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信然LNG壓縮機(jī)在石油天然氣中的應(yīng)用

信然LNG壓縮機(jī)在石油天然氣中的應(yīng)用

2021/02/02 2:57:54

我國已經(jīng)進(jìn)入LNG行業(yè)快速發(fā)展的時期,壓縮機(jī)是LNG處理過程中最核心的轉(zhuǎn)動設(shè)備。綜述了LNG液化廠中原料氣、分子篩脫水裝置的再生氣、天然氣液化制冷劑和BOG增壓過程中工藝的要求和介質(zhì)的特點,根據(jù)常用壓縮機(jī)的特性和適用范圍,提出LNG工藝中壓縮機(jī)選型原則與方法。同時提出了LNG處理過程中壓縮機(jī)驅(qū)動方式的選擇原則和冷卻方式的選擇方法,為LNG工廠中壓縮機(jī)及配套的驅(qū)動和冷卻方式的合理選型提供了參考依據(jù)。

天然氣在常壓下，當(dāng)冷卻至約-162℃時，則由氣態(tài)變成液態(tài)，成為液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡稱LNG）。LNG是由天然氣轉(zhuǎn)變的另一種能源形式。

　　天然氣是一種混合物，其組分隨氣田不同而異，主要成分有甲烷、氮及C2—C5的飽和烷烴，另外還有微量的氦、二氧化碳及硫化氫等，通過制冷液化后，LNG就成為含甲烷（約95%以上）和其他烷烴的低溫液體。

　　LNG的臨界溫度為-82.3℃，臨界壓力為4.58MPa

　　沸點為-162.5℃，熔點為-182℃，著火點為650℃

　　液態(tài)密度為0.430噸/立方，氣態(tài)密度為0.688kg/Nm3 （即：1公斤L(fēng)NG約合1.4方天然氣）

　　氣態(tài)熱值：8000-10000千卡/立方，液態(tài)熱值12000千卡/公斤。

　　爆炸極限：5-15%

　　特性：無色、無味、無毒且無腐蝕性

　　體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600

　　華白數(shù)：44.94MJ/Nm3

　　BOG氣體（Boil Off Gas）：LNG的閃蒸氣。槽車、儲罐、低溫鋼瓶內(nèi)的 LNG自然吸熱氣化產(chǎn)生的氣體。BOG經(jīng)加熱后送入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。

　　EAG氣體（安全放散氣體）：LNG系統(tǒng)中放散出來的天然氣叫做EAG ，EAG經(jīng)加熱后直接通過放散塔向大氣排放。

　　BOG特點：①低溫（溫度約-145℃ ） ②持續(xù)不斷（設(shè)計值為0.3%） ③密度比常溫空氣重

　　補充說明：當(dāng)LNG氣化為氣態(tài)天然氣時，其臨界浮力溫度為-107℃。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度高于-107℃時，氣態(tài)天然氣比空氣輕，將從泄漏處上升飄走。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度低于-107℃時，氣態(tài)天然氣比空氣重，低溫氣態(tài)天然氣會向下積聚，與空氣形成可燃性爆炸物。

　　如果不及時排出，將造成儲罐壓力升高，為此設(shè)置了降壓調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)壓力自動排出BOG。儲罐蒸發(fā)的BOG和槽車卸車的BOG，通過1臺BOG加熱器加熱后進(jìn)入BOG儲罐儲存，或直接經(jīng)調(diào)壓、計量加臭后送入管網(wǎng)。

