【導(dǎo)讀】XXXX新新能能源源有有限限責(zé)責(zé)任任公公司司。小小時時處處理理萬萬Nm3天天然然氣氣液液化化項項目目?？煽尚行行孕匝醒芯烤繄髨蟾娓?。XXXXXX工工程程設(shè)設(shè)計計咨咨詢詢有有限限責(zé)責(zé)任任公公司司。工工程程設(shè)設(shè)計計證證書書編編號號：：XXXXXX——sj

　　

【正文】 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)。 此法的原理是分兩段供給冷量：高溫段用丙烷壓縮制冷，按 3 個溫度水平預(yù)冷原料天然氣到～ 40℃；低溫段的換熱采用兩種方式 ——高壓的混合冷劑與較高溫度的原料氣換熱，低壓的混合冷 劑與較低溫度的原料氣換熱。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。 XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 27 3）膨脹機制冷循環(huán) 膨脹機制冷循環(huán)是指利用高壓制冷劑通過透平膨脹機絕熱膨脹的克勞德循環(huán)制冷來實現(xiàn)天然氣的液化。氣體在膨脹機中膨脹降溫的同時，能輸出功，可用于驅(qū)動流程中的壓縮機。 根據(jù)制冷劑的不同，膨脹機制冷循環(huán)可分為：氮膨脹機制冷循環(huán)、氮 甲烷膨脹機制冷循環(huán)、天然氣膨脹制冷循環(huán)。 與階式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)工藝相比，氮氣膨脹循環(huán)流程非常簡單、緊湊，造價略低。 起動快，熱態(tài)起動 2～ 4 小時即可獲得滿負荷產(chǎn)品，運行靈 活，適應(yīng)性強，易于操作和控制，安全性好，放空不會引起火災(zāi)或爆炸危險。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。但能耗要比混合冷劑液化流程高 40%左右。 為了降低膨脹機制冷循環(huán)的功耗，采用 N2CH4 雙組分混合氣體代替純 N2，發(fā)展了 N2CH4膨脹機制冷循環(huán)。與混合冷劑循環(huán)相比， N2CH4膨脹機制冷循環(huán)具有起動時間短、流程簡單、控制容易、制冷劑測定和計算方便等優(yōu)點。同時由于縮小了冷端換熱溫差，它要比純氮膨脹機制冷 循環(huán)節(jié)省電耗，但是投資相對較高。 N2CH4 膨脹機制冷循環(huán)的液化流程由天然氣液化系統(tǒng)與 N2CH4 膨脹機制冷系統(tǒng)兩個各自獨立的部分組成。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，氣相部分進入液化器進行液化，在過冷器中進行過冷，節(jié)流降壓后進入 LNG 貯槽。 XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 28 在 N2CH4制冷系統(tǒng)中，制冷劑 N2CH4 經(jīng)循環(huán)壓縮機和增壓機（制動壓縮機）壓縮到工作壓力，經(jīng)水冷卻器冷卻后，進入預(yù)冷器被冷卻到膨脹機的入口溫度。一部分制冷劑進入膨脹機膨脹到循環(huán)壓縮機的入口壓 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；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。 膨脹機制冷流程中，由于換熱器的傳熱溫差很大，可采用預(yù)冷的方法對制冷劑和天然氣進行預(yù)冷，則液化過程的能耗可大幅度降低。 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。帶膨脹機的制冷循環(huán)雖然復(fù)雜程度最低，但是比功耗最高，運行成本最高，經(jīng)濟性不好，而且使用了較多高速轉(zhuǎn)動機械，降低 了可靠性，和其它制冷循環(huán)比不具有優(yōu)勢。而混合制冷劑制冷循環(huán)具有流程簡單、適應(yīng)性強、操作運行比較容易的優(yōu)點，且功耗相對較低，目前被廣泛采用。 因此 本工程 推薦 采用混合制冷劑制冷循環(huán)工藝，液化能耗較低，對于本工程，裝置電耗低于 kWh/Nm3LNG。且液化冷箱中無高速轉(zhuǎn)動機械，液化冷箱的維護量幾乎為零。 