探究天然氣液化場(chǎng)站的生產(chǎn)過(guò)程操作優(yōu)化

陳建龍 張洪耀（新地能源工程技術(shù)有限公司 河北 廊坊 065000）

天然氣的液化是天然氣開(kāi)發(fā)利用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)天然氣液化場(chǎng)站生產(chǎn)過(guò)程的研究具有重要意義。當(dāng)前的生產(chǎn)過(guò)程還存在著不少問(wèn)題。天然氣液化場(chǎng)站生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化必須要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件采取針對(duì)性措施來(lái)予以應(yīng)對(duì)。

一、天然氣液化生產(chǎn)過(guò)程

優(yōu)化天然氣液化生產(chǎn)過(guò)程的前提是了解這一過(guò)程，只有在了解了這一前提之后才能進(jìn)行有效優(yōu)化。天然氣的液化生產(chǎn)過(guò)程主要包含進(jìn)站調(diào)壓計(jì)量、脫碳單元、天然氣脫水、天然氣液化單元、制冷單元、LNG儲(chǔ)存單元、裝車(chē)單元以及BOG回收利用單元。

1.脫碳單元

脫碳單元主要采用的是MEDA配比溶液，該溶液是自上而下的來(lái)進(jìn)行流動(dòng)，天然氣則是逆向流動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)同溶液的交換。兩者在經(jīng)過(guò)交換之后天然氣中的二氧化碳含量將會(huì)降到小于50ppm，二氧化硫的含量也將會(huì)小于5ppm。在吸收了這些含量之后溶液需要經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾，在過(guò)濾之后將能夠?qū)崿F(xiàn)閃蒸出飽和二氧化碳并實(shí)現(xiàn)就地排放。溶液在經(jīng)過(guò)泵循環(huán)之后將再回到脫碳單元，而后繼續(xù)使用。

2.脫水單元

脫水單元一般是由兩臺(tái)分子篩過(guò)濾器組成的，通過(guò)這兩臺(tái)過(guò)濾器將能夠脫出水分和汞，天然氣中的水分含量也將能夠降低到小于1ppm的狀態(tài)。在一個(gè)工作周期內(nèi)，兩臺(tái)過(guò)濾器處于不同狀態(tài)，一臺(tái)是處于吸收狀態(tài)，而另一臺(tái)則是處于再生狀態(tài)。通過(guò)這樣的設(shè)置能夠有效提升工廠(chǎng)效率。

3.天然氣液化單元

液化單元的主要功能是要把天然氣進(jìn)行液化。當(dāng)前液化單元通常采用的是混合冷劑制冷工藝。天然氣在進(jìn)入釬焊鋁質(zhì)芯體換熱器之后將會(huì)自上而下的同經(jīng)過(guò)配比的壓縮混合冷劑進(jìn)行換熱。天然氣經(jīng)換熱之后變成零下162℃的液化天然氣（LNG），通過(guò)壓力流經(jīng)管道輸送至LNG儲(chǔ)存單元（帶壓儲(chǔ)罐和常壓儲(chǔ)罐），并通過(guò)LNG泵增壓后輸送至LNG裝車(chē)單元。

4.BOG回收

在液化處理過(guò)程中BOG主要是產(chǎn)生在裝車(chē)單元揮發(fā)過(guò)程中，揮發(fā)量根據(jù)裝車(chē)量確定。BOG一部分回收再液化利用，另一部分經(jīng)處理之后當(dāng)作燃料氣來(lái)進(jìn)行燃燒。以上所論述的就是天然氣液化場(chǎng)站的生產(chǎn)過(guò)程，在實(shí)際工作過(guò)程中重點(diǎn)是要對(duì)以上環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。

二、生產(chǎn)流程的優(yōu)化目標(biāo)

針對(duì)天然氣液化場(chǎng)站生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化首先是要明確優(yōu)化目標(biāo),在實(shí)際工作過(guò)程中我們認(rèn)為主要是從兩方面來(lái)進(jìn)行優(yōu)化：液化單元和BOG回收優(yōu)化。

1.液化單元優(yōu)化

液化單元是天然氣液化場(chǎng)站中的關(guān)鍵單元，對(duì)該單元進(jìn)行優(yōu)化具有重要意義。在實(shí)際工作過(guò)程中應(yīng)該高度重視液化單元的優(yōu)化。冷劑循環(huán)系統(tǒng)主要采用的是PRICO閉式制冷循環(huán)流程。在實(shí)際工作過(guò)程中工作人員要在正常液化的前提下來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。具體而言就是要把提高換熱效率（通過(guò)優(yōu)化冷箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式）以及減少冷劑消耗率作為主要優(yōu)化目標(biāo)。通過(guò)該優(yōu)化單元將能夠?qū)崿F(xiàn)冷劑和天然的換熱最優(yōu)，同時(shí)還能夠保證循環(huán)再利用過(guò)程的最優(yōu)。

