海上天然气液化工艺流程优选.docx

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1、海上天然气液化工艺流程优选文/朱建鲁李玉星王武昌刘永浩谢彬喻西崇中国石油大学中海油气电集团中海油研究总院１　海上天然气液化工艺简介ＬＮＧ—ＦＰＳＯ（ＬＮＧ　Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｓｔｏｒａｇｅａｎｄ　Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ　Ｕｎｉｔ，又称ＦＬＮＧ）是集海上液化天然气的生产、储存、装卸和外运为一体的新型浮式生产储卸装置，应用于海上气田的开采具有投资成本低、建造周期短、开发风险小、便于迁移和安全性高等特点。然而由于技术和经济的限制，ＬＮＧ—ＦＰＳＯ还没有像Ｏｉｌ－ＦＰＳＯ（Ｏｉｌ　Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉ

2、ｏｎ　Ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　Ｏｆｆ－ｌｏａｄｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）那样得到广泛应用。２００９年Ｓｏｎｇｈｕｒｓｔ在亚洲商业化ＦＬＮＧ会议上总结了全球１５个ＦＬＮＧ项目（表１），其中多数尚处于概念设计阶段。２０１１年，Ｓｈｅｌｌ公司确定投资建造世界上首个ＬＮＧ—ＦＰ－ＳＯ———Ｐｒｅｌｕｄｅ　ＦＬＮＧ，并将在澳大利亚的Ｐｒｅｌｕｄｅ气田投入使用。作为ＬＮＧ—ＦＰＳＯ的核心技术，天然气液化工艺对装置的建造运营费用、运行稳定性和整个系统的安全性影响巨大，在满足生产需求、市场需求以及控制成本的前提下，应用于ＬＮＧ—ＦＰＳＯ的天然气液化技

3、术及相关设备的选择对于减小投资风险、增强方案的可行性至关重要。目前陆上的天然气液化技术已经比较成熟，而海上作业的特殊性（台风、波浪、作业空间等的影响）使得海上天然气液化工艺的设计标准不同于陆上，海上天然气液化工艺系统的安全性、简洁性、紧凑性、占地面积、模块化设计、对不同气田的适应性和对海上环境的适应性等显得更为重要。根据表１，国际上ＦＬＮＧ采用的主要是３种基本类型的天然气液化工艺：氮膨胀、混合冷剂和级联式制冷工艺。但其中任何一种天然气液化工艺都不能完全符合上述海上天然气液化工艺的设计标准。氮膨胀制冷工艺中氮气始终处于气相，几乎

4、不受船体运动的影响，其流程与使用易燃制冷剂技术的流程相比更加安全，但氮膨胀制冷工艺流程的制冷剂循环量大、制冷效率低，限制了其在大型ＬＮＧ工厂中的使用；混合冷剂制冷工艺具有较高的制冷效率，但其烃类制冷剂的储存降低了系统的安全性，且船体的晃动会显著影响制冷剂的相平衡分离过程；级联式制冷工艺的制冷效率最高、处理量最大，但与混合冷剂工艺类似，其安全性和海上适应性较差，对于作业空间比较紧缺的ＦＬＮＧ船，级联式制冷工艺的应用比较困难，同时由于其流程复杂、开车困难，并不适用于需要频繁停产和启动的海上环境。因此，３种基本类型的天然气液化工艺均

5、不适用于海上天然气液化作业，需要结合各天然气液化工艺的特点对流程进行调整、组合，在此基础上进行模拟、优化，最后根据模拟结果进行流程的优选。２海上天然气液化流程模拟基于以上讨论，笔者选取了代表混合冷剂和氮膨胀制冷工艺的６种天然气液化流程进行模拟：双氮膨胀液化流程、丙烷预冷双氮膨胀液化流程、混合冷剂—氮气膨胀（并联）液化流程、混合冷剂—氮气膨胀（串联）液化流程、单混合制冷剂液化流程、丙烷预冷混合冷剂液化流程。模拟基础条件为：１）预处理后天然气的组成（以摩尔分数计）为：含甲烷９１．２％、含乙烷５．８％、含丙烷１．６％、含丁烷１．３％

6、、含氮气０．１％。天然气的压力为５０００ｋＰａ，温度为３５．０℃，流量为３３０ｔ／ｈ，双列液化流程设计。２）水冷却器压降为１０ｋＰａ，出口温度为３５．０℃。３）ＬＮＧ的储存压力为１２０ｋＰａ，ＢＯＧ比率为４％～８％。４）状态方程为Ｐｅｎｇ—Ｒｏｂｉｎｓｏｎ方程。５）压缩机的等熵效率为０．７，增压透平膨胀机的等熵效率为０．８。６）忽略系统热损失。２．１　双氮膨胀液化流程为了提高传统氮膨胀制冷工艺的效率，在单级氮膨胀流程的基础上，增加１台膨胀机（图１），经压缩、冷却后的高压氮气分为两股：一股直接进入高温膨胀机膨胀至－１２０℃；另一

7、股进一步冷却至－８５℃后进入低温膨胀机膨胀至－１５６℃。膨胀后的两股低压氮气返流分别冷却高压氮气制冷剂和天然气，复热后依次经过膨胀机增压器和氮气压缩机压缩至８ＭＰａ，其中，天然气利用液化过程中的冷量实现重烃分离，预处理后的天然气在冷箱中冷却至－３０℃后进行一级分离，分离出的液相作为精馏塔中部进料，气相进入换热器冷却至－６５℃后进行二级分离，分离出的液相作为精馏塔顶部进料，气相与精馏塔顶产品混合后进入冷箱被冷凝液化，精馏塔底部产品含有较多的Ｃ５＋组分，为节省甲板空间，将其输送到陆上进行深加工处理才能得到合格的产品。２．２　丙烷预

8、冷双氮膨胀液化流程为了进一步提高双氮膨胀液化工艺的效率，在其基础上增加丙烷预冷循环（图２），丙烷由０．１ＭＰａ经丙烷压缩机两级压缩至１．６ＭＰａ，然后经水冷器带走一部分热量使丙烷全部液化，再经过节流阀降压至０．１２ＭＰａ，温度降至－３５℃，此时丙烷为气液两相，进入换热器预冷天