液化廠工藝講座之冷箱系統(tǒng)

第十五章液化冷箱系統(tǒng)工作任務(wù)及主要設(shè)備通過封閉式循環(huán)冷劑壓縮膨脹制冷技術(shù)提供所需的冷量，使天然氣氣體溫度降到-162以下液化為液態(tài)天然氣冷箱筒殼用來為冷箱內(nèi)設(shè)備提供支撐、密封、保溫等液化換熱器滿足天然氣和混合制冷劑換熱將天然氣液化的目的低溫分離器分離天然氣在~-60℃時產(chǎn)生的天然氣液體LNG分離器分離天然氣在~-165℃節(jié)流時產(chǎn)生的閃蒸氣丙烯儲罐貯存丙烯，用做MRC的配比組分正丁烷儲罐貯存正丁烷，用做MRC的配比組分異戊烷儲罐貯存丙烯，做MRC的配比組分液烴計量罐貯存丙烯儲罐、正丁烷儲罐、異戊烷儲罐來的丙烯、正丁烷、異戊烷液烴計量泵將液烴計量罐中的丙烯、正丁烷、異戊烷泵送到MRC壓縮機進口平衡罐乙烯儲罐貯存乙烯，做MRC的配比組分乙烯汽化器空氣加熱使乙烯汽化，以便送到MRC壓縮機進口平衡罐MRC進口平衡罐平衡MRC壓縮機進口壓力，減小入口壓力變化對壓縮機的影響工作原理

經(jīng)過凈化后的天然氣在成都深冷設(shè)備有限公司設(shè)計的獨特的板翅式換熱器中與混合冷劑進行熱交換，經(jīng)過予冷、液化深冷和膨脹過冷三個個階段冷凝為LNG產(chǎn)品；工藝流程簡述

原料天然氣在脫CO2、脫硫、脫水、脫汞和脫苯之后，被輸送到本工藝的冷箱部分。該換熱器包括兩段：天然氣預(yù)冷段、液化深冷段。來自洗滌塔的天然氣首先在主低溫換熱器的預(yù)冷段天然氣通道冷卻到約-60oC，然后進入原料氣重烴低溫分離器，在此分離出重質(zhì)碳氫化合物之后，氣體在液化段天然氣通道繼續(xù)冷卻、冷凝并過冷到～-165℃，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降到常壓進入閃蒸罐閃蒸分離后得到～-165℃的液相LNG產(chǎn)品并分離出的可能存在的氣體，此部分氣體返回板翅式換熱器回收冷量溫度后和LNG儲罐的BOG一起進入BOG壓縮機，加壓后的BOG進入燃料氣系統(tǒng)作為燃料氣。LNG進入裝置的LNG產(chǎn)品儲罐。冷劑由氮、甲烷、乙烯、丙烯、正丁烷和異戊烷組成，冷量是通過封閉的混合制冷循環(huán)提供的?；旌侠鋭┯蓛艋膬艋烊粴?、C2H4、C3H6、N2、nC4H10、iC5H12組成?；旌侠鋭┯蓧嚎s機壓縮，通過水冷卻后，進入液化冷箱，混合冷劑液化并過冷到-165℃，節(jié)流降壓到0.21MPa.G進入液化換熱器的底端，由下而上汽化為液化換熱器提供冷量，出液化冷箱后的混合冷劑返回到壓縮機的入口，壓縮循環(huán)制冷。

氣體管線的置換用氮氣置換所有空氣：啟動電動盤車器帶動主機緩慢運轉(zhuǎn)（保證氣缸和管路置換徹底）；開啟單機氮氣置換閥氮氣并建立一定的壓力，穩(wěn)定幾分鐘后從放空閥放空排放，重復(fù)此過程幾次。檢查：如果需要可用氣體檢測器檢查氧含量，工藝要求特殊時使用。當引入氮氣到壓縮機管線時，小心不要打壞壓力表（一級進氣壓力表），及不要超過吸入管線的設(shè)計壓力和各壓力容器的設(shè)計壓力。開啟氮氣置換管線沖卸壓二至三次保證壓縮機內(nèi)部空間氧含量小于1%。關(guān)閉充氮閥和泄壓閥；打開吸入主截止閥。依次排放各進出口緩沖罐確認無殘余液體，依次檢查各級氣液分離罐液位是否符合指標并與中控室校隊是否相符。壓縮機干燥程序

