下载文档原格式
10万方天然气液化装置工艺流程培训内容（刘康）1.流程模拟计算报告(PFD)讲解工艺流程的总体设计说明该流程模拟计算为设计根本依据，体现工艺流程的大体过程、主要设备、工艺介质在主要工段的物性数据；该数据为工艺流程优化和液化装置关键设备选型提供设计依据。
注：物性数据为模拟计算结果，与装置的实际运行效果必然会有一定的偏离。
天然气从外界管网进入装置时，压力为4MPa，温度为10℃；原料气分离计量原料气1首先流入V-100（原料气分离器），脱除夹带的液滴和固体颗粒物，原料气56经由PCV-101进行压力调节至恒定，原料气4再进入V-101（原料气过滤分离器），进一步分离脱除夹带的液滴和固体颗粒物，原料气2流经FE-101（流量计，计量进入装置内的天然气流量）；原料气脱酸之后原料气10流过E-101（气-气换热器），与来自C-201（胺接触塔）脱酸后的原料气59进行热交换，升温后的原料气18再流经E-102（胺塔进气加热器），由来自热媒系统的导热油确保加热至40℃（天气寒冷时）；原料气11再进入C-201进行脱酸，脱酸后的原料气30进入E-100（胺高架冷却器），降温后的脱酸原料气59进入E-101进一步降温，原料气39接着进入V-301（原料气水分离罐），将冷凝出的水通过LCV-301控制排出，该冷凝水将流入C-201作为胺液补充水；注：脱酸后的原料气中CO2含量小于等于50ppm。
原料气干燥离开V-301的原料气17进入D-301A（分子筛干燥器）脱水，经分流，大部分原料气将作为原料气44进入V-303（脱汞床）；少部分原料气作为再生气7将流经FCV-301，流量调节后的再生气49流经H-301（再生气电加热器），加热升温后的再生气27进入D-301B （分子筛干燥器）进行分子筛再生；之后再生气28进入E-301（再生气冷却器），冷却至45℃后的再生气29进入V-302（再生气分离器）分离出冷凝的水分，之后再生气12进入K-301(再生气循环压缩机)增压，增压后的再生气进入E-302(再生气压缩机冷却器)降温，降温后的再生气38与原料气11会合，重新进入C-201开始新的循环。
常用的天然气液化流程常用的天然气液化流程不同液化工艺流程，其制冷方式各不相同。
在天然气液化过程中，常用天然气液化流程主要包括级联式:液化流程、混合制冷剂液化流程与带膨胀机的液化流程，它们的制冷方式如下。
一、级联式液化流程由若干个在不同温度下操作的制冷循环重叠组成，其中的高、中、低温部分分别使用高、中、低温制冷剂。
高温部分中制冷剂的蒸发用来使低温部分中的制冷剂冷凝，低温部分制冷剂再蒸发输出冷量，用几个蒸发冷凝器将这几部分联系起来。
蒸发冷凝器既是高温部分的蒸发器又是低温部分的冷凝器。
对于天然气液化，多采用由丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂的三级复叠式制冷循环。
级联式液化流程的优点主要包括：1、逐级制冷循环所需的能耗最小，也是目前天然气液化循环中效率最高的流程。
2、与混合制冷剂循环相比，换热面积较小；3、制冷剂为纯物质，无配比问题；4、各制冷循环系统与天然气液化系统彼此独立，相互影响少、操作稳定、适应性强、技术成熟。
级联式液化流程的缺点：1、流程复杂、所需压缩机组或设备多，至少要有3台压缩机，初期投资大；2、附属设备多，必须有生产和储存各种制冷剂的设备，各制冷循环系统不允许相互渗漏，管线及控制系统复杂，管理维修不方便；3、对制冷剂的纯度要求严格。
根据级联式液化流程的以上特点，该流程无法满足小型撬装式LNG 装置对设备布局要求简单紧凑的要求，因此只适用于大型装置，常用于2X104~5X104m3/d的装置。
通过优化设备的配置，级联式液化流程可以与在基本负荷混合制冷剂厂中占主导地位的带预冷的混合制冷剂循环相媲美。
二、混合制冷剂液化流程该工艺是20世纪60年代末期，由级联式制冷工艺演变而来的，多采用烃类混合物(N2、C1、C2、C3、C4、C5)作为制冷剂，代替级联式制冷工艺中的多个纯组分，其组成根据原抖气的组成和压力确是，利用多组分混合物中重组分先冷凝、轻组分后冷凝的特性，将其依次冷凝、分离、节流、蒸发得到不同温度级的冷量，又据混合制冷剂是否与原料天然气相混合，分为闭式和开式两种混合制冷工艺。
混合制冷剂循环液化天然气流程的优化赵军(重庆龙冉能源科技有限公司，重庆 408017)摘要：基于社会发展的大环境，社会对于清洁能源的使用越来越重视起来。
实际上，就国内清洁能源工艺而言，还需不断发展，只有将其技术不断进行完善，才可以进行自主研发。
基于此，文章首先概述了天然气流程，然后从两个方面展开论述，即流程与配比优化，并探究了实际的优化方式。
