1、版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程液化天然氣培訓液化天然氣培訓版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程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 版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 學習目的學習目的 通過對本單元的學習，你將會知道天然氣液化的基本原理和流程。 通過對本單元的學習，你應(yīng)熟練掌握預(yù)處理原料氣的方法。 通過對本單元的學習，你應(yīng)了解LNG廠流程設(shè)備的構(gòu)成。3版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 第一節(jié)第一節(jié)

2、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) 重組分碳氫化合物 二氧化碳 硫化氫 其它氣味氣體4版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程（接上頁）（接上頁） 來自管道原料氣： 氮氣 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 其它重組分碳氫化合物 二氧化碳 硫化氫 其它氣味氣體 水 粉塵/塵埃 來自氣井原料氣：除上面成分外，還含有其它物質(zhì)，如胂、氦氣和無機物氣體等。注：（在輸送到LNG廠前天然氣需要預(yù)處理）5版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 LNGLNG成分：成分： 氮氣 甲烷 丙烷 C4+6版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技

3、術(shù)員培訓課程 簡化后的簡化后的LNGLNG液化流程如下圖所示：液化流程如下圖所示：7版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 怎樣獲得怎樣獲得LNGLNG？ 通過把常溫常壓的天然氣冷卻到低溫使其冷凝，再通過節(jié)流得到較低壓力和溫度的LNG. 包含如下兩個步驟： STEP 1:冷凝過程 SETP2:節(jié)流過程 通過上面的過程，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。8版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 什么是節(jié)流？什么是節(jié)流？ 利用閥門（常見如J-T閥）降低介質(zhì)的壓力而不增加換熱過程，一部分低沸點的液體汽化。 溫度也隨著降低，使得在新工況下有氣液兩

4、相物質(zhì)。 節(jié)流得到的液體即為LNG，氣體被稱為閃蒸汽。9版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 LNG LNG 熱動力學基本知識熱動力學基本知識 為便于講解，我們引入甲烷壓焓圖（P-H）概念，圖見下頁。 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。 低于三相點線下為固體狀態(tài)。10版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程11甲烷P-H（壓焓）圖版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 LNGLNG獲得過程獲得過程 狀態(tài)點1： T=800F , P=500psia, H=410Btu/lb. 狀態(tài)

5、點2(使氣體冷卻直到都液化)： T= -2400F , P=490psia, H=150Btu/lb. 節(jié)流到狀態(tài)點3： T= -2600F , P=15psia, H=150Btu/lb. 注：注：從狀態(tài)點2到狀態(tài)點3，壓力和溫度都下降，焓值保持不變，過程中沒有熱量的交換。12版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程（接上頁）（接上頁） 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，Hvapor =350Btu/lb； Hliquid =130 Btu/lb 液體和氣體的含量分數(shù)之和為1，我們將得

6、到如下兩個方程式，其中有兩個未知量。 解方程得到：Fractliquid =0.91， Fractvapor =0.09 （即天然氣的液化率為91）13版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程（接上頁）（接上頁） 節(jié)流后分離出來的氣體被單獨處理或者和先前脫出的重烴同時處理。 節(jié)流后分離氣體中由于氮氣比甲烷有更低的沸點（較高的蒸汽壓力），所以在氣體中的氮氣濃度非常高，也使得節(jié)流后得到LNG中氮氣含量很低。 在LNG生產(chǎn)過程中，節(jié)流分離脫出了氮氣，使得LNG中氮氣份額降低。 分離后氣體被單獨處理或者與前面分離重烴同時處理。14版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程

7、（接上頁）（接上頁） 生產(chǎn)液化天然氣工藝過程必須符合工藝和設(shè)備的使用要求。 生成出來的LNG在輸送過程中如果和管道氣混合很可能對系統(tǒng)帶來問題。天然氣工業(yè)使用“互換性”原則作為互換準則。 液化天然氣生產(chǎn)，必須符合管道規(guī)格。15版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 脫出其它組份原因脫出其它組份原因 脫出其它組分原因簡單解釋為這些組分會使得流程中結(jié)冰造成冰塞。 天然氣中組分冰點溫度分別如下： 16名稱名稱溫度溫度名稱名稱溫度溫度甲烷-182.2乙烷-187.8丙烷-187.8正丁烷-138.3異丁烷-159.4正戊烷-129.4異戊烷-160己烷-95庚烷-90.6苯烷5.6水0

8、硫化氫-82.8其它氣味氣體-51.1版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 在甲烷中低溶解度也是脫出重烴、水和脫酸的重要原因在甲烷中低溶解度也是脫出重烴、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。17版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 老化老化 部分成分在儲存時隨著輕組分氣體不斷蒸發(fā)，儲存液體濃度不斷增加，所以必須予以脫出。 一般來說，上述成分主要是重組分碳氫化合物（如丙烷以上重組分物）。18版權(quán)所有

