LNG輕烴回收裝置投產(chǎn)問題分析與處理

胡 超 鄭元杰 焦長安 孫吉業(yè) 曹佳璐

中國石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司, 山東 青島 266400

LNG輕烴回收裝置投產(chǎn)問題分析與處理

胡 超 鄭元杰 焦長安 孫吉業(yè) 曹佳璐

中國石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司, 山東 青島 266400

山東LNG接收站建設(shè)了國內(nèi)首套LNG輕烴回收裝置,裝置投產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)輕烴LNG產(chǎn)品外輸泵外輸不順暢,外輸流量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,若該問題不能解決,則可能導(dǎo)致裝置無法投產(chǎn)。通過設(shè)計(jì)參數(shù)對比分析與現(xiàn)場測試,認(rèn)為是由于工藝區(qū)高壓外輸泵與LNG產(chǎn)品外輸泵出口存在壓力差所導(dǎo)致。對該問題提出三種解決方案:增加輕烴外輸泵葉輪級數(shù)；在工藝區(qū)每臺高壓泵出口增設(shè)1臺調(diào)節(jié)閥；對現(xiàn)有工藝總管進(jìn)行改造,將兩類泵出口管道分開獨(dú)立設(shè)計(jì)。通過計(jì)算對比分析,認(rèn)為輕烴外輸泵增加兩級葉輪的方案是短期最有效的解決方案,但從長遠(yuǎn)角度考慮,建議在項(xiàng)目二期建設(shè)時(shí)每臺高壓外輸泵出口增設(shè)1臺可以從DCS控制調(diào)節(jié)的截止閥。

LNG接收站；輕烴回收；外輸泵；壓差；投產(chǎn)

0 前言

作為國內(nèi)首套LNG輕烴回收裝置,主要工藝基于美國專利技術(shù)[12]由法國索菲公司設(shè)計(jì),相對國內(nèi)其他技術(shù)而言[13-15],其主要特點(diǎn)是采用了兩級閃蒸工藝分離出CH4,然后利用LNG原料的冷量再液化成LNG。然而,在裝置投產(chǎn)最后階段LNG產(chǎn)品外輸泵無法將輕烴分離后的LNG產(chǎn)品輸送至汽化器,該問題在國內(nèi)外LNG接收站中罕見,故對其進(jìn)行了專項(xiàng)研究,先通過現(xiàn)場工藝測試分析問題的原因,再根據(jù)相關(guān)分析提出了三種解決方案。

1 裝置工藝流程

圖1 LNG接收站工藝流程

2 裝置存在問題分析

2.1 存在問題

2.2 原因分析

由泵廠家以及FEED設(shè)計(jì)所提供的性能參數(shù)以及泵的性能曲線,可計(jì)算出2臺泵最大與最小出口壓力,泵性能參數(shù)見表1。

表1 泵性能參數(shù)

設(shè)備參數(shù)廠家提供數(shù)據(jù)FEED設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)高壓泵輕烴泵高壓泵輕烴泵吸入壓力/MPa0829408294最小流量/(kg·h-1)3315032857--額定流量/(kg·h-1)133487111441133487111441額定揚(yáng)程/m14261126515821260最小流量下?lián)P程/m17501300--密度/(kg·m-3)390319390319泵出入口最小壓差/MPa61376139泵出入口最大壓差/MPa7443--最小出口壓力/MPa69666969最大出口壓力/MPa8272--

需要注意的是,泵最小出口壓力對應(yīng)的是最大出口流量,而最大出口壓力對應(yīng)最小出口流量。由表1可知,在額定工況下,FEED設(shè)計(jì)的泵出口壓力相同為6.9 MPa；而如果2臺泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),高壓泵0330-P- 02 A/B/C/D出口壓力比輕烴泵0208-P- 04/24/44/54出口壓力高很多,最大出口壓力差為8.2-6.6=1.6 MPa；若2臺泵以不同泵送能力運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),壓差更大。

由以上分析可以斷定,造成該問題的原因?yàn)楸贸隹诖嬖趬翰?究其根本,歸咎于廠家未按照FEED設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行泵設(shè)計(jì)與制造,而FEED設(shè)計(jì)僅考慮了泵在額定工況下運(yùn)行狀態(tài),泵在不同運(yùn)行工況下仍存在出口壓差。

