犍為LNG裝置在管道壓力能利用方面的實踐

李均方 譚敬明 張瑞春 李嬌琳 茍文雨 何 偉

(中國石油西南油氣田公司成都天然氣化工總廠)

犍為LNG裝置在管道壓力能利用方面的實踐

李均方 譚敬明 張瑞春 李嬌琳 茍文雨 何 偉

(中國石油西南油氣田公司成都天然氣化工總廠)

簡要介紹了犍為LNG裝置的工藝流程,詳細闡述了該裝置因管道壓力能較高而具有的工藝技術(shù)特點。裝置具有流程簡單,制冷能耗低,液化率低等優(yōu)點。探討了影響天然氣膨脹機制冷的主要因素,認為天然氣膨脹機的級數(shù)、天然氣中重烴的含量以及預冷會對制冷產(chǎn)生重要的影響。

LNG 管道壓力能 利用

1 裝置簡介

犍為LNG裝置于2005年11月建成投產(chǎn),設計處理天然氣量40×104m3/d,產(chǎn)品LNG流量為4× 104m3/d。該裝置雖然規(guī)模小,但整個工藝技術(shù)自主開發(fā),合理利用了管道的壓力降,所有設備全部國產(chǎn)化,為國內(nèi)LNG工藝技術(shù)的發(fā)展起到了領路工廠的作用。

該裝置采用的工藝有:分子篩吸附脫水和脫CO2;天然氣膨脹機開式循環(huán)制冷;LNG帶壓儲存充裝;BOG作分子篩再生氣,壓縮后去界區(qū)外作燃料。其工藝流程示意圖見圖1[1]。原料天然氣(5.8 MPa,室溫)經(jīng)過分子篩吸附脫水后(水體積分數(shù)小于1×10-6)分成兩股氣流,膨脹氣流進冷箱,預冷到-40℃后進膨脹機的膨脹端膨脹(膨脹后溫度約為-105℃),膨脹后的氣流經(jīng)過冷量交換,并復熱到常溫,經(jīng)膨脹機增壓端增壓后出界區(qū)去管網(wǎng),出裝置壓力約1.8 MPa。液化氣流經(jīng)過分子篩吸附脫除CO2后進冷箱,與膨脹后的氣流間壁式換熱,并與BOG返流氣換熱后節(jié)流去產(chǎn)品低溫分離器。低溫分離器的氣相復熱后作分子篩再生冷卻氣,壓縮后去界外管道作燃料;液相去產(chǎn)品儲罐儲存,儲存壓力約為0.3 MPa。

2 工藝技術(shù)特點

2.1 用管道天然氣壓力能制冷,制冷能耗低

該裝置采用天然氣壓力能制冷,與常規(guī)制冷循環(huán)相比,簡化了工藝流程,省去了制冷循環(huán)壓縮機及附屬設備,使得裝置投資降低。同時,由于無制冷壓縮機的電能消耗,使LNG裝置的能耗極低。經(jīng)考核表明,該裝置單位產(chǎn)品能耗主要是尾氣壓縮機和公用工程(循環(huán)水、儀表風)的能耗,約150 k W·h/t LNG,比國外大型基本負荷型LNG裝置單位產(chǎn)品能耗450 k W·h/t LNG[2]節(jié)約68%左右。

2.2 采用部分脫CO2工藝,減少天然氣凈化部分的流程

該裝置原料氣來源單一(由麻柳場氣田供氣),天然氣組分穩(wěn)定,幾乎不含C+5重烴,也不含H2S,且CO2摩爾分數(shù)低至約0.13%,見表1。與常規(guī)LNG裝置相比,在天然氣凈化工藝上,設計開發(fā)出部分脫CO2工藝流程,即原料氣中只有約20%的液化氣流脫CO2(脫碳后CO2體積分數(shù)小于100× 10-6),大大降低了脫碳負荷。同時,省去常規(guī)胺法脫碳單元,減少了天然氣凈化部分的投資,節(jié)省了運行費用。

表1 犍為LNG裝置原料氣組分Table 1 Feed gas composition of Qianwei LNG plant

2.3 LNG帶壓儲存

該裝置采用4個100 m3的真空絕熱低溫儲罐儲存LNG,儲存壓力約為0.3 MPa,儲存周期約5天。由此,可利用該壓力對車輛裝車,省去了LNG裝車泵。同時,帶壓儲存時對應儲存溫度升高,可在一定程度上降低產(chǎn)品能耗。

