液化天然氣工廠(chǎng)的新型設計

國外油田工程第25卷第7期(2009.7)液化天然氣工廠(chǎng)的新型設計編譯:馬淼王雅瓊(大慶油田儲運銷(xiāo)售分公司)楊凝思(大慶油田天然氣分公司)審校:李發(fā)榮(大慶油田工程有限公司)摘要人們對清潔而又廉價(jià)能源的需求回收來(lái)提高燃料效率,從而減少CO2排放量。促成了業(yè)界對巨大的液化天然氣生產(chǎn)能力的需求。為滿(mǎn)足這種提高生產(chǎn)能力的要求,天2設計前提然氣加工處理機組的規模就需要擴大。提出處理廠(chǎng)范圍內熱量是由蒸汽提供的。相對于傳了建設10Mt/a以上的巨型處理廠(chǎng)的設計方統的LNG處理廠(chǎng)設計,汽輪機廢熱的完全利用在案。在中東,大量的液化天然氣工廠(chǎng)正在擴工廠(chǎng)效率上更上了一個(gè)臺階,而且有助于減少建。因此,選用了該區域的典型原料氣成分CO2排放。作為氣體凈化、天然氣液體抽提、液化處理設計利用空氣冷卻法,著(zhù)重于熱空氣再循環(huán)和和使用設備等一體化設計的基礎總圖的優(yōu)化,這樣使得設計更加穩定。假設冷卻水關(guān)鍵詞液化天然氣集成裝置廢熱}適用于單程或二次循環(huán)冷卻系統,那么二者可以結利用熱效率合起來(lái),且將進(jìn)一步提高燃料效率,但由于冷卻水供給的復雜性,特定成本也會(huì )增加。Dol:10.3969/j.isn.1002-641X.2009.07.015設計適合處理原料氣中的CO2、H2S和硫醇,前言同時(shí)設計自身包含前端液化石油氣(LPG)提取過(guò)程,允許彈性熱值下降到1060~1070Btu/scf(1在未來(lái)15年里,人們對天然氣的需求將以每Btu/scf=37.26J/m23)區間內,這個(gè)熱值通常為年3%的速度遞增,對液化天然氣(LNG)的需求美國市場(chǎng)所需。前端天然氣液體(NGL)提取裝將以每年8%~10%的速度增長(cháng)。在未來(lái)幾年將有置也允許使用最大制冷功率和最佳液化壓力。在這很多項目投建,結果將是承包商市場(chǎng)被抑制,世界樣的優(yōu)化條件下,考慮全部工藝設備之間的相互作范圍內對原料的需求猛增,從而導致生產(chǎn)力和產(chǎn)品用是非常重要的,從液體段塞捕集分離器到裝油設的后勤問(wèn)題突出。這些問(wèn)題導致了對大型處理機組施都要考慮。的需求,尤其是在資源豐富的地區,如中東、俄羅斯和澳大利亞。3酸性氣體和液化石油氣的處理一個(gè)日益突出的問(wèn)題是需要使CO2排放率最設計中的酸性原料氣需要清除CO2、H2S和小化,高效率是關(guān)鍵。對于在成本中占大部分的已硫醇?？紤]到進(jìn)氣的組分和允許的LNG的質(zhì)量,選定功率的汽輪機和壓縮機來(lái)講,高效率意味著(zhù)選擇并優(yōu)化了一種綜合性設計,優(yōu)化了設計成本和LNG產(chǎn)量的提高。因此,問(wèn)題的關(guān)鍵就集中在廢適應性。如果除酸氣設備(AGRU)、脫水和脫硫熱的利用上。醇設備被優(yōu)化集成為一種設備進(jìn)行工作,就可以使本文提出了一項機組設計,能夠以11Mt/a的去除雜質(zhì)的資本消耗降到最低速度生產(chǎn)LNG。這種設計的基礎是Shel公司的平從AGRU和酸氣富集設備(AGEV)中再生行混合冷凍劑工藝(PMR),就是在預先冷卻循環(huán)酸氣溶劑要利用低壓蒸汽。硫回收裝置(SRU)中使用丙烷冷凍劑。依據不同項目中存在的特殊情產(chǎn)生中壓蒸汽。硫回收裝置產(chǎn)生的廢氣中有H2S況,如氣候和市場(chǎng)機遇,也可以選用其他更合理的在廢氣吸收器中未轉化的H2S被清除出去。經(jīng)過(guò)設計。目前,正在投建中的庫頁(yè)島LNG工廠(chǎng)就選加工處理和汞清除之后,脫水脫硫的純凈天然氣輸擇使用雙重混合冷凍劑工藝。送到坦面些醫所謂PMR,即可以通過(guò)改變輔助電動(dòng)機的型中國煤化工原料氣進(jìn)行外部號或使用更小的燃氣輪機,將LNG的生產(chǎn)量從11制CNMHG8%。由于高回收Mt/a調節到6Mt/a。在許多設計中都可利用廢熱率,很容易達到低于1070Btu/scf的熱值規范。