2.3 問題印證

為了證實(shí)以上分析結(jié)論,對高壓泵P- 02 A與輕烴泵P- 44進(jìn)行了工藝測試,測試思路為:運(yùn)行2臺泵,在高壓泵P- 02 A出口產(chǎn)生壓力降如果壓差是問題所在,那么輕烴泵P- 44應(yīng)增大流量。由于設(shè)計(jì)在汽化器入口總管上設(shè)置了流量調(diào)節(jié)閥FV 03,故在高壓泵0330-P- 02 A/B/C/D出口均未設(shè)控制閥,測試只能通過手動操縱泵出口開關(guān)閥XV來產(chǎn)生壓力降。

表2 泵并聯(lián)運(yùn)行測試數(shù)據(jù)

時(shí)刻0330?P?02A0208?P?44汽化器計(jì)量撬出口壓力/MPa出口流量/(kg·h-1)FV01開度/(%)XV開度/(%)出口壓力/(MPa)出口流量/(kg·h-1)FV02開度/(%)PV開度/(%)FV03開度/(%)流量/(kg·h-1)10：50724120443551007227185401003016724411：0072512341455957227160301003016750111：0372412334755907227207501003016928111：0672412354655857227201901003016827111：0772412320155807227213301003016678311：0972412350755757227201901003016912711：1172512498255707237198501003016750111：1272512355855657237250901003016641811：1372612310655607237299601003016719611：1572712289455507247290601003016843611：1672712238755457247330401003016640211：1772812239155407247357001003016861311：1772712204055357287363001003016939711：1972912110550307257235301003016897211：2273312080445307287068601003016993211：2573312012540307286974801003016910311：34738118106402573272767010030169871

圖3 輕烴泵P- 44出口流量變化趨勢圖

3 裝置工藝改進(jìn)

3.1 增加輕烴泵葉輪級數(shù)

輕烴泵0208-P- 04/24/44/54在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有獨(dú)特性:一期工程設(shè)計(jì)8級葉輪,泵內(nèi)為項(xiàng)目二期預(yù)留4級葉輪空間,二期工程投產(chǎn)后只需將泵拆解后再安裝4級葉輪即可滿足設(shè)計(jì)壓力需求。因此,可以考慮增加輕烴泵葉輪個(gè)數(shù)來提高泵出口壓力以解決壓差問題。

LNG產(chǎn)品在無法外輸情況下,只能回流至脫CH4塔塔頂LNG凝液罐V-23再次進(jìn)行處理,會造成大量能源消耗,故當(dāng)輕烴回收單元投產(chǎn)后,優(yōu)先考慮輸出輕烴LNG產(chǎn)品。采用增加輕烴泵葉輪級數(shù)、提高泵出口壓力的方式,最理想狀態(tài)為:增加葉輪后輕烴泵性能曲線高于工藝區(qū)高壓泵,然后通過調(diào)節(jié)輕烴泵出口PV閥進(jìn)行適當(dāng)降壓,即能保證LNG產(chǎn)品全部外輸,而外輸量不足部分則由工藝區(qū)高壓泵進(jìn)行補(bǔ)充。葉輪不能增加太多,否則可能造成某種工況下輕烴泵壓力太高使高壓泵無法輸出。根據(jù)廠家提供的泵性能曲線,計(jì)算得出輕烴LNG產(chǎn)品在不同密度條件下的性能對比曲線,見圖4。

圖4 泵性能關(guān)系曲線

由圖4可以看出,增加2級葉輪后,輕烴泵性能曲線高于工藝區(qū)高壓泵,完全符合要求。若采用該方案,庫房有備件,總體而言成本低、周期短、改動?。涣硗飧邏罕煤洼p烴泵在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)工藝操作靈活,且高壓泵無需回流,不會額外產(chǎn)生BOG,但是該方案只能作為臨時(shí)處置措施,因?yàn)樯綎|LNG接收站二期工程投產(chǎn)后,工藝區(qū)高壓泵會增加4級葉輪,而輕烴泵還會在此基礎(chǔ)上再增加2級葉輪,以將外輸總管壓力提高至8.0 MPa,屆時(shí),高壓泵和輕烴泵出口仍會存在壓力差導(dǎo)致同樣問題發(fā)生。