　　EAG特點：①低溫 ②密度比常溫空氣重

　　設(shè)置1臺空溫式安全放散氣體加熱器，放散氣體先通過該加熱器加熱，使其密度小于空氣，然后再引入高空放散。

　　EAG氣源點：相隔閥門之間的低溫管道、儲罐等超壓放散

LNG的優(yōu)點：

　?。?）LNG體積比同質(zhì)量的天然氣小600多倍，所以可用汽車輪船很方便地將LNG運到?jīng)]有天然氣的地方使用。對于遠(yuǎn)洋運輸，LNG是唯一的運輸方式。
　?。?）利用LNG方式是解決沿海,荒漠地區(qū)氣田開發(fā),，回收邊遠(yuǎn)氣田天然氣的有效辦法。
　?。?）LNG存儲效率高，占地少，投資省。10立方LNG儲存量就可供1萬戶居民1天的生活用氣。
　　（3）LNG作為優(yōu)質(zhì)的車用燃料，與汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動機(jī)壽命長，燃料費用低，環(huán)保性能好的優(yōu)點。它可將汽油汽車尾氣中的碳?xì)浠衔餃p少72%，氮化物減少39%，一氧化碳減少90%，硫化物將為零。
　　（4）LNG的汽化潛熱高，氣化過程中的冷量可回收利用。
　?。?）由于LNG組分較純，燃燒完全，燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水，是很好的清潔燃料，有利于保護(hù)環(huán)境。
　　（6）LNG汽化后密度很低，稍有泄漏后容易飄散開來，不致引起爆炸。

LNG的主要用途：

　?。?）作為清潔燃料，供城市居民生活使用。
　?。?）代作為汽車燃料，供LNG汽車發(fā)動機(jī)燃料。
　?。?）作為冷源用于生產(chǎn)速凍食品，以及塑料、橡膠的低溫粉碎、制取干冰等。
　　（4）作為工業(yè)氣體燃?xì)?，用于各種窯爐、鍋爐等。

LNG的生產(chǎn)

　　氣田開采出來的天然氣，經(jīng)過脫水、脫酸性氣體和重?zé)N類，然后壓縮、膨脹、液化而成的低溫液體。LNG工廠液化流程按制冷方式分為3種模式：

　?。?）級聯(lián)式液化流程
　　（2）混合制冷劑液化流程
　?。?）帶膨脹機(jī)液化流程，包括天然氣膨脹、氮氣膨脹、氮-甲烷膨脹等。

級聯(lián)式液化流程

　　原料氣先后進(jìn)入原料分液罐（除液）、過濾器（脫粒）、脫CO2塔、分子干燥劑（脫水），利用丙烷制冷循環(huán)經(jīng)換熱器冷卻，節(jié)流降溫后進(jìn)入分離器氣液相分離，液相返流回收，再換熱冷卻、分離，換熱、分離，最后一級冷卻后流入LNG儲罐。

混合制冷劑液化流程

　　預(yù)處理后的天然氣進(jìn)入冷箱上部冷卻，經(jīng)重?zé)N分離器氣液分離，液相回收，氣相進(jìn)入冷箱下部冷凝和過冷，最后節(jié)流至LNG儲罐。制冷循環(huán)采用的制冷劑是N2和C1-C5的烴類混合物制冷劑。

帶膨脹機(jī)液化流程

　　高壓天然氣經(jīng)換熱器預(yù)冷，進(jìn)入氣液分離器分離掉重?zé)N。分離器產(chǎn)生的氣體一部分進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹降溫，再進(jìn)入換熱器冷卻后進(jìn)入LNG儲罐。另一部分氣體直接進(jìn)入換熱器冷卻后，經(jīng)節(jié)流至LNG儲罐。

LNG的運輸

　　目前，國內(nèi)的LNG運輸基本上是采取公路運輸?shù)姆绞?，主要運輸設(shè)備為LNG罐式集裝箱和LNG運輸槽車。遠(yuǎn)洋運輸采用LNG運輸船。

　　LNG罐式集裝箱：分為40英尺和43英尺兩種規(guī)格。40英尺罐式集裝箱的LNG有效容積為36立方米/臺；43英尺罐式集裝箱的有效容積為40立方米/臺(均按照90%充滿率)。LNG罐式集裝箱采用特殊的絕熱材料包扎，并高真空保溫，保溫性能非常優(yōu)良。

