天然氣分子篩脫水系統(tǒng)-再生氣加熱爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）題 目：分子篩脫水系統(tǒng)再生氣加熱爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：班 級(jí)：指導(dǎo)教師： 教授（畢業(yè)論文）分子篩脫水系統(tǒng)再生氣加熱爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要液化天然氣(LNG)作為天然氣的一種應(yīng)用形式，在天然氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面都具有十分明顯的優(yōu)越性。液化天然氣中的飽和水分在一定條件下可能形成碳?xì)渌衔?，?yán)重時(shí)可能堵塞液化系統(tǒng)的管路和設(shè)備。對(duì)于含H2S、CO2的天然氣，由于水分的作用，它們將形成具有腐蝕性的酸液，從而造成設(shè)備與管線的嚴(yán)重腐蝕。所以，對(duì)液化天然氣原料氣必須進(jìn)行脫水處理。本課題結(jié)合巴彥淖爾華油天然氣LNG項(xiàng)目的實(shí)際情況，介紹了液化天然氣技術(shù)的基本知識(shí)及天

2、然氣的脫水工藝流程，采用分子篩脫水系統(tǒng)對(duì)天然氣進(jìn)行深度脫水。再生氣加熱爐是脫水工藝的關(guān)鍵設(shè)備之一，采用計(jì)算機(jī)控制，控制系統(tǒng)由PCI-6011A板卡和IPC-610工控機(jī)組成，對(duì)燃燒過(guò)程采用串級(jí)比值控制方案。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要隨時(shí)跟蹤和了解生產(chǎn)的實(shí)際情況，所以本課題采用MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證生產(chǎn)的安全和正常運(yùn)行。關(guān)鍵詞：液化天然氣；分子篩脫水；再生氣加熱爐；計(jì)算機(jī)控制Molecular sieve dehydration system - recycle gas furnace control system designAbstractLique

3、fied natural gas (LNG) as an application form of natural gas, natural gas storage and transportation in all aspects of the superiority is very obvious. Liquefied natural gas in saturated water under certain conditions may form hydrocarbon hydrate, serious when may jam liquefaction system equipment a

4、nd piping. To contain the H2S, CO2 gas, due to the effect of water, they will form corrosive acid, thus causing serious corrosion equipment and piping. So, for LNG feedgas must undertake dehydration.The subject of oil gas LNG project bayinnaoer China's actual situation, introduces the basic know

5、ledge of liquefied natural gas (LNG) technology and the dehydration process, natural gas system using molecular sieve dehydration in-depth dehydration. Recycle gas is dehydration process of reheating furnace is one of the key equipment, computer control system, control of PCI card and IPC 6011A - 61

6、0 - of combustion process control computer adopted cascade ratio control scheme. In the system operation process, for the production of tracking and actual conditions, so this topic by MCGS software design for the man-machine interface, real-time monitoring of production process, and ensure the norm

7、al operation of production safety.Key words: liquefied natural gas； Molecular sieve dehydration；Recycle gas furnace；Automatic control目 錄摘要IAbstractII目 錄III第一章 引言11.1 液化天然氣概述11.1.1 液化天然氣的概念和基本性質(zhì)11.1.2 液化天然氣的特性21.1.3液化天然氣在國(guó)民生活中的重要性21.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)41.2.1國(guó)外LNG的發(fā)展現(xiàn)狀41.2.2 國(guó)內(nèi)LNG研究現(xiàn)狀61.2.3 LNG未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)71.3

8、本文研究的主要內(nèi)容及意義8第二章 分子篩脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)92.1液化天然氣工藝流程概述92.2 分子篩脫水系統(tǒng)92.2.1 天然氣脫水方法的選擇102.2.2脫水系統(tǒng)吸附劑的選擇112.2.3分子篩脫水工藝132.2.4 分子篩脫水的設(shè)備14第三章 再生氣加熱爐控制系統(tǒng)163.1再生氣加熱爐工藝及要求163.2方案設(shè)計(jì)173.2.1 自動(dòng)控制方案的選擇173.2.2 被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇183.2.3 測(cè)控儀表的選擇193.3控制原理圖及系統(tǒng)方框圖253.4加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)293.4.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理293.4.2加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)303.4.3控制算法的選擇343.5 調(diào)節(jié)器

9、PID參數(shù)整定36第四章 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)384.1 MCGS組態(tài)軟件概述384.1.1 MCGS組態(tài)軟件簡(jiǎn)介384.1.2 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成394.1.3 MCGS組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)394.2 加熱爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)414.2.1控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)414.2.2 報(bào)警顯示和報(bào)警數(shù)據(jù)424.2.3 報(bào)表與曲線顯示43第五章 結(jié)論46參考文獻(xiàn)47致謝49 III第一章 引言1.1 液化天然氣概述隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人口數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，世界能源的需求量也不斷增長(zhǎng)，而溫室效應(yīng)和各種有害物質(zhì)的排放對(duì)人類生存環(huán)境造成了極大的挑戰(zhàn)。在這一背景下，天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的能源與化工原料正日益

10、受到人們的重視，其應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大?，F(xiàn)已廣泛用于工業(yè)部門、發(fā)電、天然氣汽車、天然氣化工及天然氣合成油等方面。合理利用天然氣己成為世界各國(guó)改善環(huán)境和維持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇。據(jù)世界能源專家預(yù)測(cè)，大約在2020年以后，天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比重將趕上并超過(guò)石油，成為世界第一大能源，二十一世紀(jì)將成為“天然氣的世紀(jì)”?！?】我國(guó)有豐富的天然氣資源，是世界天然氣大國(guó)之一。目前，我國(guó)的 “西氣東輸”工程正在建設(shè)中，南北方向跨國(guó)天然氣干線也正在進(jìn)行可行性研究。到“西氣東輸”管線建成時(shí)，上海將成為我國(guó)天然氣的集中聚集地，這必然引起天然氣的儲(chǔ)存空間問(wèn)題。而液化天然氣正可解決這個(gè)問(wèn)題。但目前我國(guó)在液化天然

11、氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存技術(shù)方面所作的研究工作還很少，與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在很大的差距。2我國(guó)尚無(wú)大規(guī)模LNG系統(tǒng)工程的實(shí)踐，天然氣液化技術(shù)的發(fā)展使得中、西部地區(qū)豐富的天然氣資源低成本地走向東、南發(fā)達(dá)地區(qū)成為可能，從而緩解我國(guó)天然氣資源分布不均的矛盾；天然氣液化后作為汽車燃料和城市民用清潔燃料，可減小對(duì)大氣的污染，對(duì)城市環(huán)境污染問(wèn)題的解決十分有利；天然氣液化技術(shù)的發(fā)展，給中、老油氣區(qū)尋找新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，解決資源不足問(wèn)題提供了新的思路:天然氣液化工藝技術(shù)的發(fā)展，將促進(jìn)我國(guó)低溫技術(shù)、低溫設(shè)備制造、化工生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，給我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速快速發(fā)展注入一份新的生機(jī)。所以深入研究天然氣液化技術(shù)，對(duì)我國(guó)今后發(fā)展LNG工業(yè)具有非

