疆內(nèi)某LNG液化工廠工藝流程比選

周 浩，馬 娜

（新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院( 有限公司) ， 新疆 烏魯木齊 830026）

疆內(nèi)某LNG液化工廠工藝流程比選

周 浩，馬 娜

（新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院( 有限公司) ， 新疆 烏魯木齊 830026）

隨著天然氣能源行業(yè)的迅速發(fā)展，液化天然氣作為一種清潔能源，越來越受到人們的歡迎，而液化天然氣技術(shù)也成為天然氣工業(yè)中一個(gè)極其重要的部分。根據(jù)疆內(nèi)LNG液化工廠的建立，考慮目前比較成熟的三種液化流程，對(duì)比分析了不同液化流程的能耗情況以及各自液化流程優(yōu)勢(shì)。

LNG液化站；液化流程；對(duì)比分析；工藝

隨著中國快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，天然氣作為當(dāng)今的清潔能源越來越受到國人的重視。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)需要低碳能源的支撐。隨著中國快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，不斷富裕的小康社會(huì)和日益增加的環(huán)境壓力，使天然氣這一優(yōu)質(zhì)潔凈的能源在中國具有廣闊的市場(chǎng)前景。2012年，中國的第一個(gè)LNG項(xiàng)目在江蘇正式投產(chǎn)運(yùn)行，大連的LNG項(xiàng)目也即將正式開展。發(fā)展LNG已是大勢(shì)所趨，迫在眉睫。所以就現(xiàn)在的形式所看，我們應(yīng)全力發(fā)展這種清潔能源。

近幾年，隨著天然氣產(chǎn)量和貿(mào)易量的不斷增加，全球LNG的生產(chǎn)和貿(mào)易越發(fā)活躍。作為管道天然氣的有益補(bǔ)充，進(jìn)5年來，全球LNG貿(mào)易量年均增長(zhǎng)已達(dá)6%，成為全球油氣業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的生力軍[1,2]。

1 天然氣液化流程

目前常見的天然氣液化流程有：級(jí)聯(lián)式液化流程；混合制冷劑液化流程（MRC）；帶膨脹機(jī)液化流程。本文以新疆某液化工廠20萬m3/d處理量項(xiàng)目為背景進(jìn)行方案比選，逐一的對(duì)天然氣的液化流程進(jìn)行分析，從而采用適合疆內(nèi)應(yīng)用的最佳方案，下面對(duì)比選過程進(jìn)行闡述。

1.1 級(jí)聯(lián)式液化流程

級(jí)聯(lián)式液化流程也被稱為階式(Cascade)液化流程、復(fù)疊式液化流程或串聯(lián)蒸發(fā)冷凝液化流程 ,主要應(yīng)用于基本負(fù)荷型液化裝置[3]，流程見圖1與圖2。

圖1 級(jí)聯(lián)式液化流程示意圖Fig.1 Cascade liquefaction process diagram

1.2 丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程

丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程（C3/MRC：Propane-Mixed-Refrigerant Cycle），結(jié)合了級(jí)聯(lián)式流程和混合制冷劑流程的優(yōu)點(diǎn)，流程十分的高效而且較為簡(jiǎn)單[4]，基本流程見圖3。

1. 3 帶膨脹機(jī)的液化流程

膨脹機(jī)的液化流程（Expander-Cycle），指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機(jī)絕熱膨脹的克勞德循環(huán)制冷實(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程。氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同時(shí)，也能輸出功，同時(shí)又可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。當(dāng)管路輸來的原料氣與離開液化裝置的外賣氣有壓差存在的時(shí)侯，液化過程就可能不要“從外界”吸收能量，而是靠壓差通過膨脹機(jī)進(jìn)行制冷，從而使進(jìn)入裝置的天然氣液化，基本流程見圖4。

圖2 20萬m3/d級(jí)聯(lián)式流程用HYSYS軟件進(jìn)行模擬Fig.2 HYSYS simulation of 2×105m3/ d combined flow

圖3 20 萬m3/d丙烷預(yù)冷流程用HYSYS軟件進(jìn)行模擬Fig.3 HYSYS simulation of 2×105m3/ d propane precooling flow

圖4 20萬m3/d帶膨脹機(jī)流程用HYSYS軟件進(jìn)行模擬Fig.4 HYSYS simulation of 2×105m3/ dexpander flow

1.4 幾種液化流程功耗的比較

表1 各種液化流程效率比較Table 1 Comparison of liquefaction process efficiency

表2 各種液化流程特性比較Table 2 Comparative characteristics of various liquefaction processes