关键词：混合制冷；液化天然气；单级循环；节能降耗中图分类号：TB66 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2021)11-0167-02DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2021.11.082Optimization of Liquefied Natural Gas Flow of Mixed Refrigerant Cycle ZHAO Jun (Chongqing Longran Energy Technology Co., Ltd., Chongqing 408017, China) Abstract: Based on the environment of social development, the society pays more and more attention to the use of clean energy. In fact, as far as domestic clean energy technology is concerned, it needs to be developed continuously. Only by improving its technology can it be developed independently. Based on this, this paper first summarizes the natural gas process, and then from two aspects, namely process and ratio optimization, and explore the actual optimization.Keywords: hybrid refrigeration; liquefied natural gas; single stage cycle; energy saving0引言伴随技术的进步，我国也产生了许多新型的清洁能源，在这之中就包括液化天然气，因为其操作流程非常简便，而且所需成本费用相对较少，所以它被广泛运用到各个相关行业中。
开放循环的制冷剂混合液化过程是将天然气转化为液体的一种非常重
要的方法，这样我们就可以移动并储存它。
我们使用不同制冷剂的混合物来冷却气体并将其转化为液体。
这个过程有几个主要步骤：压气，冷却，分离，然后变成液体。
这些步骤都以连续的周期合作，以确保
我们始终有稳定的液化天然气供应。
天然气世界大事记！
在开放循环混合制冷剂液化的舞蹈中，第一个优雅的步骤是温和地拥
抱天然气。
随着压抑的每一个阶段，气体被温和地升起，温度随每一
个温柔的抚摸而上升。
当它从这个亲密事件中出现时，它进入一个冷却室，一个混合的制冷剂将它嵌入一个冷却的拥抱中。
天然气被这种酷酷的触摸所吞噬，衰落并变成液态，液体现在被分离和纯净，在等待其注定的旅程时被温和地持有，这是对未来目的的沉默承诺。
开放循环制冷剂混合液化工艺被视为天然气液化的综合高效程序。
这
需要使用混合制冷剂，以有效降低温度，随后凝固天然气，同时采取
一套压力、冷却、分离和液化措施，产生连续流的液化天然气。
这一
复杂进程在天然气运输和储存领域具有不可否认的意义，因此在天然
气工业中发挥着关键作用。
天然气混合制冷液化流程模拟摘要混合制冷剂天然气液化工艺是目前应用最广泛的液化工艺。
本文在分析天然气液化装置中常用的混合制冷剂液化循环的几种基本工艺的基础上，根据天然气和混合制冷剂热物性的特点，选择了PR（Peng-Robinson）方程来计算这两种混合物的相平衡特性。
利用HYSYS软件研究了混合制冷剂流程的冷箱制冷部分，建立了冷箱模拟计算模型，研究了混合制冷剂组分对液化过程的影响。
关键词:混合制冷液化循环；流程模拟；HYSYS；冷箱Simulation of Mixed Refrigerant Cycle for Natural Gas LiquefactionAbstractThe Mixed-Refrigerant Cycle (MRC) is the most widely used liquefaction process nowadays.Several MRC cycles for Liquefied Natural Gas (LNG) production were analyzed in this paper,--Based on the thermodynamic properties of natural gas and mixed-refrigerant, the Peng-Robinson (PR) equation was selected to calculate the phase equilibrium. The cold box in the liquefaction cycle was simulated by used HYSYS software, the model was established and the components of the mixed refrigerant influence on liquefaction process were studied.Key words: MRC; simulation; HYSYS; cold box目录第1章前言 (1)1.1 工业背景和研究意义 (1)1.1.1 世界液化天然气工业的发展 (1)1.1.2 中国液化天然气工业的发展 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 研究内容 (4)第2章混合制冷液化流程 (5)2.1 混合制冷液化流程 (5)2.2 混合制冷剂液化流程的分类 (5)2.2.1 闭式混合制冷剂液化流程 (5)2.2.2 开式混合制冷剂液化流程 (7)2.2.3 丙烷预冷混合制冷剂液化流程 (8)2.2.4 CII液化流程 (10)2.2.5 新型两级混合制冷剂液化流程 (12)第3章冷箱 (14)3.1 冷箱简介 (14)3.2 冷箱的技术关键 (14)3.2 液化天然气领域冷箱的应用 (14)第4章天然气液化流程模拟软件 (17)4.1 HYSYS简介 (17)4.2 HYSYS中各个模块的性质与原理 (18)4.2.1 气液分离器 (18)4.2.2 壳管式换热器 (18)4.2.3 LNG换热器 (20)4.2.4 阀门 (21)4.3HYSYS的实际应用 (22)第5章天然气液化流程模拟 (23)5.1 概述 (23)5.2 液化流程模拟步骤 (23)5.2.1 输入条件 (23)5.2.2流程搭建 (24)5.3流程模拟计算 (28)5.3.1收敛计算 (28)5.3.2制冷剂组分对换热的影响 (28)5.3.3 结果分析 (29)第6章结论与展望 (30)6.1 结论 (30)6.2 展望 (30)参考文献 (31)致谢 ........................................................................... 错误！未定义书签。
第1章前言1.1工业背景和研究意义天然气作为一种清洁优质燃料，是当今世界能源消耗中的重要组成部分，其开发和利用已在全球受到普遍关注[1]。
随着天然气探明储量的增加，世界天然气的产量呈持续增长趋势。
近几十年，天然气在能源结构中的比例逐年稳步上升。
目前，天然气消费量的年平均增长率为2.2%，远高于同期石油消费增长率的0.8%。
天然气消费量增长带动和促进了天然气工业的发展，现在，人们越来越多的关心如何更好、更经济地利用天然气来服务于人类生活。
液化天然气就是天然气利用的一种方式。
液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）是无色透明、无臭的低温液体，是在常压下将天然气冷冻至-162℃左右，由气体变为液态，它是天然气经过净化（脱水、脱CO2、H2S等酸性气体）后，采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的，其体积约为气态体积的1/600。
将天然气液化的目的主要有以下几个方面[2-4]：（1）天然气液化后便于进行经济可靠的运输。
目前，天然气资源分布不均衡，生产地和消费地常存在相当长的距离，在不便敷设管道的地区，用专门的槽车、火车、轮船，将LNG运输到销售地，方便灵活，适应性强。
（2）提高储存效率和安全保证。
可实现低压储存及使用，避免了压缩天然气（CNG）高压（压力20MPa）储存及使用带来的威胁。
（3）将天然气液化，有利于城市符合的调节。
可将低负荷时多余的天然气液化后储存，当用气或用电高峰时，再将其气化，可以达到调节供需和应急的目的。
（4）液化天然气的突出优点是环境效益显著。
液化天然气作为汽车发动机燃料对大气的污染要比汽油少得多。
基于以上LNG众多优点，可以看出，发展液化天然气（LNG）项目是目前世界能源发展的潮流，在我国发展液化天然气也是势在所趋。
1.1.1 世界液化天然气工业的发展天然气是一种非常重要的资源，它燃烧清洁，污染小，通常生产与输送成本低廉，其储量十分巨大。
但是，天然气的产地往往远离能源消耗区，这就需要通过某种方式将天然气从气田或资源国输送至目标用户。