12、常重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1.1 液化天然氣的概念和基本性質(zhì)液化天然氣(Liquefied Natural Gas即LNG)是天然氣的一種應(yīng)用形式。其一般生產(chǎn)工藝過(guò)程是將氣田開(kāi)采出來(lái)的天然氣，經(jīng)過(guò)“三脫” (即脫水、脫烴、脫酸性氣體)凈化處理后，采用先進(jìn)的制冷工藝，使甲烷在常壓下冷凍至-162變?yōu)橐后w。由于其體積僅為原氣態(tài)時(shí)的1/600，所以采用LNG形式在天然氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面都具有十分明顯的優(yōu)越性?！?】一般商業(yè)LNG的組成如表1-1所示。由表1-1所示，LNG的主要成分是甲烷，其中還有少量的乙烷，丙烷，丁烷及氮表1-1 商業(yè)LNG的基本組成組分組分甲烷9298丁烷04乙烷16其它烴類化合物0

13、1丙烷14惰性成分03氣等惰性組分。LNG的性質(zhì)隨組分變化而略有不同，一般商業(yè)LNG的主要性質(zhì)為：在-162和0.1Mpa下，LNG為無(wú)色無(wú)味的液體，其密度約為430Kg/m3,燃點(diǎn)為650，熱值一般為37.62MJ/m3,在-162時(shí)的氣化潛熱約為510KJ/Kg,爆炸極限為515，壓縮系數(shù)為0.7400.820?！?】1.1.2 液化天然氣的特性LNG不同于一般的低溫液體，它還具有以下的特性。(1) LNG的蒸發(fā) LNG儲(chǔ)存在絕熱儲(chǔ)罐中，任何熱量滲漏到罐中，都會(huì)導(dǎo)致一定量的LNG汽化為氣體，這種氣體被稱為蒸發(fā)氣。LNG蒸發(fā)氣的組成主要取決于液體的組成，它一般含氮?dú)?0（約為L(zhǎng)NG中N2含量

14、的20倍），甲烷80及微量乙烷。對(duì)于純甲烷而言，-113以下的蒸發(fā)氣比空氣重；對(duì)于含有氮?dú)?0 的甲烷而言，低于-80的蒸發(fā)氣比空氣重。（2）LNG的溢出與擴(kuò)散 LNG傾倒至地面上時(shí)，最初會(huì)猛烈沸騰蒸發(fā)，其蒸發(fā)率將迅速衰減至一個(gè)固定值。蒸發(fā)氣沿地面形成一個(gè)層流，從環(huán)境中吸收熱量逐漸上升和擴(kuò)散，同時(shí)將周圍的環(huán)境空氣冷卻至露點(diǎn)以下，形成一個(gè)可見(jiàn)的云團(tuán)，這可作為蒸發(fā)氣移動(dòng)方向的指南，也可作為蒸發(fā)氣-空氣混合物可燃性的指示。(3) LNG的燃燒與爆炸 LNG具有天然氣的易爆易燃特性，在-162的低溫條件下，其燃燒范圍為613（體積百分比）；LNG著火溫度即燃點(diǎn)隨組分的變化而變化，其燃點(diǎn)隨重?zé)N含量的增加

15、而降低，純甲烷著火溫度為650?！?】1.1.3液化天然氣在國(guó)民生活中的重要性天然氣應(yīng)用包括直接利用(如用作能源、化工等)和轉(zhuǎn)換利用。根據(jù)第14屆世界石油大會(huì)報(bào)告資料，天然氣在全球范圍內(nèi)主要用于城鄉(xiāng)居民生活和商業(yè)部門，約占總消費(fèi)量的41.5%，其次是工業(yè)燃料和化工利用占37%，發(fā)電占19%，交通運(yùn)輸業(yè)占1%上下。不過(guò)目前情況正在發(fā)生改變。我國(guó)1998年消費(fèi)天然氣214億m3，總體利用如圖1-2所示。預(yù)計(jì)今后50年內(nèi)，天然氣的應(yīng)用將會(huì)顯著擴(kuò)大，天然氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)合成氨、甲醇和烯烴、芳烴等技術(shù)將會(huì)取得新的進(jìn)展，天然氣用作汽車燃料也將使天然氣汽車得到進(jìn)一步的推廣。天然氣與其它燃料相比，具有使用方便、經(jīng)濟(jì)

16、、熱值高、燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，是一種在技 圖1-2 1998年中國(guó)天然氣利用比例術(shù)上證實(shí)的優(yōu)質(zhì)清潔燃料【3】。天然氣替代其它燃料，可以進(jìn)一步減少一氧化碳(CO)、二氧化碳(C02)、氧氮化物(NOx)及烴類等的排放有利于環(huán)境保護(hù)。因此，它不僅被廣泛作為鋼鐵、非金屬礦產(chǎn)、玻璃、食品、陶瓷、造紙等工業(yè)的能源，同時(shí)也是發(fā)電廠的主要燃料。天然氣的一些特性使它有可能成為一種很具有吸引力的汽油替代燃料。它的價(jià)格和汽車廢氣排放指標(biāo)都低于汽油。截止目前，在全世界40多個(gè)國(guó)家推廣了以天然氣作為燃料的汽車約120多萬(wàn)輛,且發(fā)展勢(shì)頭還在擴(kuò)大?！?】天然氣主要成分是甲烷，此外還含有乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的

17、烷類，是重要的基本有機(jī)化工原料。以天然氣為原料，可以生產(chǎn)出合成氨、甲醇、低碳含氧合物、合成液體燃料等種類繁多的化工產(chǎn)品。至今，全世界己有10%的天然氣用制取化 (GTM)生產(chǎn)低分子烯烴(MTO)的技術(shù)己在90年代初期完成中間實(shí)驗(yàn)，并正在加工產(chǎn)業(yè)化。由于它的投資回收率比石腦油裂解高很多，因此，對(duì)于天然氣資源豐富、價(jià)格便宜的地區(qū)，這種生產(chǎn)稀烴的技術(shù)將有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。天然氣產(chǎn)業(yè)本身是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，是智力密集、技術(shù)密集，低投入低風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)?？萍歼M(jìn)步是未來(lái)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵和全球化的重要驅(qū)動(dòng)力，隨著技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，LNG、CNG、GTL、GTC、GTP、電子商務(wù)等將為天然氣使用帶來(lái)

