天然气液化厂用能及节能技术分析_王师婧.pdf

收稿日期:2 0 2 1-1 1-1 3作者简介:王师婧(1 9 8 9-),女,陕西富县人,本科,注册安全工程师,陕西延长石油天然气股份有限公司安全环保管理员,主要从事化工安全环保管理、安全标准化管理,QH S E体系管理。天然气液化厂用能及节能技术分析王师婧,钟 华(陕西延长石油天然气股份有限公司,陕西 延安 7 1 6 0 0 0)摘要:随着天然气液化技术的成熟,液化天然气在社会中的使用量也在不断提高,但天然气液化厂在生产过程中也需要消耗更多的能源。为了降低天然气液化厂的能源消耗,提高能源的利用效率,对天然气液化厂的用能情况进行了分析,介绍了可以采取的节能措施,对于提高天然气液化厂的节能技术水平和经济效益都具有重要的意义和价值。关键词:天然气;液化厂;用能;节能技术中图分类号:T E 0 8 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 2)0 3-0 0 7 3-0 41 引言天然气是一种优质能源,国内对天然气这一能源的需求量也在不断增加。为了满足社会对天然气能源的需求,需要降低天然气液化企业的生产成本,采取必要的节能降耗技术措施,使得天然气液化厂能够提供更多的天然气资源。天然气液化厂的基本运行原理及天然气液化厂所存在的问题进行分析,阐述了天然气液化厂的用能模型、天然气液化厂的能耗情况以及天然气液化厂中设备的用能评价指标等内容,介绍了天然气液化厂可以采取的具体节能措施,包括了锅炉的余热回收利用技术、液力透平节能技术以及阀门保温系统的应用等。2 天然气液化厂2.1 天然气液化厂概述目前对天然气能源的使用,很多时候都是采用液化天然气,这样就可以降低天然气的体积,对于天然气后期在管道系统中的存储及运输都十分有利。同时液化天然气在燃烧的过程中,也可以释放出更多的热量,能够提高能源的综合利用率。同时在液化天然气生产过程中,涉及到的处理设备类型较多,如在原料天然气净化处理工艺流程中,涉及到的设备包括分液罐、增压机、管道系统以及吸附塔等,分别对原料天然气中的酸性气体和水分进行处理。为了提高天然气液化厂的经济效益,需要对天然气液化厂中各种类型设备的能源消耗情况进行系统的分析,以便找出降低能源消耗的方法。2.2 天然气液化厂存在的问题当前天然气液化厂已经具备了较高的技术水平,但依然存在着如能源消耗高、能源利用率偏低,并且能源的回收率也偏低的情况,这些都是天然气液化厂需要加以解决的重点问题。同时对天然气液化厂在运行过程中,各种类型设备的用能情况分析相对不足,以至于不能做到有针对性地采取必要措施,提高天然气液化厂的节能效益1。我国对液化天然气的消耗量较大,需要加强液化天然气的技术创新,以便为社会提供更为充足的液化天然气,满足工业生产和居民使用的需求。我国在液化天然气技术领域中,特别是在节能技术领域中发展还相对不够成熟,存在着较大的发展和进步空间,需要投入更多的研发成本和研发人才,进一步加快对液化天然气节能技术进行创新和研究。2.3 天然气液化厂的研究现状目前,国内外对天然气液化厂的节能技术已经开展了相应的研究,并取得了一定的研究成果。若是由于天然气液化厂排放的尾气温度较高,含有较高的能量,具有较高的余热回收潜力,可以对天然气液化厂所排放的尾气进行回收利用,并将产生的蒸汽给天然气液化厂的其他装置使用,从而降低天然气液化厂液化装置、净化装置等的能源消耗。可以采用增加余热锅炉的方式,对排放的尾气进行回收利用,这种节能技术措施在天然气液化厂的生产实际中也得到了应用,并且取得了较好的节能应用37 2 0 2 2年第1 1期内蒙古石油化工效果。