3.2 高壓泵出口增設(shè)調(diào)節(jié)閥

由于高壓泵出口壓力高于輕烴泵,可以在高壓泵P- 02 A/B/C/D出口管線上各增設(shè)1個(gè)DCS手動控制閥,最好用截止閥,其次可用蝶閥。手動控制閥可安裝在泵出口止回閥和XV閥之間,若安裝空間不足,則應(yīng)緊位于鎖定開的手動截止閥上游安裝,見圖5。該方案操作方便、調(diào)節(jié)靈活,可以作為長期方案,但投資較大,4臺DN 250低溫截止閥造價(jià)約200萬元,且現(xiàn)場安裝空間有限,另外,在多臺泵并聯(lián)運(yùn)行工況下,具體調(diào)節(jié)方案也需考慮。

圖5 調(diào)節(jié)閥安裝位置圖

3.3 工藝總管改造

因?yàn)楦邏罕门c輕烴泵出口管線匯入到同1條外輸總管上,兩臺泵出口之間存在壓差導(dǎo)致了輕烴泵外輸不暢。因此,可以對輕烴出口管道進(jìn)行改造,從輕烴裝置區(qū)至汽化器單獨(dú)設(shè)置1根總管,在汽化單元與高壓泵出口總管進(jìn)行匯合,另外在工藝區(qū)高壓泵出口匯管上增加1臺HV閥進(jìn)行調(diào)壓,如此高壓泵與輕烴泵并聯(lián)運(yùn)行將不受壓差影響,工藝總管改造工藝流程見圖6。該方案雖能永久解決問題,但是投資較大,并且現(xiàn)場管道改道空間相對不足。

圖6 工藝總管改造圖

綜上所述,建議輕烴泵先采用增加2級葉輪的臨時(shí)處置措施,這樣做改動小、工期短、成本低,對生產(chǎn)影響最?。淮诠こ掏懂a(chǎn)后,在工藝區(qū)4臺高壓泵出口管道上分別增設(shè)1臺調(diào)節(jié)閥來長久解決泵出口壓力差問題。

4 結(jié)論

針對山東LNG接收站輕烴回收裝置在投產(chǎn)運(yùn)行期間發(fā)生的輕烴LNG產(chǎn)品外輸與工藝區(qū)高壓泵外送壓力不匹配的問題,從設(shè)計(jì)角度分析,認(rèn)為是由于2臺泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)高壓泵出口壓力大于輕烴泵出口壓力造成。為了驗(yàn)證其假設(shè),現(xiàn)場通過調(diào)整高壓泵出口切斷閥開度來產(chǎn)生壓力降的方法進(jìn)行連續(xù)測試,結(jié)果表明隨著高壓泵出口閥開度減小,輕烴LNG產(chǎn)品外輸泵流量隨之增加,證明2臺泵出口確實(shí)存在壓力差。對該問題提出了三種解決方案,經(jīng)計(jì)算對比分析,認(rèn)為輕烴外輸泵增加2級葉輪的方案,成本最低、施工最簡單，且對生產(chǎn)影響較小,是短期最有效的解決方案。但從長遠(yuǎn)角度考慮,二期工程建設(shè)時(shí),還需在每臺高壓外輸泵出口止回閥與切斷閥之間,或者在切斷閥與鎖開閥之間增設(shè)1臺可以從DCS控制調(diào)節(jié)的截止閥。此外,建議類似裝置在設(shè)計(jì)上,要充分考慮設(shè)備在不同工況、不同介質(zhì)密度下的并聯(lián)運(yùn)行狀況,以免同類問題發(fā)生。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.001

2016-03-30

中國石油化工股份有限公司山東LNG資助項(xiàng)目(702081F 0000)

胡 超(1986-),男，湖北監(jiān)利人，工程師，碩士，主要從事LNG接收站運(yùn)行管理工作。