海上天然气液化工艺流程优选

LNG-FPSO（LNG Floating Production Storage and Offloading Unit,又称FLNG）是集海上液化天然气的生产、储存、装卸和外运为一体的新型浮式生产储卸装置。作为LNG-FPSO的核心技术,海上天然气液化工艺将对该装置的建造运营费用、运行稳定性和整个系统的安全性产生很大的影响,而现有的3种基本类型的天然气液化工艺（氮膨胀、混合冷剂和级联式制冷液化工艺）都不能完全符合海上天然气液化工艺的设计标准。为此,根据海上作业的特殊工况,组合模拟了6种适用于海上天然气液化的工艺流程,并从制冷剂流量、功耗、关键设备数量、天然气流量敏感性、天然气组成敏感性、易燃制冷剂储存和海上适应性等方面对各流程进行了比较,根据计算结果及对各流程的定性分析,优选出带预冷的氮膨胀液化工艺［即丙烷预冷双氮膨胀流程、混合制冷剂-氮气膨胀（并联）流程和混合制冷剂-氮气膨胀（串联）流程］为LNG-FPSO装置的首选工艺,且发现随着预冷深度的增加,该工艺的海上适应性减弱,功耗降低,处理能力增强。     

大型FLNG装置上部模块混合制冷剂液化工艺的适应性评价分析

对于大型浮式液化石油气(FLNG)装置,液化工艺是整套装置非常关键的技术之一。混合制冷剂液化工艺具有流程简单、设备少、效率高、功耗小等优点,已广泛应用于陆上液化工厂,且将用于海上FLNG装置。混合制冷剂可细分成不同的工艺,不同的液化工艺具有不同的特点和适用范围。利用HYSYS软件对不同进料流量、甲烷组分比例和重组分比例下的三种混合制冷剂工艺进行了模拟,对比了三种流程的能耗与设备特征,分析了适用于不同液化能力浮式装置的工艺流程。结果表明:在天然气进气流量为65 000m3/d的条件下,丙烷预冷混合制冷剂循环(C3MR)压缩机比功耗为0.330 9,双混合制冷剂循环(DMR)比功耗为0.225 4,单混合制冷剂循环(SMR)比功耗为0.245 1;C3MR流程关键设备数量最多,DMR次之,SMR设备最少;C3MR所需的制冷剂量最大,SMR最小;随着原料气中甲烷含量的变化,C3MR比功耗的变化最大,DMR、SMR比功耗变化较小。     

基本负荷型级联式制冷工艺用能分析

基本负荷型制冷液化工艺中,级联式制冷工艺和混合制冷剂液化流程(MRC)应用最为广泛。最初的天然气液化方式采用级联式制冷工艺,冷却介质依次为水、丙烷、乙烯和甲烷。该工艺虽然流程复杂,但比较节能,在国内外仍有一部分制冷液化装置采用该工艺。采用HYSYS软件建立级联式制冷工艺计算模型,对该制冷工艺中相关参数进行优化,得到各关键节点及相应流程的最优值参数;并对原料气处理量,压缩机出口压力、系统功耗和各制冷剂循环量之间的关系进行了分析。为现场运行提供理论指导,并对相关液化装置的设计和运行参数优化、工况考核等提供技术支持。     

混合制冷与氮膨胀组合式海上天然气液化工艺

为适应海上浮式天然气液化装置的液化程序,提出了一种将混合制冷与氮膨胀液化工艺相组合的天然气液化新工艺。介绍了该组合工艺的流程及特点,将该工艺和常规陆上液化工艺在海上应用的适应性作了对比分析．对该组合工艺进行了模拟计算,并就计算结果与另外两种工艺进行了压缩功耗的比较。     

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小型天然气液化装置对利用边远小油气田的天然气（包括伴生气）是很有意义的，同时又为远离天然气管网的用户使用天然气提供了方便，并使汽车使用较为廉价的LNG成为了可能。为此，对小型天然气液化装置备选的液化流程进行了比较，通过分析选择了可能的最佳方案：混合制冷剂Brayton循环。该流程结构简单，设备可靠，便于集成一体化以适应车辆装载要求，可实现快速机动部署；还对其进行了工艺设计和系统分析，得出了小型天然气液化流程设计的相关结论。     