3 天然气液化厂的用能分析天然气液化厂在实际生产过程中,用能的类型也相对较多,包括了电能、蒸汽、天然气等,根据天然气液化厂中不同的用能设备,需要采用到上述不同的能源类型。对于蒸汽的用能设备,包括了给锅炉进行加热的加热器、抽空器等,需要对这些设备进行详细的用能分析,并采取相应的节能技术措施加以应对,降低天然气液化厂的能源消耗。3.1 天然气液化厂的用能模型节能在当今社会中得到了很多人的重视,在天然气液化厂中也开展了很多用能分析,并采取了相应的节能降耗措施。在对天然气液化厂进行用能分析之前,首先需要构建出热平衡模型。该模型主要是以热效率为天然气液化厂用能的关键评价指标,采用热力学第一定律作为模型的基础。热平衡模型在用能分析领域及很多企业中得到了应用,通过应用该模型,可以对企业中能量的流入及流出进行详细且系统的分析,并计算企业在经营过程中发生的能量损失情况。同时在天然气液化厂的用能分析中,可以借助三环节分析法,这一用能分析方法也在实际应用中取得了较好的应用效果2。对于该分析方法中的三个不同环节,主要是能量的转化环节、能量的利用环节以及能量的回收环节,从而将天然气液化厂中较为复杂的用能环节加以划分。经过采用这种分析方法简化之后,就可以使用能分析过程能够按照能量的变化过程进行开展。对于天然气液化厂的用能模型,可以采用下式(1)加以表示:E入+E回收+E供=E出+E排+E回收(1)在上式(1)中,E入为原料天然气中所最初带入的能量,E回收为系统所回收过来的能量;E供为能源系统所供给的能量;E出为天然气在完成液化之后所含有的能量;E排为当天然气在完成液化之后所排出的尾气中含有的能量。通过该热平衡公式,可以对天然气液化系统或者是天然气液化设备进行热平衡分析,并以热效率的高低,来评估天然气液化系统的用能情况。如果热效率这一指标值越大,则说明天然气液化厂对能源的利用效率越高,所损失的能源量越少。3.2 天然气液化厂的能耗对于天然气液化厂的能耗评价,可以采用综合能耗以及单位综合能耗来加以评估。对于天然气液化厂的综合能耗这一指标,主要是指天然气液化厂中所有设备所消耗的能源总和,可以用下式(2)加以表示E=ni=1(eig Pi)(2)在上式中,E表示该天然气液化厂中所有设备的综合能源消耗;n为天然气液化厂中需要消耗能源的设备总数;ei为第i种液化设备所需要消耗的能量;Pi为第i种液化设备消耗能量的折算值,可以按照标准煤中所含能量进行折算。同时还可以采用单位综合能耗这一指标来进行评估分析。这一指标的意义是指在某一个统计期间内,天然气液化厂在处理体积在一万立方的天然气过程中,所需要消耗的能量。EP=E/QP(3)在上式中,EP为该天然气液化厂在对原料天然气进行液化处理过程中所需要消耗的单位总和能源;QP为该天然气液化厂的原料天然气处理量,以一万立方米作为计算单位。通过这两个指标,就可以对天然气液化 厂的用能情 况进 行 相 应 的 评 估分析。3.3 天然气液化厂中设备的用能评价在天然气液化厂进行生产过程中,包括了多种不同类型的设备,需要对各种类型的设备能源消耗情况进行分析。在天然气液化厂中需要消耗能源的主要设备类型包括了加热炉、泵机组以及锅炉等,这些都是天然气液化厂中的主要用能设备,需要对上述几种用能设备进行详细而系统的分析3。