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摘要：近年来，天然气由于其安全、清洁和高热值等特点，已经成为最具发展前景的能源之一。在国家能源战略、环境保护和经济发展形势等多重因素影响下，我国的液化天然气LNG市场稳步增长，LNG接收站建设也发展迅猛。在此基础上，通过调整导热油温度，降低胺液和分子筛再生温度，不仅可以降低电能还能减少天然气消耗量 ；通过更换压缩机活塞材质，将钢制活塞更换为铝制活塞，减少了活塞重量，降低了电机功率，从而降低了电能。通过这两种方法，进一步降低了能耗，提高了经济效益，也为其他液化工厂节能降耗工作提供了思路。
关键词：液化天然气；节能；降耗
随着能源逐渐枯竭以及环境形势愈加严峻，天然气以其清洁、高效性愈加受到人们关注.天然气通过管输或以液化的形式运送到产量小、消耗大的地区。天然气液化缩小了体积，方便运输。对整个液化系统来说，过优化冷剂混合比例、回收利用BOG及加强日常管理等措施降耗还不全面，还有降耗的空间，在此基础上，提出通过调整导热油温度和更换压缩机活塞材质来进一步降低能耗，提高经济效益。
一、慨述
LNG装置工艺技术路线主要由原料气调压、脱酸性气体、脱水脱汞、脱烃、液化、产品储运及装车和火炬系统六大系统组成。主工艺流程为原料气进入装置过滤调压，经胺吸收塔脱除原料气中的酸性气体后进入4A分子筛脱水，再进入脱汞塔除汞以及脱烃后，在液化单元采用混合冷剂制冷工艺将天然气冷凝为LNG，成品LNG流入辅助装置区储存并装车外运，公用工程由燃料气、空气及氮气站、供配电、给排水、防腐与隔热等系统组成。液化天然气最大的冷能消耗是闪蒸汽，由于外界环境温度的影响，罐内液化气时时刻刻在气化，为了维持罐内压力，气化的这部分天然气就要排放出去。放出来的天然气一般会经过空温汽化器加热、压缩机压缩以后，或去调压撬调压后给锅炉做燃料，或进入冷箱重新液化。不管怎么做其中巨大的冷能都被浪费。在实际生产中，为了回收利用这部分冷量，一般从以下方面来操作：①让挥发的闪蒸汽先通过储罐夹层，降低储罐表面温度，减少罐内液体的挥发，达到降耗的目的 ；②让出来的闪蒸汽先和进冷箱的常温天然气进行换热，这样降低了进冷箱天然气的温度，达到降到冷箱功耗的目的；③在小规模的液化厂中，销量低时去往装车区的低温泵往往会停掉不打循环，以减少无限自循环中液化气气化的损失。而在LNG罐车来的时候，又得开始预冷、放空，损失很多天然气，造成不必要的经济损失。而让闪蒸汽替代液化天然气的循环可以解决这个问题，从储罐源源不断出来的低温闪蒸汽经过气相管道去到装车区，再经液相管道回到储罐区，然后在加热去到压缩机。这样使整个装车管道时刻预冷，避免了临时装车时管道预冷损失的液化气。
二、液化天然气生产能耗节能措施
1、优化冷剂混合比例，80%基本负荷型天然气液化装置都采用混合冷剂液化工艺流程，各种混合冷剂的比例对电量消耗有较大的影响，是节能的重要部分。[1]给出了冷剂的变化范围，以单位能耗最低为优化目标，得出了天然气处理量2×104m3/h的最佳冷剂配比。根据研究结果，并结合实际经验数据，在运行中逐步优化冷剂的混合比例，找到冷剂压缩机的最低运行电流，从而降低电能。
2、回收利用BOG。由于工艺管道及LNG储罐吸热，会产生BOG气体，若回收不及时就会超压放空，造成气体损失，减少了储罐中LNG产液量。通常采取以下措施回收利用BOG，降低气体损耗量 ：（1）在储罐压力不高、蒸发量不大的情况下，BOG直接进入燃料气储罐，供燃气设备使用；（2）在储罐压力高、蒸发量较大的情况下，及时开启BOG压缩机进入冷箱再液化。
3、加强日常管理。设备检修置换、阀门及管道泄露、保温不良、超压放空等都会造成部分气体损耗。可以通过加强日常巡检维护、做好设备定期保养、健全能耗管理相关制度等，杜绝跑、冒、滴、漏现象，以此来减少气体损耗量。
