提高LNG工廠空冷器的運(yùn)行效率及穩(wěn)定性

楊琳 周曉莉 何華 張樹偉 劉曉杰

摘 要：本文結(jié)合山西某LNG工廠實(shí)際運(yùn)行情況，從對(duì)LNG工廠空冷器工藝技術(shù)和運(yùn)行情況的現(xiàn)狀調(diào)查入手，重點(diǎn)探究了LNG工廠空冷器運(yùn)行中存在問題的解決對(duì)策及其效果。

關(guān)鍵詞：LNG;空冷器;運(yùn)行效率;穩(wěn)定性

1 項(xiàng)目背景

山西某LNG工廠日處理煤層氣200萬方，年產(chǎn)LNG近45萬t，集液化天然氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存、銷售于一體，是目前國內(nèi)單套處理量最大的進(jìn)口裝置之一。工藝裝置引自德國林德公司的Limum?專利工藝技術(shù)，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)和大型繞管換熱技術(shù)，每天能夠完成60-70輛LNG槽車充裝任務(wù)，約合1200t。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 脫碳單元空冷器

2.1.1 工藝介紹

山西LNG工廠采用德國BASF生產(chǎn)的活化MDEA（N-N甲基乙醇胺）配方溶劑對(duì)原料氣中的二氧化碳進(jìn)行吸收。通過散堆填料與塔中部進(jìn)入的MDEA溶液逆流接觸，二氧化碳與胺液形成弱的化學(xué)鍵，酸性氣體被有效吸附。吸附二氧化碳后的胺液聚集在胺洗塔底部成為富胺液，通過換熱后進(jìn)入到胺汽提塔，被由導(dǎo)熱油加熱的高溫水蒸氣及二氧化碳汽提帶走富胺液中的二氧化碳，汽提后的貧胺液聚集在胺汽提塔塔釜，再經(jīng)由換熱器后通過貧胺液泵（55℃）、貧胺液冷卻塔增壓、冷卻后回到胺洗塔繼續(xù)吸收天然氣中的二氧化碳，至此形成胺液系統(tǒng)的閉式循環(huán)。

2.1.2 運(yùn)行情況

12E03及12E04兩套空冷器均采用水平鼓風(fēng)式安裝，各設(shè)有一臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)及一臺(tái)工頻風(fēng)機(jī)，空冷器出口溫度與空冷器運(yùn)行負(fù)荷形成PID控制回路，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度變化時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.2 脫水單元空冷器

2.2.1 工藝介紹

脫水單元裝置采用兩塔流程，一塔吸附，一塔再生，再生氣取自干燥處理后的天然氣經(jīng)過再生氣加熱器中的導(dǎo)熱油加熱到205℃，從干燥器底部進(jìn)入塔內(nèi)，對(duì)分子篩進(jìn)行加熱再生，進(jìn)入再生氣分離器將冷凝水分離出來，氣體進(jìn)入再生氣壓縮機(jī)增壓重新回到脫水單元進(jìn)行再脫水處理。

2.2.2 運(yùn)行情況

再生氣冷卻器冷卻介質(zhì)為190℃的再生氣，出口要求冷卻溫度42℃，空冷器的運(yùn)行效率直接關(guān)乎到再生氣壓縮機(jī)能否正常運(yùn)行，分子篩吸附和再生依照既定程序設(shè)置執(zhí)行，溫度不合適將導(dǎo)致整個(gè)脫水單元時(shí)序控制混亂，因此要保證再生氣空冷器溫度平穩(wěn)。夏季運(yùn)行過程中，同樣存在換熱效率無法滿足實(shí)際運(yùn)行需求的情況。

2.3 循環(huán)壓縮機(jī)空冷器

2.3.1 工藝介紹

繞管式換熱器換熱返回的混合冷劑經(jīng)由MRC壓縮機(jī)一級(jí)入口分離器分離后，進(jìn)入MRC壓縮機(jī)入口，進(jìn)過一級(jí)壓縮后出口壓力約為2.65MPa，分離出的氣相進(jìn)入MRC壓縮機(jī)二級(jí)入口，利用循環(huán)壓縮機(jī)后冷卻器41E02冷卻至42℃，進(jìn)入壓縮機(jī)出口分離器分離，分離后的氣相冷劑以及液相冷劑進(jìn)入繞管式換熱器為不同溫度段天然氣提供冷量降溫。

2.3.2 運(yùn)行情況

41E01及41E02均為引風(fēng)式安裝空冷器。山西LNG工廠MRC壓縮機(jī)采用變頻調(diào)速的離心式壓縮機(jī)，在控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置防喘振曲線，操作人員根據(jù)運(yùn)行點(diǎn)與喘振點(diǎn)偏差及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，從而避免壓縮機(jī)發(fā)生喘振對(duì)壓縮機(jī)造成損傷。

2.4 BOG壓縮機(jī)空冷器

2.4.1 工藝介紹

系統(tǒng)內(nèi)的BOG主要來源于LNG儲(chǔ)罐受熱蒸發(fā)氣、裝車返回氣、工藝節(jié)流產(chǎn)生氣等，BOG含量約為80-90%的甲烷，10-20%的氮?dú)?，根?jù)儲(chǔ)罐的液位、裝車數(shù)量不同，每天的產(chǎn)生量大約在3萬-5萬標(biāo)方。

2.4.2 運(yùn)行情況

BOG壓縮機(jī)空冷器采用水平引風(fēng)式安裝，由于該空冷器為壓縮機(jī)撬內(nèi)設(shè)備，未設(shè)置溫度與空冷器負(fù)荷的閉環(huán)控制，因此如何實(shí)現(xiàn)BOG壓縮空冷器溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)成為需要解決的問題。

