氮?dú)馀蛎浿评涮烊粴庖夯に囇芯?/h1>
2015-01-03 03:14:10王志剛賈緒平
當(dāng)代化工 2015年1期
王志剛，賈緒平，張 琪
（山東實(shí)華天然氣有限公司，山東 青島 266001）
氮?dú)馀蛎浿评涮烊粴庖夯に囇芯?/p>
王志剛，賈緒平，張 琪
（山東實(shí)華天然氣有限公司，山東 青島 266001）
通過對氮?dú)馀蛎浿评涮烊粴庖夯に囘M(jìn)行模擬和分析，得到各關(guān)鍵參數(shù)對該液化系統(tǒng)的液化率和比功率的變化情況：隨著原料氣壓力增大，液化率和比功率分別呈近線性增大和減小，原料氣溫度的影響與之相反；制冷劑高壓壓力增加或制冷劑低壓壓力減小時(shí)，液化率均呈現(xiàn)上升趨勢，但上升幅度有所減小；比功率呈先減小后增大勢態(tài)，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。合理選擇制冷劑高壓壓力和制冷劑低壓壓力具有優(yōu)化價(jià)值；循環(huán)制冷劑溫度或LNG儲存壓力升高，液化率線性增大，比功率顯著降低。
天然氣；膨脹制冷；LNG；工藝；模擬；分析
天然氣以其高效、優(yōu)質(zhì)和清潔等特性備受到重視。天然氣經(jīng)過脫酸脫水處理達(dá)到相關(guān)要求后在低溫下液化，形成液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡稱LNG）。液化天然氣較天然氣具有體積小，便于輸送和應(yīng)用的特點(diǎn)，適合于長距離貿(mào)易、回收邊遠(yuǎn)天然氣等情況。此外，液化天然氣還可用于城市調(diào)峰裝置[1]，減輕城市不同季節(jié)、不同月份甚至不同時(shí)間段的用氣不均現(xiàn)象。正因?yàn)橐夯烊粴馓赜械膬?yōu)點(diǎn)，國際天然氣市場對液化天然氣的需求不斷增強(qiáng)。我國若能滿足國內(nèi)對液化天然氣的供應(yīng)，還能實(shí)現(xiàn)液化天然氣出口，其經(jīng)濟(jì)效益將十分明顯。
天然氣液化裝置一般可以分為基本負(fù)荷型和調(diào)峰型兩大類。考慮到邊遠(yuǎn)地區(qū)氣田或氣田開發(fā)后期天然氣氣量較小，小型液化裝置或撬裝式液化裝置成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[2]。小型液化裝置屬于調(diào)峰型裝置的一種。本文對N2膨脹機(jī)天然氣液化流程進(jìn)行模擬和分析，確定流程關(guān)鍵參數(shù)對流程性能（液化率和比功耗）的影響[3]。
1 N2膨脹制冷液化流程
天然氣液化一般包括預(yù)處理（又稱天然氣凈化）和低溫液化兩部分。其中低溫液化是核心。
1.1 預(yù)處理
一般先將原料天然氣經(jīng)過脫酸脫水處理除去液化過程中的不利組分（如酸性組分、水分、較重?zé)N類及汞等）達(dá)到要求后，進(jìn)入制冷系統(tǒng)的板式換熱器不斷降溫，使溫度降低到-163 ℃左右，即可得到LNG產(chǎn)品。
1.2 N2膨脹制冷液化
N2膨脹制冷液化流程[4]（如圖1所示）由兩部分組成：天然氣吸收冷量液化和N2循環(huán)制冷系統(tǒng)（N2為制冷劑）。制冷劑依次經(jīng)冷劑壓縮機(jī)-1、空冷器-1、冷劑壓縮機(jī)-2、空冷器-2實(shí)現(xiàn)兩級壓縮和兩級冷卻后進(jìn)入換熱器-1（高效板式換熱器）再次降溫，增強(qiáng)膨脹機(jī)膨脹制冷效果。N2經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后溫度非常低。然后進(jìn)入換熱器-2和換熱器-1與原料天然氣逆流為其提供冷量。最后又進(jìn)入壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。原料天然氣經(jīng)過兩段板式換熱器后溫度逐漸降低，最后在節(jié)流閥作用下，溫度降至冷凝溫度附近。節(jié)流后的天然氣在分離器作用下，分離液態(tài)的液化天然氣和氣態(tài)的極低溫天然氣，氣態(tài)天然氣則經(jīng)過兩段換熱器為原料天然氣提供冷量。
