天然氣液化廠工程設(shè)計簡介(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 ? 凈化后的天然氣為 %的 CH %的 N2。則制冷劑中 CH4可取自凈化氣。 ? 制冷劑價格： ? C2H4：國內(nèi)價約 18000元 /t。 ? C2H6：國內(nèi)價：約 8000元 /t（低純度） ? C3H8：國內(nèi)價：約 8700元 /t（低純度） ? C4H10：國內(nèi)價：約 10000元 /t（低純度） ? C5H12：國內(nèi)價：約 9000元 /t（低純度） ? N2：國內(nèi)價： 2023～ 8000元 /1000m3（低純度）按2023元計 ? CH4：國內(nèi)價： 1300元 /1000m3（低純度），本工程以凈化氣代替。 ? 制冷劑循環(huán)量、制冷劑合適比例的計算工作量很大，此處以幾種有代表性流程的如下數(shù)據(jù)計算。 ?（ 3）制冷劑比例 ?混合制冷劑制冷 制冷劑比例約為 N2： CH4： C2H6： C3H8： nC4H10： iC4H10： nC5H12： iC5H12： 制冷劑比例 （摩爾比，以下同） N2： CH4： C2H6： C3H8： ? ? 即上海從法國引進調(diào)峰型混合式液化流程，其制冷劑比例大體上為 ? N2： ? CH4： ? C2H6： ? C3H8： ? nC4H10： ? iC4H10： ? nC5H12： ? iC5H12： ? 需說明的是上述流程用于原料氣液化時，制冷劑比例應(yīng)有些調(diào)整，此處為簡化計算，仍用上述比例，誤差不致影響比較結(jié)果。 ? （ 4）制冷劑循環(huán)量 ? ①階式 ? 經(jīng)計算循環(huán)量為原料氣體積量的 。 ? ②混合式 ? （ a）丙烷預(yù)冷 ? 取循環(huán)量為 ，原料氣 。 ? （ b）新型混合制冷 ? 循環(huán)量取 。 ? （ c） CII流程 ? 循環(huán)量為 。 ? ③膨脹式 ? （ a） N2膨脹 ? 循環(huán)量：幾家廠商的數(shù)據(jù) 5～ 7倍原料氣左右，最節(jié)電的數(shù)據(jù)應(yīng)接近 5，此處按 5計算。 ? （ b） N2+CH4 ? 循環(huán)量：此處以 。 ? 上述制冷劑循環(huán)量均為較低的數(shù)據(jù)，實際運行會大些。但對經(jīng)濟比較結(jié)果并無影響，下面以 100萬Nm3/d液化生產(chǎn)線做耗電及耗制冷劑費用的經(jīng)濟比較，電費按 /度，制冷劑按前述市場價計算。 ? （ 5）制冷劑及電的消耗費用 ? 從上述比較數(shù)據(jù)看 CII流程最省，不僅電費最低，制冷劑費用也最低，因其制冷劑主要為甲、乙烷，其次是 N2，只用數(shù)量不大的 C C4及 C5。但此流程最適用于調(diào)峰型液化廠。上述制冷劑費用是以市場價計算，預(yù)計未來其制冷劑費用還要高些。 