夏 彥/中原油田天然氣處理廠

LNG混合冷劑液化工藝改善

夏 彥/中原油田天然氣處理廠

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(diào)節(jié)MR節(jié)流閥和HMR節(jié)流閥，觀察工藝參數(shù)變化，對(duì)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行分析，從而找到MR節(jié)流閥和HMR節(jié)流閥調(diào)節(jié)依據(jù)，為液化單元設(shè)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(jù)，最終實(shí)現(xiàn)打產(chǎn)增效的目的。

工藝簡(jiǎn)介；工藝調(diào)整；操作依據(jù)

來自井口的天然氣，首先在除砂器中除砂，然后經(jīng)水套爐加熱后，經(jīng)針閥節(jié)流至10MPa左右進(jìn)入調(diào)壓撬。在調(diào)壓撬中首先經(jīng)高壓分離器分離出攜帶的游離水、油等雜質(zhì)，然后在調(diào)壓撬中經(jīng)一級(jí)調(diào)壓至5MPa。經(jīng)一級(jí)調(diào)壓后的天然氣進(jìn)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(jīng)二級(jí)調(diào)壓至0.3MPa 作為燃料氣送往燃料氣穩(wěn)定罐。

經(jīng)調(diào)壓后的原料天然氣先經(jīng)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(biāo)要求不大于50ppm，脫酸后的原料氣從脫酸塔頂部引出，進(jìn)入出口氣液分離器分離。分離的原料氣進(jìn)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(jìn)入干燥塔脫水，干燥塔脫水采用4A分子篩，對(duì)水等極性分子有很強(qiáng)的吸附性，經(jīng)干燥后的天然氣要求露點(diǎn)低于-70℃。

經(jīng)凈化后的天然氣壓力由5.0MPa（G）減至4.9MPa（G）進(jìn)入液化單元，經(jīng)過預(yù)冷換熱器及中間級(jí)換熱器后被冷卻至-35℃，期間經(jīng)過兩級(jí)混烴分離罐分離，分離出的液態(tài)混烴匯管后流出冷箱，經(jīng)減壓后流入混烴儲(chǔ)罐；干氣進(jìn)入深冷換熱器進(jìn)一步冷卻成LNG，經(jīng)減壓后流入LNG儲(chǔ)罐。另外，從儲(chǔ)罐過來的 BOG（閃蒸氣）在冷箱換熱器內(nèi)回收冷量。

圖1 LNG撬裝設(shè)備流程圖

帶一級(jí)氣液分離器的混合工質(zhì)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(jié)構(gòu)具體由以下單元設(shè)備組成壓縮機(jī)、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(zhì)由壓縮機(jī)CP壓縮到設(shè)定工作壓力1.8MPa，這時(shí)工質(zhì)壓力、溫度都最高，高壓高溫工質(zhì)經(jīng)過冷卻器AC冷卻至環(huán)境溫度，同時(shí)向環(huán)境放熱，然后進(jìn)入第一級(jí)逆流換熱器HX,冷卻后成為氣液兩相，進(jìn)入相分離器SP,工質(zhì)中富含高沸點(diǎn)組分的液相被分離出來，進(jìn)入第一級(jí)節(jié)流元件HMR節(jié)流閥,節(jié)流后壓力、溫度降低，同時(shí)氣相工質(zhì)進(jìn)入第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)逆流換熱器HX得到進(jìn)一步冷卻，最后進(jìn)入MR節(jié)流閥,節(jié)流后壓力、溫度降至最低，逆流先后進(jìn)入第四級(jí)、第三級(jí)換熱器HX，冷卻高壓來流工質(zhì)，自身溫度升高，與經(jīng)HMR節(jié)流閥節(jié)流后的工質(zhì)在第三級(jí)至第二級(jí)低壓管線等壓絕熱混合，混合產(chǎn)物又恢復(fù)到最初的總組成，進(jìn)入第二級(jí)逆流換熱器HX冷卻高壓來流，溫度進(jìn)一步升高，進(jìn)入相分離器SP,進(jìn)一步復(fù)溫，同時(shí)冷卻高壓工質(zhì)，最后低壓工質(zhì)溫度-5℃左右，進(jìn)入壓縮機(jī)CP低壓入口，由此完成一個(gè)循環(huán)。

