浅析煤层气液化工程

浅析煤层气液化工程
李立会（山西晋城煤业集团天煜新能源有限公司，山西晋城048006）
摘要：本文以某煤层气液化工程为例，本文作者根据自身经验着重分析介绍煤层气液化工程中工艺技术、设备流程，煤层气液化工程中配套的仪表控制系统以及煤层气生产、运输和贮存过程中存在的安全隐患，提出预防措施。

关键词：技术工艺；工程消耗；控制系统；安全环保
1项目选址
煤层气也叫做煤层吸附气，是以吸附态赋存于煤层内表面的天然气，不属于常规型天然气，主要成分为甲烷，是一种优质的天然清洁能源。

该煤层气液化工程，工程厂区选址在山西省东南部，距晋城市15公里，之所以选址在这，最主要的原因是此处选址符合规定安全生产距离和安全规范要求。

2公用工程条件
只有选址的优势还不够，煤层气液化工程中工程条件也是非常重要的一环。

液化装置需要两种类型的水：32℃上水40℃与回水组成的循环冷却水以及脱盐水，其中循环冷却水的上水压力需保持至少大于等于0.35MPa.G。

脱盐水，用于脱二氧化碳系统的MDEA溶液的补充水源，对于主要成分二氧化硅、铜、铁和一些离子也有严格的要求。

装置不仅需要配备氮气、除供
LNG贮槽和火炬，还需提供压力值为正的氮气、用于提供氮气补充作用的MRC制冷剂、预防低温氮气凝固的解冻用加温装置。

装置需要仪表空气，为气动仪表提供动力气源，仪表空气压力介于0.5~0.7MPa.G之间，露点温度为-40℃。

对于液化煤层气的贮存条件，产品指标和生产操作范围等也有明确的规定，以保证整个工程顺利进行。

3操作技术
3.1技术方案
一般的企业在进行煤气液化处理时，需要经过净化与液化两个主要程序，按照顺序分别进行五项技术内容，即净化、液化、存储、装配、辅助，其中，净化也被称为预处理。

本文所述工艺过程选择来自山西晋城的煤层气为对象原料，在经过符合管输标准要求的处理步骤后，发现煤层气在低温中进行液化的参数未达标，原因在于此步骤处理不能完全清除对象原料中的酸类气体、水分等杂质残留（如硫化氢、二氧化碳、芳香烃等），这些杂质成分会在低温液化阶段产生堵塞管道的情况，严重时甚至导致设备金属材质被腐蚀，因此需要对煤层气原料进行彻底净化，以改良煤层气的指标参数。

具体工艺方案包括如下三个方面：
首先，为保持技术处理阶段的热值水平，需要消除对象原料中的二氧化碳成分，采用脱CO2工艺；
其次，为避免设备因酸类气体杂质出现腐蚀，采用溶剂吸收法对其中的酸性成分含量进行稀释，此外可用于此步骤的实用性工艺方案还包括物理吸收法以及化学方法（氧化还原、分子筛吸附）。

之所以在实际操作用多选用溶剂吸收法，原因在于其物理操作原理维护了工艺技术的可逆性，用于稀释酸类成分含量的碱性溶剂常见的为烷醇胺类，通过化学反应烷醇胺类会中和煤层气中的杂质成分，同时吸收液体环境中的热量，不仅能对操作环境起到控制温度与压力的效果，还能实现所用碱性溶剂的多次利用。

而针对本次技术工艺过程，碱性溶剂选择甲基二乙醇胺（MDEA）。

再次，为防止管道阻塞，选用脱水操作对煤层气中所含有的水分进行净化处理。

可选用的脱水工艺技术方案主要有三种，分别是低温脱水、溶剂脱水、固体脱水，其中固体脱水所依托的原理是通过干燥剂（如硅胶）对水分进行吸附处理，结合分子筛法加强净化效果，从而实现脱水目的；低温脱水对于环境的温度要求比较严格，在操作上较难满足煤层气液化处理的要求；而溶剂脱水法则需要控制深度在较低水平，对装置设备的属性有所限制。

