基于LNG高壓液化射流的思考

唐陌澤　張博威　唐溪潞

摘 要：天然氣儲量豐富，發(fā)展迅速，是目前研究最廣泛的燃料。我國未具備大規(guī)模液化天然氣系統(tǒng)工程實踐，天然氣液化技術(shù)的發(fā)展可緩解我國天然氣資源分布不均的矛盾。近年來液化天然氣LNG的研究應(yīng)用受到了各界關(guān)注和重視。本文則側(cè)重對高壓射流技術(shù)應(yīng)用于液化LNG的意義進行探索，結(jié)合實際情況應(yīng)用分析高壓射流技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化和技術(shù)要點。

關(guān)鍵詞：液化天然氣;高壓射流;技術(shù)應(yīng)用

目前我國對小型天然氣液化裝置的研究，一部分引進國外技術(shù)，一部分自我研發(fā)。天然氣液化的工藝流程其核心是制冷，根據(jù)制冷方式不同可分為級聯(lián)式液化、混合制冷劑液化和帶膨脹機的液化三種基本流程。而高壓射流技術(shù)對天然氣液化流程十分重要，在經(jīng)濟性、實用性等方面具有優(yōu)勢，其液化率高，成本低。

一、高壓液化射流在天然氣液化的應(yīng)用意義

（一）高壓液化射流設(shè)備優(yōu)勢

高壓射流裝置便于安裝，模塊化，撬裝化，對于小型LNG液化裝置十分實用。其制冷部件引射器結(jié)構(gòu)簡單，不易磨損，可長期使用，當高壓天然氣進入時，引射器高速膨脹，將低壓返流氣吸入并增壓，可取代一臺增壓壓縮機運轉(zhuǎn)，降低投資成本，經(jīng)濟效益良好，運行過程中產(chǎn)生的BOG引射器能直接將其吸至冷箱重新液化，使得產(chǎn)量提高，節(jié)能減排，經(jīng)濟效益增加，天然氣液化率高，未液化雜質(zhì)將定時排放，回收利用。冷機啟停時間快，起停簡單，是目前全世界最快的LNG啟動工藝，可以減少能耗及甲烷損失，能更好解決氣源不穩(wěn)定的問題。冷箱內(nèi)部換熱器換熱效率高，冷量損失小，循環(huán)氣與原料氣溫度能保持一致。換熱器采用管殼式換熱器，對比板式換熱器，不易冰堵，適合任何甲烷含量的氣源。裝置操作方便、設(shè)備維護量少，經(jīng)濟型強，對于天然氣液化流程從前期準備、投資使用、維護維修等方面都具有較強的實用性、經(jīng)性。

（二）高壓液化射流與其它液化工藝對比

高壓射流液化工藝相比于氮膨脹工藝和MRC工藝，高壓射流制冷工藝最為簡單，膨脹制冷工藝較復雜，MRC工藝最為復雜;當BOG處理量較大，高壓射流裝置處理時，理論能耗較低，膨脹制冷和MRC制冷通過回流方式處理，理論能耗較高;膨脹制冷和MRC制冷在液化過程中氮氣不凝氣排出，高壓射流工藝一次液化率只有30%，其余氣體作為循環(huán)氣，原料氣中氮氣含量越高，不凝氣循環(huán)量將增高，能耗將上升;高壓射流液化工藝更適用于小規(guī)模，MRC工藝全部適合，更趨向于大規(guī)模;高壓射流液化裝置機組少，流程簡單，設(shè)備穩(wěn)定性更好，運轉(zhuǎn)設(shè)備簡單，效率高，啟動時間快，甲烷回收率更高，冷箱冰堵概率更低，占地更少。在經(jīng)濟上，BOG處理量16t/h時MRC制冷年運行冷消耗最低，高壓射流制冷年運行消耗較高，膨脹制冷年運行消耗最高;導致MRC制冷利潤最高，膨脹制冷利潤最低;隨著BOG處理量減少，高壓射流經(jīng)濟性越高，當BOG處理量小于2t/h時，高壓射流費用現(xiàn)值低于MRC，經(jīng)濟性最高。由于MRC和膨脹制冷的主要投資為冷箱及壓縮機，高壓射流引射器相當于壓縮機作用，在處理量小時，投資能相對更低具備最佳經(jīng)濟優(yōu)勢。

