提高LNG工廠空冷器的運行效率及穩定性

楊琳 周曉莉 何華 張樹偉 劉曉杰

摘 要：本文結合山西某LNG工廠實際運行情況，從對LNG工廠空冷器工藝技術和運行情況的現狀調查入手，重點探究了LNG工廠空冷器運行中存在問題的解決對策及其效果。

關鍵詞：LNG;空冷器;運行效率;穩定性

1 項目背景

山西某LNG工廠日處理煤層氣200萬方，年產LNG近45萬t，集液化天然氣生產、儲存、銷售于一體，是目前國內單套處理量最大的進口裝置之一。工藝裝置引自德國林德公司的Limum?專利工藝技術，采用變頻調節技術和大型繞管換熱技術，每天能夠完成60-70輛LNG槽車充裝任務，約合1200t。

2 現狀調查

2.1 脫碳單元空冷器

2.1.1 工藝介紹

山西LNG工廠采用德國BASF生產的活化MDEA（N-N甲基乙醇胺）配方溶劑對原料氣中的二氧化碳進行吸收。通過散堆填料與塔中部進入的MDEA溶液逆流接觸，二氧化碳與胺液形成弱的化學鍵，酸性氣體被有效吸附。吸附二氧化碳后的胺液聚集在胺洗塔底部成為富胺液，通過換熱后進入到胺汽提塔，被由導熱油加熱的高溫水蒸氣及二氧化碳汽提帶走富胺液中的二氧化碳，汽提后的貧胺液聚集在胺汽提塔塔釜，再經由換熱器后通過貧胺液泵（55℃）、貧胺液冷卻塔增壓、冷卻后回到胺洗塔繼續吸收天然氣中的二氧化碳，至此形成胺液系統的閉式循環。

2.1.2 運行情況

12E03及12E04兩套空冷器均采用水平鼓風式安裝，各設有一臺變頻風機及一臺工頻風機，空冷器出口溫度與空冷器運行負荷形成PID控制回路，實現環境溫度變化時的自動調節。

2.2 脫水單元空冷器

2.2.1 工藝介紹

脫水單元裝置采用兩塔流程，一塔吸附，一塔再生，再生氣取自干燥處理后的天然氣經過再生氣加熱器中的導熱油加熱到205℃，從干燥器底部進入塔內，對分子篩進行加熱再生，進入再生氣分離器將冷凝水分離出來，氣體進入再生氣壓縮機增壓重新回到脫水單元進行再脫水處理。

2.2.2 運行情況

再生氣冷卻器冷卻介質為190℃的再生氣，出口要求冷卻溫度42℃，空冷器的運行效率直接關乎到再生氣壓縮機能否正常運行，分子篩吸附和再生依照既定程序設置執行，溫度不合適將導致整個脫水單元時序控制混亂，因此要保證再生氣空冷器溫度平穩。夏季運行過程中，同樣存在換熱效率無法滿足實際運行需求的情況。

2.3 循環壓縮機空冷器

2.3.1 工藝介紹

繞管式換熱器換熱返回的混合冷劑經由MRC壓縮機一級入口分離器分離后，進入MRC壓縮機入口，進過一級壓縮后出口壓力約為2.65MPa，分離出的氣相進入MRC壓縮機二級入口，利用循環壓縮機后冷卻器41E02冷卻至42℃，進入壓縮機出口分離器分離，分離后的氣相冷劑以及液相冷劑進入繞管式換熱器為不同溫度段天然氣提供冷量降溫。

2.3.2 運行情況

41E01及41E02均為引風式安裝空冷器。山西LNG工廠MRC壓縮機采用變頻調速的離心式壓縮機，在控制系統內設置防喘振曲線，操作人員根據運行點與喘振點偏差及時調整各項參數，從而避免壓縮機發生喘振對壓縮機造成損傷。

2.4 BOG壓縮機空冷器

2.4.1 工藝介紹

系統內的BOG主要來源于LNG儲罐受熱蒸發氣、裝車返回氣、工藝節流產生氣等，BOG含量約為80-90%的甲烷，10-20%的氮氣，根據儲罐的液位、裝車數量不同，每天的產生量大約在3萬-5萬標方。

2.4.2 運行情況

BOG壓縮機空冷器采用水平引風式安裝，由于該空冷器為壓縮機撬內設備，未設置溫度與空冷器負荷的閉環控制，因此如何實現BOG壓縮空冷器溫度的自動調節成為需要解決的問題。