可见，低温脱水与溶剂脱水这两种方法在实践中的约束条件较多，因此，我们倾向于采用固体干燥剂吸附与
4A分子筛相结合的方法进行煤层气脱水净化处理。

此外，对于煤层气中的其他杂志成分，比如金属汞，采用浸硫活性炭对其进行吸附。

一般会根据实际操作的需要以及工艺工程的要求，对活性炭成分进行定期更换，以延长装置的使用寿命。

3.2液化流程
一般情况下，常见的液化工艺有阶段式、循环式、混合式三种，其中混合式液化工艺指的是通过制冷与膨胀结合交替原理进行液化处理。

而阶段式制冷工艺所需的制冷设备及冷换装置数量较多、规模较大、所需环境的复杂性较高，从经济适用角度看，不具备操作空间，因此在本次液化工程中，我们放弃了阶段式和循环式工艺，而选择混合式工艺流程，将混合制冷剂加入循环操作流程中，从压缩机数量、整体流程、工程造价三方面实现了最大程度的优化与资源配置。

其中混合制冷剂的具体成分比例需要根据不同工程中天然气原料的属性有所区别，换言之，在进行液化处理时，制冷剂的配比以及原料气体质量都需要严格把控，操作各项参数一经确认便不可逆，为避免材料浪费与资源低效操作，需要提升操作前参数确认的准确性。

需要注意的是，从操作层面看，鉴于制冷剂配比与天然气体配比完全对应的概率极低，因此只能尽可能确保部分贴近，从效率上，是不能与阶段式工艺流程相比的。

基于上述分析可以发现，对于制冷剂配比的选择于确认是整个混合式工艺液化流程中的关键环节，通常根据实践经验采用逻辑推测模式进行折中处理，将流程划分为多个阶段，对每一段内所需要的混合制冷剂配比进行确认，按照多段供给的方式，保持熵增在最小水平。

按照这一理念，我们采用与阶段式工艺效率相对接近的C3/MRC工艺，将整个处理流程按照环境温度高低分为两段，即高温段与低温段，分别对其进行混合制冷剂供给，将丙烷供给给高温段，采用压缩制冷原理，令原料气体温度降低至-40℃；对于低温段的处理，采用不同压力、温度环境内的制冷剂与原料气体热量交换的方式进行处理。

从原理上，这种热量交换方式符合热力学特性，从结果上，最大限度提升效率。

需要指出的是，为在合理范围内优化设备的使用周
期，混合制冷剂选择了带有预冷处理的工艺。

4仪控系统
从操作便捷性角度切入，为实现对LNG设备的整套工艺流程的监控目的，选用DCS（集散控制系统）、ESD（紧急停车系统）与分析系统来组成本次工程的仪控系统，对设备装置的工艺要求做到尽可能高精度确认。

从监控原理角度切入，所选择的系统内容遵循就地控制与中央控制室结合的原则，经由DCS系统对相对重要的参数结果予以显示，同时实现了设备运行情况的控制与问题预警功能，从逻辑上维护了联锁控制效果。

正常情况下，ESD系统保持无需人为因素参与的静止状态，遵循中控室原则，而在突发情况出现时，ESD系统依据就地控制原则独立响应，发出联动锁定信号，实施安保处理，在整个流程中具备优于DCS系统的安全级别。

理论上，被安装在风险区域内的仪控设备优先选用本安型。

采用其它防爆型式的任何仪表电气设备必须满足危险地区等级和整体安全的要求。

DCS系统与重要的单机成套设备的控制系统、火灾报警和气体检测系统、ESD之间采取通讯方式连接；ESD系统与DCS、重要的单机成套设备的控制系统、火灾报警和气体检测系统之间的安全联锁保护动作则采取硬接线连接。

