對天然氣液化制冷工藝比較與選擇研究

余師錦（山西燃氣產(chǎn)業(yè)集團有限公司，山西 太原 030000）

對天然氣液化制冷工藝比較與選擇研究

余師錦（山西燃氣產(chǎn)業(yè)集團有限公司，山西 太原 030000）

近年來，我國大力推行能源發(fā)展戰(zhàn)略，天然氣能源使用量增加的同時，液化制冷工藝也相應發(fā)展。本文主要分析了天然氣液化制冷工藝的意義，然后對常見三種工藝進行選擇和比較，這不僅能夠優(yōu)化天然氣裝置使用性能，而且還會提升工藝水平，這對天然氣能源節(jié)約具有重要意義。

天然氣；液化；制冷工藝；比較分析；選擇

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學技術水平也在逐漸提升，先進工藝應用于天然氣液化制冷操作，能夠?qū)崿F(xiàn)液化裝置的全面升級，這對天然氣液化效果優(yōu)化具有重要意義。本文對比分析三種工藝形式，最后優(yōu)選高效、節(jié)約的工藝形式，有利于間接促進我國經(jīng)濟發(fā)展。

1 天然氣液化制冷工藝的意義

據(jù)相關資料顯示，我國中西部地區(qū)蘊含豐富的天然氣資源，要想促進這一地區(qū)天然氣能源的大力開發(fā)和合理利用，應首先做好天然氣輸送和利用這兩方面工作。對于管線建設、管網(wǎng)擴建這種運輸方式，受當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平制約，這主要是因為管網(wǎng)鋪設、管道維修需要投入大量經(jīng)濟成本，同時，管網(wǎng)鋪設還受當?shù)氐刭|(zhì)條件和氣候條件制約。因此，實施天然氣液化這種運輸方式既能降低運輸成本，又無需考慮地質(zhì)條件以及氣候條件，在多種制冷工藝中，優(yōu)選適合的制冷工藝是十分重要的，下文主要介紹了工藝比較和選擇。

2 制冷工藝比較和選擇

現(xiàn)如今，常用的天然氣液化制冷工藝形式主要三種，第一種即膨脹制冷，第二種即階式制冷，第三種即混合式制冷。本文主要圍繞這三種工藝進行優(yōu)缺點比較，在此基礎上，選用合理的工藝方式，分析如下。

2.1 工藝比較

對于第一種工藝形式（膨脹制冷工藝），工藝流程：即首先選用的制冷劑，然后借助膨脹機實施持續(xù)循環(huán)制冷操作，以此提高液化率、優(yōu)化液化效果。具體工作原理：壓縮機處理→氣體溫度降低→絕熱膨脹→原料氣液化。由于制冷劑存在差異，因此這一工藝又能根據(jù)制冷劑的不同被細分為三種工藝形式，分別為氮氣型工藝、氮-甲烷型工藝、天然氣型工藝。

優(yōu)點：工藝操作簡單、流程簡化、維護便捷；針對LNG這種低液化能力的工廠具有良好的調(diào)峰效果，并且適用性較強；制冷劑制造費用、輸送成本較低；膨脹機具備較高等熵效率。

缺點：液化效果較差；能量耗費量較多；制冷過程中對原料以及條件存在特定要求；膨脹機運行安全性較差、性能較低[1]。

對于第二種工藝形式（階式制冷工藝），這種制冷工藝又有級聯(lián)式制冷工藝之稱，工作原理：受制冷劑溫度變化這一因素影響明顯，隨著溫度的改變而進行降溫處理，以此提升液化效果。其中，天然氣廠對于這種制冷方式的應用率相對較高。

優(yōu)點：制冷系統(tǒng)較獨立；能源耗量低；制冷工藝較成熟；熱效率較高；便于調(diào)節(jié)；無需考慮制冷劑配比這一問題。

缺點：制冷設備組成構(gòu)件數(shù)量較多；維護難度較大；工藝流程繁瑣；資金投入成本較高；控制系統(tǒng)較復雜。

對于第三種工藝形式（混合制冷工藝），這一工藝最早產(chǎn)生于美國，它主要基于第二種工藝形式，應用組成成分較多樣的制冷劑完成制冷操作。基本原理：壓縮制冷劑→有效分離制冷劑→節(jié)流處理→蒸發(fā)處理→獲取制冷量→冷卻→液化。我國目前常用三種混合制冷形式，第一種即丙烷預冷，簡稱C3/MR；第二種即但循環(huán)制冷，簡稱MRC；第三種即雙循環(huán)制冷，簡稱DMR。

優(yōu)點：工藝操作便捷；便于維護；成本資金較少；調(diào)峰適用性較強；設備用量較低；空間占用面積較小。

缺點：能源耗費量較大；制冷技術要求較高；流程計算難度較大；先進設備價格較高。

2.2 工藝選擇

2.2.1 選擇依據(jù)

工藝選擇依據(jù)主要包括液化裝置適用性、天然氣組分、裝置處理效果、天然氣壓力、工藝流程、產(chǎn)品使用注意事項、設備選擇等內(nèi)容。

2.2.2 選擇思路

針對上述三種天然氣液化制冷工藝在工作原理、優(yōu)點、缺點等方面進行分析，其中，膨脹制冷工藝液化率在7.5%～14.5%之間，液化過程能耗較低，適用于7.5-70×104m3/d液化能力的液化裝置，一旦超過這一液化率范圍，則會耗費較多能量，實際產(chǎn)生的生產(chǎn)效益與實際需要相差較多，進而適用性相對較差；階式制冷工藝適用于復合型裝置，針對制冷劑純度具有較高的應用標準，例如，丙烷純度應＞99.3%，對于這種系統(tǒng)復雜、運行成本高、經(jīng)濟效果差的工藝，被選用幾率對比其他兩種工藝形式而言相對較低；混合工藝基本上具備其他兩種工藝的應用優(yōu)勢，并且這種工藝形式實際應用率相對較高，能夠被大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用，同時，兼具高效率、低能耗應用優(yōu)勢，因此，這種工藝被選用的幾率相對較大，具體適用于7.5-30×104m3/d液化能力的液化裝置[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，由于天然氣液化操作主要通過制冷工藝評價制冷效果，因此，針對不同制冷工藝進行優(yōu)缺點對比、具體分析是極為必要的，只有全面對比，才能優(yōu)選適合的、合理的制冷工藝，這對我國天然氣能源存儲、液化效率提升具有重要意義。此外，相關研究者還應升級、創(chuàng)新制冷工藝水平，大大提升天然氣液化效果，促進液化天然氣行業(yè)持續(xù)進步。

[1]李青平,孟偉,張進盛.天然氣液化制冷工藝比較與選擇[J].煤氣與熱力,2012,09:4-10.

[2]商麗娟,郭方飛,曲順利.國內(nèi)外兩種高含氮天然氣液化工藝的對比分析[J].天然氣工業(yè),2011,01:93-95+118.

余師錦(1984-)，男，福建三明人，本科，石油化工方向。