　　半掛運輸槽車：49立方米的高真空多層纏繞絕熱半掛槽車經(jīng)濟(jì)性最高，且保溫性能優(yōu)良，適合長距離LNG運輸，其有效容積為44立方米。

LNG的儲存

　　LNG采用深冷液體儲罐儲存，液體儲罐為雙壁真空粉末絕熱，LNG的日蒸發(fā)量控制在0.3%以內(nèi)。儲罐的總?cè)萘客ǔ０?-7天高峰月平均日用氣量來確定。

　　用于低溫儲罐的保溫材料，應(yīng)滿足導(dǎo)熱系數(shù)小、密度低、吸濕率與吸水率小、抗凍性強、耐火好、有一定強度、且環(huán)保和便于施工等要求。大型低溫LNG儲罐絕熱材料大致分為氣孔型、纖維型和氣泡型三類。

　　玻璃纖維氈是補償罐的收縮量。

　　整個工藝流程可分為：槽車卸液流程、氣化加熱流程（含熱水循環(huán)流程）、調(diào)壓、計量加臭流程。

　　卸液流程：LNG由LNG槽車運來，槽車上有3個接口，分別為液相出液管、氣相管、增壓液相管，增壓液相管接卸車增壓器，由卸車增壓器使槽車增壓，利用壓差將LNG送入低溫儲罐儲存。儲罐進(jìn)液口設(shè)有緊急切斷裝置，當(dāng)液體達(dá)到罐容的85%時，發(fā)出聲光報警；當(dāng)液體達(dá)到罐容的90%時，發(fā)出聲光報警并自動關(guān)閉進(jìn)液緊急切斷閥；當(dāng)液體只有罐容的10%時，也發(fā)出聲光報警。

氣化、加熱流程

　　氣化流程：儲罐內(nèi)的LNG通過儲罐增壓器從出液管自流進(jìn)入空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣與空氣交換熱，發(fā)生相變，液態(tài)天然氣變?yōu)闅鈶B(tài)天然氣。氣化器總管上設(shè)有溫度遠(yuǎn)傳控制系統(tǒng)，當(dāng)氣化后的天然氣溫度低于-10℃時，發(fā)出聲光報警；當(dāng)氣化后的天然氣溫度低于-18℃時，發(fā)出聲光報警并自動切換氣化器組。在水浴加熱器后總管上也設(shè)有溫度遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，當(dāng)天然氣溫度低于-10℃時，發(fā)出聲光報警；當(dāng)天然氣溫度低于-18℃時，發(fā)出聲光報警并啟動熱水爐，通過水浴加熱器加熱天然氣；當(dāng)天然氣溫度高于20℃時，發(fā)出聲光報警并關(guān)閉熱水爐。常溫天然氣經(jīng)調(diào)壓計量后進(jìn)入城市中壓管網(wǎng)，供用戶用氣。

　　站內(nèi)BOG發(fā)生量最大的為回收槽車卸車后的氣相天然氣和儲罐卸液后的氣相天然氣， BOG可通過BOG加熱器加熱后，經(jīng)過計量、加臭后再輸入管網(wǎng)使用。

計量加臭流程：

　　LNG經(jīng)過氣化、復(fù)熱過程后，變?yōu)?.6MPa 、5℃左右的氣態(tài)天然氣，進(jìn)入主調(diào)壓器，燃?xì)獬隹趬毫φ{(diào)節(jié)到0.3 MPa，再經(jīng)計量加臭后送入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)。調(diào)壓器和流量計的選型根據(jù)設(shè)

　　LNG氣化最大流量選擇，加臭機(jī)根據(jù)流量計流量脈沖信號自動加臭，加臭劑為四氫塞吩。

　　水浴式加熱器熱源采用熱水循環(huán)，循環(huán)水動力為離心式熱水循環(huán)泵。加熱源為燃?xì)鉄崴哄仩t，燃?xì)鈿庠慈∽匀細(xì)夤芫W(wǎng)，經(jīng)調(diào)壓后壓力降至2.5-3KPa。

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