LNG工厂运行与工艺

长沙新奥燃气储配有限公司2015年4月LNG工厂运行与工艺讲师：长沙新奥燃气储配有限公司LNG工厂液化能力：20×104Nm³/d存储能力：1200×104Nm³气化能力：10×104Nm³/h第一章：LNG工艺操作规程、流程图门站调压计量原料气压缩机净化系统冷箱LNG储罐冷剂循环系统LNG气化器槽车BOG压缩机中压管网城市管网长沙新奥燃气储配有限公司LNG工厂工艺流程简图1、调压计量单元工艺流程简介：原料气经分输站管线进入门站，送至调压与计量系统。经过切断阀（XV1014）进入过滤器（F1001A/B）过滤大于5微米的杂质，至超声波流量计（FT1012）计量后，通过调压阀（PV1015）稳压到1.2-1.6Mpa，进入缓冲罐（V3101），再去压缩机（C-3101A/B）增压到4.0Mpa,送至净化系统（当门站来气压力有4.0Mpa时，计量后直接去净化系统）。原料气压力：1.6-4.0MPa原料气温度：常温原料气流量：8760Nm3/hLNG生产工艺流程图解LNG生产工艺流程图解LNG生产工艺流程图解2、原料气压缩机系统工艺流程简介：来自城市次高压管网的原料气，经过过滤计量，通过压力调节阀（PV-1015）根据来气压力调节为1.2—1.6MPa，如压力低则取压力的最低点。再通过缓冲罐（V-3101）在30℃的状态下进入压缩机，经压缩后压力提高到4.0MPa后再进入脱汞塔（T-2101）去净化系统。容积流量：5m³/min吸气压力：1.2—1.6MPa排气压力：4.0MPa吸气温度：常温排气温度：≤130℃系统出口温度：≤40℃LNG生产工艺流程图解LNG生产工艺流程图解3、净化单元（脱汞、脱酸）工艺流程简介：（脱汞）经原料气压缩后的天然气经过除油器，自脱汞塔（T-2101）顶部进入，自底部引出并经篮式过滤器除去固体颗粒后送至板翅式换热器换热，在进吸收塔（T-2102），出塔气体中汞含量不大于0.01ug/Nm3。（脱酸）来自脱汞塔（T-2101）的天然气（操作压力为4.0Mpa(G)，温度≤40℃，CO2含量≤(2.5%），H2S含量≤(5mg/Nm3），从吸收塔（T-2102）的下部进入，自下而上通过吸收塔；活性MDEA溶液经贫液泵（P-2101A/B）升压到4.3MPa(G)，从吸收塔上部喷淋，贫液温度应高于天然气进气温度5℃以上，并自上而下通过吸收塔，MDEA溶液和逆向流动的天然气在吸收塔内充分接触，天然气中的CO2被吸收而进入液相，除去CO2的天然气从吸收塔顶部逸出。除去CO2的天然气从吸收塔顶部引出后进入天然气冷却器（E-2101），被冷却至38℃后，在天然气气液分离器（V-2104）进行气液分离。（二氧化碳含量≤50PPm，硫化氢含量≤4PPm）3、净化单元（脱汞、脱酸）填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。填料塔3、净化单元（脱汞、脱酸）3、净化单元（脱汞、脱酸）脱酸反应原理：MDEA法脱除技术是利用活化MDEA水溶液在高压常温将天然气中的二氧化碳等酸性气吸收，并在降压和升温的情况下，二氧化塘又从溶液中解析出来，同时溶液得到再生。反应方程式：3、净化单元（脱汞、脱酸）液泛Flooding填料塔内，上升气流对液体所产生的曳力阻止液体下流，以致填料层空隙内大量积液，气体只能鼓泡上升，并将液体带出塔外的现象。此时塔的压降随气速急剧上升，填料塔不能正常工作。3、净化单元（脱汞、脱酸）液泛Flooding吸收塔中气液两相在塔内逆流接触，工艺气体从下往上流动，当气体的流速增大至某一数值，溶液被气体阻拦不能向下流动，愈积愈多，气液两相由逆向流动转为同向流动，最终导致溶液从塔顶溢出，造成液泛。在国内工厂现有的技术条件下，持液量、载点、液泛点等指标的控制往往缺乏定性或定量依据。