LNG冷能空分设备启动操作中的难点分析

1、LNG冷能空分设备启动操作中的难点分析郑祖玮【 摘 要 】 Accoring to the characteristics of LNG col energy liqui air separation plant, the paper tries to present the operational ifficulties ankey points concentrate inthe LNG col energyheat exchanger uringstartup operation, such asthe ethylene glycolaqueous solution heatexchan

2、ger, liquefying colboxes an cryogenicnitrogen compressor. Therelation-ship between loa change uring startup of the evice an LNGsupply quantity is explaine. It is also iscusse how to shorten the time through refine operation an improve op-eration safety uring thesteps prone to 根据LNG冷能液体空分设备的特点尝试提出此项技

3、术车操作进程中主要集中在LNG冷能换热设备的操作难点和重点如乙二醇水溶液换热器、液化冷箱、低温氮压机等阐述装置启动进程中负荷变化与LNG供量方面存在的关系探讨如何经过精细化操作缩短开车时间在容易发生失误的步骤中增加操作进程的安全性.冶金动力2015(000)012【总页数】4 页(P27-29,70)【关键词】LNG; 冷能利用;空气分离;操作【作 者】郑祖玮【作者单位】江苏杭氧润华气体有限公司,江苏如东 226413【正文语种】中 文【中图分类】TB657.7 郑祖玮（江苏杭氧润华气体有限公司，江苏如东226413 ）采用液化天然气（Liquefie Natural 简称LNG ）汽化时放出

4、的冷能进行空气分离的技术近几年在国内迅速发展，如福建莆田LNG项目、浙江宁波LNG项目、河北唐山LNG项目、广东珠海LNG项目等。目前应用最为广泛的深度冷却分离空气的方法，工艺中最低温度达到比较 LNG冷能利用的其他途径， 常压下的 LNG汽化到510供应给天然气管网每吨释放出约 830 kJ/kg的冷量，深冷空分工艺进程简直将LNG的冷量全部利用，成为LNG冷能接利用的最合理方式。伴随着我国LNG接受站项目建设的逐年扩大和增加，也给空分行业带来更广阔和崭新的发展空间，与此同时，LNG冷能空分设备的启动操作、运行维持等等新知识势必也将拉开空分从业者探讨的新局面。本套LNG冷能空分是由杭氧股份有

5、限公司利用中石油江苏LNG接受站冷能设计建造的全液体空分，设计LNG供应压力为9.5MPa （g），流量为67988m3/h 一期工况下设计空分总生产能力如表1。作为循环介质的氮气经过低温氮压机增压，在高压液化冷箱和LNG完成热量交换被液化的一部分氮气携带着大量冷量送往空分装置补充冷量，另一部分直接送入储 罐，液氧和液氩在精馏塔内提纯后送往储罐。从高压液化冷箱中抽出来的NG ，去乙二醇水溶液换热器再次复热，和从高压液化冷箱顶部抽出5的NG 汇合后并且入中石油天然气外供管路。概括地讲，LNG冷量在经过一套压缩设备和一套换热设备，诀别使用了两个温度阶梯完成整个冷量的利用，低温部分70）在高压液化冷

6、箱内和氮气完成冷量交换，高温部分（到5之间）乙二醇水溶液冷却器内和水溶液完成能量交换。此外，空压机和低温氮压机负荷大小，决定了加工空气量和液氮带入ASU冷量的大小，由此匹配出相应的LNG供应量，这是一个相关于紧密接合的进程，这个进程代替了常规空分经过膨胀机获冷量的方式，膨胀机成为关键制冷设备，关于比常规空分启动操作，LNG冷能空分启动操作中的难点无疑集中在LNG冷能换热部分，即LNG-乙二醇水溶液换热器高压液化冷箱方面，高压液化冷箱又囊括最重要的设备低温氮压机。采用30% 的乙二醇配比70% 的蒸馏水混合制成水溶液，冰点温度约为储存在乙二醇水溶液处理罐H7101中，经过水泵加压至0.45 MP

7、a（g），在绕管式乙二醇水溶液换热器被LNG降温，经过空压机级间及末级冷却器；空压机电机、润滑油冷却器；低温氮压机电机、润滑油冷却器汇合回到乙二醇水溶液处理罐，回温度为15，由于是闭路循环水温又较低简直没有水量损失，所以节水可达99% 以上。乙二醇水溶液处理罐顶有开口朝下通向大气的弯管，罐顶通入25 m3/h 氮气与大气充分隔离防止乙二醇水溶液发生氧化反映，保持pH 约7.8左右，亦无须再加维持水质要求的药剂。在LNG简化流程图1中，V5304 、V6302 V6306为紧急切断阀，V5307 、V5308 、V7206 、V7207 、V6307 V6308为气动调节阀，V7201 、V72

8、11为位关断阀。乙二醇水溶液换热器的操作LNG管线、设备投用前，首先使用干燥、洁净的氮气经过吹扫置换，露点合格60以下），含氧量分析为0%后开始预冷管线，当LNG供液管线温度预冷到-120时开始增压，采用 LNG管线设备整体增压的方式，即LNG供液管线和NG 返回管线可全部导通同时增压，增压到正常工作压力。这一系列进程中注意各阀挂牌上锁是否正确；控制温降和压升速率；做好管托位移记录；检查法兰连接处仪表接头有无天然气泄漏；NG返回BOG压缩机入口管线的压力不超过20 kPa，并且启动乙二醇水溶液泵维持水温不低于 5。当LNG管线处于冷备状态又不至于使较长的LNG管线在到达空分前没有较大的温升，要

