探析天然氣液化裝置及工藝設(shè)計與應(yīng)用

李慧芳 李哲（青海油田液化天然氣公司，青海 格爾木 816000）

1 對天然氣液化裝置工藝進行設(shè)計

天然氣液化工程是由五個部分組成，即預(yù)處理、液化以及儲存、裝卸和應(yīng)用系統(tǒng)，在從投資方面來看，液化裝置的實際投資量約占工程整體投資的25%到50%左右，所以，對液化裝置的工藝進行科學(xué)且合理的選擇，不僅能夠有效解決工程成本，降低污染，還能保證裝置自身經(jīng)濟運行的良好。

1.1 工藝分類

1.1.1 級聯(lián)制冷工藝

這種工藝是一種較為常規(guī)的制冷工藝，經(jīng)常被應(yīng)用在負荷型的液化裝置中，而工藝流程則是由三級獨立循環(huán)制冷所構(gòu)成。

1.1.2 混合制冷工藝

這一制冷工藝是在上個世紀(jì)60年代后期，在階式制冷工藝的技術(shù)上不斷完善和改進而得來的，使用烴類混合物來作為相應(yīng)的制冷劑，進而有效取代階式制冷工藝中多余的組成部分。同時還需要注意以下幾個方面的問題，首先，制冷劑的組成一定要按照原料氣的構(gòu)成以及實際壓力而確定。其次，充分利用先重后輕的特性和原則，將其按照相應(yīng)順序來最終得到不同溫度等級的實際冷量。此外，根據(jù)混合制冷劑與天然氣之間的混合情況可以將制冷工藝分為兩種，一種是閉式制冷，另外一種是混合制冷。

1.1.3 膨脹制冷工藝

這種工藝最為明顯的特點就是能夠充分利用天然氣所產(chǎn)生壓力，然后對外部進行做工，進而有效為天然氣液化提供所需要的冷量。而其系統(tǒng)液化率的高低與膨脹比以及膨脹效率之間密不可分。因此這種制冷工藝最為適合天然氣輸送過程中壓力較高，但是使用壓力較低，在中間時段需要對其進行降壓的氣源場合。

1.2 工藝特點

首先，級聯(lián)式制冷，此種制冷工藝對于能源消耗的需求較低，不需要考慮制冷劑配比方面的問題，技術(shù)手段相對成熟，不會對各系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，實際操作非常穩(wěn)定、適應(yīng)性強。但是這種工藝需要多臺機械設(shè)備以及復(fù)雜的工藝流程，投入成本高，并且需要高純度的制冷劑來作為支撐。

其次，混合制冷。該種工藝實際流程簡單、所需設(shè)備少、投資成本較低，管理十分便捷，然而在能源消耗方面比級聯(lián)制冷高10到15個百分點，制冷劑的科學(xué)配比較難控制，并且還需要計算相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，工藝流程中壓縮機維護要求較多，費用昂貴。

最后，膨脹制冷。與前兩種制冷工藝相比可知，膨脹制冷工藝較為簡單，需要投入成本不高，設(shè)備運轉(zhuǎn)靈活且具有較強的適應(yīng)性，比較容易操作。而在制冷過程中，循環(huán)制冷劑使用的是天然氣或者是氮氣，有效降低了混合制冷劑實際存儲以及分離的復(fù)雜性，提升了制冷安全性。然而這種工藝具有消耗能源多以及天然氣液化率相對前兩種工藝較低等缺點。

1.3 工藝流程和選擇

通過對比分析后可知，一般規(guī)模的天然氣液化裝置都會選擇PRICO 工藝，這是因為在低壓氣源以及中小規(guī)模的基礎(chǔ)上，不適合使用膨脹制冷以及分級式制冷工藝，因此，只有混合冷劑循環(huán)才能滿足工程建設(shè)需求。此種工藝是美國一家公司在1950年研發(fā)出來的，液化工藝使用的是單循環(huán)混合制冷以及壓縮系統(tǒng)，冷箱則是使用板翅式的換熱設(shè)備，而這一工藝已經(jīng)有效的被應(yīng)用在20 套以上基荷以及調(diào)峰裝置中，實際規(guī)模也從11萬Nm3/d到2200萬Nm3/d。因此加強對其研究就變得非常重要了。下面就對PRICO 工藝特點進行分析，首先，此種工藝使用的是單循環(huán)混合形式的制冷劑以及壓縮工藝。其次，混合制冷劑中的碳二化合物是乙烯，并使用J-T 閥來達到降壓減溫的目的。再次，在其制冷過程中，不需要對制冷劑進行大量的補充，就可以實現(xiàn)良好的制冷效率，最后，該工藝流程中，不會涉及到較多的設(shè)備，因此在日后的維修過程中會相對較為簡單，雖然可能在能耗方面略有上升，但是不會對液化效率等多方面造成影響。

2 天然氣液化裝置的實際應(yīng)用

隨著我國液化天然氣工程的發(fā)展和進步，使得其終端的利用水平也在逐年上升，有效推動了其他行業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別液化天然氣存儲以及運營技術(shù)都得到了有效的發(fā)展。液化天然氣不僅降低了天然氣在運輸過程中產(chǎn)生的成本，還能夠進行長距離、長時間的運輸，在潔凈度方面也要優(yōu)于管道傳輸?shù)奶烊粴猓虼似湓谑褂蒙系牧己眯阅懿荒鼙缓鲆?。而天然氣液化裝置負荷工藝技術(shù)的要求，能夠為小型油田、邊際油氣田等良好利用，進而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益以及顯著的社會效益。

3 結(jié)語

總之，對天然氣進行液化不僅能夠降低運輸以及貯存期間所花費的成本，還能提升天然氣單位體積內(nèi)的燃值效率，因此，液化天然氣是能源結(jié)構(gòu)發(fā)展和完善的必然趨勢，加強對天然氣液化裝置的研究，已經(jīng)成為現(xiàn)階段解決能源危機所要進行重點關(guān)注的問題。

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