LNG工廠操作技術(shù)員培訓(xùn)教材(PPT 63頁(yè))

1、1液化天然氣培訓(xùn)液化天然氣培訓(xùn)2本部分包含：原料氣處理和液化原料氣處理和液化液化流程設(shè)備液化流程設(shè)備 第二單元第二單元 氣體處理流程氣體處理流程 3 學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)目目的的 通過(guò)對(duì)本單元的學(xué)習(xí)，你將會(huì)知道天然氣液化的基本原理和流程。 通過(guò)對(duì)本單元的學(xué)習(xí)，你應(yīng)熟練掌握預(yù)處理原料氣的方法。 通過(guò)對(duì)本單元的學(xué)習(xí)，你應(yīng)了解LNG廠流程設(shè)備的構(gòu)成。4 第一節(jié)第一節(jié) 原料氣處理和液化原料氣處理和液化 原料氣的成份原料氣的成份: : 輕組分物質(zhì) 重組分碳?xì)浠衔?二氧化碳 硫化氫 其它氣味氣體5（接上頁(yè)）（接上頁(yè)） 來(lái)自管道原料氣： 氮?dú)?甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 其它重組分碳?xì)浠衔?二氧化碳 硫化氫 其它

2、氣味氣體 水 粉塵/塵埃 來(lái)自氣井原料氣：除上面成分外，還含有其它物質(zhì)，如胂、氦氣和無(wú)機(jī)物氣體等。注：（在輸送到LNG廠前天然氣需要預(yù)處理）6 LNGLNG成分：成分： 氮?dú)?甲烷 丙烷 C4+7 簡(jiǎn)化后的簡(jiǎn)化后的LNGLNG液化流程如下圖所示：液化流程如下圖所示：8 怎樣獲得怎樣獲得LNGLNG？ 通過(guò)把常溫常壓的天然氣冷卻到低溫使其冷凝，再通過(guò)節(jié)流得到較低壓力和溫度的LNG. 包含如下兩個(gè)步驟： STEP 1:冷凝過(guò)程 SETP2:節(jié)流過(guò)程 通過(guò)上面的過(guò)程，天然氣中的一些成分被脫出以防止凝結(jié)滿足LNG液化條件。9 什什么么是是節(jié)節(jié)流流？ 利用閥門（常見(jiàn)如J-T閥）降低介質(zhì)的壓力而不增加換熱

3、過(guò)程，一部分低沸點(diǎn)的液體汽化。 溫度也隨著降低，使得在新工況下有氣液兩相物質(zhì)。 節(jié)流得到的液體即為L(zhǎng)NG，氣體被稱為閃蒸汽。10 LNG LNG 熱動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)熱動(dòng)力學(xué)基本知識(shí) 為便于講解，我們引入甲烷壓焓圖（P-H）概念，圖見(jiàn)下頁(yè)。 P-H圖顯示了壓力、溫度和焓值（熱值量）之間的關(guān)系。 圖中，曲線左方是甲烷液體，右方為甲烷蒸汽。 低于三相點(diǎn)線下為固體狀態(tài)。11甲烷P-H（壓焓）圖12 L LN NG G獲獲得得過(guò)過(guò)程程 狀態(tài)點(diǎn)1： T=800F , P=500psia, H=410Btu/lb. 狀態(tài)點(diǎn)2(使氣體冷卻直到都液化)： T= -2400F , P=490psia, H=150B

4、tu/lb. 節(jié)流到狀態(tài)點(diǎn)3： T= -2600F , P=15psia, H=150Btu/lb. 注注：從狀態(tài)點(diǎn)2到狀態(tài)點(diǎn)3，壓力和溫度都下降，焓值保持不變，過(guò)程中沒(méi)有熱量的交換。13（接上頁(yè)）（接上頁(yè)） 節(jié)流后混合物出口溫度-260 ，焓值為150Btu/lb，其中能有多少液體多少氣體？ 在T=-260 , P=15psia時(shí)，Hvapor =350Btu/lb； Hliquid =130 Btu/lb 液體和氣體的含量分?jǐn)?shù)之和為1，我們將得到如下兩個(gè)方程式，其中有兩個(gè)未知量。 解方程得到：Fractliquid =0.91， Fractvapor =0.09 （即天然氣的液化率為91）