流程方案 電費 制冷劑 合計 電及制冷劑費用比較 35KV 35KV 階式 6800 404 7524 混合式 CII流程 5760 360 6120 丙烷預(yù)冷流程 7920 416 8336 新型兩級混合流程 7200 620 7820 膨脹式 N2制冷劑 10060 548 10608 N2+CH4制冷劑 9264 504（雙級膨脹無R22預(yù)冷） 9768 （單位：萬元 /a） ? ? ? 原料氣液化方框流程圖如下： 外運 來自予 處理 換熱器 1 換熱器 2 氣液分離器 換熱器 3 貯槽 裝車 ? 原料氣 換熱器 1 換熱器 2 換熱器 3 換熱器 4 成品 LNG N2壓機 熱膨機 冷膨機 水冷器 熱增機 水冷機 水冷器 水冷器 依方案比較確定的 N2膨脹制冷液化流程方框圖如上。 ? 采用 N2膨脹制冷方案，則必須給 N2以壓能。據(jù)大量數(shù)據(jù)計算及國外已運行裝臵的操作經(jīng)驗證明，采用此方案的 N2循環(huán)壓力應(yīng)在 ～ 。考慮采用國內(nèi)機組，為可靠起見，選用 N2壓縮機的操作壓力為 。 ? N2經(jīng)加壓、水冷后，壓力約為 ，溫度約為 300～310K，隨后進入冷端膨脹機驅(qū)動的增壓機，于此壓力增至約 ～ 。 N2經(jīng)水冷至 300～ 310K后進入熱端膨脹機，在此 N2被升壓至約 ～ ，水冷后溫度降至常溫。之后進入換熱器 1，溫度降至約 230～ 240K，轉(zhuǎn)而進入熱端膨脹機，絕熱膨脹后壓力降至約 ～ ，溫度降至 160～ 164 K左右，此后進入換熱器 3交出冷量，溫度升至 170～ 180K，壓力因流動阻力原因只少許下降便進入冷端膨脹機，在此作最后膨脹，壓力降至約 ～，溫度降至約 100～ 110K，此后依次進入換熱器4～ 1，與原料氣逐級換熱，并使其液化為成品 LNG。 N2氣在完成一個循環(huán)后返回 N2壓機進行下一個循環(huán)過程。 ? 此方案的突出優(yōu)點是冷端膨脹機不會帶液。因在膨脹最終壓力 ，最終溫度 100～ 110K條件下，N2氣沒有液化的條件，在 N2液化溫度是 93K左右，較膨脹最終溫度低約 7～ 17℃ 。這一條件可保證冷端膨脹機操作平衡、可靠，長期運轉(zhuǎn)而無故障。據(jù)空分廠的經(jīng)驗，不帶液操作，透平式膨脹機可運行兩年無故障。 ? ? （ 1）循環(huán)氮氣壓縮機 ? 原料氣從常溫氣體冷至常壓下的液體并過冷 2℃ 左右所需冷量， N2制冷劑除滿足本身所需冷量外，還應(yīng)滿足原料氣所需冷量及系統(tǒng)的冷損失，以此計算制冷劑的循環(huán)量。依此選用 N2壓縮機組軸功率。由于離心機組具有無故障運行時間長等優(yōu)點，應(yīng)優(yōu)先選用離心機做為工程 N2的循環(huán)壓縮機。 ? （ 2）膨脹機及增壓機 ? 即增壓式離心膨脹機。 ? （ 3）冷箱 ? 冷箱中包括換熱器 1~4及相應(yīng)配套的附屬設(shè)備、閥門等。所有換熱器均選用板翅式鋁質(zhì)換熱器。 ? 