4、调整导热油温度。天然气在净化过程中，要求使净化气中CO2含量在50ppmV、水露点1ppmV（即-76℃）以下进入液化冷箱。为了使 MDEA 溶液和分子筛恢复吸附能力，需要高温再生，导热油作为热源。温度越高越有助于富液的解析及分子筛残余水容量的降低，但过高温度会加速MDEA热解，对分子筛残余水容量的变化率也影响较小。所以，可以在运行中根据CO2含量及水露点的变化，调整导热油温度，控制再生温度，从而减少导热油炉燃烧天燃气消耗量，并降低循环水泵电能。
5、更换压缩机活塞材质。往复活塞式压缩机活塞自重对功耗有影响，活塞越重，因活塞自重消耗的无用功越多，电机功率会越高。受此启发，经过与设备制造商充分研究论证，将现有钢制活塞更换为铝制活塞，减少活塞重量，从而降低电能。为了安全、高效地解决此问题，将密封气介质由氮气改为天然气，气源取自BOG压缩机出口天然气，在BOG压缩机出口增加一条DN25，长为25m的管道至密封气管道并配置控制阀，可在1分钟内使密封气达到工作压力，保证了冷剂压缩机密封气系统的稳定运行。
三、工程实例
以某液化工厂为例，以10000m3储罐，设计日处理天然气量50×104Nm3/d，混合冷剂液化工艺流程。
1、优化混合冷剂比例。保持LNG产品温度-162℃不变，优化混合冷剂比例，在N2 10%、CH4 21%、C2H4 32%、C3H8 18%、i-C5H12 13%的情况下达到最优，冷剂压缩机的瞬时电流由475A降低到420A左右，对于10kV的电机，每天能够节省约20348度电，约10581元。
2、降低导热油温度。将低温导热油温度由160℃降低到140℃，将高温导热油温度由260℃降低到240℃，使氨液再生出塔顶的温度由115℃降低为105℃，脱水再生过程保持加热出塔底180℃，再生冷吹出塔顶45℃，再生时间4h不变，CO2在线检测量为4ppmV，产品气水露点-77℃，与调整之前基本保持一致，且均满足要求。通过降低导热油的温度，冷却水量减少，循环水泵电流从310A降低到295A，循环水泵每天可以节省约274度电，约142元；导热油燃烧天然气量每天可以减少约200m3，约520元。
3、更换压缩机活塞材质。将现有的钢制活塞更换为铝制活塞，活塞重量减少15kg，电机电流由68.2A降低至57.7A，对于10kV的电机，每日可节省约3885度电，约2020元。通过优化混合冷剂比例、回收利用BOG及加强日常管理措施，每天可节省电量约20348度，减少3000 m3天然气消耗量。在此基础上，通过降低导热油温度和更换压缩机活塞材质，每天又可以节省电量约4159度，减少约200m3天然气消耗量。
优化冷剂混合比例可以大幅度的降低电能消耗，回收利用BOG可以很大程度的减少气体损耗量，如果再加强日常管理，还可以降低能耗。在此基础上，通过调整导热油温度，降低胺液和分子筛再生温度，不仅可以降低电能还能减少天然气消耗量；通过更换压缩机活塞材质，将钢制活塞更换为铝制活塞，减少了活塞重量，降低了电机功率，从而降低了电能。通过这两种方法，进一步降低了能耗，提高了经济效益，也为其他液化工厂节能降耗工作提供了思路。
参考文献：
[1] 娄娟,桂志海.LNG液化撬装工厂控制系统的应用解决方案[J].电子世界,2018,(5):10.
[2] 韩力,刘鑫鹏.低压油田气混合制冷轻烃回收工艺能耗分析[J].中国安全生产科学技术,2018,(11):12.
[3] 邴守启,陈伟仲,孙明烨.基于 HYSYS 的轻烃回收工艺方案优化探讨[J].煤气与热力,2017,35(2):85-88.
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发表于 2022-4-25 13:51:20
