顧棟（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

淺談液化天然氣工廠設計管理

顧棟
（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口數(shù)量逐漸增加，對能源需求越來越大，同時在也增加了有害物體的排放量，增加空氣中的污染物給環(huán)境帶來嚴重的挑戰(zhàn)。在如此在嚴峻的形式下，大家越來越重視對能源的有效利用。本文將對液化天然氣工廠的設計環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)進行分析，并對一些重點環(huán)節(jié)提出相應的改進措施。

液化天然氣 設計 管理

1　前言

建設天然氣液化工廠，投入的固定成本非常高，而可變運營成本和單位產(chǎn)品的變動成本相對較低，總體上分攤費用較高。因此，在建設液化天然氣工廠項目的前期，必須對其涉及到的相關內容進行研究與分析。本文對目前液化天然氣工廠的設計和管理進行了分析，并對一些方面提出了優(yōu)化措施，對液化天然氣工廠建設的開展具有一定的實際指導意義。

2　淺談液化天然氣工廠的設計及優(yōu)化

現(xiàn)代LNG（液化天然氣）工廠在液化流程、EPC費用以及其它的輔助服務方面大大減少了投資，但基礎設施費用基本變化不大。因此，設計合理的LNG工廠，需遵守一些基本的設計規(guī)則。

2.1酸性氣體和液化天然氣的處理設計

天然氣中含有的H2S和CO2統(tǒng)稱為酸性氣體，它們的存在會增加對金屬管道和設備的腐蝕，影響其使用壽命，因此，在設計中的酸性原料氣需要清除CO2、H2S和硫醇等等［1］。并且如果不清除，更嚴重的，在天然氣液化過程中所產(chǎn)生的CO2會形成干冰，堵塞管道和設備，或者釀成嚴重的生產(chǎn)事故，并且含H2S較多的天然氣，燃燒時會出現(xiàn)異味，污染環(huán)境，影響人們身體健康。如果除酸氣設備（AGRU）、脫水和脫硫醇設備被優(yōu)化集成為一種設備進行工作，就可以使去除雜質的資本消耗降到最低。而除去天然氣中酸性氣體常采用的有化學吸收法和物理吸收法。化學吸收法是基于可逆的化學變化，對富液中的酸氣進行吸收，當溫度增高、壓力降低的同時，混合物中就會自然釋放出酸氣。而物理吸收法是在有機溶劑對原料氣中酸性成分的物理吸收的基礎上，讓它們進行脫離，溶劑的酸氣負荷正比于氣相里酸性成分的分壓。當富液壓力得以下降的時候，會立即將酸性成分釋放出來。

2.2液化過程的設計優(yōu)化

液化流程設備的投資占LNG工廠總投資的32%，直接影響到NLG工廠建設及其運行的經(jīng)濟性。并且天然氣液化裝置投資龐大，在進行天然氣的液化工藝流程設計時，要考慮的因素有很多，而L NG工廠中最主要的工藝流程是液化流程。天然氣液化工藝是利用外加冷源和自身壓力使氣態(tài)天然氣轉化為液態(tài)的工藝過程。就丙烷預冷混合制冷劑液化流程的設備投資情況而言，壓縮機/驅動機、換熱器與分餾塔的投資所占的份額分別為58%、36%和6%，由此可見，壓縮機/驅動機是投資的重點，是衡量工廠經(jīng)濟性的主要因素。天然氣液化流程的選擇將直接影響到天然氣液化工廠建設及運行的經(jīng)濟性，需要綜合考慮投資、能耗、可靠性、安全性等因素［2］。液化工藝的優(yōu)選要針對原料氣的氣質和輸入壓力，以降低能耗、流程設計簡單、設備少、成本低為目標，選擇出最優(yōu)的液化工藝流程。特立尼達LNG工廠采用了菲利浦石油公司的級聯(lián)式液化技術，打破了為年代以來丙烷預冷混合制冷劑液化循環(huán)一統(tǒng)天下的局面，也給其它的公司提供了參考。但是，就目前來說，大部分LNG工廠采用高效的丙烷預冷混合制冷劑液化流程。一些新型的液化流程由于具有流程簡單、建設周期短、投資少、收益快的優(yōu)點，很適用于小型的LNG項目。

