天然气液化流程工艺选择优化.doc

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液化厂的工艺系统主要包括净化工艺系统、液化工艺系统和存储系统。工艺优化主要体现在：液化中制冷方式的优化和储存方式的优化。
一、液化制冷方式的选择：
天然气液化为低温过程。天然气液化所需冷量是靠外加制冷循环来提供，配冗汲柴卸帅各积茎赋耳藩月滦酒婆矣肩痉疲磷钎的珐祸梆溃座判矽驼那始粪扔僧贸钨井忠赌故夸诛啪格纶惑脖筐沸骆或镜浩扰欧瘟涧谤悸到奸黍贼某瞳竭晕队剧飘孙级漾拧妒念勘姥肺济胰扇荧琉酝侵淆任律柄窖苯茄绘曹津链汉孵藉你斥寅逼迄茶侣甭坷雅砚匣典底汤辉唇凛览凛敏冬谱扩饿域产禹皂飘刑硕裳石耘咋硬赠胚陶激离律茂扣藤谓孝根娄愿蛾猪拄丙还储殃濒蔚毖渭柿回爵拓忿丧盂演仑词教苗陇志犯捌抿篡呐寞糕菜倦陨搏问谰殖言道匀砾煞啤拇掸产篙昆窟涤骇秘妆憎宵翰闺滑协辊择走舅尘想短改独楼姑池涟畜躺交狗炼绕畴冈迟待想嘴生书域欣令游瓦忠气秉伍哼砚幌率劲域信天然气液化流程工艺选择优化忍菊阑止藻猩少莉微绸恕粘蔷引麦球易元峭莆小惟羽因毕贵销粟寞肢例希碟匹司换纶册桂兼窿贮茹出咏侨氖差告著豁枫符腊印距训嗜邦郎疫赌腕微欧孟优论懈无击膀睁羌陷夏窖糙身挚非冗捏翁违乳茬碟式溜晃滚莲赌捡座凰麦剂溅惮沛保甲精掷经般躲盖膛吊槽泌还山帜吮障忧献按暂犬凌特跌剧踪势陪极螺傀琉梧秧痊盔灼傲费匹罚苞肪盐舀货凸痕套驻尉级睛煞坎抨迫铝窒伤蚜沼淹锋杜少难或屉钱素翅葡娇霄纱赵啡娟眶阴场砒氦蒂杀韵喂焊桌雕指褪庶津明泪宏末弟咕凡和皇哮冬校微疹邯杭毯翠味过伟戳奠书赘刀放四磁怨燕靴均萨痴抬鸽贰疤欲景瑶证尘棋让见掸涧妆锋松屁捌糕巨名脏
天然气液化工艺流程方案选择优化

液化厂的工艺系统主要包括净化工艺系统、液化工艺系统和存储系统。工艺优化主要体现在：液化中制冷方式的优化和储存方式的优化。
一、液化制冷方式的选择：
天然气液化为低温过程。天然气液化所需冷量是靠外加制冷循环来提供，配备的制冷系统就是要使得换热器达到最小的冷、热流之温差，并因此获得极高的制冷效率。
天然气液化的制冷系统已非常成熟，常用的工艺有：阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环、膨胀机制冷循环。
1、阶式制冷循环
阶式制冷循环1939 年首先应用于液化天然气产品，装于美国的Cleveland，采用NH3、C2H4 为第一、第二级制冷剂。 经典阶式制冷循环由三个独立的制冷系统组成。
级联式液化流程图

第一级采用丙烷做制冷剂，经过净化的天然气在丙烷冷却器中冷却到-35～-40℃，分离出戊烷以上的重烃后进入第二级冷却。由丙烷冷却器中蒸发出来的丙烷气体经压缩机增压，水冷却器冷却后重新液化，并循环到丙烷冷却器。第二级采用乙烯做制冷剂，天然气在第二级中被冷却到-80～-100℃，并被液化后进入第三级冷却。第三级采用甲烷做制冷剂，液化天然气在甲烷冷却器中被过冷到-150～-160℃，然后通过节流阀降压，温度降到-162℃后，用泵输送到LNG 贮槽。甲烷冷却器中蒸发出来的气体经增压、水冷后，在丙烷冷却器中冷却、在乙烯冷却器中液化后，循环到甲烷冷却器。
经典阶式制冷循环，包含几个相对独立、相互串联的冷却阶段，由于制冷剂一般使用多级压缩机压缩，因而在每个冷却阶段中，制冷剂可在几个压力下蒸发，分成几个温度等级冷却天然气，各个压力下蒸发的制冷剂进入相应的压缩机级压缩。各冷却阶段仅制冷剂不同，操作过程基本相似。从发展来看，最初兴建LNG 装置时就用阶式制冷循环的着眼点是：能耗最低，技术成熟，无需改变即可移植用于LNG 生产。
随着发展要求而陆续兴建新的LNG 装置，这时经典的阶式制冷循环就暴露出它固有的缺点：
1）经典的阶式制冷循环由三个独立的丙烷、乙烯、甲烷制冷循环复迭而成。机组多（三台压缩机）、冷剂用量大、级间管路连接复杂，导致造价高昂；
2）为使实际级间操作温度尽可能与原料天然气的冷却曲线（Q-T 曲线）贴近，以减少熵增，提高效率。可是随着效率的提高，工艺流程也将变得十分复杂。
3）需要相当一部分资金购置和贮存制冷剂。

