1、目录目录第一节 天然气的液化流程第二节 天然气液化流程的模拟第三节 天然气液化装置第四节 天然气液化关键设备1PPT课件制冷原理：等熵膨胀制冷（膨胀机）等焓膨胀制冷（节流阀）蒸汽压缩制冷绝热去磁制冷He3-He4稀释制冷脉冲管制冷辐射制冷热电制冷2PPT课件s P sdq dhvdp CpdT T dp dps T T p 0对于等熵过程所以气体等熵膨胀时温度总是降低的。区别于节流过程气体等熵膨胀时，可用表示其微分等熵效应。T dqTdTTds Cp v T p v P p1Cp v T P s v T p3PPT课件h v1 v Cp T ps P sT T p等焓节流：气体的微分等熵效应总
2、是大于微分节流效应。因而对于同样的初参数和膨胀压力范围，等熵膨胀的温降比节流膨胀的要大的多。其差值就等于膨胀机的功耗等熵膨胀还可以回收膨胀功，因而可提高气体液化装置循环的经济性。这就是目前小型天然气液化装置中通常采用膨胀机制冷循环而不选用压缩气体的节流膨胀制冷循环的原因。T T P h vCps h 01CpT v s h4PPT课件第一节 液化工艺流程以制冷方式分，可分为以下三种方式：级联式液化流程混合制冷剂液化流程带膨胀机的液化流程通常采用的是包括了上述各种液化流程中某些部分的不同组合的复合流程。5PPT课件天然气液化装置：由天然气预处理流程、液化流程、储存系统、控制系统和消防系统等组成。
3、液化流程是其最重要的组成部分。种类：基本负荷型液化装置调峰型液化装置浮式液化天然气生产储卸装置(FPSO)6PPT课件20世纪60年代最早建设的天然气液化装置，采用当时技术成熟的级联式液化流程；到20世纪70年代又转而采用流程大为简化的混合制冷剂液化流程；20世纪80年代后新建与扩建的基本负荷型天然气液化装置，则几乎无例外地采用丙烷预冷混合制冷剂液化流程。目前，主要是膨胀制冷与混合制冷的混合使用。7PPT课件1、级联式液化流程级联式液化流程也被称为阶式(cascade)液化流程、复叠式液化流程或串联蒸发冷凝液化流程，主要应用于基本负荷型天然气液化装置。该液化流程由三级独立制冷循环组成，制冷剂分
4、别为丙烷、乙烯和甲烷。8PPT课件1、级联式液化流程9PPT课件10PPT课件1、级联式液化流程级联式液化流程的优点是：能耗低；制冷剂为纯物质，无配比问题；技术成熟，操作稳定。缺点是：机组多，流程复杂，初始投资大；附属设备多，要有专门生产和储存多种制冷剂的设备；管道与控制系统复杂。维护不便。11PPT课件2、混合制冷剂液化流程混合制冷剂液化流程(MRC：Mixed Refrigerant Cycle)是以C1至C5的碳氢化合物及N2等五种以上的多组分混合制冷剂为工质，进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量，以达到逐步冷却和液化天然气的目的。MRC既达到类似级联式液化流程的目的，
5、又克服了其系统复杂的缺点。自20世纪70年代以来，对于基本负荷型天然气液化装置，广泛采用了各种不同类型的混合制冷剂液化流程。12PPT课件2、混合制冷剂液化流程与级联式液化流程相比，其优点是：机组设备少、流程简单、投资省，投资费用比经典级联式液化流程约低1520；管理方便；混合制冷剂组分可以部分或全部从天然气本身提取与补充。缺点是：能耗较高，比级联式液化流程高10-20左右；混合制冷剂的合理配比较困难；流程计算须提供各组分可靠的平衡数据与物性参数，计算困难。13PPT课件混合制冷剂混合制冷剂液化流程分为液化流程分为：闭式混合制冷剂液化流程开式混合制冷剂液化流程丙烷预冷混合制冷剂液化流程CII液
6、化流程14PPT课件闭式混合制冷剂液化流程闭式混合制冷剂液化流程（Closed MixedRefrigerant Cycle）的制冷剂循环和天然气液化过程分开，自成一个独立的制冷循环。15PPT课件在混合制冷剂液化流程的换热器中，提供冷量的混合工质的液体蒸发温度随组分的不同而不同，在换热器内的热交换过程是个变温过程通过合理选择制冷剂，可使冷热流体间的换热温差保持比较低的水平。16PPT课件开式混合制冷剂液化流程开式混合制冷剂液化流程开式混合制冷剂液化流程（Opened MixedRefrigerant Cycle）中天然气既是制冷剂，又是需要液化的对象。17PPT课件丙烷预冷混合制冷剂液化流程