氮膨脹制冷原料氣液化系統(tǒng)主要設(shè)備 序號 項目 數(shù)量 單位 備注 一 低溫液化系統(tǒng) 套 1 LNG液化冷箱 臺 2 LNG過冷器 臺 3 LNG閃蒸罐 臺 4 LNG主換熱器 臺 二 N2循環(huán)制冷壓縮系統(tǒng) 套 1 氮氣進口緩沖罐 臺 2 循環(huán)氮氣壓縮機 臺 3 氮氣出口緩沖罐 臺 4 循環(huán)氮氣壓縮機一級冷卻器 臺 4 循環(huán)氮氣壓縮機末級冷卻器 臺 三 增壓透平膨脹機系統(tǒng) 套 1 低壓氮氣冷卻器 臺 2 中壓氮氣冷卻器 臺 3 油箱 臺 一 4 油加熱器 臺 5 蓄能器 臺 6 低壓膨脹機 臺 7 中壓膨脹機 臺 四 PSA制氮與液氮儲存氣化系統(tǒng) 套 1 空氣壓縮機 臺 2 空氣預(yù)冷機 臺 3 分子篩純化器 臺 4 加熱器 臺 5 儀表空氣緩沖罐 臺 6 空氣緩沖罐 臺 7 空分第一換熱器 臺 8 空分第一換熱器 臺 9 液空過冷器 臺 10 空分膨脹機 臺 11 主冷 臺 12 精餾塔 臺 13 空分冷箱 臺 14 液氮計量罐 臺 15 液氮儲罐 臺 16 空溫式氣化器 臺 17 低溫天然氣加熱器 臺 五 工藝管道、閥門及附件等 ? ? （ 1）制冷劑循環(huán)壓縮機 ? 原料氣從常溫氣體冷至常壓下的液體并過冷 2～ 5℃左右所需冷量，予冷應(yīng)滿足原料氣所需冷量及系統(tǒng)的冷損失，以此計算制冷劑的循環(huán)量。依此選用制冷劑壓縮機組配電輸出功率。（ 2）冷箱 ? 冷箱中包括換熱器 1～ 3及相應(yīng)配套的附屬設(shè)備、閥門等。所有換熱器均選用板翅式鋁合金換熱器。 ? 混合制冷原料氣液化系統(tǒng)主要設(shè)備 序號 項目 數(shù)量 單位 備注 一 低溫液化系統(tǒng) 套 1 LNG液化冷箱 臺 （ 1） 予冷器 臺 （ 2） 主換熱器 臺 （ 3） LNG過冷器 臺 （ 4） LNG閃蒸罐 臺 二 制冷循環(huán)壓縮系統(tǒng) 套 1 制冷劑進口緩沖罐 臺 2 制冷循環(huán)壓縮機 臺 3 制冷劑儲罐 套 4 壓縮機出口緩沖罐 臺 5 MRC循環(huán)泵 臺 三 PSA制氮與液氮儲存氣化系統(tǒng) 套 1 螺桿式空壓機 臺 2 空氣預(yù)冷系統(tǒng) 臺 3 空氣純化系統(tǒng) 臺 4 分餾塔 臺 5 停車加熱器 臺 6 透平膨脹機系統(tǒng) 臺 7 液氮貯槽 臺 四 丙烷預(yù)冷機組 套 ? 5 LNG儲存和運輸 ? LNG貯槽 ? 依照貯槽容積大小，罐應(yīng)選常壓罐，否則將增加較大投資。對此無需再做比較（壓力貯槽的每 m3單價是常壓貯槽的 2倍以上）。 ? 常壓罐有單容罐、雙容罐及全容罐等三種，概述如下： ? （ 1）單容罐 ? 此種罐為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐為低溫鋼，外罐為普通碳鋼，因此外罐不能承受低溫，當(dāng)內(nèi)罐有少許泄漏，外罐便難以承受，并難以阻擋 LNG向外部大氣泄漏，為此國外規(guī)范要求安全距離大。 ? 按國外規(guī)范要求，對此種罐為防止罐泄漏時 LNG液體蔓延，要求設(shè)防液堤，為此需較大的占地面積，并增加一定投資。 ? 此罐的優(yōu)點是投資少，制作簡單，速度快。 ? （ 2）雙容罐 ? 雙容罐有二種，其一是內(nèi)外罐均為低溫材料，其二是內(nèi)罐為低溫材料，外罐為鋼筋混凝土（與全容罐的區(qū)別在于上部內(nèi)外罐之間有通大氣的開口）。 ? 