液化厂工艺讲座之冷箱系统

第十五章液化冷箱系统工作任务及主要设备通过封闭式循环冷剂压缩膨胀制冷技术提供所需的冷量，使天然气气体温度降到-162以下液化为液态天然气冷箱筒壳用来为冷箱内设备提供支撑、密封、保温等液化换热器满足天然气和混合制冷剂换热将天然气液化的目的低温分离器分离天然气在~-60℃时产生的天然气液体LNG分离器分离天然气在~-165℃节流时产生的闪蒸气丙烯储罐贮存丙烯，用做MRC的配比组分正丁烷储罐贮存正丁烷，用做MRC的配比组分异戊烷储罐贮存丙烯，做MRC的配比组分液烃计量罐贮存丙烯储罐、正丁烷储罐、异戊烷储罐来的丙烯、正丁烷、异戊烷液烃计量泵将液烃计量罐中的丙烯、正丁烷、异戊烷泵送到MRC压缩机进口平衡罐乙烯储罐贮存乙烯，做MRC的配比组分乙烯汽化器空气加热使乙烯汽化，以便送到MRC压缩机进口平衡罐MRC进口平衡罐平衡MRC压缩机进口压力，减小入口压力变化对压缩机的影响工作原理

经过净化后的天然气在成都深冷设备有限公司设计的独特的板翅式换热器中与混合冷剂进行热交换，经过予冷、液化深冷和膨胀过冷三个个阶段冷凝为LNG产品；工艺流程简述

原料天然气在脱CO2、脱硫、脱水、脱汞和脱苯之后，被输送到本工艺的冷箱部分。该换热器包括两段：天然气预冷段、液化深冷段。来自洗涤塔的天然气首先在主低温换热器的预冷段天然气通道冷却到约-60oC，然后进入原料气重烃低温分离器，在此分离出重质碳氢化合物之后，气体在液化段天然气通道继续冷却、冷凝并过冷到～-165℃，经节流阀节流降到常压进入闪蒸罐闪蒸分离后得到～-165℃的液相LNG产品并分离出的可能存在的气体，此部分气体返回板翅式换热器回收冷量温度后和LNG储罐的BOG一起进入BOG压缩机，加压后的BOG进入燃料气系统作为燃料气。LNG进入装置的LNG产品储罐。冷剂由氮、甲烷、乙烯、丙烯、正丁烷和异戊烷组成，冷量是通过封闭的混合制冷循环提供的。混合冷剂由净化的净化天然气、C2H4、C3H6、N2、nC4H10、iC5H12组成。混合冷剂由压缩机压缩，通过水冷却后，进入液化冷箱，混合冷剂液化并过冷到-165℃，节流降压到0.21MPa.G进入液化换热器的底端，由下而上汽化为液化换热器提供冷量，出液化冷箱后的混合冷剂返回到压缩机的入口，压缩循环制冷。

气体管线的置换用氮气置换所有空气：启动电动盘车器带动主机缓慢运转（保证气缸和管路置换彻底）；开启单机氮气置换阀氮气并建立一定的压力，稳定几分钟后从放空阀放空排放，重复此过程几次。检查：如果需要可用气体检测器检查氧含量，工艺要求特殊时使用。当引入氮气到压缩机管线时，小心不要打坏压力表（一级进气压力表），及不要超过吸入管线的设计压力和各压力容器的设计压力。开启氮气置换管线冲卸压二至三次保证压缩机内部空间氧含量小于1%。关闭充氮阀和泄压阀；打开吸入主截止阀。依次排放各进出口缓冲罐确认无残余液体，依次检查各级气液分离罐液位是否符合指标并与中控室校队是否相符。压缩机干燥程序

开启置换氮总阀；氮气引入制冷压缩机进口；逐一开启三台压缩机各自氮气置换阀门，利用盘车器转动压缩机（关闭各卸荷阀）通过各分离器和缓冲器排放阀排放置换，取样合格为止制冷剂罐区各管线的置换和干燥开启冷剂罐区的氮气置换阀置换干燥各管线、计量罐和MRC缓冲罐，通过各自排放阀和安全阀旁路排至火炬，直到从各取样口取样合格为止MRC循环管线及冷箱内制冷剂通道

干燥和置换

拆除单向阀阀芯缓慢打开加温氮进冷剂气液相流道，干燥的氮气→MRC闪蒸罐→下上板翅式换热器→混合冷剂气相管道/液相管道→出口平衡罐→排泄阀→安全泄压[火炬]系统。控制加温氮开度，使更多氮气进入上述流路，使其阀后压力稳定在0.3MPa左右。依次微开各排放口，干燥各排放管线，此各阀门的出口气体到火炬。用露点仪在各个出气口进行气体流出路线的干燥度测试。流出气体的露点低于-65℃时，该路线认为干燥合格最后将V0636、V0637单向阀芯装好。裸冷操作

冷剂流道：准备工作；混合冷剂制冷系统的投运程序：按一定比例配制氮气和丙烯混合制冷剂；压力稳定0.19MPa启动混合冷剂压缩机；混合冷剂制冷流路建立净化天然气流道：开启原料天然气流路，缓慢打开V0515阀后，净化天然气→重烃洗涤塔→液化冷箱→上板翅式换热器→重烃气液分离器→下板翅式换热器→E0603水浴式加热器→原料压缩机进口平衡罐。控制LCV0653阀开度，部分净化天气→LCV0653→LNG分离器→PCV0652→E0602A/B→E0601A/B→C0702→VP0706安全泄压[火炬]系统。LCV0653阀前压力为5.0～5.4MPa，通过控制LCV0653阀开度使其阀后压力稳定在0.1MPa左右。裸冷检查

