液化天然气；净化；液化；风险控制；经济分析

1、液化天然气(LNG)提供了非常简单且效率的天然气储存和运输等方面问题的 解决方案，本文详细介绍了天然气净化中脱酸、脱水、脱除杂质的方法以及对液化 技术中三种常用的制冷循环作了细致的比照研究，脱水较多采用分子筛、脱酸较多 采用醇胺法。对天然气液化中涉及到的气液平衡计算的SHBWR状态方程和闪蒸 计算的数学模型进行研究。并以中原气田作为研究实例，对其原料气特点进行分析, 并据此拟定三种工艺方案并展开比拟研究，认为阶式制冷与节流制冷这两个循环 方案具有更高适用性。完成了 LNG储存系统进行易燃、易爆、有毒重大危险源的 评价及风险控制，以及LNG冷能冷库技术经济分析。关键词：液化天然气；净化；液化；风

2、险控制；经济分析西北石油大学本科生毕业设计(论文)大限制，露点降幅的数据一般都低于45o 一般原料气都必须先经过一个脱水工艺 环节，且是深度脱水模式，此时一般适用固体吸附法，最终能够让天然气满足下述 要求，气体水分测量数据必须要低于ImL/n?,与此同时露点测量数据能够保持在 -50以下，同时原来温度、流量等方面的数据波动起伏，设备并不具有敏感性， 这也就意味着不存在具有影响性的腐蚀或发泡等问题。在吸附剂选用方面，目前多利用活性氧化铝，具有突出的吸附优势，能够适应 气体、液体等物质的水分吸附处理，其再生温度测量结果显示能够到达175315c 区间内，除了一般干燥剂制作中加以利用外，还能够作为催

3、化剂或其载体等领域。表2-1天然气脱水方法方法名称别离原理例如特点应用情况溶剂吸收法天然气与水分 在脱水溶剂中 溶解度的差异氯化钙水溶液廉价,露点降较低降025)适宜于遥远、寒冷气井氯化锂水溶液对水有高的容量，露点降为 2236由于价高一 般不使用甘醇一胺 溶液同时脱水、脱H2S、C02,携 带损失大，再生温度要求高， 露点降低于三甘醇脱水仅限于酸性 天然气脱水二甘醇水 溶 液 (DEG)对水有高的容量，溶液再生 容易，再生浓度不超过95%, 露点降低于三甘醇脱水，携 带损失大应用较多三甘醇水 溶 液 (TEG)对水有高的容量，再生容易， 浓度到达98.7%,蒸气压低， 露点降高(28-58)

4、应用最普遍固体吸附剂利用多孔介质 外表对不同组 分的吸附作用活性氧化 铝湿容量较活性铝土矿高，干 气露点可达-73C,能耗高不宜处理含硫天然气硅胶湿容量高，易破碎一般不单独使用分子筛高湿容量，高选择性，露点降 大于120应用于深度 脱水化学反响法与水进行化学 反响使气体完全脱水但再生困难用于水分测定硅胶分子式是mSiO2nH2O,是一种晶粒状物质，形成路径是硅酸钠与硫酸反西北石油大学本科生毕业设计(论文)应然后生成一种胶状物质，之后要去除其中硫酸钠，同时还需要进行干燥处理才能 够最终获得该物质。硅胶是一种性能非常好的吸附剂，具有非常优越的水分吸附效 果，当其从气体中进行水分吸附时，吸附水分重量

5、能够到达自重的一半。其中微孔 硅胶，如果将之置于60%相对湿度环境下，吸附量依然能够到达24%,因此在高 水分气体脱水场合中具有高度利用率。另外硅胶抗摩擦特性较为良好，工业应用中 常将之制作成粉状、球状等。分子筛是合成沸石，与天然的泡沸石一样，是水合铝硅酸盐的晶体。作为一种 新型吸附剂，在吸附选择性方面表现非常突出，其优点如下：(1)能够根据分子的不同规格进行选择性吸附，这里主要指分子大小及形状。 由于其结构内部有许多通道，且这些通道孔径非常均匀同时组成形态整齐具有规 律性，因此外表积更大，能够到达800-1000m2/g,能够排除超过孔径大小的分子 进入，客观上起到选择吸附效果。(2)吸附作

6、用对象覆盖广，包括各种分子类型，如不饱和、极性、易极化等, 比其内部通道孔径小的分子能够自由通过，但是由于这些分子类型不同，其极性表 现、空间结构也各有差异，因此扩散率与吸附性都也具有不同表现。分子筛通常情 况下优先吸附前面所提到的三种分子类型，到达别离要求。(3)吸附能力非常优越，即使被吸附对象浓度水平较低，或者吸附作用场合温 度很高的情况下依然能够发挥强大吸附效果。分析原因认为与其内部结构有关，空 穴多且通道孔径小，因此能够在相对面孔壁上形成一种客观上叠加力场现象，其作 用影响下极大增强了吸附势能。举例来说，气体干燥处理时，此时条件为相对湿度 较高，同时存在着温度较低情况，硅胶和活性氧化铝

7、都能在这种场合具有强大吸附 性，但是气体含水量逐步下降且处在较低水平，而温度却较高时，处在这种作用场 合的两种吸附剂吸附量曲线都会直线下滑，但相对来说分子筛吸附量依然较为出 色，因此在深度干燥条件下，适用性更高的方法是分子筛。(4)分子筛寿命长。其具有吸附选择性，因此能够避开重燃类物质，不至于因 此出现共吸附而失活的情况，使得其使用寿命客观上得到延长。(5)不易被液态水破坏。因此可以适用于含液态水气体脱水场合。2. 1.2天然气脱其他杂质天然气的汞含量范围为01至7000pg/m3 (包括元素汞和有机汞化合物)。天 然气中的微量汞不仅会造成铝制板翅式换热器的腐蚀和泄漏，还会造成环境污染 和对设