9、，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 脫出天然氣中有害物質(zhì)脫出天然氣中有害物質(zhì)謹記：必須脫出在液化過程中可能造成冰塞、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烴芳烴壓縮機油粉塵汞19版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 天然氣預(yù)處理（凈化）標準天然氣預(yù)處理（凈化）標準 20毫微克/Nm3版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 天然氣預(yù)處理天然氣預(yù)處理 本部分，我們將學習下面物質(zhì)的脫出： 塵埃 壓縮機油和攜帶液體 二氧化碳 水 硫化物 汞 本節(jié)后我們將會學習重烴脫出過程。21版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程

10、塵埃與漏油脫出過程塵埃與漏油脫出過程過濾器： 任何液化天然氣廠都有入口過濾器來分離塵埃、壓縮機油、攜帶水蒸氣和重烴。 液體和固體在帶有過濾網(wǎng)的重力分離器中分離。22版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 二氧化碳和硫化氫脫出過程二氧化碳和硫化氫脫出過程 常見的脫出方法有如下兩種：1. 醇胺法2. 分子篩法 另外還包括如下方法（本培訓中將不作重點講解）：1. 熱鉀堿法2. 斯特雷特法3. 物理吸收法4. 聯(lián)合吸收法等23版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 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

11、，就如海綿一樣，如“海綿吸收溢出來的牛奶”。當然吸收過程中可以有化學反應(yīng)，如醇胺法脫二氧化碳和硫化氫過程。 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”。24版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 醇胺脫酸系統(tǒng)醇胺脫酸系統(tǒng) 醇胺法脫酸系統(tǒng)通過化學反應(yīng)方法脫出二氧化碳和硫化氫，生產(chǎn)可溶解性鹽。 對于含有硫化氫氣源，醇胺法脫酸效果非常明顯。 醇胺法對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一步使用分子篩干燥。25版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 醇胺法通常包括以下幾種：醇胺法通常包括以下幾種： MEA；DE

12、A；MDEA 還有其它基于MDEA之上加上化學催化劑的其它醇胺法：1. INEOS-GAS/SPECTM2. DOW-UCARSOLTM3. BASF-Activated MDEA26版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 醇胺脫酸系統(tǒng)醇胺脫酸系統(tǒng)醇胺法是基于化學反應(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。27版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 醇胺脫酸系統(tǒng)醇胺脫酸系統(tǒng) 醇胺富液之后到達再生塔，在再生塔中

13、醇胺富液被還原成醇胺、二氧化碳和硫化氫。 再生塔后的酸氣按以下方式處理：1.處理后排出2.燃燒處理 3.返回到管道線 4.返回硫回收裝置（很少用）28版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程（接上頁）（接上頁） 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循環(huán)利用。29版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 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，過濾器，蒸發(fā)器等。 通常使用容積式測量泵。 如果

14、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分離污染物；另外也必須有固體顆粒分離器用來分離吸附天然氣中攜帶的顆粒物。 醇胺溶液在一定環(huán)境下容易起泡，所以需要消泡劑等化學物質(zhì)。30版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程（接上頁）（接上頁） 通常熱單元都要通過保溫。 醇胺溶液具有腐蝕性，尤其在熱狀態(tài)下，其腐蝕性更強。大多數(shù)情況下設(shè)計用不銹鋼來承裝醇胺溶液。 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。31版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 脫水過程脫水過程 （1）干燥劑法：分子篩活性氧

15、化鋁硅膠 （2）乙二醇。（這里不再陳述）32版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 干燥劑法（分子篩）干燥劑法（分子篩） 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（一般來說小于1）可以用分子篩代替醇胺溶液吸收二氧化碳。 需要多個吸附床（2或3個）。 如果酸性氣體濃度增加的話，吸附床的尺寸也要隨之增加，相反循環(huán)周期將減小。33版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 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格控制。在LNG工廠中利用4A型分子篩來吸附水和二氧化碳，這種分

16、子篩對輕組分碳氫化合物不會吸附。 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，水將會代替吸附在上面的二氧化碳。 重組分碳氫化合物（壓縮機潤滑油等）將會在分子篩床上造成堵塞，使得分子篩活性降低。34版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 分子篩干燥分子篩干燥 分子篩的各個篩床交替吸附，即一個篩床吸附時候，而其它的篩床正在再生。 利用熱的氣體通過分子篩床層，使其吸收原篩床上的吸附物從分子篩中脫附，達到再生的功能。 分子篩吸附再生時間取決于篩床的尺寸，篩床上吸附物質(zhì)的數(shù)量，再生換熱時間效率等因素。35版

