国内小型天然气液化装置及流程

介绍国内天然气液化的研究现状,总结国内现有的小型天然气液化装置,详细阐述了每一套液化装置的工艺流程,并从深冷技术方面侧重对每套装置的特点进行了分析。按制冷方式不同,国内小型天然气液化装置的液化流程分为三类:级联式液化流程;混合制冷剂液化流程,包括开式、闭式和丙烷预冷;带膨胀机液化流程,包括天然气膨胀、氮气膨胀等。选择LNG液化流程类型,必须根据具体的设计要求和外围条件进行综合考虑,即对不同液化流程的投资成本、比功耗、运行要求以及灵活性进行全面对比,因地制宜,才能最终决定采用何种液化流程。     

天然气液化技术研究现状及进展

系统的阐述了国内外关于天然气液化流程的研究成果,着重介绍了一种新型天然气液化技术。目前国外较大型LNG工程主要采用级联式液化流程及混合制冷剂液化流程,且已开展小型天然气液化装置的研究,并已开发了几种小型的天然气液化装置,但其液化流程主要是由大型装置演化而来,并未出现本质变化;国内LNG液化工艺流程研究起步较晚,且由于天然气气源和LNG目标市场的限制,目前投产及在建装置均属于小型天然气液化装置,国内所利用小型天然气液化流程主要为膨胀制冷循环及混合制冷剂循环。超声速旋流分离器被提出应用于天然气液化过程,目前研究表明,其能成功将天然气液化,但关于超声速旋流分离器内部天然气流动过程、液滴凝结及生长热力学过程、液化效率等还需开展进一步的研究工作。     

混合工质循环与氮膨胀循环的经济性分析

近几年国内天然气液化技术主要采用混合工质液化循环和氮膨胀液化循环。为探讨两种流程的经济性，设计了混合工质液化循环和双级氮膨胀液化循环两种流程，分别对这两种流程进行了模拟，优化了流程的参数，并对它们的投资和运行费用等进行了分析。混合工质液化循环比氮膨胀液化循环复杂，设计计算困难，但其运行费用仅为氮膨胀液化循环的三分之二，而初期投资也比双级氮膨胀循环要低。混合工质循环投资少、功耗低、经济性好，应是国内发展小型天然气液化装置的首选流程。     

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介绍了我国的LNG示范装置、调峰型工厂和基本负荷型工厂的状况，包括这些装置和工厂的生产规模和工艺流程。这些流程包括：级联式、混合制冷剂、带膨胀机的液化流程制冷，并比较了各自的使用特点和优劣。最后指出了我国LNG工厂的发展方向：根据国情，依据具体的设计条件和外围条件，对不同液化流程的投资成本、比功耗、运行要求进行全面的对比分析；要紧跟当前天然气液化流程追求简便、高效的发展趋势，综合考虑各种液化流程的技术特点，开发适合我国实际情况的新型液化流程——流程精简、设备少，冷箱结构紧凑，换热效率高，火用损小，压缩机和驱动机高效、可靠，应大力发展具有调峰、机动能力的中、小型LNG装置，以适应我国已经面临大规模开发利用天然气的新形势。     

级联型天然气液化HYSYS计算模型研究

LNG调峰站主要用于天然气液化调峰使用,调峰装置的推广使用会对我国液化天然气工业发展产生深远影响。法国燃气公司所采用的新型级联型天然气液化流程调峰装置代表了目前国际上天然气液化流程的发展趋势。由于国外公司并没提供该装置的模拟计算,致使生产运行中有些参数无法进行优化控制。结合该装置的生产运行参数,采用国际上著名的HYSYS软件进行模拟、分析、研究和计算,找出其中的关键参数控制点。该模型研究不仅对天然气液化设计提供理论依据,还可对所建装置进行生产分析,优化系统参数,提高运行负荷,以最少的能耗获得更高的产率。该计算模型研究对于国内开展天然气液化设计提供理论上的指导;对所建天然气液化装置提供参数优化、工况考核等技术支撑。     

CⅡ法天然气液化HYSYS软件模拟计算

上海浦东LNG装置是我国第一座CII法的调峰型天然气液化装置,采用法国燃气公司新型混合冷剂制冷流程,该流程代表了目前国际上天然气液化流程的发展趋势,其设计目的是为液化装置提供投资少、运行成本低的流程。对于该装置的模拟计算不仅可对天然气液化的设计提供参考,还可以对装置的生产状况通过模拟计算进行分析,对设计和生产都有一定的借鉴意义。     