8、备维修人员的伤害。因此，必须严格控制LNG装置原料气中的汞含量。LNG 工厂通常要求预处理后的原料气中汞含量低于O.Wg/nA 一些用硫浸过的固体吸 附剂可以去除气体中0.001至O.OSg/n?的汞，这就是汞与硫反响形成硫化汞并粘西北石油大学本科生毕业设计（论文）附在吸附剂上的过程。汞去除工艺可分为两种类型：不可再生和可再生。前者使用 不可再生的浸硫活性炭、含硫分子筛、金属硫化物等在固定床中脱汞，而后者采用 浸硫的Calgon公司的HGR（4xlO目）、HGR-P（4mm直径）的活性炭和HgSIV吸附 剂脱汞。汞的去除不受供应气体中重燃和水的影响。如果使用不可再生的除汞 工艺，那么必须以无害

9、的方式处理废吸附剂，以防止污染环境。将氮气与甲烷这两个物质间的液化温度要求进行比拟，前者为-195.8C,后者 为-161.5C,以上数据都是在常压条件下，因此氮气要显著低于甲烷。因此，天然 气中的氮气含量将很大程度决定了其液化温度，含量越高，相应的温度越低，与此 同时也需要更多能耗。氧气液化温度与其比拟接近，测量数据是-182.9C,因此如 果天然气中含有一定标准氧气，会与脱碳溶液间产生反响。通常，最终闪蒸法用于选择性地从LNG中去除氮。如果高含氮原料气需要液 化并用于峰值控制，可以考虑采用氮气-甲烷膨胀冷却液化工艺。如果原料气的氮和氧含量很高，那么必须将其别离以净化甲烷。目前的净化技术 包

10、括低温别离法、膜别离法和变压吸附法等。2. 2天然气液化技术根据不同的工艺水平与产能要求，现阶段常见的液化工艺主要分为阶式液 化、混合制冷、膨胀机液化等三种，其各自流程工艺与特征分析如下：2. 2.1阶式制冷循环净化局部液化局部储运局部图2-2阶式制冷液化流程所谓的复迭式制冷液化循环，一般也被简称为阶式循环，是由多种不同温度 条件下起作用的制冷剂构成的多温阶制冷组合，制冷剂类型包括丙烷，也可以用 丙烯、乙烷，也可以用乙烯，甲烷也可以用氮气等构成，蒸发温度分别为-38、10西北石油大学本科生毕业设计(论文)-85、-160,从而形成一种三级压缩冷冻，从而在不同温度条件下完成热交 换，最终实现天然

11、气液化。在丙烷制冷循环中，首先需要对丙烷进行工艺处理，先压缩、之后再冷却、 之后节流降温，之后完成减压，在处理完成后再将之分成两局部，局部会进入换 热器，能够从原料气中吸收热量并逐渐发生汽化，而这些被汽化的又再次进入压 缩处理环节，之后经过前文提到的丙烷工艺处理流程，重新液化进入再利用的循 环，但是其中压缩机会出现降级，从三级、二级到最后进入一级压缩机。在乙烯冷却循环中，也需要先对其进行压缩和水冷处理，其中预冷处理是在 热交换器中实现，从而形成温度差实现热量置换。在甲烷冷却循环中，与前面提到的乙烯循环存在较大的流程类同性，也是要 进行压缩和水冷，并进行热交换器预冷，之后顺利完成热量置换。现阶段

12、利用率较高的阶式制冷循环具有非常突出的优点：(1)低能耗，涉及三种制冷剂，对应提供了 9个温度层，每层冷却温度变化 情况与原料气测量得到的冷却曲线保持着高度一致，因此嫡值呈现递减状态，能 耗能够很大程度会逼近热力学效率极限。(2)工艺稳定，且能够随时启动关停工艺线，尤为适合前期资金紧张的项 目，从历史来看，在天然气液化生产刚出现的时候，该技术就已经得到广泛认 可。(3)工艺相对成熟，喘震频次与强度较低。但也有缺乏：(1)压缩机需求量比拟大，至少要购置3台，一定程度加大初期投入。(2)不适合小规模液化生产，因为工艺流程整体非常繁杂，制冷剂种类多导 致控制系统非常复杂。2. 2混合制冷剂循环所谓混

13、合制冷剂循环(MRC),其具体液化流程中，主要采用了两类混合制 冷剂，一类是碳氢化合物，另一类那么是氮混合物，利用这些混合物中不同成分所 具有的不同沸点，形成一个具有高效率制冷效果的成分组合，从冷凝、蒸发、节 流和膨胀这一个完整的工艺流程中获得不同温度层次的制冷量，并在过程完成天 然气液化处理。MRC与前面提到的阶式制冷循环有显著区别，其是单一混合方式，制冷剂材 料选用的是氮气和燃类混合物，由于其中成分含量较为复杂，因此包含了天然气 液化过程中全部温度范围，因此利用MRC,将只需要提供一台压缩机即可，让工11西北石油大学本科生毕业设计（论文）艺流程大为简化，降低设备投入，并且也不要求高标准的制

