LNG供应温度及组分对全液体空分设备产量的影响

夏鸿雁

(杭州杭氧股份有限公司设计院,杭州 中山北路592号　310004)

1　概　述

从2000年开始，国内LNG产业快速发展，沿海各地规划并建成了多个LNG接收站，随着这些接收站的建立，LNG冷能利用的开发也随之兴起。目前相继建成的有中海油美国AP福建莆田600 t/d冷能空分、杭氧江苏如东612 t/d、川空河北唐山723 t/d和广东珠海614 t/d等多个LNG冷能项目。

液化天然气(LNG)，常压下的温度为-159～-162℃，视其组分的不同略有变化，加之气化过程中的气化潜热，LNG贮存着大量优质深冷级冷源。由于空气分离设备的温区在-150～-193℃，所以深冷空分工艺可以将LNG的冷量全部回收利用。在冷能空分设备中, LNG通常是从高压LNG泵后引入，所以引入的温度直接受接收站BOG再冷凝系统的影响，高压泵后的温度越低，空分的产品液体量越大。另外，LNG组分中甲烷含量越高，空分的产品液体量也越大。本文结合杭氧江苏如东612 t/d冷能空分设备的研制和实际运行，对LNG供应温度和组分的影响进行分析。

2　装置简介

江苏杭氧LNG冷能利用空分装置，由杭州杭氧股份有限公司自行设计制造，并由天辰设计院进行工程设计，中核五建进行工程承建。该装置以长期安全可靠运行为设计原则，利用低温精馏原理将来自下塔顶部的循环氮气通过主换热器冷却原料空气，之后再进入LNG换热器吸收LNG气化释放的冷量，冷却后进低温循环压缩机增压，然后通过节流阀降压至约0.55 MPa后转化成液氮，部分液氮回到下塔提供冷量，接着进入下一次循环，另外一部分则作为产品。流程取消了膨胀机系统，用LNG的冷量代替了膨胀机制冷，在设备上省去了透平膨胀机，使流程组织更加简单，同时有效回收了LNG冷量，节约了能源。

该装置是国内自行设计和制造的首套LNG冷能空分装置，于2014年8月首次开车，生产出合格的产品，由于LNG引入温度高为-130℃和低温氮压机的负荷偏低，使空分液体产品产量受到较大影响。2017年11月中石油供应的LNG温度下降为-149℃，空分再次开车，产品液体产量达标。

3　LNG供应温度高的原因

LNG在常压下储存温度约-159～-162℃，由于漏热使得贮槽和管线会产生大量的蒸发气体(BOG)，为了防止贮槽超压，蒸发气体需要进行处理。目前在LNG接收站BOG的处理可分为直接加压至高压输气管网和BOG再液化两种工艺。由于直接加压能耗较高，大部分气源型LNG接收站普遍采用再冷凝工艺回收BOG。江苏如东中石油接收站也是采用再冷凝工艺，引入LNG到杭氧空分的模式为高压LNG泵加压后，详见图1。

图1　LNG接收站工艺流程Fig.1　LNG receiving and regasification system

以2014年江苏如东接收站外输量为140 t/h为例来说明温度变化。从LNG贮槽引出的温度-159℃ 130 t/h LNG经潜液泵加压后分成两路，一路约100 t/h LNG进再冷凝器顶部，一路30 t/h LNG流经再冷凝器旁路，贮槽及管线产生的BOG流经BOG压缩机缓冲罐后进入BOG压缩机增压至约1.1 MPa，加压后BOG与进入顶部的LNG在再冷凝器内进行接触混合，进入再冷凝器的BOG全部被液化成-100℃冷凝液，冷凝液经再冷凝器底部出口与旁路过来的30 t/h LNG(-159℃)混合后进入高压泵，被加压到10 MPa后一分部进入气化器，另一部分去空分提供冷量。泵后的LNG温度为-130℃，而空分利用的LNG正是从高压泵后引入，所以输入的温度直接受接收站BOG再冷凝系统的影响，这就是造成空分LNG温度高的原因。

4　LNG的组分

LNG 主要含大量的甲烷，以及少量的乙烷和丙烷。通常将甲烷含量96.64 %(mol/ mol)的LNG称为贫液；甲烷含量89.39 % (mol/ mol)的LNG称为富液。江苏杭氧LNG供应规格如表1。

表1　液化天然气的规格Table 1　Components of LNG

注：密度、热值、黏度值的条件为20℃，101.3 kPa(A)。

5　LNG温度及组分对液体空分产量的影响

将江苏杭氧冷能空分设备的设计运行参数组列成表进行比较。

5.1　设计和实际运行对比(表2)

5.2　不同温度和组分条件下液体产量(表3)

表2　设计条件Table 2　Condition of design

表3　10 MPa，50 t/h LNG 不同温度和组分条件下液体产量的计算值Table 3　100 MPa，50 t/h LNG Liquid output calculated value of different temperatures and components

按表3可知：

1.LNG在贫液时，LNG温度每上升1℃，液体总量平均下降～13 t/d。

2.LNG为富液时，LNG温度每上升1℃，液体总量平均下降～10 t/d。

5.3　实际运行参数(表4)

按表4可知：

LNG温度每上升1℃，液体总量平均下降～15 t/d。

表4　2018年1～3月年实际运行参数(按贮槽实际计量)Table 4　Actual operating parameters of January-March 2018(Tank metering)

5.4　结果分析

1.LNG温度和组分对产量均有影响，其中LNG引入温度对产量的影响相对更大，而且供应温度越低，产量也越大。这是因为LNG冷量在冷能空分中的回收利用主要通过氮气(低温氮压机中增压后)在液化冷箱中与高压LNG在换热器中进行换热，吸收LNG的冷量后节流制取液氮为进行空分提供冷源，所以当引入的LNG温度越低，冷量的品质也相应越高，组分中甲烷含量越多，低温区的冷量也相对越多，从而导致在相同LNG用量的情况下，制冷量越大。

2.计算和实际运行对比可以看出，实际运行中温度对液体总量的影响比计算值大3%～5%，这部分的差异主要是工况偏离影响换热等原因造成。

6　结　语

通过以上参数分析，可以知道LNG冷能空分受LNG的供应温度影响较大，因此冷能利用空分在建设初期能尽量与LNG接收站同步规划，使接收站能兼顾冷能空分的LNG供温需求。

此外接收站在设计时，可以按照冷能空分的流量从LNG储槽单独设置一路LNG高压泵供液，专为冷能空分使用，避免引入的LNG受接收站BOG再冷凝工艺的影响，从而确保LNG的供液温度较低，使液体空分的产量达到最大化。同时，单独供液管路的设置也保证冷能空分运行的稳定性和连续性，这是日后设计LNG冷能空分时需要特别关注及综合考虑的。