混合冷剂制冷式LNG工厂节能模式探讨

况发斌

目前国内LNG工厂生产工艺主要采用混合冷剂循环压缩制冷，而对于混合冷剂循环制冷工艺的LNG工厂而言，电能属于主要能耗来源。近年来国家对进口LNG的总量每年呈上升趋势，国内LNG工厂数量也在短短的几年内成倍增长，在LNG销售市场竞争日益激烈的大环境下，如何节省电能，节省运行成本，挖潜增效，成为了全国各大LNG工厂管理的重点和难点。

一、LNG工厂能耗组成

1.电能

LNG工厂主要用电设备为离心压缩机、原料气压缩机、BOG压缩机、空气压缩机，除了各种压缩机外，还有少量机泵、风机等。在这些用电设备中，以离心压缩机为代表的大功率型用电设备，是一个混合制冷工艺的LNG工厂用电的主要来源。以一个原料气处理量100万方/天的LNG工厂为例，如果采用变频离心压缩机为混合冷剂提供压缩动力，该离心压缩机功率一般在10000kw-20000kw之间，满负荷生产条件下，仅仅是该离心压缩机每天用电量能达到300MWh-400MWh，而工厂的原料气压缩机、BOG压缩机功率往往在1000kw以下，所有用电设备总功率还不到离心压缩机功率的一半。

2.水能

在混合冷剂循环制冷工艺中，为了使冷箱内部冷凝效果达到最佳，混合冷剂离心压缩机往往采用多级压缩，按照冷凝温度的不同要求分别进入冷箱。而冷剂压缩机的每一级压缩出口都为压缩之后的高温混合冷剂设计了级间换热器，用以冷却混合冷剂，为天然气提供冷量。正是这些级间换热器，成为了工厂的“用水大户”，在高负荷生产时，每一台级间换热器每小时用水量可达上千立方，一个混合冷剂离心压缩机的多台级间换热器每小时用水量可占到全厂用水量的80%-90%。

除了这些“用水大户”之外，因生产工艺的需要，工厂还有其他换热器需要用到冷却水，但用量都不大，每小时最大用水量往往不超过100立方。

3.热能

热能主要用来给加热炉提供热量，目前国内的主流混合制冷工艺中都用到了导热油，导热油用在吸收酸性气体的富溶剂（通常是胺液）的再生、天然气脱水工艺中分子筛的再生。导热油温升需要的热能由燃料气提供。

由于工厂每天的水能和热能几乎是固定用量，且节能空间跟电能来说相对较小，这里主要讨论电能的节能方式。

二、各种设备的电能节能方式

1.离心压缩机

在离心压缩机的调节上，可通过调节其转速达到节能目的。比如在保证产量和生产工艺不受影响下，降低其转速，单位时间内的电耗就相应降低。

变频式离心压缩机可通过调节各种冷剂配比的方式，降低离心压缩机转速来降低电耗。但调节冷剂配比很复杂，需要考虑的因素也较多，除了压缩机进出口压力和冷剂的出口温度，还要视压缩机喘振曲线是否有偏离。该操作有一定风险，尤其对于经验不足的操作工，如果调节不当，往往有造成压缩机喘振的风险，一旦离心压缩机发生喘振，当量产品的电耗必将大幅度上升。

另一方面，通过调节离心压缩机的方式来降低电耗效果也非常明显，由此给工厂带来的利润效果提升也相当可观，哪怕仅仅是将其转速下降1%，当量产品的非原料成本也会下降3%以上。

2.原料气压缩机

在原料气压缩机的调节上，可根据其出口压力的大小控制回流比，回流越少，压缩机做无用功越少，就越省电。如果上游的原料气进口压力足够高，高过天然气临界压力（4.5MPa），此时可关闭原料气压缩机，让原料气跨过原料气压缩机直接进入净化工序。

3.BOG压缩机

在BOG压缩机的调节上，可视LNG储罐闪蒸BOG之后的储罐压力大小，选择间歇性运行BOG压缩机。比如LNG储罐设计压力为20kpa，放空压力设计为15kpa，而此时如果LNG储罐运行压力始终维持在10kpa或者更低，便可对BOG压缩机进行停机处理。停运BOG压缩机之后，随着LNG储罐压力不断上升，当其上升到12kpa时再重新启动BOG压缩机，这样既避免了BOG的放空浪费，又节省了BOG压缩机这段时间的运行电耗。

4.冷却风机

在开式的冷却塔中，循环水的冷却风机往往有多台。在冬季温度较低的情况下，可选择停运一台冷却风机，但这取决于冷剂压缩机级间换热器冷剂的出口温度。如果停运一台风机，循环冷却水从冷却水塔的出水温度就会升高，相应的，级间换热器冷剂的出口温度也会升高，如果冷剂温度高到达不到进入冷箱的条件，那此时就必须重启停掉的冷却风机。

5.级间换热器

级间换热器本身不是用电设备，但是却可以通过优化它的运行参数来间接优化冷剂压缩机的运行参数。在水质不好尤其是硬度较高的冷却水工厂中，运行多年后会发现换热器换热效果不好，这往往是换热器内部水质结垢后堵塞换热管束，造成单位时间内给混合冷剂换热的冷却水流量下降，换热效率降低。如果级间换热器换热效率下降，冷剂达不到进入冷箱的温度要求，会使冷剂压缩机做更多无用功，间接增加了冷剂压缩机电耗。因此，维护好级间换热器的运行，也是一种间接提升冷剂压缩机运行效率和全厂省电的方式。

级间换热器管束结垢严重时需要全厂停产检修，对换热器进行拆卸清洗。为避免此类非计划停车，工厂往往采用对冷却水加酸来降低其硬度的方式来处理。

三、结论

混合冷剂循环制冷的LNG工厂节能方式虽然较多，但每种方式都有一定的局限性，调节冷剂配比需要不断摸索，冷剂配比也并非严格按照设计单位提供的平衡表，該方法效果最好但难度最大;停用原料气压缩机要视上游原料气压力，不具备主动权;间歇式启停BOG压缩机要视LNG储罐设计的放空压力与运行压力的弹性空间，且不断启停BOG压缩机对设备寿命有一定影响;停运冷却水风机要视混合冷剂的换热温度与冷却水出水温度，在环境温度较低的冬季可适时选用。

由于离心压缩机是工厂电耗的主要用电设备，变频离心压缩机一旦降低转速，全厂电耗下降非常明显，带来的经济效益也非常可观，因此如何调节离心压缩机的运行参数，如何优化混合冷剂的工艺配比，成为了混合冷剂制冷式LNG工厂节约能耗的主流方式。

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