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    浅谈LNG接收站及液化站的空压制氮工艺设计.pdf

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    浅谈LNG接收站及液化站的空压制氮工艺设计.pdf

    郭 雷等 浅谈LNG接收站及液化站的空压制氮工艺设计 2l 浅谈LNG接收站及液化站的空压制氮工艺设计 郭雷 徐国峰许荣国袁慧张立宁 中海油山东化学工程有限责任公司济南250101 摘要 根据LNG接收站及液化站对其配套空压制氮系统的特殊要求,提出空压制氮系统主要设备的选型 及适用的工艺流程设计。 关键词LNG接收站LNG液化站空压制氮工艺设计 在化工、石化生产企业中,空压、制氮站虽 然扮演着辅助公用设施的角色,但由于其担负着 全厂所有气动调节阀及气动切断阀的仪表空气 净化空气供给,在检修时为设备、管道和地坑 等提供吹扫工厂风,在开车置换和升温、正常 生产时为压缩机等设备密封提供氮气,对于整个 工厂安全和稳定的运行,有着不可忽视的重要作 用。合理设计空压、制氮站可保证整个工程安全 稳定运行、减少工程投资。 液化天然气LNG作为清洁能源,优点是 体积只有等量气态天然气的1/600左右,可弥补天 然气在运输和储存方面所固有的缺陷;特别是在 冬季用气高峰期,LNG使用非常灵活【2 。近年来, 我国的LNG产业发展迅速,LNG接收站及液化站 的建设项目增多。 1 LNG企业配套空压制氮站特点 与一般化工、石化生产企业相比,LNG接收 站及液化站对配套的空压制氮系统有特殊要求。 1仪表空气、氮气常用于低温LNG管线上 阀门调节、LNG储罐补压、干燥、置换。由于 LNG的低温特性,公用工程气体与LNG直接或间 接接触时容易出现结冰现象,损坏设备、堵塞管 道或使阀门失效。因此,LNG接收站及液化站对 其仪表空气及氮气的露点有较高要求。一般仪表 空气常压露点设定为一60℃,氮气常压露点设定为 一6O℃以下。 2氮气纯度要求较高。天然气属于甲类可燃 气体,爆炸危险性物质,爆炸极限V%5.O l4.0。与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火或 高热极易燃烧爆炸。对于LNG接收站及液化站, 氮气的纯度一般要求在99%以上。 3氮气间歇用量大。由于存在氮气置换、 吹扫、氮气补充等工况,LNG接收站及液化站的 氮气间歇用量较大,完全采用空分制氮的方法无 疑会增加空压站的整体投资及运行成本。 本文重点介绍LNG接收站及液化站的空压制 氮系统的主要设备选型及工艺流程设计。 2主要设备选型 2.1空压机 空压机一般有离心式、活塞式和螺杆式三种。 离心式空压机单机排气量大,但单机效率较 低,变工况适应能力不强,一般用在较大规模的 空压站;活塞式空压机虽一次投资低,但易损件 多,运行中故障率高;螺杆式空气压缩机运行平 稳,易损件少,噪声低、集约化程度高、结构紧 密、基础简单、减震效果好、自动化程度高,因 而在空压站中尤其是中小型空压站应用较多 J。 对于一般的LNG接收站和液化站,建议采用螺杆 式空压机。 2.2干燥机 由于LNG接收站及液化站仪表空气及氮气的 露点要求苛刻,因此,建议采用组合式的低露点 干燥机冷干机无微热式。 2.3制氮方式 通常企业采用空气分离法从空气中提取氮气, }郭雷工程师。2009年毕业于中国石油大学华东化学工艺专业。从事化工设计工作。联系电话15063341009 Emailyutian244163.corn。 22 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 包括深冷分离、PSA变压吸附和膜分离三种制氮方 式。 深冷制氮不仅工艺流程复杂,而且设备数量 多,占地大,投资较高,启动时间长12h。 深冷制氮法适用于制氮规模较大且启、停不频繁 的场合;PSA制氮与膜制氮流程相对简单灵活, 是常见的两种中、小规模制氮方案。其性能对比 见表1。 表1 PSA制氮与膜制氮对比表 鉴于LNG接收站及液化站所用氮气的纯度一 般要求在99%以上,对氮气的压力要求不高,且 PSA制氮方式相对成熟可靠、投资较低,因此建议 采用PSA制氮方式。 2.4氮气间歇用量大的解决方案 针对LNG生产企业氮气间歇用量大的特点, 制氮站除PSA连续制氮外还另外设置液氮气化系 统。液氮气化系统由液氮储罐真空低温储罐 及配套液氮气化器空温式组成。外购液氮通 过液氮槽车注入液氮储罐中储存,在氮气间歇用 气量较大时,液氮经空温气化器气化后补入全厂 用氮系统,从而可大幅降低整个制氮系统的设备 投资及运行费用。 由于液氮气化系统受外购、槽车运输、卸料 时问等限制,因此液氮气化系统不能取代PSA制 氮,不能作为连续制氮方式长时间使用。 PSA制氮、液氮气化系统的供氮能力应综合考 虑全厂氮气用量后确定,包括正常用量连续, 最大用量问歇。连续、间歇供氮能力合理匹 配,才能既满足全厂氮气供应,又能充分发挥液 氮气化系统的作用。 3工艺流程设计实例 某LNG液化站的空压制氮系统流程,见图1。 图1 某LNG液化站空压制氮系统工艺流程 空气经空压机加压后,经缓冲罐缓冲后汇入 压缩空气总管,其中一部分空气直接进入工厂空 气储罐,作为全厂吹扫用工厂风;其余压缩空气 经干燥、过滤成套包包括前置过滤器、压缩空 气组合式干燥器、后置过滤器干燥、净化后露 点达到一6O℃,含尘颗粒直径不大于3 m,含尘 量小于1mg/m。