圖1 N2膨脹制冷液化工藝流程Fig.1 N2expander liquefaction process
2 初始條件
在模擬分析之前需要給定研究工況的初始條件：假設(shè)液化的原料天然氣為某長輸管道所輸氣體（具體見表1），進(jìn)料溫度為30 ℃，進(jìn)料壓力為4500 kPa，流量為2231 kmol/h。模擬中的原料天然氣和冷劑N2的物性計(jì)算均采用Peng-Robinson方程[5,6]。
表1 進(jìn)料天然氣組成Table 1 Feed natural gas compositions %（mol）
3 N2膨脹制冷液化流程工藝分析[7]
這里主要討論影響N2膨脹制冷液化流程的主要參數(shù)：進(jìn)料原料氣溫度和壓力，冷劑高壓壓力（物流12壓力）和低壓壓力（物流16壓力），冷劑循環(huán)溫度（物流18溫度）以及液化天然氣的儲存壓力對液化率和比功率的影響情況。其中，液化率=液化天然氣流量/原料天然氣流量×100%；比功率=（壓縮機(jī)總功耗-膨脹機(jī)總輸出功）/液化天然氣流量。
3.1 原料氣壓力
在保證流程持續(xù)收斂的條件下，僅僅改變原料氣壓力得到，原料氣壓力對工藝液化率和比功率的變化情況，如圖2所示。可以看出，隨著原料氣壓力增大，液化率和比功率分別呈近線性增大和減小。因此在實(shí)現(xiàn)中，在滿足設(shè)備要求前提下盡量提高壓力有利于系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。但另一方面原料氣壓力的增大會需要額外的能量的輸入。因此該裝置非常適用于高壓長輸天然氣管道氣制冷液化。
圖2 原料氣壓力對液化率和比功耗的影響Fig.2 Influence of inlet gas pressure on liquefaction rate and specific power
3.2 原料氣溫度
改變原料氣溫度得到該系統(tǒng)液化率和比功率的變化情況，如圖3所示?？梢钥闯?，隨著原料氣溫度升高，比功率增大，且變化幅度也有所增大，即對于比功率來說，高溫較低溫更敏感。液化率則隨著原料氣溫度升高而降低。因此在對工藝進(jìn)行優(yōu)化時(shí)適當(dāng)降低原料氣溫度有助于系統(tǒng)的運(yùn)行，但一般該溫度取決于天然氣來源。
3.3 制冷劑高壓壓力
在保證流程持續(xù)收斂的條件下，僅僅改變冷劑經(jīng)兩級壓縮后的高壓壓力（物流12）得到，劑高壓壓力對工藝液化率和比功率的變化情況，如圖4所示?？梢缘玫剑弘S著制冷劑高壓壓力增加，液化率呈現(xiàn)上升趨勢，但上升幅度有所減小，即在較高壓力下，壓力對液化率的影響較??；同時(shí)比功率隨著冷劑高壓壓力增大呈現(xiàn)先急劇減小后顯著增大的勢態(tài)，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。綜合液化率和比功率的變化情況，認(rèn)為制冷劑高壓壓力的選擇對系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行來說顯得比較重要。這里可以認(rèn)為當(dāng)制冷劑高壓壓力為3 000～4 000 kPa時(shí)效果較好。
圖3 原料氣溫度對液化率和比功耗的影響Fig.3 Influence of inlet gas temperature on liquefaction rate and specific power
圖4 冷劑高壓壓力對液化率和比功耗影響Fig.4 Influence of refrigerant high pressure on liquefaction rate and specific power
圖5 冷劑低壓壓力對液化率和比功耗影響Fig.5 Influence of refrigerant low pressure on liquefaction rate and specific power
3.4 制冷劑低壓壓力
