況發(fā)斌

目前國內(nèi)LNG工廠生產(chǎn)工藝主要采用混合冷劑循環(huán)壓縮制冷，而對于混合冷劑循環(huán)制冷工藝的LNG工廠而言，電能屬于主要能耗來源。近年來國家對進口LNG的總量每年呈上升趨勢，國內(nèi)LNG工廠數(shù)量也在短短的幾年內(nèi)成倍增長，在LNG銷售市場競爭日益激烈的大環(huán)境下，如何節(jié)省電能，節(jié)省運行成本，挖潛增效，成為了全國各大LNG工廠管理的重點和難點。

一、LNG工廠能耗組成

1.電能

LNG工廠主要用電設(shè)備為離心壓縮機、原料氣壓縮機、BOG壓縮機、空氣壓縮機，除了各種壓縮機外，還有少量機泵、風(fēng)機等。在這些用電設(shè)備中，以離心壓縮機為代表的大功率型用電設(shè)備，是一個混合制冷工藝的LNG工廠用電的主要來源。以一個原料氣處理量100萬方/天的LNG工廠為例，如果采用變頻離心壓縮機為混合冷劑提供壓縮動力，該離心壓縮機功率一般在10000kw-20000kw之間，滿負荷生產(chǎn)條件下，僅僅是該離心壓縮機每天用電量能達到300MWh-400MWh，而工廠的原料氣壓縮機、BOG壓縮機功率往往在1000kw以下，所有用電設(shè)備總功率還不到離心壓縮機功率的一半。

2.水能

在混合冷劑循環(huán)制冷工藝中，為了使冷箱內(nèi)部冷凝效果達到最佳，混合冷劑離心壓縮機往往采用多級壓縮，按照冷凝溫度的不同要求分別進入冷箱。而冷劑壓縮機的每一級壓縮出口都為壓縮之后的高溫混合冷劑設(shè)計了級間換熱器，用以冷卻混合冷劑，為天然氣提供冷量。正是這些級間換熱器，成為了工廠的“用水大戶”，在高負荷生產(chǎn)時，每一臺級間換熱器每小時用水量可達上千立方，一個混合冷劑離心壓縮機的多臺級間換熱器每小時用水量可占到全廠用水量的80%-90%。

除了這些“用水大戶”之外，因生產(chǎn)工藝的需要，工廠還有其他換熱器需要用到冷卻水，但用量都不大，每小時最大用水量往往不超過100立方。

3.熱能

熱能主要用來給加熱爐提供熱量，目前國內(nèi)的主流混合制冷工藝中都用到了導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油用在吸收酸性氣體的富溶劑（通常是胺液）的再生、天然氣脫水工藝中分子篩的再生。導(dǎo)熱油溫升需要的熱能由燃料氣提供。

由于工廠每天的水能和熱能幾乎是固定用量，且節(jié)能空間跟電能來說相對較小，這里主要討論電能的節(jié)能方式。

二、各種設(shè)備的電能節(jié)能方式

1.離心壓縮機

在離心壓縮機的調(diào)節(jié)上，可通過調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速達到節(jié)能目的。比如在保證產(chǎn)量和生產(chǎn)工藝不受影響下，降低其轉(zhuǎn)速，單位時間內(nèi)的電耗就相應(yīng)降低。

變頻式離心壓縮機可通過調(diào)節(jié)各種冷劑配比的方式，降低離心壓縮機轉(zhuǎn)速來降低電耗。但調(diào)節(jié)冷劑配比很復(fù)雜，需要考慮的因素也較多，除了壓縮機進出口壓力和冷劑的出口溫度，還要視壓縮機喘振曲線是否有偏離。該操作有一定風(fēng)險，尤其對于經(jīng)驗不足的操作工，如果調(diào)節(jié)不當，往往有造成壓縮機喘振的風(fēng)險，一旦離心壓縮機發(fā)生喘振，當量產(chǎn)品的電耗必將大幅度上升。

另一方面，通過調(diào)節(jié)離心壓縮機的方式來降低電耗效果也非常明顯，由此給工廠帶來的利潤效果提升也相當可觀，哪怕僅僅是將其轉(zhuǎn)速下降1%，當量產(chǎn)品的非原料成本也會下降3%以上。