5、14（接上頁(yè)）（接上頁(yè)） 節(jié)流后分離出來(lái)的氣體被單獨(dú)處理或者和先前脫出的重?zé)N同時(shí)處理。 節(jié)流后分離氣體中由于氮?dú)獗燃淄橛懈偷姆悬c(diǎn)（較高的蒸汽壓力），所以在氣體中的氮?dú)鉂舛确浅８?，也使得?jié)流后得到LNG中氮?dú)夂亢艿汀?在LNG生產(chǎn)過(guò)程中，節(jié)流分離脫出了氮?dú)?，使得LNG中氮?dú)夥蓊~降低。 分離后氣體被單獨(dú)處理或者與前面分離重?zé)N同時(shí)處理。15（接上頁(yè)）（接上頁(yè)） 生產(chǎn)液化天然氣工藝過(guò)程必須符合工藝和設(shè)備的使用要求。 生成出來(lái)的LNG在輸送過(guò)程中如果和管道氣混合很可能對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)問(wèn)題。天然氣工業(yè)使用“互換性”原則作為互換準(zhǔn)則。 液化天然氣生產(chǎn)，必須符合管道規(guī)格。16 脫出其它組份原因脫出其它組份原因

6、脫出其它組分原因簡(jiǎn)單解釋為這些組分會(huì)使得流程中結(jié)冰造成冰塞。 天然氣中組分冰點(diǎn)溫度分別如下： 17 在甲烷中低溶解度也是脫出重?zé)N、水和脫酸的重要原因在甲烷中低溶解度也是脫出重?zé)N、水和脫酸的重要原因 在低溫下，下列物質(zhì)在甲烷中具有很低的溶解度： 在溫度-162.2下： 二氧化碳：200ppm 正戊烷：12500ppm 己烷：330ppm 庚烷：100ppm 水：基本上不溶。18 老老化化 部分成分在儲(chǔ)存時(shí)隨著輕組分氣體不斷蒸發(fā)，儲(chǔ)存液體濃度不斷增加，所以必須予以脫出。 一般來(lái)說(shuō)，上述成分主要是重組分碳?xì)浠衔铮ㄈ绫橐陨现亟M分物）。19 脫出天然氣中有害物質(zhì)脫出天然氣中有害物質(zhì)謹(jǐn)記：必須脫出在液

7、化過(guò)程中可能造成冰塞、污染或腐蝕堵塞液化流程的物質(zhì)，包括： 二氧化碳 水 硫化氫 重?zé)N 芳烴 壓縮機(jī)油 粉塵 汞20 天天然然氣氣預(yù)預(yù)處處理理（凈凈化化）標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 毫微克/Nm321 天然氣預(yù)處理天然氣預(yù)處理 本部分，我們將學(xué)習(xí)下面物質(zhì)的脫出： 塵埃 壓縮機(jī)油和攜帶液體 二氧化碳 水 硫化物 汞 本節(jié)后我們將會(huì)學(xué)習(xí)重?zé)N脫出過(guò)程。22 塵塵埃埃與與漏漏油油脫脫出出過(guò)過(guò)程程過(guò)濾器： 任何液化天然氣廠都有入口過(guò)濾器來(lái)分離塵埃、壓縮機(jī)油、攜帶水蒸氣和重?zé)N。 液體和固體在帶有過(guò)濾網(wǎng)的重力分離器中分離。23 二氧化碳和硫化氫脫出過(guò)程二氧化碳和硫化氫脫出過(guò)程 常見(jiàn)的脫出方法有如下兩種： 醇胺法 分子篩法 另