開啟置換氮總閥；氮氣引入制冷壓縮機進口；逐一開啟三臺壓縮機各自氮氣置換閥門，利用盤車器轉(zhuǎn)動壓縮機（關(guān)閉各卸荷閥）通過各分離器和緩沖器排放閥排放置換，取樣合格為止制冷劑罐區(qū)各管線的置換和干燥開啟冷劑罐區(qū)的氮氣置換閥置換干燥各管線、計量罐和MRC緩沖罐，通過各自排放閥和安全閥旁路排至火炬，直到從各取樣口取樣合格為止MRC循環(huán)管線及冷箱內(nèi)制冷劑通道

干燥和置換

拆除單向閥閥芯緩慢打開加溫氮進冷劑氣液相流道，干燥的氮氣→MRC閃蒸罐→下上板翅式換熱器→混合冷劑氣相管道/液相管道→出口平衡罐→排泄閥→安全泄壓[火炬]系統(tǒng)。控制加溫氮開度，使更多氮氣進入上述流路，使其閥后壓力穩(wěn)定在0.3MPa左右。依次微開各排放口，干燥各排放管線，此各閥門的出口氣體到火炬。用露點儀在各個出氣口進行氣體流出路線的干燥度測試。流出氣體的露點低于-65℃時，該路線認為干燥合格最后將V0636、V0637單向閥芯裝好。裸冷操作

冷劑流道：準備工作；混合冷劑制冷系統(tǒng)的投運程序：按一定比例配制氮氣和丙烯混合制冷劑；壓力穩(wěn)定0.19MPa啟動混合冷劑壓縮機；混合冷劑制冷流路建立凈化天然氣流道：開啟原料天然氣流路，緩慢打開V0515閥后，凈化天然氣→重烴洗滌塔→液化冷箱→上板翅式換熱器→重烴氣液分離器→下板翅式換熱器→E0603水浴式加熱器→原料壓縮機進口平衡罐?？刂芁CV0653閥開度，部分凈化天氣→LCV0653→LNG分離器→PCV0652→E0602A/B→E0601A/B→C0702→VP0706安全泄壓[火炬]系統(tǒng)。LCV0653閥前壓力為5.0～5.4MPa，通過控制LCV0653閥開度使其閥后壓力穩(wěn)定在0.1MPa左右。裸冷檢查

液化冷箱內(nèi)的設(shè)備和管道溫度均勻地達到在-100℃～-150℃之間即可認為裸冷結(jié)束裸冷程序結(jié)束后，冷箱內(nèi)所有螺栓、螺母均應(yīng)重新緊固（注意：冷箱內(nèi)可能存在可燃性氣體和缺氧，要檢測其濃度后方可進入冷箱。由于溫度太低，進入冷箱內(nèi)緊固螺栓時還應(yīng)防止凍傷）泄漏試驗所有設(shè)備和管道應(yīng)處于0.6MPa壓力下，檢查安裝在冷箱內(nèi)的所有法蘭和連接管道，看看有無泄漏部位（用無脂肥皂試驗）試驗結(jié)束，用干燥氣體使設(shè)備和管道處于保壓0.19MPa狀態(tài)，直至最終啟動程序裝置正常投運

裝置正常投運條件：裸冷期間發(fā)現(xiàn)的問題整改（主要設(shè)備、管道、閥門）完畢；所有電控、儀控調(diào)整、校正完成；輔助設(shè)備確認運轉(zhuǎn)正常整改時間（或者停車時間）不超過5～10天，則不必進行裝置的加溫、吹除和置換、干燥作業(yè)。可以直接進行開車。但是停車時間超過上述時間或者有較大的改動，則上述作業(yè)必須重新進行進行。操作程序：啟動冷卻水、儀表空氣、制氮裝置等輔助系統(tǒng)；啟動天然氣壓縮機組，打通天然氣通道；啟動混合冷劑制冷系統(tǒng)；儀控、電控按過程投入運行。工況調(diào)整

調(diào)整原則：工況調(diào)節(jié)主要是根據(jù)待液化的原料天然氣流量、組分、和進口狀態(tài)的變化，相應(yīng)調(diào)整制冷回路的制冷量，保持裝置的冷量平衡。既要保證產(chǎn)品LNG的液化率和過冷度，又要盡可能降低制冷壓縮機的壓縮功率，節(jié)省能耗。引起工況變化的因素：進裝置壓力：0.25～0.40MPa.G進裝置的天然氣流量：26.5×104Nm3/d溫度：5～35℃原料氣組分：mol%天然氣組分的影響

