【正文】 missioning experience ? Rigorous technology qualification process ? Valuedriven process and vendor selection procedure 11 為了未來的發(fā)展，液化天然氣工藝處理過程中應(yīng)該注意的問題 John 高級液化天然氣顧問 Dawn 高級工程專家 Eric 機械和加工技術(shù)主管 Robert 高級工藝工程顧問 埃克森美孚 上游部門研究公司 美國， 德克薩斯州 ， 休斯頓 摘要 液化天然氣產(chǎn)業(yè)的歷史已經(jīng)被經(jīng)濟規(guī)模的擴張所控制著，并且在目前卡塔爾超級列車經(jīng)歷最后的建設(shè)、調(diào)試、啟動和操作中達到發(fā)展的高峰。雖然這些大型的列車適合于卡塔爾大型的燃氣資源，但是未來更節(jié)能的發(fā) 展要求使不同的處理工藝方法成為必要性。現(xiàn)行的液化天然氣處理工藝僅是影響最佳選擇的諸多因素之一。設(shè)備的選擇，尤其是低溫?zé)峤粨Q器和制冷壓縮機的選擇能夠克服在效率方面的小差異。 ?？松梨趪H公司 已經(jīng)在發(fā)展一種雙極混合制冷工藝，這一工藝具有能夠提供新的工程建設(shè)要求的潛力，同時也能使設(shè)備供應(yīng)商的數(shù)量達到最大值，從而允許更廣泛的競爭，并使成本處于可控的范圍之內(nèi)。這一工藝也能靈活地適應(yīng)大范圍的供給、價格和產(chǎn)品銷售要求。 背景 在卡塔爾，每年 780 萬噸載重的火車標志著目前在液化天然氣工業(yè)方面經(jīng)濟規(guī)模探索的最高峰。然而，這些 大型 LNG 火車的普偏應(yīng)用是受限制的。生產(chǎn)此數(shù)量的液化天然氣需要 1500MSCFD 的原料氣。關(guān)于大型液化天然氣火車的討論中常常被人們忽略的是：維持這樣的火車工作超過 25 年需要約 370 GCM 的資源，這幾乎和 425 GCM 的印度阿倫場一樣大，這個產(chǎn)量是這個地區(qū)液化天然氣廠的極限。對于新的液化天然氣發(fā)展，擁有一個 750 GCM 的真正世界級的資源是必需的。即使資源能夠支持如此龐大的火車，龐大的氣體處理和備用火車也需要確保：在非液化天然氣設(shè)施中，它也不會失去作用。考慮到將來有限的氣體資源能夠支持這些大型火車，將需要 找到新的方法以更小的生產(chǎn)來維持成本的優(yōu)勢，做到這一點的一種方法就是選擇一個過程，以提高工程的執(zhí)行力，這個過程提高最大的靈活性去利用壓縮機，熱交換器，并且和許多競爭的供應(yīng)商一起控制。如果有一種可能性，即一些能源可以應(yīng)用到火車上，那么另一個可取的特點就是使用制冷劑作為一種實用工具，來允許其作用的擴展。 工藝比較 液化天然氣的工藝過程往往受到具體功率（即火車做功除以壓縮機做功）的高度影響，這顯然是一個重要的參數(shù)，因為制冷壓縮機在一輛液化天然氣火車上是最 12 大的成本和最大的能源消耗體。傳統(tǒng)的觀點認為：較低的功率消耗將會 導(dǎo)致較低的制冷劑壓縮成本和較低額外生產(chǎn)液化天然氣的原料氣。實際上它的描述很復(fù)雜，針對基于一定循環(huán)次數(shù)出現(xiàn)的各種各樣的液化過程，圖 1 繪制了具體的功率消耗過程。 在一般情況下，混合制冷劑工藝比單一制冷劑工藝更有效，并且額外的周期能提高工作效率，然而，工藝過程的復(fù)雜性都提高了工作效率。 造成如上圖表過程復(fù)雜的另一個因素是：它僅考慮了一個過程的比較，而不是一個制冷壓縮機或驅(qū)動程序的比較。