僅改變冷劑經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后的低壓壓力（物流16）得到，劑高壓壓力對工藝液化率和比功率的變化情況，如圖5所示?？梢缘玫剑弘S著制冷劑低壓壓力降低，液化率近線性增大；同時(shí)比功率隨著冷劑低壓壓力降低呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。綜合以上情況可以認(rèn)為制冷劑低壓壓力的選擇有利于系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。
3.5 循環(huán)冷劑溫度
循環(huán)制冷劑溫度即物流18溫度。改變物流18溫度得到該系統(tǒng)液化率和比功率的變化情況，如圖6所示?？梢钥闯觯S著循環(huán)制冷劑溫度升高，液化率線性增大，比功率顯著降低。因此提高循環(huán)制冷劑溫度有利于系統(tǒng)的運(yùn)行。
圖6 循環(huán)制冷劑溫度對液化率和比功耗影響Fig.6 Influence of cycle refrigerant temperature on liquefaction rate and specific power
3.6 LNG儲存壓力
如圖7，隨著LNG儲存壓力（即圖1中液化天然氣壓力）增加，液化率和比功耗分別呈上升和降低趨勢。當(dāng)LNG儲存壓力增加，天然氣液化量增加，易被液化。但是隨著儲存壓力的增大儲罐造價(jià)。一般液化天然氣儲存壓力為0.1～0.8 MPa?，F(xiàn)實(shí)中要綜合考慮造價(jià)成本和液化情況決定LNG儲存壓力。
圖7 LNG儲存壓力對比功耗和液化率影響Fig.7 Influence of LNG storage pressure on liquefaction rate and specific power
4 結(jié) 論
通過對N2膨脹制冷天然氣液化流程進(jìn)行了模擬和分析，確定進(jìn)料原料氣溫度和壓力，冷劑高壓壓力（物流12壓力）和低壓壓力（物流16壓力），冷劑循環(huán)溫度（物流18溫度）以及液化天然氣的儲存壓力對液化率和比功率的影響情況。得到如下結(jié)論。
（1）隨著原料氣壓力增大，液化率和比功率分別呈近線性增大和減??；原料氣溫度對液化系統(tǒng)的影響相反；
（2）制冷劑高壓壓力增加或制冷劑低壓壓力減小時(shí)，液化率均呈現(xiàn)上升趨勢，但上升幅度有所減??；比功率則先減小后增大的勢態(tài)，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。合理選擇制冷劑高壓壓力和制冷劑低壓壓力具有優(yōu)化價(jià)值；
（3）循環(huán)制冷劑溫度升高，液化率線性增大，比功率顯著降低；
（4）LNG儲存壓力增加，液化率和比功耗分別呈上升和降低趨勢，但現(xiàn)實(shí)中需要綜合考慮LNG儲罐造價(jià)確定。
［1］論立勇, 謝英柏, 楊先亮. 基于管輸天然氣壓力能回收的液化調(diào)峰方案[J]. 天然氣工業(yè), 2006, 26(7): 114-116.
［2］徐文淵．小型液化天然氣生產(chǎn)裝置[J].石油與天然氣化工，2002，34(3)：161-164．
［3］Remeljej C W, Hoadley A F A. An exergy analysis of small-scale liquefied natural gas (LNG) liquefaction processes[J]. Energy, 2006, 31(12): 2005-2019.
［4］萬宇飛, 鄧道明, 劉人瑋, 等. 利用系統(tǒng)壓差膨脹液化天然氣流程模擬[J]. 天然氣與石油, 2013, 31(4): 33-36.
［5］唐迎春，陳保東,等．P-R 方程在天然氣熱物性計(jì)算中的應(yīng)用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，18(2)：47-49
［6］曹文勝，吳集迎,等．撬裝型混合制冷劑液化天然氣流程的熱力學(xué)分析[J].化工學(xué)報(bào)，2008，59(S2)：53-59．
［7］王文軍, 杜建梅, 蔣建志, 等. 煤層氣氮膨脹制冷液化工藝參數(shù)優(yōu)化計(jì)算[J]. 煤氣與熱力, 2010, 30(3): 9-12.
