LNG冷能空分設(shè)備啟動(dòng)操作中的難點(diǎn)分析

1、LNG冷能空分設(shè)備啟動(dòng)操作中的難點(diǎn)分析鄭祖瑋【 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 根據(jù)LNG冷能液體空分設(shè)備的特點(diǎn)嘗試提出此項(xiàng)技

3、術(shù)車(chē)操作進(jìn)程中主要集中在LNG冷能換熱設(shè)備的操作難點(diǎn)和重點(diǎn)如乙二醇水溶液換熱器、液化冷箱、低溫氮壓機(jī)等闡述裝置啟動(dòng)進(jìn)程中負(fù)荷變化與LNG供量方面存在的關(guān)系探討如何經(jīng)過(guò)精細(xì)化操作縮短開(kāi)車(chē)時(shí)間在容易發(fā)生失誤的步驟中增加操作進(jìn)程的安全性.冶金動(dòng)力2015(000)012【總頁(yè)數(shù)】4 頁(yè)(P27-29,70)【關(guān)鍵詞】LNG; 冷能利用;空氣分離;操作【作 者】鄭祖瑋【作者單位】江蘇杭氧潤(rùn)華氣體有限公司,江蘇如東 226413【正文語(yǔ)種】中 文【中圖分類(lèi)】TB657.7 鄭祖瑋（江蘇杭氧潤(rùn)華氣體有限公司，江蘇如東226413 ）采用液化天然氣（Liquefie Natural 簡(jiǎn)稱(chēng)LNG ）汽化時(shí)放出

4、的冷能進(jìn)行空氣分離的技術(shù)近幾年在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展，如福建莆田L(fēng)NG項(xiàng)目、浙江寧波LNG項(xiàng)目、河北唐山LNG項(xiàng)目、廣東珠海LNG項(xiàng)目等。目前應(yīng)用最為廣泛的深度冷卻分離空氣的方法，工藝中最低溫度達(dá)到比較 LNG冷能利用的其他途徑， 常壓下的 LNG汽化到510供應(yīng)給天然氣管網(wǎng)每噸釋放出約 830 kJ/kg的冷量，深冷空分工藝進(jìn)程簡(jiǎn)直將LNG的冷量全部利用，成為L(zhǎng)NG冷能接利用的最合理方式。伴隨著我國(guó)LNG接受站項(xiàng)目建設(shè)的逐年擴(kuò)大和增加，也給空分行業(yè)帶來(lái)更廣闊和嶄新的發(fā)展空間，與此同時(shí)，LNG冷能空分設(shè)備的啟動(dòng)操作、運(yùn)行維持等等新知識(shí)勢(shì)必也將拉開(kāi)空分從業(yè)者探討的新局面。本套LNG冷能空分是由杭氧股份有

5、限公司利用中石油江蘇LNG接受站冷能設(shè)計(jì)建造的全液體空分，設(shè)計(jì)LNG供應(yīng)壓力為9.5MPa （g），流量為67988m3/h 一期工況下設(shè)計(jì)空分總生產(chǎn)能力如表1。作為循環(huán)介質(zhì)的氮?dú)饨?jīng)過(guò)低溫氮壓機(jī)增壓，在高壓液化冷箱和LNG完成熱量交換被液化的一部分氮?dú)鈹y帶著大量冷量送往空分裝置補(bǔ)充冷量，另一部分直接送入儲(chǔ) 罐，液氧和液氬在精餾塔內(nèi)提純后送往儲(chǔ)罐。從高壓液化冷箱中抽出來(lái)的NG ，去乙二醇水溶液換熱器再次復(fù)熱，和從高壓液化冷箱頂部抽出5的NG 匯合后并且入中石油天然氣外供管路。概括地講，LNG冷量在經(jīng)過(guò)一套壓縮設(shè)備和一套換熱設(shè)備，訣別使用了兩個(gè)溫度階梯完成整個(gè)冷量的利用，低溫部分70）在高壓液化冷