14、冷剂纯度，虽然其有 种种优点，但是能耗却非常大，显著超过阶式循环，为此可以改变单级模式为多 级模式，从而控制能耗问题。有效制冷能够实现两个效果，一是让制冷剂由于其不同物理状态而出现液相 冷却或气相冷凝，另一个是让天然气随着组分不同而出现冷却或冷凝。气相制冷 剂出现局部冷凝，此时会出现相别离过程，并流入二级热交换器，该二级热交换 器的操作类似于一级热交换器。冷却液态制冷剂和冷凝气体制冷剂的制冷量占整 体工作量的很大一局部。因此实际上局部冷凝、别离及后续的膨胀处理等这一流程循环会经过数个层 级，而最正确层级的影响因素很多，涉及资本投入、可操作性及操作本钱等。一般 来说级数越多，过程中所出现的能量效

15、率就越高，同时也会显著提高工艺复杂成 都。如，比拟来说二次循环通常功率消耗要比前一个循环要低一些，机器本钱的 降低通常不仅抵消了额外的机器本钱，还让资本效率下滑。因此如果增加级数， 那么必须控制其对机器能量与支出投入的影响。目前一种改进优化过的多级MRC获得较高关注度，其在应用时为降低功耗而 采用了特殊类型的一种热交换器，即板翅式换热器，其优点在于能量集成表现非 常优秀，同时温度驱动力较低，因而能够实现更高的热力效率，并且在工艺流程 运作中，冷热股流曲线也会呈现更好的交互性。与传统单一混合模式相比，其多 级别离的模式，能够让制冷剂流量具有较为明显的降幅，因此功耗也就相应的会 到达一定降低，甚至

16、能够到达阶式循环的标准，同时设备要求也较为简单。其中 主要利用了固定驱动器，因此对液化天然气生产能够进行极大程度的优化，杜宇 中小型工厂建设工程具有更大经济性。近年来，对MRC的持续研发也让该工艺不 断进行优化，目前带预冷的MRC已经被研发出来，且提供了多种预冷方案，如丙 烷预冷、氨吸收预冷等。这种预冷系统更适合较大规模的MRC工艺。2. 3膨胀机循环所谓膨胀机循环，是建立在对透平膨胀机的有效利用之上，通过高压制冷剂 再集合这一设备能够实现一个克劳德循环制冷过程，其中核心要点就是膨胀气体 的利用，在降温的过程中还需要实现压缩机驱动环节。从图2-3可知，膨胀机会排出大量的低压冷气流，之后会在循环

17、中进行换热 回流，并在换热器中同时实现天然气和循环气的同步制冷。气体继续被压缩。其 中制冷剂主要利用的是甲烷或氮气。氮气的作用能够过冷到一定要求从而去除天 然气中的闪蒸气体。12西北石油大学本科生毕业设计(论文)图2-3典型的膨胀机循环(单一膨胀机)比拟而言，膨胀机循环有如下几点值得重视的优点：启动和关闭程序和操作 更为简单，也能够实现快速操作。当预估将出现较多临时停工情况时，这种循环 优势就格外显著，如调峰工厂，此种制冷循环条件下，制冷器保持气态，同时热 换器温差也非常突出，因此即便此时出现制冷回路变化，处在气态状态下的制冷 剂成分维持稳定。因此该种循环不需要追求非常精准的温度控制，且循环性

18、能具 有更高可靠性，也需要考虑气液相分相关问题。为了单一膨胀机循环的作业质量与效率，有必要提供优化方案。如，在循环 中能够合理采用传统蒸汽压缩，能够显著降低功耗，降幅能够到达20%,但是这 也让工艺趋向复杂，为解决这一问题，可改变循环及其尺寸，或压缩本钱等。目前膨胀制冷循环主要存在三种工艺分类：(1)天然气直接膨胀制冷。适用于原料气存在高压条件，同时其组分中有较 高比例的甲烷。该工艺模式下液化率的最终表现取决于膨胀比，而且是正关联， 换言之就是膨胀比越高，相应的也会提高液化率。该循环优点在于设备紧凑，且 工艺具有灵活性和可靠性等。(2)氮膨胀制冷。能够在原料气组分出现较大构成变化的情况下依然具

19、有良 好的适应性，同时作为一种直接膨胀工艺，其提供了更高的液化水平，操作性 强，缺乏在于能耗非常高。(3)氮气-甲烷混合膨胀制冷。这是基于第二种循环类型的改进版，优点较为 明显，那就是流程简单，且启动快速，同时能够实现较为轻松的工艺控制，在能 耗方面，比氮膨胀能够压缩10%到20%,但是由于其工艺设计具有较高难度，国 内缺乏相关建设经验。13西北石油大学本科生毕业设计（论文）在设备优化方面，主要提到了几种有效的解决方案：可靠性、技术要求、安 全性和相关的工艺本钱。三种常用的技术流程都有各自的应用环境和缺陷。与阶 式循环与混合式循环进行对照，氮膨胀循环优势非常突出，易操作，能够实现快 速启动，工

20、艺流程涉及要素简单，能够长时间进行满负荷运转，具有非常高的稳 健性。当制冷剂仅包含一种成分时，制冷箱设备就能够更简单和紧凑。但是缺点 也非常明显，那就是能耗极高，从实际经验来看，比混合式循环能够超出约30% 到40%。然而，循环的简单性可以弥补高功耗，特别是在功耗不很重要的小型工 厂中。14西北石油大学本科生毕业设计(论文)第3章天然气液化工艺计算3.1气液平衡计算目前针对烽类气液平衡计算问题，已经开发出了多种不同状态方程，但是都 有其缺乏之处，目前适合气体密度范围广，且组分构成中有极性和非极性化合 物，并且同时还能够具有计算方便性和精确性等优点的状态方程较少。以BWR状 态方程为例，其更适合