7、丙烷预冷混合制冷剂液化流程丙烷预冷混合制冷剂液化流程（C3/MRC：Propane Mixed Refrigerant Cycle），结合了级联式液化流程和混合制冷剂液化流程的优点，流程既高效又简单。所以自20世纪70年代以来，这类液化流程在基本负荷型天然气液化装置中得到了广泛的应用，目前世界上80以上的基本负荷型天然气液化装置中，采用了丙烷预冷混合制冷剂液化流程。18PPT课件液化流程三部分：混合制冷剂循环；丙烷预冷循环；天然气液化回路。丙烷预冷循环用于预冷混合制冷剂和天然气，而混合制冷剂循环用于深冷和液化天然气。19PPT课件丙烷预冷循环20PPT课件混合制冷剂循环：21PPT课件APCI
8、丙烷预冷天然气液化流程：在丙烷预冷循环中、从丙烷换热器来的高、中、低压的丙烷，用一个压缩机压缩，压缩后先用水进行预冷，然后经节流降温、降压后，为天然气和混合制冷剂提供冷量。22PPT课件CII液化流程法国燃气公司的研究部门开发了新型的混合制冷剂液化流程，即整体结合式级联型液化流程(IntegralIncorporated Cascade)，简称为CII液化流程。代表NG液化技术的发展趋势，具有低成本、可靠性好、易于操作等优点。23PPT课件在上海建造的CII液化流程是我国第一座调峰型天然气液化装置中所采用的流程。CII液化流程的主要设备包括混合制冷剂压缩机、混合制冷剂分馏设备和整体式冷箱三个部
9、分。整个液化流程可分为天然气液化系统和混合制冷剂循环两部分。24PPT课件CII流程具有如下特点：流程精简、设备少。CII液化流程出于降低设备投资和建设费用的考虑，简化了预冷制冷机组的设计。在流程中增加了分馏塔，将混合制冷剂分馏为重组分(以丁烷和戊烷为主)和轻组分(以氮、甲烷、乙烷为主)两部分、重组分冷却、节流降温后返流，作为冷源进入冷箱上部预冷天然气和混合制冷剂；轻组分气液分离后进入冷箱下部，用于冷凝、过冷天然气。冷箱采用高效钎焊铝板翅式换热器，体积小，便于安装。整体式冷箱结构紧凑，分为上下两部分天然气在冷箱内由环境温度却至-160左右液体。25PPT课件3、带膨胀机的液化流程带膨胀机液化流
10、程(Expander Cycle)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实现天然气液化的流程，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。当管路输来的进入装置的原料气与离开液化装置的商品气有“自由”压差时，液化过程就可能不要“从外界”加入能量，而是靠“自由”压差通过膨胀机制冷，使进入装置的天然气液化。流程的关键设备是透平膨胀机。26PPT课件根据制冷剂的不同，可分为氮气膨胀液化流程和天然气膨胀液化流程。这类流程的优点：流程简单、调节灵活、工作可靠、易起动、易操作、维护方便；用天然气本身为工质时，省去专门生产、运输、储存制冷剂的费用；缺点：送入装置的气流须
11、全部深度干燥；回流压力低换热面积大，设备金属投入量大；受低压用户多少的限制；液化率低，如再循环，则再增加循环压缩机后，功耗大大增加。由于带膨胀机的液化流程操作比较简单，投资适中，特别适用于液化能力较小的调峰型天然气液化装置。27PPT课件1）天然气膨胀液化流程对于这类流程，为了能得到较大的液化量，在流程中增加了一台压缩机，这种流程称为带循环压缩机的天然气膨胀液化流程，其缺点是流程功耗大。28PPT课件29PPT课件上面所示的天然气直接膨胀液化流程属于开式循环，即高压的原料气经冷却、膨胀制冷与回收冷量后，低压天然气直接(或经增压达到所需的压力)作为商品气去配气管网。若将回收冷量后的低压天然气用压
12、缩机增压后与原料气相同的压力后，返回至原料气中开始下一个循环，则这类循环属于闭式循环。30PPT课件2）氮气膨胀液化流程该液化流程由原料气液化回路和两级N2膨胀液化循环组成31PPT课件与混合制冷剂液化流程相比，氮气膨胀液化流程（N2Cycle）较为简化、紧凑，造价略低。起动快，热态起动1-2h即可获得满负荷产品，运行灵活，适应性强，易于操作和控制，安全性好，放空不会引起火灾或爆炸危险。制冷剂采用单组分气体。但其能耗要比混合制冷剂液化流程高40左右。32PPT课件3）氮-甲烷膨胀液化流程为了降低膨胀机的功耗，采用N2-CH4混合气体代替纯N2，发展了N2-CH4膨胀液化流程，与混合制冷剂液化流