表4 “三頂”瓦斯回收技術(shù)投用前后氣體組分對比Table 4 Gas composition contrast in before and after technical reform
由表4可以看出，瓦斯回收系統(tǒng)投用后，放空氣體中不存在硫化氫氣體及可燃性氣體。
系統(tǒng)投用后常頂瓦斯引入加熱爐作為燃料，每年可減少高壓瓦斯用量828 t，回收常頂瓦斯凝液1 000 t，每年可節(jié)省毛利400余萬元。
減少瓦斯費(fèi)用=828×668=55.310 4（萬元）
增加拔頭油經(jīng)濟(jì)效益=1 000×4 000=400（萬元）
參考文獻(xiàn)：
［1］金麗萍. 上海石化常減壓裝置瓦斯現(xiàn)狀分析與治理[J]. 石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2012(5):27-30.
［2］ 何小龍, 李善建. 常減壓裝置三頂瓦斯回收系統(tǒng)運(yùn)行分析與探討[J]. 化工技術(shù)與開發(fā),2008(8):51-52.0.
［3］張浩, 李正強(qiáng), 陳洪巖. 常減壓蒸餾裝置兩頂瓦斯及酸性水回收節(jié)能改造[J]. 石油和化工設(shè)備,2017(7):78-81．
［4］張德義. 含硫含酸原油加工技術(shù)進(jìn)展[J]. 煉油技術(shù)與工程,2012(1):1-13.
［5］湯吉海, 馬正飛, 魏瑞平. 原油蒸餾過程的模擬與分析[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004(1):83-88．
Research on Natural Gas Liquefaction Process With Nitrogen Expansion Refrigeration
WANG Zhi-gang，JIA Xu-ping，ZHANG Qi
（Shandong Shihua Natural Gas Company, Shandong Qingdao 266001，China）
The natural gas liquefaction process with N2expansion refrigeration was simulated and analyzed; effects of the key parameters on the liquefaction system were investigated. The results show that, with increasing of the feed gas pressure, liquefied rate and specific power nearly linearly increase and decrease, respectively; The influence of raw material temperature on the liquefaction system is inverse; when refrigerant high-pressure pressure increases or refrigerant low pressure reduces, the liquefaction rates tend to rise, the specific power decreases first and then increases, and there is the minimum specific power. Selecting refrigerant high pressure and low pressure refrigerant has an optimized value; with increasing of circulating refrigerant temperature or LNG storage pressure, liquefied rate linear increases and the specific power significantly decreases.
Natural gas; Expansion refrigeration; LNG; Process; Simulation; Analysis
TE 64
A
1671-0460（2015）01-0170-04
2014-06-26
