LNG液化裝置橇裝模塊化建造技術(shù)研究

張凱++王榮翔

摘 要：橇裝式LNG液化裝置，廣泛應(yīng)用于陸地、海上的油氣處理領(lǐng)域。該文旨在對(duì)其從設(shè)計(jì)到實(shí)施的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行介紹。從模塊化建造技術(shù)的由來、橇裝式LNG液化裝置的實(shí)例和適用場(chǎng)合、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景等方面對(duì)橇裝式LNG液化裝置的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了討論。在技術(shù)論證的基礎(chǔ)上，該研究者結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，清晰具體的展示了裝置的實(shí)現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：LNG 橇裝 模塊化 天然氣 液化工藝 三維設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TE646 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（c）-0079-01

近年來，由于環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，各國都在重視污染物排放問題，天然氣作為一種清潔、高效的能源，開始受到越來越多的關(guān)注。由于LNG（液化天然氣）可以解決氣態(tài)天然氣不利于遠(yuǎn)途運(yùn)輸?shù)膯栴}，實(shí)現(xiàn)將天然氣運(yùn)輸?shù)礁髌h(yuǎn)地區(qū)，LNG液化工廠開始興起。傳統(tǒng)的LNG液化工廠都是在項(xiàng)目所在地完成整個(gè)工廠各裝置的施工，由于項(xiàng)目場(chǎng)地大多地處偏遠(yuǎn)，配套設(shè)施困乏，環(huán)境惡劣，所以這種方式建造周期長，人力、物力消耗大，需要大量的臨時(shí)施工設(shè)施，受周邊環(huán)境影響大。所以最大限度的將建造工作放在車間預(yù)制，最大程度的減小現(xiàn)場(chǎng)施工量就成為了必然。在模塊化建造技術(shù)快速發(fā)展的背景下，越來越多的LNG液化工廠開始傾向于使用橇裝模塊化方式，橇裝式LNG液化裝置正是在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。

1 模塊化建造技術(shù)的由來

模塊化工廠建造技術(shù)最早應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域，通過將整個(gè)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)成不同的區(qū)域模塊，使這些模塊可以在陸地上多個(gè)工廠同時(shí)加工、預(yù)制，模塊建造完成后通過大型駁船運(yùn)到海上施工地點(diǎn)進(jìn)行安裝，從而將大部分建造工作放在陸地工廠，海上只進(jìn)行安裝，大大減小了海上工作量，節(jié)約大量人力、物力并降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。由于模塊化建造技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和高效性，該技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于大型油氣處理廠和礦業(yè)加工廠等陸地工程項(xiàng)目的建造中。

2 橇裝式LNG液化裝置的優(yōu)勢(shì)分析

2.1 產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)勢(shì)

由于橇裝式建造技術(shù)可將橇塊全部的生產(chǎn)、組裝工作放在車間進(jìn)行，在施工機(jī)具、施工環(huán)境上都有比較好的保證，整個(gè)生產(chǎn)過程快速、清潔、可靠，使設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量可以得到有效保證。

2.2 制造周期短

橇裝式建造可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)橇塊的并行建造，多個(gè)橇塊鋼結(jié)構(gòu)、管線的預(yù)制可以批量、同時(shí)進(jìn)行，在提高質(zhì)量、降低成本的同時(shí)，可以大大縮短建造工期。

2.3 可移動(dòng)性強(qiáng)，可整體遷移

橇裝式LNG液化工廠結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，可根據(jù)不同廠況進(jìn)行靈活布局，場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，方便未來的場(chǎng)站升級(jí)、擴(kuò)容需要。由于全部單元都是采用分體橇裝設(shè)計(jì)，橇塊通過地腳螺栓與基礎(chǔ)相連，不同橇塊之間通過法蘭連接，拆卸、吊裝方便，使移動(dòng)和運(yùn)輸更加便捷。尤其對(duì)于貧氣井區(qū)域，一處生產(chǎn)完畢后可以很方便的進(jìn)行移動(dòng)，相當(dāng)于將整個(gè)LNG工廠進(jìn)行了總體搬遷。另外各個(gè)單元通過標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)和建造，都具有標(biāo)準(zhǔn)的尺寸和構(gòu)造，可替換性強(qiáng)。

2.4 模塊化的設(shè)計(jì)

各橇塊是功能及機(jī)電控制高度一體化的單元，便于控制、管理和維護(hù)。

3 橇裝式LNG液化裝置介紹及應(yīng)用實(shí)例

與傳統(tǒng)LNG液化工廠一樣，橇裝式LNG液化裝置也需包含過濾計(jì)量、凈化、液化、儲(chǔ)存、裝車、電氣儀表控制及公用工程等單元。對(duì)于橇裝式LNG液化裝置的主要單元及各單元功能，其橇組主要包含：計(jì)量調(diào)壓橇、原料氣壓縮橇、脫酸橇、脫水脫汞橇、制冷劑壓縮橇、冷箱單元、儀表控制橇和配電橇等，包含了各工藝單元及公用工程單元。根據(jù)處理量的大小，各單元尺寸會(huì)有所差異，并且根據(jù)原料氣氣源組分的不同，單元的功能也會(huì)有所調(diào)整。