馬淼等:液化天然氣工廠(chǎng)的新型設計51經(jīng)高壓處理和脫水的富氣首先要在一系列反低者,也可以利用凝汽式汽輪機產(chǎn)生動(dòng)力和低質(zhì)量的壓冷貧氣的熱交換器中預冷卻并部分冷凝。液體從熱,而這種熱在流程中不能再利用。在這個(gè)范例部分冷凝的天然氣流中分離出來(lái)后,高壓蒸汽經(jīng)過(guò)中,熱量/動(dòng)力的比值達到了1.2,通過(guò)背壓式蒸一個(gè)膨脹器,膨脹器驅動(dòng)低壓貧氣的二次壓縮機。汽輪機膨脹的高壓蒸汽和凝汽式蒸汽輪機產(chǎn)生的余膨脹產(chǎn)生所需的制冷作用,從而獲得脫乙烷塔回熱能夠產(chǎn)生工藝流程所需要的全部熱量。準確的界流,同時(shí)冷卻富氣氣流限取決于很多因素,其中包括選定的蒸汽系統的壓貧氣首先冷卻富氣,然后經(jīng)膨脹器驅動(dòng)的二次力級別和蒸汽輪機排出氣的溫度壓縮機壓縮。獨立的增壓壓縮機進(jìn)一步增大貧氣壓力,達到最大允許值,這個(gè)值不超過(guò)管道的額定壓低質(zhì)量熱力600psi(1psi=6.895kPa)。在設備和功率的約束條件內,NGL和液化設備的集成使LPG和LNG的產(chǎn)量達到最大化。000藝用熱4液化動(dòng)力液化過(guò)程包含:四級丙烷冷卻(C3/PMR)00兩個(gè)平行混合制冷循環(huán)和帶有末端閃蒸系統的脫氨熱和動(dòng)力的情臺高料效裝置。從原理上講,這種流程比三次交替循環(huán)流程熱量和動(dòng)力比的效率高圖1熱量和動(dòng)力整合液化循環(huán)的平行布置有助于提高機組在運轉過(guò)程中的可靠性,因為當液化循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節在所需的熱量/動(dòng)力比值較高的情形下,由于失靈時(shí),LNG的生產(chǎn)率仍可達到60%。此外,與需要加熱蒸汽,所以不能利用凝汽式汽輪機產(chǎn)生動(dòng)三次交替循環(huán)流程相比,僅僅需要二次制冷循環(huán)的力,且僅有部分蒸汽在背壓式蒸汽輪機中膨脹為低平行布置流程的生產(chǎn)能力更高。這種設計限制了壓壓蒸汽。另一個(gè)變化點(diǎn)出現在從蒸汽中不再有能量力降和循環(huán)級數,因此提高了平行混合制冷流程的回收時(shí)。在本例中,這個(gè)點(diǎn)發(fā)生在熱量/動(dòng)力比值效率。為1.7時(shí),該值主要由蒸汽輪機的效率和工藝用熱的溫度決定。如果需要更多的熱量,就需要額外的5廢熱利用燃料在液化過(guò)程和動(dòng)力區,有大量的熱量從燃氣輪在本例中,需要熱量與動(dòng)力的比值小于1.0,機的排氣管內溢出。曾經(jīng)試圖通過(guò)利用熱油或熱水因此所產(chǎn)生的高壓蒸汽能夠產(chǎn)生大量的額外驅動(dòng)來(lái)綜合利用能源。在本設計中,使用蒸汽為工藝用力。蒸汽輪機能夠替代丙烷壓縮機的驅動(dòng)器,與燃熱補償熱量、驅動(dòng)機械以及發(fā)電。氣輪機相比,這個(gè)方案的可行性很強。由于突發(fā)事工藝用熱的量取決于原料氣中酸氣雜質(zhì)的濃件,當一個(gè)燃氣驅動(dòng)的混合制冷循環(huán)停機維修或者度。一般利用低壓蒸汽為酸氣溶劑的再生提供熱某一環(huán)節發(fā)生故障時(shí),平行混合制冷流程將有量。依據蒸汽輪機排氣產(chǎn)生的高壓蒸汽和再生過(guò)程60%的工作能力繼續生產(chǎn)。將這個(gè)特點(diǎn)與蒸汽輪機所需的低壓蒸汽的精確用量,高壓蒸汽可用來(lái)為泵較低的維修需求相結合,更加增強了這個(gè)方案的適進(jìn)口增壓,或者為凝汽式輪機產(chǎn)生動(dòng)力、電能或機應性。此外,蒸汽輪機可變速度的性能為丙烷壓縮械能。該選擇是在對工廠(chǎng)布局、備件原則和開(kāi)發(fā)過(guò)機拓寬了操作窗口程中設備的總數等其他因素進(jìn)行充分考慮優(yōu)化后作種替代方案是同時(shí)驅動(dòng)全部三臺工藝輪機,出的。利用蒸汽產(chǎn)生電能,并減少燃氣輪機產(chǎn)生的輔助動(dòng)相對于動(dòng)力需求,所需的工藝用熱決定了全部力。