天然气液化工艺优化节能2016-5-17

1、PIL: The experts in process improvement technologiesStation House, Stamford New Road, Altrincham, Cheshire, WA14 1EP, UK+44 161 974 天然气液化工艺优化节能天然气液化工艺优化节能Contact:Lu ChenTel: +44-161-974-0090LPIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 2 公司背景公司背景 LNG工厂背景介绍工厂背景介绍 操作优化技术介绍操作优化技术介绍

2、 技术安全性技术安全性 工业案例工业案例 小结小结PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 3公司背景公司背景PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 4英国曼彻斯特大学化工及分析科学学院过程集成研究中心（CPI）PIL 过程集成概念设计的世界领先地位 广泛成功的工业应用商业分支PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 5广为业

3、界熟知的多项节能降耗先进技术的发源地，并保持这些技术的世界领先地位，例如: 用于工艺装置内部节能的热集成夹点分析与优化技术 用于全厂公用工程系统节能的夹点分析与系统优化技术 用于炼油厂氢资源管理的氢夹点分析与优化技术 用于工业水资源管理的水夹点分析与系统优化技术Bodo Linhoff （夹点分析技术创始人）CPI首任主任Robin Smith （院士）CPI现任主任 PIL董事会成员1984年成立的研究基金会专门为CPI提供研究资金PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 6研究基金会的成员公司： BP

4、 Shell ExxonMobil Total Saudi Aramco Petronas Petrobras UOP KBR等近20家会员企业PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 7Client LogoRobin Smith ：院士，CPI现任中心主任。PIL董事会董事、总裁Keith Guy：院士,PIL董事会主席。公司在册员工获得博士及硕士研究生学位比例超过全公司75%。PIL董事会PIL UKPIL ChinaPIL USAPIL首席执行官PIL: The experts in proces

5、s improvement technologiesSlide Number: 8英国曼彻斯特中国北京美国休斯敦PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 9Client Logo 与中石化洛阳石化工程公司及中国石油工程建设公司华东设计分公司建立了战略合作关系 与洛阳院在常减压装置新设计和改造设计、公用工程系统优化设计、炼厂氢网络改造设计等领域进行合作。 与华东院在常减压装置新设计和改造设计方面进行合作与石化盈科建立了分子炼油技术开发联合试验室PIL: The experts in process impr

6、ovement technologiesSlide Number: 10Client Logo客 户项 目 石化盈科广州、九江、茂名、洛阳、武汉、金陵、石家庄、青岛石化、天津、扬子、海南、上海石化、燕山、长岭、荆门（15家）公用工程系统生产节能项目 石化盈科茂名1、2、3套常减压装置操作优化节能项目 石化盈科中原、茂名、广州3套乙烯装置分离系统生产节能项目 中石化石家庄焦化装置改造优化项目洛阳石化工程公司茂名1800万吨/年改扩建氢网络生产管理与改造优化洛阳石化工程公司扬子800万吨/年常减压装置换热网络全新设计优化中化泉州1200万吨/年常减压装置换热网络全新设计优化洛阳石化工程公司湛江中科

7、1500万吨/年全新炼厂深度热联合设计优化洛阳石化工程公司湛江中科1500万吨/年全新炼厂蒸汽系统优化设计中石化抚顺研究院金陵石化氢气系统优化项目PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 11客 户项 目 中石油长庆、锦西、辽化2套常减压装置改造优化项目中石油独山子、克拉玛依、锦西、大庆、锦州全厂氢气系统优化项目中石油锦西160万/年焦化装置节能改造项目中石油大庆炼厂水系统优化项目KBRIGCC系统优化设计项目匈牙利MOL炼厂全厂氢气系统优化项目Sabic汽油缓和加氢裂化流程设计与优化Shell2个全厂二

8、氧化碳减排项目Shell氢网络管理与优化Johnson Matthey 炼油过程项目培训WS Atkins 系统可靠性、有效性和可维护性培训中华石油集团(台湾)全厂能量集成 PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 12Client Logo客 户项 目 British Gas液化天然气生产系统节能KBC 夹点技术在节能方面的应用BP全厂能量集成原油精馏设计去二氧化碳火力电站设计 ExxonMobil氢网络管理与优化原油精馏系统改造设计 系统能量利用效率方面的咨询项目Tata Steel工业水系统优化项目

9、OFT生物柴油精制技术优化项目PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 13LNGLNG工厂背景介绍工厂背景介绍PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 14有利因素不利因素进口量增加产能过剩经济下行需求疲软环境恶化清洁能源 天然气作为一种清洁能源，越来越受欢迎。但在目前整体经济下行的情况下，LNG生产企业也面临着巨大的挑战。开源不太现实的开源不太现实的话可否考虑节流？话可否考虑节流？PIL: The experts