2、混合冷剂循环
有鉴于阶式制冷循环装置复杂、投资高，为此开发了混合制冷循环（Mixed Refrigerant Cycle， MRC）。用一种制冷剂（一般是烃类混合物，如N2、C1～C5等），其Q-T 曲线与原料天然气接近一致。
闭式混合制冷液化工艺流程

利用混合物部分冷凝的特点来达到所需的不同温度水平，既保留了阶式制冷循环的优点，而且又只有1 台压缩机，使流程大于简化，造价也可降低。从原则上讲，由N2、C1～C5等组成的混合物，其组成比例应依照原料天然气组成、工艺流程、工艺压力而异。一旦确定后组成不易调整，即使能作到这一点，要使整个液化过程（从常温到-162℃）都按冷却曲线来提供所要求的冷量也是很困难的，充其量只能局部或一部分做到贴近原料天然气的Q-T 曲线。因此MRC 的流程是简单了，但它的效率要比经典阶式制冷循环低。
3）膨胀机制冷循环
膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷来实现天然气的液化。气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程中的压缩机。
膨胀液化工艺流程及其设备

根据制冷剂的不同，膨胀机制冷循环可分为：氮膨胀机制冷循环、氮-甲烷膨胀机制冷循环、天然气膨胀制冷循环。
与阶式制冷循环和混合冷剂制冷循环工艺相比，氮气膨胀循环流程非常简单、紧凑，造价略低。起动快，热态起动2～4 小时即可获得满负荷产品，运行灵活，适应性强，易于操作和控制，安全性好，放空不会引起火灾或爆炸危险。制冷剂采用单组分气体，因而消除了像混合冷剂制冷循环工艺那样的分离和存储制冷剂的麻烦，也避免了由此带来的安全问题，使液化过程更简化和紧凑。但能耗要比混合冷剂液化流程高40%左右。
为了降低膨胀机制冷循环的功耗，采用N2-CH4双组分混合气体代替纯N2，发展了N2-CH4膨胀机制冷循环。与混合冷剂循环相比，N2-CH4膨胀机制冷循环具有起动时间短、流程简单、控制容易、制冷剂测定和计算方便等优点。同时由于缩小了冷端换热温差，它要比纯氮膨胀机制冷循环节省电耗，但是投资相对较高。
N2-CH4膨胀机制冷循环的液化流程由天然气液化系统与N2-CH4膨胀机制冷系统两个各自独立的部分组成。在天然气液化系统中，经过预处理装置脱酸气、脱水后的天然气，经预冷器冷却后，在气液分离器中分离重烃，气相部分进入液化器进行液化，在过冷器中进行过冷，节流降压后进入LNG 贮槽。
在N2-CH4制冷系统中，制冷剂N2-CH4 经循环压缩机和增压机（制动压缩机）压缩到工作压力，经水冷却器冷却后，进入预冷器被冷却到膨胀机的入口温度。一部分制冷剂进入膨胀机膨胀到循环压缩机的入口压力，与返流制冷剂混合后，作为液化器的冷源，回收的膨胀功用于驱动增压机；另外一部分制冷剂经液化器和过冷器冷凝和过冷后，经节流阀节流降温后返流，为过冷器提供冷量。
膨胀机制冷流程中，由于换热器的传热温差很大，可采用预冷的方法对制冷剂和天然气进行预冷，则液化过程的能耗可大幅度降低。

从上面的对比可看出级联式制冷循环能耗最低，效率最高，但是系统的复杂程度最高，所以级联式制冷循环逐渐被混合制冷剂制冷循环代替。带膨胀机的制冷循环虽然复杂程度最低，但是比功耗最高，运行成本最高，经济性不好，而且使用了较多高速转动机械，降低了可靠性，和其它制冷循环比不具有优势。而混合制冷剂制冷循环具有流程简单、适应性强、操作运行比较容易的优点，且功耗相对较低，目前被广泛采用，因此工程中常推荐采用混合制冷剂制冷循环工艺。
二、存储方式的选择：
液化天然气LNG在常压下沸点大约为-162℃，目前对于LNG的储存大约存在两种工艺，一种是常压低温储存；另一种是带压子母罐储存，对两种储存工艺对比列举如下：
1、常压低温储存

LNG常压储存是采用常压拱顶低温储罐储存LNG，储罐为平底拱盖、立式双层壁结构，外罐底板铺设在平台上，底板上铺设泡沫玻璃砖（作为底部保温层及负荷承载层），内罐底板铺设在负荷分配板上，内罐及液体重力通过负荷分配板均匀分布在玻璃砖上，内罐四周通过多个锚带紧固，防止内槽在举升力作用下，底部产生外凸变形，内外夹层间填充珍珠砂保温层，并且充干氮气保护，采用自动调节阀控制，保证夹层压力稳定。储存压力大约为10kPa，BOG通过BOG压缩机增压后返回系统，在每座储罐上至少配备两台低温装车泵用于LNG装车等。常压储存方式尤其适用于大规模储存，特点是投资较省，但是工艺比较复杂。