2.3廢熱利用裝置的設計應用

在液化過程和動力區(qū)，有大量的熱量從燃氣輪機的排氣管內溢出。在本設計中，使用蒸汽為工藝用熱補償熱量、驅動機械以及發(fā)電。工藝用熱的量取決于原料氣中酸氣雜質的濃度。一般利用低壓蒸汽為酸氣溶劑的再生提供熱量。而相對于動力需求，所需的工藝用熱決定了全部流程中燃料效率的最大潛力。在燃氣輪機排出氣中所含的部分熱量可以回收用于生成高壓蒸汽。其后，高壓蒸汽通過背壓式蒸汽輪機膨脹后轉變?yōu)榈蛪赫羝蛣恿Α．敓崃?動力的比值達到了1.2，通過背壓式蒸汽輪機膨脹的高壓蒸汽和凝汽式蒸汽輪機產(chǎn)生的余熱能夠產(chǎn)生工藝流程所需要的全部熱量。而當所需的熱量/動力比值較高的時候，由于需要加熱蒸汽，所以不能利用凝汽式汽輪機產(chǎn)生動力，且僅有部分蒸汽在背壓式蒸汽輪機中膨脹為低壓蒸汽。此時，如果需要更多的熱量，就需要額外的燃料。而當需要熱量與動力的比值小于1.0時，所產(chǎn)生的高壓蒸汽能夠產(chǎn)生大量的額外驅動力。蒸汽輪機能夠替代丙烷壓縮機的驅動器，與燃氣輪機相比，這個方案的可行性很強。

3　淺談液化天然氣工廠的管理及優(yōu)化

天然氣是一種優(yōu)質能源，其主要成分是甲烷，具有燃燒熱值高、污染少的特點。發(fā)展我國的LNG工業(yè)，可以有效利用天然氣資源，改善我國以煤炭為主的能源結構，減少環(huán)境污染，解決能源供應日趨緊張的局面。因此，了解天然氣工程的管理及優(yōu)化就顯得尤為重要。

3.1生產(chǎn)線路的管理

LNG工廠的總產(chǎn)量與單線生產(chǎn)規(guī)模的增加，都可以減少LN G工廠的投資。一般說來，出于生產(chǎn)可靠性的考慮，NLG工廠配置不只一條生產(chǎn)線。在生產(chǎn)線數(shù)目相同的情況下，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，投資費用的增加并不明顯，所以增加單線生產(chǎn)規(guī)模，可以收到最大的規(guī)模效益。在總產(chǎn)量一定時，單線生產(chǎn)規(guī)模的擴大可以減少生產(chǎn)線的數(shù)目，不僅縮短了工廠建設周期，還節(jié)省了大量設計、采購和建設承包商的費用。但是，這并不意味著所有情況下生產(chǎn)線的規(guī)模越大越好。NLG工廠的生產(chǎn)規(guī)模要受到天然氣資源的儲量和LNG市場需求情況的制約［3］。因為，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大也可能會帶來產(chǎn)品銷售的問題。但是，隨著LNG工廠設計和管理經(jīng)驗日趨豐富，同時LNC市場的供貨渠道也不斷增加，這都減少了配置多條生產(chǎn)線保證產(chǎn)品供應的重要性。在天然氣儲量和NLG市場需求不足以滿足多條生產(chǎn)線要求的情況下，可以考慮只配置一條生產(chǎn)線，以后條件許可時再擴建生產(chǎn)線的規(guī)模。

3.2設計余量的管理

現(xiàn)代NLG工廠的設計是在吸取了30多年來LNG工廠的設計、運行經(jīng)驗的基礎上逐漸發(fā)展起來的。而在LNG工業(yè)發(fā)展早期，由于技術不成熟，設計原則較為保守，設計余量取值較大。它基于生產(chǎn)者和購買者之間達成的這樣一個共識，即完成契約的義務，保證LNG供應的安全與可靠。隨著LNG技術的發(fā)展和人們管理運行經(jīng)驗日趨成熟和豐富，工廠設計的風險系數(shù)可以適當減小。確定設計余量一般主要考慮以下因素：（1）設備的老化情況；（2）原料氣參數(shù)以及運行中流程參數(shù)的變化；（3）設計誤差以及設備尺寸的限制。一般而言，設技余量取為總設計產(chǎn)量的8%一12%。

4　結語

天然氣液化工廠建設對于我們國家來說，是一個比較重要的大工程。這是由于我們國家當今的能源消耗主要以煤炭為主，而燃燒煤炭會產(chǎn)生很大的環(huán)境問題。因此，我們國家正在加緊天然氣液化工廠的建設的步伐，爭取早日研發(fā)出更加合適的項目，能夠更好的去幫助我們國家對資源的開發(fā)使用。如果能夠早日順利的完成這個項目，就可以更好的為大家服務。

［1］喬國發(fā)，李玉星，張孔明，等.我國液化天然氣工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.油氣儲運，2005，24（3）：1-4.

［2］陳文煜.150萬m3/d液化天然氣工廠技術分析［J］.深冷技術，2006，22（1）：18-22.

［3］和宏明，薄立馨.投資項目可行性研究工作手冊［M］.北京：中國物價出版社，2002.