2.BOG單元的優(yōu)化

BOG單元的優(yōu)化是如何有效利用BOG。一種方式為BOG的再液化，就是要在保證BOG壓縮機(jī)正常氣體入口溫度來(lái)減小冷流體出口溫度，從而降低冷流體進(jìn)入液化單元冷箱溫度。同時(shí)還需要提升熱流體出口溫度，這樣能夠有效節(jié)省能耗。因此BOG單元的優(yōu)化可以歸結(jié)為：提高熱流體出口溫度和降低冷流體出口溫度。對(duì)于操作變量的優(yōu)化重點(diǎn)是要優(yōu)化冷箱入口溫度以及換熱器熱流體變量。一種為BOG回大型的LNG儲(chǔ)罐，隨儲(chǔ)罐內(nèi)液化閃蒸的BOG一同進(jìn)入BOG壓縮系統(tǒng)利用，然而此種方法必然會(huì)造成罐內(nèi)LNG溫度的升高，然而對(duì)于壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)罐對(duì)裝車(chē)BOG的緩沖作用不可小視。還有一種為BOG經(jīng)加熱后恢復(fù)至常溫，經(jīng)常溫壓縮機(jī)加壓后，作為燃料氣使用。若液化場(chǎng)外存在天然氣管網(wǎng)，也可進(jìn)入管道輸送系統(tǒng)，供城市天然氣使用。

三、生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化

對(duì)于液化單元和BOG單元的優(yōu)化主要是通過(guò)交互式進(jìn)化計(jì)算的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。交互式進(jìn)化計(jì)算指的是通過(guò)人機(jī)交互來(lái)使得人參與到進(jìn)化計(jì)算的過(guò)程中。交互式進(jìn)化計(jì)算具有明顯的優(yōu)勢(shì)，采用這種方法人們?cè)谶m應(yīng)函數(shù)不明確甚至沒(méi)有的情況下都能夠進(jìn)行計(jì)算。

交互式計(jì)算本身還存在著一系列問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題工作人員從三個(gè)方面來(lái)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)：一是在計(jì)算過(guò)程中引入了絕對(duì)尺度預(yù)測(cè)方法，該方法的引用能夠有效減少預(yù)測(cè)器噪聲，從而有效提升收斂速度。二是智能體引入到交互式計(jì)算中。多智能體方法的引入對(duì)于降低交互過(guò)程中的疲勞問(wèn)題是具有重要意義的。在實(shí)際工作過(guò)程中應(yīng)該加強(qiáng)這方面的研究；三是分層思想的引入。分層思想的引入能夠有效解決用戶(hù)只能對(duì)有限個(gè)體進(jìn)行分辨的問(wèn)題。

針對(duì)液化單元的優(yōu)化，需要優(yōu)化的操作變量分別是：第一級(jí)冷卻出口溫度、冷箱天然氣出口溫度、冷箱冷劑入口流量、蒸發(fā)換熱器BOG出口溫度控制以及重?zé)N分離器液位等指標(biāo)。需要優(yōu)化的約束條件則主要指的是保證液化溫度能夠正常生產(chǎn)，重?zé)N分離液位也不能夠過(guò)高或者過(guò)低。優(yōu)化的目標(biāo)我們可以設(shè)為能耗J1、冷劑自身循環(huán)再利用率為J2。經(jīng)過(guò)交互進(jìn)化計(jì)算的有效分析優(yōu)化，工程人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)值J1=18.815，J2=87.885的時(shí)候是最適合場(chǎng)站所需要的最優(yōu)過(guò)程的。在實(shí)際工作過(guò)程中應(yīng)該采取措施達(dá)到這一目的。

針對(duì)BOG單元的優(yōu)化，所需要優(yōu)化的操作變量分別是換熱器熱流體流量以及冷箱入口溫度。約束條件是冷箱入口溫度范圍、換熱器熱流體流量出口溫度和流量范圍等。優(yōu)化目標(biāo)則可以設(shè)為冷流體出口溫度J1，熱流體出口溫度J2，在進(jìn)過(guò)計(jì)算優(yōu)化之后實(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)目標(biāo)值是J1=88.42，J2=36的時(shí)候是適合場(chǎng)站操作所需要的最優(yōu)過(guò)程。在實(shí)際工作過(guò)程中應(yīng)該不斷加強(qiáng)這方面的研究。

結(jié)論

天然氣液化場(chǎng)站生產(chǎn)流程的優(yōu)化是一項(xiàng)重要工作，在實(shí)際工作過(guò)程中應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到優(yōu)化的重要性。本文首先是分析了生產(chǎn)的基本流程，而后重點(diǎn)分析了需要優(yōu)化的液化單元和BOG單元的優(yōu)化目標(biāo)。之后重點(diǎn)論述了如何進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)天然氣液化場(chǎng)站的優(yōu)化需要采用專(zhuān)業(yè)的技術(shù)措施及模擬分析，輔之以工程實(shí)踐，才能夠?qū)崿F(xiàn)良好的工程經(jīng)濟(jì)效益。

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