首先对于泵机组的能源消耗进行分析,对于泵机组的使用效率,可以采用机组的有功功率和电动机所输入的功率比值来加以评估,如下式(4)所示:=(P出g P入)g G3.6 N入1 0 0%(4)在上式中,为天然气液化厂泵机组的使用效率,P出为天然气液化厂泵机组在出口处的压力,单位为兆帕;P入为天然气液化厂泵机组在入口处的压力,单位为兆帕;G为天然气液化厂泵机组的流量,单位为每小时立方米;N入为天然气液化厂泵机组中所采用到的电动机输入的功率,单位为千瓦。同时锅炉也是天然气在液化处理过程中的关键设备,由于原料天然气中含有较多的杂质,需要对天然气进行净化处理之后,再进行液化操作。在对原料天然气进行净化时,需要把握好液化天然气的净化标准,一般在净化工艺技术体系中,存在以47 内蒙古石油化工2 0 2 2年第1 1期 下几点主要的技术标准:一是应将原料天然气中存在的固体杂质加以去除,二是需要去除掉原料天然气中的酸性气体和水。三是硫化氢以及二氧化碳的含量应该在允许的范围内,同时重烃的含量也不能过高,这些都是液化天然气主要的技术标准。在对天然气进行净化过程中,需要采用到锅炉设备,锅炉设备的效率主要是指锅炉设备所利用的能量与所消耗能量之间的比例。其中所消耗的能量,也就是锅炉在燃烧过程中所消耗的燃料能量。对于锅炉使用效率的测定,可以采用反平衡及正平衡法,其中在反平衡法中,需要计算出锅炉中的各项能量损失,从而得出所需要的热效率,计算公式如下式(5)所示。2=1 0 0%-(q1+q2+q3)(4)在上式中,2为采用反平衡法所计算出来的锅炉效率;q1为排烟所导致的热量损失;q2为由于没有完全燃烧导致的热量损失数值;q3为在散热过程中所造成的热量损失。在对原料天然气进行净化过程中,脱水工艺是重要的净化流程,在该工艺流程中,需要锅炉的参与,主要包括了两个部分,即脱水以及再生。从吸附塔的塔顶处出来的天然气,在对其经过分子筛吸附之后,并采用干燥器进行过滤,加入到液化处理功能单元中。当上述原料天然气处理步骤都已完成之后,再生气会经过干燥器的顶部位置上出来,并当完成冷却处理之后,会进入到再生气分液罐当中。4 天然气液化厂的节能技术分析在目前的天然气液化厂中,还存在着较大的节能潜力,需要采取必要的节能技术措施,对节能潜力进行充分挖掘,提高天然气液化厂的生产经济效益,同时节能技术水平也是衡量天然气液化厂先进程度的重要参考指标。4.1 锅炉的余热回收利用在天然气液化厂运行中,所排放的尾气温度相对较高,在尾气中含有大量的能量,如果直接将该尾气排放,则会导致很多能量出现浪费。为了提高天然气液化厂的节能效益,需要对这些所排放的尾气进行回收利用,从而产生更多的蒸汽,并节约燃料天然气的使用量,下图1为锅炉的余热回收利用示意图。图1 锅炉的余热回收利用示意图 在余热锅炉的组成结构中,主要采用的是自然循环的方式,在组成结构上包括了汽包、液包以及余热锅炉的主体等。在锅炉的余热回收利用过程中,温度较高的尾气首先进入到锅炉系统当中4,并经过过热器的处理之后再从锅炉系统中流出,最后通过系统中的烟囱排放出去,这样就能够对余热锅炉中的能量进行回收利用。为了使得余热锅炉具备更好的能量回收利用效果,需要对余热锅炉的整体结构进行改进,可以采用多级过热器所组成的并联结构。对于锅炉的余热回收利用系统中的蒸汽过热器,也可以采用多级进行串联或者是并联的结构。通过对能量回收利用系统结构的改进,也可以使得尾气中的气流能够较为均匀,从而更好地进行能量的回收利用。4.2 液力透平节能技术在天然气液化厂的生产过程中,需要脱出掉原料天然气中的二氧化碳、硫化物等,以保证后期在液化过程中天然气的质量。在脱硫处理功能单元中,配置了多台液力透平设备,并经过离合器、电机、贫液泵等流程的处理之后,完成对原料天然气的加工。