探究天然气液化场站的生产过程操作优化

陈建龙 张洪耀（新地能源工程技术有限公司 河北 廊坊 065000）

天然气的液化是天然气开发利用的一个重要环节，加强对天然气液化场站生产过程的研究具有重要意义。当前的生产过程还存在着不少问题。天然气液化场站生产过程的优化必须要根据现场实际条件采取针对性措施来予以应对。

一、天然气液化生产过程

优化天然气液化生产过程的前提是了解这一过程，只有在了解了这一前提之后才能进行有效优化。天然气的液化生产过程主要包含进站调压计量、脱碳单元、天然气脱水、天然气液化单元、制冷单元、LNG储存单元、装车单元以及BOG回收利用单元。

1.脱碳单元

脱碳单元主要采用的是MEDA配比溶液，该溶液是自上而下的来进行流动，天然气则是逆向流动从而实现同溶液的交换。两者在经过交换之后天然气中的二氧化碳含量将会降到小于50ppm，二氧化硫的含量也将会小于5ppm。在吸收了这些含量之后溶液需要经过三级过滤，在过滤之后将能够实现闪蒸出饱和二氧化碳并实现就地排放。溶液在经过泵循环之后将再回到脱碳单元，而后继续使用。

2.脱水单元

脱水单元一般是由两台分子筛过滤器组成的，通过这两台过滤器将能够脱出水分和汞，天然气中的水分含量也将能够降低到小于1ppm的状态。在一个工作周期内，两台过滤器处于不同状态，一台是处于吸收状态，而另一台则是处于再生状态。通过这样的设置能够有效提升工厂效率。

3.天然气液化单元

液化单元的主要功能是要把天然气进行液化。当前液化单元通常采用的是混合冷剂制冷工艺。天然气在进入钎焊铝质芯体换热器之后将会自上而下的同经过配比的压缩混合冷剂进行换热。天然气经换热之后变成零下162℃的液化天然气（LNG），通过压力流经管道输送至LNG储存单元（带压储罐和常压储罐），并通过LNG泵增压后输送至LNG装车单元。

4.BOG回收

在液化处理过程中BOG主要是产生在装车单元挥发过程中，挥发量根据装车量确定。BOG一部分回收再液化利用，另一部分经处理之后当作燃料气来进行燃烧。以上所论述的就是天然气液化场站的生产过程，在实际工作过程中重点是要对以上环节进行优化。

二、生产流程的优化目标

针对天然气液化场站生产过程的优化首先是要明确优化目标,在实际工作过程中我们认为主要是从两方面来进行优化：液化单元和BOG回收优化。

1.液化单元优化

液化单元是天然气液化场站中的关键单元，对该单元进行优化具有重要意义。在实际工作过程中应该高度重视液化单元的优化。冷剂循环系统主要采用的是PRICO闭式制冷循环流程。在实际工作过程中工作人员要在正常液化的前提下来进行优化。具体而言就是要把提高换热效率（通过优化冷箱内部结构形式）以及减少冷剂消耗率作为主要优化目标。通过该优化单元将能够实现冷剂和天然的换热最优，同时还能够保证循环再利用过程的最优。

2.BOG单元的优化

BOG单元的优化是如何有效利用BOG。一种方式为BOG的再液化，就是要在保证BOG压缩机正常气体入口温度来减小冷流体出口温度，从而降低冷流体进入液化单元冷箱温度。同时还需要提升热流体出口温度，这样能够有效节省能耗。因此BOG单元的优化可以归结为：提高热流体出口温度和降低冷流体出口温度。对于操作变量的优化重点是要优化冷箱入口温度以及换热器热流体变量。一种为BOG回大型的LNG储罐，随储罐内液化闪蒸的BOG一同进入BOG压缩系统利用，然而此种方法必然会造成罐内LNG温度的升高，然而对于压缩机来说，储罐对装车BOG的缓冲作用不可小视。还有一种为BOG经加热后恢复至常温，经常温压缩机加压后，作为燃料气使用。若液化场外存在天然气管网，也可进入管道输送系统，供城市天然气使用。

三、生产过程的优化

对于液化单元和BOG单元的优化主要是通过交互式进化计算的方式来实现。交互式进化计算指的是通过人机交互来使得人参与到进化计算的过程中。交互式进化计算具有明显的优势，采用这种方法人们在适应函数不明确甚至没有的情况下都能够进行计算。

交互式计算本身还存在着一系列问题，针对这些问题工作人员从三个方面来对其进行改进：一是在计算过程中引入了绝对尺度预测方法，该方法的引用能够有效减少预测器噪声，从而有效提升收敛速度。二是智能体引入到交互式计算中。多智能体方法的引入对于降低交互过程中的疲劳问题是具有重要意义的。在实际工作过程中应该加强这方面的研究；三是分层思想的引入。分层思想的引入能够有效解决用户只能对有限个体进行分辨的问题。

针对液化单元的优化，需要优化的操作变量分别是：第一级冷却出口温度、冷箱天然气出口温度、冷箱冷剂入口流量、蒸发换热器BOG出口温度控制以及重烃分离器液位等指标。需要优化的约束条件则主要指的是保证液化温度能够正常生产，重烃分离液位也不能够过高或者过低。优化的目标我们可以设为能耗J1、冷剂自身循环再利用率为J2。经过交互进化计算的有效分析优化，工程人员发现当优化目标值J1=18.815，J2=87.885的时候是最适合场站所需要的最优过程的。在实际工作过程中应该采取措施达到这一目的。

针对BOG单元的优化，所需要优化的操作变量分别是换热器热流体流量以及冷箱入口温度。约束条件是冷箱入口温度范围、换热器热流体流量出口温度和流量范围等。优化目标则可以设为冷流体出口温度J1，热流体出口温度J2，在进过计算优化之后实验人员发现当目标值是J1=88.42，J2=36的时候是适合场站操作所需要的最优过程。在实际工作过程中应该不断加强这方面的研究。

结论

天然气液化场站生产流程的优化是一项重要工作，在实际工作过程中应该充分认识到优化的重要性。本文首先是分析了生产的基本流程，而后重点分析了需要优化的液化单元和BOG单元的优化目标。之后重点论述了如何进行优化。实现天然气液化场站的优化需要采用专业的技术措施及模拟分析，辅之以工程实践，才能够实现良好的工程经济效益。

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