浅谈LNG液化工厂工艺操作要点

浅谈LNG液化工厂工艺操作要点
一、LNG的特性
天然气的主要成分是甲烷，其临界温度为190.58K，在常温下不能靠加压将其液化，需经过预处理，脱出二氧化碳、硫化物、水、重烃等杂质后，在常压下深冷到-162℃，实现液化。

液化天然气的特点是：
1、温度低
在大气压力下，LNG沸点都在-162℃左右。

在此低温下LNG蒸气密度大于环境空气。

通常LNG是一种沸腾液体储存在绝热储罐中，任何传入储罐的热量都将导致一定量的液体蒸发为气体。

蒸发温度低于-113℃时，其组分几乎为纯甲烷，温度升到-85℃时或甲烷中约含氮气20%。

这两种情况下，蒸发气密度均大于空气。

而标准状况下蒸发气密度仅为空气的60%。

2、液/气密度比大
1体积液化天然气的密度大约是1体积气态天然气的600倍，也即1体积液化天然气大致能转化为600体积的气体。

3、具有可燃性
一般环境条件下，天然气和空气混合的云团中，天然气含量在5%-15%（体积）范围内可引起着火，其最低可燃下限（LEL）为4%。

游离云团中的天然气处于低速燃烧状态，云团内形成的压力低于5Kpa，
一般不会造成很大的爆炸危害。

但若周围空气有限，云团内部有可能形成较高的压力波。

二、天然气的净化
原料气调压计量单元的主要任务是将管网来的天然气经原料过滤分离器分离夹带的液体、机械杂质，调压并计量后进入原料压缩机入口。

为稳定原料气压缩机入口压力，原料压缩机出口回入口的防喘振线，保证原料气压缩机入口压力稳定。

原料气压缩单元的主要任务是将管路来的2.8MPa天然气增压到6.03MPa，以满足天然气液化时的压力要求。

脱酸系统的主要任务是脱除天然气中的CO2、H2S等酸性气体。

天然气中含的酸性气体会在冷箱内变成固态，堵塞管道影响液化装置的正常生产。

脱硫脱汞、脱水脱重烃系统的主要任务是脱除天然气中的硫化物、汞、水及重烃等杂质。

汞和硫化物的存在会导致铝制换热器及管道产生严重腐蚀和堵塞。

水分会导致冷箱结冰阻塞管路影响液化正常进行。

三、混合冷剂各组分的作用
1、氮气：
在3MPa的压力下，氮气的沸点较甲烷的沸点低，氮气与甲烷的换热区间大，所以氮气是液化天然气低温段的主要来源。

2、甲烷：
与氮气同样原理，甲烷不仅可以液化C2以上的组分，也可以用于自身液化，与氮气共同构成液化天然气低温段的来源。

3、乙烯：
乙烯的沸点为-103.9℃，所以乙烯是液化天然气中温段的主要来源。

4、丙烷、异戊烷:由于丙烷，异戊烷的沸点较高，所以这两种冷剂是液化天然气高温段的主要来源，为液化天然气预冷。

轻组分的制冷量小，但节流后的温度低，重组分的制冷量大，但节流后的温度高。

混合冷剂的添加就是既要提供尽量多的冷量，以增产降耗，又要兼顾所有温度段的温差，最终五种制冷剂的冷量和换热温差之间取得平衡。

四、冷剂的配比
本厂采用的是混合冷剂制冷系统，共有5种制冷剂，分别为甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷、氮气。

如果压缩机入口压力下降，应及时补充冷剂，根据在线色谱分析仪的检测结果进行补充，缺少什么补什么。

冷剂的补充也不是一成不变的，要根据实际情况进行合理的判断，例如：
1、冷箱内产生积液现象，就应适当地减少重冷剂的补充，适当加大循环量，将冷箱内的重冷剂循环开，待工况稳定后再进行常规补充。

2、控制好冷剂压缩机的进出口压力，压力过高或过低应及时调整冷箱节流阀、压缩机防喘振阀，控制好气、液相冷剂的添加量。

3、添加液相冷剂时，要明确添加量，添加速度不宜过快，根据压缩机段间分离器液位、出口分离器液位、冷箱温度梯度和压缩机进、出口压力进行合理添加，添加时注意压缩机入口温度不宜过低，温度过低会造成压缩机入口带液造成压缩机损坏。

