LNG 液化工厂冷剂系统余能利用改造方案

王 阳

（山西压缩天然气集团运城有限公司盐湖区液化分公司，山西 运城 044000）

引言

液化天然气是将天然气净化、深冷液化而成的液体，它是一种清洁、优质燃料，LNG 的体积约为其气态体积的1/600，LNG 储存温度约为-162.9 ℃。本改造方案增加一套日处理原料气20×104m3的液化装置及其配套设施，采用带丙烷预冷的混合冷剂制冷的液化工艺，利用LNG 液化工厂在实际生产过程中冷剂系统富余生产能力，充分吸收国内外先进的液化工艺和生产经验，具有良好的经济、环保和社会效益，对全国天然气资源的利用和发展起到积极的效果。

1 项目简介

本改造方案为LNG 液化工厂扩建项目，某液化厂的生产能力为50×104m3/d，本次液化天然气改建扩产装置利用已有LNG 液化装置富余能力，通过增加预冷机组、冷箱、冷剂压缩机级间预冷器、冷剂压缩机级末级预冷器、吸收塔顶冷却器、闭式冷却塔、循环水泵等装置，使装置生产能力扩产至70×104m3/d。

2 改造方案

2.1 天然气液化工艺选择

天然气液化工艺的核心是制冷部分，对投资和运行费用起决定性作用。天然气常用的基本液化流程有：阶式制冷循环（适用LNG 产量为7×104t/a 以下的小型液化工厂）；膨胀机制冷循环（适用LNG 产量为8×104t/a～500×104t/a 中小型液化工厂）；混合制冷剂循环（适用LNG产量为500×104t/a 以上大型液化工厂）[1]。扩产后70×104m3/d 折合成年产量为473×104t/a，且原厂化液工艺为混合冷剂循环制冷剂循环工艺，再采用另外一套液化工艺投资太大，因此本扩建项目也采用混合冷剂循环工艺。

2.2 混合冷剂循环制冷工艺选择

混合冷剂循环制冷工艺分为混合冷剂单循环制冷工艺（适用LNG 产量为15-100×104m3/d）、混合冷剂双循环制冷工艺（适用LNG 产量为600×104m3/d～2 000×104m3/d）、丙烷预冷混合冷剂制冷工艺（适用LNG 产量为100×104m3/d～600×104m3/d）[2]。

原厂天然气液化工艺采用的是单循环混合冷剂制冷工艺，再设置一套独立的单循环混合冷剂制冷工艺，投资较大，新增设备较多，占地面的较大，由于本扩建项目可利用面积有限，因此选择在不增加混合冷剂压缩机的前提下，增加一台丙烷预冷机组，采用效率较高、能耗较低的带丙烷预冷的混合冷剂制冷工艺。

2.3 关键设备方案

2.3.1 丙烷预冷压缩机选择

压缩机的种类主要有往复式压缩机（适应于小排量，高压或超高压条件）、离心式压缩机（适用于大流量，中低压条件）和螺杆式压缩机（适用于入口天然气带液、中低压力及中小排气量）[3]，因某扩建项目压力为中低压，流量属于中小排量，配电系统能满足35 kV、UPS 电源供电，循环水系统满足设备冷却要求，故为丙烷预冷压缩机选用电驱动螺杆压缩机，冷却方式采用水冷。

2.3.2 冷箱的选择

冷箱内的换热器分为板翅式换热器和缠绕式换热器两种[4]，板翅式换热器传热效率高、压降小、冷箱总成模块化，适合任何规模的液化厂；缠绕式换热器适合温度跨度大、管部和壳部均存在潜在的压降大、体积过大，对空间要求高。通过对比，同时考虑原冷箱换热器也为板翅式，故新增冷箱也选用板翅式换热器。

2.4 工艺改造

新增冷箱布置于原冷箱附近、丙烷预冷机组露天布置于扩建工艺装置区西侧，在原厂冷剂压缩机级间和末级冷却器平台之上新建一层平台，将原厂冷剂压缩机级间和末级冷却器移至新建平台，新增冷剂压缩机级间和末级预冷器布置于原平台上，吸收塔顶冷却器布置于净化装置区原有平台上，新增循环水设施布置于原液化厂循环水系统旁，保证装置可以满足每天70 万m3的液化产量。改造工艺图，如图1 所示。

图1 改造工艺图

2.5 投资估算

工程费用包括主要工艺装置、自控及仪表工程、公用工程等设备购置费、安装工程费及建筑工程费，总投资为3358.24 万元，具体如表1 所示。

表1 投资估算费用表

2.6 主要设备表（如表2）

表2 主要设备表

3 结语

通过本工艺技改后，天然气的日处理规模可以增加20×104m3，生产规模可以由50×104m3/d 增加至70×104m3/d，预计每年增加天然气处理量6 660×104m3（每年按照333d 计算），合计增加LNG产量48743.21t。提高产量后，天然气在液化加工过程中只是增加了一小部分电量消耗和物料消耗，而节省了人工成本和管理费用及其他，从而大大降低了生产成本，提高了利润空间，增加了单位的经济收入[5]。