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信然LNG壓縮機(jī)在石油天然氣中的應(yīng)用

信然LNG壓縮機(jī)在石油天然氣中的應(yīng)用

2021/02/02 2:57:54

我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入LNG行業(yè)快速發(fā)展的時(shí)期,壓縮機(jī)是LNG處理過(guò)程中最核心的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。綜述了LNG液化廠(chǎng)中原料氣、分子篩脫水裝置的再生氣、天然氣液化制冷劑和BOG增壓過(guò)程中工藝的要求和介質(zhì)的特點(diǎn),根據(jù)常用壓縮機(jī)的特性和適用范圍,提出LNG工藝中壓縮機(jī)選型原則與方法。同時(shí)提出了LNG處理過(guò)程中壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇原則和冷卻方式的選擇方法,為L(zhǎng)NG工廠(chǎng)中壓縮機(jī)及配套的驅(qū)動(dòng)和冷卻方式的合理選型提供了參考依據(jù)。

天然氣在常壓下，當(dāng)冷卻至約-162℃時(shí)，則由氣態(tài)變成液態(tài)，成為液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡(jiǎn)稱(chēng)LNG）。LNG是由天然氣轉(zhuǎn)變的另一種能源形式。

　　天然氣是一種混合物，其組分隨氣田不同而異，主要成分有甲烷、氮及C2—C5的飽和烷烴，另外還有微量的氦、二氧化碳及硫化氫等，通過(guò)制冷液化后，LNG就成為含甲烷（約95%以上）和其他烷烴的低溫液體。

　　LNG的臨界溫度為-82.3℃，臨界壓力為4.58MPa

　　沸點(diǎn)為-162.5℃，熔點(diǎn)為-182℃，著火點(diǎn)為650℃

　　液態(tài)密度為0.430噸/立方，氣態(tài)密度為0.688kg/Nm3 （即：1公斤L(fēng)NG約合1.4方天然氣）

　　氣態(tài)熱值：8000-10000千卡/立方，液態(tài)熱值12000千卡/公斤。

　　爆炸極限：5-15%

　　特性：無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性

　　體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600

　　華白數(shù)：44.94MJ/Nm3

　　BOG氣體（Boil Off Gas）：LNG的閃蒸氣。槽車(chē)、儲(chǔ)罐、低溫鋼瓶?jī)?nèi)的 LNG自然吸熱氣化產(chǎn)生的氣體。BOG經(jīng)加熱后送入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。

　　EAG氣體（安全放散氣體）：LNG系統(tǒng)中放散出來(lái)的天然氣叫做EAG ，EAG經(jīng)加熱后直接通過(guò)放散塔向大氣排放。

　　BOG特點(diǎn)：①低溫（溫度約-145℃ ） ②持續(xù)不斷（設(shè)計(jì)值為0.3%） ③密度比常溫空氣重

　　補(bǔ)充說(shuō)明：當(dāng)LNG氣化為氣態(tài)天然氣時(shí)，其臨界浮力溫度為-107℃。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度高于-107℃時(shí)，氣態(tài)天然氣比空氣輕，將從泄漏處上升飄走。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度低于-107℃時(shí)，氣態(tài)天然氣比空氣重，低溫氣態(tài)天然氣會(huì)向下積聚，與空氣形成可燃性爆炸物。

　　如果不及時(shí)排出，將造成儲(chǔ)罐壓力升高，為此設(shè)置了降壓調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)壓力自動(dòng)排出BOG。儲(chǔ)罐蒸發(fā)的BOG和槽車(chē)卸車(chē)的BOG，通過(guò)1臺(tái)BOG加熱器加熱后進(jìn)入BOG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，或直接經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量加臭后送入管網(wǎng)。

