【正文】 研 21 通八達(dá)，縣、鄉(xiāng)、村之間道路成網(wǎng)，鐵路以京蘭鐵路貫通呼和浩特、包頭、 巴彥淖爾市 。 原料氣組成詳見表 ?！? ? 低熱值： 36231kJ/Nm3 ? H2S/CO2：痕量 ? 產(chǎn)量： 200t/d（折合 456m3/d） 總工藝流程 簡介 本項目建設(shè)規(guī)模小時處理量 x104Nm3，液化廠每天分三班生產(chǎn)，每班滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)可產(chǎn)液化天然氣 。 本天然氣液化裝置將采用 混合制冷劑（ MRC） 制冷液化工藝流程，該流程的特點(diǎn)為：運(yùn)行靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、 相對 容易操作和控制、維護(hù)方便；流程 較 簡單 、 操作比較簡單 、 能耗 低、一 次性投資較低。天然氣液化所需冷量是靠外加制冷循環(huán)來提供，配備的制冷系統(tǒng)就是要使得換熱器達(dá) 到最小的冷、熱流之溫差，并因此獲得極高的制冷效率。 第一級采用丙烷做制冷劑，經(jīng)過凈化的天然氣在丙烷冷卻器中冷卻到 35～ 40℃，分離出戊烷以上的重?zé)N后進(jìn)入第二級冷卻。第三級采用甲烷做制冷劑，液化天然氣在甲烷冷卻器中被過冷到 150～ 160℃，然后通過節(jié)流閥降壓，溫度降到 162℃后，用泵輸送到 LNG 貯槽。從發(fā)展來看，最初興建 LNG 裝置時就用階式制冷循環(huán)的著眼點(diǎn)是：能耗最低，技術(shù)成熟，無需改變即可移植用于 LNG 生產(chǎn)。 3）需要相當(dāng)一部分資金購置和貯存制冷劑。 從原則上講，由 N C1～ C5 等組成的混合物，其組成比例應(yīng)依照原料天然氣組成、工藝流程、工藝壓力而異。 因而，在混合冷劑循環(huán)的基礎(chǔ)上，發(fā)展成有丙烷預(yù)冷的 MRC 工藝，簡稱 C3/MRC 工藝，它的效率接近階式循環(huán)。氣體在膨脹機(jī)中膨脹降溫的同時，能輸出功，可用于驅(qū)動流程中的壓縮機(jī)。制冷劑采用單組分氣體，因而消除了像混合冷劑制冷循環(huán)工藝那樣的分離和存儲制冷劑的麻煩，也避免了由此帶來的安全問題，使液化冷箱的更簡化和緊湊。同時由于縮小了冷端換熱溫差，它要比純氮膨脹機(jī)制冷 循環(huán)節(jié)省電耗，但是投資相對較高。一部分制冷劑進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹到循環(huán)壓縮機(jī)的入口壓 力，與返流制冷劑混合后，作為液化器的冷源，回收的膨脹功用于驅(qū)動增壓機(jī)；另外一部分制冷劑經(jīng)液化器和過冷器冷凝和過冷后，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降溫后返流，為過冷器提供冷量。而混合制冷劑制冷循環(huán)具有流程簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、操作運(yùn)行比較容易的優(yōu)點(diǎn)，且功耗相對較低，目前被廣泛采用。儲存壓力大約為 10kPa， BOG 通過 BOG 壓縮機(jī)增壓后返回系統(tǒng)，在每座儲罐上至少配備兩臺低溫裝車泵用于 LNG 裝車等。帶壓子母罐儲存方式不需要配備 BOG 壓縮機(jī)，只需配備普通低溫泵用于裝車等操作。 1）原料氣計量穩(wěn)壓單元 原料天然氣在～ 30℃， ~ 條件下進(jìn)入本裝置，原料氣首先經(jīng)過原料氣過濾分離器盡可能除去可能攜帶的游離液體和機(jī)械雜質(zhì)，再經(jīng)計量后穩(wěn)壓至 以后進(jìn)入 LNG 裝置的后續(xù) 系統(tǒng)。從系統(tǒng)出來的天然氣的汞含量小于 g/Nm3。 3）天然氣液化單元 來自天然氣脫水脫汞單元的凈化天然氣進(jìn)入液化冷箱，在板翅換熱器中冷卻到一定溫度后進(jìn)入重?zé)N分離罐，分離重?zé)N后的天然氣返回板翅換熱器中繼續(xù)冷卻、液化、過冷，出板翅換熱器的過冷高壓液化天然氣節(jié)流到 后作為 LNG 產(chǎn)品，去 LNG 儲罐儲存。 XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 32 5） 制冷劑儲配單元 制冷劑儲配單元包括制冷劑儲罐、丙烷儲罐、丙烷干燥器、丙烷卸車泵、異戊烷儲罐、異戊烷干燥器、異戊烷卸車泵、乙烯儲罐等設(shè)備。裝車臺設(shè)置二個裝車位，配備 2 臺75m3/h 的 LNG 裝車泵，一臺汽車衡。 自動控制 總 論 ? 體現(xiàn)當(dāng)代國際先進(jìn)水平 ? 安全可靠、控制管理靈活方便 ? 根據(jù)工藝要求和生產(chǎn)裝置的規(guī)模、流程特點(diǎn)，各參數(shù)對生產(chǎn)操作的影響等因素，確定測量及調(diào)節(jié)方式，選用相關(guān)的儀表 ? 儀表的防爆類型根據(jù)國家有關(guān)爆炸和火災(zāi)危險場所電氣裝置設(shè)XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 33 計規(guī)范的 規(guī)定，按照儀表安裝場所的爆炸危險類別、范圍、組別確定 ? PCS、 ESD、火氣監(jiān)控系統(tǒng)及主要儀表采用國外先進(jìn)設(shè)備，以提高系統(tǒng)的可靠性 天然氣液化站控制系統(tǒng)采用集散型控制系統(tǒng)（ DCS）實(shí)現(xiàn)對整個站場的集中監(jiān)視和控制。 自控系統(tǒng)配置 中控室共設(shè)置上 位 機(jī)操作站 4 臺， 冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器 2 臺。 （ PCS） PCS 系統(tǒng)可通過 I/O 模塊實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的采集、控制，并可以向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)并接受其控制及組 態(tài)。 遙控 PLC 系統(tǒng)的控制器位于工藝撬上的控制盤上。 （ ESD） 根據(jù)國家規(guī)范和關(guān)于 LNG 生產(chǎn)、儲存和處理的 NFPA 59A 標(biāo)準(zhǔn)（ 20xx版）的要求，設(shè)計緊急關(guān)斷系統(tǒng)。 緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ ESD）分為 4 級，即： ? 1 級關(guān)斷 （ ESD1） 為全站關(guān)斷。 安全等級為 SIL3 級（ TUV6 級）。所有的數(shù)字和模擬 I/O 都和他們各自對應(yīng)的遙控 PLC 盤相連。本系統(tǒng)中 2 塊XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 34 CPU 分為主 CPU 和從 CPU，主從 CPU 一起工作，一般情況下主 CPU 完成數(shù)據(jù)采集和控制；熱備模板負(fù)責(zé)監(jiān)視主從 CPU 的工作狀態(tài)，保證兩者間的數(shù)據(jù)同步；在主 CPU出現(xiàn)故障時，從 CPU會在 50ms內(nèi)切換為主 CPU，并接管主 CPU 的所有工作，保障監(jiān)控與通訊的連續(xù)運(yùn)行。 操作站采用全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的設(shè)計方法，任何一臺操作站都可以看到全 站 的數(shù)據(jù)，并具有在線組態(tài)，在線和離線故障及自診斷能力。G）組成，各控制系統(tǒng)之間使用通信接口連接。 LNG 儲罐、低溫泵和增壓器均布置在圍堰內(nèi)，加氣機(jī)分別布置在加氣區(qū)的四個加氣島上 。 6） LNG 儲存與裝車單元 來自天然氣液化單元的液化天然氣進(jìn)入 LNG 儲罐中儲存。 來自天然氣液化單元的低壓混合制冷劑經(jīng)分離罐進(jìn)入制冷劑壓縮機(jī)壓縮，一級壓縮后進(jìn)入一級冷卻器和分離器，分離后混合制冷劑進(jìn)入二級壓縮，二級壓縮后進(jìn)入二級冷卻器和二級分離器，二級分離器頂部的高壓制冷劑氣體去天然氣液化單元，二級分離器底部的高壓制冷劑液體經(jīng)制冷劑泵加壓后送至天然氣液化單元。 