探究天然氣液化場站的生產過程操作優化

陳建龍 張洪耀（新地能源工程技術有限公司 河北 廊坊 065000）

天然氣的液化是天然氣開發利用的一個重要環節，加強對天然氣液化場站生產過程的研究具有重要意義。當前的生產過程還存在著不少問題。天然氣液化場站生產過程的優化必須要根據現場實際條件采取針對性措施來予以應對。

一、天然氣液化生產過程

優化天然氣液化生產過程的前提是了解這一過程，只有在了解了這一前提之后才能進行有效優化。天然氣的液化生產過程主要包含進站調壓計量、脫碳單元、天然氣脫水、天然氣液化單元、制冷單元、LNG儲存單元、裝車單元以及BOG回收利用單元。

1.脫碳單元

脫碳單元主要采用的是MEDA配比溶液，該溶液是自上而下的來進行流動，天然氣則是逆向流動從而實現同溶液的交換。兩者在經過交換之后天然氣中的二氧化碳含量將會降到小于50ppm，二氧化硫的含量也將會小于5ppm。在吸收了這些含量之后溶液需要經過三級過濾，在過濾之后將能夠實現閃蒸出飽和二氧化碳并實現就地排放。溶液在經過泵循環之后將再回到脫碳單元，而后繼續使用。

2.脫水單元

脫水單元一般是由兩臺分子篩過濾器組成的，通過這兩臺過濾器將能夠脫出水分和汞，天然氣中的水分含量也將能夠降低到小于1ppm的狀態。在一個工作周期內，兩臺過濾器處于不同狀態，一臺是處于吸收狀態，而另一臺則是處于再生狀態。通過這樣的設置能夠有效提升工廠效率。

3.天然氣液化單元

液化單元的主要功能是要把天然氣進行液化。當前液化單元通常采用的是混合冷劑制冷工藝。天然氣在進入釬焊鋁質芯體換熱器之后將會自上而下的同經過配比的壓縮混合冷劑進行換熱。天然氣經換熱之后變成零下162℃的液化天然氣（LNG），通過壓力流經管道輸送至LNG儲存單元（帶壓儲罐和常壓儲罐），并通過LNG泵增壓后輸送至LNG裝車單元。

4.BOG回收

在液化處理過程中BOG主要是產生在裝車單元揮發過程中，揮發量根據裝車量確定。BOG一部分回收再液化利用，另一部分經處理之后當作燃料氣來進行燃燒。以上所論述的就是天然氣液化場站的生產過程，在實際工作過程中重點是要對以上環節進行優化。

二、生產流程的優化目標

針對天然氣液化場站生產過程的優化首先是要明確優化目標,在實際工作過程中我們認為主要是從兩方面來進行優化：液化單元和BOG回收優化。

1.液化單元優化

液化單元是天然氣液化場站中的關鍵單元，對該單元進行優化具有重要意義。在實際工作過程中應該高度重視液化單元的優化。冷劑循環系統主要采用的是PRICO閉式制冷循環流程。在實際工作過程中工作人員要在正常液化的前提下來進行優化。具體而言就是要把提高換熱效率（通過優化冷箱內部結構形式）以及減少冷劑消耗率作為主要優化目標。通過該優化單元將能夠實現冷劑和天然的換熱最優，同時還能夠保證循環再利用過程的最優。

2.BOG單元的優化

BOG單元的優化是如何有效利用BOG。一種方式為BOG的再液化，就是要在保證BOG壓縮機正常氣體入口溫度來減小冷流體出口溫度，從而降低冷流體進入液化單元冷箱溫度。同時還需要提升熱流體出口溫度，這樣能夠有效節省能耗。因此BOG單元的優化可以歸結為：提高熱流體出口溫度和降低冷流體出口溫度。對于操作變量的優化重點是要優化冷箱入口溫度以及換熱器熱流體變量。一種為BOG回大型的LNG儲罐，隨儲罐內液化閃蒸的BOG一同進入BOG壓縮系統利用，然而此種方法必然會造成罐內LNG溫度的升高，然而對于壓縮機來說，儲罐對裝車BOG的緩沖作用不可小視。還有一種為BOG經加熱后恢復至常溫，經常溫壓縮機加壓后，作為燃料氣使用。若液化場外存在天然氣管網，也可進入管道輸送系統，供城市天然氣使用。

三、生產過程的優化

對于液化單元和BOG單元的優化主要是通過交互式進化計算的方式來實現。交互式進化計算指的是通過人機交互來使得人參與到進化計算的過程中。交互式進化計算具有明顯的優勢，采用這種方法人們在適應函數不明確甚至沒有的情況下都能夠進行計算。

交互式計算本身還存在著一系列問題，針對這些問題工作人員從三個方面來對其進行改進：一是在計算過程中引入了絕對尺度預測方法，該方法的引用能夠有效減少預測器噪聲，從而有效提升收斂速度。二是智能體引入到交互式計算中。多智能體方法的引入對于降低交互過程中的疲勞問題是具有重要意義的。在實際工作過程中應該加強這方面的研究；三是分層思想的引入。分層思想的引入能夠有效解決用戶只能對有限個體進行分辨的問題。

針對液化單元的優化，需要優化的操作變量分別是：第一級冷卻出口溫度、冷箱天然氣出口溫度、冷箱冷劑入口流量、蒸發換熱器BOG出口溫度控制以及重烴分離器液位等指標。需要優化的約束條件則主要指的是保證液化溫度能夠正常生產，重烴分離液位也不能夠過高或者過低。優化的目標我們可以設為能耗J1、冷劑自身循環再利用率為J2。經過交互進化計算的有效分析優化，工程人員發現當優化目標值J1=18.815，J2=87.885的時候是最適合場站所需要的最優過程的。在實際工作過程中應該采取措施達到這一目的。

針對BOG單元的優化，所需要優化的操作變量分別是換熱器熱流體流量以及冷箱入口溫度。約束條件是冷箱入口溫度范圍、換熱器熱流體流量出口溫度和流量范圍等。優化目標則可以設為冷流體出口溫度J1，熱流體出口溫度J2，在進過計算優化之后實驗人員發現當目標值是J1=88.42，J2=36的時候是適合場站操作所需要的最優過程。在實際工作過程中應該不斷加強這方面的研究。

結論

天然氣液化場站生產流程的優化是一項重要工作，在實際工作過程中應該充分認識到優化的重要性。本文首先是分析了生產的基本流程，而后重點分析了需要優化的液化單元和BOG單元的優化目標。之后重點論述了如何進行優化。實現天然氣液化場站的優化需要采用專業的技術措施及模擬分析，輔之以工程實踐，才能夠實現良好的工程經濟效益。

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