夏鴻雁

(杭州杭氧股份有限公司設計院,杭州 中山北路592號　310004)

1　概　述

從2000年開始，國內(nèi)LNG產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，沿海各地規(guī)劃并建成了多個LNG接收站，隨著這些接收站的建立，LNG冷能利用的開發(fā)也隨之興起。目前相繼建成的有中海油美國AP福建莆田600 t/d冷能空分、杭氧江蘇如東612 t/d、川空河北唐山723 t/d和廣東珠海614 t/d等多個LNG冷能項目。

液化天然氣(LNG)，常壓下的溫度為-159～-162℃，視其組分的不同略有變化，加之氣化過程中的氣化潛熱，LNG貯存著大量優(yōu)質(zhì)深冷級冷源。由于空氣分離設備的溫區(qū)在-150～-193℃，所以深冷空分工藝可以將LNG的冷量全部回收利用。在冷能空分設備中, LNG通常是從高壓LNG泵后引入，所以引入的溫度直接受接收站BOG再冷凝系統(tǒng)的影響，高壓泵后的溫度越低，空分的產(chǎn)品液體量越大。另外，LNG組分中甲烷含量越高，空分的產(chǎn)品液體量也越大。本文結(jié)合杭氧江蘇如東612 t/d冷能空分設備的研制和實際運行，對LNG供應溫度和組分的影響進行分析。

2　裝置簡介

江蘇杭氧LNG冷能利用空分裝置，由杭州杭氧股份有限公司自行設計制造，并由天辰設計院進行工程設計，中核五建進行工程承建。該裝置以長期安全可靠運行為設計原則，利用低溫精餾原理將來自下塔頂部的循環(huán)氮氣通過主換熱器冷卻原料空氣，之后再進入LNG換熱器吸收LNG氣化釋放的冷量，冷卻后進低溫循環(huán)壓縮機增壓，然后通過節(jié)流閥降壓至約0.55 MPa后轉(zhuǎn)化成液氮，部分液氮回到下塔提供冷量，接著進入下一次循環(huán)，另外一部分則作為產(chǎn)品。流程取消了膨脹機系統(tǒng)，用LNG的冷量代替了膨脹機制冷，在設備上省去了透平膨脹機，使流程組織更加簡單，同時有效回收了LNG冷量，節(jié)約了能源。

該裝置是國內(nèi)自行設計和制造的首套LNG冷能空分裝置，于2014年8月首次開車，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，由于LNG引入溫度高為-130℃和低溫氮壓機的負荷偏低，使空分液體產(chǎn)品產(chǎn)量受到較大影響。2017年11月中石油供應的LNG溫度下降為-149℃，空分再次開車，產(chǎn)品液體產(chǎn)量達標。

3　LNG供應溫度高的原因

LNG在常壓下儲存溫度約-159～-162℃，由于漏熱使得貯槽和管線會產(chǎn)生大量的蒸發(fā)氣體(BOG)，為了防止貯槽超壓，蒸發(fā)氣體需要進行處理。目前在LNG接收站BOG的處理可分為直接加壓至高壓輸氣管網(wǎng)和BOG再液化兩種工藝。由于直接加壓能耗較高，大部分氣源型LNG接收站普遍采用再冷凝工藝回收BOG。江蘇如東中石油接收站也是采用再冷凝工藝，引入LNG到杭氧空分的模式為高壓LNG泵加壓后，詳見圖1。