啟動(dòng)問(wèn)題必須考慮進(jìn)來(lái)。為了應付設備的啟流程中燃料效率的最大潛力。圖1以一個(gè)簡(jiǎn)單系統動(dòng),可能需要增加鍋爐或燃氣輪機來(lái)產(chǎn)生額外的動(dòng)為例,該系統的廢熱回收來(lái)自于有效系數為33%力。第二種替代方案是用蒸汽作為較小的驅動(dòng)器的的燃氣輪機。在燃氣輪機排出氣中所含的部分熱量動(dòng)力中國煤化工玉縮機或者輔助電可以回收用于生成高壓蒸汽。其后,高壓蒸汽通過(guò)機。CNA汽基礎設施。背壓式蒸汽輪機膨脹后轉變?yōu)榈蛪赫羝蛣?dòng)力?；?定20平反仰時(shí)取新的空氣冷卻設計與國外油田工程第25卷第7期(2009.7)些基礎LNG流程設計中燃料排放CO2的量。圖2也包括傳統的廢熱有限回收的空氣冷卻C/PMR設計的結果。適當優(yōu)化燃料與蒸汽的平衡,能夠使0燃料消耗減少30%。對于熱帶氣候、酸性原料氣。的空氣制冷流程,燃料的CO2排放率達到1t液化天然氣排放0.21tCO2,這是一個(gè)很有競爭力的結果。廢熱回收和用蒸汽產(chǎn)生動(dòng)力有助于環(huán)境的可持續發(fā)展。傳統的空氣冷卻平行混合致冷流程工藝的卡塔爾俄羅斯太平洋尼日利亞阿曼大機組結果與圖2中卡塔爾的水制冷設備的值很接近。在卡塔爾,以水冷卻為基礎的設計方案,其操作與以圖2CO2排放量對比圖燃氣為基礎的裝置相似。比較結果顯示出平行混合制冷流程的潛在高效,考慮到這個(gè)流程的水冷卻方資料來(lái)源于美國《JPT》2008年11月案,效率將進(jìn)一步提高8%。(收稿日期2009-06-09)(上接第41頁(yè))低密度添加劑2。的薄膜,限制水泥基體內顆粒間的流動(dòng),減小了水ULWGMS已應用于18口氣井,一起使用的泥的滲透性還有用于油基泥漿的標準低密度沖洗液和隔離液◇改善了脆性和穩定性,價(jià)格更低,35min內靜沖洗液中還應用了萜烯,以提高其性能。膠凝強度從100SGS到500SS(48.0~240Pa)。5.4低密度添加劑8結果與評價(jià)低破裂壓力梯度和循環(huán)漏失問(wèn)題是設計低密度ULWGMS在 Anaco氣井中確實(shí)顯示出其優(yōu)異水泥漿的決定性因素。為了改變水與固體的比率,的性能。直到現在,沒(méi)有由于氣竄或出水對氣井產(chǎn)獲得9.0ppg的密度和相對高的抗壓強度,在體系量和壽命產(chǎn)生影響,該水泥漿通過(guò)了委內瑞拉ln中引入了空心玻璃微珠,用現存的超聲波水泥強度evep石油公司實(shí)驗室所進(jìn)行的一切測試,與專(zhuān)業(yè)分析儀不能分析超低密度水泥漿的耐壓性能。對水服務(wù)公司所遞交的結果一致泥漿的抗壓強度壓裂試驗和超聲水泥強度分析實(shí)驗9結論進(jìn)行了對比,誤差高達1100psi本文展示了 Anaco地區不同氣田的 ULWGMS6混合工藝的研究及應用,可得到如下結論:為防止混合過(guò)程中那些低密度固體添加劑分◇通過(guò)優(yōu)化顆粒尺寸和提高填充體積分數,所離、分層或損耗,正確地將添加劑或水加入到批處獲得的水泥漿密度接近水的密度理水泥漿混合器的過(guò)程中是很重要的。按以下原則◇降低水泥漿內水含量,改變水灰比率,降低可以獲得極好的效果,即將部分水泥與添加劑混水泥漿的孔隙度和滲透率,這是在產(chǎn)氣井內實(shí)現層合,然后再與剩下的水泥混合(水泥一添加劑一水間封隔的決定性因素泥),并按要求鼓入空氣◇兩種防氣竄添加劑同時(shí)使用,降低了滲透Anaco所用的量都在100bbl(1bbl=0.159性,提高了機械強度,縮短了靜膠凝強度轉變時(shí)m3)以下,所有都是批處理器混合的。干混物添間,提高了泥漿的性能。加到批處理水泥漿混合器中,空氣排放壓力不超過(guò)◇ UL WGMS的應用簡(jiǎn)化了井場(chǎng)作業(yè),取得了所推薦的10psi較好的經(jīng)濟效益。7氣田應用資料來(lái)源于美國《sPE102220》ULWGMS的基本成分是:本地G級水泥中國煤化工二氧化硅粉+防液/氣竄劑+固體防氣竄劑+分散CNMHG劑十降濾失劑十髙溫緩凝劑十輕質(zhì)空心玻璃微珠