2.原料氣壓縮機

在原料氣壓縮機的調(diào)節(jié)上，可根據(jù)其出口壓力的大小控制回流比，回流越少，壓縮機做無用功越少，就越省電。如果上游的原料氣進口壓力足夠高，高過天然氣臨界壓力（4.5MPa），此時可關(guān)閉原料氣壓縮機，讓原料氣跨過原料氣壓縮機直接進入凈化工序。

3.BOG壓縮機

在BOG壓縮機的調(diào)節(jié)上，可視LNG儲罐閃蒸BOG之后的儲罐壓力大小，選擇間歇性運行BOG壓縮機。比如LNG儲罐設(shè)計壓力為20kpa，放空壓力設(shè)計為15kpa，而此時如果LNG儲罐運行壓力始終維持在10kpa或者更低，便可對BOG壓縮機進行停機處理。停運BOG壓縮機之后，隨著LNG儲罐壓力不斷上升，當其上升到12kpa時再重新啟動BOG壓縮機，這樣既避免了BOG的放空浪費，又節(jié)省了BOG壓縮機這段時間的運行電耗。

4.冷卻風(fēng)機

在開式的冷卻塔中，循環(huán)水的冷卻風(fēng)機往往有多臺。在冬季溫度較低的情況下，可選擇停運一臺冷卻風(fēng)機，但這取決于冷劑壓縮機級間換熱器冷劑的出口溫度。如果停運一臺風(fēng)機，循環(huán)冷卻水從冷卻水塔的出水溫度就會升高，相應(yīng)的，級間換熱器冷劑的出口溫度也會升高，如果冷劑溫度高到達不到進入冷箱的條件，那此時就必須重啟停掉的冷卻風(fēng)機。

5.級間換熱器

級間換熱器本身不是用電設(shè)備，但是卻可以通過優(yōu)化它的運行參數(shù)來間接優(yōu)化冷劑壓縮機的運行參數(shù)。在水質(zhì)不好尤其是硬度較高的冷卻水工廠中，運行多年后會發(fā)現(xiàn)換熱器換熱效果不好，這往往是換熱器內(nèi)部水質(zhì)結(jié)垢后堵塞換熱管束，造成單位時間內(nèi)給混合冷劑換熱的冷卻水流量下降，換熱效率降低。如果級間換熱器換熱效率下降，冷劑達不到進入冷箱的溫度要求，會使冷劑壓縮機做更多無用功，間接增加了冷劑壓縮機電耗。因此，維護好級間換熱器的運行，也是一種間接提升冷劑壓縮機運行效率和全廠省電的方式。

級間換熱器管束結(jié)垢嚴重時需要全廠停產(chǎn)檢修，對換熱器進行拆卸清洗。為避免此類非計劃停車，工廠往往采用對冷卻水加酸來降低其硬度的方式來處理。

三、結(jié)論

混合冷劑循環(huán)制冷的LNG工廠節(jié)能方式雖然較多，但每種方式都有一定的局限性，調(diào)節(jié)冷劑配比需要不斷摸索，冷劑配比也并非嚴格按照設(shè)計單位提供的平衡表，該方法效果最好但難度最大;停用原料氣壓縮機要視上游原料氣壓力，不具備主動權(quán);間歇式啟停BOG壓縮機要視LNG儲罐設(shè)計的放空壓力與運行壓力的彈性空間，且不斷啟停BOG壓縮機對設(shè)備壽命有一定影響;停運冷卻水風(fēng)機要視混合冷劑的換熱溫度與冷卻水出水溫度，在環(huán)境溫度較低的冬季可適時選用。

由于離心壓縮機是工廠電耗的主要用電設(shè)備，變頻離心壓縮機一旦降低轉(zhuǎn)速，全廠電耗下降非常明顯，帶來的經(jīng)濟效益也非常可觀，因此如何調(diào)節(jié)離心壓縮機的運行參數(shù)，如何優(yōu)化混合冷劑的工藝配比，成為了混合冷劑制冷式LNG工廠節(jié)約能耗的主流方式。

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