CO2预冷双氮膨胀天然气液化工艺的海上适应性分析

优选出的CO₂预冷双氮膨胀制冷液化工艺提高了液化效率,增大了天然气液化处理能力,但其海上作业适应性还有待考察。为此,通过流程模拟和火用分析,对CO₂预冷、丙烷预冷和混合冷剂双氮膨胀制冷液化工艺流程进行了对比,并从热力学角度出发,分析了CO₂预冷双氮膨胀制冷液化工艺对原料气物性（温度、压力、组成）、流程操作参数（CO₂节流后的温度）以及CO₂纯度的敏感性,对其海上适应性做出了评价。结论认为：该工艺可适用于海况恶劣的环境,其对原料气温度、压力和组成变化不敏感,适合于中到大规模的天然气液化生产。最后,为保证流程的安全、高效运行,提出了该工艺应用中需注意的3个问题：①压缩机水冷器温度应低于31.1 ℃;②CO₂预冷温度应超过-53 ℃;③CO₂杂质含量应控制在1%以内。     

半贫液脱酸工艺应用于浮式天然气液化装置中的可行性研究

浮式天然气液化装置(FLNG)是近年来海洋工程界提出的解决深海天然气田开发利用的有效途径,但与传统的陆上天然气液化装置相比,浮式天然气液化装置中脱酸工艺设计和设备选型布置都面临新的技术要求和挑战。设计了一种适用于FLNG的半贫液脱酸工艺,并通过模拟优化和工艺计算对半贫液脱酸工艺与传统液化工厂脱酸工艺在系统能耗、设备数量、设备质量、工艺复杂性和海洋环境适应性等方面进行了分析比较,结果表明半贫液脱酸工艺适用于浮式天然气液化装置,特别是在处理高酸气负荷的天然气方面具有很大的应用潜力。     

一种混合制冷剂循环(MRC)液化天然气流程的理论分析

将天然气液化有利于天然气的运输、有利于边远天然气的回收并能降低天然气的储存成本。在天然气液化流程中 ,用得最多的液化循环是混合制冷剂循环液化天然气流程。它具有机组设备少、流程简单、投资省及管理方便等优点。为此 ,对这类流程进行了理论分析。系统介绍了一带回热的典型混合制冷剂循环液化天然气流程的计算方法 ;并进行了全流程的模拟 ,得到了流程各节点压力、温度、焓、熵、气液两相流量、总流量、气液两相摩尔分率 ;同时还计算了流程中压缩机耗功、丙烷预冷量、制冷剂流量、各换热器的换热量等表示流程性能的参数     

FLNG液化工艺系统放大效应及应用研究

海上天然气液化工艺技术是LNG-FPSO的主要研究内容。以丙烷预冷双氮膨胀液化工艺的小试试验装置和中试试验装置为依托,建立了相应的小试、中试液化工艺模型。首先通过比较试验结果和模拟结果验证了模型的准确性,然后通过HYSYS软件数值模拟分析了两种规模原料气参数的变化对液化工艺系统的影响。鉴于小试、中试液化流程,设备选型,以及原料气参数的不完全相同会影响工艺放大效应的准确分析,通过对小试和中试装置的试验研究以及小试、中试及目标气田的液化工艺的模拟研究,提出净比功耗的概念。研究结果表明,净比功耗能够有效的反映工艺系统随装置规模放大过程的性能变化。随着液化规模的增大,净比功耗逐渐降低,工艺适应性更强,明确了丙烷预冷双氮膨胀液化工艺的可行性。在数值模拟基础上,采用净比功耗计算方法可以对不同规模液化流程的净比功耗进行预测,为目标气田的投产和运营提供参考。     

天然气液化工艺技术比较分析

近期LNG工业快速增长再次刺激了LNG工艺的技术发展,使得一些传统的LNG生产工艺得到了关注,尤其是混凝土结构的、驳船型、浮式LNG装置等小规模LNG项目的应用。根据工作实践并查阅大量国内外资料,较系统地从LNG产量、功耗和生产线效率等方面对5种基本负荷型LNG工艺进行了比较分析,包括丙烷/混合制冷工艺、复迭式制冷工艺、双混合制冷工艺、单混合制冷工艺和带预冷的氮气膨胀工艺。其中,单混合制冷工艺流程、氮气膨胀制冷循环流程工艺简单,设备数量少,装置占地面积小;丙烷/混合制冷工艺流程、双复迭式制冷工艺流程、双重混合制冷工艺流程工艺较复杂,设备数量多,装置占地面积较大。在热带地区建造大型LNG装置采用丙烷/混合制冷工艺最好;氮气膨胀制冷循环流程因其工艺简单,设备数量少,制冷剂易获得和补充,较适合用于边远地区和海上小型天然气处理工厂。     