王志剛（1972-），男，河南許昌人，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），從事于天然氣集輸與液化方面工作。E-mail：w_zhigang45@163.com。
猜你喜歡
揚(yáng)州市出臺“制冷劑六條”提升制冷劑安全管理水平江蘇安全生產(chǎn)(2023年10期)2023-12-18 23:48:32 天然氣液化工廠冷劑儲存區(qū)的布置淺析云南化工(2021年7期)2021-12-21 07:27:50 基于混料設(shè)計(jì)的MRC工藝中混合冷劑配比的優(yōu)化天然氣化工—C1化學(xué)與化工(2018年5期)2018-11-15 01:29:52 淺析吸收式制冷機(jī)組冷劑水故障問題西部皮革(2018年2期)2018-02-17 06:51:01 揭開GPU功耗的面紗個(gè)人電腦(2016年12期)2017-02-13 15:24:40 近共沸制冷劑R134a/R1234yf的PVTx性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究制冷技術(shù)(2016年2期)2016-12-01 06:53:11 數(shù)字電路功耗的分析及優(yōu)化電子制作(2016年19期)2016-08-24 07:49:54 “功耗”說了算 MCU Cortex-M系列占優(yōu)電子世界(2015年22期)2015-12-29 02:49:44 IGBT模型優(yōu)化及其在Buck變換器中的功耗分析電源技術(shù)(2015年11期)2015-08-22 08:51:02 某天然氣液化工藝?yán)湎浞e液分析及排除①石油與天然氣化工(2014年4期)2014-09-11 05:54:44
王志剛，賈緒平，張 琪
（山東實(shí)華天然氣有限公司，山東 青島 266001）
氮?dú)馀蛎浿评涮烊粴庖夯に囇芯?/p>
王志剛，賈緒平，張 琪
（山東實(shí)華天然氣有限公司，山東 青島 266001）
通過對氮?dú)馀蛎浿评涮烊粴庖夯に囘M(jìn)行模擬和分析，得到各關(guān)鍵參數(shù)對該液化系統(tǒng)的液化率和比功率的變化情況：隨著原料氣壓力增大，液化率和比功率分別呈近線性增大和減小，原料氣溫度的影響與之相反；制冷劑高壓壓力增加或制冷劑低壓壓力減小時(shí)，液化率均呈現(xiàn)上升趨勢，但上升幅度有所減小；比功率呈先減小后增大勢態(tài)，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。合理選擇制冷劑高壓壓力和制冷劑低壓壓力具有優(yōu)化價(jià)值；循環(huán)制冷劑溫度或LNG儲存壓力升高，液化率線性增大，比功率顯著降低。
天然氣；膨脹制冷；LNG；工藝；模擬；分析
天然氣以其高效、優(yōu)質(zhì)和清潔等特性備受到重視。天然氣經(jīng)過脫酸脫水處理達(dá)到相關(guān)要求后在低溫下液化，形成液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡稱LNG）。液化天然氣較天然氣具有體積小，便于輸送和應(yīng)用的特點(diǎn)，適合于長距離貿(mào)易、回收邊遠(yuǎn)天然氣等情況。此外，液化天然氣還可用于城市調(diào)峰裝置[1]，減輕城市不同季節(jié)、不同月份甚至不同時(shí)間段的用氣不均現(xiàn)象。正因?yàn)橐夯烊粴馓赜械膬?yōu)點(diǎn)，國際天然氣市場對液化天然氣的需求不斷增強(qiáng)。我國若能滿足國內(nèi)對液化天然氣的供應(yīng)，還能實(shí)現(xiàn)液化天然氣出口，其經(jīng)濟(jì)效益將十分明顯。
天然氣液化裝置一般可以分為基本負(fù)荷型和調(diào)峰型兩大類。考慮到邊遠(yuǎn)地區(qū)氣田或氣田開發(fā)后期天然氣氣量較小，小型液化裝置或撬裝式液化裝置成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[2]。小型液化裝置屬于調(diào)峰型裝置的一種。本文對N2膨脹機(jī)天然氣液化流程進(jìn)行模擬和分析，確定流程關(guān)鍵參數(shù)對流程性能（液化率和比功耗）的影響[3]。
1 N2膨脹制冷液化流程
天然氣液化一般包括預(yù)處理（又稱天然氣凈化）和低溫液化兩部分。其中低溫液化是核心。
1.1 預(yù)處理
一般先將原料天然氣經(jīng)過脫酸脫水處理除去液化過程中的不利組分（如酸性組分、水分、較重?zé)N類及汞等）達(dá)到要求后，進(jìn)入制冷系統(tǒng)的板式換熱器不斷降溫，使溫度降低到-163 ℃左右，即可得到LNG產(chǎn)品。
