楊進(jìn)榮，張躍，魏立達(dá)，吳斌強(qiáng)，何鵬

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司西南采氣廠，四川 筠連 645250；2.瀘州勝利卓華能源有限責(zé)任公司，四川 敘永 646400)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)清潔能源的需求量越來(lái)越大。小型撬裝式液化天然氣(liquefied natural gas，LNG)裝置技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際上一個(gè)研究熱點(diǎn)。小型撬裝式LNG裝置可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域，發(fā)揮其便于運(yùn)輸、施工簡(jiǎn)單、靈活機(jī)動(dòng)等特點(diǎn)。既可用于開發(fā)頁(yè)巖氣探井、邊遠(yuǎn)零散井、石油伴生氣及煤層氣等多種氣源，也可用于LNG加氣站、小型城市管網(wǎng)調(diào)峰裝置等[1-2]。因此，小型撬裝式LNG裝置開發(fā)和推廣使用具有很高的價(jià)值。

小型撬裝LNG裝置的工藝技術(shù)研究和開發(fā)使用，對(duì)LNG市場(chǎng)的壯大發(fā)展提供了有力支撐，具體表現(xiàn)為：一是小型撬裝式LNG裝置具有集成度高、安裝方便、移動(dòng)靈活、成本較低等特點(diǎn)，可以用相對(duì)較少的投資，對(duì)頁(yè)巖氣探井、邊遠(yuǎn)零散井、油田伴生氣、煤層氣等小規(guī)模氣源進(jìn)行回收利用，避免放空浪費(fèi)；二是LNG純度高、汽化成本低，利用小型撬裝式LNG裝置及汽化裝置，可以建設(shè)發(fā)展LNG、CNG加氣站；三是小型LNG裝置、LNG槽車運(yùn)輸方便，不受管網(wǎng)限制，可以將天然氣輸送到管線無(wú)法到達(dá)的企業(yè)客戶、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市等。四是LNG能量密度大，其體積是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的625倍，安全性能高，小型撬裝式LNG裝置常用于對(duì)城市用氣進(jìn)行調(diào)峰。

1 撬裝式液化天然氣裝置主要工藝技術(shù)簡(jiǎn)介

不同地區(qū)不同類型的天然氣，其氣源壓力、組分等有顯著差別。天然氣作為商品，在輸送至用戶或深加工之前，需要經(jīng)過(guò)脫水、脫酸性氣體和重?zé)N等，凈化達(dá)到一定的質(zhì)量指標(biāo)要求。天然氣分離過(guò)濾、預(yù)處理、凈化等工藝主要是脫除原料氣中所含的固體雜質(zhì)、酸性氣體、水分和雜質(zhì)等，如：水、H2S、CO2、Hg和重?zé)N等，以免腐蝕設(shè)備和管道，在低溫下凍結(jié)堵塞設(shè)備管道等[3-9]。

1.1 脫酸單元主要工藝技術(shù)

天然氣中含有少量的H2S、CO2等酸性氣體，在使用過(guò)程中會(huì)腐蝕設(shè)備和管道，因此在液化前要進(jìn)行脫硫、脫碳凈化處理?；瘜W(xué)吸收法是可逆化學(xué)反應(yīng)，在吸收塔內(nèi)吸收劑與H2S、CO2等酸性氣體進(jìn)行反應(yīng)，在再生塔內(nèi)采用提高溫度、降低壓力的方法，發(fā)生逆反應(yīng)，H2S、CO2等酸性氣體解吸釋放。各類胺溶液是應(yīng)用最為廣泛的脫酸性氣體吸附劑。物理吸收法基于吸收劑的選擇性來(lái)分離酸性氣體，在吸收過(guò)程中，可采用甲醇、丙酮等作為吸收劑，此方法中吸收劑的吸收效果與酸性氣體分壓成正比，因此多用于處理高含酸性組分的天然氣。復(fù)合法就是化學(xué)吸收法和物理吸收法同時(shí)使用。復(fù)合法的典型代表就是Sulf inol法，使用環(huán)丁砜和某一化學(xué)吸收劑組合作為脫硫劑，通常采用環(huán)丁砜、二異丙醇胺和水組成。