8、外還包括如下方法（本培訓(xùn)中將不作重點(diǎn)講解）： 熱鉀堿法 斯特雷特法 物理吸收法 聯(lián)合吸收法等24 吸收還是吸附吸收還是吸附 為了區(qū)別吸收和吸附，首先我們給出如下定義： 吸收：把別的物質(zhì)吸入到本物質(zhì)中來(lái)，就如海綿一樣，如“海綿吸收溢出來(lái)的牛奶”。當(dāng)然吸收過(guò)程中可以有化學(xué)反應(yīng)，如醇胺法脫二氧化碳和硫化氫過(guò)程。 吸附：發(fā)生在物體的表面，就如膠帶吸附物質(zhì)一樣，“干燥劑吸附固體顆粒表面的水液滴”。25 醇胺脫酸系統(tǒng)醇胺脫酸系統(tǒng) 醇胺法脫酸系統(tǒng)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)方法脫出二氧化碳和硫化氫，生產(chǎn)可溶解性鹽。 對(duì)于含有硫化氫氣源，醇胺法脫酸效果非常明顯。 醇胺法對(duì)于處理高濃度的二氧化碳非常有效，但如果要深入脫水需要進(jìn)

9、一步使用分子篩干燥。26 醇胺法通常包括以下幾種：醇胺法通常包括以下幾種： MEA；DEA；MDEA 還有其它基于MDEA之上加上化學(xué)催化劑的其它醇胺法： INEOS-GAS/SPECTM DOW-UCARSOLTM BASF-Activated MDEA27 醇胺脫酸系統(tǒng)醇胺脫酸系統(tǒng) 醇胺法是基于化學(xué)反應(yīng)之上吸收二氧化碳和硫化氫使之生成為溶解性鹽。 在吸收塔中，天然氣氣流遇到醇胺貧液,吸收塔利用分餾塔盤使醇胺和原料氣混合。 在和酸反應(yīng)后，醇胺變?yōu)楦灰骸?酸性氣體在高壓下被吸收，在低壓下解析出來(lái)。28 醇胺脫酸系統(tǒng)醇胺脫酸系統(tǒng) 醇胺富液之后到達(dá)再生塔，在再生塔中醇胺富液被還原成醇胺、二氧化碳和

10、硫化氫。 再生塔后的酸氣按以下方式處理： 處理后排出 燃燒處理 返回到管道線 1. 返回硫回收裝置（很少用）29（接接上上頁(yè)頁(yè)） 再生塔和一般的蒸餾塔工作原理類似，包括蒸發(fā)器，冷凝器和逆流管路。 醇胺富液經(jīng)過(guò)脫出酸性氣體后，冷卻后在輸送到吸收塔中作為貧液再循環(huán)利用。 由于醇胺溶液較貴，一般泄露的醇胺溶液都被收集起來(lái)循環(huán)利用。30 相關(guān)設(shè)備考慮 醇胺脫酸系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備包括塔，泵，管道，閥門，換熱器，過(guò)濾器，蒸發(fā)器等。 通常使用容積式測(cè)量泵。 如果天然氣中含有硫化氫，必須處理。 在醇胺脫酸循環(huán)中，必須有活性炭分離器用來(lái)分離污染物；另外也必須有固體顆粒分離器用來(lái)分離吸附天然氣中攜帶的顆粒物。 醇胺溶液

11、在一定環(huán)境下容易起泡，所以需要消泡劑等化學(xué)物質(zhì)。31（接上頁(yè)）（接上頁(yè)） 通常熱單元都要通過(guò)保溫。 醇胺溶液具有腐蝕性，尤其在熱狀態(tài)下，其腐蝕性更強(qiáng)。大多數(shù)情況下設(shè)計(jì)用不銹鋼來(lái)承裝醇胺溶液。 由于大多數(shù)容器都是傳統(tǒng)容器，所以它們可以看做是就有很大表面換熱的換熱器，如在醇胺溶液表面。32 脫脫水水過(guò)過(guò)程程 （1）干燥劑法： 分子篩 活性氧化鋁 硅膠 （2）乙二醇。（這里不再陳述）33 干干燥燥劑劑法法（分分子子篩篩） 分子篩可以吸附二氧化碳和水，但是脫水效果更好。 如果原料氣中的二氧化碳含量很少（一般來(lái)說(shuō)小于1）可以用分子篩代替醇胺溶液吸收二氧化碳。 需要多個(gè)吸附床（2或3個(gè)）。 如果酸性氣體濃

