煤制天然氣項目空分裝置規模等級及配套數量的確定

毛向禹，任 巖

(中國寰球工程公司，北京 100029)

煤制天然氣項目空分裝置規模等級及配套數量的確定

毛向禹，任 巖

(中國寰球工程公司，北京 100029)

通過對煤制天然氣項目空分裝置的設備配置與設計優化的研究，在裝置規模確定、空壓機組選擇等方面的配置及優化過程中，充分論證空分裝置擬選的各主要技術方案、技術措施的安全可靠性與技術經濟性，其最大程度地降低了設備、土建、土地等一次性投資成本及生產管理、運行能耗等生產運行時的長期管理成本，最大限度地保證了空分裝置投資費用控制和連續、穩定、安全運行。

煤制天然氣；空分；規模；空壓機；能耗

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.007

某煤制天然氣項目(一期20億m3/a天然氣)的總工藝路線為：空分裝置經過精餾制得氣化裝置所需的氧氣，原料煤經篩分、干燥、研磨后制得氣化爐設計煤種，煤在氣化爐中與氧氣、蒸汽反應生成的粗合成氣進入變換裝置，變換調節成甲烷化所需的氫碳比后，經低溫甲醇洗裝置去除酸性氣體H2S 和CO2，凈化后的合成氣在甲烷化裝置進行甲烷化反應后生成CH4，最終經天然氣壓縮與三甘醇干燥后得到符合輸送管道要求的天然氣產品，并將其送入西氣東輸管網。

1 空分裝置概述

煤制天然氣項目配套的空分裝置主要作用為：向氣化裝置氣化爐燒嘴提供高壓氧氣，并提供全廠各裝置、工段所需的不同等級的氮氣產品、儀表空氣及裝置空氣。

空分裝置包括自潔式空氣過濾器、空氣壓縮機系統(包括汽輪機、原料空壓機和空氣增壓機)、預冷系統(空冷塔、水冷塔和水泵等)、純化系統(分子篩空氣凈化器)、精餾系統(增壓透平膨脹機、高低壓板翅式換熱器、規整填料塔、多層浴式或膜式冷凝蒸發器或氬增效塔)，氧氣產品采用高壓多級變頻液體泵輸送，低壓氮氣產品由下塔抽出，開車高壓氮氣由下塔抽取，并通過氮氣壓縮機增壓后送出，其余中、高壓氮氣產品采用液氮泵加壓氣化送出。

2 規模等級及配套數量的確定

空分供應商成套技術、設備生產能力及氣化氧氣需求量、投資收益率等決定空分的規模及數量。

氣化專利商提供的設計數據顯示，20億m3/a煤制天然氣項目設計煤種100%負荷工況下氧氣需求量為338 000Nm3/h。鑒于空分行業目前的發展現狀及國內外空分設備成套供應商的業績，本著空分裝置須安全、操作簡便、穩定、可靠性高、能耗低、投資低等，項目擬采用4套85 000Nm3/h規?？辗盅b置或6套57 000Nm3/h規?？辗盅b置。

國外深冷行業知名公司的運行分析統計數據顯示，空分裝置85.2%的非計劃故障停車是由大機組故障(空壓/增壓機組～37.8%，汽輪機組～32.4%，膨脹機組～15.0%)引起的，13.8%的非計劃故障停車是由低溫分離冷箱(～7.4%)及分子篩純化系統(～6.4%)故障引起的。

空分三大機組空壓機、汽輪機、增壓機的成熟度、安全可靠性、操作性、工作效率、操作費用、能耗、交貨周期等，影響著空分裝置的穩定運行、建設進度、能耗及經濟性等，因此，通過對不同規?？辗盅b置配套的三大機組進行技術經濟比較，則可反映出空分裝置整體的技術經濟性。

目前曼透平公司、西門子公司占有全球絕大部分80 000Nm3/h(O2)等級及以上空分裝置的空壓機、增壓機、汽輪機市場，業績見表1。

表1 業績對比表

目前在國內80 000Nm3/h(O2)等級以上的空分裝置合同中，除神華寧煤項目12套100 000Nm3/h(O2)內壓縮空分裝置中的一套空壓機組，是采用沈陽鼓風機集團股份有限公司的空壓機MAC160(軸流加離心式)+增壓機SVK40(齒輪組裝式離心式)+汽輪機HNKS71/3.0(杭汽雙出軸)外，其余空分裝置基本上采用曼透平空壓機RIKT160(單軸)+增壓機RG56+汽輪機DK100/220R(雙出軸)或空壓機AR115(軸流加離心式)+增壓機RG56+汽輪機DK100/250(雙出軸)、西門子空壓機STC-GV200(齒輪離心式)+增壓機STC-GV20(齒輪離心式)+汽輪機SST-600(雙出軸)或空壓機STC-SR450(軸流加離心式)+增壓機STC-GV32(齒輪離心式)+汽輪機SST-600(雙出軸)的產品。