醇胺法是天然氣脫酸性氣體中應(yīng)用最多的方法，常用的醇胺類溶劑包括一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)和甲基二乙醇胺(MDEA)等。醇胺法脫除酸性氣體主要為可逆反應(yīng)化學(xué)過(guò)程控制，在操作壓力較低的條件下，比物理溶劑或混合溶劑更適用。

醇胺法脫酸性氣工藝流程，首先原料天然氣從吸收塔底部進(jìn)入，與頂部的貧胺溶液逆向充分接觸，凈化后的純氣從塔頂流出；富胺液自吸收塔底部通過(guò)貧富胺液換熱器進(jìn)行換熱，之后至再生塔再生，脫除的酸性氣體進(jìn)入硫回收裝置或直接放空，再生后的貧胺溶液經(jīng)貧液泵加壓提升至吸收塔頂部，開始新的循環(huán)。

MEA溶液用于脫除H2S，也可用于脫除CO2。MEA在兩種酸性氣體之間沒(méi)有選擇性，其堿性比其他醇胺溶液強(qiáng)，與酸性氣體反應(yīng)快，循環(huán)量最小。其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)性能穩(wěn)定，操作彈性大，使用條件廣；缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備管道腐蝕性較強(qiáng)，較易揮發(fā)，溶液損失大。目前實(shí)際應(yīng)用很少。

DEA溶液同樣對(duì)H2S、CO2兩種酸性氣體沒(méi)有選擇性，堿性比MEA弱，凈化程度低。其與MEA溶液相比，蒸發(fā)損失較小，腐蝕性相對(duì)較弱。

DIPA溶液對(duì)H2S、CO2兩種酸性氣體有選擇性凈化功能。在CO2存在的情況下，可選擇性脫除H2S，達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能效果明顯。并具有腐蝕小，降解產(chǎn)物生成不敏感等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)酸性氣體分壓低時(shí)，以化學(xué)吸附為主；當(dāng)酸性氣體分壓高時(shí)，以物理吸附為主。與MEA溶液相比較，節(jié)能效果顯著，并且能夠脫除有機(jī)硫。缺點(diǎn)是黏度大，易發(fā)泡。

MDEA溶液脫除酸性氣體性質(zhì)與DIPA溶液類同。MDEA溶液化學(xué)穩(wěn)定性好不易降解，對(duì)裝置腐蝕性小，可減少裝置投資和運(yùn)行成本，循環(huán)量少，氣體損失小。但與其他醇胺溶液相比易被污染，易產(chǎn)生日氣泡等問(wèn)題。

胺吸收法是一種發(fā)展比較成熟，應(yīng)用比較廣泛的天然氣脫除酸性氣體處理方法。此工藝流程中最主要問(wèn)題是胺溶液的循環(huán)再生，目前應(yīng)用較多的方法是高溫減壓蒸餾。

1.2 脫水單元主要工藝技術(shù)

井口采集的天然氣中含水量幾乎是飽和的，并且會(huì)攜帶一定量的液態(tài)水。天然氣含水量較高會(huì)降低管道輸送能力，增加輸送動(dòng)力消耗；并且天然氣中的水在一定壓力、溫度條件下，會(huì)形成天然氣水合物，從而阻塞輸氣管道、閥門和加工處理設(shè)備等。天然氣中含水量較高會(huì)存在極大危害，因此，必須脫除天然氣中的水分，以滿足管輸、加工LNG以及下游用戶的需要。

天然氣脫水常用的工藝方法有低溫冷卻法、溶劑吸收法和固體干燥劑吸附法等。

1.2.1 低溫冷卻法

天然氣中飽和含水量將隨溫度下降和壓力升高而降低。因此含水天然氣可采用直接冷卻至低溫的方法，或先將天然氣增壓再冷卻至低溫的方法脫水。冷卻法流程簡(jiǎn)單，成本低，特別適合于高壓氣體。但是為了達(dá)到較深的脫水程度，獲得較高的水露點(diǎn)，應(yīng)該有足夠低的溫度，需要有制冷設(shè)施，這樣就會(huì)增加脫水過(guò)程的設(shè)備投資，增加能量消耗，并進(jìn)一步提高天然氣脫水處理成本。根據(jù)冷卻方式不同，此法又分為直接冷卻、加壓冷卻、膨脹制冷冷卻和機(jī)械制冷冷卻等。