2 方案流程的比選

根據(jù)本次疆內(nèi)液化工廠20萬m3/d的處理量，其深冷液化中涉及到的制冷壓縮機(jī)可以進(jìn)行撬裝化處理，因?yàn)楸轭A(yù)冷混合制冷劑液化流程同時(shí)達(dá)到了類似級(jí)聯(lián)流程的目的，又克服了它系統(tǒng)較為復(fù)雜的特點(diǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)有：使用的設(shè)備少、流程也較為簡(jiǎn)單、投資放面較省，投資比級(jí)聯(lián)式液化流程少10%～18%；并且管理十分的方便，混合制冷組分可以從天然氣本身的組份提取和補(bǔ)充。但需要考慮的是，丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程中主要的環(huán)節(jié)是制冷劑的流量和組分的配比，流程計(jì)算需要提供各組分可靠的平衡數(shù)據(jù)域物性參數(shù)，計(jì)算較為困難[6]。

針對(duì)這一原因，現(xiàn)考慮丙烷預(yù)冷后天然氣溫度對(duì)流程性能的影響：

隨著第一換熱器進(jìn)口溫度升高，所需的制冷劑的量也相應(yīng)增加，見圖5。

圖5 溫度T2對(duì)qn,r的影響Fig.5 Effect of temperature T2on qn,r

由于第一換熱器進(jìn)口處焓值增大，第三換熱器出口后節(jié)流閥前的焓值不變，則混合制冷劑循環(huán)為天然氣提供的冷量Qcng增加，見圖6[7]。

圖6 溫度T2對(duì)Qcmr和Qcng的影響Fig.6 Impact of temperature T2on Qcngand Qcmr

丙烷預(yù)冷循環(huán)所需提供的冷量增加，相應(yīng)功耗也略有增加，見圖7。

圖7 溫度T2對(duì)Wc和Wp的影響Fig.7 Effect of Temperature T2on Wcand Wp

由以上的計(jì)算，能得到天然氣壓力和預(yù)冷后天然氣的溫度對(duì)混合制冷劑的流量、混合制冷劑壓縮機(jī)的耗功、混合制冷劑循環(huán)低壓制冷劑提供的冷量以及天然氣消耗的冷量、丙烷預(yù)冷量影響較大。對(duì)丙烷預(yù)冷量的影響尤其明顯[8]。

3 結(jié) 語

依據(jù)疆內(nèi)工程對(duì)LNG液化工廠的流程進(jìn)行比選，分析各流程的特點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值，并對(duì)本工程所采取的丙烷預(yù)冷混合制冷劑循環(huán)進(jìn)行分析，探討預(yù)冷過程中天然氣溫度對(duì)流程性能的影響。并結(jié)合本工程的具體參數(shù)對(duì)本工藝流程進(jìn)行分析，從而決定本流程工藝的優(yōu)勢(shì)[9]。

［1］ 顧安忠 等．壓液化天然氣技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008: 191－235．［2］王寶慶．天然氣液化技術(shù)及應(yīng)用[J]. 天然氣工業(yè),2004（1）：20-24.

［3］嚴(yán)銘卿，康樂明.天然氣輸配工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2005.

［4］液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和裝運(yùn)GB/T 20368-2006[S].

［5］羅媛媛，袁宗明，謝英，等.LNG液化工藝[J].石油化工應(yīng)用，2007,26（1）：12-15.

［6］祝家新，林文勝．天然氣汽車加氣站發(fā)展趨勢(shì)及LCNG加氣站技術(shù)特點(diǎn)[J]．能源技術(shù)，2007，28（1）：32-35.

［7］王竹筠.液化天然氣（LNG）冷能回收及應(yīng)用研究[D].大慶石油學(xué)院碩士論文,2010：15-26.

［8］付永興,李化治,郭桂彬,蔚龍.煤層氣液化裝置流程及經(jīng)濟(jì)性分析[J].低溫與特氣,2004(5)：2-4.

［9］羅媛媛,袁宗明,謝英,賀三,劉志成.shang LNG液化工藝[J].石油化工應(yīng)用,2007：61-69.

Process Selection of a LNG Liquefaction Plant in Xinjiang

ZHOU Hao，MA Na
（Xinjiang Petroleum Investigation Design and Research Institute( Co. Ltd.) , Xinjiang Urumchi 830026，China）

With the rapid development of natural gas in the energy industry, liquefied natural gas as a clean energy is more and more welcomed by people, and the liquefaction technology of natural gas has become an extremely important part in natural gas industry. Based on the establishment of LNG liquefaction plant in Xinjiang, energy consumption of three liquefaction processes was analyzed and compared as well as their advantages.

LNG liquefaction station; Liquefaction processes; Comparative analysis; Process

TE 624

A

1671-0460（2015）01-0195-03

2014-08-09

周浩（1990-），男，黑龍江雙鴨山人，助理工程師，2013年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，天然氣站場(chǎng)LNG、CNG加氣站設(shè)計(jì)。E-mail：zhouhao0623@163.com。