　　EAG特點(diǎn)：①低溫 ②密度比常溫空氣重

　　設(shè)置1臺(tái)空溫式安全放散氣體加熱器，放散氣體先通過(guò)該加熱器加熱，使其密度小于空氣，然后再引入高空放散。

　　EAG氣源點(diǎn)：相隔閥門(mén)之間的低溫管道、儲(chǔ)罐等超壓放散

LNG的優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）LNG體積比同質(zhì)量的天然氣小600多倍，所以可用汽車(chē)輪船很方便地將LNG運(yùn)到?jīng)]有天然氣的地方使用。對(duì)于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，LNG是唯一的運(yùn)輸方式。
　?。?）利用LNG方式是解決沿海,荒漠地區(qū)氣田開(kāi)發(fā),，回收邊遠(yuǎn)氣田天然氣的有效辦法。
　?。?）LNG存儲(chǔ)效率高，占地少，投資省。10立方LNG儲(chǔ)存量就可供1萬(wàn)戶(hù)居民1天的生活用氣。
　?。?）LNG作為優(yōu)質(zhì)的車(chē)用燃料，與汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)，燃料費(fèi)用低，環(huán)保性能好的優(yōu)點(diǎn)。它可將汽油汽車(chē)尾氣中的碳?xì)浠衔餃p少72%，氮化物減少39%，一氧化碳減少90%，硫化物將為零。
　?。?）LNG的汽化潛熱高，氣化過(guò)程中的冷量可回收利用。
　?。?）由于LNG組分較純，燃燒完全，燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水，是很好的清潔燃料，有利于保護(hù)環(huán)境。
　?。?）LNG汽化后密度很低，稍有泄漏后容易飄散開(kāi)來(lái)，不致引起爆炸。

LNG的主要用途：

　?。?）作為清潔燃料，供城市居民生活使用。
　　（2）代作為汽車(chē)燃料，供LNG汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。
　　（3）作為冷源用于生產(chǎn)速凍食品，以及塑料、橡膠的低溫粉碎、制取干冰等。
　?。?）作為工業(yè)氣體燃?xì)?，用于各種窯爐、鍋爐等。

LNG的生產(chǎn)

　　氣田開(kāi)采出來(lái)的天然氣，經(jīng)過(guò)脫水、脫酸性氣體和重?zé)N類(lèi)，然后壓縮、膨脹、液化而成的低溫液體。LNG工廠(chǎng)液化流程按制冷方式分為3種模式：

　?。?）級(jí)聯(lián)式液化流程
　?。?）混合制冷劑液化流程
　　（3）帶膨脹機(jī)液化流程，包括天然氣膨脹、氮?dú)馀蛎?、?甲烷膨脹等。

級(jí)聯(lián)式液化流程

　　原料氣先后進(jìn)入原料分液罐（除液）、過(guò)濾器（脫粒）、脫CO2塔、分子干燥劑（脫水），利用丙烷制冷循環(huán)經(jīng)換熱器冷卻，節(jié)流降溫后進(jìn)入分離器氣液相分離，液相返流回收，再換熱冷卻、分離，換熱、分離，最后一級(jí)冷卻后流入LNG儲(chǔ)罐。

混合制冷劑液化流程

　　預(yù)處理后的天然氣進(jìn)入冷箱上部冷卻，經(jīng)重?zé)N分離器氣液分離，液相回收，氣相進(jìn)入冷箱下部冷凝和過(guò)冷，最后節(jié)流至LNG儲(chǔ)罐。制冷循環(huán)采用的制冷劑是N2和C1-C5的烴類(lèi)混合物制冷劑。

帶膨脹機(jī)液化流程

　　高壓天然氣經(jīng)換熱器預(yù)冷，進(jìn)入氣液分離器分離掉重?zé)N。分離器產(chǎn)生的氣體一部分進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹降溫，再進(jìn)入換熱器冷卻后進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐。另一部分氣體直接進(jìn)入換熱器冷卻后，經(jīng)節(jié)流至LNG儲(chǔ)罐。

LNG的運(yùn)輸

　　目前，國(guó)內(nèi)的LNG運(yùn)輸基本上是采取公路運(yùn)輸?shù)姆绞剑饕\(yùn)輸設(shè)備為L(zhǎng)NG罐式集裝箱和LNG運(yùn)輸槽車(chē)。遠(yuǎn)洋運(yùn)輸采用LNG運(yùn)輸船。

　　LNG罐式集裝箱：分為40英尺和43英尺兩種規(guī)格。40英尺罐式集裝箱的LNG有效容積為36立方米/臺(tái)；43英尺罐式集裝箱的有效容積為40立方米/臺(tái)(均按照90%充滿(mǎn)率)。LNG罐式集裝箱采用特殊的絕熱材料包扎，并高真空保溫，保溫性能非常優(yōu)良。