部分工厂对液泛失察或判断延误，导致溶液跑损、停产及巨额的经济损失；另一部分工厂则因为脱碳工况长期恶化而不得不更换溶液。即使液泛比想象中的复杂，但其原因不外乎溶液、设备和工艺三个方面。具体如：①溶液发泡或消泡剂加注量及时间不合理；②塔内构件如塔盘、降液管、分布器等疲劳失效等；③溶液被污染(如重烃、脂、金属垢皮及循环冷却水等)；④溶液过滤失效；⑤超负荷运行或负荷调整／波动速率过快。LNG生产工艺流程图解3、净化单元（脱酸胺液再生）工艺流程简介：（胺液再生）充分吸收CO2的MDEA溶液自吸收塔（T-2202）塔底引出，先进入操作压力为0.45MPa的富胺闪蒸罐（V-2103）进行闪蒸，闪蒸气主要为溶解在MDEA溶液的天然气进入火炬系统。闪蒸后的富液经贫富换热器（E-2202）被加热至90℃以上进入再生塔（T-2101）塔顶，自上而下喷淋进行汽提再生。再生塔（T-2101）用低温导热油加热再沸器（E-2203）提供热量，再生塔（T-2101）温度约为110℃。再生塔顶部出口气体富含CO2气体，约95～100℃，操作压力为0.045～0.05MPa；湿CO2气体先经塔顶冷却器（E-2204）降温至≤40℃，然后进入CO2气液分离器（V-2201）除去水份，出分离器的CO2气体经压力调节阀（PV-2202）减压后放空，冷凝下来的液相补入贫液泵（P-2101A/B）的进口。LNG生产工艺流程图解LNG生产工艺流程图解LNG生产工艺流程图解3、净化单元（脱苯、脱水）工艺流程简介：通过脱苯塔脱除苯等重烃后自下部引出后进入脱水塔。天然气吸附净化系统（即天然气脱水工序）由三台脱水塔（T-2302A/B/C）、一台再生气加热器（E-2301）、一台再生气冷却器（E-2302）、一台再生气气液分离器（V-2301）一台三相分离器，一台重烃储罐，一台BOG换热器组成。三台脱水塔(T-2302A/B/C）轮流吸附。三塔吸附、加热再生、冷吹时间必须为同一时间，不能有时间差，以便确保流程畅通；时间设定的标准必须同时满足以下要求：首先，吸附时间内吸附后的净化气必须达到液化气体的要求；其次再生加热温度在时间内必须不低于170℃，最后同时间内冷吹温度必须低于45℃；吸附热吹冷吹3、净化单元（脱苯、脱水）吸附脱水：“吸附”的意思是一个或多个组分在界面上的富集或损耗。其机理是在亮相界面上，由于异相分子间作用力不同于主体分子间作用力，使相界面上流体的分子密度异于主体密度而发生“吸附”。按吸附作用力性质不同，可分为物理吸附与化学吸附。物理吸附是分子间作用力（范德华力）产生的。由于范德华力是一种普遍存在于吸附质与吸附剂间的弱的相互作用力，因此，物理吸附具有吸附速率快，易于达到吸附平衡和易于脱附等特征。吸附剂：活性氧化铝、耐水硅胶、耐水活性炭、3A分子筛、惰性瓷球LNG生产工艺流程图解3、净化单元（重烃分离）重烃分离：三相分离器共有三个液位计；就地磁翻板液位计主要显示整个容器内的混合液液位；玻璃液位计主要判断水和重烃的液位，确保水与重烃的分层在玻璃液位计范威内（手动现场排污）；差压液位计主要显示重烃的液位高度，当差压液位计达到1/3～1/2时控制气动阀LV321将重烃排入重烃储罐。三相分离器的压力由XV321控制高限0.38MPa、底限0.35MPa；重烃储罐的压力由XV322控制高限0.3MPa、底限0.2MPa；如果三相分离器压力低于重烃储罐，需通过氮气充气充压调阀PV321将压力控制在指标内。LNG生产工艺流程图解4、液化系统（冷箱液化）工艺流程简介：净化后的天然气进入冷箱（E-2401）中逐渐降温、液化、并过冷至约-161.6℃后出冷箱，经节流阀FV2402节流至80kPaG后送去LNG储罐。天然气液化所需的冷量由制冷剂循环系统提供。