壓縮機功率的不同、一個高速傳動裝置的需求、或者是驅(qū)動器的效率可以掩蓋一些差異?？紤]液化天然氣摩托車中電能的產(chǎn)生和分配可 以進一步使比較復(fù)雜化。 液化天然氣行業(yè)正在改變，在一些領(lǐng)域，也可以影響最好的液化過程。然而“棒內(nèi)置”的液化天然氣廠仍然傳統(tǒng)，模塊化的液化天然氣設(shè)施對于近海地區(qū)的應(yīng)用或者是勞動成本高且生產(chǎn)率低的地方更具吸引力。模塊化結(jié)構(gòu)通常適用于海上石油加工，然而石油加工過程比液化天然氣的生產(chǎn)過程簡單很多，工藝的選擇一般不是重要的考慮因素。所有些因素都指向需要更緊湊、更輕的機械設(shè)計。 未來另一個重要的考慮因素是對減少溫室氣體排放量不斷增長的要求，對于更高的熱效率或模塊化的應(yīng)用模式，航改燃氣輪機驅(qū)動是顯而易見的選擇，因此，適合 95 兆瓦的大型工業(yè)燃氣渦輪機的過程未必適合 35 兆瓦的航改燃氣輪機。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機是實現(xiàn)增加熱效率的另一選擇，可適應(yīng)任何這些過程，但由于電動機、發(fā)電機和配電設(shè)施，以及選擇發(fā)電機（ 100MW）受到限制的航改燃氣輪機的額外重量，使它不適合模塊化或境外申請。 當液化天然氣廠的原料氣相對昂貴或者供應(yīng)商有限的時候，熱效率值也可以成為一個更重要的過程選擇準則。一個有效率的進程可以通過較低的氣量或者是從氣 13 田中擴大天然氣生產(chǎn)平臺來考慮降低成本，以此使工程更有利可圖 。 設(shè)備成本的影響 我們 所做的 比較液化工藝的研究已經(jīng)證明：在不同的液化工藝的成本差異中最主要的不同 處 是對利用設(shè)備的選擇。調(diào)整自己的過程，使其資本和熱效率的過程中協(xié)議業(yè)主的編好和約束 ， 然而，他們總不能在最后的分析中控制成本（包括設(shè)備及安裝）。 燃氣渦輪機 燃氣渦輪機成本表現(xiàn)出相當高的經(jīng)濟 性， 大型的工業(yè)燃氣渦輪機是最便宜的，但由于重量和 體積大的原因 ，其成本優(yōu)勢在模塊化或者是近海環(huán)境內(nèi) 未能體現(xiàn)， 因此，航改的設(shè)計將是更具吸引力。然而，一旦驅(qū)動被選中， 那么靈活地改變制冷負荷，從而最大限度地利用現(xiàn)有的渦輪動力，這將是最好的過程。 沒有 單一制冷劑的固定 沸點溫度 的特點 ， 一個多元混合制冷的過程 能夠 靈活 地 允許這樣的轉(zhuǎn) 變 。 機械 式 驅(qū)動燃氣輪機將是具有非常 好的 經(jīng)濟 性 的電動傳動裝置 ， 在這種情況下，因為標準設(shè)計、多個廠家及有可能的更大經(jīng)濟 性 ，燃氣渦輪機的成本將會降低，但對于發(fā)動機、備用發(fā)電機和配電會有額外的費用，這些 因素能 在一個簡單的周期配置中減少整體效率。聯(lián)合循環(huán)可以克服效率損失，但 是單一 循環(huán)通常 有 較高的 成本 。全電動驅(qū)動器配置的實施，更是難以減少經(jīng)濟 性 ，由于在較少的單位電力負荷變化的動態(tài)響應(yīng) 中 管理困難，更低成本渦輪機的使用成了問題。最后，一個全電氣化的驅(qū)動配置被認為 是較高的成本和提高工廠的可用性之間的一個折中的選擇。 壓縮機 壓縮機表現(xiàn)出非常高的經(jīng)濟 性， 制冷劑壓縮成本主要是 所需 壓縮機數(shù)量的 函數(shù)， 因此，最重要的是要減少壓縮機的數(shù)量。