18、特別廣闊的發(fā)展空間【5.6】。擴(kuò)大天然氣利用是當(dāng)今世界的潮流，天然氣用將會(huì)越來(lái)越廣，天然氣應(yīng)用技術(shù)也隨之快速發(fā)展。因此，應(yīng)該抓住大好機(jī)遇，迎挑戰(zhàn)，依靠高科技，積極拓寬天然氣應(yīng)用領(lǐng)域，大力開(kāi)發(fā)應(yīng)用我國(guó)的天然氣資源。推廣高效燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、先進(jìn)的燃?xì)馊紵?、高效燃?xì)庵评?、加熱系、家用小型燃?xì)庋b置、燃?xì)鉄?、電、冷?lián)供系統(tǒng)、天然氣汽車、先進(jìn)的天然氣合油和天然氣化工技術(shù)以及LNG系統(tǒng)技術(shù)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)天然氣是現(xiàn)今世界上的主要能源之一。據(jù)預(yù)測(cè)，本世紀(jì)能源比例中，天然氣將大幅度上升，而石油將有所下降。由于以氣態(tài)貯存和運(yùn)輸天然氣需龐大的體積和很高的壓力，而在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，液化天然

19、氣(LNG)的密度約相當(dāng)于氣態(tài)的625倍，這使得以液態(tài)貯存和運(yùn)輸天然氣具有很高的經(jīng)濟(jì)性。城市天然氣是現(xiàn)代化城市人們生活和工業(yè)生產(chǎn)的一種主要能源，因其辛烷值高,燃燒充分,不留碳黑雜質(zhì),基本沒(méi)有污染,被譽(yù)為“清凈燃料”或“綠色燃料”。發(fā)展城市天然氣可以節(jié)約能源、減輕城市污染、提高人民生活水平、同時(shí)它也是重要的化工原料，發(fā)展天然氣也同時(shí)促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提高，社會(huì)綜合效益顯著。發(fā)展城市天然氣是建設(shè)現(xiàn)代化城市必不可少的條件，對(duì)加速實(shí)現(xiàn)高度物質(zhì)文明和精神文明具有重要的意義。1.2.1國(guó)外LNG的發(fā)展現(xiàn)狀天然氣液化技術(shù)始于1914年，但直到1941年才開(kāi)始在美國(guó)的克利夫蘭建成了世界上第一座工業(yè)規(guī)模的LNG生

20、產(chǎn)裝置。1959年，世界上第一艘LNG運(yùn)輸船“甲烷先鋒”(MethanePioneer)號(hào)從美國(guó)的路易斯安納州載運(yùn)sooom3LNG，橫渡大西洋成功地抵達(dá)英國(guó)的坎威 (Canvey)島。1964年9月27日，阿爾及利亞的世界上第一座LNG工廠建成投產(chǎn)。同年，第一艘載著12000噸LNG的船駛往英國(guó)，標(biāo)志著世界LNG貿(mào)易的開(kāi)始。1969年，位于美國(guó)阿拉斯加的肯奈LNG裝置投產(chǎn)，開(kāi)始向日本出口LNG。1970年，利比亞成為非洲第一個(gè)LNG生產(chǎn)與出口國(guó)，其目標(biāo)市場(chǎng)是西班牙。文萊是亞洲第一個(gè)LNG生產(chǎn)國(guó)，1972年，其LNG裝置投產(chǎn)，向日本出口。如今， LNG國(guó)際貿(mào)易已有將近40年的歷史，全球已有8個(gè)

21、LNG出口國(guó)與9個(gè)LNG進(jìn)口國(guó)或地區(qū)。自1990年以來(lái)，全球LNG貿(mào)易量以年均7%以上的速度增長(zhǎng)。1997年貿(mào)易量達(dá)7921萬(wàn)噸，占全世界天然氣消費(fèi)量的4%。目前，國(guó)際LNG貿(mào)易已形成了幾個(gè)基本流向。有兩大出口地區(qū)北非地區(qū)(包括近東一些國(guó)家)和亞太地區(qū)(前者占1/4份額，后者占3/4份額);有三大進(jìn)口地區(qū)西歐、北美和亞太地區(qū)(前兩者占l/4，后者占3/4)。在西歐市場(chǎng)，從阿爾及利亞出口到法國(guó)、意大利和比利時(shí)，從利比亞出口到西班牙，從尼日利亞出口到法國(guó)、意大利和西班牙。葡萄牙、希臘、捷克、德國(guó)、克羅地亞及土耳其可能成為西歐地區(qū)LNG的新用戶，挪威、俄羅斯可能成為新的出口國(guó)。亞太地區(qū)是LNG增長(zhǎng)最

22、快的市場(chǎng)，年增長(zhǎng)幅度為5%6%。長(zhǎng)期以來(lái)，這一市場(chǎng)一直保持著并將繼續(xù)保持對(duì)國(guó)際LNG市場(chǎng)的支配地位。日本一直是最主要的用戶(約占LNG進(jìn)口總額的2/3)，其次是韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣。據(jù)外國(guó)專家預(yù)測(cè)，不久的將來(lái)，泰國(guó)、印度、和中國(guó)將成為這一地區(qū)LNG的需求國(guó)。LNG工廠按使用情況一般分為基地型、調(diào)峰型、終站型、衛(wèi)星型四種類型。LNG工廠具有投資費(fèi)用大、操作條件特殊、配套要求嚴(yán)格等特點(diǎn)【7】。(1)基地型(BaseLoad)基地型LNG工廠多建在氣源附近，生產(chǎn)大量的LNG供應(yīng)遠(yuǎn)離氣源的用戶或供出口。其特點(diǎn)是液化能力大，每天可將(534)×106m3的天然氣液化，最大可達(dá)70xl06m3。此外，

23、這類工廠的儲(chǔ)罐容量也較大，并附有碼頭及裝載設(shè)施。(2)調(diào)峰型(peakshaving)調(diào)峰型LNG工廠多建在用戶附近，主要用來(lái)調(diào)節(jié)用戶高峰負(fù)荷或冬季為用戶提供燃料，平時(shí)則用來(lái)液化管輸來(lái)的相對(duì)富裕的天然氣。其特點(diǎn)是液化能力較小，通常每天可處理天然氣(1020)×104m3，而儲(chǔ)存容量和LNG再氣化能力相對(duì)較大。儲(chǔ)罐一般可儲(chǔ)LNG(2.510)×1O4m3。每年開(kāi)工約200250天，若使儲(chǔ)罐充滿LNG在用氣高峰時(shí)再氣化可供612天使用。這類工廠在國(guó)外很普遍，僅美國(guó)和加拿大就建有100多套。此外，英國(guó)、德國(guó)、澳大利亞以及其它以天然氣為主要燃料的國(guó)家也建有這類工廠。(3)終站型(T

24、erminal)終站型LNG工廠主要用來(lái)大量接收由船從基地型工廠運(yùn)來(lái)的LNG，加以儲(chǔ)存并氣化后再進(jìn)入配氣系統(tǒng)供應(yīng)給用戶。它的液化能力很小(主要是液化儲(chǔ)罐中LNG蒸發(fā)出來(lái)的氣體)，而氣化能力很大，儲(chǔ)-罐容量也很大。這類工廠一般都配有冷量回收和利用裝置。例如，將LNG再氣化過(guò)程中產(chǎn)生的可觀冷量用于海水淡化、空氣液化、冷凍與冷藏、發(fā)電、空調(diào)及固體低溫粉碎等。(4)衛(wèi)星型(satellite)衛(wèi)星型為調(diào)峰型的一種，靠用船或特殊槽車從中心運(yùn)來(lái)LNG加以儲(chǔ)存，到用氣高峰時(shí)再氣化以補(bǔ)充不足。其本身無(wú)液化能力。至1998年為止，在全世界8個(gè)LNG出口國(guó)中，有22座天然氣液化工廠，共56系列，其設(shè)計(jì)能力為942