21、轻燃类及其混合物的场合，能够获得良好的热力学计算结 果，但却不适合重燃、非燃含量超出条件的混合物、较低温度条件，一般要求 TR0.6等诸多场合，为解决这一问题，研究者持续对该方程进行了优化，其中取 得较大进展的有Starling和Han两人，他们提出的SHBWR状态方程，扩大了母 方程的应用范围，同时还有效增强结果精度，目前以该状态方程为基础构建的对 应气液平衡模型受到研究者认可，是目前炫别离计算模型中具有非常高的利用 率。本文选定HBWR状态方程作为工艺计算的基础模型。SHBWR状态方程形式 如下：1. 1 SHBWR状态方程P=pRT+(B0RT-A0-号 +驾-号)/+(bRT-a-()

22、p3+a (+号 p，(3-1)+ -(1+yp2) exp -yp2) rj-iZ.式中P系统压力，MRzT一系统温度，Kp汽相或液相的密度，kmol/m3R气体常数，8.314xio-3kJ/kmolK 组分的逸度： TOC o 1-5 h z RTlnfi=RTln( pRTx)+ A Bo + BOz)2 2p)(3-2)j=la 6? * 0? d 似？ x EQ 2)式中 H一气相或液相在Q T下的焰值，KJ/kmol;Ho理想气体混合物的焰值，KJ/kmol;气、液相等温燧差：S _ Sq = Rin Qprt)( BoR+-?- ？0 + 4?).1(bR+-)p2(3-4)2

23、rj-iZ.+exp( -yp2)5T y T 2式中S气相或液相在n T下的熠值，KJ/kmobK；So理想气体混合物的焙值，KJ/kmobK；. 1.2泡点计算液相泡点求解过程中，主要是利用了相平衡原理，当前参数包括三局部内 容，液相组成（%）、总压（p）, 一定条件下也能够获知温度（T）,并据此对液体 到达沸点时的温度或压力进行详细计算并得到相应结果，这就是泡点温度（/）或 泡点压力（p。，同时还能够从这一过程中得到汽相平衡组成y。基本方程式如下:（1）相平衡关系 TOC o 1-5 h z y, = Ki Xi 1C（3-5）（2）液相组成加和归一化方程cC日 日（3-6）（3）相平衡

24、常数关联式Ki -于（P, T, x, y）（3-7）式中X液相的摩尔组成；16西北石油大学本科生毕业设计（论文）匕一气相的摩尔组成；Ki-，组分气液平衡常数；G一组分数；由于相平衡常数K是一个构成极为复杂的函数，其中涉及体系温度、压力及 构成等内容，因此泡点计算为了得到更为精确的结论需要利用迭代法，当收敛时需 要条件如下：i=i=ZV fLi，3i组分的汽相、液相逸度；3. 1.3露点计算汽相混合物露点求解过程中，主要是利用了相平衡原理，当前参数包括三 局部内容，气相组成（%）、总压（p）, 一定条件下也能够获知温度（T）,并据此 对气体进入凝结状态时的温度或压力进行详细计算并得到相应结果，

25、这就是即露 点温度（入）、露点压力,同时还能够从这一过程中得到汽相平衡组成工。 基本方程式如下：（1）相平衡关系y z = Ki Xilic(3-10)（2）气液相组成加和归一化方程(3-11)（3）相平衡常数关联式Ki=f（P，T, x, y）(3-12)由于相平衡常数K是一个构成极为复杂的函数，其中涉及体系温度、压力及 构成等内容，因此露点计算为了得到更为精确的结论需要利用迭代法，当收敛时需 要条件如下：f- = fi(3-13)3. 2闪蒸计算c y： cZ Z xi=l i=l Ki i=(3-14)17西北石油大学本科生毕业设计（论文）AbstractLiquefied natura

26、l gas (LNG) provides very simple and efficient solutions to problems in natural gas storage and transportation, etc. This paper presents a detailed description of the methods of deacidification, dehydration, and impurity removal in natural gas purification and a detailed comparative study of three c

27、ommonly used refrigeration cycles in liquefaction technology, with molecular sieve more often used for dehydration and alcohol-amine method more often used for deacidification. The SHBWR equation of state and the mathematical model of flash steam calculation involved in gasliquid equilibrium calcula

28、tion in natural gas liquefaction are studied. We also analyzed the feed gas characteristics of the Zhongyuan gas field as a research example, and developed three process options and conducted a comparative study accordingly, and concluded that the two cycle options of step cooling and throttling coo

29、ling are more applicable. The evaluation and risk control of flammable, explosive and toxic major hazards for LNG storage system and the technical and economic analysis of LNG cold energy cold storage were completed.Keywords ： liquified natural gas; purify; Liquefaction; Risk control; economic analy

30、sis西北石油大学本科生毕业设计（论文）3. 2.1等温闪蒸的计算气相、液相混合物所出现的局部冷凝或汽化处理，都将之适用于等温闪蒸，这 就意味着原料气组成与规模都已经得到明确数据，在指定压力和温度条件下得到 的汽相、液相的和量，这几乎能够反映丙烷蒸发制冷的实际过程。其基本方程式如 下：(1)相平衡关系(3-15)(2)归一化方程Ki xi ii1TTb01 TTdi=l Ki.入进料处于过热蒸气上述检验说明，只有当XKZi和ZZ/&均大于1时，混合物才处于两相区（01） O计算开始前必须对混合物两相区情况进行判断，且是在指定温度（力、压力 （p）下，如果处在两相区，那么满足迭代循环条件。3.