c 天然氣脫水部分 來自脫硫部分的天然氣進(jìn)入分子篩干燥塔進(jìn)行脫水處理，脫水工藝采用分子篩三塔流程，以 4A 分子篩作為吸附載體， 12h 干燥、 6h 再生， 5h 冷吹， 1h 備用，脫水后天然氣的水露點(diǎn)降至 100℃ 以下，以防XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 31 止后續(xù)的液化單元中生成水化物而造成凍堵，分子篩再生選用干氣進(jìn)行同壓再生，再生后的天然氣經(jīng)過 冷卻分離后增壓返回脫水系統(tǒng)。 2）天然氣凈化單元 天然氣凈化單元主要包括天然氣脫硫和天然氣脫水兩個部分 a 天然氣脫二氧化碳部分 來自調(diào)壓計量單元的天然氣經(jīng)過過濾器精細(xì)過濾后，進(jìn)入脫二氧化碳單元進(jìn)行脫二氧化碳處理，本工程選用 MDEA吸收脫二氧化碳工藝，天然氣由塔底進(jìn)入 MDEA 吸收塔，塔頂噴入 MDEA 溶液，脫二氧化碳后的天然氣經(jīng)過冷卻分離進(jìn)入脫水部分，富 MDEA 經(jīng)過再生循環(huán)使用。 本項目的儲存的設(shè)計量 有 4500 m3 的儲罐 ，屬于較 大 的儲存規(guī)模，故本項目推薦采用 常壓 罐儲存 。 2）帶壓子母罐儲存 LNG 帶壓儲存通常是采用子母罐儲存，子罐一般采用壓力罐，設(shè)計壓力約為 ，儲存壓力大約為 ，母罐主要作用是保冷和抗風(fēng)荷載，內(nèi)外罐之間填滿保溫層。且液化冷箱中無高速轉(zhuǎn)動機(jī)械，液化冷箱的維護(hù)量幾乎為零。 從上面的對比可看出 級聯(lián)式制冷循環(huán)能耗最低，效率最高，但是系統(tǒng)的復(fù)雜程度最高，所以級聯(lián)式制冷循環(huán)逐漸被混合制冷劑制冷循環(huán)代替。在天然氣液化系統(tǒng)中，經(jīng)過預(yù)處理裝置脫酸氣、脫水后的天然氣，經(jīng)預(yù)冷器冷卻后，在氣液分離器中分離重?zé)N，氣相部分進(jìn)入液化器進(jìn)行液化，在過冷器中進(jìn)行過冷，節(jié)流降壓后進(jìn)入 LNG 貯槽。 為了降低膨脹機(jī)制冷循環(huán)的功耗，采用 N2CH4 雙組分混合氣體代替純 N2，發(fā)展了 N2CH4膨脹機(jī)制冷循環(huán)。 與階式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)工藝相比，氮?dú)馀蛎浹h(huán)流程非常簡單、緊湊，造價略低。充分體現(xiàn)了熱力學(xué)上的特性，從而使效率得以最大限度的提高。因此 MRC 的 流程是簡單了，但它的效率要比 9 個溫度水平的階式制冷循環(huán)低。用一種制冷劑 （一般是烴類混合物，如 N C1～ C5等），其 QT 曲線與原料天然氣接近一致。 機(jī)組多（三臺壓 縮機(jī)）、冷劑用量大、級間管路連接復(fù)雜，導(dǎo)致造價高昂； 2）為使實(shí)際級間操作溫度盡可能與原料天然氣的冷卻曲線（ QT 曲線）貼近，以減少熵增，提高效率，如圖 ，用 9 個溫度水平（丙烷、乙烯、甲烷段各 3 個）代替 3 溫度水平（丙烷段 38℃、乙烯段 85℃、甲烷段 160℃）。 經(jīng)典階式制冷循環(huán)，包含幾個 相對獨(dú)立、相互串聯(lián)的冷卻階段，由于制冷劑一般使用多級壓縮機(jī)壓縮，因而在每個冷卻階段中，制冷劑可在幾個壓力下蒸發(fā)，分成幾個溫度等級冷卻天然氣，各個壓力下蒸發(fā)的制冷劑進(jìn)入相應(yīng)的壓縮機(jī)級壓縮。第二級采用乙烯做制冷劑，天然氣在第二級中被冷卻到 80～ 100℃，并被液化后進(jìn)入第三級冷卻。 1）階式制冷循環(huán) 階式制冷循環(huán) 1939 年首先應(yīng)用于液化天然氣產(chǎn)品，裝于美國的Cleveland，采用 NH C2H4 為第一、第二級制冷劑。工藝優(yōu)化主要體現(xiàn)在：液化中制冷方式的優(yōu)化和儲存方式的優(yōu)化。