目分三大部分：LNG工艺装置，LNG运输，LNG相关系统配套，其中，LNG工艺装置引进国外先进单循环混合制冷剂液化方式。不同于老式的级联式液化流程，丙烷/MCR和其他混合制冷剂系统等复杂的制冷工艺，单一制冷系统的使用不但减少了设备的数量（包括消耗），简化了操作，而且控制系统当中的仪表数量也减少了50%以上，从而使维护成本更加降低。

　　该工艺装置主要分三大阶段，一是预处理阶段，主要是通过脱除酸性CO2，H2O等杂质净化原料天然气，二是液化分离阶段，通过由N2及多分子烃类物质等组成的混合制冷剂对已得到净化的天然气进行液化分离，三是冷剂的补充和储存，LNG产品的储存和运输。

　　2，工艺流程及设备

　　2.1脱碳流程：在液化之前，管道天然气（CNG）中所含的水分和二氧化碳必须除掉，否则这些组分在液化单元的低温环境中会冻结，并堵塞设备或影响热交换器的工作。因此整个工艺中必须包含两道预处理步骤，以保证装置的正常工作，即进料天然气将以4.0~4.5Mpa的压力，20℃的温度从管道进入预处理工艺界区：首先经过进料过滤分离器以祛除从管线带来的锈渣和碎片，接着进入胺液处理区，通过在胺接触塔内自下而上与胺液（甲基二乙醇MDEA溶液吸收剂）的充分接触，天然气中的CO2基本被胺液体所吸收掉，此时天然气温度已上升到40.7℃；再经过冷却器，则进料天然气中CO2的浓度减少到50ppmv以下，此时压力为3.9Mpa，温度上升至30.4℃。

　　另一方面，吸收了大量CO2的饱和富胺液（3.9Mpa，57.9℃）从胺接触塔底部流出进入闪蒸罐减压，并于罐内分离掉其在吸收CO2过程当中所夹杂吸收的部分原料天然气杂质；经过减压和净化的富胺液通过贫富胺换热器加热升温至96.0℃进入胺汽提塔，通过在胺汽提塔内的反应，富胺液体中的CO2被分离出来，此时，胺液（0.086Mpa，120.5℃）

　　已得到初步再生；得到初步再生的胺液于胺汽提塔底部被贫胺吸收罐吸收，再被5.5KW电动离心泵增压至0.42Mpa后分别进入贫富胺换热器，胺液冷却器，贫胺过滤器及活性碳过滤器等，经过以上的降温和净化再生，胺液体（0.28Mpa，40.3℃）得到了完全再生，*后，其通过15KW电动循环泵加压至4.2Mpa进入胺接触塔，开始准备进行下一轮CO2的吸收工作，至此，胺再生流程全部完成，当然，整个过程是不断循环的，并且由分布系统DCS进行自动控制，保证脱碳装置的可靠运行。

　　2.2脱水流程：脱水工艺采用的是两套分子筛干燥床系统，以将含水量减少到1ppmv以下。具体为：经过脱碳（CO2）的天然气（3.9Mpa，30.4℃）首先进入分子筛过滤分离器以祛除上面脱碳工艺中所携带的胺液杂质，然后经过两组干燥器专用奥比特开关阀（用于控制分子筛再生）从顶部进入分子筛干燥器进行脱水，并从干燥器底部出来，再分别通过粉尘过滤器，汞脱离器，汞脱离粉尘过滤器后准备进入液化工艺，至此，脱碳脱水完成，预处理阶段结束，原料天然气（3.7Mpa，31.0℃）得到完全净化。

　　当然，在实际当中，脱水工艺还包括分子筛的定期再生，这由奥比特开关阀来控制，详细再生流程不再赘述，简要步骤就是：利用少量经过脱水后的再生气来吸收分子筛中的饱和水分，使分子筛得到再生，而这些吸收了水分的再生气经过再次脱水，进入再生气储罐，为后续利用做准备。