13、程相比较，氮-甲烷膨胀液化流程有起动时间短、流程简单、控制容易、混合制冷剂测定及计算方便等优点。由于缩小了冷端换热温差，它比纯氮膨胀液化流程节省1020的动力消耗。33PPT课件液化流程：由天然气液化系统与N2-CH4制冷系统两个各自独立的部分组成，34PPT课件其它膨胀液化流程带膨胀机的液化流程出入换热器的传热温差太大，从而使流程的用损很大，为了降低流程的用损，可采取以下措施：采用预冷方法、对制冷剂进行预冷。提高进入透平膨胀机气流的压力，并降低其温度：将带膨胀机液化流程与其它液化流程(例如混合制冷剂液化流程)结合起来使用。35PPT课件带丙烷预冷的天然气膨胀液化流程36PPT课件国外液化工艺
14、的最新发展CII-2 工艺原理流程图37PPT课件第二节 天然气液化流程的模拟即对液化流程进行稳态的热力和物料衡算，确定液化流程各节点的热力参数以及液化流程的重要性能指标，既是对液化流程进行系统分析的重要手段，也是天然气液化流程参数优化分析的基础。模拟计算出的性能指标可以直观地反映出流程性能的好坏，其中功耗是一个重要的指标参数。38PPT课件工具：HYSYS软件是加拿大HYPROTECH公司开发的油气加工处理模拟软件，该软件可以解决大多数复杂问题，且使用方便。因其具有较高的精度和较强的功能而在国际范围内得到了广泛的应用。PRO II：是SIMSIC 公司开发的流程模拟软件。39PPT课件各个设
15、备模块设计由设备入口的物流参数以及设备参数，通过物流衡算方程、热量衡算方程和设备约束方程，最终得到设备出口处的物流参数，这些物流参数包括流体的流量F、温度T、压力P、摩尔分率、焓值H和熵值S等基本热力参数。气液分离器模块物流混合器模块节流阀模块压缩机模块膨胀机模块多股流换热器模块40PPT课件气液分离器模块气液分离器是液化流程中的一个关键设备。流程中气液分离器分离出的液相冷却后，进入节流阀产生温降，为换热器提供冷量；分离出的气相，为后续流程提供制冷剂。调用气液闪蒸函数，计算出口状态两股流的气相和液相流量和各自的摩尔分数。调用焓、熵的计算程序，得到经气液分离后的气相和液相的焓、熵值。气液分离器F
16、2,P2,T2,z2,H2,S2F3,P3,T3,z3,H3,S3F1,P1,T1,z1,H1,S141PPT课件物流混合器模块液化天然气流程中，混合器作用是混合换热器中节流阀节流降温后的流体与后续流程返回的制冷剂，它有两方面的作用：使制冷剂循环利用；返回的制冷剂温度仍较低，可为高温级换热器提供冷量，从而使低温级低压制冷剂的冷量得到充分的利用。物流混合器F1,P1,T1,z1,H1,S1F2,P2,T2,z2,H2,S2F3,P3,T3,z3,H3,S342PPT课件物流混合器模块1）据能量和物料平衡得到混合气出口状态的焓值和流量；2）求得出口物流的摩尔分数；3）调用（P，H）闪蒸程序，求解混
17、合器出口温度；4）调用相平衡计算程序，得到出口状态的相应参数；5）计算出口状态下的熵值。43PPT课件节流阀模块该模块计算物流经节流阀后的热力参数。由于节流过程物流流速大、时间短，可认为是一等焓过程。根据等焓条件，利用闪蒸程序确定物流节流后的温度、气液相流量和焓、熵值。节流阀F1,P1,T1,z1,H1,S1F2,P2,T2,z2,H2,S21）物料平衡；2）调用闪蒸程序，求解节流阀出口温度；3）调用相平衡计算程序得到出口状态下的相应参数；4）计算出口状态下的熵值。44PPT课件压缩机模块天然气液化流程中所用的压缩机，从结构上可以分为离心式压缩机和轴流式压缩机。压缩机是液化流程中必不可少的设备
18、。在流程中，它最重要的作用是压缩制冷剂，为后续流程中各节流阀降压、降温作准备。压缩机p1，T1，qn,1，H1，S1p2，T2，qn,2，H2，S2qn,V2，qn,L2，x2，y2，Z2，Z1，c45PPT课件压缩机模块1）物料平衡：qn,2=qn,1；Z2=Z1。2）调用（p，H）闪蒸程序，求解p1到p2等熵过程的终了温度T2s。3）调用相平衡计算程序，得到T2s下的相应参数。4）调用焓的计算函数，得到T2s下的焓。5）根据压缩机的效率，计算压缩机出口状态下的焓H2=H1+（H2s-H1）/c。6）调用（p，H）闪蒸程序，求解压缩机出口温度T2。7）调用相平衡计算程序，得到T2下的相应参数
19、。8）计算终了状态下的S2。46PPT课件膨胀机模块膨胀机和上面的节流阀在液化流程中具有重要的作用。它使经压缩机压缩后的高压制冷剂在这一设备中降压，同时产生降温，从而在换热器中该股制冷剂的冷量可以传给天然气和其他制冷剂。膨胀机F1,P1,T1,z1,H1,S1,F2,P2,T2,z2,H2,S2求解步骤与压缩机的基本相同，焓的计算公式有差别：H2=H1-（H1-Hc）ex47PPT课件多股流换热器模块多股流换热器在流程中，实现低压制冷剂冷量向天然气和高压制冷剂传递。天然气吸收冷量后降温，逐步向液化目标前进；高压制冷剂吸收冷量后能部分液化，使高压制冷剂进入下一个气液分离器时能产生气液两相。多股流
