余偉++趙來++張明峰++李民星

摘 要：針對浙江LNG接收站制氮系統(tǒng)高壓機增壓時間過長、在氮氣高峰用氣時供應量不足的問題，立足于提高系統(tǒng)的可靠性，提出了增加一臺氮氣增壓機作為備用的改進方法。通過優(yōu)化儀表空氣系統(tǒng)與制氮系統(tǒng)的工藝流程，將儀表空氣壓縮機與制氮裝置串聯(lián)，利用儀表空壓機過剩的產(chǎn)能為制氮裝置提供空氣，從而生產(chǎn)氮氣，并進行了能耗分析。

關(guān)鍵詞：制氮；空氣壓縮機；化學性質(zhì)；卸船作業(yè)

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.117

氮氣由于水露點低且化學性質(zhì)穩(wěn)定，被廣泛應用于石油天然氣行業(yè)。LNG接收站管道和設備在吹掃置換時短時間內(nèi)需要大量的氮氣，比如在接收站卸船期間，卸料臂時吹掃易出現(xiàn)氮氣供應量不足的情況。由于浙江LNG接收站的氮氣增壓機性能較差且無備用，導致高壓氮氣增壓時間較長（約1.5 d），有時會影響卸船作業(yè)進度。而在非卸船期間，接收站的氮氣用量較小，空壓機組的產(chǎn)氣量過剩，空壓機運行時頻繁地加載和卸載，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成了一定的影響。

1 制氮系統(tǒng)運行情況分析

1.1 制氮系統(tǒng)流程簡介

浙江LNG接收站制氮系統(tǒng)為變壓吸附制氮裝置，配備有2臺英格索蘭IRN45K-OF A/C型空氣壓縮機，2套杭州吉大空分生產(chǎn)的JSN-100B型PSA制氮機，1臺30 Nm3/h的氮氣增壓機，1個容積為50 m3氮氣儲氣罐。PSA制氮機單套能力為100 Nm3/h，氮氣純度大于等于98.0%，PSA制氮系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

1.2 制氮系統(tǒng)設計能力

浙江LNG接收站制氮系統(tǒng)設計的供氣能力為30～530 Nm3/h。氮氣主要有3個作用：①用于設備和管道的吹掃、置換，為設備和管道的投用、檢修提供條件；②作為密封氣，用于旋轉(zhuǎn)接頭、火炬放空筒、電氣接線箱等設備，防止空氣進入密封件導致結(jié)冰或進入接線箱形成爆炸性氣體；③用作BOG壓縮機負荷調(diào)節(jié)的驅(qū)動氣源以及氣動閥門的動力氣源。

1.3 不同工況下的氮氣用量測試

1.3.1 PSA系統(tǒng)制氮能力

為了全面了解接收站PSA制氮系統(tǒng)的能力，現(xiàn)對PSA制氮裝置進行產(chǎn)能測試（測試期間未運行增壓機）：將氮氣空壓機的目標壓力設置為0.92 MPaG，運行2臺空氣壓縮機和2套制氮機，測試時保持氮氣管網(wǎng)用氮量維持在200 Nm3/h左右。測試過程中觀測到空壓機出口壓力維持在0.80～0.86 MPaG運行，PSA制氮機的出口壓力為0.72～0.78 MPaG，單套制氮機的出口流量（金屬管浮子流量計）為75～110 Nm3/h，氮氣管網(wǎng)的壓力維持在0.69 MPaG。單套制氮機的兩個變壓吸附塔的切換時間為1 min，切換時，單套制氮機的產(chǎn)量在75～110 Nm3/h間波動。

測試結(jié)果表明，2臺PSA制氮機的制氮能力為150～220 Nm3/h，當下游用戶的氮氣用量為200 Nm3/h時，氮氣管網(wǎng)的壓力維持在0.69 MPaG左右，制氮系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

1.3.2 非卸船工況下的氮氣用量測試

運行1臺空氣壓縮機和1套制氮機對設備制氮能力進行測試，裝置供應的氮氣滿足用戶的需求。測試期間氮氣使用對象主要有卸料臂、槽車裝車臂旋轉(zhuǎn)接頭密封、7臺低壓泵、5臺高壓泵電氣接線盒密封、高壓壓縮機填料密封、火炬筒密封、槽車裝車臂吹掃。

1.3.3 卸船工況下的氮氣用量測試

卸船期間，LNG接收站對4條卸料臂進行了吹掃置換，在短時間內(nèi)需要用到大量氮氣。此時，用氮量達到峰值，通過DCS系統(tǒng)記錄卸料臂吹掃時氮氣用量，圖2為吹掃1條液相臂時氮氣流量趨勢圖。

