顧棟（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

淺談液化天然氣工廠(chǎng)設(shè)計(jì)管理

顧棟
（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口數(shù)量逐漸增加，對(duì)能源需求越來(lái)越大，同時(shí)在也增加了有害物體的排放量，增加空氣中的污染物給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。在如此在嚴(yán)峻的形式下，大家越來(lái)越重視對(duì)能源的有效利用。本文將對(duì)液化天然氣工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并對(duì)一些重點(diǎn)環(huán)節(jié)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

液化天然氣 設(shè)計(jì) 管理

1　前言

建設(shè)天然氣液化工廠(chǎng)，投入的固定成本非常高，而可變運(yùn)營(yíng)成本和單位產(chǎn)品的變動(dòng)成本相對(duì)較低，總體上分?jǐn)傎M(fèi)用較高。因此，在建設(shè)液化天然氣工廠(chǎng)項(xiàng)目的前期，必須對(duì)其涉及到的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究與分析。本文對(duì)目前液化天然氣工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)和管理進(jìn)行了分析，并對(duì)一些方面提出了優(yōu)化措施，對(duì)液化天然氣工廠(chǎng)建設(shè)的開(kāi)展具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

2　淺談液化天然氣工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

現(xiàn)代LNG（液化天然氣）工廠(chǎng)在液化流程、EPC費(fèi)用以及其它的輔助服務(wù)方面大大減少了投資，但基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用基本變化不大。因此，設(shè)計(jì)合理的LNG工廠(chǎng)，需遵守一些基本的設(shè)計(jì)規(guī)則。

2.1酸性氣體和液化天然氣的處理設(shè)計(jì)

天然氣中含有的H2S和CO2統(tǒng)稱(chēng)為酸性氣體，它們的存在會(huì)增加對(duì)金屬管道和設(shè)備的腐蝕，影響其使用壽命，因此，在設(shè)計(jì)中的酸性原料氣需要清除CO2、H2S和硫醇等等［1］。并且如果不清除，更嚴(yán)重的，在天然氣液化過(guò)程中所產(chǎn)生的CO2會(huì)形成干冰，堵塞管道和設(shè)備，或者釀成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，并且含H2S較多的天然氣，燃燒時(shí)會(huì)出現(xiàn)異味，污染環(huán)境，影響人們身體健康。如果除酸氣設(shè)備（AGRU）、脫水和脫硫醇設(shè)備被優(yōu)化集成為一種設(shè)備進(jìn)行工作，就可以使去除雜質(zhì)的資本消耗降到最低。而除去天然氣中酸性氣體常采用的有化學(xué)吸收法和物理吸收法?；瘜W(xué)吸收法是基于可逆的化學(xué)變化，對(duì)富液中的酸氣進(jìn)行吸收，當(dāng)溫度增高、壓力降低的同時(shí)，混合物中就會(huì)自然釋放出酸氣。而物理吸收法是在有機(jī)溶劑對(duì)原料氣中酸性成分的物理吸收的基礎(chǔ)上，讓它們進(jìn)行脫離，溶劑的酸氣負(fù)荷正比于氣相里酸性成分的分壓。當(dāng)富液壓力得以下降的時(shí)候，會(huì)立即將酸性成分釋放出來(lái)。

2.2液化過(guò)程的設(shè)計(jì)優(yōu)化

液化流程設(shè)備的投資占LNG工廠(chǎng)總投資的32%，直接影響到NLG工廠(chǎng)建設(shè)及其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。并且天然氣液化裝置投資龐大，在進(jìn)行天然氣的液化工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮的因素有很多，而L NG工廠(chǎng)中最主要的工藝流程是液化流程。天然氣液化工藝是利用外加冷源和自身壓力使氣態(tài)天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)的工藝過(guò)程。就丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程的設(shè)備投資情況而言，壓縮機(jī)/驅(qū)動(dòng)機(jī)、換熱器與分餾塔的投資所占的份額分別為58%、36%和6%，由此可見(jiàn)，壓縮機(jī)/驅(qū)動(dòng)機(jī)是投資的重點(diǎn)，是衡量工廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)性的主要因素。天然氣液化流程的選擇將直接影響到天然氣液化工廠(chǎng)建設(shè)及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，需要綜合考慮投資、能耗、可靠性、安全性等因素［2］。液化工藝的優(yōu)選要針對(duì)原料氣的氣質(zhì)和輸入壓力，以降低能耗、流程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、設(shè)備少、成本低為目標(biāo)，選擇出最優(yōu)的液化工藝流程。特立尼達(dá)LNG工廠(chǎng)采用了菲利浦石油公司的級(jí)聯(lián)式液化技術(shù)，打破了為年代以來(lái)丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化循環(huán)一統(tǒng)天下的局面，也給其它的公司提供了參考。但是，就目前來(lái)說(shuō)，大部分LNG工廠(chǎng)采用高效的丙烷預(yù)冷混合制冷劑液化流程。一些新型的液化流程由于具有流程簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短、投資少、收益快的優(yōu)點(diǎn)，很適用于小型的LNG項(xiàng)目。