20、换热器F2,P2,T2,z2,H2,S2F3,P3,T3,z3,H3,S3F6,P6,T6,z6,H6,S6F1,P1,T1,z1,H1,S1F4,P4,T4,z4,H4,S4F5,P5,T5,z5,H5,S548PPT课件（1）天然气组分的摩尔分数为：82.0%的CH4，11.2%的C2H6，4.0%的C3H8，1.2%的i-C4H10，0.9%的n-C4H10，0.7%的N2；（2）原料气压力为3.5MPa，温度为35；（3）LNG的储存压力为0.3MPa；（4）制冷循环中压缩机的出口压力、进口压力随不同的流程形式不同；（5）各换热器的最小温差为24；（6）丙烷预冷循环中压缩机出口压力为1
21、.30MPa；（7）丙烷预冷循环中丙烷节流后压力为0.12MPa；（8）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；49PPT课件无预冷的单级氮膨胀液化流程50PPT课件51PPT课件0.803320.9101.097.46328.6LNG产量（m3/h）压缩机C1功耗W1（KW）膨胀机EXP提供的轴功W2（KW）Cooler1冷却水带走的热量（KW）Cooler 2冷却水带走的热量（KW）比功耗：320.90.803625=0.639 KWh/m352PPT课件丙烷预冷的单级氮膨胀液化流程53PPT课件54PPT课件0.803213.526.2366.1458.42217.1
22、69.28LNG产量（m3/h）氮气压缩机C1功耗W1（KW）丙烷压缩机C3功耗W3（KW）膨胀机EXP提供的轴功W2（KW）Cooler1冷却水带走的热量（KW）Cooler 2冷却水带走的热量（KW）Cooler 3冷却水带走的热量（KW）比功耗：（213.5+26.23）0.803625=0.478 KWh/m355PPT课件0.8760.478344.84.066.14239.73带丙烷预冷的流程0.876426.06 0.6397.22101.0320.9单级氮膨胀流程液化率比功耗KWh/m3水冷却负荷KW膨胀机的压比膨胀机功率KW压缩机功耗KW液化流程56PPT课件温度（）各种液化
23、流程的比较复迭式制冷循环与带丙烷预冷的混合制冷剂制冷循环复迭式制冷循环的实际级间操作温度与原料气的冷却曲线的贴近程度要比带丙烷预冷的混合制冷剂制冷循环的好，这说明该制冷循环的不可逆熵增要比混合制冷剂制冷循环的少，循环效率相应地要高于混合制冷剂制冷循环1000080006000-2000-4000-6000-160200-20-40-60-80-100-120-140404000 2000 0焓值（kJ/h）原料气冷却曲线复迭式制冷循环带丙烷预冷的混合剂制冷循环57PPT课件与阶式循环的相对功耗1.001.251.151.052.001.701.70循环阶式制冷循环单级混合制冷循环带丙烷预冷的混
24、合制冷循环多级混合制冷循环单膨胀机循环带丙烷预冷的单膨胀机循环双膨胀机循环液化流程能耗比较典型级联式液化流程的比功耗为0.33kW.h/kg。58PPT课件液化流程的敏感性分析及优化进料流量原料气压力、温度、甲烷含量LNG的储存压力、温度膨胀机入口压力、温度，膨胀机出口压力59PPT课件比功耗降低升高降低升高降低降低升高降低液化率降低不变降低升高降低升高降低升高压缩机功耗降低升高升高升高降低降低降低升高天然气冷却负荷降低升高升高升高降低升高降低不变影响参数及变化趋势原料气压力升高原料气温度升高原料气甲烷含量升高膨胀机入口压力升高膨胀机出口压力升高膨胀机入口温度升高LNG节流前温度升高LNG储存
25、压力升高丙烷预冷的单级氮膨胀液化流程参数变化对流程性能参数的影响60PPT课件 液化流程分析液化流程设备的用分析模型忽略工质的动能、位能，稳流工质的焓，用可表示为：压缩机用损失：压缩机的用平衡方程为：压缩机的效率61PPT课件节流阀和膨胀机的用损失：节流阀用平衡方程为膨胀机用平衡方程为62PPT课件水冷却器的用损失：水冷却器的用损失方程为63PPT课件物流混合用损失 物流混合的用平衡方程为多股流换热器用损失 多股流换热器的用平衡方程为64PPT课件丙烷预冷的单级氮膨胀液化流程65PPT课件0.60.50.40.30.20.10压缩机冷却器节流阀换热器各设备火用损失所占比例图66PPT课件降低液