液化天然氣 LNG 在常壓下沸點大約為 162℃ ，目前對于 LNG 的儲存大約存在兩種工藝，一種是常壓低溫儲存；另一種是帶壓子母罐儲存，對兩種儲存工藝對比列舉如下： 1）常壓低溫儲存 XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 29 LNG常壓儲存是采用常壓拱頂?shù)蜏貎迌Υ?LNG，儲罐為平底拱蓋、立式雙層壁結(jié)構(gòu)，外罐底板鋪設(shè)在平臺上，底板上鋪設(shè)泡沫玻璃磚（作為底部保溫層及負荷承載層），內(nèi)罐底板鋪設(shè)在負荷分配板上，內(nèi)罐及液體重力通過負荷分配板均勻分布在玻璃磚上，內(nèi)罐四周通過多個錨帶緊固，防止內(nèi)槽在舉升力作用下，底部產(chǎn)生外凸變形，內(nèi)外夾層間填充珍珠砂保溫層，并且充干氮氣保護，采用自動調(diào)節(jié)閥控制，保證夾層壓力穩(wěn)定。儲存壓力大約為 10kPa， BOG 通過 BOG 壓縮機增壓后返回系統(tǒng)，在每座儲罐上至少配備兩臺低溫裝車泵用于 LNG 裝車等。常壓儲存方式尤 其適用于大規(guī)模儲存，特點是投資較省，但是工藝比較復(fù)雜。 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。子母罐由于子罐的制造容積受到限制，目前國內(nèi)最大能夠做到 250m3，而且目前一個母罐最多容納子罐12 個即 1 座子母罐最大儲存容積為 3000m3，因此子母罐儲存方式難以滿足大規(guī)模的 LNG 儲存。帶壓子母罐儲存方式不需要配備 BOG 壓縮機，只需配備普通低溫泵用于裝車等操作。子母罐儲存方 式優(yōu)點是工藝簡單，缺點是在較大儲存規(guī)模時投資高。 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 。 液化廠按照功能可以分為原料氣計量穩(wěn)壓單元、天然氣凈化單元、XXXXXX 工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司 天然氣液化項目可研 30 天然氣液化單元、 制冷劑儲存系統(tǒng)、制冷劑壓縮系統(tǒng) 和 LNG 儲存單元。 1）原料氣計量穩(wěn)壓單元 原料天然氣在～ 30℃， ~ 條件下進入本裝置，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械雜質(zhì)，再經(jīng)計量后穩(wěn)壓至 以后進入 LNG 裝置的后續(xù) 系統(tǒng)。 原料天然氣進裝置設(shè)置有事故聯(lián)鎖切斷閥，切斷進入裝置的原料天然氣源，保證裝置、人員及附近設(shè)施的安全。 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)過過濾器精細過濾后，進入脫二氧化碳單元進行脫二氧化碳處理，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)過冷卻分離進入脫水部分，富 MDEA 經(jīng)過再生循環(huán)使用。 b 原料氣脫汞及過濾系統(tǒng) 從脫酸氣單元來的天然氣進入 脫汞塔，塔內(nèi)裝脫汞劑，汞與脫汞劑（浸硫活性炭）上的硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化汞，吸附在活性炭上，從而達到脫除汞之目的。從系統(tǒng)出來的天然氣的汞含量小于 g/Nm3。硫化物小于 (4ppmV)。 c 天然氣脫水部分 來自脫硫部分的天然氣進入分子篩干燥塔進行脫水處理，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)。 d 脫苯系統(tǒng) 本系統(tǒng)由 3 臺吸附塔， 1 臺加熱器組成，其中 1 臺吸附塔處于吸附狀態(tài)，另 2 臺處于再生狀態(tài)的不同階段；在吸附塔中，苯環(huán)化合物被脫除至≤ 10ppm，其它烴類被脫除至滿足要求。 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入液化冷箱，在板翅換熱器中冷卻到一定溫度后進入重?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。 4） 制冷劑壓縮單元 本工程采用混合制冷劑制冷循環(huán)工藝，混合制冷劑由 C C CC5 和 N2 組成。 來自天然氣液化單元的低壓混合制冷劑經(jīng)分離罐進入制冷劑壓縮機壓縮，一級壓縮后進入一級冷卻器和分離器，分離后混合制冷劑進入二級壓縮，二級壓縮后進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。高壓混合制冷劑進入天然氣液化單元后，經(jīng)液化冷箱中的板翅換熱器冷卻、液化、過冷，然后節(jié)流降溫降壓，返回板翅換熱器為天然氣液化和高壓制冷劑冷卻提供所需 的冷量，復(fù)溫后的低壓混合制冷劑出天然氣液化單元，返回制冷劑壓縮單元。 