1.2 N2膨脹制冷液化
N2膨脹制冷液化流程[4]（如圖1所示）由兩部分組成：天然氣吸收冷量液化和N2循環(huán)制冷系統(tǒng)（N2為制冷劑）。制冷劑依次經(jīng)冷劑壓縮機(jī)-1、空冷器-1、冷劑壓縮機(jī)-2、空冷器-2實(shí)現(xiàn)兩級壓縮和兩級冷卻后進(jìn)入換熱器-1（高效板式換熱器）再次降溫，增強(qiáng)膨脹機(jī)膨脹制冷效果。N2經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后溫度非常低。然后進(jìn)入換熱器-2和換熱器-1與原料天然氣逆流為其提供冷量。最后又進(jìn)入壓縮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。原料天然氣經(jīng)過兩段板式換熱器后溫度逐漸降低，最后在節(jié)流閥作用下，溫度降至冷凝溫度附近。節(jié)流后的天然氣在分離器作用下，分離液態(tài)的液化天然氣和氣態(tài)的極低溫天然氣，氣態(tài)天然氣則經(jīng)過兩段換熱器為原料天然氣提供冷量。
圖1 N2膨脹制冷液化工藝流程Fig.1 N2expander liquefaction process
2 初始條件
在模擬分析之前需要給定研究工況的初始條件：假設(shè)液化的原料天然氣為某長輸管道所輸氣體（具體見表1），進(jìn)料溫度為30 ℃，進(jìn)料壓力為4500 kPa，流量為2231 kmol/h。模擬中的原料天然氣和冷劑N2的物性計(jì)算均采用Peng-Robinson方程[5,6]。
表1 進(jìn)料天然氣組成Table 1 Feed natural gas compositions %（mol）
3 N2膨脹制冷液化流程工藝分析[7]
這里主要討論影響N2膨脹制冷液化流程的主要參數(shù)：進(jìn)料原料氣溫度和壓力，冷劑高壓壓力（物流12壓力）和低壓壓力（物流16壓力），冷劑循環(huán)溫度（物流18溫度）以及液化天然氣的儲存壓力對液化率和比功率的影響情況。其中，液化率=液化天然氣流量/原料天然氣流量×100%；比功率=（壓縮機(jī)總功耗-膨脹機(jī)總輸出功）/液化天然氣流量。
3.1 原料氣壓力
在保證流程持續(xù)收斂的條件下，僅僅改變原料氣壓力得到，原料氣壓力對工藝液化率和比功率的變化情況，如圖2所示。可以看出，隨著原料氣壓力增大，液化率和比功率分別呈近線性增大和減小。因此在實(shí)現(xiàn)中，在滿足設(shè)備要求前提下盡量提高壓力有利于系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。但另一方面原料氣壓力的增大會需要額外的能量的輸入。因此該裝置非常適用于高壓長輸天然氣管道氣制冷液化。
圖2 原料氣壓力對液化率和比功耗的影響Fig.2 Influence of inlet gas pressure on liquefaction rate and specific power
3.2 原料氣溫度
改變原料氣溫度得到該系統(tǒng)液化率和比功率的變化情況，如圖3所示?？梢钥闯?，隨著原料氣溫度升高，比功率增大，且變化幅度也有所增大，即對于比功率來說，高溫較低溫更敏感。液化率則隨著原料氣溫度升高而降低。因此在對工藝進(jìn)行優(yōu)化時(shí)適當(dāng)降低原料氣溫度有助于系統(tǒng)的運(yùn)行，但一般該溫度取決于天然氣來源。
3.3 制冷劑高壓壓力
在保證流程持續(xù)收斂的條件下，僅僅改變冷劑經(jīng)兩級壓縮后的高壓壓力（物流12）得到，劑高壓壓力對工藝液化率和比功率的變化情況，如圖4所示?？梢缘玫剑弘S著制冷劑高壓壓力增加，液化率呈現(xiàn)上升趨勢，但上升幅度有所減小，即在較高壓力下，壓力對液化率的影響較??；同時(shí)比功率隨著冷劑高壓壓力增大呈現(xiàn)先急劇減小后顯著增大的勢態(tài)，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。綜合液化率和比功率的變化情況，認(rèn)為制冷劑高壓壓力的選擇對系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行來說顯得比較重要。這里可以認(rèn)為當(dāng)制冷劑高壓壓力為3 000～4 000 kPa時(shí)效果較好。