　　半掛運(yùn)輸槽車(chē)：49立方米的高真空多層纏繞絕熱半掛槽車(chē)經(jīng)濟(jì)性最高，且保溫性能優(yōu)良，適合長(zhǎng)距離LNG運(yùn)輸，其有效容積為44立方米。

LNG的儲(chǔ)存

　　LNG采用深冷液體儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，液體儲(chǔ)罐為雙壁真空粉末絕熱，LNG的日蒸發(fā)量控制在0.3%以?xún)?nèi)。儲(chǔ)罐的總?cè)萘客ǔ０?-7天高峰月平均日用氣量來(lái)確定。

　　用于低溫儲(chǔ)罐的保溫材料，應(yīng)滿(mǎn)足導(dǎo)熱系數(shù)小、密度低、吸濕率與吸水率小、抗凍性強(qiáng)、耐火好、有一定強(qiáng)度、且環(huán)保和便于施工等要求。大型低溫LNG儲(chǔ)罐絕熱材料大致分為氣孔型、纖維型和氣泡型三類(lèi)。

　　玻璃纖維氈是補(bǔ)償罐的收縮量。

　　整個(gè)工藝流程可分為：槽車(chē)卸液流程、氣化加熱流程（含熱水循環(huán)流程）、調(diào)壓、計(jì)量加臭流程。

　　卸液流程：LNG由LNG槽車(chē)運(yùn)來(lái)，槽車(chē)上有3個(gè)接口，分別為液相出液管、氣相管、增壓液相管，增壓液相管接卸車(chē)增壓器，由卸車(chē)增壓器使槽車(chē)增壓，利用壓差將LNG送入低溫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。儲(chǔ)罐進(jìn)液口設(shè)有緊急切斷裝置，當(dāng)液體達(dá)到罐容的85%時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警；當(dāng)液體達(dá)到罐容的90%時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)液緊急切斷閥；當(dāng)液體只有罐容的10%時(shí)，也發(fā)出聲光報(bào)警。

氣化、加熱流程

　　氣化流程：儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG通過(guò)儲(chǔ)罐增壓器從出液管自流進(jìn)入空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣與空氣交換熱，發(fā)生相變，液態(tài)天然氣變?yōu)闅鈶B(tài)天然氣。氣化器總管上設(shè)有溫度遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)，當(dāng)氣化后的天然氣溫度低于-10℃時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警；當(dāng)氣化后的天然氣溫度低于-18℃時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)切換氣化器組。在水浴加熱器后總管上也設(shè)有溫度遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，當(dāng)天然氣溫度低于-10℃時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警；當(dāng)天然氣溫度低于-18℃時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警并啟動(dòng)熱水爐，通過(guò)水浴加熱器加熱天然氣；當(dāng)天然氣溫度高于20℃時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警并關(guān)閉熱水爐。常溫天然氣經(jīng)調(diào)壓計(jì)量后進(jìn)入城市中壓管網(wǎng)，供用戶(hù)用氣。

　　站內(nèi)BOG發(fā)生量最大的為回收槽車(chē)卸車(chē)后的氣相天然氣和儲(chǔ)罐卸液后的氣相天然氣， BOG可通過(guò)BOG加熱器加熱后，經(jīng)過(guò)計(jì)量、加臭后再輸入管網(wǎng)使用。

計(jì)量加臭流程：

　　LNG經(jīng)過(guò)氣化、復(fù)熱過(guò)程后，變?yōu)?.6MPa 、5℃左右的氣態(tài)天然氣，進(jìn)入主調(diào)壓器，燃?xì)獬隹趬毫φ{(diào)節(jié)到0.3 MPa，再經(jīng)計(jì)量加臭后送入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。調(diào)壓器和流量計(jì)的選型根據(jù)設(shè)

　　LNG氣化最大流量選擇，加臭機(jī)根據(jù)流量計(jì)流量脈沖信號(hào)自動(dòng)加臭，加臭劑為四氫塞吩。

　　水浴式加熱器熱源采用熱水循環(huán)，循環(huán)水動(dòng)力為離心式熱水循環(huán)泵。加熱源為燃?xì)鉄崴哄仩t，燃?xì)鈿庠慈∽匀細(xì)夤芫W(wǎng)，經(jīng)調(diào)壓后壓力降至2.5-3KPa。