25、0萬(wàn)噸/年，1997年實(shí)際生產(chǎn)7921萬(wàn)噸，開(kāi)工率為84%。而且，隨著目前正在建造的5座共8系列的LNG工廠的建成，LNG生產(chǎn)能力將再增加2300萬(wàn)噸/年。另外，還有大量的LNG工廠正在計(jì)劃建造，設(shè)計(jì)能力超過(guò)1億噸/年，如全部投產(chǎn)，屆時(shí)全球LNG生產(chǎn)能力將是目前的乙5倍左右。自60年代起，全世界生產(chǎn)LNG裝置的數(shù)量與規(guī)模不斷增加，已投產(chǎn)的LNG裝置目前達(dá)160多套。其中70%左右是調(diào)峰型裝置，它們主要分布在北美。最大的LNG工廠在馬來(lái)西亞鼓蒂，其天然氣處理能力為70×106m3/d?！?】1.2.2 國(guó)內(nèi)LNG研究現(xiàn)狀我國(guó)雖于1973年在四川建成了國(guó)內(nèi)第一個(gè)天然氣提氮工廠(可聯(lián)產(chǎn)LN

26、G)，但總體來(lái)說(shuō)我國(guó)的LNG工業(yè)仍處于起步階段。在我國(guó)，液化天然氣在天然氣工業(yè)中所占比重幾乎為零，這無(wú)法滿足我經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)液化天然氣的需求，也與世界上液化天然氣的高速度、大規(guī)模發(fā)展的形勢(shì)相悖，但值得稱道的是，我國(guó)的科研人員和從事天然氣開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員為我國(guó)液化天然氣工業(yè)做了許多探索性的工作。目前，有三套全部國(guó)產(chǎn)化的小型液化天然氣生產(chǎn)裝置分別在四川綿陽(yáng)、吉林油田和長(zhǎng)慶油田建成，三套裝置采用不同的生產(chǎn)工藝，為我國(guó)LNG事業(yè)發(fā)展起到了很好的示范作用。中科院低溫技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心分別為四川綿陽(yáng)燃?xì)饧瘓F(tuán)總公司、中國(guó)石油天然氣總公司勘探局與吉林石油管理局研制一套實(shí)驗(yàn)性天然氣液化示范裝置，液化量分別為300升/

27、小時(shí)、500升/小時(shí)【8】。在四川的一套天然氣液化裝置采用天然氣透平膨脹機(jī)，利用天然氣自身壓力膨脹制冷，將部分天然氣液化，設(shè)備緊湊，除少量?jī)x表及照明用電外，不消耗電能，但需安排有穩(wěn)定的天然氣用戶來(lái)使用經(jīng)過(guò)減壓后大部分未液化的天然氣。其主要參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為:進(jìn)氣壓力4MPa；出口壓力0.5MPa；日處理天然氣量(標(biāo)準(zhǔn))4000m3；液化量300L/h；電能消耗12kw；燃?xì)庀?標(biāo)準(zhǔn))500m3。該裝置采用了天然氣潤(rùn)滑的氣體軸承透平膨脹機(jī)，具有國(guó)際先進(jìn)水平。上海煤氣公司建設(shè)的平湖燃?xì)廨斉涔こ桃夯烊粴庹{(diào)峰站位于上海市東北。該站接收通過(guò)浦東燃?xì)廨敋夤芫W(wǎng)輸來(lái)東海海上油田氣，其主要功能是:l)在氣

28、源或輸氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，利用調(diào)峰站的儲(chǔ)備能力，保證浦東地區(qū)十天連續(xù)供氣，2)在冬季用氣高峰期，保證正常供氣量外新增加的額外要求。該調(diào)峰站的設(shè)計(jì)能力為:LNG生產(chǎn)能力為174m3/d,LNG氣化能力為120m3/h【9】。據(jù)悉，為解決沿海一帶的能源短缺問(wèn)題，我國(guó)已計(jì)劃從國(guó)外進(jìn)口一部分LNG。我國(guó)首家進(jìn)口液化天然氣(LNG)利用項(xiàng)目-廣東液化天然氣接收站和輸氣干線項(xiàng)目，于2002年4月18日在北京正式簽署項(xiàng)目合作原則協(xié)議。該項(xiàng)目一期規(guī)模300萬(wàn)噸/年，總投資為51億元人民幣，計(jì)劃2005年投產(chǎn)。二期規(guī)模500萬(wàn)噸/年，投資21億元人民幣，計(jì)劃2008年投產(chǎn)。中國(guó)海洋石油總公司占股份33%，深圳市投

29、資管理公司、廣東省電力集團(tuán)公司、廣州市煤氣公司、東莞市燃料工業(yè)總公司和佛山市燃?xì)饪偣驹趦?nèi)的廣東5家項(xiàng)目發(fā)起方占31%，BP公司占30%，香港電燈集團(tuán)有限公司和香港中華煤氣有限公司各占3%。此外，2005年2010年，亞洲(包括我國(guó)大陸及臺(tái)灣在內(nèi))LNG的供需缺口將由1535Mt擴(kuò)大到3070Mt，因此，今后我國(guó)的LNG工業(yè)也將會(huì)有較大發(fā)展。1.2.3 LNG未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)世界LNG工業(yè)總的發(fā)展趨勢(shì)是：在保證安全性的前提下，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)，降低能耗，降低費(fèi)用，提高效率，提高有效性和安全性，增強(qiáng)LNG價(jià)格在能源價(jià)格(以原油價(jià)格為基礎(chǔ))中的競(jìng)爭(zhēng)能力。安全第一將繼續(xù)成為L(zhǎng)NG裝置設(shè)計(jì)、施工和操作的基本

30、原則。不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)手段，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，改進(jìn)技術(shù)參數(shù)，減少設(shè)計(jì)余量，正確合理的選擇液化工藝和工藝設(shè)備，可節(jié)省大量的費(fèi)用。實(shí)現(xiàn)LNG系統(tǒng)的優(yōu)化。不但要對(duì)液化工藝和設(shè)備的選擇優(yōu)化組合，而且要對(duì)整個(gè)LNG系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，如輸入輸出站的儲(chǔ)罐容量，海運(yùn)效率和速度，氣候條件和LNG季節(jié)性需求，原料供應(yīng)等，都對(duì)LNG生產(chǎn)有影響，必須對(duì)所有變量或參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳妙果。提高裝置的有效性。提高裝置的有效性是降低LNG費(fèi)用的重要途徑之一。裝置停機(jī)，包括計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃停機(jī)，對(duì)裝置的有效工作時(shí)間有很大影響，要把計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃停機(jī)控制到最低水平。延長(zhǎng)裝置的使用壽命。延長(zhǎng)裝置的使用壽命，也能降低LNG費(fèi)用。目前主要研

