天然气工业中小型天然气液化装置的运用分析

2020-11-27张进盛

商品与质量 2020年40期

张进盛

深圳市燃气集团股份有限公司广东深圳 518049

随着我国社会经济的发展和进步，人民的生活水平不断提升，但是于此同时，对于能源的需求也在不断增加。而石油等能源的大量应用带来了温室效应以及其他污染物的排放，给环保事业带来一定的挑战。在这样的情况之下，天然气逐渐重视，这种能源具有清洁、高校的特点，逐渐成为了我国广泛应用的能源之一。天然气在我国的储量十分丰富，因此需要提高对于天然气的开发水平。液化天然气是当前天然气应用的一种形式之一，相比于普通天然气开发模式具备很多优点。

1 液化天然气特点

液化天然气和压缩天然气进行比较，主要有以下几个明显特点：①相比较于压缩天然气而言，液化天然气在密度方面会更加高，这样有利于降低储存成本以及运输成本；②相比较于压缩天然气而言，液化天然气在燃烧的时候所释放出来的热量会更加大；③液化天然气属于非常重要的清洁能源，燃烧所产生的污染程度比较低。正是因为液化天然气的种种优势，使得液化天然气已经成为我国一种使用非常广泛的清洁能源，再加上随着社会发展，各行各业对于天然气需求都在不断加大，我国当前在液化天然气运输方面主要是采取两种方式，一种是利用管道在陆上进行运输，另一种是利用专门的液化天然气船来运输进口的液化天然气，很多主要的接收站也都是建立在沿海比较大的港口码头附近[1]。

2 液化天然气工艺流程及设备

2.1 膨胀流程

膨胀制冷循环主要是根据原料天然气的自身压力进行膨胀做功为液化天然气提供所需冷量，其工艺比较适合输送压力比较高、实际的使用压力又比较低并且在中间的过程需降压的场合，更加适用在调峰型装置。其工艺流程比较简单，投资的费用比较少，操作起来比较灵活。其工艺系统的液化率由膨胀的效率与膨胀比决定。氮气膨胀的流程比较简单紧凑，其装置运行的比较灵活，启动十分快速，存在较强的适应性，比较方便控制操作，但其耗能比较高[2]。氮-甲烷膨胀的流程比较简单，设备投资比较少，其装置操作存在较高的弹性还有一定的适应性。

2.2 混合制冷剂流程

混合制冷剂是将多组分烃类混合物来进行制冷，主要是通过逐级冷凝、节流、膨胀以及蒸发等步骤来进行逐步冷却。在LNG 液化子流程的过程中，混合冷剂主要是通过压缩到高压，并且预冷之后进入到天然气液化分离器V-100。同时液相是由预冷换热器冷却之后，起到节流、降温以及降压的目的，促使其与返流的混合制冷剂混合在一起，形成预冷换热器提供冷量，将冷却天然气和分离器的气相和液相进行混合。其次V-100 分离出来的气相制冷剂通过预冷换热器冷却之后，进入到气液分离器V-101 中，将其分离成气相和液相，液相是通过主换热器冷却之后进行节流、降温降压，与返流的混合制冷剂混合之后成为主换热器提供冷量，以及冷却天然气与分离出来的气相和液相相互混合。此外，将主冷换热器分离出来的气相制冷剂通过冷换热器冷却之后进行节流和降温，并且进入到冷换热器，冷却天然气和气相混合在一起形成制冷剂[3]。

3 天然气工业中小型天然气液化装置的运用

3.1 对小型天然气液化装置采取混合制冷剂液化工艺

既然级联式液化工艺的设备运行极其繁琐，我们就可以将各个步骤中的制冷剂进行混合，从而简化生产步骤。通过研究，我们可以将碳氢化合物和氮气进行混合作为天然气液化过程中的制冷剂。拥有了混合制冷剂以后，我们就不再需要逐级对天然气进行液化，而是可以直接得到天然气液化后的产物。与级联式的液化工艺相比，混合制冷却剂液化工艺设备少、操作简单、流程得到大大简化而且便于设备故障时的维修、减少了监控设备的人力投入。但是混合制冷剂液化工艺仍然是目前的工业生产中最具有创新性的生产工艺，它可以实现在液化过程中的连续温度变化，避免出现温度断层，可以保证制冷剂与天然气的混合更均匀，基于以上的优点，这项混合制冷却剂液化技术是未来我国天然气液化工业的最佳发展趋势，具有很好的发展前景。

3.2 对小型天然气液化装置采取级联式液化

级联式液化流程也叫做阶梯式液化，这种液化方法在带负载的天然气液化装置中比较适用。这种液化装置由许多独立的液化制冷装置组成, 他们之间相互联系、构成一个系统。在各级系统之间，会发生热量的传递，这也就保证了液化设备恒温运行。级联式液化的优点是消耗的能量少、经济环保，而且制冷机易于制备，经济实惠。但这项技术也存在一定的缺点，比如：许多冷却设备进行级联、相互干扰、增多了操作步骤，而且这种设备体积大、占用空间大，不便于运输、安装和维修。如果其中一台设备发生故障，容易对其它设备产生不良影响。其次，若要对这个庞大的体系进行管控，需要牺牲大量的人力物力财力，不利于节省成本。因此，这项技术如果想要投入生产的话，我们还要对其进行进一步的改良。