LNG混合冷劑液化工藝改善

夏彥

【摘 要】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(fā)，通過調節(jié)MR節(jié)流閥和HMR節(jié)流閥，觀察工藝參數(shù)變化，對實際運行工況進行分析，從而找到MR節(jié)流閥和HMR節(jié)流閥調節(jié)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(wěn)操作提供理論依據，最終實現(xiàn)打產增效的目的。

【關鍵詞】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(jié)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(tǒng)，另一路經二級調壓至0.3MPa 作為燃料氣送往燃料氣穩(wěn)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(tài)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。

帶一級氣液分離器的混合工質節(jié)流流程是分離節(jié)流制冷循環(huán)中的一種形式，其充分體現(xiàn)了分離循環(huán)的基本特征。該循環(huán)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(jié)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(huán)境溫度，同時向環(huán)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(jié)流元件HMR節(jié)流閥，節(jié)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(jié)流閥，節(jié)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(jié)流閥節(jié)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(huán)。

具體說，一級氣液分離循環(huán)熱力設計除了一次節(jié)流循環(huán)需要考慮的工質組分、配比、循環(huán)壓力等參數(shù)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(huán)流程中各設備約束條件，這就存在一個優(yōu)化問題。分離后液體節(jié)流前是否進行過冷，通常過冷液體節(jié)流與飽和液體或氣體節(jié)流相比，可以減小節(jié)流過程?損失，但是實現(xiàn)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(yōu)化問題。分離液體節(jié)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(jié)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(jié)HMR節(jié)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(jié)流進入低壓回路。分離改變了循環(huán)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)分離，通過調節(jié)HMR節(jié)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(jié)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(jié)流前溫度由-139℃降低至-142℃；同時還實現(xiàn)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(xiàn)象；

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

（1）通過調節(jié)HMR節(jié)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(fā)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(yè)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。