31、究那些對(duì)裝置維修次數(shù)和時(shí)間影響大的易損易磨元件上，如軸承和密封件。LNG工廠的生產(chǎn)線向大型化發(fā)展。擴(kuò)大LNG生產(chǎn)能力，提高LNG生產(chǎn)線數(shù)量，提高LNG產(chǎn)量，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)，可以進(jìn)一步節(jié)約能耗，降低LNG的生產(chǎn)成本。降低LNG工廠的能耗。目前世界上對(duì)降低LNG工廠能耗正進(jìn)行不懈的努力，力求達(dá)到更低的能耗指標(biāo)。隨著LNG生產(chǎn)的發(fā)展，天然氣液化工藝經(jīng)歷了繁一簡(jiǎn)一繁(在一個(gè)新的高度上)的變化過(guò)程，其主要目的是為了降低能耗，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。1.3 本文研究的主要內(nèi)容及意義天然氣是一種清潔優(yōu)質(zhì)能源，近年來(lái)，世界天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。從今后我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展看，加快天然氣的開(kāi)發(fā)利用，對(duì)改善能源結(jié)

32、構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。分子篩脫水系統(tǒng)在天然氣液化過(guò)程中占有重要的地位，只有在分子篩脫水系統(tǒng)中脫除天然氣中的水分，才能保證后面的液化過(guò)程順利進(jìn)行，從而也保護(hù)了設(shè)備和管線不被腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高了經(jīng)濟(jì)效益。本文主要針對(duì)巴彥淖爾華油天然氣LNG項(xiàng)目天然氣液化過(guò)程中的脫水系統(tǒng)進(jìn)行了研究。脫水方法有溶劑吸收法、低溫冷凝法，固體吸附法等多種方法，而固體吸附法中以分子篩脫水的應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)最成熟可靠。在脫水工藝中的一個(gè)很重要的設(shè)備是再生氣加熱爐。穩(wěn)定的控制再生氣加熱爐的爐溫，是保證脫水系統(tǒng)深度脫水的必要條件。所以如何控制再生氣加熱爐中氣體的溫度，采用什么樣

33、的控制系統(tǒng)是本文研究的關(guān)鍵。第二章 分子篩脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1液化天然氣工藝流程概述天然氣液化(見(jiàn)圖2.1)一般包括天然氣凈化(也稱預(yù)處理)過(guò)程和天然氣液化過(guò)程兩部分，后者則是核心。通常，先將原料天然氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理，脫除液化過(guò)程的不利組分(酸性組分、水分、較重?zé)N類及汞等)，之后再進(jìn)入制冷系統(tǒng)的高效換熱器不斷降溫，并將丁烷、丙烷、乙烷等逐級(jí)冷凝分離，最后在常壓下使溫度降低到-162左右，即可得到LNG產(chǎn)品【10】。將LNG送入保冷良好的絕熱容器，可以在常壓下儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用。由于天然氣在液化前經(jīng)過(guò)凈化處理，清除掉了不利于天然氣液化流程順利進(jìn)行的成分，因此它比管輸氣更為清潔的燃料。現(xiàn)代LNG工業(yè)技術(shù)

34、的內(nèi)容包括了LNG生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)與利用的全過(guò)程，即天然氣液化(含預(yù)處理、深冷液化、LNG儲(chǔ)存)、LNG運(yùn)輸(船運(yùn)、車運(yùn))、LNG接受終端、LNG衛(wèi)星站及LNG利用等。與氣態(tài)天然氣相比，液化后的天然氣只有原體積的1/625，因此采用LNG的形式對(duì)遠(yuǎn)離能源消耗地區(qū)，海上天然氣田的開(kāi)發(fā)利用，都具有十分明顯的優(yōu)越性。圖2-1 天然氣液化過(guò)程工藝流程圖2.2 分子篩脫水系統(tǒng)天然氣作為液化裝置的燃料氣，首先必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。天然氣預(yù)處理主要是脫除其中的有害雜質(zhì)及深冷過(guò)程中可能結(jié)晶的物質(zhì)，也就是天然氣中的H2S、CO2、水分、重?zé)N和汞等雜質(zhì)。天然氣預(yù)處理主要目的有：避免低溫下水與烴類組分凍結(jié)而堵塞設(shè)備和管道，

35、降低管線的輸氣能力；提高天然氣的熱值，滿足氣體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；保證天然氣在深冷條件下液化裝置能正常運(yùn)行；避免腐蝕性雜質(zhì)腐蝕管道及設(shè)備。由于LNG原料氣中的飽和水分在一定條件下可能形成碳?xì)渌衔?，?yán)重時(shí)可能堵塞液化系統(tǒng)的管路和設(shè)備，最終影響LNG生產(chǎn)。另外，對(duì)于含CO2、H2S的天然氣，由于水分的作用，它們將形成具有腐蝕性的酸液，從而造成設(shè)備與管線的嚴(yán)重腐蝕。所以，對(duì)LNG原料氣必須進(jìn)行脫水處理。天然氣液化過(guò)程中需深冷至約-162，為避免在低溫液化過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)冰堵塞設(shè)備和管線，天然氣在液化之前必須進(jìn)行凈化，脫除天然氣中的酸性氣體(如H2S,CO2等)和水。因?yàn)樘烊粴庖夯臏囟确浅５停瑢?duì)含水量要求相應(yīng)很

36、高,故需要進(jìn)行深度脫水。2.2.1 天然氣脫水方法的選擇為避免天然氣中由于水的存在造成堵塞現(xiàn)象，通常需在高于水合物形成溫度時(shí)就將原料氣中的游離水脫除，使其露點(diǎn)達(dá)到-100以下。目前，LNG原料氣的脫水方法可援用天然氣的常用脫水法，主要包括低溫冷凝法、溶劑吸收法、固體吸附脫水法和膜法脫水法。 低溫冷凝法 利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或利用透平膨脹機(jī)使天然氣膨脹降溫，借助于天然氣和水氣凝結(jié)為液體的溫度差，使天然氣中的水汽和重?zé)N冷凝為液體，再借助于液烴和水的密度差進(jìn)行重力分離。該法適用于高壓天然氣，對(duì)低壓天然氣則必須首先增壓。但是，節(jié)流膨脹、透平機(jī)膨脹等低溫冷凝法的適用范圍窄、造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜、應(yīng)用局