6、箱內(nèi)和氮?dú)馔瓿衫淞拷粨Q，高溫部分（到5之間）乙二醇水溶液冷卻器內(nèi)和水溶液完成能量交換。此外，空壓機(jī)和低溫氮壓機(jī)負(fù)荷大小，決定了加工空氣量和液氮帶入ASU冷量的大小，由此匹配出相應(yīng)的LNG供應(yīng)量，這是一個(gè)相關(guān)于緊密接合的進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程代替了常規(guī)空分經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)獲冷量的方式，膨脹機(jī)成為關(guān)鍵制冷設(shè)備，關(guān)于比常規(guī)空分啟動(dòng)操作，LNG冷能空分啟動(dòng)操作中的難點(diǎn)無(wú)疑集中在LNG冷能換熱部分，即LNG-乙二醇水溶液換熱器高壓液化冷箱方面，高壓液化冷箱又囊括最重要的設(shè)備低溫氮壓機(jī)。采用30% 的乙二醇配比70% 的蒸餾水混合制成水溶液，冰點(diǎn)溫度約為儲(chǔ)存在乙二醇水溶液處理罐H7101中，經(jīng)過(guò)水泵加壓至0.45 MP

7、a（g），在繞管式乙二醇水溶液換熱器被LNG降溫，經(jīng)過(guò)空壓機(jī)級(jí)間及末級(jí)冷卻器；空壓機(jī)電機(jī)、潤(rùn)滑油冷卻器；低溫氮壓機(jī)電機(jī)、潤(rùn)滑油冷卻器匯合回到乙二醇水溶液處理罐，回溫度為15，由于是閉路循環(huán)水溫又較低簡(jiǎn)直沒(méi)有水量損失，所以節(jié)水可達(dá)99% 以上。乙二醇水溶液處理罐頂有開(kāi)口朝下通向大氣的彎管，罐頂通入25 m3/h 氮?dú)馀c大氣充分隔離防止乙二醇水溶液發(fā)生氧化反映，保持pH 約7.8左右，亦無(wú)須再加維持水質(zhì)要求的藥劑。在LNG簡(jiǎn)化流程圖1中，V5304 、V6302 V6306為緊急切斷閥，V5307 、V5308 、V7206 、V7207 、V6307 V6308為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，V7201 、V72

8、11為位關(guān)斷閥。乙二醇水溶液換熱器的操作LNG管線(xiàn)、設(shè)備投用前，首先使用干燥、潔凈的氮?dú)饨?jīng)過(guò)吹掃置換，露點(diǎn)合格60以下），含氧量分析為0%后開(kāi)始預(yù)冷管線(xiàn)，當(dāng)LNG供液管線(xiàn)溫度預(yù)冷到-120時(shí)開(kāi)始增壓，采用 LNG管線(xiàn)設(shè)備整體增壓的方式，即LNG供液管線(xiàn)和NG 返回管線(xiàn)可全部導(dǎo)通同時(shí)增壓，增壓到正常工作壓力。這一系列進(jìn)程中注意各閥掛牌上鎖是否正確；控制溫降和壓升速率；做好管托位移記錄；檢查法蘭連接處儀表接頭有無(wú)天然氣泄漏；NG返回BOG壓縮機(jī)入口管線(xiàn)的壓力不超過(guò)20 kPa，并且啟動(dòng)乙二醇水溶液泵維持水溫不低于 5。當(dāng)LNG管線(xiàn)處于冷備狀態(tài)又不至于使較長(zhǎng)的LNG管線(xiàn)在到達(dá)空分前沒(méi)有較大的溫升，要