2.4 裝置的凈化部分相對全液化的LNG裝置處理能力大

部分液化LNG裝置的天然氣凈化部分的處理能力遠大于天然氣液化部分的處理能力是裝置的基本特點之一,從而造成天然氣凈化部分的單位產(chǎn)品投資和運行費用較高。犍為LNG裝置根據(jù)其原料天然氣的特定性質(zhì),簡化了凈化部分投資和運行費用,有效解決了該問題。

2.5 裝置部分液化,液化率相對較低

該裝置利用凈化后天然氣作制冷介質(zhì),采用開式循環(huán)工藝,膨脹氣流制冷的天然氣直接去界外,而液化氣流的天然氣受膨脹機制冷溫度的限制,也不可能全部液化。因此,總的液化率約為10%。

3 應用探討

3.1 天然氣膨脹機的級數(shù)

犍為LNG采用單級膨脹機制冷,受葉輪材料強度和最大圓周速度的限制,只適用于膨脹機的焓降小于63～75.6 kJ/kg[3-4]的情況。當由于壓力降增加或膨脹前溫度上升引起膨脹機焓降增大時,應采用兩級或多級膨脹機制冷。

3.2 天然氣中含重烴的影響

天然氣膨脹機制冷的膨脹前氣流不能帶液,而膨脹后氣流帶液量也有一定的限制(不超過20%)。犍為LNG屬貧氣,重烴含量很低。因此,當天然氣中重組分含量更高時,應考慮重烴影響,膨脹前一般應增加重烴分離器。同時,在工藝參數(shù)的選擇上,膨脹后的溫度受該壓力下的液化平衡溫度的限制,如需降低膨脹后溫度,只有降低膨脹后壓力。否者在較高的膨脹壓力下,隨膨脹焓降的增加只能增加膨脹后的液體,而溫度的降低并不明顯。

3.3 預冷對制冷的影響

經(jīng)過HYSYS模擬表明,當采用帶預冷的天然氣膨脹代替不帶預冷的膨脹機制冷循環(huán)時,會因制冷量的增加和更高溫度水平冷量的合理利用,液化率有所提高。針對犍為LNG裝置的模擬表明,采用單級預冷到-40℃時,LNG產(chǎn)量最高可從5.0× 104m3/d提高到8.16×104m3/d,提高約63%。

3.4 裝置的應用范圍

利用管道壓力能制冷或適當輔以外制冷循環(huán)補冷,部分液化生產(chǎn)LNG的裝置,特別適用于管道輸送過程中有較多的壓力能可以利用,并同時需要生產(chǎn)少量LNG的情況,生產(chǎn)的LNG產(chǎn)品可用于調(diào)峰,或作LNG車用燃料。犍為LNG在這方面作了有益的實踐和探索。

[1]李均方,王應海,李文藝.犍為LNG裝置適應性改造方案的探討[J].石油與天然氣化工,2007,36(3):262-264.

[2]Harrold D.Design a turnkey floating LNG facility[J].Hydrocarbon Processing,2004,83(7):47-51.

[3]Davidoff A B,沈浩原.單級高壓透平膨脹機[J].深冷簡報, 1973(3):84-88.

[4]張加雷.大焓降、高轉(zhuǎn)速膨脹機設計中幾個問題的探討[C]//氣體總網(wǎng)第十二次全網(wǎng)大會暨技術(shù)交流會論文集.江蘇丹陽:中國制冷學會,2001: 69-70.

Utilization of pipeline pressure energy in Qianwei LNG plant

Li Junfang,Tan Jingming,Zhang Ruichun,Li Jiaolin,Gou Wenyu,He Wei
(Chengdu Natural Gas Chemical Plant General,PetroChina Southwest Oil﹠Gasfield Company, Chengdu 610213,Sichuan,China)

The technological process of Qianwei LNG plant is briefly introduced.Because of the high pressure energy of pipeline,the LNG plant has the technology characteristics of simple technological process,low energy consumption of refrigeration,and low liquefied rate,etc.The main factors which influence the expander refrigeration of natural gas are discussed,and the effect series of natural gas expander,the content of heavy hydrocarbon in natural gas and precooling will have a significant effect on refrigeration.

LNG,pipeline pressure energy,utilization

TE626

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2014.05.010

2014-01-26;編輯:康 莉

李均方(1968-),男,四川閬中人,高級工程師,1989年畢業(yè)于西南石油大學,大學學歷(工學學士),長期從事天然氣加工方面的生產(chǎn)技術(shù)工作。地址:(610213)四川成都華陽正東下街20號。E-mail:Li_jf@petrochina.com.cn。電話: 028-85607039。