17、權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 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)。 原料氣從其頂端進入，從其底部流出。 一部分干燥后的氣體用來再生分子篩A.36版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程（接上頁）（接上頁） 再生氣經(jīng)過再生器加熱器后流過篩床，從底部流出。 在熱氣體通過篩床時吸收篩床上原吸附物質(zhì)即完成再生作用。當篩床出口溫度達到設(shè)定溫度時即完成再生過程。 最后，篩床通過沒有加熱的干燥氣體冷卻下來。 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，投入使用完成吸附作用。37版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印

18、LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 再生氣體再生氣體 再生氣量一般很大，一般通過以下方式處理： 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38版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 干燥失效干燥失效 造成干燥劑失效主要原因如下：1. 分子篩再生系統(tǒng)運行不正常（如再生氣體溫度過低或者不能使其完全再生）；2. 原料氣中的二氧化碳含量突然增加；3. 由于重組分碳氫化合物和醇胺使篩床污染堵塞；4. 氣體通過被破壞的篩床通道；5. 篩床到了有效使用壽命。39版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 干燥系統(tǒng)其它設(shè)備對分子篩干燥的影響干燥系統(tǒng)

19、其它設(shè)備對分子篩干燥的影響 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等。 該系統(tǒng)需要耐高溫的設(shè)備，所以再生設(shè)備和管道必須絕熱。 由于分子篩干燥過程在系統(tǒng)壓力下工作，所以干燥系統(tǒng)必須設(shè)計在高壓下工作。40版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 汞汞 在原料氣中一般含有汞，汞及其化合物對鋁制設(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 41版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 其它氣味氣體 一般來說，在管道氣中會含有一些其它氣味氣體。 可以利用分子篩來脫出天然氣中的少部分其它氣味氣體

20、。通常在普通分子篩篩床中單獨另放一層不同的篩床物質(zhì)用來分離這些氣味氣體。 通常所有篩床層都是可以再生的。42版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 什么引起裝置凍結(jié)？怎樣判斷開始結(jié)凍，或可能結(jié)凍？參看這些準則：1. 高的二氧化碳含量。2. 水含量超標，或停機時的污染物（例如：沒有吹干或沒有充分的清洗）。3. 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）。4. 在裝置的低溫段溫度計顯示不正常。5. 在裝置的低溫段的流量小。6. 節(jié)流前的壓力低 。43版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 怎樣處理？ 關(guān)停系統(tǒng)進行復溫，同時通入熱的干燥的氣體。 在再一

21、次開機時確保裝置干燥完成。44版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程LNGLNG液化簡易流程液化簡易流程45版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 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：1. 液化部分；2. 儲運單元；3. LNG閃蒸單元；4. BOG氣體回收單元。46版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 液化流程設(shè)備 在接下來的部分我們將會詳細的介紹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)計所必須考慮的地方。你們盡量掌握LNG液化所涉及到的各種

22、流程。 這部分將包含主要的液化熱交換器。47版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 流程所用設(shè)備 液化流程中將會涉及到以下主要設(shè)備：1. 壓縮機 老LNG工廠中往復式壓縮機 最近LNG工廠中離心式壓縮機或少部分螺桿式壓縮機2. 透平膨脹機3. 驅(qū)動發(fā)動機，燃氣輪機或蒸汽輪機4. 氣液分離器5. 蒸餾塔（部分使用）48版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 儲運單元 儲運單元包括以下設(shè)備：1. 儲罐：單容罐雙容罐全容罐2. 泵：罐內(nèi)潛沒泵罐內(nèi)置的低溫性質(zhì)的49版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 BOG處理部分設(shè)備 BOG處理部分設(shè)備包括如

23、下：1. 風機2. 換熱器殼管式板翅式3. 壓縮機往復式螺桿式離心式4. 動力啟動裝置-主要是電動機，有時也用燃氣輪機50版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 降壓原件 控制閥（J-T閥） 透平膨脹機51版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 管道管道 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。52版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 液化天然氣換熱器液化天然氣

24、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換熱器。 在液化過程中：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53版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 管殼式換熱器管殼式換熱器 對于在蒸發(fā)端需要恒定換熱溫度來說，管殼式換熱器非常適用；換熱器管中充滿了正處于沸點蒸發(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，管殼式換熱器沒有考慮換熱器中流體的分流情況；能夠通過控制其出流的溫度壓力程度來控制.54版權(quán)所有，未經(jīng)許可，不得翻印LNG工廠操作技術(shù)員培訓課程 釬焊鋁式板翅式換熱器釬焊鋁式板翅式換熱器 特點：1.一種具有相對較大換熱面積的換熱器；2.對于改變流體溫度變化非常適用；3.對于有持續(xù)相變換熱非常適用；4.可以設(shè)計為順流、逆流、交叉流或混合流動形式；5.可以同時流入多股流；6.考慮了兩相流動的分配問題；7.可以多個合并為冷箱；8.