管道输送是一种好的输送方式，但对于远距离越洋运输，目前还没有成熟的技术可以建造深海长距离输送管道，因此需要寻找其他的方法。
LNG 是一个越洋大量输送天然气的商业化技术。
1964年9月27日，阿尔及利亚的世界上第一座LNG工厂建成投产。
同年，第一艘载着12000吨LNG的船驶往英国，标志着世界LNG贸易的开始。
1.1.2 中国液化天然气工业的发展我国是能源和原材料生产大国，也是消费大国，人均占有资源量相对少。
尽管有丰富的国内天然气资源和周边国家可供利用的天然气资源，但是到目前为止，由于客观原因，致使我国天然气消费量在一次能源消费结构中仅占2%左右，而西方发达国家要占20%左右。
随着我国国民经济的发展，尤其是对环境保护的日益重视，天然气需求量将迅速增大。
天然气需求量的增长必然促进液化天然气工业的发展。
2001年中原油田为了将天然气资源用于城市燃气和汽车代用燃料，建造了国内第一座生产型的液化天然气装置。
2002年新疆广汇集团开始建设一座日处理天然气量为150万m3的液化天然气工厂。
2004年6月，国家发改委在《我国能源中长期发展规划》的基础上制定了《关于我国液化天然气进口方案的建议》。
《建议》中提出在广东，福建，山东，浙江，上海，江苏，辽宁，河北，天津，广西等沿海地区建设若干LNG接收码头和输气干线。
基本形成以LNG为主体的沿海天然气大通道，并适时与全国主干管网相连接。
这标志着我国LNG进口工作全面启动，并将通过实施以市场换资源战略推动石油公司走出去，进入国际石油天然气资源地和LNG工业。
近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，正在成为世界油气工业新的热点。
我国正处在天然气工业发展的黄金时期，随着更多的城市使用更多的天然气，对液化天然气(LNG)的需求也有明显的增长。
2006年6月底，深圳大鹏LNG项目的投产，更是吹响了我国LNG事业全面发展的号角。
同时国际LNG市场正由买方市场转向卖方市场，但近年内仍处于买方市场，这也为我国发展LNG产业创造了良好的外部资源条件。
LNG 产业的发展对我国发展国民经济，调整能源结构，改善环境质量，提高生活水平，促进经济与环境协调发展具有重要意义!我国LNG工业应实施全球化，市场化，多元化和系统化发展战略，以形成LNG与管道以及海洋天然气共同发展与石油资源互为补充的格局。
从而改善我国能源结构，保障国家能源安全!在未来的一些年中，除了有数以百万吨计的LNG自海外进口，更多的天然气液化工厂和LNG末端装置也会迅速建设起来。
总的来说，我国LNG工业的特点是起步晚、潜力大，广阔的市场和客观的经济和社会效益为我国的LNG工业发展提供了难得的机遇。
LNG已经成为一种重要的不可替代的能源，持续高速度的发展历程展示了它强大的生命力。
近年来，LNG基础技术以及天然气液化、储运装置的研究蓬勃发展。
随着应用研究的深入，LNG将有越来越广泛得到应用。
可是预言，我国LNG工业将会进入一个崭新的发展阶段。
我们LNG工业刚刚起步，未有成熟的独立设计、建造工厂的经验，只能引进国外配套设备和技术。
但是由于国情和工厂设计规模等情况的不通，往往使得引进的天然气液化流程和提供的岗位操作参数不合时宜，出现投资费用大、液化率低、功耗大的情况。
解决上述问题的方法就是根据实际情况、利用自身特点优选液化流程及合理选择操作参数。
当代工业规模的天然气液化（即LNG的生产）技术通常可用下面框图表示为三部分，即原料气预处理、液化和储存三部分。
图1.1 天然气液化技术组成图其中，液化流程在整个LNG工厂中占有重要的地位，实践证明，在LNG工厂总投资中天然气液化部分所占的比例大约为40%左右，研究液化工艺流程具有现实意义和深远的社会以及经济效益，所以对液化流程进行模拟设计和流程参数分析显得尤为重要，因为流程模拟是过程系统工程中最基本的技术不论过程系统的分析和优化，还是过程系统的综合，都是以流程模拟为基础。
而合理地选择参数不仅使模拟过程能够顺利进行，而且还会使模拟结果切实可行。
1.2 国内外研究现状我国的LNG工业刚刚起步，独立设计、建造LNG装置的经验较少。
进行天然气液化流程的理论分析和设计流程有重要的意义。
国外从20世纪70年代开始，对LNG装置的液化流程进行来设计、模拟与评价工作[5-6]。
Shell公司针对基本负荷型LNG装置的液化流程的最新发展，模拟计算了级联式液化流程、丙烷预冷混合制冷剂液化流程、两级混合制冷剂液化流程和氮气膨胀液化流程，并分别分析了其优劣[7]。
1995年，Melaaen提出了简化的绕管式换热器模型。
在此基础上，建立了基本负荷型天然气液化流程动态仿真模型，并采用隐式DASSL进行了仿真计算，指出设计变量初值的选取对仿真计算的收敛影响很大。
