探析天然氣液化裝置及工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李慧芳 李哲（青海油田液化天然氣公司，青海 格爾木 816000）

1 對(duì)天然氣液化裝置工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)

天然氣液化工程是由五個(gè)部分組成，即預(yù)處理、液化以及儲(chǔ)存、裝卸和應(yīng)用系統(tǒng)，在從投資方面來看，液化裝置的實(shí)際投資量約占工程整體投資的25%到50%左右，所以，對(duì)液化裝置的工藝進(jìn)行科學(xué)且合理的選擇，不僅能夠有效解決工程成本，降低污染，還能保證裝置自身經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的良好。

1.1 工藝分類

1.1.1 級(jí)聯(lián)制冷工藝

這種工藝是一種較為常規(guī)的制冷工藝，經(jīng)常被應(yīng)用在負(fù)荷型的液化裝置中，而工藝流程則是由三級(jí)獨(dú)立循環(huán)制冷所構(gòu)成。

1.1.2 混合制冷工藝

這一制冷工藝是在上個(gè)世紀(jì)60年代后期，在階式制冷工藝的技術(shù)上不斷完善和改進(jìn)而得來的，使用烴類混合物來作為相應(yīng)的制冷劑，進(jìn)而有效取代階式制冷工藝中多余的組成部分。同時(shí)還需要注意以下幾個(gè)方面的問題，首先，制冷劑的組成一定要按照原料氣的構(gòu)成以及實(shí)際壓力而確定。其次，充分利用先重后輕的特性和原則，將其按照相應(yīng)順序來最終得到不同溫度等級(jí)的實(shí)際冷量。此外，根據(jù)混合制冷劑與天然氣之間的混合情況可以將制冷工藝分為兩種，一種是閉式制冷，另外一種是混合制冷。

1.1.3 膨脹制冷工藝

這種工藝最為明顯的特點(diǎn)就是能夠充分利用天然氣所產(chǎn)生壓力，然后對(duì)外部進(jìn)行做工，進(jìn)而有效為天然氣液化提供所需要的冷量。而其系統(tǒng)液化率的高低與膨脹比以及膨脹效率之間密不可分。因此這種制冷工藝最為適合天然氣輸送過程中壓力較高，但是使用壓力較低，在中間時(shí)段需要對(duì)其進(jìn)行降壓的氣源場(chǎng)合。

1.2 工藝特點(diǎn)

首先，級(jí)聯(lián)式制冷，此種制冷工藝對(duì)于能源消耗的需求較低，不需要考慮制冷劑配比方面的問題，技術(shù)手段相對(duì)成熟，不會(huì)對(duì)各系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，實(shí)際操作非常穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)。但是這種工藝需要多臺(tái)機(jī)械設(shè)備以及復(fù)雜的工藝流程，投入成本高，并且需要高純度的制冷劑來作為支撐。

其次，混合制冷。該種工藝實(shí)際流程簡單、所需設(shè)備少、投資成本較低，管理十分便捷，然而在能源消耗方面比級(jí)聯(lián)制冷高10到15個(gè)百分點(diǎn)，制冷劑的科學(xué)配比較難控制，并且還需要計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，工藝流程中壓縮機(jī)維護(hù)要求較多，費(fèi)用昂貴。

最后，膨脹制冷。與前兩種制冷工藝相比可知，膨脹制冷工藝較為簡單，需要投入成本不高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)靈活且具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，比較容易操作。而在制冷過程中，循環(huán)制冷劑使用的是天然氣或者是氮?dú)?，有效降低了混合制冷劑?shí)際存儲(chǔ)以及分離的復(fù)雜性，提升了制冷安全性。然而這種工藝具有消耗能源多以及天然氣液化率相對(duì)前兩種工藝較低等缺點(diǎn)。

1.3 工藝流程和選擇

通過對(duì)比分析后可知，一般規(guī)模的天然氣液化裝置都會(huì)選擇PRICO 工藝，這是因?yàn)樵诘蛪簹庠匆约爸行∫?guī)模的基礎(chǔ)上，不適合使用膨脹制冷以及分級(jí)式制冷工藝，因此，只有混合冷劑循環(huán)才能滿足工程建設(shè)需求。此種工藝是美國一家公司在1950年研發(fā)出來的，液化工藝使用的是單循環(huán)混合制冷以及壓縮系統(tǒng)，冷箱則是使用板翅式的換熱設(shè)備，而這一工藝已經(jīng)有效的被應(yīng)用在20 套以上基荷以及調(diào)峰裝置中，實(shí)際規(guī)模也從11萬Nm3/d到2200萬Nm3/d。因此加強(qiáng)對(duì)其研究就變得非常重要了。下面就對(duì)PRICO 工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，首先，此種工藝使用的是單循環(huán)混合形式的制冷劑以及壓縮工藝。其次，混合制冷劑中的碳二化合物是乙烯，并使用J-T 閥來達(dá)到降壓減溫的目的。再次，在其制冷過程中，不需要對(duì)制冷劑進(jìn)行大量的補(bǔ)充，就可以實(shí)現(xiàn)良好的制冷效率，最后，該工藝流程中，不會(huì)涉及到較多的設(shè)備，因此在日后的維修過程中會(huì)相對(duì)較為簡單，雖然可能在能耗方面略有上升，但是不會(huì)對(duì)液化效率等多方面造成影響。

2 天然氣液化裝置的實(shí)際應(yīng)用

隨著我國液化天然氣工程的發(fā)展和進(jìn)步，使得其終端的利用水平也在逐年上升，有效推動(dòng)了其他行業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別液化天然氣存儲(chǔ)以及運(yùn)營技術(shù)都得到了有效的發(fā)展。液化天然氣不僅降低了天然氣在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的成本，還能夠進(jìn)行長距離、長時(shí)間的運(yùn)輸，在潔凈度方面也要優(yōu)于管道傳輸?shù)奶烊粴?，因此其在使用上的良好性能不能被忽視。而天然氣液化裝置負(fù)荷工藝技術(shù)的要求，能夠?yàn)樾⌒陀吞?、邊際油氣田等良好利用，進(jìn)而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益以及顯著的社會(huì)效益。

3 結(jié)語

總之，對(duì)天然氣進(jìn)行液化不僅能夠降低運(yùn)輸以及貯存期間所花費(fèi)的成本，還能提升天然氣單位體積內(nèi)的燃值效率，因此，液化天然氣是能源結(jié)構(gòu)發(fā)展和完善的必然趨勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)天然氣液化裝置的研究，已經(jīng)成為現(xiàn)階段解決能源危機(jī)所要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注的問題。

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