李均方 谭敬明 张瑞春 李娇琳 苟文雨 何 伟

(中国石油西南油气田公司成都天然气化工总厂)

犍为LNG装置在管道压力能利用方面的实践

李均方 谭敬明 张瑞春 李娇琳 苟文雨 何 伟

(中国石油西南油气田公司成都天然气化工总厂)

简要介绍了犍为LNG装置的工艺流程,详细阐述了该装置因管道压力能较高而具有的工艺技术特点。装置具有流程简单,制冷能耗低,液化率低等优点。探讨了影响天然气膨胀机制冷的主要因素,认为天然气膨胀机的级数、天然气中重烃的含量以及预冷会对制冷产生重要的影响。

LNG 管道压力能 利用

1 装置简介

犍为LNG装置于2005年11月建成投产,设计处理天然气量40×104m3/d,产品LNG流量为4× 104m3/d。该装置虽然规模小,但整个工艺技术自主开发,合理利用了管道的压力降,所有设备全部国产化,为国内LNG工艺技术的发展起到了领路工厂的作用。

该装置采用的工艺有:分子筛吸附脱水和脱CO2;天然气膨胀机开式循环制冷;LNG带压储存充装;BOG作分子筛再生气,压缩后去界区外作燃料。其工艺流程示意图见图1[1]。原料天然气(5.8 MPa,室温)经过分子筛吸附脱水后(水体积分数小于1×10-6)分成两股气流,膨胀气流进冷箱,预冷到-40℃后进膨胀机的膨胀端膨胀(膨胀后温度约为-105℃),膨胀后的气流经过冷量交换,并复热到常温,经膨胀机增压端增压后出界区去管网,出装置压力约1.8 MPa。液化气流经过分子筛吸附脱除CO2后进冷箱,与膨胀后的气流间壁式换热,并与BOG返流气换热后节流去产品低温分离器。低温分离器的气相复热后作分子筛再生冷却气,压缩后去界外管道作燃料;液相去产品储罐储存,储存压力约为0.3 MPa。

2 工艺技术特点

2.1 用管道天然气压力能制冷,制冷能耗低

该装置采用天然气压力能制冷,与常规制冷循环相比,简化了工艺流程,省去了制冷循环压缩机及附属设备,使得装置投资降低。同时,由于无制冷压缩机的电能消耗,使LNG装置的能耗极低。经考核表明,该装置单位产品能耗主要是尾气压缩机和公用工程(循环水、仪表风)的能耗,约150 k W·h/t LNG,比国外大型基本负荷型LNG装置单位产品能耗450 k W·h/t LNG[2]节约68%左右。

2.2 采用部分脱CO2工艺,减少天然气净化部分的流程

该装置原料气来源单一(由麻柳场气田供气),天然气组分稳定,几乎不含C+5重烃,也不含H2S,且CO2摩尔分数低至约0.13%,见表1。与常规LNG装置相比,在天然气净化工艺上,设计开发出部分脱CO2工艺流程,即原料气中只有约20%的液化气流脱CO2(脱碳后CO2体积分数小于100× 10-6),大大降低了脱碳负荷。同时,省去常规胺法脱碳单元,减少了天然气净化部分的投资,节省了运行费用。

表1 犍为LNG装置原料气组分Table 1 Feed gas composition of Qianwei LNG plant

2.3 LNG带压储存

该装置采用4个100 m3的真空绝热低温储罐储存LNG,储存压力约为0.3 MPa,储存周期约5天。由此,可利用该压力对车辆装车,省去了LNG装车泵。同时,带压储存时对应储存温度升高,可在一定程度上降低产品能耗。

2.4 装置的净化部分相对全液化的LNG装置处理能力大

部分液化LNG装置的天然气净化部分的处理能力远大于天然气液化部分的处理能力是装置的基本特点之一,从而造成天然气净化部分的单位产品投资和运行费用较高。犍为LNG装置根据其原料天然气的特定性质,简化了净化部分投资和运行费用,有效解决了该问题。

2.5 装置部分液化,液化率相对较低

该装置利用净化后天然气作制冷介质,采用开式循环工艺,膨胀气流制冷的天然气直接去界外,而液化气流的天然气受膨胀机制冷温度的限制,也不可能全部液化。因此,总的液化率约为10%。

3 应用探讨

3.1 天然气膨胀机的级数

犍为LNG采用单级膨胀机制冷,受叶轮材料强度和最大圆周速度的限制,只适用于膨胀机的焓降小于63～75.6 kJ/kg[3-4]的情况。当由于压力降增加或膨胀前温度上升引起膨胀机焓降增大时,应采用两级或多级膨胀机制冷。

3.2 天然气中含重烃的影响

天然气膨胀机制冷的膨胀前气流不能带液,而膨胀后气流带液量也有一定的限制(不超过20%)。犍为LNG属贫气,重烃含量很低。因此,当天然气中重组分含量更高时,应考虑重烃影响,膨胀前一般应增加重烃分离器。同时,在工艺参数的选择上,膨胀后的温度受该压力下的液化平衡温度的限制,如需降低膨胀后温度,只有降低膨胀后压力。否者在较高的膨胀压力下,随膨胀焓降的增加只能增加膨胀后的液体,而温度的降低并不明显。

3.3 预冷对制冷的影响

经过HYSYS模拟表明,当采用带预冷的天然气膨胀代替不带预冷的膨胀机制冷循环时,会因制冷量的增加和更高温度水平冷量的合理利用,液化率有所提高。针对犍为LNG装置的模拟表明,采用单级预冷到-40℃时,LNG产量最高可从5.0× 104m3/d提高到8.16×104m3/d,提高约63%。

3.4 装置的应用范围

利用管道压力能制冷或适当辅以外制冷循环补冷,部分液化生产LNG的装置,特别适用于管道输送过程中有较多的压力能可以利用,并同时需要生产少量LNG的情况,生产的LNG产品可用于调峰,或作LNG车用燃料。犍为LNG在这方面作了有益的实践和探索。

[1]李均方,王应海,李文艺.犍为LNG装置适应性改造方案的探讨[J].石油与天然气化工,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.单级高压透平膨胀机[J].深冷简报, 1973(3):84-88.

[4]张加雷.大焓降、高转速膨胀机设计中几个问题的探讨[C]//气体总网第十二次全网大会暨技术交流会论文集.江苏丹阳:中国制冷学会,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;编辑:康 莉

李均方(1968-),男,四川阆中人,高级工程师,1989年毕业于西南石油大学,大学学历(工学学士),长期从事天然气加工方面的生产技术工作。地址:(610213)四川成都华阳正东下街20号。E-mail:Li_jf@petrochina.com.cn。电话: 028-85607039。