10、 in process improvement technologiesSlide Number: 15Client Logo高耗能因素 运行偏离设计工况 气源条件变化 冬夏环境温度变化 产品出口温度要求变化 生产负荷发生变化 技术改造后操作环境变化实际工况分析 综合考虑设备性能 系统分析操作参数工艺优化节能 通用流程模拟软件：能耗评估 专业优化软件：寻找最小能耗操作条件 现场运行调试：达到节能效果 定制在线优化软件PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 16操作优化技术介绍操作优化技术介绍PIL: T

11、he experts in process improvement technologiesSlide Number: 17采集设计和实际操采集设计和实际操作数据并深入分析作数据并深入分析在模拟软件在模拟软件Unisim中模拟基础工况并中模拟基础工况并与实际数据对比与实际数据对比在优化软件中优化在优化软件中优化操作参数操作参数导回到流程模拟软导回到流程模拟软件中计算节能效果件中计算节能效果现场调试工艺参数现场调试工艺参数验证节能效果并开验证节能效果并开发在线优化软件发在线优化软件优化理论：夹点技术、神经元网络ANN和NLP优化对液化工艺系统进行节能降耗PIL: The experts in p

12、rocess improvement technologiesSlide Number: 18Client Logo组分摩尔组成 氮气mol%甲烷mol%氧气mol%二氧化碳mol%合计100组分摩尔组成 归一化前 摩尔组成 归一化后 氮气mol%mol%甲烷mol%mol%乙烯mol%mol%丙烷mol%mol%异戊烷mol%mol%合计100.00天然气进冷箱前组成混合制冷剂组成PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 19Client Logo工艺参数名称计量单位 参考位置 原料气冷箱入口流量Nm3

13、/h1原料气冷箱入口温度C1原料气冷箱入口压力MPaG1LNG产品冷箱出口温度C2LNG产品冷箱出口压力MPaG2原料气基础工况数据原料气LNG12冷箱PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 20Client Logo工艺参数名称计量单位 参考位置 冷剂压缩机段数二段一段压缩前温度C1一段压缩前压力MPaG1一段压缩后温度C2一段压缩后压力MPaG2一段间冷后温度C3一段间冷后压力MPaG3二段压缩后温度C4二段压缩后压力MPaG4二段冷却后温度C5二段冷却后压力MPaG5冷剂压缩机基础工况数据2混合制

14、冷剂MR一段压缩1st stage compression二段压缩2nd stage compression一段间冷1st inter-cooler二段间冷2nd inter-cooler3451PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 21Client Logo工艺参数名称计量单位 参考位置 冷剂进冷箱流量Nm3/h1冷剂预冷前温度C1冷剂预冷前压力MPaG1冷剂预冷后温度C2冷剂预冷后压力MPaG2冷剂膨胀后温度C3冷剂膨胀后压力MPaG3冷剂蒸发后温度C4冷剂蒸发后压力MPaG4冷箱基础工况数据混合

15、制冷剂MR冷箱Cold box12膨胀阀Valve34冷却器Condenser多段压缩机Multi-stage compressor冷剂预冷冷剂蒸发PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 22Client Logo PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 23Client Logo 优化优化理论理论夹点技术夹点技术ANN神经网络神经网络NLP非线性规划非线性规划PIL: The experts in proces

16、s improvement technologiesSlide Number: 24Client Logo采集历史数据换热夹点分析找出操作范围夹点技术夹点技术PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 25Client LogoxyaArtificial Neural Networks回归方程 验证ANN模型选择方程个数和类型 确定变量范围 培训ANN收集数据 建立过程模型ANN神经网络神经网络PIL: The experts in process improvement technologiesSlide

17、 Number: 26Client Logo找出设备限制条件NLP优化算法系统能耗最小的优化参数NLP非线性规划优化非线性规划优化PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 27Client Logo参数名称单位制冷剂返回压力MPaG制冷剂压缩机一级入口流量Nm3/h制冷剂一级液相预冷后温度C制冷剂二级液相预冷后温度C制冷剂二级气相预冷后温度C制冷剂二级气相与二级液相膨胀后混合时温度C三股制冷剂膨胀后混合时温度C组分摩尔组成 氮气mol%甲烷mol%乙烯mol%丙烷mol%异戊烷mol%合计1冷箱优化参数混

18、合制冷剂组成PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 28技术安全性技术安全性PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 29Client Logo操作操作 变量变量调节手段调节手段X混合冷剂组成可通过补充或导出部分冷剂实现PIn冷剂压缩机入口压力可通过调节节流阀开度实现F F冷剂流量可通过调节压缩机进口阀开度及补充或导出部分冷剂来实现其它工艺条件由现有设备（压缩机及冷箱）自身的性能决定 操作优化调整的参数都是日常生产