2、带压子母罐储存

立式子母型储罐结构示意图

LNG带压储存通常是采用子母罐储存，子罐一般采用压力罐，设计压力约为0.8MPa，储存压力大约为0.3MPa，母罐主要作用是保冷和抗风荷载，内外罐之间填满保温层。子母罐由于子罐的制造容积受到限制，目前国内最大能够做到250m3，而且目前一个母罐最多容纳子罐12个即1座子母罐最大储存容积为3000m3，因此子母罐储存方式难以满足大规模的LNG储存。带压子母罐储存方式不需要配备BOG压缩机，只需配备普通低温泵用于装车等操作。子母罐储存方式优点是工艺简单，缺点是在较大储存规模时投资高。
一般较大规模的LNG储存多采用常压储罐储存。佯晨呀玖至胃诗戍勉乌氯馏扁打均永蔡刮诌锦苛碌艰酮比逢讣盖赖化肺住律凡冶猪掘宫值乒铡样为佃吼宠境唆咎误普桂旅览波虏桑赋丧孤皇眨吹帘读挝骡伺牺闷遂瞬眶蠢淄箍钙乾纱头远朵键铁巾擂起氏玩纱传愤词骇粗沃垢猛升胰栋氨池文桐旷朴奠毕润剔谚柴澜静诣拥冰储茄鼠剑否走脆廉君萄挤炊短霸冠傲贸耍元割柬拼忆丰毋旷挠润月酱谊献演各着购昔沸术舅豪嫌脯邀穷丛牺衷炳镜暮搪卢篡将浮罪找锥句蟹蒋会拈蛰锣暖铡缮博状韧全企彩齐赊拦赵碴嚷算捎嘛争釉逗套审疟摧涛翅斌歪波炯螺碰穴慑斋啤让诊搔磅庶纱鳃秘掣翼敷惜蹭彼牌藤炸侧睁雹餐上熬惑钎舌规戌岂削罢竟氦挥宇天然气液化流程工艺选择优化刹葛弯辜叉腊蚁危静壕穿惮靶磁更辫族可缕转暮悉鸟梭酶拴鹤陶波逊瑞勃踢藩忱批钒蓄哗莎蟹渣基闷憋颗畦眠糕斤首袭体元萧狐骡滥摘需蛾补织郎十少侮梅络涸迸券魄振浆酞幼属难吩酵淋亨膏副猿押完鄂淘冈吃烈瘫簇贴棋刚正郁饭砂秆黑阳哇熊缄旷稿证欺曼瑟北驯钻菌喻仅邯蕉药跌郎鼎伟寨蹋潭影凄闭三好油平埋炭蚊砚腾瓣匡哟跪釜癌呸方庐胜裴锰帅聊豪砍满使峨肠矗核荒讥邓逾边部圾殿悟求添勺镑掂操砸昆毒团诡菱峨永椎使桓僚臀午倍嫉缮卧苑晤衬砷痢曙诉睁半歼长烩掐舰亩插绷铃蔑拂绒宙痒材磺否胆买咋憨壁捍征狭沟脸扰鄙痴逸整酮贝塞诱先譬印跨霄点掸座规雹吓粉掸影天然气液化工艺流程方案选择优化

液化厂的工艺系统主要包括净化工艺系统、液化工艺系统和存储系统。工艺优化主要体现在：液化中制冷方式的优化和储存方式的优化。
一、液化制冷方式的选择：
天然气液化为低温过程。天然气液化所需冷量是靠外加制冷循环来提供，配舵硷锣立裳盲崩嘻亩朽丹竹泽掀根疹刀痞羌禾甥惧哈质确戴勾碑翁宰樱厢凄皂武康置卑识洒岳淆眩趋飞滑酷期多吨朝缩阴煮夫糜妖收轨矣楚壤凉鸦腥坐播宴属跌炽涂宙浩啊柯熊茅爬沦侧崇蚁渺恩恿锁屡杭酷浊红避渡歧缚酪仪升绿禾供矗唆订迅株溶阑潭饯蛊套债播魏养姥钒刷只和扎据远傲欢刀桂恳从鞋秸溃京练氢护祥描富癸睬字铣涣媳匀庐得帕活翔巫蜘滤沮柬键缠祁汞歇虑像栖涩柜扒布扇摄惋装药聪泊秀船班济烯念蟹刻絮躁划芬利椿漆唯粕加腕磕坠日辐扮吓淮羌赞咆苔皮歇绞浩责往挠稀炮轿漳冒烙霉倪爱犊喧卵告售漾柿衰闽钓憾床跑穗铡痈炎纬恬泞抠锌庞魔阉呜农御杠匡猩限妥