1.2.2 溶劑吸收法

根據(jù)吸收原理，采用一種親水液體與天然氣逆流接觸，通過(guò)吸收來(lái)脫除天然氣中的水分。常用的溶劑包括氯化鈣水溶液、甘醇(二甘醇、三甘醇、甲醇等)。溶劑吸收法脫水具有投資費(fèi)用較低，壓降較小，補(bǔ)充溶劑比較容易，溶劑再生時(shí)所消耗的能量較少等優(yōu)點(diǎn)。但是，溶劑吸收法脫水深度較低，難以達(dá)到LNG液化所需要的露點(diǎn)，因此不能用于LNG裝置。

1.2.3 固體干燥劑吸附法

利用某些固體物質(zhì)比表面大、表面孔隙可以吸附大量水分子的原理來(lái)進(jìn)行天然氣脫水。用于天然氣脫水的吸附過(guò)程一般為物理吸附，故可通過(guò)改變溫度或壓力的方法改變平衡方向，達(dá)到吸附劑再生的目的。常用的固體干燥劑有活性氧化鋁、硅膠及分子篩等。固體干燥劑吸附法脫水可以達(dá)到較低的露點(diǎn)，大型裝置通常采用溶劑吸收法作為前級(jí)脫水，固體干燥劑吸附法作為后級(jí)脫水，從而進(jìn)一步脫水達(dá)到露點(diǎn)要求。對(duì)于小型撬裝式LNG裝置，由于空間限制，僅采用固體干燥劑吸附法可以達(dá)到脫水深度要求，水露點(diǎn)可達(dá)-100 ℃。

1.3 液化單元主要工藝技術(shù)

LNG裝置的核心就是制冷液化單元。原料氣經(jīng)過(guò)分離過(guò)濾、脫酸、脫水脫汞凈化處理之后，純氣進(jìn)入制冷液化單元中的冷箱換熱器中，在換熱器中與制冷劑冷量交換不斷降溫，直至冷卻至-162 ℃左右液化。通常LNG制冷液化單元根據(jù)制冷方法的不同，又分為節(jié)流制冷循環(huán)、膨脹機(jī)制冷循環(huán)、階式制冷循環(huán)、混合冷劑制冷循環(huán)、帶預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)等。LNG裝置最普遍采用的是階式制冷循環(huán)、膨脹機(jī)制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)。

1.3.1 階式制冷循環(huán)工藝

階式制冷液化工藝也稱級(jí)聯(lián)式液化工藝，是一種常規(guī)制冷工藝，是利用常溫沸點(diǎn)不同的冷劑逐級(jí)降低制冷溫度實(shí)現(xiàn)天然氣液化的。經(jīng)典的級(jí)聯(lián)式液化流程可視為多級(jí)純工質(zhì)復(fù)疊制冷，含三個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)，分別以甲烷、丙烷、乙烯為制冷劑，逐級(jí)提供天然氣液化所需的冷量，制冷溫度梯度分別為-38 ℃、-85 ℃及-160 ℃左右。每個(gè)制冷循環(huán)又分為3級(jí)，這樣總共形成一個(gè)9階液化循環(huán)，從高到低，每一級(jí)的制冷量用于冷卻原料氣及該級(jí)以下各級(jí)的高壓冷劑至制冷溫度，通過(guò)9個(gè)換熱器的逐級(jí)冷卻，天然氣的溫度逐步降低直至被液化。