3 制定對(duì)策

3.1 針對(duì)夏季空冷器運(yùn)行效率無法滿足設(shè)計(jì)需求的解決對(duì)策

①利用物理清洗，采用高壓水槍，在距離空冷器換熱管1.2m左右，采用8-12bar的高壓水槍垂直沖洗換熱，沖去污漬;②增設(shè)噴淋裝置，采用噴淋水泵將噴淋水箱內(nèi)的除鹽水輸送至位于水平放置管束上方的噴淋分配器，由分配器的噴嘴將冷卻水向上噴淋到熱管表面，使管表面濕潤并形成水膜，通過噴淋水增強(qiáng)空冷器的降溫效果。

3.2 針對(duì)脫碳單元空冷器12E03、12E04在冬季運(yùn)行過程中存在凍堵風(fēng)險(xiǎn)的解決對(duì)策

①12E03、12E04均采用鼓風(fēng)式安裝，四周均設(shè)有百葉窗，為了防止管束內(nèi)結(jié)晶析出或者凝固，冬季可以根據(jù)實(shí)際情關(guān)閉百葉窗、調(diào)整風(fēng)扇葉片角度，減少進(jìn)入管束的空氣流量;②極端天氣情況下，即使關(guān)閉四周的百葉窗也無法保證空冷器內(nèi)介質(zhì)不發(fā)生凝固或結(jié)晶析出。調(diào)整空冷器電機(jī)相序以及頂部百葉窗開度，使其中的一臺(tái)空氣反向流動(dòng)，建立熱風(fēng)內(nèi)循環(huán)。

3.3 循環(huán)壓縮機(jī)空冷器在冬季運(yùn)行過程中存在受環(huán)境影響過大的情況，對(duì)主壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行造成極大隱患

選擇輕薄且耐用的材料固定在引風(fēng)式空冷器風(fēng)扇罩頂部，減少外界自然風(fēng)直接吹向空冷器，同時(shí)保證變頻風(fēng)機(jī)與外界空氣的基本換熱，從而實(shí)現(xiàn)引風(fēng)式空冷器冬季的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.4 對(duì)BOG冷卻器無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的解決對(duì)策

新增控制電纜施工難度較大，因此考慮在已有控制線纜基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造。為實(shí)現(xiàn)BOG壓縮機(jī)冷卻器溫度的自動(dòng)控制，考慮通過自動(dòng)調(diào)整百葉窗的開度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，新增氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥用以控制百葉窗開度。

4 效果驗(yàn)證

4.1 針對(duì)夏季空冷器運(yùn)行效率無法滿足生產(chǎn)需求問題的解決

采用噴淋水對(duì)空冷器降溫，可以在原基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)3℃的溫降，從而滿足生產(chǎn)運(yùn)行的需求。為避免翅片上積聚水垢，應(yīng)采用除鹽水作為噴淋水來源，由于除鹽水產(chǎn)量有限，因此噴淋水降溫僅適用于高溫天氣下間斷性進(jìn)行。

4.2 針對(duì)脫碳單元空冷器冬季易凍堵問題的檢查及處理

2018年1月5日胺汽提塔冷凝器12E04口溫度飆升至80℃，胺汽提塔塔壓遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行指數(shù)，經(jīng)過商議，調(diào)整工頻電機(jī)相序以及四周百葉窗開度，同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，形成熱風(fēng)循環(huán)，經(jīng)過1.5個(gè)小時(shí)，12E03出口溫度逐漸降低，管束折流側(cè)絲堵回溫，胺汽提塔以及胺汽提塔回流罐壓力降低，生產(chǎn)逐漸恢復(fù)正常。

4.3 針對(duì)循環(huán)壓縮機(jī)空冷器在冬季運(yùn)行過程中存在受環(huán)境影響過大的情況，對(duì)主壓縮機(jī)造成隱患的問題解決效果

通過增設(shè)工頻風(fēng)機(jī)的隔離苫布，維持了MRC壓縮機(jī)冷卻器出口溫度在34℃以上，溫度控制在相對(duì)合理范圍內(nèi)對(duì)MRC壓縮機(jī)運(yùn)行的保護(hù)。增設(shè)隔離苫布后，將溫度控制在合理范圍內(nèi)，既保證了MRC壓縮機(jī)的運(yùn)行偏差，也保證了壓縮機(jī)功率處于相對(duì)較低的狀態(tài)，大大降低了運(yùn)行隱患，為冬季的安全生產(chǎn)提供了保障。

4.4對(duì)BOG壓縮機(jī)冷卻器無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的效果驗(yàn)證

通過增設(shè)百葉窗自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，為冬季以及夏季BOG壓縮機(jī)冷卻器的平穩(wěn)運(yùn)行提供了保障，解決了人員無法遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)溫度的困擾。

5 結(jié)語

通過以上各項(xiàng)措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了該LNG工廠空冷器的平穩(wěn)、高效運(yùn)行。直觀上的技改費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于廠家100萬余元的價(jià)格;客觀上，空冷器的平穩(wěn)運(yùn)行為該LNG工廠安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障，對(duì)其他相同類型的LNG工廠存在著極大的借鑒意義。

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作者簡介：

楊琳（1984- ），男，漢族，河北省任丘市人，學(xué)歷：本科，現(xiàn)有職稱：工程師，研究方向：液化天然氣生產(chǎn)與運(yùn)行。