31、2. 2绝热闪蒸的计算天然气液化工艺处理流程中，绝热闪蒸过程是必备环节，典型的绝热闪蒸图例 可见图3-1, 一定压力和温度条件下的混合物凡 在绝热条件下新出现了压力降低 反映，并降低到Pf,此时会出现气液分化，液化过程所需要的潜热来源是进料时 的显然供给，同时液相温度会降低到由于前面这些环节都是在绝热条件（。=0） 下完成，也就意味着混合物F的炫能够与节流后的气、液相的焙之和，这种别离机 制也被叫做等焰节流。19西北石油大学本科生毕业设计(论文)(1)相平衡关系(3-21)(3-22)(3-23)y( Ki Xi iHl节流后平衡气、液相的焰，kj/kmol；上式通过汽化分率(e)表示为:弁=

32、砂+ -e)HL = Hp(3-25)绝热闪蒸计算，一般具有假设干个参数，包括b、Zi、Ti. pi, PF (或)， 通过对前面方程组联解，能够得到各种参数，包括温度(或PF)、平衡气液相 的量以及组成丫(或e)、L、小y,和H、/等参数。虽然这一计算工程中只比前 面多了一项热平衡关系，但也导致求解难度大幅提升。传统的解法是假设等焙节流 后的温度为7,计算夕，只要g= y,就是所求的温度7。其它参数可根 据7?求出。2. 3等烯膨胀的计算等嫡膨胀的计算与等焰节流的计算原理基本相同，计算的基本原那么是膨胀前 后的嫡相等。热力计算的基本方程有:(1)相平衡关系(2)归一化方程(3)物料平衡方程(

33、4)热量平衡方程yi = KiXi 1150%工艺优点工艺流程短 设备少 装置可靠 能耗低能耗较低，工艺 流程简单收率 较高收率高，各制 冷系统相对独 立，可靠性、 灵活性好。工艺缺点收率低，经济 效益不理想。装置高速转动 部件多，操作 复杂，极限液 化率37.8%。设 备投资高。工艺相对较复 杂，须两种制冷 介质和循环。 设备投资高。25西北石油大学本科生毕业设计（论文）从以上比拟中，方案三虽然能耗较大，但收率相较来说比另外两种要高出极多, 且与中原油田原料气特点更为适配，因此设计基础确定为方案三，并进行适用性私 有化，构成针对当前中原油田的天然气液化工艺方案。该工艺方案流程图，分别可见图4

34、-4和图4-5,在进入工艺装置时，高压天然 气状态为12Mpa、27,此时通过别离罐别离，被输送到脱CO2单元，该工艺环 节利用的是碉胺法，能够有效去除其中的C02和C6H6,之后再进入脱水单元，使 用的是分子筛法，经过这两个净化环节原料气直接进行丙烷预冷，使得其温度降低 到-30上下,经过节流工序，压力条件变成了 5.3Mpa,而温度也降低到-60上下， 进入脱重燃单元，完成后进行乙烯冷却，温度会在此时降低到123,而此时压力 条件为IMpa,进行别离处理得到中压气相和LNG,后者在进行节流，能够到达压 力条件为0.3Mpa的LNG,而此时其温度已经被降低到-146C上下，进入罐存处理。 中

35、低压气相尾气都需要回收冷量并进入对应管网。4. 2中原油田天然气液化工艺流程4. 2. 1原料气过滤从管网输送过来的原料气需要经过复杂的工艺处理流程，先进行计量，之后需 要完成调压处理，最后实现气液别离，并需要完成初期过滤，这一环节主要是清理 原料气中一些较大的液、固体颗粒,一般粒径超过5gm都会在这一环节有效去除， 之后那么是H2s和CO2脱除工艺环节。其中气液别离是通过分液罐V101实现，此时气相会被输送到过滤器FH01, 与此同时，从中别离出来的液相那么会进入另外一个装置即凝液闪蒸罐V102中。FI101过滤器后能够进行大颗粒杂质去除，粒径超过511m的颗粒在该环节都 能够得到去除，且去

36、除率到达99%。该过滤装置拥有两层，第一层进行粉尘及其他 类型颗粒别离，第二层利用旋风别离器，将其中液体成分进行有效去除。从V102 和F101中还有大量冷凝水需要排除，会将之输送到冷凝闪蒸罐V102,在这里对 其进行处理使其转化为闪蒸气，之后输入管网，冷凝水排入系统进行冷凝水处理。26西北石油大学本科生毕业设计（论文）原料气V101Y1XT排污r202牛g去1MPa管网去1 MPa管网YTR301A冷却水进去V204贫胺缓冲罐E204T202F202E206Q冷却水出冷却水出E2O5P201A/BC V208补充新鲜水ME A补充气A/V- .冷却水出再塔冷却水进芈炬FB01净化气去液化单元

37、冷却水进V205图4-4中原油田天然气净化工艺流程27西北石油大学本科生毕业设计（论文）目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 第1章概述2 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 研究的目的及意义2 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 国内外液化天然气的研究现状2 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 本论文的主要研究内容4 HYPERLINK l bookmark2 o Cur

38、rent Document 第2章 天然气净化液化技术5 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 2.1天然气净化技术62. 2 天然气液化技术10 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第3章 天然气液化工艺计算15 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 气液平衡计算15 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 闪蒸计算18 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第4章