,油份量小于10mg/ml。一部分净 郭 雷等 浅谈LNG接收站及液化站的空压制氮工艺设计 23 化空气进人仪表空气储罐成为全厂仪表空气;其 余气体进人PSA制氮系统,PSA制氮系统出口氮 气的纯度达到99.9%,露点达到一7O℃,进人氮 气储罐;设置了液氮储罐及空温式液氮汽化器, 当氮气储罐压力低时,液氮从液氮储罐压出并经 液氮气化器气化后补人氮气储罐,以满足全厂氮 气用气要求。 本流程特点①PSA制氮气源采用经干燥、过 滤后的主压缩空气,即制氮系统未设单独的干燥、 过滤系统,保证了制氮气源的露点及清洁度的要 求,同时有效节省了设备投资及占地空间;②采 用了液氮存储及气化系统,保证了氮气瞬时用量 较大时的氮气供应;③通过控制进人制氮系统的 气体流量,稳定仪表空气储罐的压力,保证了全 厂仪表空气的供应要求,如果由于制氮用气源减 少造成氮气压力不足,液氮气化系统亦能保证氮 气瞬时供应;④液氮气化方式的采用可以满足某 些特殊的用气要求。例如,某液化站采用混合制 冷剂氮气膨胀并联液化工艺流程,氮气的循 环过程中需要高纯度氮气99.99%间歇补人。 液氮选用相应规格,气化后氮气送至液化单元, 可以减少项目投资。 4 结语 空压制氮站是企业的能耗大户,合理的设计 将减少运行能耗,提高空压制氮站的运行效率, 更重要的是保证空压制氮站安全、稳定地为厂区 提供源源不竭的动力 J。本文论述了LNG接收站 及液化站的空压制氮系统主要特点、设备选型、 并给出了相应的工艺流程设计,该流程能够满足 LNG企业对公用工程气体的特殊要求,同时又能 有效节省设备投资及建设用地。 参考文献 1刘棋,刘巍,薛威平.浅谈天然气气田空压站的设计 工艺[J].天然气与石油,201l,2963739. 2 2007年中国天然气行业发展预测报告[R].华经纵横经 济息网,46. 3尹丽娜.空压站中仪用空气工艺系统优化设计[J].现代 化工,2010,32298301. 4余化,冯天照.工艺技术的比较与选择[J].化肥设 计,2012,5011519. 5刘庆春,曹严亮.浅析空压站的设计[J].装备制造技 术,2011,1133134. 收稿13期20121210 上接第37页 角接焊缝变为了对接焊缝,改善了该区域的焊接 应力的影响。 4从加工的角度讲,三角形截面补强元件 宜采用锻件 ,比较适合于球形或凸形封头正交 开孔接管的补强场合。马鞍形锻件加工可能会有 一定的难度。 5三角形面积法与等面积法和压力面积法 具备有相同的适用范围,且比较适用于开孔直径 稍大或重要工况的场合。 参考文献 1 JB/T 4732--2005,钢制压力容器一分析设计标准[s]. 2 GB l502O11,压力容器[S]. 3 Leckie。 A.and Penny,R.K.Solution for the Stresses in Nozzles in Pressure Vessels,WRC Bul1.No.90,1963. 4 Wicham,K.R.,Hopper,A.G.and Mershon,J.L Local Stresses in Spherical and Cylindrical Shells Due to External Loadings,WRC Bul1.No.107,1965. 5 Xue,M.D.,Hwang,K.C.,Lu,W.et a1.,A Reinforce- ment Design Based on Analysis of Large Opening in cy lindrical Pressure Vessel,ASME Journal of pressure Vessel Technology,118502506,1996. 6 Xue,M.D.,Li,D.F.and Hwang,k C.,A Thin Shell Theoretical Solution for Two Intersecting Cylindrical Shells Due to External Branch Pipe Moments,ASME Journal of pressure Vessel Technology,127357368,2005. 7 Xue,M.n,Du,P.H.,Li,n and Hwang,K.C.,A Stresses Analysis for Cylindrical Shell with Nozzle Sub jected to Internal Pressure,External Forces and Moments,in Proceedings of 1CPVT l1/2o06 ASME Vessels and Piping Divi sion Conference,July 2327 2006,Vancoucer,BC,Canada. 8桑如苞.压力面积法开孔补强设计方法分析f J].石油化 工设备技术,1987,1. 9桑如苞.压力容器强度设计技术分析三[J].石油化 工设备技术,1987,1. 1O乔海星,常俊刚,王冀宁.压力容器接管锻件结构设计 [J].化工设备与管道论文集,2007年增刊一. 收稿日期201303~04

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