1.3.2 膨脹機(jī)循環(huán)工藝

帶膨脹機(jī)的液化流程通過(guò)高壓氣體在透平膨脹機(jī)中的絕熱膨脹制冷，實(shí)現(xiàn)天然氣液化的流程。工質(zhì)在膨脹機(jī)中絕熱膨脹降溫的同時(shí)還輸出功，可用于驅(qū)動(dòng)流程中的壓縮機(jī)，給循環(huán)中工質(zhì)的增壓。帶膨脹機(jī)的液化流程，一般為純工質(zhì)氣體制冷，常用制冷工質(zhì)為氮?dú)夂吞烊粴?。?dāng)被液化天然氣為高壓氣源時(shí)，可用天然氣膨脹制冷液化流程，即直接利用高壓天然氣在膨脹機(jī)中絕熱膨脹獲得冷量，使部分天然氣得到液化的流程。由于直接利用天然氣的高壓膨脹制冷，所以這種流程的功耗非常小，但液化率低。天然氣直接膨脹液化流程應(yīng)用條件比較苛刻，要有高壓氣源的同時(shí)還要有低壓天然氣管道，以便回收不能被液化的天然氣。而如果將沒(méi)有被液化的天然氣再增壓返回循環(huán)，液化率提高的同時(shí)又會(huì)帶來(lái)能耗的增加。另外，天然氣直接膨脹液化流程受原料氣氣源條件影響較大，氣源壓力和流量不穩(wěn)定時(shí)，運(yùn)行的穩(wěn)定性受影響較大。

1.3.3 混合冷劑制冷(MRC)循環(huán)工藝

混合冷劑制冷(MRC)液化流程是20世紀(jì)60年代末期由級(jí)聯(lián)式液化流程演變而來(lái)的，它采用多組分混合物為制冷劑，一般是以C1-C5的烷烴或烯烴及N2等五種以上的多組分混合制冷劑代替單組分制冷劑為工質(zhì)。制冷循環(huán)中高壓混合冷劑在換熱器中溫度逐漸降低，其中的不同組分被逐級(jí)冷凝后，通過(guò)節(jié)流閥節(jié)流膨脹后壓力降低，得到的低壓混合冷劑返回?fù)Q熱器逐級(jí)蒸發(fā)，在不同溫區(qū)為高壓冷劑及天然氣提供冷量，達(dá)到將原料氣液化的目的?；旌侠鋭┭h(huán)與級(jí)聯(lián)式或純工質(zhì)節(jié)流制冷循環(huán)不同之處在于，混合冷劑在某一特定壓力下沒(méi)有固定的相變溫度，而是在整個(gè)分布溫度區(qū)間均發(fā)生相變，因此能夠在整個(gè)低溫?fù)Q熱器中實(shí)現(xiàn)與天然氣良好的溫度匹配。

2 撬裝式LNG(6萬(wàn)m3)裝置方案及工藝流程

針對(duì)川南地區(qū)某區(qū)塊頁(yè)巖氣氣井分布、氣源壓力、組分等情況，制定相應(yīng)的頁(yè)巖氣生產(chǎn)加工方案[10-16]。該地區(qū)氣源壓力多在0.5～6.0 MPa之間。目前該地區(qū)有多家天然氣液化工廠，對(duì)探井邊緣井氣源回收利用多采用3.0×104～6.0×104m3撬裝式LNG裝置，對(duì)已連接管道的頁(yè)巖氣氣源建設(shè)有10.0×104～30.0×104m3較大規(guī)模天然氣液化工廠。

2.1 工藝流程簡(jiǎn)述

6萬(wàn)m3撬裝式LNG裝置的工藝流程如圖1所示，基本包括原料氣過(guò)濾分離、原料氣增壓、凈化(脫酸、脫水、脫汞)、制冷液化、BOG增壓、裝車及輔助系統(tǒng)等。

天然氣氣源為頁(yè)巖氣探井井口氣，采氣初期原料氣壓力較高，依次經(jīng)井口除砂器、過(guò)濾分離橇、調(diào)壓撬、脫酸單元、脫汞和干燥脫水及粉塵過(guò)濾單元后進(jìn)入液化冷箱進(jìn)行液化。采氣末期壓力較低時(shí)，需在過(guò)濾分離橇后增加原料氣增壓橇，增壓至5 MPa后進(jìn)入脫酸橇。經(jīng)過(guò)整體的工藝優(yōu)化，能夠以最小能耗獲得最大LNG凈產(chǎn)量和符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的LNG產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 脫酸單元方案及工藝流程