39、 中原油田天然气液化工艺技术应用23 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 中原油田天然气液化工艺选择23 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 中原油田天然气液化工艺流程22 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第5章 天然气液化工艺HSE管理及经济评价31 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document LNG储存系统进行易燃、易爆、有毒重大危险源评价31 HYPERLINK l bookmark46 o Curre

40、nt Document LNG储存系统进行易燃、易爆、有毒重大危险源风险控制31 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document LNG冷能冷库技术经济评价31 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 结论30 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 参考文献31致谢34西北石油大学本科生毕业设计（论文）4. 2. 2脱酸气和水已经经过过滤环节的天然气，需要先在换热器E201完成与其中制冷剂热交 换，在这个过程中要进行温度控制，确保贫胺进入吸收塔时的当前温度水平保持 在高

41、于天然气温度的状态，但这个差额不能高于5,此时能够有效抑制碳氢化 合物冷凝现象出现。天然气之后会输送到吸收塔T201,此时的酸性组分会被液态 胺吸收，在这个过程中生成的含饱和水气体会被输送到过滤器FI202,此时水和 胺都能够在这个装置中被回收。贫胺吸收完酸气后，就变成富胺，之后逐渐沉到底部并在过程中持续减压， 最终排出到膨胀罐V202,其中会进行膨胀回收形成闪蒸气体，排出到火炬系统。 此时又经过热交换器E203,在其内部完成两种不同胺形态的热交换，贫胺被加 热，之后被输送到胺再生塔T202,从该塔塔顶排出的气体，会进行冷凝处理，处 理设施是塔顶冷凝器E204,之后形成的冷凝液被输送到T202

42、塔顶，完成回流过 程，酸气也会被输送到尾气系统。而再生塔塔底胺液会被送入再沸器F201,并在 其中进行加热处理，使得其温度提高到120C,生成的气相重新输送回再生塔， 而别离出来的液相此时会进入换热器E203,并在其中进行快速冷却处理，之后输 送到了缓冲罐V204。V204中的胺液，其供应与补充是由进料泵P201A/B进行，输送方式为高压 泵送，其中压力数值是12Mpa,之后输送到冷却器E202,进行快速冷使得温度 降低到40C左右，并经过换热器E201,之后又被输送到酸气吸收塔。还有局部 胺溶液，此时浓度为15%左右，会先利用胺过滤泵P202进行处理，并在过程中 利用绿宝FI201,能够有效

43、去除其中在前面工艺环节中残留的降解物。还需要提 供一个常压消泡剂罐，一般将其安装在贫胺进料泵入口处，并随之进入胺循环， 防止胺液起泡。所谓脱水单元，只要利用的工艺是分子筛法，确保液化过程中不出现水分凝 结，保证液化工艺流程顺利完成。含饱和水的气体进入该单元时，会被输送到 R301A/B分子筛干燥器顶部，完成脱水处理，从底部排出，进入气体过滤 FI301A/Bo其中该环节脱水标准是H2O含量必须要低于Ippmo28西北石油大学本科生毕业设计（论文）丙烷循环丙烷循环乙烯循环 净化气来自冷箱 去冷箱去1Mpa管网V401来自乙烯缓冲罐图4-5中原油田天然气液化工艺流程去装车中原油田天然气液化流程进入

44、液化单元前要确保气体各项指标都符合要求，对其中的H2S、C02和水 等的当前含量情况进行测量，确保其符合相关要求，却确定达标后才允许进入液 化流程。如果测量结果显示含量超标，那么检测程序会发出报警信号。液化单元有 两个特点，其一就是原料气呈高压状态，其二是会对其中没有液化的气体进行排 出处理，此时节流膨胀过程中生成的冷量又能够进行再利用，加入液化处理流 程，其他的液化冷量主要来自各种制冷循环。其中丙烷循环条件下，能够让天然 气温度降低至-29C,并在过程中同时实现乙烯冷却，之后进入乙烯循环，该工艺 能够让天然气温度降低至-85C,并在该条件下发生液化反响。在这一过程中会出 现两级节流，从而让L

45、NG状态数据为0.3MPa,-146,到达了入罐条件。天然气首先需要进入中压环境下的丙烷蒸发器E402中完成一定幅度的降温冷 却，温度会在其中降低到3左右，之后输送到低压条件下的丙烷蒸发器E403,需 要在其中将温度降低到-29上下，之后利用压力调节器，进入别离器V401在其 中实现气液别离。之后气被输送到乙烯蒸发器E407,与此同时，液相那么在别离器 中完成最后的收集处理。为防止出现结晶现象，同时完成过程中的冷能回收，从而 有效控制总能耗，从别离器401到最后进入管网的流程中，压力保持在约IMPa。别离器中的气相进入乙烯蒸发器在其中会实现冷凝并将温度降低到-85C上下, 此时气相会全部转化为

46、液相，之后进入中压条件下的换热器E414,继续进行降温 冷却，温度会保持在-90上下，之后经过流量调节器，在其控制下输送到别离器29西北石油大学本科生毕业设计（论文）V402,在其中会进行相应的闪蒸处理，并将得到的闪蒸气输送到换热器E414与其 内部存在的中等压力状态的LNG进行热量交互，之后进入冷箱。别离器底部的LNG 会被输送到低压条件下的换热器E415,之后被输送到低压条件下的别离器V403, 在其中进行相应的闪蒸处理，并将得到的闪蒸气与储罐气体混合，输送到管壳换热 器，又输送到中压条件的换热器，最后输送到冷箱，与此同时，LNG那么被输送到储 罐V501,并由泵抽出完成整个工艺流程的最后