圖2 混合工質(zhì)液化工藝流程

具體說，一級(jí)氣液分離循環(huán)熱力設(shè)計(jì)除了一次節(jié)流循環(huán)需要考慮的工質(zhì)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(jī)達(dá)到所需制冷溫度時(shí)效率最高，同時(shí)滿足循環(huán)流程中各設(shè)備約束條件，這就存在一個(gè)優(yōu)化問題。分離后液體節(jié)流前是否進(jìn)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(shí)現(xiàn)過冷將增加換熱器的負(fù)荷，要考慮對(duì)換熱器固有換熱?損失的影響，這同樣存在一個(gè)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(gè)需要考慮的問題，兩種不同流體混合是一個(gè)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(jìn)行混合，這個(gè)混合過程是一個(gè)不可逆過程，必然存在熵增，存在?損失，無疑在等溫條件下進(jìn)行混合熵增最小，但是這時(shí)可能會(huì)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(diào)節(jié)HMR節(jié)流閥，能夠降低換熱器總換熱熱負(fù)荷，因?yàn)楦叻悬c(diǎn)組分大部分在氣液分離器內(nèi)分離出來，在比較高的溫度（235K）節(jié)流進(jìn)入低壓回路。分離改變了循環(huán)工質(zhì)熱物性，減小了換熱器高溫出口溫差，進(jìn)而增加了高低壓流體在室溫端焓差，在滿足所有設(shè)備運(yùn)行條件時(shí)，即增加了制冷量，當(dāng)然功耗會(huì)有所增加。

同時(shí)，我們主冷壓縮機(jī)采用的是帶油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)，潤(rùn)滑油難免出現(xiàn)分離不完全而進(jìn)入冷箱，如果進(jìn)入冷箱低溫端，經(jīng)過一個(gè)較長(zhǎng)期的運(yùn)行后，積累在低溫端的潤(rùn)滑油可能會(huì)堵塞節(jié)流組件，從而引起制冷機(jī)溫度波動(dòng)，影響制冷機(jī)性能，特別是會(huì)對(duì)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(chǎn)。而潤(rùn)滑油在相分離器SP中，利用低壓返流工質(zhì)冷量實(shí)現(xiàn)分離，通過調(diào)節(jié)HMR節(jié)流閥，能使在相分離器SP分離出來的潤(rùn)滑油不經(jīng)過低溫端而直接回流至壓縮機(jī)，避免造成冷箱低溫端油堵，影響正常生產(chǎn)。

通過研究出HMR節(jié)流閥的操作方法，使混合工質(zhì)制冷效率提高，有效降低LNG溫度，提高了LNG產(chǎn)量:日處理量由5.7萬Nm3/增加至6萬Nm3/d，LNG日產(chǎn)量由36t/d增產(chǎn)至38t/d，NG節(jié)流前溫度由-139℃降低至-142℃；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油不經(jīng)過低溫端直接回流至壓縮機(jī)，解決了冷箱混合工質(zhì)低溫端管線油堵現(xiàn)象；

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

（1）通過調(diào)節(jié)HMR節(jié)流閥，改變氣相混合工質(zhì)組分及配比，控制二三級(jí)冷箱溫差，充分了發(fā)揮混合工質(zhì)的制冷效率，有效的降低了LNG溫度，提高了LNG產(chǎn)量。

（2）為混合冷劑液化單元操作提供了作業(yè)指導(dǎo)文件，有效的提高了員工的操作技能，避免了因操作不當(dāng)而引起的減產(chǎn)、停機(jī)。