37、限性較大、工程投資和能耗因脫水過(guò)程而增大。 溶劑吸收脫水法 該法利用某些溶劑對(duì)天然氣中的水有很好的溶解能力且不與天然氣中的水或烴類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)，它們的混合液的蒸氣壓很低，溶劑可再生和循環(huán)使用。這樣的溶劑一般是相對(duì)分子質(zhì)量較高的醇類，如三甘醇（TEG）、二甘醇（DEG）和乙二醇（EG）等。該方法處理量大、脫水成本低、應(yīng)用廣。 膜法脫水法 與傳統(tǒng)的化學(xué)吸收、物理吸收和深冷法相比，膜分離法具有無(wú)額外材料及試劑的加入、無(wú)再生、無(wú)二次污染、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、操作費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。但在天然氣脫水過(guò)程中，膜材料的滲透將損失部分甲烷，且處理量不大。 固體吸附脫水法 使用具有內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的、比表面積較大的吸

38、附劑來(lái)脫水。脫水后的天然氣含水量可降至1mg/kg，或天然氣的露點(diǎn)達(dá)到-101，常用的固體吸附劑有硅膠、活化氧化鋁、4A分子篩和5A分子篩。固體吸附劑一般容易被水飽和，可采用熱吹脫附再生，以便循環(huán)使用。固體吸附劑一般用于低含水天然氣的深度脫水?！?】本項(xiàng)目要求進(jìn)入液化廠的天然氣中水含量小于1×10-6，所以我們選用固體吸附脫水法進(jìn)行深度脫水。2.2.2脫水系統(tǒng)吸附劑的選擇目前在天然預(yù)處理過(guò)程中，主要使用的固體吸附劑有活性氧化鋁、硅膠和分子篩三大類。活性炭的脫水能力甚微，主要用于從天然氣中回收液烴?；钚匝趸X是一種極性吸附劑，它對(duì)多數(shù)氣體和蒸汽都是穩(wěn)定的，是沒(méi)有毒性的堅(jiān)實(shí)顆粒，浸入水或

39、液體中不軟化、溶脹或破裂，抗沖擊和抗磨損的能力強(qiáng)。它常用于氣體、油品和石油化工產(chǎn)品的脫水干燥?；钚匝趸X干燥后的氣體露點(diǎn)可低達(dá)73。循環(huán)使用物化性能變化不大。為了防止生成膠質(zhì)沉淀，活性氧化鋁宜在177316下再生，即床層再生氣體在出口時(shí)最低溫度需維持在177，方可恢復(fù)至原有的吸附能力，因此其再生耗熱量較高?；钚匝趸X吸附重?zé)N后，再生時(shí)不易清除?；钚匝趸X呈堿性，可與無(wú)機(jī)酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)故不宜處理酸性天然氣。硅膠是一種親水性的極性吸附劑。硅膠對(duì)極性分子和不飽和烴具有明顯的選擇性，因此可用于天然氣脫水。硅膠的吸附性能和其它吸附劑大致相同，一般可使天然氣的露點(diǎn)達(dá)-60。硅膠很容易再生，再生溫度為180

40、200。雖然硅膠的脫水能力很強(qiáng)，但易于被水飽和，且與液態(tài)水接觸很易爆裂，產(chǎn)生粉塵。分子篩是一種天然或人工合成的沸石型硅鋁酸鹽。在分子篩的結(jié)構(gòu)中有許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的孔穴。這些孔穴不僅提供了很大的比表面，而且它只允許直徑比孔徑小的分子進(jìn)入，而比孔徑大的分子則不能進(jìn)入，從而使分子篩吸附分子有很強(qiáng)的選擇性。根據(jù)孔徑的大小不同，以及分子篩中SiO2與Al2O3的摩爾比不同，分子篩可分為幾種不同的型號(hào)，見(jiàn)表2.1。X型分子篩能吸附所有能被A型分子篩吸附的分子，并且具有稍高的濕容量【11】。在天然氣凈化過(guò)程中，常見(jiàn)的幾種物質(zhì)分子的公稱直徑見(jiàn)表2.2 所列。其中，H2O、CO2和H2S分子的直徑小

41、于4×10-10m，烴類分子的直徑均大于4×10-10m。表2-1 幾種常用的分子篩型號(hào)SiO2/Al2O3摩爾比孔徑/(×10-10m)化學(xué)組成（M2/nO·Al2O3·x SiO2·yH2O）3A（鉀A型）233.32/3K2O·1/3Na2O·Al2O3·SiO2·4.5H2O4A(鈉A型）24.24.7Na2O·Al2O3·2SiO2·4.5H2O5A（鈣A型)24.95.60.7CaO·0.3Na2O·Al2O3·2SiO2&

42、#183;4.5H2O10X(鈣X型)2.23.3890.8CaO·0.2Na2O·Al2O3·2.5SiO2·6H2O13X（鈉X型）2.33.3910Na2O·Al2O3·2.5SiO2·8H2OY（鈉Y型）3.36910Na2O·Al2O3·5SiO2·8H2O鈉絲光沸石3.36約5Na2O·Al2O3·10SiO2·67H2O表2-2 常見(jiàn)的幾種分子公稱直徑分子公稱直徑/(10-10m)分子公稱直徑/(10-10m)H22.4CH44CO22.8C2H64.

43、4N23C3H84.9H2O3.2nC4nC224.9H2S3.6iC4iC225.6CH3OH4.4苯6.7從表2.1和表2.2可以看出，要用分子篩脫水，選擇4A（或者3A）分子篩是比較合適的，因?yàn)?A分子篩的孔徑為(33.3)×10-10m，4A分子篩的孔徑為(4.24.7)×10-10m，水的公稱直徑為3.2×10-10m。4A分子篩不僅可以吸附水同時(shí)還可以吸附CO2、H2S等雜質(zhì)。在上游的脫碳裝置出現(xiàn)短時(shí)間波動(dòng)而導(dǎo)致天然氣沒(méi)有達(dá)標(biāo)時(shí),分子篩可以發(fā)揮一定的凈化作用,因此本項(xiàng)目選擇4A分子篩作為脫水吸附劑。分子篩脫水屬于氣固吸附過(guò)程,是一個(gè)可逆過(guò)程。分子篩在低

44、溫高壓下吸附至臨近轉(zhuǎn)效點(diǎn)時(shí),通過(guò)升高溫度、降低壓力讓被吸附物質(zhì)從分子篩表面脫附再生。12綜上所述，分子篩與活性氧化鋁和硅膠相比較，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)： 1吸附選擇性強(qiáng)，只吸附臨界直徑比分子篩孔徑小的分子；另外對(duì)極性分子也具有高度選擇性，能牢牢地吸附住這些分子。2脫水用分子篩如3A或4A分子篩，它不吸附重?zé)N，從而避免因吸附重?zé)N而使吸附劑失效。用硅膠或活性氧化鋁進(jìn)行脫水時(shí)，由于共吸附天然氣中的重?zé)N，操作壽命一般比較短，而且脫水的深度也受到限制。3具有高效吸附性能，在相對(duì)濕度或分壓很低時(shí)，仍保持相當(dāng)高的吸附容量，特別適用于深度干燥。4吸附水時(shí)，同時(shí)可以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體。5不易受液態(tài)水的損害。13

