煤制天然氣項(xiàng)目空分裝置規(guī)模等級(jí)及配套數(shù)量的確定

毛向禹，任 巖

(中國(guó)寰球工程公司，北京 100029)

煤制天然氣項(xiàng)目空分裝置規(guī)模等級(jí)及配套數(shù)量的確定

毛向禹，任 巖

(中國(guó)寰球工程公司，北京 100029)

通過(guò)對(duì)煤制天然氣項(xiàng)目空分裝置的設(shè)備配置與設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究，在裝置規(guī)模確定、空壓機(jī)組選擇等方面的配置及優(yōu)化過(guò)程中，充分論證空分裝置擬選的各主要技術(shù)方案、技術(shù)措施的安全可靠性與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，其最大程度地降低了設(shè)備、土建、土地等一次性投資成本及生產(chǎn)管理、運(yùn)行能耗等生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的長(zhǎng)期管理成本，最大限度地保證了空分裝置投資費(fèi)用控制和連續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

煤制天然氣；空分；規(guī)模；空壓機(jī)；能耗

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.007

某煤制天然氣項(xiàng)目(一期20億m3/a天然氣)的總工藝路線(xiàn)為：空分裝置經(jīng)過(guò)精餾制得氣化裝置所需的氧氣，原料煤經(jīng)篩分、干燥、研磨后制得氣化爐設(shè)計(jì)煤種，煤在氣化爐中與氧氣、蒸汽反應(yīng)生成的粗合成氣進(jìn)入變換裝置，變換調(diào)節(jié)成甲烷化所需的氫碳比后，經(jīng)低溫甲醇洗裝置去除酸性氣體H2S 和CO2，凈化后的合成氣在甲烷化裝置進(jìn)行甲烷化反應(yīng)后生成CH4，最終經(jīng)天然氣壓縮與三甘醇干燥后得到符合輸送管道要求的天然氣產(chǎn)品，并將其送入西氣東輸管網(wǎng)。

1 空分裝置概述

煤制天然氣項(xiàng)目配套的空分裝置主要作用為：向氣化裝置氣化爐燒嘴提供高壓氧氣，并提供全廠(chǎng)各裝置、工段所需的不同等級(jí)的氮?dú)猱a(chǎn)品、儀表空氣及裝置空氣。

空分裝置包括自潔式空氣過(guò)濾器、空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)(包括汽輪機(jī)、原料空壓機(jī)和空氣增壓機(jī))、預(yù)冷系統(tǒng)(空冷塔、水冷塔和水泵等)、純化系統(tǒng)(分子篩空氣凈化器)、精餾系統(tǒng)(增壓透平膨脹機(jī)、高低壓板翅式換熱器、規(guī)整填料塔、多層浴式或膜式冷凝蒸發(fā)器或氬增效塔)，氧氣產(chǎn)品采用高壓多級(jí)變頻液體泵輸送，低壓氮?dú)猱a(chǎn)品由下塔抽出，開(kāi)車(chē)高壓氮?dú)庥上滤槿?，并通過(guò)氮?dú)鈮嚎s機(jī)增壓后送出，其余中、高壓氮?dú)猱a(chǎn)品采用液氮泵加壓氣化送出。

2 規(guī)模等級(jí)及配套數(shù)量的確定

空分供應(yīng)商成套技術(shù)、設(shè)備生產(chǎn)能力及氣化氧氣需求量、投資收益率等決定空分的規(guī)模及數(shù)量。

氣化專(zhuān)利商提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，20億m3/a煤制天然氣項(xiàng)目設(shè)計(jì)煤種100%負(fù)荷工況下氧氣需求量為338 000Nm3/h。鑒于空分行業(yè)目前的發(fā)展現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外空分設(shè)備成套供應(yīng)商的業(yè)績(jī)，本著空分裝置須安全、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、可靠性高、能耗低、投資低等，項(xiàng)目擬采用4套85 000Nm3/h規(guī)?？辗盅b置或6套57 000Nm3/h規(guī)模空分裝置。

國(guó)外深冷行業(yè)知名公司的運(yùn)行分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，空分裝置85.2%的非計(jì)劃故障停車(chē)是由大機(jī)組故障(空壓/增壓機(jī)組～37.8%，汽輪機(jī)組～32.4%，膨脹機(jī)組～15.0%)引起的，13.8%的非計(jì)劃故障停車(chē)是由低溫分離冷箱(～7.4%)及分子篩純化系統(tǒng)(～6.4%)故障引起的。

空分三大機(jī)組空壓機(jī)、汽輪機(jī)、增壓機(jī)的成熟度、安全可靠性、操作性、工作效率、操作費(fèi)用、能耗、交貨周期等，影響著空分裝置的穩(wěn)定運(yùn)行、建設(shè)進(jìn)度、能耗及經(jīng)濟(jì)性等，因此，通過(guò)對(duì)不同規(guī)?？辗盅b置配套的三大機(jī)組進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，則可反映出空分裝置整體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

目前曼透平公司、西門(mén)子公司占有全球絕大部分80 000Nm3/h(O2)等級(jí)及以上空分裝置的空壓機(jī)、增壓機(jī)、汽輪機(jī)市場(chǎng)，業(yè)績(jī)見(jiàn)表1。