天然气增压卸车工艺的模拟与分析

为了克服LNG槽车空温气化器自增压卸车工艺流程复杂、效率低、卸车时间长、受环境因素干扰大、占地面积大的缺点,提出了一种天然气增压卸车工艺流程。采用流程数值模拟软件,建立天然气增压卸车工艺的计算模型,研究计算天然气增压卸车过程中LNG槽车储罐内压力、温度、液位等参数随时间的变化过程,计算卸车过程所需时间及天然气流量。分析表明,天然气增压卸车流程简单、卸车时间短、效率高,且不受环境条件影响,能够大幅提高卸车撬的利用率。     

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%）。     

实现操作费用最小化的LNG接收站卸船工艺优化

液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)接收站卸船工艺操作是接收站运行过程中的重要环节,但在实际运行过程中,卸船工艺总是保持运行参数不变,不利于实现LNG接收站运行成本最小化。为此,基于卸船周期内接收站各设备的运行状况,划分卸船周期运行阶段,分析创建卸船工艺操作功耗的计算公式,建立卸船工艺流程动态仿真模型,构建以最小年总功耗为目标函数的卸船工艺优化运行模型,并采用优化模型实例与未优化实例进行效益对比分析。研究结果表明:(1)卸船工艺优化运行模型能够实现LNG接收站在面对不同的卸船工况时能够及时对操作变量进行调整,以最优方案运行,降低了功耗;(2)该研究成果应用于中石油江苏如东LNG接收站,优化运行方案比原方案降低了13.0%的功耗。结论认为,在工况复杂的实际生产过程中,卸船工艺优化运行模型可以通过实时调整运行参数来减小功耗,对于接收站的降本增效具有现实意义。     

南海浮式生产储油轮90m水深混合气潜水作业实践

从南海海上环境和现有装备资源的实际情况出发,利用拖轮拖带海上浮式生产储油轮至适宜混合气潜水的位置,使用本地混合气潜水人员及装备,在不动用2代动力定位船的情况下,实现了90 m水深混合气深潜水作业,取得了显著的经济效益,为节约海上油田开发操作费用开辟了一条新的途径.     

LNG制冷HYSYS计算模型研究

LNG是当今世界增长最快的燃料,目前LNG占全球天然气市场的5.6%及天然气出口总量的25.7%。为提高LNG储量,各国均建造LNG装置,并将此能源作为一种低排放的清洁燃料加以推广。由于国外资料没有提供关于LNG制冷的HYSYS计算模型,通过考察法国燃气公司设计的上海浦东调峰型LNG装置的运行参数,提出了混合冷剂制冷HYSYS计算模型方法。该方法原理是:两种或两种以上的混合物组成的冷剂,在一定的蒸发压力下和很宽的范围内完成蒸发,获得所要求的不同制冷温位,降低换热系统的传热温差,提高制冷系统效率。运用该方法通过HYSYS模拟研究发现:模拟的数据与现场运行数据较好吻合。模拟计算不仅为天然气的液化设计提供参考,还可对国内已建或拟建的LNG装置设计、参数优化及生产起技术支撑和指导作用。     

新型LNG装车潜液泵设备研制及性能测试

国内中小型天然气液化工厂的LNG装车泵基本上都采用进口的低温卧式离心泵,价格昂贵,并且在实际应用中存在容易泄漏、LNG损失大、安装拆卸过程复杂等问题。本文将潜液泵的概念引入LNG装车泵领域,完成了技术攻关和设备研制,并且依托实际生产项目完成了设备性能测试,实现LNG装车泵设备的国产化和工程化。     

混合工质制冷流程(MRC)液化天然气及轻烃联合生产装置简介

介绍了采用混合工质制冷流程(MRC)的液化天然气(LNG)及轻烃联合生产装置,并对采用该流程和采用氮膨胀流程的LNG装置的经济性进行了比较。MRC流程可显著降低能耗和生产成本。     

利用输气压差能量开发小型LNG生产装置

文章介绍了俄罗斯和四川油气田利用输气压差能量的小型LNG生产装置进行液化生产LNG的工艺流程，分析了小型LNG生产装置的特点和优缺点，并就利用压差能量建设LNG生产装置及商品LNG的利用提出了建议。