9、控制好LNG流量，過(guò)多的冷量進(jìn)來(lái)又會(huì)使水溶液溫渡過(guò)低造成凍堵。如果LNG管線(xiàn)處于冷備時(shí)LNG需用量為2 這時(shí)乙二醇水溶液泵的功率近似于LNG釋放的冷量，正好滿(mǎn)足出乙二醇水溶液換熱器水溫的要求。啟動(dòng)空壓機(jī)后假設(shè)空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)70% 的負(fù)荷功率為3000 kWh，每噸LNG冷量折合功率為175 kWh，相應(yīng)要增加17 t/h的LNG才可維持住空壓機(jī)各級(jí)進(jìn)氣溫度，經(jīng)過(guò)乙二醇水溶液換熱器啟動(dòng)端出口控制閥V7202以較快的速度將LNG的量提高至20 t/h左右，才不至于在短時(shí)間內(nèi)引起空壓機(jī)排氣溫渡過(guò)高停車(chē)。V7207為液化冷的旁路閥也是乙二醇冷卻器啟動(dòng)端LNG汽化后NG的返回通路。由此看出，LNG 管線(xiàn)處

10、于保冷狀態(tài)和啟動(dòng)空壓機(jī)時(shí)LNG用量有很大的變化，短時(shí)間內(nèi)將LNG量由2 t/h提高到20 控制好乙二醇水溶液?jiǎn)?dòng)端和高壓液化器旁路閥的開(kāi)度， 操作上要緊湊、準(zhǔn)確。啟動(dòng)空壓機(jī)前，LNG走乙二醇水溶液換熱器啟動(dòng)端流路，啟動(dòng)空壓機(jī)后可切換至工作流路，即走高壓換熱器頂抽和中抽，頂抽由閥門(mén)V6307 、V6308控制，中由V7206液化器旁路閥和中抽出口閥V7207調(diào)節(jié)，前提是高壓液化冷箱內(nèi)部管路設(shè)備已冷卻完成。LNG 高壓液化換熱器的冷卻V5308 時(shí)開(kāi)始，冷的LNG 和從乙二醇冷卻器啟動(dòng)端NG 匯合，逐漸控制進(jìn)入液化冷箱天然氣的流量和溫度，如果溫度變化過(guò)低過(guò)快，會(huì)造成兩種不良后果，其一，液化換熱器頂

11、部熱端正流氣溫度約15，NG 出口的設(shè)計(jì)溫度為 10，如果出液化換熱器的溫渡過(guò)低，溫差增加使50，因NG 出換熱器溫度要求不得低于-NG 返回中石油天然氣管網(wǎng)溫度走低觸及切斷整個(gè)LNG供應(yīng)的聯(lián)鎖發(fā)生。在液化冷箱冷卻階段頂抽控制V6307或V6308保持微開(kāi)即可，盡可能增加中抽的LNG量。低溫氮壓機(jī)液化冷箱的整體溫降達(dá)到時(shí)，開(kāi)始冷卻低溫氮壓機(jī)。低溫氮壓機(jī)為Atlas Copco公司制造，四級(jí)壓縮分兩段控制的整體齒輪式徑向離心機(jī)，一段排氣壓力為2.1 MPa（g），二段排氣壓力為6.2 MPa（g），段入口溫度設(shè)計(jì)處于低溫狀態(tài)的氮?dú)怏w積流量減少，使得在排氣壓相同的情況下相比常溫氣體壓縮耗的功耗要小

12、得多，除了機(jī)體外與壓縮機(jī)相連的管道均有保冷措施。低溫氮?dú)獗豢s后溫度升高，在進(jìn)入液化冷箱內(nèi)又被LNG冷卻下來(lái)，充當(dāng)了氣體冷卻器的效果壓縮機(jī)入口溫度再次降至形同于“等溫壓縮”，以此不斷和 LNG進(jìn) 行 冷 量交換。低溫氮壓機(jī)每次啟動(dòng)各級(jí)進(jìn)、出口管線(xiàn)和回流管線(xiàn)流路必需進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，訣別在以下為合格。繼續(xù)冷卻 。未啟動(dòng)低溫氮壓機(jī)前LNG的供量只和循環(huán)水溶液溫度高低存在換熱關(guān)系，一旦溫氮壓機(jī)啟動(dòng)LNG供量和氮?dú)膺M(jìn)行換熱，需再次根據(jù)裝置負(fù)荷增加LNG供量。假設(shè)低溫氮壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)70% 的負(fù)荷功率為2000 kWh，啟動(dòng)低溫氮壓機(jī)時(shí)需增12 t/hLNG 。一開(kāi)始ASU裝置并且不能提供氮?dú)?，液體貯存系統(tǒng)設(shè)置中