47、环节即装车外运。30西北石油大学本科生毕业设计（论文）第5草 天然气液化工艺HSE管理及经济评价LNG储存系统进行易燃、易爆、有毒重大危险源评价易燃、易爆、有毒重大危险源评价模型的层次结构如下:事故严重程度评价B12险质故发评 1 危物事易性价B1艺程故发评12工过事易性价B1事故易发性评价B11图57评价指标体系图表57工艺过程事故易发性影响因素代号影响因素代号影响因素代号影响因素B112-1放热反响B112-2吸热反响B112-3物料处理B112-4物料储存B112-5操作方式B112-6粉尘生成B112-7低温条件B112-8高温条件B112-9高压条件B112-10件特殊的操作条B11

48、2-11腐蚀B112-12泄露B112-13设备因素B112-14密闭单元B112-15工艺布置B112-16明火B112-17击摩擦与冲B112-18高温体B112-19电器火花B112-20静电B112-21送毒物出料及输一旦LNG储运过程出现交通事故，造成容器破损，会引发物质泄漏，随后迅31西北石油大学本科生毕业设计(论文)速从外界吸收热量，并产生汽化现象，在风力条件下向着风向方向扩散，并成大规 模云团，且具备高度可燃性，当浓度提升并满足爆炸范围的要求，通常测量数据是 体积比重范围的5.3%到15%,此时一旦现场具有火源条件就能够引发蒸汽云爆炸 现象(VCE),并造成严重后果。(1)以某

49、2万nfLNG运输车作为案例进行假设计算，如果车上所有液化天然 气全部发生泄漏并在过程中迅速汽化，并且现场出现了 VCE,此种情况下，356m半 径范围内将不可能还有人员幸存，半径扩散到730m,此时一般会造成人员重伤情 况，继续扩散到1314半径范围，此时一般会导致轻伤情况出现，同时需要注意的 是半径1059 m以内都会形成周围物质都会被严重破坏，会有财产损失，如车辆完 全被烧毁等。(2)假设依旧是上面的LNG储量，但是仅有30%汽化，并出现了 VCE,那么造 成的破坏会显著更轻，237m半径内将不可能有人员幸存，407nl半径内会有人员重 伤情况出现，910m半径内会有轻伤出现；同时出现财

50、产损失半径大约是735m。综 合损失经过计算后能够到达6. 6亿元。(3)导致LNG存运事故的原因很多，如平安管理及技术、操作不当等。其中 从平安管理角度来看，主要暴露出来的问题是应急救援响应不够快速且能力有短 板，看守人员素质提升渠道狭窄，一般都是通过经验积累提高熟练度，或者提供部 分的程度较浅的事故预防培训等；从平安技术角度来看，主要是冷却水准备不充分, 没有到达相关标准、可燃气报警器功能单一、监视作用的在线计算机不具备故障叫 停能力，同时暂时也无法提供故障排除功能。LNG储存系统进行易燃、易爆、有毒重大危险源风险控制5. 2. 1本质平安设计储存系统具有严格的标准与规定，涉及该系统的各个

51、层面，包括工艺设计、输 气管道与管线、各种平安装置、储罐及福建、消防给水与灭火装置、防雷防静电装 置与工艺等等。与液化天然气有关的设备和建筑物，必须符合预防性防护设施和防 火间距的要求，并与周边设施之间能够维持满足相关规范要求的平安距离。从而有 效抑制事故多米诺效应，降低各方面损失。参考设计机制与对策：(1)该系统工程正式进入启动前，需要提供建设区域的地质勘探报告，并以此 为基础进行上层施工或建设，如工程建、构物的装备与规划，及工程进行时可能需 要的设备基础等，防止出现后期建、构物及设备基础出现明显的平安问题如不均匀 下沉等；同时还需要建立定期地基状况监测程序，并且在整个设施寿命期都必须贯 彻

52、执行，评估其是否出现塌陷，并判断其是否超出设计规范，一旦有超出情况就必32西北石油大学本科生毕业设计(论文)须进行调整，同时需要对其中原因进行调查。LNG储存系统所涉及的一些设备管道或低温装置等的设计施工过程中，尤 其需要注意防范土壤冻结的发生，并尽量采取应对措施。(3)为了对储罐液位和运行状态进行持续跟踪与监控，每个储罐都会配备液 位计，还需要装备对应的多条件多参数测量装备，对其中液化气液位、温度及密度 进行监测，还需要提供液位保护与报警装置，用来控制进料或输送管道等，以保障 储罐的可靠和平安。(4)负责监视操作状态的计算机系统需要预置故障解决方案及相关功能，如紧 急停车，或者能够进行初步的

53、故障排除。选用符合规定和使用要求的优质设备及原材料高质量储罐需要具备如下条件，即优良的结构设计、较高制作质量、合适的材 料条件和必要的防腐方案等。有效防止或降低在接口、附件连接处、焊接点或法兰 等出现轻微缝隙或外泄，及由于质量问题导致的储罐结构不稳定本体组织不均匀、 应力残留等等问题导致罐体存在结构性薄弱点，带来事故风险。其他配套设施设备 也需要能够满足制作与规格等方面的要求与条件。储罐要求是双层壳体，且内壁材 料必须使用9%银钢，与此同时外壳形式为厚钢筋混凝土，且厚度需要到达0.8m。由于LNG具有低温深冷特性，因此其储存系统涉及的所有部件与材料，都必 须具有耐低深冷特性，且这种特性要具有持

