天然氣工業(yè)中小型天然氣液化裝置的運用分析

張進(jìn)盛

深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 廣東深圳 518049

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，人民的生活水平不斷提升，但是于此同時，對于能源的需求也在不斷增加。而石油等能源的大量應(yīng)用帶來了溫室效應(yīng)以及其他污染物的排放，給環(huán)保事業(yè)帶來一定的挑戰(zhàn)。在這樣的情況之下，天然氣逐漸重視，這種能源具有清潔、高校的特點，逐漸成為了我國廣泛應(yīng)用的能源之一。天然氣在我國的儲量十分豐富，因此需要提高對于天然氣的開發(fā)水平。液化天然氣是當(dāng)前天然氣應(yīng)用的一種形式之一，相比于普通天然氣開發(fā)模式具備很多優(yōu)點。

1 液化天然氣特點

液化天然氣和壓縮天然氣進(jìn)行比較，主要有以下幾個明顯特點：①相比較于壓縮天然氣而言，液化天然氣在密度方面會更加高，這樣有利于降低儲存成本以及運輸成本；②相比較于壓縮天然氣而言，液化天然氣在燃燒的時候所釋放出來的熱量會更加大；③液化天然氣屬于非常重要的清潔能源，燃燒所產(chǎn)生的污染程度比較低。正是因為液化天然氣的種種優(yōu)勢，使得液化天然氣已經(jīng)成為我國一種使用非常廣泛的清潔能源，再加上隨著社會發(fā)展，各行各業(yè)對于天然氣需求都在不斷加大，我國當(dāng)前在液化天然氣運輸方面主要是采取兩種方式，一種是利用管道在陸上進(jìn)行運輸，另一種是利用專門的液化天然氣船來運輸進(jìn)口的液化天然氣，很多主要的接收站也都是建立在沿海比較大的港口碼頭附近[1]。

2 液化天然氣工藝流程及設(shè)備

2.1 膨脹流程

膨脹制冷循環(huán)主要是根據(jù)原料天然氣的自身壓力進(jìn)行膨脹做功為液化天然氣提供所需冷量，其工藝比較適合輸送壓力比較高、實際的使用壓力又比較低并且在中間的過程需降壓的場合，更加適用在調(diào)峰型裝置。其工藝流程比較簡單，投資的費用比較少，操作起來比較靈活。其工藝系統(tǒng)的液化率由膨脹的效率與膨脹比決定。氮氣膨脹的流程比較簡單緊湊，其裝置運行的比較靈活，啟動十分快速，存在較強(qiáng)的適應(yīng)性，比較方便控制操作，但其耗能比較高[2]。氮-甲烷膨脹的流程比較簡單，設(shè)備投資比較少，其裝置操作存在較高的彈性還有一定的適應(yīng)性。

2.2 混合制冷劑流程

混合制冷劑是將多組分烴類混合物來進(jìn)行制冷，主要是通過逐級冷凝、節(jié)流、膨脹以及蒸發(fā)等步驟來進(jìn)行逐步冷卻。在LNG 液化子流程的過程中，混合冷劑主要是通過壓縮到高壓，并且預(yù)冷之后進(jìn)入到天然氣液化分離器V-100。同時液相是由預(yù)冷換熱器冷卻之后，起到節(jié)流、降溫以及降壓的目的，促使其與返流的混合制冷劑混合在一起，形成預(yù)冷換熱器提供冷量，將冷卻天然氣和分離器的氣相和液相進(jìn)行混合。其次V-100 分離出來的氣相制冷劑通過預(yù)冷換熱器冷卻之后，進(jìn)入到氣液分離器V-101 中，將其分離成氣相和液相，液相是通過主換熱器冷卻之后進(jìn)行節(jié)流、降溫降壓，與返流的混合制冷劑混合之后成為主換熱器提供冷量，以及冷卻天然氣與分離出來的氣相和液相相互混合。此外，將主冷換熱器分離出來的氣相制冷劑通過冷換熱器冷卻之后進(jìn)行節(jié)流和降溫，并且進(jìn)入到冷換熱器，冷卻天然氣和氣相混合在一起形成制冷劑[3]。

3 天然氣工業(yè)中小型天然氣液化裝置的運用

3.1 對小型天然氣液化裝置采取混合制冷劑液化工藝

既然級聯(lián)式液化工藝的設(shè)備運行極其繁瑣，我們就可以將各個步驟中的制冷劑進(jìn)行混合，從而簡化生產(chǎn)步驟。通過研究，我們可以將碳?xì)浠衔锖偷獨膺M(jìn)行混合作為天然氣液化過程中的制冷劑。擁有了混合制冷劑以后，我們就不再需要逐級對天然氣進(jìn)行液化，而是可以直接得到天然氣液化后的產(chǎn)物。與級聯(lián)式的液化工藝相比，混合制冷卻劑液化工藝設(shè)備少、操作簡單、流程得到大大簡化而且便于設(shè)備故障時的維修、減少了監(jiān)控設(shè)備的人力投入。但是混合制冷劑液化工藝仍然是目前的工業(yè)生產(chǎn)中最具有創(chuàng)新性的生產(chǎn)工藝，它可以實現(xiàn)在液化過程中的連續(xù)溫度變化，避免出現(xiàn)溫度斷層，可以保證制冷劑與天然氣的混合更均勻，基于以上的優(yōu)點，這項混合制冷卻劑液化技術(shù)是未來我國天然氣液化工業(yè)的最佳發(fā)展趨勢，具有很好的發(fā)展前景。

3.2 對小型天然氣液化裝置采取級聯(lián)式液化

級聯(lián)式液化流程也叫做階梯式液化，這種液化方法在帶負(fù)載的天然氣液化裝置中比較適用。這種液化裝置由許多獨立的液化制冷裝置組成, 他們之間相互聯(lián)系、構(gòu)成一個系統(tǒng)。在各級系統(tǒng)之間，會發(fā)生熱量的傳遞，這也就保證了液化設(shè)備恒溫運行。級聯(lián)式液化的優(yōu)點是消耗的能量少、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，而且制冷機(jī)易于制備，經(jīng)濟(jì)實惠。但這項技術(shù)也存在一定的缺點，比如：許多冷卻設(shè)備進(jìn)行級聯(lián)、相互干擾、增多了操作步驟，而且這種設(shè)備體積大、占用空間大，不便于運輸、安裝和維修。如果其中一臺設(shè)備發(fā)生故障，容易對其它設(shè)備產(chǎn)生不良影響。其次，若要對這個龐大的體系進(jìn)行管控，需要犧牲大量的人力物力財力，不利于節(jié)省成本。因此，這項技術(shù)如果想要投入生產(chǎn)的話，我們還要對其進(jìn)行進(jìn)一步的改良。

4 結(jié)語

雖然我國在工業(yè)化和環(huán)境保護(hù)的進(jìn)程中已經(jīng)取得了不小的成就，但我國在工業(yè)化進(jìn)程和能源利用上仍然任重道遠(yuǎn)，同時也要意識到液化天然氣對我國工業(yè)發(fā)展的重大意義，它不僅可以減少工業(yè)發(fā)展中的環(huán)境污染，還比同樣質(zhì)量的其他燃料熱值高。所以一定要對天然氣進(jìn)行科學(xué)開采和合理利用，不斷推進(jìn)我國的社會主義工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。