12、度增加的話，吸附床的尺寸也要隨之增加，相反循環(huán)周期將減小。34 分子篩分子篩 分子篩本質(zhì)是硅酸混合物，在其表面可以吸附氣體。為了選擇性吸附物質(zhì)其分子篩空隙必須嚴(yán)格控制。在LNG工廠中利用4A型分子篩來(lái)吸附水和二氧化碳，這種分子篩對(duì)輕組分碳?xì)浠衔锊粫?huì)吸附。 分子篩具有選擇吸收性，吸附小分子量物質(zhì)比大分子量物質(zhì)更具有優(yōu)越性。如相對(duì)于二氧化碳而言更容易吸收水。 上述原因以至在篩床上，水將會(huì)代替吸附在上面的二氧化碳。 重組分碳?xì)浠衔铮▔嚎s機(jī)潤(rùn)滑油等）將會(huì)在分子篩床上造成堵塞，使得分子篩活性降低。35 分子篩干燥分子篩干燥 分子篩的各個(gè)篩床交替吸附，即一個(gè)篩床吸附時(shí)候，而其它的篩床正在再生。 利用熱

13、的氣體通過(guò)分子篩床層，使其吸收原篩床上的吸附物從分子篩中脫附，達(dá)到再生的功能。 分子篩吸附再生時(shí)間取決于篩床的尺寸，篩床上吸附物質(zhì)的數(shù)量，再生換熱時(shí)間效率等因素。36 分子篩干燥工作原理分子篩干燥工作原理 在圖中，分子篩B正處于吸附工作狀態(tài)。 原料氣從其頂端進(jìn)入，從其底部流出。 一部分干燥后的氣體用來(lái)再生分子篩A.37（接上頁(yè)）（接上頁(yè)） 再生氣經(jīng)過(guò)再生器加熱器后流過(guò)篩床，從底部流出。 在熱氣體通過(guò)篩床時(shí)吸收篩床上原吸附物質(zhì)即完成再生作用。當(dāng)篩床出口溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)即完成再生過(guò)程。 最后，篩床通過(guò)沒(méi)有加熱的干燥氣體冷卻下來(lái)。 再生氣送回循環(huán)中或者處理掉。 分子篩完成再生后，替代原工作的分子篩

14、，投入使用完成吸附作用。38 再再生生氣氣體體 再生氣量一般很大，一般通過(guò)以下方式處理： 輸送到LNG廠內(nèi)部循環(huán)使用（如果酸性氣體被醇胺吸收） 作為燃料利用 輸回到管道39 干干燥燥失失效效 造成干燥劑失效主要原因如下： 分子篩再生系統(tǒng)運(yùn)行不正常（如再生氣體溫度過(guò)低或者不能使其完全再生）； 原料氣中的二氧化碳含量突然增加； 由于重組分碳?xì)浠衔锖痛及肥购Y床污染堵塞； 氣體通過(guò)被破壞的篩床通道； 篩床到了有效使用壽命。40 干燥系統(tǒng)其它設(shè)備對(duì)分子篩干燥的影響干燥系統(tǒng)其它設(shè)備對(duì)分子篩干燥的影響 干燥系統(tǒng)包括容器，管道，閥門，再生加熱器，可能還有再生氣壓縮機(jī)等。 該系統(tǒng)需要耐高溫的設(shè)備，所以再生設(shè)備

15、和管道必須絕熱。 由于分子篩干燥過(guò)程在系統(tǒng)壓力下工作，所以干燥系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)在高壓下工作。41 汞汞 在原料氣中一般含有汞，汞及其化合物對(duì)鋁制設(shè)備材料具有腐蝕作用。所以如果氣源中含有汞的話，必須脫汞。 非再生床吸附 載硫活性炭 氧化鋁 分子篩再生 42 其它氣味氣體 一般來(lái)說(shuō)，在管道氣中會(huì)含有一些其它氣味氣體。 可以利用分子篩來(lái)脫出天然氣中的少部分其它氣味氣體。通常在普通分子篩篩床中單獨(dú)另放一層不同的篩床物質(zhì)用來(lái)分離這些氣味氣體。 通常所有篩床層都是可以再生的。43 什么引起裝置凍結(jié)？怎樣判斷開(kāi)始結(jié)凍，或可能結(jié)凍？參看這些準(zhǔn)則： 高的二氧化碳含量。 水含量超標(biāo)，或停機(jī)時(shí)的污染物（例如：沒(méi)有吹干或