圖3 原料氣溫度對液化率和比功耗的影響Fig.3 Influence of inlet gas temperature on liquefaction rate and specific power
圖4 冷劑高壓壓力對液化率和比功耗影響Fig.4 Influence of refrigerant high pressure on liquefaction rate and specific power
圖5 冷劑低壓壓力對液化率和比功耗影響Fig.5 Influence of refrigerant low pressure on liquefaction rate and specific power
3.4 制冷劑低壓壓力
僅改變冷劑經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后的低壓壓力（物流16）得到，劑高壓壓力對工藝液化率和比功率的變化情況，如圖5所示?？梢缘玫剑弘S著制冷劑低壓壓力降低，液化率近線性增大；同時(shí)比功率隨著冷劑低壓壓力降低呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。綜合以上情況可以認(rèn)為制冷劑低壓壓力的選擇有利于系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。
3.5 循環(huán)冷劑溫度
循環(huán)制冷劑溫度即物流18溫度。改變物流18溫度得到該系統(tǒng)液化率和比功率的變化情況，如圖6所示?？梢钥闯觯S著循環(huán)制冷劑溫度升高，液化率線性增大，比功率顯著降低。因此提高循環(huán)制冷劑溫度有利于系統(tǒng)的運(yùn)行。
圖6 循環(huán)制冷劑溫度對液化率和比功耗影響Fig.6 Influence of cycle refrigerant temperature on liquefaction rate and specific power
3.6 LNG儲存壓力
如圖7，隨著LNG儲存壓力（即圖1中液化天然氣壓力）增加，液化率和比功耗分別呈上升和降低趨勢。當(dāng)LNG儲存壓力增加，天然氣液化量增加，易被液化。但是隨著儲存壓力的增大儲罐造價(jià)。一般液化天然氣儲存壓力為0.1～0.8 MPa?，F(xiàn)實(shí)中要綜合考慮造價(jià)成本和液化情況決定LNG儲存壓力。
圖7 LNG儲存壓力對比功耗和液化率影響Fig.7 Influence of LNG storage pressure on liquefaction rate and specific power
4 結(jié) 論
通過對N2膨脹制冷天然氣液化流程進(jìn)行了模擬和分析，確定進(jìn)料原料氣溫度和壓力，冷劑高壓壓力（物流12壓力）和低壓壓力（物流16壓力），冷劑循環(huán)溫度（物流18溫度）以及液化天然氣的儲存壓力對液化率和比功率的影響情況。得到如下結(jié)論。
（1）隨著原料氣壓力增大，液化率和比功率分別呈近線性增大和減??；原料氣溫度對液化系統(tǒng)的影響相反；
（2）制冷劑高壓壓力增加或制冷劑低壓壓力減小時(shí)，液化率均呈現(xiàn)上升趨勢，但上升幅度有所減??；比功率則先減小后增大的勢態(tài)，即存在一個(gè)低點(diǎn)使得比功率最小。合理選擇制冷劑高壓壓力和制冷劑低壓壓力具有優(yōu)化價(jià)值；
（3）循環(huán)制冷劑溫度升高，液化率線性增大，比功率顯著降低；
（4）LNG儲存壓力增加，液化率和比功耗分別呈上升和降低趨勢，但現(xiàn)實(shí)中需要綜合考慮LNG儲罐造價(jià)確定。
［1］論立勇, 謝英柏, 楊先亮. 基于管輸天然氣壓力能回收的液化調(diào)峰方案[J]. 天然氣工業(yè), 2006, 26(7): 114-116.
［2］徐文淵．小型液化天然氣生產(chǎn)裝置[J].石油與天然氣化工，2002，34(3)：161-164．
［3］Remeljej C W, Hoadley A F A. An exergy analysis of small-scale liquefied natural gas (LNG) liquefaction processes[J]. Energy, 2006, 31(12): 2005-2019.
［4］萬宇飛, 鄧道明, 劉人瑋, 等. 利用系統(tǒng)壓差膨脹液化天然氣流程模擬[J]. 天然氣與石油, 2013, 31(4): 33-36.
