LNG供應溫度及組分對全液體空分設備產量的影響

夏鴻雁

(杭州杭氧股份有限公司設計院,杭州 中山北路592號　310004)

1　概　述

從2000年開始，國內LNG產業快速發展，沿海各地規劃并建成了多個LNG接收站，隨著這些接收站的建立，LNG冷能利用的開發也隨之興起。目前相繼建成的有中海油美國AP福建莆田600 t/d冷能空分、杭氧江蘇如東612 t/d、川空河北唐山723 t/d和廣東珠海614 t/d等多個LNG冷能項目。

液化天然氣(LNG)，常壓下的溫度為-159～-162℃，視其組分的不同略有變化，加之氣化過程中的氣化潛熱，LNG貯存著大量優質深冷級冷源。由于空氣分離設備的溫區在-150～-193℃，所以深冷空分工藝可以將LNG的冷量全部回收利用。在冷能空分設備中, LNG通常是從高壓LNG泵后引入，所以引入的溫度直接受接收站BOG再冷凝系統的影響，高壓泵后的溫度越低，空分的產品液體量越大。另外，LNG組分中甲烷含量越高，空分的產品液體量也越大。本文結合杭氧江蘇如東612 t/d冷能空分設備的研制和實際運行，對LNG供應溫度和組分的影響進行分析。

2　裝置簡介

江蘇杭氧LNG冷能利用空分裝置，由杭州杭氧股份有限公司自行設計制造，并由天辰設計院進行工程設計，中核五建進行工程承建。該裝置以長期安全可靠運行為設計原則，利用低溫精餾原理將來自下塔頂部的循環氮氣通過主換熱器冷卻原料空氣，之后再進入LNG換熱器吸收LNG氣化釋放的冷量，冷卻后進低溫循環壓縮機增壓，然后通過節流閥降壓至約0.55 MPa后轉化成液氮，部分液氮回到下塔提供冷量，接著進入下一次循環，另外一部分則作為產品。流程取消了膨脹機系統，用LNG的冷量代替了膨脹機制冷，在設備上省去了透平膨脹機，使流程組織更加簡單，同時有效回收了LNG冷量，節約了能源。

該裝置是國內自行設計和制造的首套LNG冷能空分裝置，于2014年8月首次開車，生產出合格的產品，由于LNG引入溫度高為-130℃和低溫氮壓機的負荷偏低，使空分液體產品產量受到較大影響。2017年11月中石油供應的LNG溫度下降為-149℃，空分再次開車，產品液體產量達標。

3　LNG供應溫度高的原因

LNG在常壓下儲存溫度約-159～-162℃，由于漏熱使得貯槽和管線會產生大量的蒸發氣體(BOG)，為了防止貯槽超壓，蒸發氣體需要進行處理。目前在LNG接收站BOG的處理可分為直接加壓至高壓輸氣管網和BOG再液化兩種工藝。由于直接加壓能耗較高，大部分氣源型LNG接收站普遍采用再冷凝工藝回收BOG。江蘇如東中石油接收站也是采用再冷凝工藝，引入LNG到杭氧空分的模式為高壓LNG泵加壓后，詳見圖1。

圖1　LNG接收站工藝流程Fig.1　LNG receiving and regasification system

以2014年江蘇如東接收站外輸量為140 t/h為例來說明溫度變化。從LNG貯槽引出的溫度-159℃ 130 t/h LNG經潛液泵加壓后分成兩路，一路約100 t/h LNG進再冷凝器頂部，一路30 t/h LNG流經再冷凝器旁路，貯槽及管線產生的BOG流經BOG壓縮機緩沖罐后進入BOG壓縮機增壓至約1.1 MPa，加壓后BOG與進入頂部的LNG在再冷凝器內進行接觸混合，進入再冷凝器的BOG全部被液化成-100℃冷凝液，冷凝液經再冷凝器底部出口與旁路過來的30 t/h LNG(-159℃)混合后進入高壓泵，被加壓到10 MPa后一分部進入氣化器，另一部分去空分提供冷量。泵后的LNG溫度為-130℃，而空分利用的LNG正是從高壓泵后引入，所以輸入的溫度直接受接收站BOG再冷凝系統的影響，這就是造成空分LNG溫度高的原因。

4　LNG的組分

LNG 主要含大量的甲烷，以及少量的乙烷和丙烷。通常將甲烷含量96.64 %(mol/ mol)的LNG稱為貧液；甲烷含量89.39 % (mol/ mol)的LNG稱為富液。江蘇杭氧LNG供應規格如表1。

表1　液化天然氣的規格Table 1　Components of LNG

注：密度、熱值、黏度值的條件為20℃，101.3 kPa(A)。

5　LNG溫度及組分對液體空分產量的影響

將江蘇杭氧冷能空分設備的設計運行參數組列成表進行比較。

5.1　設計和實際運行對比(表2)

5.2　不同溫度和組分條件下液體產量(表3)

表2　設計條件Table 2　Condition of design

表3　10 MPa，50 t/h LNG 不同溫度和組分條件下液體產量的計算值Table 3　100 MPa，50 t/h LNG Liquid output calculated value of different temperatures and components

按表3可知：

1.LNG在貧液時，LNG溫度每上升1℃，液體總量平均下降～13 t/d。

2.LNG為富液時，LNG溫度每上升1℃，液體總量平均下降～10 t/d。

5.3　實際運行參數(表4)

按表4可知：

LNG溫度每上升1℃，液體總量平均下降～15 t/d。

表4　2018年1～3月年實際運行參數(按貯槽實際計量)Table 4　Actual operating parameters of January-March 2018(Tank metering)

5.4　結果分析

1.LNG溫度和組分對產量均有影響，其中LNG引入溫度對產量的影響相對更大，而且供應溫度越低，產量也越大。這是因為LNG冷量在冷能空分中的回收利用主要通過氮氣(低溫氮壓機中增壓后)在液化冷箱中與高壓LNG在換熱器中進行換熱，吸收LNG的冷量后節流制取液氮為進行空分提供冷源，所以當引入的LNG溫度越低，冷量的品質也相應越高，組分中甲烷含量越多，低溫區的冷量也相對越多，從而導致在相同LNG用量的情況下，制冷量越大。

2.計算和實際運行對比可以看出，實際運行中溫度對液體總量的影響比計算值大3%～5%，這部分的差異主要是工況偏離影響換熱等原因造成。

6　結　語

通過以上參數分析，可以知道LNG冷能空分受LNG的供應溫度影響較大，因此冷能利用空分在建設初期能盡量與LNG接收站同步規劃，使接收站能兼顧冷能空分的LNG供溫需求。

此外接收站在設計時，可以按照冷能空分的流量從LNG儲槽單獨設置一路LNG高壓泵供液，專為冷能空分使用，避免引入的LNG受接收站BOG再冷凝工藝的影響，從而確保LNG的供液溫度較低，使液體空分的產量達到最大化。同時，單獨供液管路的設置也保證冷能空分運行的穩定性和連續性，這是日后設計LNG冷能空分時需要特別關注及綜合考慮的。