2.1 機組配置比選

方案1為4×85 000Nm3/h (O2)規模，分別對西門子STC-SR型軸流離心式空氣壓縮機+STC-GV型整體多軸齒輪式空氣增壓機與曼透平RIKT160型單軸離心式等溫壓縮機+RG型整體多軸齒輪式空氣增壓機，針對進氣量和排氣量、軸功率及配套“一拖二”汽輪機的總能耗進行對比。

方案2為6×57 000Nm3/h (O2)規模，分別對配置西門子STC-GV型整體多軸齒輪式空氣壓縮機+STC-GV型整體多軸齒輪式空氣增壓機與配置曼透平RIKT125型單軸離心式等溫壓縮機+RG型整體多軸齒輪式空氣增壓機，針對進氣量和排氣量、軸功率及配套“一拖二”汽輪機的總能耗進行對比(見表2)。

表2 三大機組技術對比表

注：參數由機組供應商提供。

由上表可得，配套曼透平的單軸等溫全離心式壓縮機效率較高；方案1較方案2的總能耗更低。故從技術方面考慮，選擇方案1為主方案。

2.2 投資方面比選

方案1為4×85 000Nm3/h(O2) 規模，方案2為6×57 000Nm3/h(O2)規模，分別對配置西門子與配置曼透平三大機組的機器投資、附屬設備投資、土建安裝投資進行對比(見表3)。

表3 裝置投資對比表

由上表可得，與西門子軸流離心式相比，配套曼透平的單軸等溫全離心式壓縮機，其結構更簡單、質量較輕，造價也較低；方案1中機器投資雖較方案2高，但比較配套工程及其他設備，其總投資更低。故從投資方面考慮，選擇方案1為主方案。

2.3 其他方面比選

方案1為4×85 000Nm3/h(O2) 規模，方案2為6×57 000Nm3/h(O2) 規模，分別對裝置建設進度、占地面積、負荷能力、運輸尺寸等進行對比(見表4)。

表4 其他項目對比表

由上表可得，因方案1所配套的設備套數較方案2的少，設備制造、安裝周期都較短，占地面積、操作維修人員配備較少，故障概率也較小。方案2的產品調節范圍較大，單套故障狀態下對整個裝置的供氣穩定影響程度較小。

3 結語

綜上所述，從技術、投資、進度、運行維護等多方面對4套85 000Nm3/h規模與6套57 000Nm3/h 規模配置進行了詳盡對比，4套85 000Nm3/h規?？辗盅b置配套3大機組的總能耗更低，結合配套工程及其他設備的總投資也更低，設備制造、安裝周期都較短，占地面積、操作維修人員配備較少，故障概率也較低。故空分裝置的規模等級及配套數量確定為4套85 000Nm3/h等級配置。

修改稿日期： 2017-02-09

Determination of Scale and Matching Quantity of Air Separation Plant for Coal-based Natural Gas Project

MAO Xiang-yu，REN Yan

(ChinaHuanqiuContracting&EngineeringCo.，Ltd.，Beijing100029，China)

Through the research on the equipment configuration and design optimization of the air separation plant of the coal-based natural gas project，this essay fully demonstrates the safety，reliability，and economic efficiency of mainly considered technical plans and measures in the process of device scale determination，air compressor unit selection and so on.This research is supposed to lower down one-time investment costs for equipment，civil engineering，land planning as well as the long-term management cost such as production management and energy consumption during operation so that the investment cost of air-separation plant can be controlled and the plant can sustain a continuous，stable and safe operation.

coal-based natural gas；air separation；scale；air compressor；energy consumption

毛向禹(1965年—)，男，湖北荊門人，1986年畢業于成都科技大學化學工程專業，高級工程師，現主要從事化工設計等工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.007

TQ116.11

B

1004-8901(2017)02-0024-03