（三）高壓液化射流的前景

膨脹制冷和MRC制冷技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍廣，技術(shù)壟斷性弱，而高壓射流技術(shù)相對欠缺，應(yīng)用較少?，F(xiàn)有設(shè)備來源于俄羅斯，技術(shù)壟斷性強，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)開發(fā)空間足，可供應(yīng)用市場多，具有研究價值。高壓水射流技術(shù)成熟，拉瓦爾噴管技術(shù)成熟，可供研究參考。高壓液化射流對于天然氣液化相比于其他液化工藝在小規(guī)模工程中更有優(yōu)勢，發(fā)展空間以及未來收益更強。

二、高壓射流技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化及技術(shù)要點

（一）高壓射流液化技術(shù)現(xiàn)狀

俄羅斯首先提出填天然氣高壓射流液化技術(shù)。俄羅斯冷箱設(shè)備流程，將天然氣原料通入凈化撬，將雜質(zhì)排放，剩余氣體部分通入聯(lián)合壓縮機將氣體液化于A-1，用制冷機撬于A-2循環(huán)進行降溫，降溫后放置于A-3，液化成功放置于A-5，未液化完成氣體通入A-4再次循環(huán)到聯(lián)合壓縮器，對于A-5當溫度不足時可能氣化，將氣體再次循環(huán)到A-1。此設(shè)備引入兩個引射器，對于揮發(fā)氣體進行二次加壓液化，最終液體流入儲罐。

由上方分析可知，在國外對于天然氣的射流液化技術(shù)的研究也存在很大空缺，其缺點的關(guān)鍵位置同國內(nèi)一致，主要在于引射器部件的工業(yè)設(shè)計。

（二）高壓射流的應(yīng)用優(yōu)化

可對對于引射器結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括引射器出口管徑、形狀、路由等管道設(shè)計進行模擬，且管道在相同壓力、溫度等情況下天然氣液化效率測定;對于引射器材料進行選擇，包括引射器入管口、路由、出管口等部位選取不同材料，模擬分析天然氣液化效率;對于引射器進行不同壓力大小、加壓部位的模擬，得到天然氣液化率關(guān)于壓力的曲線圖;同時可通過對國內(nèi)外拉瓦爾噴管的調(diào)研，提取核心技術(shù)，對高壓射流液化技術(shù)分析、應(yīng)用、優(yōu)化;皆可利用HSYS，F(xiàn)luent軟件模擬LNG射流過程中天然氣液化效率，得到較為精準的引射器液化效率模型。分析現(xiàn)有裝置的不足，結(jié)合數(shù)據(jù)分析后進行優(yōu)化設(shè)計與改進。通過軟件模擬計算出準確的引射器液化效率模型，對現(xiàn)有引射器進行優(yōu)化設(shè)計，使現(xiàn)有液化天然氣通過高壓射流液化1/3的效率提高。

俄羅斯首先提出高壓射流技術(shù)，通過加壓降低天然氣溫度，實現(xiàn)天然氣液化，該方案對原料氣氣質(zhì)要求低、甲烷回收率高、起停時間短、操作簡單等優(yōu)勢，國內(nèi)相關(guān)資料甚少，技術(shù)不夠成熟，有極大的改進優(yōu)化空間。但是天然氣超音速脫水裝置的核心內(nèi)容拉法爾噴管與引射器原理相似，且技術(shù)成熟有很多參考方向。通過改變引射器結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、加壓方式等多方面因素，對液化效率進行提高。

結(jié)束語：

總而言之，高壓液化射流技術(shù)對天然氣液化有著十分重要的意義。隨著天然氣的全面開發(fā)，液化天然氣已經(jīng)成為國內(nèi)外重點研究方向，提高其液化效率是目前的研究熱題。其中通過高壓射流的液化方式最具有研究價值，隨著其研究的不斷深入的，天然氣整體液化效率將顯著提升，因此本文著重對高壓液化射流技術(shù)的應(yīng)用前景以及改良方式做了簡要的闡述，分析其與現(xiàn)有液化技術(shù)的優(yōu)勢，并對已有技術(shù)提出優(yōu)化的方向。

參考文獻：

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