從卸料臂吹掃時用氮量測試記錄可知，卸船期間接收站氮氣用量峰值可達600 Nm3/h左右，用氮量范圍在250～600 Nm3/h，平均用量約為350 Nm3/h。正常情況下，卸料臂吹掃時間為1.5 h左右，則吹掃卸料臂的氮氣用量為525 Nm3。卸船期間，接收站的總氮氣用量為623.4 Nm3。氮氣增壓罐壓力從2.5MPaG降低到0.8MPaG時，可以釋放出的氮氣為850 Nm3。

2 運行模式優(yōu)化方案

2.1 新增一臺氮氣增壓機

根據(jù)制氮系統(tǒng)的運行情況，為確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，考慮新增一套能力為60Nm3/h的氮氣增壓機，從制氮裝置出口總管上新增一條1〞的管道，與原增壓機進行并聯(lián)，新增氮氣增壓機出口與高壓氮氣儲罐入口相連，兩臺增壓機即能獨自運行，又能同時運行，兩者互為備用，提高了氮氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 儀表空氣壓縮機與制氮裝置串聯(lián)運行

儀表空氣系統(tǒng)包括2臺工頻無油螺桿空氣壓縮機和2臺干燥裝置，單臺空壓機的產(chǎn)能為27.41 m3/min，運行1套空壓機生產(chǎn)儀表風即可滿足需求，但其產(chǎn)能嚴重過剩。通過改造和優(yōu)化，將儀表空氣系統(tǒng)中的空壓機與2臺PSA制氮機串聯(lián)，日常運行1臺儀表空壓機、1臺干燥裝置和1臺PSA制氮機生產(chǎn)儀表風和氮氣。

3 運行模式優(yōu)化后的效果

3.1 新增氮氣增壓機的運行效果

氣增壓機安裝后，LNG接收站可以在9.4 h內(nèi)完成對50 m3的氮氣儲罐的充裝，與單臺增壓機所需時間28.3 h相比，縮短了18.9 h，大幅度提高了氮氣使用效率，且解決了1臺增壓機出故障后無法進行增壓的問題，提高了氮氣系統(tǒng)供氮的穩(wěn)定性。

3.2 儀表空氣壓縮機的運行情況

圖3為更改流程前、后的儀表空壓機加載、卸載壓力趨勢圖。

在圖3中，10：20之前儀表空壓機的加載值為6.3 Barg。在卸載值為9.0 Barg的情況下，周期約為5min，10：20打開跨接并將加載值改為7.3 Barg，周期由之前的5 min變?yōu)?5 min，空壓機運行較為平穩(wěn)。優(yōu)化后避免了空壓機較為頻繁的加載和卸載，減少了儀表空壓機和氮氣空壓機內(nèi)排水電磁閥、入口進氣閥、出口排氣閥及各類元器件頻繁的動作，延長了各類部件的更換周期和空壓機的使用壽命。在串聯(lián)運行的過程中，儀表空氣用量保持在18 m3/h左右，下游氮氣用量穩(wěn)定在約100Nm3/h，儀表空氣系統(tǒng)和氮氣系統(tǒng)運行正常。

3.3 運行模式優(yōu)化后的節(jié)能分析

新的工藝流程中改用儀表空壓機為PSA供應壓縮空氣，省去了IRN45K-OF A/C型氮氣空壓機的使用。這不僅降低了氮氣空壓機的使用頻率，節(jié)約了氮氣空壓機的維修維護成本，也節(jié)省了生產(chǎn)用電。與儀表空氣系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)獨立運行的模式相比，儀表空壓機帶1套干燥裝置和1套PSA制氮裝置運行時每小時可節(jié)電26 kW·h，全年可節(jié)省生產(chǎn)用電約210 000 kW·h。

4 結(jié)束語

從儀表空氣壓縮機與制氮裝置串聯(lián)運行的運行效果和能耗的分析比較中可以看出，該項優(yōu)化充分發(fā)揮了儀表空壓機的產(chǎn)能優(yōu)勢，避免了其頻繁的加載與卸載，有利于設備的穩(wěn)定運行，延長了儀表空壓機的使用壽命。運行模式優(yōu)化后，降低了氮氣系統(tǒng)中空氣壓縮機的運行頻率，減少了運行能耗，每小時可節(jié)電26 kW·h，有效降低了生產(chǎn)成本，起到了很好的節(jié)能效果。

參考文獻

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編輯：張思楠