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。用以補充系統(tǒng)中損失的混合制冷劑。 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入 LNG 儲罐中儲存。 液化天然氣產(chǎn)量為每天 456m3，儲存能力按 9 天計為 4104m3，設(shè)置一座 有效容積為 4500m3 的 常壓 罐。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。 7） LNG加注系統(tǒng) LNG加注系統(tǒng)的工藝設(shè)備包含 2臺 50m3的立式 LNG 儲罐、 2 臺低溫泵、 1 臺增壓器、 4 臺加氣機。 LNG 儲罐、低溫泵和增壓器均布置在圍堰內(nèi)，加氣機分別布置在加氣區(qū)的四個加氣島上 。該系統(tǒng)主要用來給車輛加液。 自動控制 總 論 ? 體現(xiàn)當(dāng)代國際先進水平 ? 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，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）實現(xiàn)對整個站場的集中監(jiān)視和控制。 DCS 系統(tǒng)由過程控制系統(tǒng)（ PCS）、成套設(shè)備控制系統(tǒng)（遙控 PLC 系統(tǒng)）、緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ ESD）和火氣控制系統(tǒng)（ Famp。G）組成，各控制系統(tǒng)之間使用通信接口連接。全站所有的檢測點信號傳入控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在中控室對全站進行集中控制和管理。 自控系統(tǒng)配置 中控室共設(shè)置上 位 機操作站 4 臺， 冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器 2 臺。 上 位 機操作站同時具有操作站、工程師組態(tài)站和系統(tǒng)維護功能，當(dāng)一臺操作站用做它用，如在線臨時組態(tài)，維護系統(tǒng)時，其它任何一臺操作站可以方便地取代其完成操作功能 。 操作站采用全局數(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。 操作站能顯示總貌、分組、點細節(jié)畫面及流程圖畫面，具有聲光報警功能，報警趨勢，操作指導(dǎo)顯示等。 （ PCS） PCS 系統(tǒng)可通過 I/O 模塊實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的采集、控制，并可以向上位機傳送數(shù)據(jù)并接受其控制及組 態(tài)。 該系統(tǒng)采用機架冗余的方案，即采用 2 塊 CPU 模板分置于 2 個機架中，采用熱備模板連接，構(gòu)成 CPU、通訊熱備系統(tǒng)。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)運行。 成套設(shè)備控制系統(tǒng)（遙控 PLC系統(tǒng)） 主工藝成撬設(shè)備采用遙控 PLC 系統(tǒng)即遠程控制 I/O 設(shè)計，每個撬塊自帶一個 就地 PLC 控制器。 遙控 PLC 系統(tǒng)的控制器位于工藝撬上的控制盤上。它負責(zé)對相應(yīng)撬塊上所有工藝參數(shù)的監(jiān)視與控制。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。通過網(wǎng)絡(luò)接口，遙控 PLC 系統(tǒng)可以和 DCS系統(tǒng)實現(xiàn)通信。 （ 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)采用三 冗余 可編程序控制器， 雙電源的冗余結(jié)構(gòu)，互為熱備。 安全等級為 SIL3 級（ TUV6 級）。 在操作站上能監(jiān)視聯(lián)鎖動作及報警顯示 ； ESD 系 統(tǒng)采用事故安全型，檢測端和執(zhí)行端采用正常帶電，事故斷電的原則；在 ESD 上還設(shè)置旁路功能，以便于系統(tǒng)啟動、操作、維修。 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。 該級關(guān)