45、2.2.3分子篩脫水工藝目前天然氣工業(yè)用的脫水吸附器主要是固定床吸附塔,為保證裝置連續(xù)操作,至少需要兩個(gè)吸附塔。分子篩工藝一般分為兩塔流程、三塔或多塔流程。在兩塔流程中,一塔進(jìn)行脫水操作,另一塔進(jìn)行吸附劑的再生和冷卻,然后切換操作。在三塔或多塔流程中,受進(jìn)料條件等因素影響切換程序可以有多種選擇,例如三塔流程可采用一塔吸附、一塔再生、另一塔冷卻或二塔吸附、一塔再生及冷卻的切換程序。在同等吸附周期的情況下,兩塔流程相對(duì)三塔流程而言，設(shè)備少,投資較為節(jié)省。由于設(shè)備數(shù)量的減少,今后的操作維護(hù)費(fèi)用也將大大降低。同時(shí)由于減少了設(shè)備、工藝管線數(shù)量,實(shí)際上也相應(yīng)削減了管線、設(shè)備穿孔泄漏的風(fēng)險(xiǎn),提高了安全可靠性

46、。 分子篩脫水一般采用兩塔或三塔流程,巴彥淖爾市磴口縣項(xiàng)目中采用的是兩塔流程。正常生產(chǎn)中,一塔吸附,另一塔再生。圖2.2所示為其工藝流程示意圖。脫水吸附：吸附時(shí)，經(jīng)醇胺法脫碳后，含飽和水的天然氣自上而下通過(guò)分子篩（分子篩塔1）床層,從而減少氣流對(duì)吸附劑床層的擾動(dòng),脫水后的干氣含水量低于1×10-6(),再經(jīng)過(guò)分子篩塔出口粉塵過(guò)濾器濾除氣體中攜帶的分子篩顆粒后去冷箱液化。再生：在加熱期間,再生氣由再生氣加熱爐加熱到300后,自下而上地進(jìn)入分子篩脫水塔(分子篩塔2)并將分子篩加熱并穩(wěn)定在280，恒溫一小時(shí)后脫水結(jié)束。分子篩脫水塔(分子篩塔2)塔頂出來(lái)的再生氣經(jīng)過(guò)再生氣換熱器換熱后溫度降低

47、，再經(jīng)過(guò)再生氣冷卻器冷卻后進(jìn)入再生氣分離器分離出凝液,之后再生氣可返回到濕原料氣中,也可摻入產(chǎn)品氣中,還可進(jìn)入工廠燃料氣系統(tǒng)中。一旦分子篩床層被再生完全后,再生氣將走再生氣加熱器旁通,進(jìn)入分子篩脫水塔(分子篩塔2)以使床層冷卻下來(lái),當(dāng)冷吹氣流出口溫度低于40時(shí),冷卻過(guò)程即可停止。再生后的床層需經(jīng)冷卻降溫后才具有較好的吸附效果,為此進(jìn)行冷吹,用低溫氣體帶走分子篩的熱量。冷卻氣通常是自上而下流過(guò)吸附劑床層，從而使冷卻氣中的水分被吸附在床層的頂部。這樣，在脫水操作中，床層頂部的水分就不會(huì)對(duì)干燥后的天然氣露點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)大影響。圖2-2 分子篩脫水系統(tǒng)工藝流程圖2.2.4 分子篩脫水的設(shè)備分子篩塔 在分子篩

48、脫水系統(tǒng)中需要用到兩個(gè)分子篩塔。一塔進(jìn)行脫水操作,另一塔進(jìn)行吸附劑的再生和冷卻,然后切換操作。在再生期間,所有被吸附的物質(zhì)通過(guò)加熱而被脫吸,為該塔的下一個(gè)吸附周期作準(zhǔn)備。粉塵過(guò)濾器 在分子篩脫水以后設(shè)置分子篩粉塵過(guò)濾器。粉塵過(guò)濾器的作用是分離脫水后的天然氣中攜帶的分子篩粉塵等雜質(zhì)顆粒。在高速流動(dòng)條件下,細(xì)小的固體顆粒會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生很大的磨損,因此粉塵過(guò)濾器對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是必需的。再生氣加熱爐 再生氣加熱爐的作用是對(duì)天然氣進(jìn)行加熱，使再生氣的溫度達(dá)到300。加熱的再生氣進(jìn)入分子篩塔恒溫到280一段時(shí)間后，脫除分子篩上吸附的水，使分子篩塔重新具有吸附功能。再生氣換熱器 本項(xiàng)目的換熱器選用氣-氣

49、換熱器。氣-氣換熱器的作用是使進(jìn)口天然氣與輸出的低溫干氣進(jìn)行換熱,可進(jìn)一步降低進(jìn)口天然氣溫度,并且可提高輸出干氣的溫度，達(dá)到能源的充分利用。再生器冷卻器 再生氣冷卻器的作用是降低進(jìn)入分離器的天然氣的溫度,可以采用水冷或氣冷等冷卻方法。降低進(jìn)口溫度在天然氣低溫冷凝法脫水工藝中的應(yīng)用是很普遍的,在相同的條件下可以達(dá)到更低的露點(diǎn),有利于提高脫水的深度。再生氣分離器 在分離后的液體中,還包含一些氣體,再生氣分離器的作用是將這部分氣體分離出來(lái), 并將氣體輸入干氣系統(tǒng)。第三章 再生氣加熱爐控制系統(tǒng)3.1再生氣加熱爐工藝及要求在分子篩脫水脫酸后的原料氣經(jīng)過(guò)濾分離器除去所攜帶大于0.3m的液體與固體雜質(zhì)后去脫

50、水塔脫水,氣體自上而下流過(guò)脫水塔1吸附劑床層。原料氣中的水分被吸附劑選擇吸收,從床層底部流出的干氣進(jìn)入后面的液化工藝。整個(gè)吸附周期為8 h。塔1進(jìn)行干燥吸附時(shí),同時(shí)塔2則進(jìn)行再生。再生氣進(jìn)入加熱爐加熱到300后從下而上進(jìn)入干燥塔2,熱的再生氣將床層加熱,加熱時(shí)間為4h。隨著床層溫度的不斷升高,水從吸附劑上脫附,脫附出來(lái)的水蒸汽隨再生氣一起進(jìn)入空冷器冷卻到40以下,大部分水蒸汽被冷凝下來(lái)并在再生分離器中分離。加熱結(jié)束后,加熱爐停止運(yùn)行,接著對(duì)床層進(jìn)行冷吹,冷吹時(shí)間也為4 h,直到床層溫度低于40為止。加熱爐主要是用來(lái)加熱再生氣,再生氣的溫度需要加熱到300，由于加熱和冷卻時(shí)間均為4 h，因此，加