制冷循環(huán)的氣量變化。主要表現(xiàn)兩種工況：（1）當甲烷含量趨于下限時，則較重的烴類（C2＋）含量增加，則在重烴洗滌塔中會洗滌出來較多的重組分液體量，進入冷箱的氣量少。（2）當甲烷含量增高時，則較重的烴類（C2＋）含量減少，則在重烴洗滌塔中會洗滌出來較少的重組分液體量，進入冷箱的氣量多。第（1）種情況使得混合冷劑制冷回路制冷量要求少，即循環(huán)氣量減少；第（2）種情況時使得混合冷劑制冷回路制冷量要求多，即循環(huán)氣量增多。原料天然氣流量的影響

原料天然氣流量變化因素：進裝置的壓力壓力升高，排氣量增加，壓力降低，排氣量減少；進裝置溫度變化影響天然氣氣體的密度，從而影響壓縮機的排氣量。溫度升高，排氣量減少，溫度降低，排氣量增加；壓縮機的磨損影響機器的排氣量；分子篩干燥系統(tǒng)的再生氣流量待液化的原料天然氣流量、組分、和進口狀態(tài)發(fā)生變化時，裝置原來的冷量平衡被打破，這時須作循環(huán)制冷氣量的調(diào)節(jié)。冷量平衡判斷依據(jù)換熱器的熱端溫差和LNG出裝置溫度，進出冷箱的混合冷劑熱端溫差在3℃左右，LNG出裝置溫度在-163℃~-165℃。熱端溫差大，或LNG出裝置溫度低，制冷量富裕。熱端溫差小，或LNG出裝置溫度高，制冷量不足?；旌侠鋭├淞空{(diào)節(jié)措施

混合冷劑流量調(diào)節(jié)混合冷劑流量增加，制冷量增加；混合冷劑流量降低，制冷量減少。通過調(diào)節(jié)混合冷劑壓縮機的進氣活門和回流閥，可以調(diào)節(jié)混合冷劑流量。實際運行中調(diào)節(jié)幅度較大時優(yōu)先采用進氣活門調(diào)節(jié)，以降低能耗?；旌侠鋭毫φ{(diào)節(jié)高壓壓力上升，低壓壓力降低，制冷量增加；高壓壓力降低，低壓壓力上升，制冷量減少。壓力調(diào)節(jié)通常靠回流閥和壓縮機進口閥門調(diào)節(jié)。壓力調(diào)節(jié)有限制范圍，勿使壓縮機進出口壓力超限?；旌侠鋭┑慕M分調(diào)節(jié)

混合冷劑的組分對制冷量的影響較大?；旌侠鋭┲械妮p組分不足會出現(xiàn)低溫段冷量不足而高溫段冷量過剩表面上表現(xiàn)為原料氣壓縮機出口壓力增高而冷箱MRC出口溫度降低；重組分減少，則冷箱整體溫度偏高液化率降低，MRC出冷箱溫度升高；務(wù)必使各冷劑組分配比合理，此配比盡可能保持穩(wěn)定，并盡可能消除整個制冷系統(tǒng)的靜密封泄漏（往往會導致冷劑輕重組分比例失調(diào)，此外盡可能保證原料氣負荷穩(wěn)定減少冷劑壓縮機因出口超壓而排放輕組分氣體導致輕重組分嚴重失調(diào)）。重組分務(wù)必不要過多，否則會出現(xiàn)壓縮機的各級進口緩沖器、級間冷卻器后出現(xiàn)液體，為避免液體帶入壓縮機的氣缸可能會損壞機器則必須加以排放，必然會導致制冷劑浪費降低系統(tǒng)運行經(jīng)濟效率。另一方面，過多的重組分可能使換熱器的換熱工況惡化，換熱不足損失增加，冷量回收不完全，造成制冷量增加而LNG產(chǎn)量不增反降的后果。

冷箱內(nèi)天然氣流路的溫度調(diào)節(jié)

根據(jù)天然氣進上板翅溫度和出下板翅溫度的變化調(diào)整溫度調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值保證出下板翅溫度的穩(wěn)定，防止在重烴低溫分離器中分離出不必要的組分從而降低產(chǎn)品的熱值和沒有分離掉應(yīng)該分離掉的組分從而導致低溫段換熱器堵塞盡可能降低LNG分離器的液位從而盡可