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喷射液化技术在LNG接收站 蒸发气回收中的应用
发布日期:2017-12-31    来源:低温工程   浏览次数:143
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1 LNG接收站BOG回收技术
LNG接收站在各种运行工况下因热输入会产生大量的蒸发气(BOG),其生成量与操作工况和气象条件等因素有关,具有低温和生成量不稳定等特点。为了减少资源浪费,降低运营成本,如何回收产生的BOG是LNG接收站工艺系统中重要的组成,目前接收站有以下4种回收方式:
(1)将储罐BOG气体返回LNG船,填补舱罐卸料产生的真空;
(2)与输出的LNG直接换热,将BOG再冷凝成LNG送出;
(3)直接压缩到外输气管道压力送出;
(4)送火炬燃烧。
在上述BOG处理方法中,方法(1)简洁、高效,但只在卸船工况下平衡掉部分BOG气体;方法(2)是目前国内已建或在建接收站最常用的方法(即再冷凝工艺处理BOG),基本能够处理掉接收站产生的所有BOG,但是需要接收站有稳定的外输量;方法(3)多用于接收站附近有潜在燃气用户的情况,利用现有或新建管道直接外输。方法(4)是一种紧急安全措施,一般不作为日常BOG处理的方法。
以上处理方式均有一定的前提条件,而在接收站运行初期,通常存在天然气外输量少、下游管网建设滞后等情况。因此,上述BOG处理方式均存在一定的局限性。针对以上问题,需研究一种BOG的处理方法,用于项目再冷凝工艺无法正常运行时接收站的BOG处理。
随着工艺技术的发展,近些年在部分暂时不具备外输条件的接收站应用再液化技术,再液化工艺能够满足接收站对BOG回收的需求,并且可以服务于接收站的全生命周期。因此,下面主要对BOG再液化处理方法进行比选介绍,找出一种适用于接收站的最佳再液化装置。
2 BOG液化回收工艺
BOG再液化是指来自LNG储罐的BOG气体,经过低温压缩机加压后,进入再液化装置,液化成过冷LNG,直接排入LP drain管线,最终回到LNG储罐。
液化技术根据处理规模的不同可分别适应大、中、小型液化厂。当前的天然气深冷液化流程主要有阶式制冷流程、氮膨胀制冷流程、混合冷剂制冷(包括SMR单混合冷剂流程、DMR双联混合冷剂流程、带丙烷预冷混合冷剂流程)【1】、喷射制冷流程等。
2.1阶式制冷
阶式制冷循环1939年首先应用于液化天然气产品,装于美国的Cleveland,采用NH4、C2H4为第一、第二级制冷剂。
经典阶式制冷循环由三个独立的制冷系统组成。
第一级采用丙烷做制冷剂,经过净化的天然气在丙烷冷却器中冷却到-35~-40℃,分离出戊烷以上的重烃后进入第二级冷却。由丙烷冷却器中蒸发出来的丙烷气体经压缩机增压,水冷却器冷却后重新液化,并循环到丙烷冷却器。第二级采用乙烯做制冷剂,天然气在第二级中被冷却到-80~-100℃,并被液化后进入第三级冷却。乙烷或乙烯冷却器蒸发出来的气体经过增压、水冷后,在并在丙烷冷却器中冷却、液化,循环到乙烷或乙烯冷却器。第三级采用甲烷做制冷剂,液化天然气在甲烷冷却器中被过冷到-150~-160℃,然后通过节流阀降压,温度降到-162℃后,用泵输送到LNG贮槽。甲烷冷却器中蒸发出来的气体经增压、水冷后,在丙烷冷却器中冷却、在乙烯冷却器中液化后,循环到甲烷冷却器。
经典阶式制冷循环,包含几个相对独立、相互串联的冷却阶段,由于制冷剂一般使用多级压缩机压缩,因而在每个冷却阶段中,制冷剂可在几个压力下蒸发,分成几个温度等级冷却天然气,各个压力下蒸发的制冷剂进入相应的压缩机级压缩。各冷却阶段仅制冷剂不同,操作过程基本相似。
经典的阶式制冷循环的主要缺点:1)经典的阶式制冷循环由三个独立的丙烷、乙烯、甲烷制冷循环复迭而成,机组多(三台压缩机)、冷剂用量大、级间管路连接复杂,导致造价高昂;2)为使实际级间操作温度尽可能与原料天然气的冷却曲线(Q-T曲线)贴近,以减少熵增,提高效率,如此以来,效率提高了,但流程十分复杂;3)需要相当一部分资金购置和贮存制冷剂。因此,该方法主要适用于处理规模大、连续生产的基地型LNG工厂。后来经过了优化,采用的都是预冷+混合冷剂液化工艺。预冷工艺采用丙烷预冷、混合冷剂预冷、氮气循环膨胀预冷、碳氟制冷剂预冷、溴化锂预冷等。
2.2 膨胀制冷
膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷来实现天然气的液化。气体在膨胀机中膨胀降温的同时,能输出功,可用于驱动流程中的压缩机。它又可以分为直接膨胀制冷和间接膨胀制冷两种。直接膨胀制冷的天然气液化循环利用气体的自身压力在膨胀机中绝热膨胀制冷,使天然气液化,因此几乎不消耗额外的能量,天然气压力较高时可以采用此种工艺。如当原料气压力达到12MPa时,有20%~30%天然气被液化,加预冷后液化率增大到40~50%。这种工艺适用于天然气压力较高,部分气源液化。
间接式膨胀机制冷的一种液化循环,它使用某种气体(例如氮气或氮-甲烷)经过压缩,膨胀制冷后进入冷箱来液化天然气。这种循环几乎可以全部液化天然气。该工艺流程简单、调节灵活、工作可靠、易启动、易操作、维护方便和安全可靠、维修方便,但是能耗略高些,一般多用于小型装置。图1-1所示为氮膨胀制冷工艺。
 
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