51、熱爐只有50%工作時(shí)間。為了保證安全，停止加熱時(shí)，冷吹氣仍要通過(guò)爐內(nèi)翅管，同時(shí)在加熱爐選擇上，選擇了美國(guó)生產(chǎn)加熱爐的專業(yè)廠家GTS公司生產(chǎn)的對(duì)流式加熱爐。該加熱爐與普通加熱爐不同之處在于增加了一個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)，讓出口煙氣2/3的氣體重新返回燃燒室，不但可防止?fàn)t膛溫度超高，而且爐膛溫度分布更均勻，熱效率高于89%，常用的輻射加熱爐熱效率只有69%左右，因此更節(jié)約燃料氣。加熱爐形狀為""，這種加熱爐主要由兩部分組成：燃燒段和對(duì)流傳熱段。在燃燒段,燃燒器采用短火焰燃燒器，防止火焰直接與盤管接觸，燃料氣和空氣混合燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c循環(huán)氣混合后流向?qū)α鞫蔚谋P管，使工藝流體均勻的被加熱，

52、同時(shí)使煙囪的煙道氣溫度低于245，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天然氣的自燃溫度538。在冷吹停爐時(shí)，由于有循環(huán)風(fēng)機(jī)，整個(gè)爐內(nèi)溫度可很快的均勻冷卻下來(lái)，保證冷吹過(guò)程不受影響。在加熱爐控制系統(tǒng)中，干氣通過(guò)再生氣換熱器升溫后進(jìn)入加熱爐加熱，再生氣加熱到300自下而上進(jìn)入分子篩再生塔，對(duì)分子篩塔加熱并穩(wěn)定在280。加熱爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖如圖3-1所示：圖3-1 加熱爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖再生氣加熱爐再生冷卻操作參數(shù)：再生操作 通常在濕原料氣或干燥氣中分出部分氣體作為再生原料氣，當(dāng)其加熱到一定溫度后進(jìn)入再生塔床層，然后再進(jìn)入濕原料氣總管； 再生溫度 一般為175260，這取決于吸附劉的種類；溫度越高，再生后的吸附劑的濕容量越大

53、，同時(shí)也將縮短吸附劑的使用壽命，本項(xiàng)目中再生溫度為280； 再生氣流量 再生氣流量應(yīng)該滿足在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把再生吸附劑提高到規(guī)定的溫度，一般為總原料濕氣的5%-15%； 再生時(shí)間 使再生吸附器出口溫度達(dá)到預(yù)定再生溫度的時(shí)間約占總時(shí)間的65%75%.若采用周期為8h的雙塔流程，則加熱再生吸附劑床層的時(shí)間為56h。本項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需要，再生時(shí)間為4h； 冷卻操作參數(shù) 冷卻氣流量一般與再生氣流量相同，最后的冷卻溫度為4055，床層冷卻時(shí)間約占總時(shí)間的25%35%。若采用周期為8h的雙塔流程，則冷卻床層時(shí)間為23h，本項(xiàng)目的冷卻時(shí)間為4h；3.2方案設(shè)計(jì)3.2.1 自動(dòng)控制方案的選擇自動(dòng)化水平是根據(jù)工

54、藝裝置的要求，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化水平及業(yè)主方的要求所確定。根據(jù)磴口項(xiàng)目工藝和生產(chǎn)管理的要求，自控系統(tǒng)本著安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，自動(dòng)化水平位于國(guó)內(nèi)同類裝置的先進(jìn)水平。為保證生產(chǎn)裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)期運(yùn)行，采用集散式控制系統(tǒng)（DCS-Distributed Control System）對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行集中控制、顯示、記錄和報(bào)警。全廠生產(chǎn)裝置設(shè)置一個(gè)控制室（CCR），一個(gè)工程師站，兩個(gè)操作員站。DCS控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的主控卡、獨(dú)立的操作站，同時(shí)設(shè)置ESD、F&G控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)（DCS）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠所有生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)檢測(cè)和控制操作；緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠裝

55、置進(jìn)行緊急關(guān)斷操作；火災(zāi)及可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)（F&G）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行可燃?xì)饧盎鹧娴奶綔y(cè)、報(bào)警操作。利用火焰探頭、感溫探頭、感煙探頭和可燃?xì)怏w探頭及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的火光、熱、煙和可燃?xì)怏w的泄漏，當(dāng)其超過(guò)安全設(shè)定時(shí)，F(xiàn)&G系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警或啟動(dòng)滅火設(shè)備進(jìn)行滅火操作；安全監(jiān)視系統(tǒng)CCTV（Close Circuit Television）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)安全狀況及廠區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視。計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)能夠完成整個(gè)工廠管控一體化。為了提高整個(gè)集散式控制系統(tǒng)的安全性、可靠性，DCS、ESD將獨(dú)立設(shè)置，并各自完成不同的功能。DCS系統(tǒng)位于中心控制室（CCR）內(nèi)，主要由五部分組成：I/

56、O板、控制器、工程師站、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。DCS控制系統(tǒng)選用浙江中控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的JX-300XP系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的單一型號(hào)控制系統(tǒng)產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)中再生氣加熱爐采用計(jì)算機(jī)控制，操作過(guò)程中的信號(hào)引進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警及連鎖功能。在現(xiàn)場(chǎng)，PLC通過(guò)硬線與DCS實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)采用MODBUS協(xié)議的RS485（倆線）通訊接口送至DCS集散控制系統(tǒng)，提供標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議。3.2.2 被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇一、被控參數(shù)的選擇在加熱爐控制系統(tǒng)中，再生氣的溫度需要加熱到300，而再生氣的溫度需要通過(guò)加熱爐加熱，這就需要對(duì)加熱爐進(jìn)行控制。在該控制系

57、統(tǒng)中，被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇恰當(dāng)與否，是保證控制系統(tǒng)達(dá)到控制要求的必要保證。被控參數(shù)選擇的一般原則： 一般選取可直接測(cè)量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)； 選擇與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)； 被控參數(shù)必須具有足夠大的靈敏度； 考慮工藝過(guò)程的合理性和國(guó)內(nèi)、外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。本加熱爐控制系統(tǒng)要求再生氣的溫度達(dá)到一定要求，所以選擇再生氣溫度為被控參數(shù)。二控制參數(shù)的選擇1.干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響（1）放大倍數(shù) Kf的影響Kf越大，系統(tǒng)的余差越大，控制質(zhì)量越差。（2）時(shí)間常數(shù) Tf的影響Tf 越大，個(gè)數(shù)越多，或者說(shuō)干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥，干擾對(duì)被控參數(shù)的影響就越小，系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越高。（3）純滯后 0的和容量滯后c的影響造成控制作用不及時(shí)，使控制質(zhì)量下降。c的影響比純滯后0對(duì)系統(tǒng)的影響緩和。若引入微分作用，對(duì)于克服c對(duì)控制質(zhì)量的影響有顯著的效果。14由于在該加熱爐控制系統(tǒng)中，再生氣是通過(guò)燃料氣和空氣的燃燒來(lái)加熱的，在該加熱爐控制系統(tǒng)中，再生氣溫度作為被控變量，風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量是控制變量，燃料氣和風(fēng)量以一定的空燃比燃燒加熱再生氣。通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，控制燃燒的空燃比達(dá)到控制再生氣溫度的效