表1 業(yè)績(jī)對(duì)比表

目前在國(guó)內(nèi)80 000Nm3/h(O2)等級(jí)以上的空分裝置合同中，除神華寧煤項(xiàng)目12套100 000Nm3/h(O2)內(nèi)壓縮空分裝置中的一套空壓機(jī)組，是采用沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司的空壓機(jī)MAC160(軸流加離心式)+增壓機(jī)SVK40(齒輪組裝式離心式)+汽輪機(jī)HNKS71/3.0(杭汽雙出軸)外，其余空分裝置基本上采用曼透平空壓機(jī)RIKT160(單軸)+增壓機(jī)RG56+汽輪機(jī)DK100/220R(雙出軸)或空壓機(jī)AR115(軸流加離心式)+增壓機(jī)RG56+汽輪機(jī)DK100/250(雙出軸)、西門(mén)子空壓機(jī)STC-GV200(齒輪離心式)+增壓機(jī)STC-GV20(齒輪離心式)+汽輪機(jī)SST-600(雙出軸)或空壓機(jī)STC-SR450(軸流加離心式)+增壓機(jī)STC-GV32(齒輪離心式)+汽輪機(jī)SST-600(雙出軸)的產(chǎn)品。

2.1 機(jī)組配置比選

方案1為4×85 000Nm3/h (O2)規(guī)模，分別對(duì)西門(mén)子STC-SR型軸流離心式空氣壓縮機(jī)+STC-GV型整體多軸齒輪式空氣增壓機(jī)與曼透平RIKT160型單軸離心式等溫壓縮機(jī)+RG型整體多軸齒輪式空氣增壓機(jī)，針對(duì)進(jìn)氣量和排氣量、軸功率及配套“一拖二”汽輪機(jī)的總能耗進(jìn)行對(duì)比。

方案2為6×57 000Nm3/h (O2)規(guī)模，分別對(duì)配置西門(mén)子STC-GV型整體多軸齒輪式空氣壓縮機(jī)+STC-GV型整體多軸齒輪式空氣增壓機(jī)與配置曼透平RIKT125型單軸離心式等溫壓縮機(jī)+RG型整體多軸齒輪式空氣增壓機(jī)，針對(duì)進(jìn)氣量和排氣量、軸功率及配套“一拖二”汽輪機(jī)的總能耗進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表2)。

表2 三大機(jī)組技術(shù)對(duì)比表

注：參數(shù)由機(jī)組供應(yīng)商提供。

由上表可得，配套曼透平的單軸等溫全離心式壓縮機(jī)效率較高；方案1較方案2的總能耗更低。故從技術(shù)方面考慮，選擇方案1為主方案。

2.2 投資方面比選

方案1為4×85 000Nm3/h(O2) 規(guī)模，方案2為6×57 000Nm3/h(O2)規(guī)模，分別對(duì)配置西門(mén)子與配置曼透平三大機(jī)組的機(jī)器投資、附屬設(shè)備投資、土建安裝投資進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表3)。

表3 裝置投資對(duì)比表

由上表可得，與西門(mén)子軸流離心式相比，配套曼透平的單軸等溫全離心式壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、質(zhì)量較輕，造價(jià)也較低；方案1中機(jī)器投資雖較方案2高，但比較配套工程及其他設(shè)備，其總投資更低。故從投資方面考慮，選擇方案1為主方案。

2.3 其他方面比選

方案1為4×85 000Nm3/h(O2) 規(guī)模，方案2為6×57 000Nm3/h(O2) 規(guī)模，分別對(duì)裝置建設(shè)進(jìn)度、占地面積、負(fù)荷能力、運(yùn)輸尺寸等進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表4)。

表4 其他項(xiàng)目對(duì)比表

由上表可得，因方案1所配套的設(shè)備套數(shù)較方案2的少，設(shè)備制造、安裝周期都較短，占地面積、操作維修人員配備較少，故障概率也較小。方案2的產(chǎn)品調(diào)節(jié)范圍較大，單套故障狀態(tài)下對(duì)整個(gè)裝置的供氣穩(wěn)定影響程度較小。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從技術(shù)、投資、進(jìn)度、運(yùn)行維護(hù)等多方面對(duì)4套85 000Nm3/h規(guī)模與6套57 000Nm3/h 規(guī)模配置進(jìn)行了詳盡對(duì)比，4套85 000Nm3/h規(guī)模空分裝置配套3大機(jī)組的總能耗更低，結(jié)合配套工程及其他設(shè)備的總投資也更低，設(shè)備制造、安裝周期都較短，占地面積、操作維修人員配備較少，故障概率也較低。故空分裝置的規(guī)模等級(jí)及配套數(shù)量確定為4套85 000Nm3/h等級(jí)配置。

修改稿日期： 2017-02-09

Determination of Scale and Matching Quantity of Air Separation Plant for Coal-based Natural Gas Project

MAO Xiang-yu，REN Yan

(ChinaHuanqiuContracting&EngineeringCo.，Ltd.，Beijing100029，China)

Through the research on the equipment configuration and design optimization of the air separation plant of the coal-based natural gas project，this essay fully demonstrates the safety，reliability，and economic efficiency of mainly considered technical plans and measures in the process of device scale determination，air compressor unit selection and so on.This research is supposed to lower down one-time investment costs for equipment，civil engineering，land planning as well as the long-term management cost such as production management and energy consumption during operation so that the investment cost of air-separation plant can be controlled and the plant can sustain a continuous，stable and safe operation.

coal-based natural gas；air separation；scale；air compressor；energy consumption

毛向禹(1965年—)，男，湖北荊門(mén)人，1986年畢業(yè)于成都科技大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事化工設(shè)計(jì)等工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.007

TQ116.11

B

1004-8901(2017)02-0024-03