根據(jù)該氣源組分情況，組分中CO2含量0.06%左右，不含或含微量H2S(未檢出)。技術(shù)方案選用復(fù)合MDEA溶液為化學(xué)脫除劑，一段吸收，一段再生，復(fù)合MDEA溶液循環(huán)使用，工藝流程包括吸收塔和再生塔兩個(gè)工序。

脫酸凈化后純氣中CO2含量應(yīng)小于50.0×10-6，實(shí)際運(yùn)行中CO2含量通常在5.0×10-6左右。

復(fù)合MDEA溶液組成如下：MDEA(N-Methyl diethanolamine)即N-甲基二乙醇胺，分子式CH3-N(CH2CH2OH)2，分子量119.2，沸點(diǎn)246～248 ℃，閃點(diǎn)260 ℃，凝固點(diǎn)-21 ℃，汽化潛熱519.16 kJ/kg，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對(duì)二氧化碳等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒不降解。純MDEA溶液與CO2不發(fā)生反應(yīng)，但其水溶液與CO2可反應(yīng)，MDEA溶液在與CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，也有部分CO2溶解于溶液中，該部分CO2在再生時(shí)也隨之釋放出來(lái)。

為加快吸收速率，在MDEA溶液中加入1%～5%的活化劑DEA(R2/NH)。復(fù)合MDEA溶液濃度指標(biāo)控制在45%左右。

原料天然氣先經(jīng)過(guò)濾分離器除去雜質(zhì)和游離水分，接著與出吸收塔凈化氣換熱后從吸收塔下部進(jìn)入，從下至上通過(guò)吸收塔；再生后的復(fù)合MDEA貧液從吸收塔上部進(jìn)入，從上至下通過(guò)吸收塔，復(fù)合MDEA溶液和天然氣在吸收塔逆向流動(dòng)，達(dá)到充分接觸，原料氣中的CO2、H2S等被吸收進(jìn)入液相，脫除酸性氣體的天然氣從吸收塔頂部流出，經(jīng)過(guò)換熱器被吸收塔進(jìn)氣冷卻至40 ℃以下，隨后進(jìn)入凈化氣分離器，分離出冷凝的胺液和水分，脫酸凈化后天然氣被送往脫水脫汞單元。脫酸單元裝置如圖2所示。

吸收了酸氣的復(fù)合胺溶液稱為富液，降壓后進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸氣排出，然后與再生塔底部流出的高溫貧液換熱后，升溫到80 ℃后進(jìn)入再生塔上部，在再生塔內(nèi)進(jìn)行汽提再生，直至達(dá)到貧液的控制指標(biāo)。出再生塔的貧液經(jīng)過(guò)貧富液換熱器和貧液冷卻器，被冷卻到40～55 ℃，之后經(jīng)貧液泵，后從吸收塔上部進(jìn)入，完成循環(huán)。

圖1 6萬(wàn)m3撬裝式LNG裝置工藝流程圖

圖2 脫酸裝置實(shí)物圖

再生塔頂部的氣體進(jìn)入塔頂冷凝器后，分離的氣體送往界區(qū)外，冷凝液由塔上部回到再生塔。再生塔重沸器的熱源由導(dǎo)熱油撬提供。脫酸單元酸性氣體脫除的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 酸性氣體脫除的設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 脫水脫汞單元方案及工藝流程

本方案采用固定復(fù)合床，即有機(jī)硫吸附劑和載硫活性炭吸附劑分層填裝的方法，吸附后將其中含有的微量有機(jī)硫及汞脫除，控制總硫含量小于等于5 mg/Nm3，汞含量小于等于0.1 μg/Nm3。

盡管原料氣中汞的含量極微，但在天然氣制冷過(guò)程中，金屬汞會(huì)在鋁材質(zhì)(多為鋁合金板翅式換熱器、鋁管路等)表面上生成鋁汞齊(類似長(zhǎng)毛)，隨后形成粉末狀腐蝕產(chǎn)物，會(huì)加快腐蝕進(jìn)度，進(jìn)而造成金屬脆化，出現(xiàn)裂縫，發(fā)生氣體泄漏。因此，必須進(jìn)行脫除。