內(nèi)外罐均為低溫材料罐，當(dāng)內(nèi)罐發(fā)生泄漏時，有外罐低溫材料鋼板阻擋而不會向大氣泄漏，因而不需設(shè)防液堤，占地面積減少，但仍需較大安全距離。 ? 內(nèi)罐為低溫材料，外罐為鋼筋混凝土罐時，當(dāng)內(nèi)罐有泄漏時，由于有外罐鋼筋混凝土罐阻擋，不會產(chǎn)生大量液體外泄，但 LNG氣體會通過混凝土的微小裂紋滲漏到外部大氣中去。此種罐可不設(shè)防液堤，占地面積少于單容罐，但安全距離亦要求較大。 ? 雙容罐投資較單容罐略高。施工周期略長。 ? （ 3）全容罐 ? 是一種全封閉罐，從結(jié)構(gòu)上看，有如下幾種： ? ，頂蓋亦為金屬材料，因此不產(chǎn)生外漏，可不設(shè)防液堤，但承壓能力較低，需設(shè)返回風(fēng)機，其原因是金屬頂，面積大，剛度小，易變形，承壓低。 ? ，外罐為鋼筋混凝土，頂蓋為鋼筋混凝土，這種罐的外罐可阻擋 LNG液體外漏，但擋不住氣體滲漏。可不設(shè)防液堤，承壓能力高是因有鋼筋混凝土頂蓋，因此可不設(shè)返回風(fēng)機，與雙容罐的區(qū)別在于全封閉。 ? b不同的是采用了金屬頂蓋，因而承壓能力較低，需設(shè)返回風(fēng)機，但也不設(shè)防液堤，液體不泄漏，氣體有滲漏。 ? ，外筒是鋼筋混凝土，頂蓋亦為鋼筋混凝土，但外筒及頂蓋均有普通碳鋼板內(nèi)襯。這種是徹底的全封閉，既無液體外泄，也無氣體外漏，承壓高，可不設(shè)返回風(fēng)機，不設(shè)防液堤。 ? 顯然其缺點是造價高，施工難度大，工期長等。 ? 這種罐安全可靠，運行中可免維修，承壓高等特點，所以被廣泛采用，但訂貨期較長。 ? （ 4）膜式罐 ? 此罐內(nèi)筒為耐低溫的薄膜，為抵抗液體的靜壓力形成之環(huán)向力，將薄膜制作成波浪形。外筒及頂蓋為鋼筋混凝土，內(nèi)表面敷設(shè)耐低溫金屬薄膜（厚度僅1mm左右），可不設(shè)防液堤，承壓能力高，可達。但外罐不能防氣體滲漏。國際上特大型罐有的采用了此種結(jié)構(gòu)，特別是地震活動多的地區(qū)，其內(nèi)膜抗震能力較強。但投資高，工期長。 ? 幾種罐的技術(shù)經(jīng)濟比較如下： 項目 單 容 罐 雙容罐 全容罐（低溫金屬內(nèi)筒） 膜式罐 備注 金屬 外罐 砼外罐 金屬外罐、頂 砼外罐，金屬頂 砼外罐、頂內(nèi)襯 綜合投資 6 5 5 3 3 2 1 運行費用 2 3 3 4 4 6 4（ 6） 施工周期 6 5 3 6 3 2 3（ 2） 施工難度 6 5 4 6 4 4 2 占地面積 2 2 2 2 4 6 2（ 6） 安全程度 1 2 4 4 4 6 4（ 6） 泄漏可能性 2 2 4 6 6 7 4（ 2） 承載能力 2 2 6（ 2） 4 2 7 4（ 6） 技術(shù)可靠程度 4 4 5 4 5 7 4 （維修工作量） 2 3 4 6 4 6 2 抗震能力 2 3 5 4 4 5 6 抗水平荷載能力 2 3 5 3 5 5 6 堅固耐用程度 4 4 5 5 5 7 5 41 42 55 57 53 70 47 ? 經(jīng)上述綜合對比評分，全容式砼外筒，砼頂并有內(nèi)襯鋼板的儲罐應(yīng)屬最優(yōu)，因其堅固、耐用、無滲漏、免維修、承壓高等均