冷庫在LNG工廠富余冷能回收中的應用

摘 要：LNG工廠的設計負荷以供氣量為依據，隨著氣源用戶的增加，LNG工廠的氣量逐年下降，LNG冷箱的冷量調節降到最低負荷時，LNG溫度仍然過低，富余冷量較多，通過增加冷庫來回收LNG工廠的多余冷量，解決了冷箱溫度場不平衡問題，提高了能效，增加了經濟收入，下面以福山LNG工廠的工藝為例，來談談冷庫在LNG工廠中的應用。

關鍵詞：LNG工廠；冷庫；富余冷能；冷箱

1 應用環境

福山LNG工廠的冷箱在設計上處理天然氣的能力為10000Nm3/h，現階段，冷箱的處理量只有3000Nm3/h左右，因冷箱的結構是固定的，制冷負荷的調節也受制冷機組（氮氣壓縮機、膨脹機）本身的制約，在低氣量運行情況下，盡管制冷機組負荷調到了最低，從冷箱A股出來的天然氣的溫度仍在設計溫度（-36℃）以下，達到了-48℃左右，這使得脫除天然氣中重組份的溫度過低，重組份中的乙烷含量較高，造成了重烴在常溫下閃蒸放空非常大。

為了緩解這一放空的浪費現象，現階段是通過把進A股的一部份天然氣直接旁路到A股的出口，使高溫與低溫天然氣匯合，以提高脫重組份的溫度（-36℃），達到回收乙烷的作用。雖然這樣能使LNG產品增加，但是因為通過了旁路，使進入A股的天然氣氣量減少，從A股出來的天然氣的溫度更低，而進入B股的天然氣溫度變高了，A股出口與B股進口的溫差最大時到達20℃左右，而處于冷箱結構中相鄰近的兩個點，溫差在5℃以內是冷箱設計中有明確要求的。現階段，出于產品回收率最大化的工藝要求，造成了冷箱A股出口與B股入口溫差較大，在氣量波動頻繁時，溫差也會隨著頻繁波動，造成了冷箱材質的熱應力的變化過快，容易造成冷箱材質的疲勞損壞，對安全生產構成隱患。

冷箱冷能富余，體現在A股處最為明顯，其對LNG產品的出液率有非常重要的作用，B股入口的氣體組份中含有較多的乙烷時，LNG產量會增加。現在的運行模式不僅造成了冷箱富余冷能的浪費，且對冷箱的穩定運行帶來安全隱患。本著安全生產、節約減排、合理利用剩余資源等原則，從工廠自身的條件為出發點，針對多余冷能的規模，冷庫成為富余冷量的利用方式。

2 應用介紹

福山LNG工廠冷庫項目，是一個合理利用原有裝置富余產能，提高原有系統的穩定性，特別是在低氣量運行時，能保障設備（入口壓縮機，氮氣壓機，膨脹機，冷箱）的安全性、穩定性，在提高LNG的出液率的同時，冷庫自身也帶來可觀的經濟效益。

如圖1所示，是在A股增加了一個內循環，即能達到提高A股氣量，提升A股出口溫度的同時，還可以合理利用冷箱的多余冷能。

下面針對這一冷能利用方案進行簡單描述：

從A股出來的是低溫（-48℃）、高壓（4.7MPa）氣體，引出一小部分A股出來的氣體，通過節流降壓到壓縮機入口壓力（1.2MPa），氣體溫度會進一步降低。

圖2為冷庫的冷能利用方式，這股低溫中壓的氣體，通過冷庫的1#換熱器與來自2#換熱器預冷出來載冷劑換熱，載冷劑被冷卻到-50℃后去冷凍間蒸發器，載冷劑吸收熱量，溫度升到-20℃，載冷劑再去冷藏間蒸發器，換熱后的載冷劑回到載冷劑儲槽，經過泵循環回2#換熱器與來從1#換熱器過來的天然氣初步預冷，如此循環地吸收利用冷能。經過2#換熱器復熱后的天然氣最終回到壓縮機的入口，這樣就在壓縮機入口到A股出口間增加了一定循環量的，合理地利用了冷箱冷能的富余量，使A股溫度提高到工藝要求的-36℃，A股出口與B股入口溫差也會縮小。

將去冷庫的天然氣通過化工仿真軟件hysys計算，天然氣復熱后的溫度為10℃，這股去冷庫的天然氣可提供1.414e+005kJ/h的冷量，功率相當于39kW。這是在天然氣入場氣量在4000 Nm3左右時冷庫能得到的能量，如果在氣量增加、系統壓力升高、膨脹機作功多的時，用于冷庫的冷量將增大，在保證冷箱最低溫度點高于-170℃的情況下，去冷庫的氣量增加，將帶去更多的冷量。

3 可行性

系統特點及安全問題：本系統較傳統冷庫少了制冷壓縮機、冷凝器及各種輔助設備，節省了蒸汽壓縮式制冷裝置的大量投資費用，同時又明顯減少壓縮式制冷裝置工作時所需的運行電耗，符合國家節能減排政策，而且系統通過A股內循環量的多少來調節冷量，可保證冷庫的穩定運行，但是冷庫的冷源來自于原裝置的冷箱，如果原來裝置停產時間較長，將會影響冷庫中冷藏品的品質，給冷庫提供冷量的是易燃易爆物質，發生泄漏將對冷庫及周邊地區造成重大安全隱患。因此，項目采用抗壓、耐冷等性能良好的材料，安裝時做系統的氣密性測試，在裝置內安裝可燃氣體深測器，防止天然氣泄漏。

經濟上定性分析：福山LNG工廠長期處于低氣量運行，處理量只有設計的30%左右，機組也處于超低負荷，而冷能仍為富余，這對設備安全性，穩定性都帶來安全隱患，且產品的回收率沒有達到最大化。通過冷庫的方式對富余冷能合理利用，不僅能解決機組處于超低負荷帶來的隱患，且提高了產品的回收率，冷庫的一次性投資后，因為沒有獨立的制冷機組，冷庫用于維護的年費用較低，有效地利用冷庫，冷庫的經濟效應越發的突出，很快便收回冷庫的投資成本。

4 結束語

LNG工廠低氣量運行受到機組調節的影響，產生多余的冷能，能效使用率低，冷庫應用在LNG工廠富余冷能回收中取得了較好的效果。富余冷能通過冷庫回收，既減少了冷庫系統設備的初期投資的費用，又降低了冷庫運行的電耗，經濟效益明顯。所以增加冷庫用于回收LNG工廠的富余冷能值得推廣。

參考文獻

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