［5］唐迎春，陳保東,等．P-R 方程在天然氣熱物性計(jì)算中的應(yīng)用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，18(2)：47-49
［6］曹文勝，吳集迎,等．撬裝型混合制冷劑液化天然氣流程的熱力學(xué)分析[J].化工學(xué)報(bào)，2008，59(S2)：53-59．
［7］王文軍, 杜建梅, 蔣建志, 等. 煤層氣氮膨脹制冷液化工藝參數(shù)優(yōu)化計(jì)算[J]. 煤氣與熱力, 2010, 30(3): 9-12.
表4 “三頂”瓦斯回收技術(shù)投用前后氣體組分對比Table 4 Gas composition contrast in before and after technical reform
由表4可以看出，瓦斯回收系統(tǒng)投用后，放空氣體中不存在硫化氫氣體及可燃性氣體。
系統(tǒng)投用后常頂瓦斯引入加熱爐作為燃料，每年可減少高壓瓦斯用量828 t，回收常頂瓦斯凝液1 000 t，每年可節(jié)省毛利400余萬元。
減少瓦斯費(fèi)用=828×668=55.310 4（萬元）
增加拔頭油經(jīng)濟(jì)效益=1 000×4 000=400（萬元）
參考文獻(xiàn)：
［1］金麗萍. 上海石化常減壓裝置瓦斯現(xiàn)狀分析與治理[J]. 石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2012(5):27-30.
［2］ 何小龍, 李善建. 常減壓裝置三頂瓦斯回收系統(tǒng)運(yùn)行分析與探討[J]. 化工技術(shù)與開發(fā),2008(8):51-52.0.
［3］張浩, 李正強(qiáng), 陳洪巖. 常減壓蒸餾裝置兩頂瓦斯及酸性水回收節(jié)能改造[J]. 石油和化工設(shè)備,2017(7):78-81．
［4］張德義. 含硫含酸原油加工技術(shù)進(jìn)展[J]. 煉油技術(shù)與工程,2012(1):1-13.
［5］湯吉海, 馬正飛, 魏瑞平. 原油蒸餾過程的模擬與分析[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004(1):83-88．
Research on Natural Gas Liquefaction Process With Nitrogen Expansion Refrigeration
WANG Zhi-gang，JIA Xu-ping，ZHANG Qi
（Shandong Shihua Natural Gas Company, Shandong Qingdao 266001，China）
The natural gas liquefaction process with N2expansion refrigeration was simulated and analyzed; effects of the key parameters on the liquefaction system were investigated. The results show that, with increasing of the feed gas pressure, liquefied rate and specific power nearly linearly increase and decrease, respectively; The influence of raw material temperature on the liquefaction system is inverse; when refrigerant high-pressure pressure increases or refrigerant low pressure reduces, the liquefaction rates tend to rise, the specific power decreases first and then increases, and there is the minimum specific power. Selecting refrigerant high pressure and low pressure refrigerant has an optimized value; with increasing of circulating refrigerant temperature or LNG storage pressure, liquefied rate linear increases and the specific power significantly decreases.
Natural gas; Expansion refrigeration; LNG; Process; Simulation; Analysis
TE 64
A
1671-0460（2015）01-0170-04
2014-06-26
王志剛（1972-），男，河南許昌人，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），從事于天然氣集輸與液化方面工作。E-mail：w_zhigang45@163.com。
猜你喜歡
江蘇安全生產(chǎn)(2023年10期)2023-12-18 23:48:32
云南化工(2021年7期)2021-12-21 07:27:50
天然氣化工—C1化學(xué)與化工(2018年5期)2018-11-15 01:29:52
西部皮革(2018年2期)2018-02-17 06:51:01
個(gè)人電腦(2016年12期)2017-02-13 15:24:40
制冷技術(shù)(2016年2期)2016-12-01 06:53:11
電子制作(2016年19期)2016-08-24 07:49:54
電子世界(2015年22期)2015-12-29 02:49:44
電源技術(shù)(2015年11期)2015-08-22 08:51:02
石油與天然氣化工(2014年4期)2014-09-11 05:54:44