　　2.3液化流程：完成预处理的纯净天然气（3.7Mpa，31.0℃）进入液化核心工艺区，首先进入冷箱，该冷箱为进口，实际为一高效铝制板翅型换热器，具有高效节能的特点。通过在冷箱内与混合制冷剂（由氮气，甲烷，乙烯和异戊烷组成）的充分的热交换，天然气由常温31℃迅速深冷至-161℃，并送到LNG储罐（10000立方米）保存，这就是天然气的液化工艺，但实际上，该工艺的核心是冷箱内的热交换，但工艺的复杂程度却体现在混合制冷剂的制备和压缩方面。具体如下：冷剂吸收罐是液化工艺中的**个设备，其中的制冷剂组分来源为：⑴甲烷：来自于脱水阶段，主要是用于分子筛脱水的再生气，其被引入冷剂吸收罐；⑵氮气：从界区外引入，也进入冷剂吸收罐；⑶丙烷：卸载泵将丙烷运输卡车内的丙烷液体打入丙烷制备罐，在制备罐内与工艺伴生气（CH4）混合，并共同进入丙烷干燥床，干燥后以气态进入冷剂吸收罐；⑷异戊烷：工艺与丙烷相同，*后同样以气态进入冷剂吸收罐；⑸乙烯：工艺同上，但省略了卸载泵和干燥床。⑹回收的过量冷剂：主要是将闭式制冷循环中的多余过量制冷剂进行回收（由级间冷剂泵出口旁路引出），并再次引入到冷剂吸收罐中循环利用，其同样使用进入制备罐与伴生气混合，并经过干燥床吸附的工艺流程。

　　此外，还有一部分从冷剂压缩机一级压缩出口引出的气态冷剂亦进入吸收罐，主要起到吹扫的作用。至此，以上各组分共同进入冷剂吸收罐进行充分混合，从而形成了混合制冷剂（气态）。

　　显然，冷剂吸收罐中的混合制冷剂只有从常温气态转变为低温液态时，才能进入冷箱膨胀以提供冷量，而要得到低温液态冷剂，必须使常温气态冷剂经历一套完整的闭式制冷循环过程，即：压缩→冷凝→冷却→膨胀，并在膨胀过程中与原料气进行热交换，释放出的冷量足以使原料气迅速凝结为超低温的液体。

　　所以混合制冷剂首先进入冷剂压缩机，由于天然气的液化对制冷要求很高（制冷量大，制冷温度低），故该压缩机采用两级压缩，采用离心式结构，额定排量为60000立方/小时，额定工作压力为4.48Mpa，并由10KV高压电机驱动。

　　浅析一种新型天然气液化装置陕西省轻工业研究设计院冯锐剂压缩机，泵及冷箱等相关工艺设备，公用工程，该装置的能耗及节能措施等的分析，得出了该装置高效可靠且环保节能的评价结论。工程技术

　　科技信息经过**级压缩，制冷剂压力升至1.54Mpa，温度升至126.5℃，此时为气态；接着进入一级冷却器冷却至气液混合相，其中液相与气相压力均降至1.48Mpa，温度降至33.3℃；再经过一级气液分离器，冷剂中液相部分直接进入一级冷剂泵增压至3.90Mpa，温度升至35.2℃；气相部分则从一级气液分离器顶部溢出，再次返回冷剂压缩机，进行第二级压缩，得到高压气态冷剂，压力升至3.90Mpa，温度升至103.5℃；此时高压液态冷剂与高压气态冷剂在共同管路处混合，再次组成气液混合相（液相为主），温度变为72.5℃，压力仍为3.90Mpa.于是，冷剂以气液混合相先后进入二级冷凝器，二级气液分离器，此时，气态冷剂从分离器顶部进入冷箱，液态冷剂通过二级冷剂泵增压后进入重烃热交换器（-70.5℃），该交换器冷量来自于从已经经过冷箱部分降温的进料天然气中分离出的重烃物质（气液混合态-70.5℃），急剧降温后，也进入冷箱。至此，制冷剂进入冷箱的全过程已全部完毕，至于整个工艺中的其他辅助流程，还包括：闪蒸气和再生气循环压缩工艺流程，LNG储罐工艺流程，火炬燃烧等，这里不再赘述。