同樣重要的是要限制所需的轉(zhuǎn)子離心壓縮機車輪直徑 ， 這就要通過減少制冷劑循環(huán)量 來限制 體積流量或者是更高的制冷劑吸入壓力供給這些壓縮機。利用 二次 雙混合制冷劑工藝使流程設(shè)計變得靈活，在至少四家供應(yīng)商的能力 范圍 內(nèi)，以優(yōu)化壓縮機的進氣口吸 氣容 積 來最大限度地提高生產(chǎn)量。 14 這將會利用釬焊鋁熱交換器來提供： ? 多個廠家的成本和進度的利益 ? 經(jīng)濟規(guī)模較大的吞吐量 ? 易于模塊化 釬焊鋁熱交換器在每個壓力水平下影響制冷劑的分離，從操作和設(shè)計相關(guān)的問題中得到保護，只有液體輸送到釬焊鋁熱交換器的核心部位，而繞過蒸汽回到壓縮系統(tǒng)中。 它會利用燃氣輪機驅(qū)動離心壓縮機達到足以 獲得 經(jīng)濟 性 ，但它 必須 確保多個壓縮機供應(yīng)商 的 供應(yīng)。 我們的液化天然氣流程研究將這些原則應(yīng)用到一個潛在的液化天然氣發(fā)展中，其結(jié)果顯示在圖 3 中 。通過使用釬焊鋁熱交換器和雙混合制冷劑，使壓縮機和驅(qū)動器達到最佳匹配，由此產(chǎn)生的過程將會有一個更低的功耗要求，并且 有 一個比傳統(tǒng)技術(shù)更低的資本成本 ， 釬焊鋁熱交換器的 DMR 過程表 明一個單位耗資有優(yōu)勢。 15 高效擴增 LNG 廠使擴張的 火車 長期受益，通常從同樣大的資源中得到提供 ， 雖然可用于多級列車發(fā)展的已發(fā)現(xiàn)的大油田的數(shù)量正在減少，但附近的小資源對經(jīng)濟的擴張仍是有潛力的。在許多情況下，這些其它領(lǐng)域不能聚合成一個大 工程 的各種原因有：一些商業(yè)利益的調(diào)整、為了更困難的資源而等待降低開發(fā)成本、或者是 附近 LNG 工程 資源正在進行中。對于所有這些原因，它需要一個有易于擴張的液化天然氣工廠。 作為一個實用的制冷劑 ，它 是一種以最大限度 來 提高擴展性和可靠性的途徑 ，在此配置中所有服務(wù)過程 中 的制冷劑合并成一個 單一的頭，并交付給 LNG 液化環(huán)節(jié)。作為通用的制冷劑可以用于任何液化過程，但最適合雙混合制冷劑，制冷劑的回饋壓力可以更高，從而導(dǎo)致較小的管道分布橫跨制冷劑液化天然氣廠，圖 4 顯示了一個這樣的的配置。 16 處理的制冷劑作為一種實用工具有幾個好處： ? 列車不一定需要相同的大小，導(dǎo)致擴張來滿足商業(yè)的需求； ? 當新的天然氣供應(yīng)出現(xiàn)時，所有的制冷劑可重新調(diào)整，以配合輸送中的氣體成分的變化； ? 任何在啟動后被測試確定的備用容量，可以被用來設(shè)計和在擴張中加以利用； ? 燃氣輪機、蒸汽輪機、電機驅(qū)動器的混合可以用來提供更多的選擇和能源利用的靈活性； ? 在驅(qū)動器出現(xiàn)故障的情況下，液化列車可能能夠打開，而不是關(guān)機； ? 在驅(qū)動器維修中，其它的驅(qū)動器可以運行在其最高限額和利用季節(jié)性的波動； ? 驅(qū)動器和制冷劑供應(yīng)可以很容易在整個工廠中幸免，提高工廠的可用性； ? 各種冷氣流，比如負荷的 LNG 蒸氣可以有效地融入過程中，讓這些流量波動的影響波及整個火車。 憑借這些優(yōu)勢，作為一個實用概念的制冷劑可能有利于任何 工程 的不確定性在其擴張 中 提供選擇 。 17 指導(dǎo)教師審閱意見 ： 指導(dǎo)教師： 年 月 日