添加冷剂时，应密切关注冷剂压缩机的运行情况，进、出口压力；一级、二级排气温度；一级、二级冷却后的温度和压缩机电流。

发现异常及时调整冷剂的添加量。

4、在补充气相冷剂的过程中，发现入口平衡罐或出口平衡罐的压力不升反而降，补充液相冷剂时，出口平衡罐液位不涨反而降，应及时通知现场检查对相应管线查漏，及时查明原因。

5、补充冷剂时应密切关注冷箱内各点的温度变化，及时调整防止温度过高或过低，影响整个工况的平稳运行。

五、提产的方法与注意事项
若天然气处理量达不到设计要求，应及时调整工况，达到设计产量。

产量的下降与混合冷剂循环系统的冷量有着密切的关系。

若系统冷量减少，产量就会随之减少，冷量增加，产量就会随之上升。

因此混合冷剂系统的冷量调节至关重要。

混合冷剂系统的冷量调节的主要措施有：
1、混合冷剂的流量调节：
流量增加，制冷量增加，流量降低，制冷量减少。

通过冷箱气、液相节流阀和压缩机的防喘振阀可以实现系统混合冷剂的流量调节。

2、混合冷剂的压力调节：
混合冷剂系统是一个闭式循环系统，任何参数的变化都会一起系统工况的变化，例如添加冷剂特别是轻冷剂，压缩机进出口压力会增加，压缩机负荷会增加，冷量也会增加。

压缩机一级、二级冷却后温度降低，会引起系统压力降低。

关闭液相节流阀的同时，冷箱上板翅出口温度、压缩机进口温度、冷箱冷剂循环量会降低，段间分离器、出口分离器液位会上升，这个时候冷箱的冷量会降低，产量也会降低。

3、混合冷剂的组分调节：
轻组分的制冷量小，但节流后的温度低，重组分的制冷量大，但节流后的温度高。

混合冷剂的添加就是既要提供尽量多的冷量，以增产降耗，又要兼顾所有温度段的温差，最终五种制冷剂的冷量和换热温差之间取得平衡。

4、注意事项：
当产量不达标并且冷剂量不足时，我们通常通过补充冷剂来实现产量的提升，补充冷剂的同时要注意进出口缓冲罐的压力，防止压缩机超负荷运行，密切关注压缩机电流。

随着冷剂的补充，冷箱内的冷量会随之增加，气相冷剂节流阀阀前温度会下降，这时天然气管线的阻力会随之降低，天然气流量增大，会引起原料气压缩机的出口压力降低，可以通过关小原料气压缩机防喘振阀将原料气压缩机出口压力
提高。

提压的同时要注意干燥单元，脱重烃单元的再生气流量和脱酸单元贫液泵进吸收塔流量，要做出及时调整。

根据气相冷剂节流阀阀前温度的下降趋势，适当开大产品阀，控制温度在-160~-162℃，由于产品阀开度增大，也会引起整个原料气系统的工况，天然气管线流量增大，引起原料气压缩机出口压力下降，要及时调整原料气压缩机防喘振阀，控制好出口压力以及后续系统的稳定。

当系统冷剂量在正常范围内，而且产量不达标时，我们要考虑混合冷剂系统是否处于最佳状态，可以通过调节气、液相冷剂节流阀使混合冷剂系统的流量、压力达到最佳水平，调节的同时要注意压缩机的进出口压力等各项参数指标，防止压缩机超负荷运行。

开液相冷剂节流阀时液相冷剂的流量会增加，段间分离器、出口分离器液位会下降，进口压力会上升。

开气相冷剂节流阀时压缩机进口压力会上升，出口压力会下降。

假如冷箱内冷量过剩，造成冷箱积液，可以适当提高天然气的流量，停止添加重冷剂，开大气相冷剂节流阀来进行调整，待冷箱内积液消失冷量恢复正常，再进行常规操作。

六、结束语
LNG液化工厂的工艺操作是保证工厂安全、高效、平稳运行的基础，充分了解天然气的基本性质，将原料气通过净化单元处理合格，根据五种冷剂在制冷过程中的作用适当进行配比。

既要达到预期的制冷效果，又要节能减耗，是一个经验积累的过程。

通过冷剂的配比、阀门的调节、参数的控制等操作可以实现一个事半功倍的效果。