　　当然，以上三大主工艺流程其实只是对工艺管道流程部分做了简要描述，实际工艺细节是比较复杂的，这还不包括分布式自动控制系统和电气系统。

　　2.4工艺装置关联设备该装置设备分为：静设备，动设备及其他设备三大块。

　　工艺静设备：

　　⑴两台干燥器：内填装分子筛。

　　⑵冷箱：内为高效铝制板翅式换热器，绝热保温材料主要选用硅酸铝镁；保冷材料为聚氨酯泡沫塑料，外保护层为0.5mm厚的镀锌铁皮。

　　⑶LNG储罐系统：其为1万立方米常压低温储罐（-162℃），用于储存LNG（液化天然气）成品，其结构为单包容双层金属壁罐，内层为不锈钢，外层为碳钢，中间保冷层为珠光砂并填充氮气，以保持正压。（储罐中的LNG泵选用浸没式专用离心泵）

　　需要指出的是：整个储罐系统所用仪表及阀门（如：截止阀，球阀，蝶阀）也包含在内。

　　⑷容器类设备：包括闪蒸罐，胺吸收罐，胺储罐及冷剂储罐等二十余套罐设备。

　　⑸反应器类设备：包括再生气分离器，汞脱除器等。

　　⑹冷换，热换类设备：主要是一些冷却器和换热器，共三十余套，如：贫富胺换热器，胺冷却器，再生气冷却器，级间一级冷却器，二级冷凝器等。

　　⑺过滤器及分离类设备：共十余套，主要包括：进气过滤分离器，分子筛过滤分离器，贫胺过滤器，贫胺活性炭过滤器及粉尘过滤器等。

　　工艺动设备：

　　⑴制冷剂压缩机：10KV高压电机驱动，热变电阻方式软启动，压缩机为离心式，额定排量60000立方/小时。

　　工作介质：氮气，甲烷，乙烯及异戊烷组成的混合制冷剂；操作条件：温度165℃，压力4.48Mpa.

　　⑵低压蒸发气压缩机：0.4KV电机驱动，螺杆式，2000立方/小时，工作介质：低压蒸发气；操作条件：温度182℃，压力2.41Mpa.

　　⑶高压蒸发气压缩机：0.4KV电机驱动，螺杆式，2000立方/小时，工作介质：高压蒸发气；操作条件：温度182℃，压力5.17Mpa.⑷泵：共有十余台套，主要应包括胺循环泵，胺增压泵，汽提塔回流泵，胺收集泵，冷剂泵（立式筒泵）及一些压缩机润滑油泵等。

　　其它：

　　⑴工艺管道：即连接各工艺装置的大量钢管（也包括法兰，三通，大小头，异径管及各式管接头等），并且要求耐低温，防腐，防锈，一般为无缝钢管。

　　⑵自动控制系统：主要包括一套DCS集散控制系统，冷剂压缩机控制盘及蒸发气压缩机控制盘。

　　⑶仪表，阀门及分析仪：包括常规一次仪表和DCS二次仪表，如温度计，压力表，液位计，温度变送器，压力变送器，流量变送器及各种控制方式的自动阀等，还包括一些特殊阀门：奥比特开关阀，深冷控制阀，焦汤控制阀，在线气相色谱仪，在线CO2分析仪，在线水分析仪，便携式气体分析泵，特殊不锈钢阀门以及大量的安全阀，共计1200多台。

　　⑷仪表散材：主要是大量的仪表控制和信号电缆，还包括电缆槽架，支架，仪表安装材料，仪表取样管，仪表分配盘，仪表空气分布器，分配变压器，总线输送管，电源及电机控制总新，转换器柜，交流分配盘，功率因数改进系统，就地控制站等。

　　⑸辅助设备：大致分为照明系统设备，通讯系统设备，火灾报警系统设备，采暖通风及空调系统设备。

　　3，原料，辅料及燃料供应该项目原料气采用陕西省榆林市靖边县长庆**天然气净化厂供给，输送方式为管道输送，接气点压力为4.0~4.5Mpa，成分中甲烷纯度为95.97%，同时含由CO2杂质2.805%，N2为0.138%，水H2O70ppm等。