54、续性、稳定性和均衡性。这些特性将影 响到LNV系统平安运行，且能够有效降低火灾事故风险、溢出的冷流体。保证储罐及设备设施运行状态良好储罐及设备设施需要具备高度稳定性和平安性，确保其在多数突然情况及任 何时候与地点都能维持正常运行，不至于出现在隐患状态下勉强工作的情况，特别 要注意过程参数测量仪表，对其中数据要随之保持关注并进行定期检查。这就对日 常运维与安检等工作提出了更高要求，要能够对设备设施老化情况进行及时了解, 并提供修复方案。对于可燃气体检测报警装置，需要关注其质量与资质证书，需要 提供国家质检机构的认可意见；检测装置具有多方面作用，既能对异常数据或情况 发出警报，也能在必要时开启保护

55、系统，对该装置要建立专人负责制，投运率和完 好率都必须能够保证做到100%。2. 4控制点火源液化天然气在工艺设备和管道中长期处于恒压状态，容易从老化和密封点松33西北石油大学本科生毕业设计（论文）动的地方泄漏。同时，在装卸过程中，管道中残留的LNG不可防止地也要逸出。不 仅工人直接暴露在这些环境中，维修人员也经常在这些环境中对各种设备管道进 行维护和维修工作。因此，所有涉及LNG的储存场所和环境都必须严格控制火源。3 LNG冷能冷库技术经济评价LNG是由天然气压缩制冷得到的，所以其本身会带有大量冷量。在LNG接收 站，通过换热器在现场进行冷量排放，一般是采取直排模式，即直接排入海水、空 气中

56、，这种处理机制一方面导致能量无谓损耗，另一方面不符合环保要求。目前国 内LNG接收站储存主流规模大多维持在300600万t/a,因此其能够产生的足够的 冷量能够供应周围的大中型冷库，可以采取配套式建设规划，在LNG接收站周边 规划建设一些冷冻冷藏库，进行冷冻品加工或物流运转等，这种冷量回收利用模式 具有较高可行性。以容量1.5万吨的冷库为例，其每年需要消耗60万吨LNG,项 目完整周期长达15年，其中对于工程本钱及各种重要经济指标的详细数据分别见 表 5-2 和 5-3 o表5-2年生产本钱序号类别消耗量单价金额/万元备注1设备折旧3002设备维护3003电60 万 kWh0. 8 元/kWh

57、48考虑备用系统4水2万t2. 43 元/t4. 865人工1815万/人2706税金及附加1107销售收入20008管理费用1549税前利润813. 14表5-3工程财务分析序号类别数额备注1工程总投资/万元90002利润总额/万元813. 143净利润/万元609. 864财务内部收益率 /%9. 6034西北石油大学本科生毕业设计（论文）5工程投资回收期/ 年8. 02含建设期6总投资收益率/%9. 03从表5-2可知，该冷库正常运营状态下，年耗电量详细数据是60万千瓦时, 如利用胺制冷系统进行电能供应，同样规模冷库能够产生远超前者的耗电量，会高 达400万千瓦时，换言之，年均耗电量出现

58、了极大幅度下降，降幅到达了 340万千 瓦时，这意味着节电率能够到达85%,这些电量需要消耗1901吨煤，同时还将减 少碳排放量约为2681吨，因此具有良好的社会与经济效益。从表5-3可知，这个工程目前活力表现非常好，内部收益率表现也已经超过 了该行业8%基准收益率，因此经济性也非常良好。35西北石油大学本科生毕业设计(论文)结论(1)对天然气脱酸工艺进行详细介绍，确定合适的脱酸工艺方案，即醇胺法、 飒胺法。这两个方案各有优缺点，需根据原料气具体组分情况进行选择。(2)常用的三种液化工艺流程或多或少均存在其各自的应用环境与缺乏。选 择影响因素涉及装置处理能力、原料气组分、压力及针对性的产品要求

59、等，目前在 建的LNG工厂多是利用丙烷预冷的混合冷剂制冷循环。(3)利用中原油田高压天然气的特点，对天然气液化工艺进行研究，筛选出 三种工艺流程并选出最优经济方案为“丙烷预冷+乙烯预冷+节流”方案，该方案 中有效利用了原料气压力条件，因此大幅度降低能耗，一定程度压缩本钱，对国内 LNG工厂建设有参考价值。(4)关于对LNG储存系统进行易燃、易爆、有毒重大危险源风险控制要在本 身平安设计、选择优质设备及原材料、确保设备运行良好、控制点火源四个方面进 行，LNG冷能利用模式节电率非常出色，能到达90%,是国内制冷领域值得考虑 的新思路，且践行了节能绿色开展精神。36西北石油大学本科生毕业设计（论文

60、）参考文献1吕鹏飞，鹿院卫，刘广林，马重芳。小型天然气膨胀液化流程参数优化J。工 程热物理学报,2011, 32(08)： 1396-1398o2田欣，张亚灵。LNG产业现状和开展趋势J。化工管理，2013, 12： 246。3张欢，周姿潼，李简。LNG装置液化工艺技术研究J。化工管理，2015, 28： 204-205 o4黄俊之。试析天然气液化工艺的比照及应用J。企业技术开发。2017, 36(1 2)： 46-47 o5杨盼，符明辉。LNG国内外开展现状及应用技术探讨J。云南化工，2018, 4 5(10)： 23-24o6牛永峰，王向阳。LNG液化天然气工厂天然气液化工艺设计浅析J。科