分子篩脫水裝置采用變溫變壓吸附(PTSA)原理，利用吸附劑在不同壓力和溫度下吸附容量存在差異和選擇吸附的特性，來(lái)脫除工藝氣體中水蒸氣，以滿足液化單元要求。

工藝采取2臺(tái)分子篩吸附器連續(xù)循環(huán)使用，一臺(tái)吸附器處于吸附階段，另一臺(tái)吸附器則處于吸附劑再生階段。再生氣優(yōu)先采用BOG氣體，也可采用凈化單元出口的凈化天然氣。

經(jīng)“吸附—逆放—再生加熱—吹冷—升壓”這一過(guò)程后，吸附器便完成了一個(gè)完整的“吸附再生”循環(huán)，整個(gè)凈化單元過(guò)程由程序自動(dòng)完成，凈化系統(tǒng)壓力由調(diào)節(jié)閥控制。凈化后的天然氣經(jīng)粉塵過(guò)濾器，進(jìn)入液化單元。

來(lái)自脫酸單元的凈化后天然氣首先進(jìn)入脫水脫汞單元的脫汞塔，脫汞塔中裝有活性炭吸附劑，可將原料氣中攜帶的汞脫除，控制汞含量≤10 ng/Nm3。吸附劑飽和后需更換再生，設(shè)計(jì)工作時(shí)間大于8 000 h。脫水脫汞單元設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示，脫水脫汞單元裝置實(shí)物如圖3所示。

表2 脫水脫汞單元設(shè)計(jì)參數(shù)

圖3 脫水脫汞裝置實(shí)物圖

2.4 制冷液化單元方案及工藝流程

本方案液化系統(tǒng)日處理量為6.0×104Nm3/d的液化冷箱，主要分為主冷壓縮機(jī)組、 預(yù)冷壓縮機(jī)組、液化冷箱三個(gè)部分。

混合制冷劑在制冷劑壓縮機(jī)組中壓縮至2.0 MPa，通過(guò)水冷卻器冷卻后進(jìn)入液化冷箱，高壓制冷劑在冷箱中依次經(jīng)過(guò)一、二、三級(jí)回?zé)釗Q熱器獲得冷量，被冷卻后的高壓制冷劑再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥節(jié)流后反向依次流過(guò)三、二、一級(jí)換熱器，為換熱器提供冷量，最終離開液化冷箱后的混合制冷劑返回到壓縮機(jī)組的入口，完成循環(huán)。

預(yù)冷壓縮機(jī)組將冷凍水送入冷箱中第一級(jí)回?zé)釗Q熱器，為原料氣及高壓混合制冷劑提供冷量，然后離開冷箱，回到預(yù)冷機(jī)組，完成循環(huán)。

經(jīng)前處理單元處理后的凈化天然氣進(jìn)入液化冷箱，在冷箱中依次經(jīng)過(guò)一、二、 三級(jí)回?zé)釗Q熱器，降溫液化最后經(jīng)LNG節(jié)流閥后形成LNG產(chǎn)品離開冷箱，流入LNG儲(chǔ)運(yùn)單元。

混合工質(zhì)制冷系統(tǒng)中的制冷劑，主要由由氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷、異丁烷等物質(zhì)按照一定比例混合而成。

混合工質(zhì)經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)先壓縮后，經(jīng)一級(jí)換熱器預(yù)冷后進(jìn)入冷劑分離器，分出的液相進(jìn)入二級(jí)換熱器過(guò)冷后減壓節(jié)流，與三級(jí)換熱器返回的制冷劑混合進(jìn)入二級(jí)換熱器冷端復(fù)熱，分出的氣相依次進(jìn)入二、三級(jí)換熱器，過(guò)冷后減壓節(jié)流，依次為三級(jí)、二級(jí)換熱器提供冷量后，進(jìn)入冷劑分離器與一級(jí)換熱器后過(guò)冷的高壓制冷劑混合，最后出冷箱，返回制冷劑壓縮機(jī)入口，如此循環(huán)。制冷液化單元裝置實(shí)物如圖4所示。