26、化流程用损失的改进措施1、对于降低压缩机的用损：1）合理选择压缩机吸入温度和压缩系数；2）改进压缩机结构，提高压缩机的绝热效率。2、对于降低换热器的用损：1）采用强化传热措施，增加换热面积；2）流程中采用回热的方法，回收低温冷量，减少系统的用损失。3、对于降低节流阀的用损：1）合理选择液化流程参数，减少节流压力降；2）在换热器中对节流工质进行过冷，使工质在节流前处于过冷状态。67PPT课件不同LNG流程的比较中小型液化装置和海上装置功耗相对较高此几乎不受船体运动的影响；无需易燃制冷剂存储，安全性高；能够简单迅速地启动与停工；对原料气组分不敏感；如果用天然气本身作为工质，省去专门生产、运输、储存
27、制冷剂的费用。膨胀制冷液化工艺基本负荷型或者调峰型 混合制冷剂各组分比例确定较困难，而且由于泄漏、补给和错误调节，制冷剂会产生部分损耗；它需要制冷剂精确的混合，所以比其他循环需要较长的时间启动和稳定。流程简单，设备少，布置紧凑，占地面积小，调节灵活，工作可靠；运行平稳，氮膨胀系统的制冷剂始终处于气相，因 流程简单、效率高、机组少、投资费用低；混合制冷剂还具有易于投运、控制和运转时间长等好处。混合制冷剂液化工艺适用性陆上大型装置缺点流程复杂，所需压缩机机组或设备多，基建成本高，占地面积大，无法满足海上使用的要求。优点所需的能耗最小，是目前天然气液化循环中效率最高的一种；所需换热面积小，且制冷循环
28、与天然气液化系统各自独立，相互影响少，操作稳定，适应性强，技术成熟。液化工艺级联式液化工艺68PPT课件LNG装置流程选择天然气液化装置的产量，有的年产达百万吨；有的年产仅数千吨；有的天然气液化厂是基本负荷型；有的则是调峰型；有的装置固定地建在陆上；但也有的建在海洋浮动平台上。所有这些不同的条件和要求，决定了天然气液化装置流程不可能是单一的模式，在选择液化流程时需综合考虑初投资、能耗等多种因素。69PPT课件小型LNG装置小型LNG装置流程通常倾向于选择比较简单的膨胀机循环或MRC循环。对产量小于200t/d的装置，采用膨胀机循环一般更为经济，因为其流程的简单抵消了其能耗较高的劣势，同时该液化
29、装置流程与MRC相比具用以下优点：（1）冷箱小。膨胀机的工质一般是氮气或甲烷，因为它们一直保持气态，因而无需两相制冷剂系统中的分离器和分配器，加之所需换热器面积小，故冷箱也就相对较小；（2）适用性强，易于操作。由于膨胀机循环对进气成分的变化不敏感，在工作过程中不需要操作人员对制冷剂组成进行相应的调整。相反MRC循环虽也可以适应进气成分的变化，但一般需操作人员对制冷剂组成进行相应的调整；（3）无需单独的烃制冷剂储存。而MRC循环需要在工作区引入并储存烃制冷剂。70PPT课件中型LNG装置对于这种LNG装置，需要采用一些经过改进的MRC循环。大型LNG装置大型基本负荷型LNG装置一般均采用MRC循
30、环流程。由于在大型装置中对循环效率的要求较高，因而一般采用带预冷的MRC循环。通过查阅有关文献了解到近几年世界上所建的大型LNG工厂几乎都采用了此流程。71PPT课件72PPT课件投产时间2000-22001-112005-82006-32006-32008-102008-12104m3/d 1015150152560100采用的液化工艺法国索菲公司级联式液化流程（CII）法国索菲公司级联式制冷循环德国林德公司的SMRC美国SALOF两级膨胀机制冷循环加拿大PROPAK氮循环两级膨胀制冷流程美国B&V公司Prico液化工艺（SMRC）美国B&V公司Prico液化工艺（SMRC）投产或拟地点上海
31、浦东河南濮阳新疆鄯善广西北海海南福山广东珠海鄂尔多斯规模名称上海浦东LNG装置中原绿能LNG装置新疆广汇LNG装置新澳涠洲LNG装置海南海燃LNG装置中海油珠海LNG装置鄂尔多斯LNG装置类别引进技术中国已建和在建的商业化液化装置表73PPT课件729（其中引进技术规模为375104m3/d，国产技术规模为354104 m3/d）合计利用管网压差、双级膨胀制冷、部分液化全液化装置、MRC制冷全液化装置、MRC制冷全液化装置、（氮气+甲烷）膨胀制冷全液化装置、氮气膨胀制冷全液化装置、MRC制冷利用管网压差、膨胀制冷、部分液化全液化装置、（氮气+甲烷）膨胀制冷全液化装置、氮气膨胀制冷利用管网压差、