在脱硫处理功能单元中,利用液力透平设备,能够起到很好的节能效益,可以很好地实现对能量的回收。如果天然气液化厂中的液力透平装置无法正常使用,如发生了调节阀内漏的情况,则57 2 0 2 2年第1 1期王师婧等 天然气液化厂用能及节能技术分析将会使得天然气液化厂对电能的消耗明显增加,并加重了天然气液化厂的运行成本。为了提高调节阀在使用过程中的安全性,可以对调节阀所采用到的材质进行升级,提高调节阀的耐腐蚀性,从而延长调节阀的使用寿命。4.3 压缩机的节能技术压缩机是天然气液化厂中的重要用能设备之一,也是天然气液化技术体系中的重要环节,在压缩机这个环节中采取节能措施,可以使得天然气液化厂取得较好的节能效益。液化天然气的阶式制冷工艺是目前在实际中应用十分广泛的天然气液化技术,在国外也得到了很广泛的应用。但这种天然气液化技术的投资相对较高,并且对液化天然气所需要采用到的设备数量提出了较高的要求,这样在液化天然气的过程中,所需要的占地面积也较大。在该工艺技术中,需要采用到压缩机,如丙烷压缩机和乙烯压缩机,这些设备也需要消耗较多的能量。可以在压缩机中采取电气控制技术,以优化压缩机这一设备的运行,提高压缩机对能源的消耗,这样也可以起到很好的降低能源消耗的作用,在实际应用中可以对压缩机进行节能改造,更换为变频控制元件,从而起到节能的效果。4.4 阀门保温系统的应用在安全阀中可以在外部采取保温措施,可以采用内层岩棉的方式进行保温。一般阀门在户外的环境条件下,如果因外力破坏而导致雨水深入到安全阀的保温层当中,则会使得保温层的保温效果大大降低,并造成大量的能源损失。一旦保温层出现了损坏,则将难以修复,为了降低保温层在使用过程中的可靠性,可以对安全阀的保温层进行优化。首先,在保温壳体材料的选择上,如果采取铝作为材质,则容易导致热量通过铝散发,并且铝材质的外壳在经过多次拆卸之后,也容易出现闭合不够严密的情况。为此可以采用玻璃钢作为安全阀保温层的材质,这种材料的强度相对较高,并且导热性能较差,是一种热的不良导体,能够起到很好的保温作用。强度高就不容易出现外壳损坏的情况,能够有效降低出现热量损失的概率。同时这种玻璃钢的保温外壳可以实现重复利用,并且在维护过程中也方便进行更换,下图2为玻璃钢保温壳的实物图。图2 玻璃钢保温壳的应用 上述所介绍的几种天然气液化厂节能技术措施,都在实际天然气液化生产中得到了应用,并取得了较好的应用效果,可以有效降低天然气在液化生产过程中的能量损失,提高能量的利用效果。今后应在天然气液化厂中积极引入更多的新技术,以便推动天然气液化厂节能技术改进和升级,并在一定程度上提高天然气液化厂的生产经济效益。5 结论天然气在液化生产中,需要消耗的能量相对较大,需要采用必要的节能技术措施,降低天然气液化厂对能源的效率,提高液化厂的能量利用效率。上述分析的天然气液化厂用能及节能技术,可以在实际的天然气液化生产中加以应用,从而更好地推动天然气液化技术水平的提高。参考文献1 侯君龙.天然气液化工厂工艺技术及设备国产化概 述 J.中 国 化 工 贸 易,2 0 1 8,1 0(3 2):1 3-1 5.2 刘佳,白改玲.中小型天然气液化工厂B OG压缩机技术和经济分析J.2 0 2 2(2):7 6-7 9.3 路绳治.天然气液化工厂生产中主要危险因素分析及控制对策J.化工中间体,2 0 1 9(3):4 3-4 4.4 王勇.某天然气制氨厂合成气工艺的节能技术研究J.节能与环保,2 0 1 9(8):2 7-2 9.67 内蒙古石油化工2 0 2 2年第1 1期