13、壓液氮儲(chǔ)罐，將液氮汽化 后專(zhuān)供氮壓機(jī)預(yù)冷、啟動(dòng)階段至下塔氮?dú)饧兌群细襁@段時(shí)間工藝所需氮?dú)夂烷_(kāi)車(chē)用 儀表氣、密封氣。氮壓機(jī)啟動(dòng)前首先確定最小啟動(dòng)用氮?dú)饬?，控制好V1884開(kāi)度壓力過(guò)高過(guò)低都會(huì)引起壓縮機(jī)跳車(chē)。當(dāng)下塔產(chǎn)出純度合格的氮?dú)猓獙⒌獕簷C(jī)氮?dú)?供應(yīng)流路經(jīng)過(guò)V109 閥切換至下塔流路，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)要控制好閥門(mén)開(kāi)度，保證流路切換平穩(wěn)，如果氮壓機(jī)跳車(chē)將延誤 1 個(gè)小時(shí)左右的開(kāi)車(chē)時(shí)間。由液化冷箱向ASU提供冷量的流路切換隨著低溫氮壓機(jī)的加載運(yùn)行，液化冷箱內(nèi)的溫度持續(xù)降低，打開(kāi)V3001和 V3002 將壓縮機(jī)出口氣體逐漸導(dǎo)入后線(xiàn)設(shè)備，逐漸冷卻液化換熱器過(guò)冷器。經(jīng)過(guò)啟動(dòng)管V362V367 向AUS

14、導(dǎo)入低溫氣體，逐漸降低進(jìn)空分板式換熱器的空氣溫度。板式換熱器溫度降至?xí)r，打開(kāi) V3005 ，將啟動(dòng)管線(xiàn)閥門(mén)V362、V367 關(guān)閉， 切換到正常流路，ASU逐漸進(jìn)入冷卻向積液的過(guò)渡階段。保持進(jìn)塔空氣量，提高氮壓機(jī)負(fù)荷，同步增加LNG用量到額定值加快精餾塔的冷卻，積液成功后，逐漸開(kāi)始調(diào)純并且開(kāi)啟工藝液氧泵，建立主冷工況產(chǎn)出合格液體。）由于生產(chǎn)工藝和產(chǎn)氣源地的不同液化天然氣的成分很復(fù)雜，一般來(lái)講以甲烷（CH4 ）為主，含量占天然氣成分的80% 以上，密度隨甲烷含量的增加而減少， 通常密度范圍為430 kg/m3 470 kg/m3左右。依照石油天然氣工程設(shè)計(jì)防規(guī)矩(GB 501832004)油氣火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)，天然氣屬于甲A類(lèi)易燃、易爆質(zhì)，在空氣中混合后的爆炸極限為5%15%。從本質(zhì)安全的角度出發(fā)，LNG管線(xiàn)設(shè)備所在的231 區(qū)設(shè)置為防爆生產(chǎn)區(qū)，）尤其注意的是LNG管線(xiàn)設(shè)備的吹掃、加溫、微正壓密封靜置時(shí)必需采用干燥、純凈的氮?dú)猓坏煤虯SU的吹掃、加溫、密封氣等可能有空氣成分的氣路連，以防誤操作引起事故，防爆區(qū)內(nèi)閥門(mén)儀表氣宜采用氮?dú)夤?yīng)。）能夠和水以任意比例混合的乙二醇在低溫環(huán)境的使用中容易產(chǎn)生酸性物質(zhì)，關(guān)于金屬有侵蝕作用。由于水的沸點(diǎn)比乙二醇低，使用中水分