為了減少設(shè)備現(xiàn)場安裝工作量，保證安裝質(zhì)量和易于移動，工藝系統(tǒng)的全部設(shè)備將最大程度XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 24 的采用撬裝。 產(chǎn)品方案 產(chǎn)品種類 液化廠的主要功能是對進(jìn)站的天然氣進(jìn)行凈化和液化處理，原料氣是 長 烏 臨 管道的 天然 氣， C3＋ 以上的重?zé)N含量較少，所以該液化廠的產(chǎn)品只有液化天然氣（ LNG）。 XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 22 第三章 建設(shè)規(guī)模及總工藝流程 原料天然氣來源及組成 本天然氣液化項目主要原料天然氣資源為長慶氣田生產(chǎn)的天然氣，通過長 烏 臨 管道及相應(yīng)支線輸送至液化廠。 3）地形地貌 主要地貌類型為山前沖積平原。 主要?dú)庀髼l件見表 。本項目將遵循以上幾個原則來選址。既保障上游的供氣穩(wěn)定，又保障下游的市場穩(wěn)定。 3）下游工程的滯后發(fā)展，有可能導(dǎo)致下游用戶對天然氣的需求量在較長的一段時間內(nèi)不能達(dá)到設(shè)計規(guī)模。 3）本工程采用先進(jìn)可靠的的工藝技術(shù)，建設(shè)中多數(shù)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，少部分設(shè)備進(jìn)口。 占地面積 本液化廠內(nèi)占地面積為： （ 97 畝）。進(jìn)站天然氣首先經(jīng)過調(diào)壓計量單元，該單元實(shí)現(xiàn)對進(jìn)站天然氣的調(diào)壓和交接計量；經(jīng)過計量穩(wěn)壓后的天然氣進(jìn)入天然氣凈化單元，在該單元對天然氣進(jìn)行脫二氧化碳、脫 H2S、脫水處理，脫碳、XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 12 脫 H2S 推薦 MDEA 工藝，脫水推薦三塔流程的分子篩脫水工藝，再生氣推薦使用經(jīng)過回收壓縮的 BOG；經(jīng)過凈化的天然氣進(jìn)入天然氣液化單元，天然氣液化推薦 混合制冷劑 液化工藝；液化后的 LNG 進(jìn)入儲罐儲存， LNG 儲罐選用 1 座常壓低溫儲罐， 總?cè)萘?4500 m3,配以 BOG 壓縮機(jī)，對 BOG 進(jìn)行增壓后進(jìn)分子篩干燥器分子篩用于再 生，依靠低溫泵實(shí)現(xiàn)裝車；同時配備獨(dú)立的 LNG 加注系統(tǒng)，該系統(tǒng)由 兩臺水容積為 50m3的立式 LNG 低溫儲罐，兩臺低溫泵， 1 臺增壓器， 4 臺加注機(jī)組成。 （ 5）充分考慮 HSE，做到安全設(shè)施與主要工程設(shè)計、施工、投產(chǎn)三同時。 2）關(guān)鍵設(shè)備選用進(jìn)口設(shè)備，其余設(shè)備，在滿足工藝技術(shù)要求的前提下，優(yōu)先選用國產(chǎn)設(shè)備。 LNG 的合理運(yùn)輸半徑是 20xx 公里，在此范圍內(nèi)有許多的大、中、小城鎮(zhèn)目前已具備天然氣消費(fèi)的需求和足夠的承受能力，只苦于氣源不足，氣源缺口還是相當(dāng)大的，本項目建成投產(chǎn)后，能夠提供的 LNG 產(chǎn)品為每 小時 12500Nm3，如果全部用作市政燃?xì)?，只可支持一個約200,000 戶的中小城市的用度， 同時 巴彥淖爾市內(nèi)的公交車和客運(yùn)車及周邊交通路線上的大中型 貨運(yùn)車輛 實(shí)施 LNG燃料改裝后其用量也是相當(dāng)大的 ,對于其市場容量來說，本項目的產(chǎn)量只會被嫌少而不會被嫌多的，因此本項目的市場前景是非常廣闊的。此后 5～ 10 年內(nèi)，天然氣汽車的數(shù)量將有大幅度增長。本項目目標(biāo)XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 5 市場為 XXXX 中西 部的中小城市，產(chǎn)品將以液化天然氣槽車運(yùn)輸至用戶。 本項目的目標(biāo)市場定位主要有