32、膨胀制冷、部分液化全液化装置、MRC制冷2009-22008-102009-92009-42009-62009-52007-32008-112008-32007-112007-12河南安阳山西晋城山西晋城鄂托克前旗青海西宁安徽合肥四川泸州山西晋城山东泰安江苏苏州黑龙江大庆102560602085501572安阳LNG工厂晋城LNG工厂晋城LNG工厂（二期）内蒙古时泰LNG工厂西宁LNG工厂（三期）合肥LNG工厂泸州LNG工厂山西顺泰LNG工厂泰安LNG工厂苏州LNG工厂LNG实验装置全液化装置、氮气膨胀制冷全液化装置、（氮气+甲烷）膨胀制冷全液化装置、（氮气+甲烷）膨胀制冷利用管网压差、单级膨
33、胀制冷、部分液化利用管网压差、单级膨胀制冷、部分液化全液化装置、（氮气+甲烷）膨胀制冷利用管网压差、单级膨胀制冷、部分液化全液化装置、氮气膨胀制冷2008-82009-102009-62005-112006-102007-92008-12008-8四川成都宁夏银川鄂尔多斯四川犍为江苏江阴辽宁沈阳青海西宁青海西宁103015452620龙泉驿LNG工厂宁夏LNG工厂鄂尔多斯LNG工厂犍为LNG工厂江阴LNG工厂沈阳LNG工厂西宁LNG工厂（一期）西宁LNG工厂（二期）国产技术74PPT课件海上浮动LNG装置天然气液化设备是浮式LNG装置的关键生产设备，直接影响到整个装置运行的安全性和经济性。（1
34、）流程简单、设备紧凑、占地少、满足海上的安装要求；（2）液化流程有制取制冷剂的能力，对不同产地的天然气适应性强，热效率高；（3）安全可靠，船体的运动不会显著影响其性能；（4）在面临恶劣天气时能快速停机，并移动至另一生产位置后能迅速开机。75PPT课件膨胀机循环设备少且布置紧凑可以最大限度的减少船的尺寸而降低总成本。而且膨胀机循环无需制冷剂储存，因而也是最安全的流程。这些因素决定了膨胀机循环将在海上浮动LNG装置中占主导地位。膨胀机循环设备少且布置紧凑可以最大限度的减少船的尺寸而降低总成本。膨胀机循环无需制冷剂储存，因而也是最安全的流程。这些因素决定了膨胀机循环将在海上FLNG装置中占主导地位。
35、76PPT课件第三节 液化天然气装置基本负荷型天然气液化装置调峰型天然气液化装置浮式液化天然气生产储卸系统77PPT课件一、基本负荷型天然气液化装置基本负荷型天然气液化装置主要用于天然气的远洋运输，进行国内外间LNG的贸易，它除了液化装置和公用工程以外，还配有港口设备、栈桥及其它装运设备。LNG相应的输入国要建设LNG港口接收站，配备卸货装置、储槽、再气化装置和送气设备等。基本负荷型天然气液化装置由天然气预处理流程、液化流程、储存系统、控制系统、装卸设施和消防系统等组成，是一个复杂庞大的系统工程。78PPT课件对于基本负荷型天然气液化装置，其液化单元常采用级联式液化流程和混合制冷剂液化流程。2
36、0世纪60年代最早建LNG的天然气液化装置，采用当时技术成熟的级联式液化流程。到70年代又转而采用流程大为简化的混合制冷剂液化流程。80年代后新建与扩建的基本负荷型天然气液化装置，几乎都采用了丙烷顶冷混合制冷剂液化流程。79PPT课件1、采用级联式液化流程的基本负荷型液化装置在阿尔及利亚建造的世界上第一座大型基本负荷型天然气液化装置(CAMEL），它采用丙烷、乙稀和甲烷组成的级联式液化流程。第二座基本负荷型LNG工厂于1969年在阿拉斯加建成并开始运行，它与CAMEL有相近的生产能力，采用的也是级联式液化流程。80PPT课件2、采用闭式混合制冷剂液化流程的基本负荷型液化装置混合制冷剂液化流程有
37、开式和闭式两种，闭式混合制冷剂液化流程是指制冷剂循环与天然气液化过程彼此分开的液化流程。利比亚伊索工厂的液化装置采用闭式混合制冷剂液化循环。该厂共有四条液化生产线，每两条液化线组成一套装置。每套装置设有单独的原料气预处理、压缩机及换热器等。总液化能力为1075万m3d。81PPT课件82PPT课件3、采用丙烷预冷混合制冷剂液化流程的基本负荷型液化装置70年代，APCI(美国空气液化公司)发展了丙烷预冷混合制冷剂液化流程。于1973年获得专利，并在大型的LNG液化工厂得到了广泛应用。它是级联式循环和混合制冷剂循环的结合，用丙烷将天然气从40预冷至-30，混合制冷剂循环再把天然气从-30过冷到-1