3 制定對策

3.1 針對夏季空冷器運行效率無法滿足設計需求的解決對策

①利用物理清洗，采用高壓水槍，在距離空冷器換熱管1.2m左右，采用8-12bar的高壓水槍垂直沖洗換熱，沖去污漬;②增設噴淋裝置，采用噴淋水泵將噴淋水箱內的除鹽水輸送至位于水平放置管束上方的噴淋分配器，由分配器的噴嘴將冷卻水向上噴淋到熱管表面，使管表面濕潤并形成水膜，通過噴淋水增強空冷器的降溫效果。

3.2 針對脫碳單元空冷器12E03、12E04在冬季運行過程中存在凍堵風險的解決對策

①12E03、12E04均采用鼓風式安裝，四周均設有百葉窗，為了防止管束內結晶析出或者凝固，冬季可以根據實際情關閉百葉窗、調整風扇葉片角度，減少進入管束的空氣流量;②極端天氣情況下，即使關閉四周的百葉窗也無法保證空冷器內介質不發生凝固或結晶析出。調整空冷器電機相序以及頂部百葉窗開度，使其中的一臺空氣反向流動，建立熱風內循環。

3.3 循環壓縮機空冷器在冬季運行過程中存在受環境影響過大的情況，對主壓縮機的平穩運行造成極大隱患

選擇輕薄且耐用的材料固定在引風式空冷器風扇罩頂部，減少外界自然風直接吹向空冷器，同時保證變頻風機與外界空氣的基本換熱，從而實現引風式空冷器冬季的平穩運行。

3.4 對BOG冷卻器無法實現遠程溫度自動調節的解決對策

新增控制電纜施工難度較大，因此考慮在已有控制線纜基礎上進行技術改造。為實現BOG壓縮機冷卻器溫度的自動控制，考慮通過自動調整百葉窗的開度實現自動控制，新增氣動調節閥用以控制百葉窗開度。

4 效果驗證

4.1 針對夏季空冷器運行效率無法滿足生產需求問題的解決

采用噴淋水對空冷器降溫，可以在原基礎實現3℃的溫降，從而滿足生產運行的需求。為避免翅片上積聚水垢，應采用除鹽水作為噴淋水來源，由于除鹽水產量有限，因此噴淋水降溫僅適用于高溫天氣下間斷性進行。

4.2 針對脫碳單元空冷器冬季易凍堵問題的檢查及處理

2018年1月5日胺汽提塔冷凝器12E04口溫度飆升至80℃，胺汽提塔塔壓遠高于正常運行指數，經過商議，調整工頻電機相序以及四周百葉窗開度，同時啟動兩臺風機，形成熱風循環，經過1.5個小時，12E03出口溫度逐漸降低，管束折流側絲堵回溫，胺汽提塔以及胺汽提塔回流罐壓力降低，生產逐漸恢復正常。

4.3 針對循環壓縮機空冷器在冬季運行過程中存在受環境影響過大的情況，對主壓縮機造成隱患的問題解決效果

通過增設工頻風機的隔離苫布，維持了MRC壓縮機冷卻器出口溫度在34℃以上，溫度控制在相對合理范圍內對MRC壓縮機運行的保護。增設隔離苫布后，將溫度控制在合理范圍內，既保證了MRC壓縮機的運行偏差，也保證了壓縮機功率處于相對較低的狀態，大大降低了運行隱患，為冬季的安全生產提供了保障。

4.4對BOG壓縮機冷卻器無法實現遠程溫度自動調節的效果驗證

通過增設百葉窗自動調節裝置，為冬季以及夏季BOG壓縮機冷卻器的平穩運行提供了保障，解決了人員無法遠程調節溫度的困擾。

5 結語

通過以上各項措施的實施，實現了該LNG工廠空冷器的平穩、高效運行。直觀上的技改費用遠遠低于廠家100萬余元的價格;客觀上，空冷器的平穩運行為該LNG工廠安全運行提供了強有力的保障，對其他相同類型的LNG工廠存在著極大的借鑒意義。

參考文獻：

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作者簡介：

楊琳（1984- ），男，漢族，河北省任丘市人，學歷：本科，現有職稱：工程師，研究方向：液化天然氣生產與運行。