LNG混合冷劑液化工藝改善

夏 彥/中原油田天然氣處理廠

LNG混合冷劑液化工藝改善

夏 彥/中原油田天然氣處理廠

主要通過介紹LNG撬裝混合冷劑液化工藝液化單元工藝，從工藝角度出發，通過調節MR節流閥和HMR節流閥，觀察工藝參數變化，對實際運行工況進行分析，從而找到MR節流閥和HMR節流閥調節依據，為液化單元設備良好工況的提供操作方法，為液化單元工藝的平穩操作提供理論依據，最終實現打產增效的目的。

工藝簡介；工藝調整；操作依據

來自井口的天然氣，首先在除砂器中除砂，然后經水套爐加熱后，經針閥節流至10MPa左右進入調壓撬。在調壓撬中首先經高壓分離器分離出攜帶的游離水、油等雜質，然后在調壓撬中經一級調壓至5MPa。經一級調壓后的天然氣進入低壓分離器，在其中分離出析出的水、輕油等后分為兩路：一路作為原料氣去往凈化系統，另一路經二級調壓至0.3MPa 作為燃料氣送往燃料氣穩定罐。

經調壓后的原料天然氣先經脫酸塔與MDEA溶液充分接觸，脫除氣體中的CO2及H2S等酸性氣體，二氧化碳控制指標要求不大于50ppm，脫酸后的原料氣從脫酸塔頂部引出，進入出口氣液分離器分離。分離的原料氣進入脫汞脫水單元的脫汞塔，脫汞塔中裝有浸硫活性炭吸附劑，可將原料氣中攜帶的汞脫除，控制汞含量≤10ng/Nm3。脫汞后的原料氣進入干燥塔脫水，干燥塔脫水采用4A分子篩，對水等極性分子有很強的吸附性，經干燥后的天然氣要求露點低于-70℃。

經凈化后的天然氣壓力由5.0MPa（G）減至4.9MPa（G）進入液化單元，經過預冷換熱器及中間級換熱器后被冷卻至-35℃，期間經過兩級混烴分離罐分離，分離出的液態混烴匯管后流出冷箱，經減壓后流入混烴儲罐；干氣進入深冷換熱器進一步冷卻成LNG，經減壓后流入LNG儲罐。另外，從儲罐過來的 BOG（閃蒸氣）在冷箱換熱器內回收冷量。

圖1 LNG撬裝設備流程圖

帶一級氣液分離器的混合工質節流流程是分離節流制冷循環中的一種形式，其充分體現了分離循環的基本特征。該循環結構具體由以下單元設備組成壓縮機、冷卻器、逆流換熱器、節流組件、氣液分離器、混合器。多元混合物工質由壓縮機CP壓縮到設定工作壓力1.8MPa，這時工質壓力、溫度都最高，高壓高溫工質經過冷卻器AC冷卻至環境溫度，同時向環境放熱，然后進入第一級逆流換熱器HX,冷卻后成為氣液兩相，進入相分離器SP,工質中富含高沸點組分的液相被分離出來，進入第一級節流元件HMR節流閥,節流后壓力、溫度降低，同時氣相工質進入第二級、第三級、第四級逆流換熱器HX得到進一步冷卻，最后進入MR節流閥,節流后壓力、溫度降至最低，逆流先后進入第四級、第三級換熱器HX，冷卻高壓來流工質，自身溫度升高，與經HMR節流閥節流后的工質在第三級至第二級低壓管線等壓絕熱混合，混合產物又恢復到最初的總組成，進入第二級逆流換熱器HX冷卻高壓來流，溫度進一步升高，進入相分離器SP,進一步復溫，同時冷卻高壓工質，最后低壓工質溫度-5℃左右，進入壓縮機CP低壓入口，由此完成一個循環。

圖2 混合工質液化工藝流程

具體說，一級氣液分離循環熱力設計除了一次節流循環需要考慮的工質組分、配比、循環壓力等參數外，還要首先確定氣液分離溫度，要使在給定條件下制冷機達到所需制冷溫度時效率最高，同時滿足循環流程中各設備約束條件，這就存在一個優化問題。分離后液體節流前是否進行過冷，通常過冷液體節流與飽和液體或氣體節流相比，可以減小節流過程?損失，但是實現過冷將增加換熱器的負荷，要考慮對換熱器固有換熱?損失的影響，這同樣存在一個優化問題。分離液體節流后返回低壓通道的位置，也是一個需要考慮的問題，兩種不同流體混合是一個典型不可逆過程，由相同的混合物在一定條件下分離為配比不同的汽液兩股流體，這兩股流體在完成各自流程后(均從高壓節流到低壓)又進行混合，這個混合過程是一個不可逆過程，必然存在熵增，存在?損失，無疑在等溫條件下進行混合熵增最小，但是這時可能會增大換熱器固有換熱過程的?損失，因此需要綜合考慮。

通過調節HMR節流閥，能夠降低換熱器總換熱熱負荷，因為高沸點組分大部分在氣液分離器內分離出來，在比較高的溫度（235K）節流進入低壓回路。分離改變了循環工質熱物性，減小了換熱器高溫出口溫差，進而增加了高低壓流體在室溫端焓差，在滿足所有設備運行條件時，即增加了制冷量，當然功耗會有所增加。

同時，我們主冷壓縮機采用的是帶油潤滑的壓縮機，潤滑油難免出現分離不完全而進入冷箱，如果進入冷箱低溫端，經過一個較長期的運行后，積累在低溫端的潤滑油可能會堵塞節流組件，從而引起制冷機溫度波動，影響制冷機性能，特別是會對制冷溫度在130K以下的情況造成影響，甚至出現冷箱凍堵，影響正常生產。而潤滑油在相分離器SP中，利用低壓返流工質冷量實現分離，通過調節HMR節流閥，能使在相分離器SP分離出來的潤滑油不經過低溫端而直接回流至壓縮機，避免造成冷箱低溫端油堵，影響正常生產。

通過研究出HMR節流閥的操作方法，使混合工質制冷效率提高，有效降低LNG溫度，提高了LNG產量:日處理量由5.7萬Nm3/增加至6萬Nm3/d，LNG日產量由36t/d增產至38t/d，NG節流前溫度由-139℃降低至-142℃；同時還實現了潤滑油不經過低溫端直接回流至壓縮機，解決了冷箱混合工質低溫端管線油堵現象；

本項目對LNG撬裝混合冷劑液化工藝的工藝及參數調整提供了操作方法，其作用有以下兩方面：

（1）通過調節HMR節流閥，改變氣相混合工質組分及配比，控制二三級冷箱溫差，充分了發揮混合工質的制冷效率，有效的降低了LNG溫度，提高了LNG產量。

（2）為混合冷劑液化單元操作提供了作業指導文件，有效的提高了員工的操作技能，避免了因操作不當而引起的減產、停機。