38、60。北加里曼丹的文莱首次采用这种液化流程的天然气液化装置，共有五套这样的装置，每套液化能力为424.5万m3d。83PPT课件84PPT课件双混合制冷剂液化流程(DMR)包括两个混合制冷剂循环，一个用于预冷，另一个用于液化。壳牌公司通过优化设计DMR液化流程，从而可充分利用预冷循环和液化循环中的压缩机驱动装置的动力。对于DMR液化流程，可通过调节两个循环中混合制冷剂的组分，使压缩机在很宽的进气条件和大气环境下工作，DMR液化流程在投资方面比丙烷须冷混合制冷剂液化流程更有竞争力。除了新型液化流程在装置中应用外，还有一些设备方面的新技术也应用到装置中，如钎焊铝板翅式换热器、大型和高性能的压缩机和
39、膨胀机、大型燃气轮机作为制冷压缩机的驱动机等。技术的进步极大地推动了天然气液化装置发展与进步。85PPT课件Shell DMR工艺原理流程图86PPT课件我国的基本负荷型天然气液化装置中原油田天然气液化装置中原天然气液化流程示意图1.分液罐；2.过滤器；3.脱CO2塔；4.干燥器；5.中压丙烷换热器；6.低压丙烷换热器；7、11、14.节流阀；8.高压天然气分离器；9.乙烯换热器；10.中压LNG换热器；12.中压天然气分离器；13.低压LNG换热器；15.低压天然气分离器；16.LNG储槽原料气压力12MPa，温度为30，甲烷的摩尔分数在93.35%-95.83%。87PPT课件88PPT课
40、件中科院低温中心等单位研制的天然气液化装置89PPT课件天然气液化综合处理工厂一、装置地点：湖北省松滋市涴市镇二、装置特点：1、该装置以伴生气为气源，设计处理能力：3104Nm3/d；2、装置生产产品：LNG（液化天然气）、LPG（液化石油气）、NGL（轻烃)3、LNG的液化率可达到100%；4、设备国产化达到100%；5、撬装集成率达到80%以上；90PPT课件二、调峰型天然气液化装置调峰型液化装置指为调峰负荷、补充冬季燃料供应或事故调峰用的天然气液化装置，通常将低峰负荷时过剩的天然气液化储存、次高峰时或紧急情况下下再气化使用。此类装置的液化能力较小，储存能力较大，生产的LNG一般不作为产品
41、外售。调峰型LNG装置通常远离天然气的产地，常处在大城市附近。调峰型天然气液化装置主要采用以下三种类型的液化流程：级联式液化流程（曾被广泛采用，现在基本上不用）；混合制冷剂液化流程；膨胀机液化流程，这类装置充分利用原料气与管网气之间的压力差，达到节能的目的。91PPT课件1、采用天然气直接膨胀液化流程的调峰型液化装置天然气直接膨胀液化流程是指直接利用气田来的有压力的天然气，在膨胀机中绝热膨胀到输送管道的压力，而使天然气液化的流程。美国西北天然气公司1968年建立的一座调峰型液化装置就是采用此液化流程。92PPT课件2、采用氮膨胀液化流程的调峰型液化装置氮膨胀液化流程是天然气直接膨胀液化流程的一
42、种变形，在流程中，氮气制冷循环回路与天然气液化回路分开，氮气制冷循环为天然气提供冷量。93PPT课件3、我国第一座调峰型天然气液化装置我国上海浦东的LNG调峰站是我国第一座调峰型天然气液化装置。它的建成将对我国液化天然气工业的发展产生深远影响，浦东调峰LNG装置，是东海天然气早期开采供应上海城市燃气工程下游部分中的一个重要组成部分，它主要用于东海天然气早期开采中上游工程因不可抗拒的因素(如台风等)停产、输气管线事故，或冬季调峰时向管网提供可靠的天然气供应，确保安全供气，该装置由法国燃气公司设计制造，于1999年开始运行。94PPT课件调峰LNG装置的工作流程如下由市区1.5MPa天然气管网，送
43、至调峰LNG站的天然气，首先进行过滤、计量并加压至5MPa；然后进入预处理系统，用MEA法脱CO2、H2S，用分子筛脱水；再经液化流程液化；液化后的天然气储存在2万m3LNG储槽内。当需要供气时，储槽内的LNG经LNG泵加压送至汽化器，汽化后天然气经调压、加臭后送入市区高压管网。储槽内的LNG在储存期间产生的蒸发气体，经BOG处理工艺的压缩机增压后，送入市区高压管网。95PPT课件该LNG装置的主要性能指标如下：储槽容积为2万m3。储槽日蒸发率为0.08。液化能力为165 m3d LNG。汽化能力为120m3h LNG。96PPT课件97PPT课件调峰型天然气液化装置的经济性评价原则流程选择原
44、则投资成本；运行费用；装置的简便性；运行的灵活性；自动化程度；原料气参数；尾气的利用和限制；LNG的质量要求；压缩机与驱动机系统；液化能力。98PPT课件一般而言，随着液化流程复杂程度的增加，LNG的比能耗会下降，运行成本会下降；而流程设备数量的增加以及流程回路的增加会造成固定设备投资费用的增加，流程设备可靠性的降低以及有效工作时间的减少，增加了单位产品的成本。液化流程的选择要综合考虑设备投资和运行的重要因素，例如比能耗、流程复杂性以及可靠性的影响，客观地比较各种液化流程方案的经济性。99PPT课件液化流程的技术经济分析就是以经济效益的观点来分析、比较不同的液化流程方案，从中选择技术先进、经济