制冷剂为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷的混合物，通过AP2402取样分析监测其组成变化，依靠制冷剂储罐（V-3302）来实现变负荷调节。制冷剂压缩产生的气相及液相冷剂分别进入冷箱（E-2401）中预冷，并在冷箱的不同位置节流降温。二级气相在冷箱中预冷到-155℃，然后经节流阀FV2405节流至-159℃、0.40MPaG后返回冷箱为冷箱提供冷量；一级液相进入冷箱预冷后，再经节流阀FV2403节流至-40℃、0.37MPaG，二级液相在冷箱中预冷后，经节流阀FV2404节流至-71℃、0.39MPaG后返回冷箱并与二级气相节流后的流股汇合后为冷箱提供冷量；汇合后的流股温度升到36.03℃后出冷箱进入制冷剂缓冲罐（V-3301），从缓冲罐（V-3301）顶部进入制冷剂压缩机（C-3201A/B）继续循环。LNG生产工艺流程图解4、液化系统（节流膨胀）高压气体经过小孔或阀门受一定阻碍后向低压膨胀的过程。1852年，焦耳和汤姆逊设计了一个节流膨胀实验，使温度为T1的气体在节流阀[1]一个绝热的圆筒中由给定的高压p1经过多孔塞(如棉花、软木塞等)缓慢地向低压p2膨胀。多孔塞两边的压差维持恒定。膨胀达稳态后，测量膨胀后气体的温度T2。他们发现，在通常的温度T1下，许多气体(氢和氦除外)经节流膨胀后都变冷(T2T1)。如果使气体反复进行节流膨胀，温度不断降低，最后可使气体液化。至今节流膨胀仍是工业上液化气体的一个重要方法。例如林德(Linde)法。根据热力学原理，在焦耳-汤姆逊实验(Joule-Thomsen’sexperiment)中系统对环境做功-W=p2V2-p1V1，V1及V2分别为始态和终态的体积。Q=0，故ΔU=-(p2V2-plV1)；U2+p2V2=U1+p1V1；即H2=H1。所以焦耳-汤姆孙实验(简称焦汤实验)的热力学实质是焓不改变，或者说它是一个等焓过程(isenthalpicprocess)。鉴于1843年,焦耳的自由膨胀实验不够精确,1852年焦耳和汤姆逊设计了一个节流膨胀实验来观察实际气体在膨胀时所发生的温度变化。实验如下：在一个圆形绝热筒的中部,置有一个刚性的多孔塞,使气体通过多孔塞缓慢地进行节流膨胀,并且在多孔塞的两边能够维持一定的压力差,实验时,将压力和温度恒定为p1和t1的某种气体,连续地压过多孔塞,使气体在多孔塞右边的压力恒定为p2,且p1p2.由于多孔塞的孔很小,气体只能缓慢地从左侧进入右侧,从p1到p2的压力差基本上全部发生在多孔塞内,由于多孔塞的节流作用,可保持左室p1部分和右室低压p2的部分压力恒定不变,即分别为p1与p2.这种维持一定压力差的绝热膨胀过程叫做节流膨胀。4、液化系统（节流膨胀）在节流过程中，流体既未对外输出功，又可看成是与外界没有热量交换的绝热过程，根据能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。当气体节流后，由于压力降低，气体体积膨胀，分子间的距离增大，分子间的势能增加，相应的动能减小，而分子的动能大小可反映出温度的高低，所以，一般情况下，气体节流后温度总是有所降低。并不是所有流体节流膨胀后会降温的。比如氢气会升温。分子动能分子势能4、液化系统（深冷分离重烃）工艺流程简介：在液化过程中为进一步脱除重烃而在冷箱设置了重烃深冷分离工艺：利用进冷箱天然气热线和冷线自动调温到-50℃，此时天然气在重烃分离器中气液分离，其中重组分被冷凝出来经气化器升温后进入重烃储罐储存；气相返回冷箱继续降温液化。LNG生产工艺流程图解LNG生产工艺流程图解4、液化系统（制冷剂循环）工艺流程简介：来自制冷剂缓冲罐（V-3301）的混合制冷剂通过制冷剂压缩机（C-3201A/B）经两级压缩升压至2.80MPaG。制冷剂压缩机（C-2301A/B）二级出口气相分成两路，一路直接去