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以目前技术和设备较成熟的串联双级氮膨胀循环的天然气液化流程为模型，针对“西气东输”气源条件，面向中小城市LNG储运、调峰和LNG—CLNG汽车加气站使用的小型天然气液化装置，根据在国内进行的设备调研和系统优化结果，进行了流程的数值模拟计算，给出了主要设备的工程参数及各节点的工艺参数值。该装置的特点是：全部设备国产化、设备投资小、操作运行简单，对气源适用范围广，易于推广。     

基于ASPEN HYSYS和MATLAB天然气液化流程的优化

为设计一种更节能的小型天然气液化装置,本文通过MATLAB中的ActiveX组件将ASPEN HYSYS与MATLAB连接起来,MATLAB利用ASPEN HYSYS中的spreadsheet对流程的参数进行读取,利用MATLAB的计算能力对液化流程中的参数进行相关的计算并返回ASPEN HYSYS中进行验证,以液化率和比功耗为流程性能评价指标找到了参数的最优值,实现了流程的优化。     

珠海LNG装置技术分析与运行情况

珠海LNG装置是中国海洋石油总公司第一套建成投产的小型天然气液化装置,采用的工艺技术先进,相关技术及设备国产化程度较高。详细介绍了珠海液化天然气装置MDEA混合胺法脱碳、4A分子筛深度脱水、PRCIO混合制冷及LNG储存工艺技术流程,分析了液化装置各单元生产运行的情况,对生产实践中暴露出的问题进行了归纳总结,有针对性地提出了优化操作要点及解决方法,对国内其他在建或已投产的同类天然气液化装置具有一定的技术指导性及借鉴作用。     

海南小型LNG工厂液化工艺方案特点

海南LNG工厂在国内首次利用氮气二级膨胀液化工艺。为此,讨论了海南LNG工厂天然气净化、液化系统技术方案的制订,针对原料气气质特点设计了DGA溶液脱酸工艺和氮气膨胀制冷工艺方案,对其进行了流程模拟计算,得到了各物流节点的设计参数,并计算出了天然气液化流程中压缩机能耗、制冷剂流量、各换热器的换热量等参数。装置运行考核结果表明：该DGA溶液脱酸工艺和氮气膨胀制冷工艺技术运用合理,工艺路线可行,工艺技术指标均达到了设计要求,为其他小型LNG工厂提供了一种新的天然气液化工艺选择方案。     

小型天然气液化装置高压引射液化工艺的优化

小型高压引射天然气液化装置在实际运行过程中,存在着明显的液化效率低、能耗大等问题。为了进一步提高系统性能,采用HYSYS软件对5×10~4 m~3/d处理量的高压引射液化工艺进行模拟与分析,探究主要工艺参数对系统性能的影响。研究结果表明:①引射器高压入口压力(引射压力)、出口压力以及净化气中不凝气体组分含量对系统功耗、出液率会产生显著的影响;②引射压力增高,预冷系统功耗、冷箱出液率将逐渐增大,系统总功耗呈现先增大后减小趋势,存在着最佳引射压力,在出口压力介于0.5～1.8MPa的范围内,所模拟引射压力系列中20MPa时系统总功耗最小;③引射器出口压力增高,循环气压缩机、系统总功耗呈现非线性降低趋势,降低速率逐渐减小,而预冷系统功耗、冷箱出液率将逐渐增大;④净化气中不凝气组分含量增加,系统出液产量、冷箱出液率将显著下降,单位产量能耗逐渐增大,因而该工艺并不适宜处理高含不凝气体组分的净化气。结论认为,该研究成果可以为小型高压引射天然气液化装置工艺设计与优化提供参考。     

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从目前国内天然气液化工艺技术来源看，LNG生产利用方面的基础技术研究还不够深入，国内现有运营装置和在建工程均需引进国外公司的初步设计或软件包，然后由国内设计院完成配套工程设计。国内LNG产业起步较晚，目前已建成投产的天然气液化装置共有3套。在简述阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺的基础上，介绍了上述3套国内液化天然气工厂的工艺原理。结合近年来的工作经验、工程实践和我国的天然气资源分布状况，强调了加快对适合我国特点的天然气液化装置的工艺技术研究、加大对相关应用技术研究的力度和投入的必要性，还预测了LNG的市场前景。     