45、上合理的方案。调峰型液化流程种类较多、各有其特点，设计者往往面临着合理评价与选取液化流程的问题。因此，为了合理地选择液化流程，在达到技术要求的前提下，应对不同的液化流程进行技术经济分析。100PPT课件苏州华峰液化天然气有限公司70000m3d调峰型天然气液化装置天然气处理量为7.2万m3/d，波动范围为20，最大处理量为8.64万m3d；液化率10；LNG产品压力为0.4MPa，温度为-138。101PPT课件102PPT课件103PPT课件(1)采用天然气膨胀制冷循环，装置操作简单，启动出液快。(2)动设备数量少，降低工程投资和运行维护费；采用高效板翅式换热器，换热效率高。采用这种天然气膨
46、胀制冷流程工艺的LNG调峰厂占地面积小(约18亩)、投资省(约2500万元)，储气量大。装置采用了工艺设备撬装化、板翅式低温换热器以及低温设备集中于冷箱整体隔热等先进工艺及设计，并且设备全部国产化，为我国LNG工业的发展提供宝贵经验。特点：特点：104PPT课件单位LNG产品能耗是液化流程热力学效率的最重要指标，包含压缩机的功率消耗以及经营管理中的其它动力消耗，既与液化流程的设计和流程设备的选型等固有特征有关，也与经营管理的技术水平有关。但是，由于在LNG单位产品的生产成本中，液化设备的初始基建投资占的比例比单位能耗大得多，单位能耗的指标往往不是决定件指标。对一些小型的调峰型天然气液化装置，单
47、位能耗的考虑会摆在次要地位。105PPT课件三、浮式液化天然气生产储卸装置海洋蕴藏着丰富的天然气资源。目前，世界海洋天然气年产4.51011m3，占世界天然气年总产量21。海上天然气的开发不仅环境严峻、技术难度大、投资巨大，且建设周期长、资金回收期长，因此风险较大。目前开发的都是一些大型的商业性天然气田。边际气田一般为地处偏远的海上中小型气田，若采用常用的固定式平台进行，则收益较低，风险太大，投资者对此兴趣不大。20世纪90年代以来，随着发现的海上大型气田数量的减少，边际气田的开发日益受到重视。同时海洋工程的不断进步，也使边际气田的开发成为可能。浮式液化天然气生产储卸装置(FPSO)作为一种新
48、型的边际气田开发技术，以其投资较低、建设周期短、便于迁移等优点倍受青睐。106PPT课件海上LNG 供应链如下:首先通过LNG FPSO(LNG浮式生产、储存与装卸装置)将海底天然气经处理液化成液态天然气(LNG)，然后将LNG 卸载到LNG 运输船上，通过LNG船将LNG 运输到靠近岸边的LNG FSRU(浮式储气再气化装置)，将LNG气化成天然气供岸上使用。107PPT课件三、浮式液化天然气生产储卸系统常规海上天然气开发，包括海上平台的建设、铺设海底天然气输送管道、岸上天然气液化工厂的建设、公路建造、LNG外输港口等基础设施，其投资大、建造周期长、现金回收迟。浮式LNG生产储卸装置的设计着
49、眼于低投资、投产快和高效益，集液化天然气的生产、储存与卸载于一身，简化了边际气田的开发过程。108PPT课件浮式LNG装置可分为在驳船、油船基础上改装的LNG生产储卸装置和新型混凝土浮式生产储卸装置。整个装置可看作一座浮动的LNG生产接收终端，直接泊于气田上方进行作业，不需要先期进行海底输气管道、LNG工厂和码头的建设，降低了气田的开发成本。同时减少了原料天然气输送的压力损失、可以有效回收天然气资源。109PPT课件浮式LNG装置采用了生产工艺流程模块化技术，各工艺模块可根据质优、价廉的原则，在全球范围内选择厂家同时进行加工建造，然后在保护水域进行总体组装，可缩短建造安装周期。加快气田的开发速
50、度。浮式LNG装置远离人口密集区，对环境的影响较小，有效避免了陆上工厂建设可能对环境造成的污染问题。该装置便于迁移，可重复使用，当开采的气田气源衰竭后，可由拖船拖曳至新的气田投入生产，尤其适合于边际气田的开发利用。110PPT课件海上作业的特殊环境对液化流程提出了如下要求：流程简单、设备紧凑、占地少、满足海上的安装需要；液化流程有制取制冷剂的能力，对不同产地的天然气适应性强，热效率较高；安全可靠，船体的运动不会显著地影响其性能。111PPT课件美孚石油公司浮式LNG装置的液化流程采用了单一混合制冷剂取消了丙烷预冷，彻底消除了丙烷储存可能带来的危害。该流程以板翅式换热器组成的冷箱为主换热器，结构