圖1　LNG接收站工藝流程Fig.1　LNG receiving and regasification system

以2014年江蘇如東接收站外輸量為140 t/h為例來說明溫度變化。從LNG貯槽引出的溫度-159℃ 130 t/h LNG經(jīng)潛液泵加壓后分成兩路，一路約100 t/h LNG進再冷凝器頂部，一路30 t/h LNG流經(jīng)再冷凝器旁路，貯槽及管線產(chǎn)生的BOG流經(jīng)BOG壓縮機緩沖罐后進入BOG壓縮機增壓至約1.1 MPa，加壓后BOG與進入頂部的LNG在再冷凝器內(nèi)進行接觸混合，進入再冷凝器的BOG全部被液化成-100℃冷凝液，冷凝液經(jīng)再冷凝器底部出口與旁路過來的30 t/h LNG(-159℃)混合后進入高壓泵，被加壓到10 MPa后一分部進入氣化器，另一部分去空分提供冷量。泵后的LNG溫度為-130℃，而空分利用的LNG正是從高壓泵后引入，所以輸入的溫度直接受接收站BOG再冷凝系統(tǒng)的影響，這就是造成空分LNG溫度高的原因。

4　LNG的組分

LNG 主要含大量的甲烷，以及少量的乙烷和丙烷。通常將甲烷含量96.64 %(mol/ mol)的LNG稱為貧液；甲烷含量89.39 % (mol/ mol)的LNG稱為富液。江蘇杭氧LNG供應規(guī)格如表1。

表1　液化天然氣的規(guī)格Table 1　Components of LNG

注：密度、熱值、黏度值的條件為20℃，101.3 kPa(A)。

5　LNG溫度及組分對液體空分產(chǎn)量的影響

將江蘇杭氧冷能空分設備的設計運行參數(shù)組列成表進行比較。

5.1　設計和實際運行對比(表2)

5.2　不同溫度和組分條件下液體產(chǎn)量(表3)

表2　設計條件Table 2　Condition of design

表3　10 MPa，50 t/h LNG 不同溫度和組分條件下液體產(chǎn)量的計算值Table 3　100 MPa，50 t/h LNG Liquid output calculated value of different temperatures and components

按表3可知：

1.LNG在貧液時，LNG溫度每上升1℃，液體總量平均下降～13 t/d。

2.LNG為富液時，LNG溫度每上升1℃，液體總量平均下降～10 t/d。

5.3　實際運行參數(shù)(表4)

按表4可知：

LNG溫度每上升1℃，液體總量平均下降～15 t/d。

表4　2018年1～3月年實際運行參數(shù)(按貯槽實際計量)Table 4　Actual operating parameters of January-March 2018(Tank metering)

5.4　結(jié)果分析

1.LNG溫度和組分對產(chǎn)量均有影響，其中LNG引入溫度對產(chǎn)量的影響相對更大，而且供應溫度越低，產(chǎn)量也越大。這是因為LNG冷量在冷能空分中的回收利用主要通過氮氣(低溫氮壓機中增壓后)在液化冷箱中與高壓LNG在換熱器中進行換熱，吸收LNG的冷量后節(jié)流制取液氮為進行空分提供冷源，所以當引入的LNG溫度越低，冷量的品質(zhì)也相應越高，組分中甲烷含量越多，低溫區(qū)的冷量也相對越多，從而導致在相同LNG用量的情況下，制冷量越大。

2.計算和實際運行對比可以看出，實際運行中溫度對液體總量的影響比計算值大3%～5%，這部分的差異主要是工況偏離影響換熱等原因造成。

6　結(jié)　語

通過以上參數(shù)分析，可以知道LNG冷能空分受LNG的供應溫度影響較大，因此冷能利用空分在建設初期能盡量與LNG接收站同步規(guī)劃，使接收站能兼顧冷能空分的LNG供溫需求。

此外接收站在設計時，可以按照冷能空分的流量從LNG儲槽單獨設置一路LNG高壓泵供液，專為冷能空分使用，避免引入的LNG受接收站BOG再冷凝工藝的影響，從而確保LNG的供液溫度較低，使液體空分的產(chǎn)量達到最大化。同時，單獨供液管路的設置也保證冷能空分運行的穩(wěn)定性和連續(xù)性，這是日后設計LNG冷能空分時需要特別關注及綜合考慮的。