19、会经常改变的参数，调整这些操作优化调整的参数都是日常生产会经常改变的参数，调整这些参数不会对生产的安全性产生影响参数不会对生产的安全性产生影响PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 30Client Logo 节能节能技术是否会影响生产安全，是否会影响生产的稳定性？技术是否会影响生产安全，是否会影响生产的稳定性？1、我们是在考虑设备运行限制条件的基础上做的参数优化，且各参数的变化幅度不是很大；2、实际现场调试是在与工厂技术人员商量好调试方案的前提下分步完成的，每步只调整很小的幅度，是从一个稳态到另一个稳

20、态的逐步过渡；3、调整的整个过程是可逆的，即使出现不利于生产的变化趋势，可以立即还原到调整前的状态；4、调试的时候不需要停车，只是对平时生产人员经常调整的参数进行有方向性的微调，不会对生产的连续性有影响。综上所述，本操作优化不会对工厂生产的安全性和稳定性综上所述，本操作优化不会对工厂生产的安全性和稳定性造成影响。造成影响。PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 31工业案例工业案例PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Numb

21、er: 32Client Logo 1. 此液化工艺冷剂压缩机系统是二级压缩2. 预冷系统是冰机预冷3. 液化系统是压缩机一段出口液相经冰机预冷后进冷箱，压缩机二级出口气液分离分别进冷箱PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 33Client Logo性能参数性能参数单位单位计算结果计算结果冷剂冷剂蒸发蒸发后后离开离开冷箱的冷箱的温度温度C-1.810换热负荷换热负荷kW8400最小换热温差最小换热温差C2.988最大换热温差最大换热温差C12.886UAkW/C1104.24性能参数性能参数单位单位计

22、算结果计算结果冷剂冷剂蒸发蒸发后后离开离开冷箱的冷箱的温度温度C0.55换热负荷换热负荷kW7619.52最小换热温差最小换热温差C2.32最大换热温差最大换热温差C10.64UAkW/C1204.03注：1、厂方提供的基础工况DCS截屏显示冷剂蒸发后离开冷箱的温度为-1.983C，与模拟计算结果-1.810相 比，仅有0.173C的偏差，由此可看出模拟结果与现场工况吻合较好。 2、考虑实际换热过程传热系数随操作条件的变化略微变化，优化过程中UA考虑变化余量是10%。通过比较最优操作与当前工况的冷箱性能可以发现，最优操作下冷箱的换热负荷降低了通过比较最优操作与当前工况的冷箱性能可以发现，最优操

23、作下冷箱的换热负荷降低了9.3%9.3%。这意味着在满足天然气冷却要求的前提下最优操作的冷剂使用更加高效。这意味着在满足天然气冷却要求的前提下最优操作的冷剂使用更加高效。基础工况基础工况冷冷箱参数箱参数优化后冷箱参数优化后冷箱参数PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 34Client Logo基础工况冷箱冷热组合曲线优化后冷箱冷热组合曲线天然气天然气PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 35Client Lo

24、go性能参数性能参数单位单位计算结果计算结果第一级压缩功耗第一级压缩功耗kW1925第二级压缩功耗第二级压缩功耗kW1581合计合计kW3506电动机电动机功耗功耗（厂方提供）厂方提供）KW3705注：厂方提供的电动机电耗为3705 kW。根据冷剂压缩机模拟结果及提供的电动机电耗可以计算出电动机的效率为0.9463。后续的性能分析假定电动机的效率不变，并以此为依据估算新操作条件下的电动机电耗。参考电动机效率参考电动机效率0.94630.9463，可以估算出最优操作下的电动机电耗为，可以估算出最优操作下的电动机电耗为33913391kWkW，较当前工况下的，较当前工况下的电动机电耗减少电动机电耗

25、减少8.48%8.48%，即，即314kW314kW。若电价以。若电价以0.50.5元元/ /度计算，液化工厂年运行度计算，液化工厂年运行80008000小时可节小时可节省电费省电费125.6125.6万元万元。性能参数性能参数单位单位计算结果计算结果第一级压缩功耗第一级压缩功耗kW1771第二级压缩功耗第二级压缩功耗kW1438合计合计kW3209电动机功耗电动机功耗（反算反算）KW3391基础工况压缩机功耗基础工况压缩机功耗优化后压缩机功耗优化后压缩机功耗PIL: The experts in process improvement technologiesSlide Number: 36Client Logo 推荐方案与当前工况对比如下表所示：工艺参数名称计量单位当前工况与推荐操作模拟结果对比原料气冷箱入口流量Nm3/h不变LNG产品出冷箱压力MPaG不变原料气液化过程压降kPa不变原料气冷箱入口温度C不变LNG产品冷箱出口温度C不变冷剂压缩机一级入口流量Nm3/h变小冷剂压缩机一级入口温度C升高冷剂压缩机一级入口压力MPaG变大冷剂压缩机一级出口温度C升高冷剂压缩机一级出口压力MPaG变大间冷分离罐气相流量Nm3/h变小间冷分离罐气相温度C