液化冷箱内的设备和管道温度均匀地达到在-100℃～-150℃之间即可认为裸冷结束裸冷程序结束后，冷箱内所有螺栓、螺母均应重新紧固（注意：冷箱内可能存在可燃性气体和缺氧，要检测其浓度后方可进入冷箱。由于温度太低，进入冷箱内紧固螺栓时还应防止冻伤）泄漏试验所有设备和管道应处于0.6MPa压力下，检查安装在冷箱内的所有法兰和连接管道，看看有无泄漏部位（用无脂肥皂试验）试验结束，用干燥气体使设备和管道处于保压0.19MPa状态，直至最终启动程序装置正常投运

装置正常投运条件：裸冷期间发现的问题整改（主要设备、管道、阀门）完毕；所有电控、仪控调整、校正完成；辅助设备确认运转正常整改时间（或者停车时间）不超过5～10天，则不必进行装置的加温、吹除和置换、干燥作业。可以直接进行开车。但是停车时间超过上述时间或者有较大的改动，则上述作业必须重新进行进行。操作程序：启动冷却水、仪表空气、制氮装置等辅助系统；启动天然气压缩机组，打通天然气通道；启动混合冷剂制冷系统；仪控、电控按过程投入运行。工况调整

调整原则：工况调节主要是根据待液化的原料天然气流量、组分、和进口状态的变化，相应调整制冷回路的制冷量，保持装置的冷量平衡。既要保证产品LNG的液化率和过冷度，又要尽可能降低制冷压缩机的压缩功率，节省能耗。引起工况变化的因素：进装置压力：0.25～0.40MPa.G进装置的天然气流量：26.5×104Nm3/d温度：5～35℃原料气组分：mol%天然气组分的影响

制冷循环的气量变化。主要表现两种工况：（1）当甲烷含量趋于下限时，则较重的烃类（C2＋）含量增加，则在重烃洗涤塔中会洗涤出来较多的重组分液体量，进入冷箱的气量少。（2）当甲烷含量增高时，则较重的烃类（C2＋）含量减少，则在重烃洗涤塔中会洗涤出来较少的重组分液体量，进入冷箱的气量多。第（1）种情况使得混合冷剂制冷回路制冷量要求少，即循环气量减少；第（2）种情况时使得混合冷剂制冷回路制冷量要求多，即循环气量增多。原料天然气流量的影响

原料天然气流量变化因素：进装置的压力压力升高，排气量增加，压力降低，排气量减少；进装置温度变化影响天然气气体的密度，从而影响压缩机的排气量。温度升高，排气量减少，温度降低，排气量增加；压缩机的磨损影响机器的排气量；分子筛干燥系统的再生气流量待液化的原料天然气流量、组分、和进口状态发生变化时，装置原来的冷量平衡被打破，这时须作循环制冷气量的调节。冷量平衡判断依据换热器的热端温差和LNG出装置温度，进出冷箱的混合冷剂热端温差在3℃左右，LNG出装置温度在-163℃~-165℃。热端温差大，或LNG出装置温度低，制冷量富裕。热端温差小，或LNG出装置温度高，制冷量不足。混合冷剂冷量调节措施

混合冷剂流量调节混合冷剂流量增加，制冷量增加；混合冷剂流量降低，制冷量减少。通过调节混合冷剂压缩机的进气活门和回流阀，可以调节混合冷剂流量。实际运行中调节幅度较大时优先采用进气活门调节，以降低能耗。混合冷剂压力调节高压压力上升，低压压力降低，制冷量增加；高压压力降低，低压压力上升，制冷量减少。压力调节通常靠回流阀和压缩机进口阀门调节。压力调节有限制范围，勿使压缩机进出口压力超限。混合冷剂的组分调节

混合冷剂的组分对制冷量的影响较大。混合冷剂中的轻组分不足会出现低温段冷量不足而高温段冷量过剩表面上表现为原料气压缩机出口压力增高而冷箱MRC出口温度降低；重组分减少，则冷箱整体温度偏高液化率降低，MRC出冷箱温度升高；务必使各冷剂组分配比合理，此配比尽可能保持稳定，并尽可能消除整个制冷系统的静密封泄漏（往往会导致冷剂轻重组分比例失调，此外尽可能保证原料气负荷稳定减少冷剂压缩机因出口超压而排放轻组分气体导致轻重组分严重失调）。重组分务必不要过多，否则会出现压缩机的各级进口缓冲器、级间冷却器后出现液体，为避免液体带入压缩机的气缸可能会损坏机器则必须加以排放，必然会导致制冷剂浪费降低系统运行经济效率。另一方面，过多的重组分可能使换热器的换热工况恶化，换热不足损失增加，冷量回收不完全，造成制冷量增加而LNG产量不增反降的后果。

冷箱内天然气流路的温度调节

根据天然气进上板翅温度和出下板翅温度的变化调整温度调节阀的设定值保证出下板翅温度的稳定，防止在重烃低温分离器中分离出不必要的组分从而降低产品的热值和没有分离掉应该分离掉的组分从而导致低温段换热器堵塞尽可能降低LNG分离器的液位从而尽可