2.3廢熱利用裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用

在液化過(guò)程和動(dòng)力區(qū)，有大量的熱量從燃?xì)廨啓C(jī)的排氣管內(nèi)溢出。在本設(shè)計(jì)中，使用蒸汽為工藝用熱補(bǔ)償熱量、驅(qū)動(dòng)機(jī)械以及發(fā)電。工藝用熱的量取決于原料氣中酸氣雜質(zhì)的濃度。一般利用低壓蒸汽為酸氣溶劑的再生提供熱量。而相對(duì)于動(dòng)力需求，所需的工藝用熱決定了全部流程中燃料效率的最大潛力。在燃?xì)廨啓C(jī)排出氣中所含的部分熱量可以回收用于生成高壓蒸汽。其后，高壓蒸汽通過(guò)背壓式蒸汽輪機(jī)膨脹后轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪赫羝蛣?dòng)力。當(dāng)熱量/動(dòng)力的比值達(dá)到了1.2，通過(guò)背壓式蒸汽輪機(jī)膨脹的高壓蒸汽和凝汽式蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生的余熱能夠產(chǎn)生工藝流程所需要的全部熱量。而當(dāng)所需的熱量/動(dòng)力比值較高的時(shí)候，由于需要加熱蒸汽，所以不能利用凝汽式汽輪機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，且僅有部分蒸汽在背壓式蒸汽輪機(jī)中膨脹為低壓蒸汽。此時(shí)，如果需要更多的熱量，就需要額外的燃料。而當(dāng)需要熱量與動(dòng)力的比值小于1.0時(shí)，所產(chǎn)生的高壓蒸汽能夠產(chǎn)生大量的額外驅(qū)動(dòng)力。蒸汽輪機(jī)能夠替代丙烷壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，與燃?xì)廨啓C(jī)相比，這個(gè)方案的可行性很強(qiáng)。

3　淺談液化天然氣工廠(chǎng)的管理及優(yōu)化

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)能源，其主要成分是甲烷，具有燃燒熱值高、污染少的特點(diǎn)。發(fā)展我國(guó)的LNG工業(yè)，可以有效利用天然氣資源，改善我國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染，解決能源供應(yīng)日趨緊張的局面。因此，了解天然氣工程的管理及優(yōu)化就顯得尤為重要。

3.1生產(chǎn)線(xiàn)路的管理

LNG工廠(chǎng)的總產(chǎn)量與單線(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模的增加，都可以減少LN G工廠(chǎng)的投資。一般說(shuō)來(lái)，出于生產(chǎn)可靠性的考慮，NLG工廠(chǎng)配置不只一條生產(chǎn)線(xiàn)。在生產(chǎn)線(xiàn)數(shù)目相同的情況下，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，投資費(fèi)用的增加并不明顯，所以增加單線(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模，可以收到最大的規(guī)模效益。在總產(chǎn)量一定時(shí)，單線(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大可以減少生產(chǎn)線(xiàn)的數(shù)目，不僅縮短了工廠(chǎng)建設(shè)周期，還節(jié)省了大量設(shè)計(jì)、采購(gòu)和建設(shè)承包商的費(fèi)用。但是，這并不意味著所有情況下生產(chǎn)線(xiàn)的規(guī)模越大越好。NLG工廠(chǎng)的生產(chǎn)規(guī)模要受到天然氣資源的儲(chǔ)量和LNG市場(chǎng)需求情況的制約［3］。因?yàn)?，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大也可能會(huì)帶來(lái)產(chǎn)品銷(xiāo)售的問(wèn)題。但是，隨著LNG工廠(chǎng)設(shè)計(jì)和管理經(jīng)驗(yàn)日趨豐富，同時(shí)LNC市場(chǎng)的供貨渠道也不斷增加，這都減少了配置多條生產(chǎn)線(xiàn)保證產(chǎn)品供應(yīng)的重要性。在天然氣儲(chǔ)量和NLG市場(chǎng)需求不足以滿(mǎn)足多條生產(chǎn)線(xiàn)要求的情況下，可以考慮只配置一條生產(chǎn)線(xiàn)，以后條件許可時(shí)再擴(kuò)建生產(chǎn)線(xiàn)的規(guī)模。

3.2設(shè)計(jì)余量的管理

現(xiàn)代NLG工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)是在吸取了30多年來(lái)LNG工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的。而在LNG工業(yè)發(fā)展早期，由于技術(shù)不成熟，設(shè)計(jì)原則較為保守，設(shè)計(jì)余量取值較大。它基于生產(chǎn)者和購(gòu)買(mǎi)者之間達(dá)成的這樣一個(gè)共識(shí)，即完成契約的義務(wù)，保證LNG供應(yīng)的安全與可靠。隨著LNG技術(shù)的發(fā)展和人們管理運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)日趨成熟和豐富，工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)可以適當(dāng)減小。確定設(shè)計(jì)余量一般主要考慮以下因素：（1）設(shè)備的老化情況；（2）原料氣參數(shù)以及運(yùn)行中流程參數(shù)的變化；（3）設(shè)計(jì)誤差以及設(shè)備尺寸的限制。一般而言，設(shè)技余量取為總設(shè)計(jì)產(chǎn)量的8%一12%。

4　結(jié)語(yǔ)

天然氣液化工廠(chǎng)建設(shè)對(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō)，是一個(gè)比較重要的大工程。這是由于我們國(guó)家當(dāng)今的能源消耗主要以煤炭為主，而燃燒煤炭會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)境問(wèn)題。因此，我們國(guó)家正在加緊天然氣液化工廠(chǎng)的建設(shè)的步伐，爭(zhēng)取早日研發(fā)出更加合適的項(xiàng)目，能夠更好的去幫助我們國(guó)家對(duì)資源的開(kāi)發(fā)使用。如果能夠早日順利的完成這個(gè)項(xiàng)目，就可以更好的為大家服務(wù)。

［1］喬國(guó)發(fā)，李玉星，張孔明，等.我國(guó)液化天然氣工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005，24（3）：1-4.

［2］陳文煜.150萬(wàn)m3/d液化天然氣工廠(chǎng)技術(shù)分析［J］.深冷技術(shù)，2006，22（1）：18-22.

［3］和宏明，薄立馨.投資項(xiàng)目可行性研究工作手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)物價(jià)出版社，2002.