　　辅料为工艺中所用到的各种原料组分，其中胺液MDEA和分子筛干燥剂为进口，消泡剂为国产，混合制冷剂为国产。

　　公用装置中的燃料则由本装置中的CH4提供。

　　4，公用工程及辅助生产设施

　　⑴概述：该项目电源采用两个独立的10KV电源供电。厂区变电所采用单母线分段连接，0.4KV系统亦采用单母线分段接线，两段间设母联，当某一段失电时母联合上，由另一段带负荷运行，以保证供电连续性。主要设备包括：电力变压器一台：SCB10-1250/10，10/0.4KV，800KVA；10KV开关柜若干台：KYN28A-12Z，配单元式微机保护；低压抽出式开关柜若干台：MNS型。

　　⑵特殊装置：10KV配电设备均采用单元式微机保护装置；各工艺段电机的联锁通过DCS或电气方式实现；高压电动机，45KW及以上的低压电动机，同时包括工艺有特殊要求的电动机均装设电流表；对于不能直接启动的10KV大功率高压制冷压缩机电机采用热变电阻软启动方式。另外，电力变压器，各高压电动机均设有功剂量，以便于考核，降低能耗。

　　⑶照明：工艺装置的照明分为正常照明和事故照明，对于在具有爆炸危险的环境，必须采用防爆灯；对于具有腐蚀危险的环境，必须采用防腐灯；其他情况则使用一般普通荧光灯，另外，照明电缆采用穿保护钢管敷设。室外道路照明采用光电控制，另外，工艺主装置，控制室，变配电室等场所均设有应急照明。

　　⑷防雷，防静电及接地：所有房顶易受雷击位均设避雷带或避雷针，突出屋面的金属外壳均应与避雷带相连；在设备，管道，构架等设置防静电接地装置，以防止静电感应。

　　安全接地：变压器中性点设接地体，各场所均设安全接地装置，并与变压器中性点接地体相连，采用TN-S系统。

　　全厂防雷接地，防静电接地和安全接地均相连，构成全厂接地网，接地电阻不大于4欧姆。对于DCS系统，则要单独接地。

　　5，空压站及氮气站

　　⑴全厂压缩空气，氮气的质量及用量。

　　在整个LNG工厂内，工艺用压缩空气要求无油，无水，无尘，常压下露点温度为-40℃，并实现连续供气。

　　以上两者总使用量为：400Nm3 /小时，用气压力为0.6Mpa.全厂补充的氮气要求纯度为99.9%，露点温度为-70℃，用量共/小时，用气压力为0.6Mpa，为间断供气。

　　⑵空压站及氮气站规模本工程设置供气量为800Nm3 /小时，供气压力为0.8Mpa（表压）的螺杆式空压机两台。同时增加处理气量为400Nm3 /小时的集装式无热再生吸附式干燥装置一套。另外，增加一套撬装式小型制氮装置，供气量为60Nm3 /小时。

　　6，能耗分析及节能措施本套LNG装置采用单循环混合制冷剂液化方式。不同于老式的级联式液化流程等复杂的制冷工艺，单一制冷系统的使用减少了设备的数量包括消耗，达到了节能环保的目标。

　　**，合理调整制冷机组的进口温度和级间换热器出口温度，降低制冷机组耗电量；第二，工程采用DCS控制系统，换热器，加热炉及冷却器等主要设备前后均设置调压阀，使主要设备能够根据实际情况精确控制，保证了优化运行，从而减少了能量消耗；第三，采用先进高效板翅式换热器作为主工艺的热交换设备，提高工艺过程的能量交换效率；第四，再生气加热炉采用节能型加热炉；第五，设备及管道布置紧凑合理，从而减少散热损失和压力损失；第六，设备及管道保冷，从而减少能量损失。

　　7，结论

　　天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫，粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他石化燃料，造成温室效应较低，因而能大大改善环境质量。而液化天然气LNG是天然气的一种独特的储存和运输形式，除了具备普通天然气的优点，它还有利于天然气的远距离运输，降低天然气的储存成本，有利于天然气应用中的调峰，而本文正是简析了这样一种新型的天然气液化制取装置及配套工艺和设施，并通过对该装置的能耗及节能措施的分析，得出了该装置高效可靠且环保节能。是一种较为先进的天然气液化装置。<1>郑大振。天然气液化流程与装置选型。