LNG裝置冷箱中混合冷劑偏流處理方案探討

孫 博 宋俊平 劉振華 任 偉

1.昆侖能源有限公司生產運行部， 北京 100028；2.華油天然氣廣元有限公司LNG工廠， 四川 廣元 628002；3.遼河油田能源管理公司， 遼寧 盤錦 124010

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LNG裝置冷箱中混合冷劑偏流處理方案探討

孫 博1宋俊平2劉振華1任 偉3

1.昆侖能源有限公司生產運行部， 北京 100028；2.華油天然氣廣元有限公司LNG工廠， 四川 廣元 628002；3.遼河油田能源管理公司， 遼寧 盤錦 124010

冷箱作為LNG工廠液化工序中的核心設備，其運行狀態直接關系到整個液化裝置的安全平穩運轉。介紹了采用混合冷劑制冷工藝的天然氣液化裝置在開車過程中發生的冷箱冷劑偏流問題，對冷箱在低生產負荷下發生冷劑偏流的原因進行了系統分析，提出了在保持生產基本平穩的情況下迅速有效處理冷箱冷劑偏流、保障設備健康運行的措施和建議，并在實際生產過程中得到了有效驗證，對類似采用混合冷劑制冷工藝的LNG工廠液化裝置的開車和運行具有指導意義。

LNG；冷箱；混合冷劑制冷工藝；冷劑偏流

0 前言

我國LNG工廠呈現出分布廣、規模小的特點，近年來新投產工廠有向大型化發展的趨勢[5]。國內的LNG液化裝置普遍采用混合冷劑制冷工藝，天然氣液化用的主低溫換熱器多采用內置鋁板翅式換熱器的冷箱。由于受真空釬焊爐的限制，單個鋁板翅式換熱器尺寸和處理量較小，在LNG工廠規模增大后需在冷箱中采用多個鋁板翅式換熱器并聯。由于工程實踐中難以做到并聯的鋁板翅式換熱器及附屬管路設施的阻力降相同，由此引發偏流問題，輕者導致工廠停產，重者出現安全事故[6]。本文通過某100×104m3/d LNG工廠開車過程中冷箱混合冷劑偏流的實際案例，提出了LNG液化裝置防止冷箱混合冷劑偏流的操作調整方案，對類似采用混合冷劑制冷工藝的LNG工廠開車和運行具有重要參考意義。

1 工藝簡介

某100×104m3/d LNG工廠的液化裝置采用PRICO?混合冷劑制冷工藝技術，由美國B&V公司提供專利授權[7]。工廠液化單元的主低溫換熱器采用冷箱，內裝有兩個并聯的鋁板翅式換熱器，由日本神戶制鋼公司供貨。冷箱的天然氣處理量為4.17×104m3/h，最大冷劑流量為154 104 kg/h。冷箱由A、B兩個板翅式換熱器并聯組成，天然氣分兩路分別進入A、B兩個板翅式換熱器。在板翅式換熱器的上部對原料天然氣進行預冷，預冷溫度為-63 ℃，預冷后經過分離重烴的天然氣進入板翅式換熱器的下部，被冷凝和過冷至-156 ℃后經J-T閥節流送至LNG儲罐。

該裝置制冷系統的制冷劑組成為N2、CH4、C2H4、C3H8、C5H12，制冷劑經壓縮機增壓并冷卻后呈氣液兩相，由分離罐分離后分別送至冷箱頂部，由冷箱內匯管混合并分配后分別送至A、B兩個板翅式換熱器，在板翅式換熱器中被冷卻至-156 ℃后經過J-T閥節流，為自身及天然氣的冷卻提供冷量[8-11]，冷箱流程示意圖見圖1。

圖1 冷箱流程示意圖

2 混合冷劑偏流情況

3 混合冷劑偏流原因分析

4 混合冷劑偏流處理措施

針對冷箱混合冷劑偏流的實際情況，提出了如下處理措施：

1)根據冷箱A、B兩換熱器溫度，逐漸減小冷箱A換熱器J-T閥和液相冷劑調節閥開度，維持A換熱器溫度穩定，增加B換熱器J-T閥和液相冷劑調節閥開度，使B換熱器逐漸降溫。

2)如果冷箱B換熱器降溫很快，應及時減小B換熱器J-T閥和液相冷劑調節閥開度，否則會出現冷箱B換熱器溫度降低，A換熱器溫度升高，兩換熱器溫差為B換熱器低于A換熱器的偏流。

3)增大開工換熱器的冷劑量，從而提高混合冷劑總循環量，但要注意密切監視冷箱溫度變化。

4)在工藝和設備條件允許的情況下，盡可能縮短冷箱低負荷停留時間，使冷劑循環量迅速提高。

5 結論

近年我國LNG工業發展迅速，LNG工廠生產中暴露的問題也日益凸顯，開工工況下冷箱混合冷劑偏流是其中一個突出問題。建議主要應對措施如下：

1)在冷箱的制造、安裝過程中，兩路液相流體管線應盡量對稱布置。

2)日常運行操作中應加強監測和調節，保持兩路流量一致，在觀察到冷箱兩換熱器溫差增大時，及早調節冷劑管路J-T閥開度，遏制偏流趨勢發展。

3)由于混合冷劑偏流一般發生在裝置運行負荷較低或者運行負荷波動比較劇烈的情況下，此時冷箱內流道阻力降對于混合冷劑流體的運動影響較大，混合冷劑容易在兩換熱器之間分配不均。因此，在工廠日常運行管理中要注意保持裝置運行的穩定性和連續性，避免生產負荷劇烈波動，維持設備平穩運轉。

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2015-07-23

孫 博(1986-)，男，甘肅慶陽人，工程師，博士，主要從事LNG生產技術管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.007