LNG裝置冷箱中混合冷劑偏流處理方案探討

孫 博 宋俊平 劉振華 任 偉

1.昆侖能源有限公司生產(chǎn)運行部， 北京 100028；2.華油天然氣廣元有限公司LNG工廠， 四川 廣元 628002；3.遼河油田能源管理公司， 遼寧 盤錦 124010

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LNG裝置冷箱中混合冷劑偏流處理方案探討

孫 博1宋俊平2劉振華1任 偉3

1.昆侖能源有限公司生產(chǎn)運行部， 北京 100028；2.華油天然氣廣元有限公司LNG工廠， 四川 廣元 628002；3.遼河油田能源管理公司， 遼寧 盤錦 124010

冷箱作為LNG工廠液化工序中的核心設(shè)備，其運行狀態(tài)直接關(guān)系到整個液化裝置的安全平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。介紹了采用混合冷劑制冷工藝的天然氣液化裝置在開車過程中發(fā)生的冷箱冷劑偏流問題，對冷箱在低生產(chǎn)負荷下發(fā)生冷劑偏流的原因進行了系統(tǒng)分析，提出了在保持生產(chǎn)基本平穩(wěn)的情況下迅速有效處理冷箱冷劑偏流、保障設(shè)備健康運行的措施和建議，并在實際生產(chǎn)過程中得到了有效驗證，對類似采用混合冷劑制冷工藝的LNG工廠液化裝置的開車和運行具有指導(dǎo)意義。

LNG；冷箱；混合冷劑制冷工藝；冷劑偏流

0 前言

我國LNG工廠呈現(xiàn)出分布廣、規(guī)模小的特點，近年來新投產(chǎn)工廠有向大型化發(fā)展的趨勢[5]。國內(nèi)的LNG液化裝置普遍采用混合冷劑制冷工藝，天然氣液化用的主低溫換熱器多采用內(nèi)置鋁板翅式換熱器的冷箱。由于受真空釬焊爐的限制，單個鋁板翅式換熱器尺寸和處理量較小，在LNG工廠規(guī)模增大后需在冷箱中采用多個鋁板翅式換熱器并聯(lián)。由于工程實踐中難以做到并聯(lián)的鋁板翅式換熱器及附屬管路設(shè)施的阻力降相同，由此引發(fā)偏流問題，輕者導(dǎo)致工廠停產(chǎn)，重者出現(xiàn)安全事故[6]。本文通過某100×104m3/d LNG工廠開車過程中冷箱混合冷劑偏流的實際案例，提出了LNG液化裝置防止冷箱混合冷劑偏流的操作調(diào)整方案，對類似采用混合冷劑制冷工藝的LNG工廠開車和運行具有重要參考意義。

1 工藝簡介

某100×104m3/d LNG工廠的液化裝置采用PRICO?混合冷劑制冷工藝技術(shù)，由美國B&V公司提供專利授權(quán)[7]。工廠液化單元的主低溫換熱器采用冷箱，內(nèi)裝有兩個并聯(lián)的鋁板翅式換熱器，由日本神戶制鋼公司供貨。冷箱的天然氣處理量為4.17×104m3/h，最大冷劑流量為154 104 kg/h。冷箱由A、B兩個板翅式換熱器并聯(lián)組成，天然氣分兩路分別進入A、B兩個板翅式換熱器。在板翅式換熱器的上部對原料天然氣進行預(yù)冷，預(yù)冷溫度為-63 ℃，預(yù)冷后經(jīng)過分離重?zé)N的天然氣進入板翅式換熱器的下部，被冷凝和過冷至-156 ℃后經(jīng)J-T閥節(jié)流送至LNG儲罐。

該裝置制冷系統(tǒng)的制冷劑組成為N2、CH4、C2H4、C3H8、C5H12，制冷劑經(jīng)壓縮機增壓并冷卻后呈氣液兩相，由分離罐分離后分別送至冷箱頂部，由冷箱內(nèi)匯管混合并分配后分別送至A、B兩個板翅式換熱器，在板翅式換熱器中被冷卻至-156 ℃后經(jīng)過J-T閥節(jié)流，為自身及天然氣的冷卻提供冷量[8-11]，冷箱流程示意圖見圖1。

圖1 冷箱流程示意圖

2 混合冷劑偏流情況

3 混合冷劑偏流原因分析

4 混合冷劑偏流處理措施

針對冷箱混合冷劑偏流的實際情況，提出了如下處理措施：

1)根據(jù)冷箱A、B兩換熱器溫度，逐漸減小冷箱A換熱器J-T閥和液相冷劑調(diào)節(jié)閥開度，維持A換熱器溫度穩(wěn)定，增加B換熱器J-T閥和液相冷劑調(diào)節(jié)閥開度，使B換熱器逐漸降溫。

2)如果冷箱B換熱器降溫很快，應(yīng)及時減小B換熱器J-T閥和液相冷劑調(diào)節(jié)閥開度，否則會出現(xiàn)冷箱B換熱器溫度降低，A換熱器溫度升高，兩換熱器溫差為B換熱器低于A換熱器的偏流。

3)增大開工換熱器的冷劑量，從而提高混合冷劑總循環(huán)量，但要注意密切監(jiān)視冷箱溫度變化。

4)在工藝和設(shè)備條件允許的情況下，盡可能縮短冷箱低負荷停留時間，使冷劑循環(huán)量迅速提高。

5 結(jié)論

近年我國LNG工業(yè)發(fā)展迅速，LNG工廠生產(chǎn)中暴露的問題也日益凸顯，開工工況下冷箱混合冷劑偏流是其中一個突出問題。建議主要應(yīng)對措施如下：

1)在冷箱的制造、安裝過程中，兩路液相流體管線應(yīng)盡量對稱布置。

2)日常運行操作中應(yīng)加強監(jiān)測和調(diào)節(jié)，保持兩路流量一致，在觀察到冷箱兩換熱器溫差增大時，及早調(diào)節(jié)冷劑管路J-T閥開度，遏制偏流趨勢發(fā)展。

3)由于混合冷劑偏流一般發(fā)生在裝置運行負荷較低或者運行負荷波動比較劇烈的情況下，此時冷箱內(nèi)流道阻力降對于混合冷劑流體的運動影響較大，混合冷劑容易在兩換熱器之間分配不均。因此，在工廠日常運行管理中要注意保持裝置運行的穩(wěn)定性和連續(xù)性，避免生產(chǎn)負荷劇烈波動，維持設(shè)備平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

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2015-07-23

孫 博(1986-)，男，甘肅慶陽人，工程師，博士，主要從事LNG生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.007