中国首套LNG液力透平系统开发与工业化测试

天然气液化装置中采用低温液力透平替代传统LNG或MR混合冷剂J-T节流阀实现节流降压是提高天然气液化装置效率的先进技术,也是全球天然气液化技术发展的一种趋势。我国目前已拥有超过136座的天然气液化工厂,但尚未实现低温液力透平的国产化和工业化应用。为此,通过对LNG液力透平工艺及控制系统开发、本体水力模型优化设计、样机结构设计与制造等关键技术进行攻关,开发了国内首套LNG液力透平系统(设计流量为40 m3/h),用于回收LNG冷箱出口LNG压力能。LNG液力透平系统在中海石油广东液化天然气有限公司天然气液化装置完成了系统启停、变流量、变转速多工况工业化测试。测试结果表明:1样机本体运转平稳,低温机械性能良好,运行性能参数基本达到设计预期;2工艺及控制系统、变频发电系统设计可行,可与已有天然气液化装置上的LNG产品J-T节流阀自动平稳切换使用,平均可提高LNG产量2%,发电8.3 k W。     

液化天然气工厂重烃脱除工艺方案比选

分析了液化天然气工厂重烃脱除的现状及存在的问题,对比了多种重烃脱除方案的优劣性。以华油天然气股份有限公司处理规模为100×104 m3/d(20℃,101.325kPa)的广元LNG工厂现有装置为例,在脱水单元后新增1套脱重烃装置可取得良好的重烃脱除效果,减少重烃闪蒸气量,提高天然气液化率,降低LNG产品的比功耗,促进装置长周期满负荷稳定运行。     

基本负荷型级联式天然气液化HYSYS软件计算模型

级联式天然气液化方法,是最初的天然气液化形式,世界上首座基本负荷型级联式天然气液化装置建在阿尔及利亚。冷却介质依次为水、丙烷、乙烯和甲烷。该法因其流程复杂而被后来的丙烷预冷混合冷剂液化流程所代替,但有些小装置因该流程比较节能,仍有一定使用价值。本文介绍一种简单的级联式天然气液化流程HYSYS软件计算模型,供设计时参考。     

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中国石油西南油气田分公司重庆气矿目前共有脱水站19座、脱水装置26套，对24个气田的来气进行脱水处理，实现了干含硫天然气输送。从第一套脱水装置开始运行至今，各套脱水装置运行状况基本良好；但由于设计流程不够优化、设备选型不尽合理等，致使出现了脱水装置运行成本上升、脱水运行不稳定等问题。文章简述了重庆气矿天然气脱水装置的分布特点、主要设计参数、工艺流程、运行现状，指出了脱水装置运行过程中存在的各种问题，并对其原因进行了分析；进而重点阐述了针对这些问题所实施的技术改造及其效果；最后就如何确保脱水装置正常运行从技术管理的角度提出了建议。     

Use of piston expanders in plants utilizing energy of compressed natural gas

A comparative analysis has been performed of the suitability of using turbo-and piston (reciprocating) expanders in low-consumption units of natural gas liquefaction plants operating at an initial pressure p_i = 3–5 MPa. Two versions have been investigated: 1) monoblock (single-block) expander-compressor unit (ECU) consisting of a turboexpander and a turbocompressor and 2) expander-generator unit (EGU) consisting of a piston expander and a generating engine. The merits and demerits of both versions have been indicated. It has been shown that in the liquefied natural gas (LNG) output range m_LNG ≤ 1.0–1.5 ton/h use of EGU is preferable because it ensures partial recovery of power expended for compressing and movement of natural gas in trunk pipelines. Based on an analysis of domestic opposite compressors pressed into production, it has been concluded that it is possible to build efficient EGU on Y-and E-like bases for plants producing up to 5 ton/h of LNG with a power recovery of up to 1 MW.     

气体膨胀式天然气带压液化流程的设计与优化

天然气带压液化（PLNG）技术可在较高的压力和温度下储存液化天然气,为海上天然气的液化提供了可能,但对于PLNG流程的相关运行参数、性能优化方面的研究几乎还未见报道。为此,借鉴气体膨胀式天然气液化系统的优点,针对CO₂含量较低的海上天然气设计了一种气体膨胀天然气带压液化流程,并利用HYSYS软件进行了模拟和优化。结果表明：①分别采用N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄作为制冷剂,以产品LNG的单位能耗为衡量指标,对流程的4个关键参数（进口天然气压力、LNG储存压力、气体制冷剂膨胀前压力及气体制冷剂膨胀前预冷温度）进行了优化分析,并得到了它们的最优值;②比较了N₂、50% N₂+50% CH₄、CH₄分别作为制冷剂时,流程的能耗情况,发现CH₄是能耗最低的制冷剂;③将优化后的氮膨胀天然气带压液化流程与常规氮膨胀天然气液化流程进行比较,结果表明前者不仅占地面积小、流程简单、设备初始投资低,而且运行工况更优良、能耗更低（仅为0.218 9 kWh/m³,比常规流程的能耗降低了46%）。