16、沒(méi)有充分的清洗）。 換熱器中形成較大的壓差（可能發(fā)生在正常生產(chǎn)或降溫階段）。 在裝置的低溫段溫度計(jì)顯示不正常。 在裝置的低溫段的流量小。 節(jié)流前的壓力低 。44 怎樣處理？ 關(guān)停系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)溫，同時(shí)通入熱的干燥的氣體。 在再一次開(kāi)機(jī)時(shí)確保裝置干燥完成。45LNGLNG液化簡(jiǎn)易流程液化簡(jiǎn)易流程46 第三節(jié)第三節(jié) 液化流程設(shè)備液化流程設(shè)備 LNG液化廠組成部分 所以的LNG液化廠都包括以下幾部分： 液化部分； 儲(chǔ)運(yùn)單元； LNG閃蒸單元； BOG氣體回收單元。47 液化流程設(shè)備 在接下來(lái)的部分我們將會(huì)詳細(xì)的介紹LNG廠液化流程所用設(shè)備。希望你們能夠掌握所涉及到的基本設(shè)備、物質(zhì)以及其設(shè)計(jì)所必須考慮的地

17、方。你們盡量掌握LNG液化所涉及到的各種流程。 這部分將包含主要的液化熱交換器。48 流程所用設(shè)備 液化流程中將會(huì)涉及到以下主要設(shè)備： 壓縮機(jī) 老LNG工廠中往復(fù)式壓縮機(jī) 最近LNG工廠中離心式壓縮機(jī)或少部分螺桿式壓縮機(jī) 透平膨脹機(jī) 驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī) 氣液分離器 蒸餾塔（部分使用）49 儲(chǔ)運(yùn)單元 儲(chǔ)運(yùn)單元包括以下設(shè)備： 儲(chǔ)罐： 單容罐 雙容罐 全容罐 泵： 罐內(nèi)潛沒(méi)泵 罐內(nèi)置的 低溫性質(zhì)的50 BOG處理部分設(shè)備 BOG處理部分設(shè)備包括如下： 風(fēng)機(jī) 換熱器 殼管式 板翅式 壓縮機(jī) 往復(fù)式 螺桿式 離心式 動(dòng)力啟動(dòng)裝置-主要是電動(dòng)機(jī)，有時(shí)也用燃?xì)廨啓C(jī)51 降壓原件 控制閥（J-T閥

18、） 透平膨脹機(jī)52 管管道道 除了在低溫狀況下（低溫下用Ni鋼或鋁合金），管道管材一般為普通碳鋼。 在稍長(zhǎng)的低溫管道中，真空多層絕熱材料應(yīng)用最為廣泛。 在低溫-20 0F下，碳鋼必須經(jīng)過(guò)特殊處理，其表面不能直接接觸低溫液體，一般其表面為含Ni不銹鋼。53 液化天然氣換熱器液化天然氣換熱器 在液化預(yù)冷或后冷卻單元中，一般選用管殼式低溫?fù)Q熱器。 在液化過(guò)程中：1. 管殼式 2.大換熱面積換熱器 -釬焊鋁制板翅式換熱器 -繞管式換熱器54 管殼式換熱器管殼式換熱器 對(duì)于在蒸發(fā)端需要恒定換熱溫度來(lái)說(shuō)，管殼式換熱器非常適用； 換熱器管中充滿了正處于沸點(diǎn)蒸發(fā)的液體，在管的表面換熱具有一定的極限； 由于殼管式換熱器非常傳統(tǒng)適用，有很多已有的廠家； 但是，管殼式換熱器沒(méi)有考慮換熱器中流體的分流情況； 能夠通過(guò)控制其出流的溫度壓力程度來(lái)控制.55 釬焊鋁式板翅式換熱器釬焊鋁式板翅式換熱器 特點(diǎn)： 一種具有相對(duì)較大換熱面積的換熱器； 對(duì)于改變流體溫度變化非常適用； 對(duì)于有持續(xù)相變換熱非常適用； 可以設(shè)計(jì)為順流、逆流、交叉流或混合流