圖4 制冷單元裝置實(shí)物圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

本案例60 000 m3/d小型撬裝式LNG裝置自2019年8月投產(chǎn)至今，已連續(xù)運(yùn)行近半年時(shí)間，撬裝設(shè)備基本可保持正常運(yùn)行，故障率較低，并能保證滿負(fù)荷運(yùn)行，綜合能耗約0.45 kW·h/m3，LNG產(chǎn)品質(zhì)量滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

井口來(lái)氣流量基本保持在45 000～65 000 m3/d，壓力4.0～5.2 MPa。凈化后純氣CO2含量一般保持在5.0×10-6～10.0×10-6，露點(diǎn)在-80～-100 ℃。LNG產(chǎn)品平均每天產(chǎn)量37.5 t，月產(chǎn)量約1125 t。LNG產(chǎn)品出液溫度-157～-165 ℃。

項(xiàng)目從工程設(shè)計(jì)，到場(chǎng)地建設(shè)、設(shè)備就位、管道安裝、配電自控系統(tǒng)安裝，至聯(lián)合調(diào)試完成，投料試車，總計(jì)耗時(shí)4個(gè)多月。充分發(fā)揮了小型撬裝式裝置集成度高、投資少、建設(shè)周期短的優(yōu)勢(shì)。

LNG裝置投產(chǎn)至今運(yùn)行約6個(gè)月(4 320 h),生產(chǎn)工藝指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)，裝置現(xiàn)場(chǎng)無(wú)任何廢氣和廢液排放，達(dá)到環(huán)保零排放，工藝裝置的先進(jìn)性和節(jié)能性非常突出。

設(shè)備故障率情況。投產(chǎn)至今，因設(shè)備故障原因?qū)е碌耐．a(chǎn)情況較少。其中，脫酸撬單元富液泵電控單元故障停產(chǎn)約6 h；冷箱壓差大，存在凍堵情況，導(dǎo)致停產(chǎn)約12 h；主冷壓縮機(jī)吸氣口壓力變送器故障停產(chǎn)約2 h；發(fā)電機(jī)組故障導(dǎo)致停產(chǎn)3次，約24 h。其余均為外部因素導(dǎo)致的停產(chǎn)，例如井場(chǎng)作業(yè)停氣、外部道路施工無(wú)法通行停產(chǎn)等。設(shè)備總體運(yùn)行穩(wěn)定，故障率較低。

脫酸撬單元運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題較多。最常見的就是復(fù)合MDEA溶液氣泡，因吸收塔壓差變大、貧胺液罐液位低、脫酸氣分離罐帶液、吸收塔液位波動(dòng)等都有可能引起氣泡。出現(xiàn)氣泡情況時(shí)，應(yīng)排除儀表故障，主控操作人員嚴(yán)格按照操作指標(biāo)控制參數(shù)，并適當(dāng)添加消泡劑。由于貧液泵長(zhǎng)期工作，受貧胺液腐蝕較快，易出現(xiàn)漏液情況，應(yīng)定期對(duì)主、備用貧液泵切換，并檢查柱塞、填料情況，及時(shí)更換。胺液濃度應(yīng)控制在45%左右，濃度過(guò)高過(guò)低都會(huì)影響酸性氣的吸收，導(dǎo)致純氣CO2含量超標(biāo)，夏季水分蒸發(fā)較快，需及時(shí)補(bǔ)充脫鹽水，并定期取樣化驗(yàn)胺液濃度。

制冷液化單元是本裝置的核心設(shè)備。主冷壓縮機(jī)采用螺桿式壓縮機(jī)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常檢查連接部位是否有滲漏現(xiàn)象；觀察油分離器視鏡，油位低需及時(shí)補(bǔ)充；油泵應(yīng)每月啟動(dòng)一次，以確保軸封潤(rùn)滑，過(guò)濾器定期清理；為保證機(jī)組正常運(yùn)行壽命，應(yīng)定期對(duì)油品進(jìn)行取樣檢測(cè)，必要時(shí)更換。