基于LNG高壓液化射流的思考

唐陌澤　張博威　唐溪潞

摘 要：天然氣儲量豐富，發展迅速，是目前研究最廣泛的燃料。我國未具備大規模液化天然氣系統工程實踐，天然氣液化技術的發展可緩解我國天然氣資源分布不均的矛盾。近年來液化天然氣LNG的研究應用受到了各界關注和重視。本文則側重對高壓射流技術應用于液化LNG的意義進行探索，結合實際情況應用分析高壓射流技術應用的優化和技術要點。

關鍵詞：液化天然氣;高壓射流;技術應用

目前我國對小型天然氣液化裝置的研究，一部分引進國外技術，一部分自我研發。天然氣液化的工藝流程其核心是制冷，根據制冷方式不同可分為級聯式液化、混合制冷劑液化和帶膨脹機的液化三種基本流程。而高壓射流技術對天然氣液化流程十分重要，在經濟性、實用性等方面具有優勢，其液化率高，成本低。

一、高壓液化射流在天然氣液化的應用意義

（一）高壓液化射流設備優勢

高壓射流裝置便于安裝，模塊化，撬裝化，對于小型LNG液化裝置十分實用。其制冷部件引射器結構簡單，不易磨損，可長期使用，當高壓天然氣進入時，引射器高速膨脹，將低壓返流氣吸入并增壓，可取代一臺增壓壓縮機運轉，降低投資成本，經濟效益良好，運行過程中產生的BOG引射器能直接將其吸至冷箱重新液化，使得產量提高，節能減排，經濟效益增加，天然氣液化率高，未液化雜質將定時排放，回收利用。冷機啟停時間快，起停簡單，是目前全世界最快的LNG啟動工藝，可以減少能耗及甲烷損失，能更好解決氣源不穩定的問題。冷箱內部換熱器換熱效率高，冷量損失小，循環氣與原料氣溫度能保持一致。換熱器采用管殼式換熱器，對比板式換熱器，不易冰堵，適合任何甲烷含量的氣源。裝置操作方便、設備維護量少，經濟型強，對于天然氣液化流程從前期準備、投資使用、維護維修等方面都具有較強的實用性、經性。

（二）高壓液化射流與其它液化工藝對比

高壓射流液化工藝相比于氮膨脹工藝和MRC工藝，高壓射流制冷工藝最為簡單，膨脹制冷工藝較復雜，MRC工藝最為復雜;當BOG處理量較大，高壓射流裝置處理時，理論能耗較低，膨脹制冷和MRC制冷通過回流方式處理，理論能耗較高;膨脹制冷和MRC制冷在液化過程中氮氣不凝氣排出，高壓射流工藝一次液化率只有30%，其余氣體作為循環氣，原料氣中氮氣含量越高，不凝氣循環量將增高，能耗將上升;高壓射流液化工藝更適用于小規模，MRC工藝全部適合，更趨向于大規模;高壓射流液化裝置機組少，流程簡單，設備穩定性更好，運轉設備簡單，效率高，啟動時間快，甲烷回收率更高，冷箱冰堵概率更低，占地更少。在經濟上，BOG處理量16t/h時MRC制冷年運行冷消耗最低，高壓射流制冷年運行消耗較高，膨脹制冷年運行消耗最高;導致MRC制冷利潤最高，膨脹制冷利潤最低;隨著BOG處理量減少，高壓射流經濟性越高，當BOG處理量小于2t/h時，高壓射流費用現值低于MRC，經濟性最高。由于MRC和膨脹制冷的主要投資為冷箱及壓縮機，高壓射流引射器相當于壓縮機作用，在處理量小時，投資能相對更低具備最佳經濟優勢。

（三）高壓液化射流的前景

膨脹制冷和MRC制冷技術成熟，應用范圍廣，技術壟斷性弱，而高壓射流技術相對欠缺，應用較少。現有設備來源于俄羅斯，技術壟斷性強，國內相關技術開發空間足，可供應用市場多，具有研究價值。高壓水射流技術成熟，拉瓦爾噴管技術成熟，可供研究參考。高壓液化射流對于天然氣液化相比于其他液化工藝在小規模工程中更有優勢，發展空間以及未來收益更強。

二、高壓射流技術應用優化及技術要點

（一）高壓射流液化技術現狀

俄羅斯首先提出填天然氣高壓射流液化技術。俄羅斯冷箱設備流程，將天然氣原料通入凈化撬，將雜質排放，剩余氣體部分通入聯合壓縮機將氣體液化于A-1，用制冷機撬于A-2循環進行降溫，降溫后放置于A-3，液化成功放置于A-5，未液化完成氣體通入A-4再次循環到聯合壓縮器，對于A-5當溫度不足時可能氣化，將氣體再次循環到A-1。此設備引入兩個引射器，對于揮發氣體進行二次加壓液化，最終液體流入儲罐。

由上方分析可知，在國外對于天然氣的射流液化技術的研究也存在很大空缺，其缺點的關鍵位置同國內一致，主要在于引射器部件的工業設計。

（二）高壓射流的應用優化

可對對于引射器結構進行設計，包括引射器出口管徑、形狀、路由等管道設計進行模擬，且管道在相同壓力、溫度等情況下天然氣液化效率測定;對于引射器材料進行選擇，包括引射器入管口、路由、出管口等部位選取不同材料，模擬分析天然氣液化效率;對于引射器進行不同壓力大小、加壓部位的模擬，得到天然氣液化率關于壓力的曲線圖;同時可通過對國內外拉瓦爾噴管的調研，提取核心技術，對高壓射流液化技術分析、應用、優化;皆可利用HSYS，Fluent軟件模擬LNG射流過程中天然氣液化效率，得到較為精準的引射器液化效率模型。分析現有裝置的不足，結合數據分析后進行優化設計與改進。通過軟件模擬計算出準確的引射器液化效率模型，對現有引射器進行優化設計，使現有液化天然氣通過高壓射流液化1/3的效率提高。

俄羅斯首先提出高壓射流技術，通過加壓降低天然氣溫度，實現天然氣液化，該方案對原料氣氣質要求低、甲烷回收率高、起停時間短、操作簡單等優勢，國內相關資料甚少，技術不夠成熟，有極大的改進優化空間。但是天然氣超音速脫水裝置的核心內容拉法爾噴管與引射器原理相似，且技術成熟有很多參考方向。通過改變引射器結構、材質、加壓方式等多方面因素，對液化效率進行提高。

結束語：

總而言之，高壓液化射流技術對天然氣液化有著十分重要的意義。隨著天然氣的全面開發，液化天然氣已經成為國內外重點研究方向，提高其液化效率是目前的研究熱題。其中通過高壓射流的液化方式最具有研究價值，隨著其研究的不斷深入的，天然氣整體液化效率將顯著提升，因此本文著重對高壓液化射流技術的應用前景以及改良方式做了簡要的闡述，分析其與現有液化技術的優勢，并對已有技術提出優化的方向。

參考文獻：

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