9、控制好LNG流量，过多的冷量进来又会使水溶液温渡过低造成冻堵。如果LNG管线处于冷备时LNG需用量为2 这时乙二醇水溶液泵的功率近似于LNG释放的冷量，正好满足出乙二醇水溶液换热器水温的要求。启动空压机后假设空压机启动时70% 的负荷功率为3000 kWh，每吨LNG冷量折合功率为175 kWh，相应要增加17 t/h的LNG才可维持住空压机各级进气温度，经过乙二醇水溶液换热器启动端出口控制阀V7202以较快的速度将LNG的量提高至20 t/h左右，才不至于在短时间内引起空压机排气温渡过高停车。V7207为液化冷的旁路阀也是乙二醇冷却器启动端LNG汽化后NG的返回通路。由此看出，LNG 管线处

10、于保冷状态和启动空压机时LNG用量有很大的变化，短时间内将LNG量由2 t/h提高到20 控制好乙二醇水溶液启动端和高压液化器旁路阀的开度， 操作上要紧凑、准确。启动空压机前，LNG走乙二醇水溶液换热器启动端流路，启动空压机后可切换至工作流路，即走高压换热器顶抽和中抽，顶抽由阀门V6307 、V6308控制，中由V7206液化器旁路阀和中抽出口阀V7207调节，前提是高压液化冷箱内部管路设备已冷却完成。LNG 高压液化换热器的冷却V5308 时开始，冷的LNG 和从乙二醇冷却器启动端NG 汇合，逐渐控制进入液化冷箱天然气的流量和温度，如果温度变化过低过快，会造成两种不良后果，其一，液化换热器顶

11、部热端正流气温度约15，NG 出口的设计温度为 10，如果出液化换热器的温渡过低，温差增加使50，因NG 出换热器温度要求不得低于-NG 返回中石油天然气管网温度走低触及切断整个LNG供应的联锁发生。在液化冷箱冷却阶段顶抽控制V6307或V6308保持微开即可，尽可能增加中抽的LNG量。低温氮压机液化冷箱的整体温降达到时，开始冷却低温氮压机。低温氮压机为Atlas Copco公司制造，四级压缩分两段控制的整体齿轮式径向离心机，一段排气压力为2.1 MPa（g），二段排气压力为6.2 MPa（g），段入口温度设计处于低温状态的氮气体积流量减少，使得在排气压相同的情况下相比常温气体压缩耗的功耗要小

12、得多，除了机体外与压缩机相连的管道均有保冷措施。低温氮气被缩后温度升高，在进入液化冷箱内又被LNG冷却下来，充当了气体冷却器的效果压缩机入口温度再次降至形同于“等温压缩”，以此不断和 LNG进 行 冷 量交换。低温氮压机每次启动各级进、出口管线和回流管线流路必需进行氮气置换，诀别在以下为合格。继续冷却 。未启动低温氮压机前LNG的供量只和循环水溶液温度高低存在换热关系，一旦温氮压机启动LNG供量和氮气进行换热，需再次根据装置负荷增加LNG供量。假设低温氮压机启动时70% 的负荷功率为2000 kWh，启动低温氮压机时需增12 t/hLNG 。一开始ASU装置并且不能提供氮气，液体贮存系统设置中

13、压液氮储罐，将液氮汽化 后专供氮压机预冷、启动阶段至下塔氮气纯度合格这段时间工艺所需氮气和开车用 仪表气、密封气。氮压机启动前首先确定最小启动用氮气量，控制好V1884开度压力过高过低都会引起压缩机跳车。当下塔产出纯度合格的氮气，要将氮压机氮气 供应流路经过V109 阀切换至下塔流路，根据实际操作经验要控制好阀门开度，保证流路切换平稳，如果氮压机跳车将延误 1 个小时左右的开车时间。由液化冷箱向ASU提供冷量的流路切换随着低温氮压机的加载运行，液化冷箱内的温度持续降低，打开V3001和 V3002 将压缩机出口气体逐渐导入后线设备，逐渐冷却液化换热器过冷器。经过启动管V362V367 向AUS

14、导入低温气体，逐渐降低进空分板式换热器的空气温度。板式换热器温度降至时，打开 V3005 ，将启动管线阀门V362、V367 关闭， 切换到正常流路，ASU逐渐进入冷却向积液的过渡阶段。保持进塔空气量，提高氮压机负荷，同步增加LNG用量到额定值加快精馏塔的冷却，积液成功后，逐渐开始调纯并且开启工艺液氧泵，建立主冷工况产出合格液体。）由于生产工艺和产气源地的不同液化天然气的成分很复杂，一般来讲以甲烷（CH4 ）为主，含量占天然气成分的80% 以上，密度随甲烷含量的增加而减少， 通常密度范围为430 kg/m3 470 kg/m3左右。依照石油天然气工程设计防规矩(GB 501832004)油气火灾危险性分类，天然气属于甲A类易燃、易爆质，在空气中混合后的爆炸极限为5%15%。从本质安全的角度出发，LNG管线设备所在的231 区设置为防爆生产区，）尤其注意的是LNG管线设备的吹扫、加温、微正压密封静置时必需采用干燥、纯净的氮气，不得和ASU的吹扫、加温、密封气等可能有空气成分的气路连，以防误操作引起事故，防爆区内阀门仪表气宜采用氮气供应。）能够和水以任意比例混合的乙二醇在低温环境的使用中容易产生酸性物质，关于金属有侵蚀作用。由于水的沸点比乙二醇低，使用中水分