4 橇裝式LNG液化裝置適用范圍分析

橇裝式LNG液化裝置，為滿足成橇需求，其工藝管路、設(shè)備等尺寸不能過大，所以不適用于處理量大的LNG液化裝置，主要針對(duì)處理量為5 000～300 000Nm3/d的小型LNG液化工廠，主要應(yīng)用于煤層氣、管道天然氣、油田伴生氣、偏遠(yuǎn)天然氣氣田、沼氣等小型氣源地的天然氣液化，是解決邊遠(yuǎn)小氣田、油井殘氣及沼氣等回收、利用的好方法。正是橇裝式LNG液化裝置，使零散氣田天然氣的開發(fā)利用成為可能。

5 LNG液化裝置橇裝化實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 工藝原理

工藝流程是整套LNG液化裝置最核心的部分，采用何種工藝路線直接決定了各單元的功能和橇裝化的實(shí)現(xiàn)，所以工藝路線的選擇尤為重要。以橇裝式LNG液化裝置為例，其采用自主開發(fā)的MRC液化為主的一系列工藝技術(shù)，主要工藝特點(diǎn)為：

（1）采用活化胺法（aMDEA）脫酸CO2，較其他類型的胺法具有發(fā)泡小、腐蝕性小、胺液損失小等特點(diǎn)。（2）胺法脫碳裝置產(chǎn)品氣凈化度高，產(chǎn)品氣中CO2含量最低可降到1ppm。（3）采用進(jìn)口MDEA溶液，具有不易發(fā)泡、不易降解、胺液損失小、腐蝕小、對(duì)CO2攜帶量大、天然氣損失小等特點(diǎn)。（4）采用分子篩吸附，可以深度脫水，即使在低水汽分壓下仍具有很高吸附特性。（5）高效氣流分布器的吸附塔，能保證氣流更加均勻分布，可以保證吸附塔內(nèi)氣體呈活塞流狀態(tài)，吸附劑有效利用率達(dá)到98%以上。（6）采用浸硫活性炭來脫除汞，保證脫汞后的天然氣中汞含量不大于0.01μg/m3；（7）液化和制冷系統(tǒng)所選擇的工藝方法為MRC（混合冷劑）循環(huán)制冷，其能耗低，本方法是目前常用的制冷方法中能耗最低的，使產(chǎn)品價(jià)格具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。并且采用板翅式換熱器，使冷箱結(jié)構(gòu)緊湊，方便工廠內(nèi)組裝和整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。

5.2 自控方案的選擇

為了確保能有效地監(jiān)控成套LNG裝置生產(chǎn)過程，確保運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，自控方案采用就地控制和中控室DCS控制相結(jié)合的原則。重要工藝參數(shù)的顯示、控制、報(bào)警以及各機(jī)組的一般邏輯聯(lián)鎖保護(hù)控制均由DCS系統(tǒng)完成。采用冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)置確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有獨(dú)立的安全系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控，運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收。

5.3 設(shè)計(jì)軟件

橇裝模塊化建造最核心的技術(shù)是根據(jù)各系統(tǒng)工藝流程，將整個(gè)裝置分解成具有不同功能的單元模塊，在設(shè)計(jì)階段能否將裝置進(jìn)行模塊化分解是該技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵。以橇裝式LNG液化裝置為例，其設(shè)計(jì)采用英國AVEVA公司的PDMS（PlantDesignManagementsystem）即工廠三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)軟件，全比例三維實(shí)體建模，并且可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)，自動(dòng)抽圖和物料統(tǒng)計(jì)，極大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，使得模塊化分解成為可能。

6 結(jié)語

LNG作為一種清潔、高效的能源，被很多國家列為首選燃料，天然氣在能源供應(yīng)中的比例也在迅速增加。我國的小型LNG液化工廠，以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，在天然氣供應(yīng)格局中，發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)成為管道天然氣和進(jìn)口LNG的有益補(bǔ)充。相信隨著橇裝化技術(shù)的不斷發(fā)展，橇裝式LNG液化裝置將憑借其出色的功能、效益優(yōu)勢(shì)，在LNG市場(chǎng)中占據(jù)越來越重要的地位。

參考文獻(xiàn)

[1] 王修來，李柯，杜光，等.LNG站場(chǎng)模塊化建造技術(shù)應(yīng)用研究[C].第三屆中國LNG論壇.

[2] 曹文勝，魯雪生，顧安忠，等.小型LNG裝置的模塊化撬裝工藝技術(shù)[J].化工學(xué)報(bào)，2009（12）.