5安全与健康
在常温状态下，我们所熟悉的煤层气内包含一定烷类（乙烷、丙烷）、氮气和其他成分，液态状态下保持无色，而对其进行处理期间，由于温度极低，升华作用下会导致部分易燃物质出现，所以还是有着潜在的泄露、易燃易爆、冻伤等危险因素。

换言之，对煤层气进行处理的天然气液化设备具有一定危险性，由于操作不当或环境突发状况等因素的影响，可能会引发LNG泄漏的风险。

为保证工程安安全系数及人财安全，装置设备区域需要严格按照国家相关规定配备符合标准的消防设施。

并且需要作出不允许常温状态下对煤层气进行加压液化操作的严格规定，原因在于密闭容器内压力的多变属性会引发破坏，比如造成人员皮肤灼伤、冻伤或肺部脏器损坏等。

换言之，对于煤层气的液化处理需要在具备成套装备的条件下进行，需要确保各环节内的设备配件的准确性。

在生产装置和贮运区要设置相应的安全设施，充分考虑安全预防措施，做好人、机、环境安全管控，以确保作业人员的人身安全。

6结语
本文以晋城市某煤层气液化工程为例，具体介绍分析了煤层气液化工程所需要的工艺技术以及工艺流程，同时也说明了煤层气液化工艺技术和工艺设备等在日臻完善，但同样存在安全隐患，希望在未来能够通过技术工艺的发展和进步，更加有效的降低这些安全隐患。

同时，企业在生产和贮存过程中，应注重安全设施的定期检修、保养和更换，做好人、机、环境安全管控，确保企业安全生产。

参考文献：
[1]李红艳、贾林祥.煤层气液化技术[J].山西煤炭，2001,21（2）：23-25
[2]谭建宇、李红艳等.小型天然气液化装置工艺流程数值模拟和优化[J].天然气工业，2005，（5）：112-115
[3]余国保、孙志高等.煤层气小型液化前景与可行性探讨[J].中山大学学报，2007,27（2）：96-100.石油管道巡检系统在安全生产中的应用
李庆涛（中国石油抚顺石化公司，辽宁抚顺113008）摘要：实现对石油设备的数字化、可视化、实时化管理，切实提高紧急故障处理的能力和协调水平已成为行业亟待解决的问题。

本文针对传统石油管道巡检存在的问题和不足，提出了基于B/S架构的网络化巡检人员状态整体解决方案。

关键词：石油管线；巡检系统；GPS；3G；地理信息系统
传统的石油管道巡检仍靠巡检工人沿石油管道线路巡查的方式进行，存在以下主要问题：①多采用手工记录方式，巡检不到位、遗漏巡检点，数据保存不完整、不准确、数据丢失、遗漏等问题严重。

②发现隐患点（如管道腐蚀，管道泄漏）不能及时上报，隐患地点、情况描述不清楚，无法对隐患及时做出处理，由小隐患积累成大事故，造成石油管道爆炸，直接危害到人民生命以及国家财产安全。

③对深埋地下的管道位置不明确，管道分布图局限于纸质化，人员无法准确对石油管道以及附属设备进行数字化管理。

针对目前行业存在的问题，本文采用多种先进技术相结合，研究石油管线巡检系统，以保障石油管线的安全运行。

1石油管道巡检解决方案
针对行业目前存在的问题，采用世界领先的GPS全球卫星定位技术、3G无线数据传输技术、GIS地理信息系统和计算机网络通信与数据处理技术，在GSM/GPRS通讯平台上研发出适用于多种行业的巡检人员跟踪管理及监控系统，通过本系统可以远程对油气长输管线巡检路线、地点、时间、重点部位必要的停留等进行监督管理，保障输油管道安全稳定可靠的运行。

2系统总体架构
本方案由管道巡检软件系统、手持机终端两部分组成。

系统总体架构如图1所示。

巡检人员利用手持机终端沿设定的巡检路线对石油管线进行巡检，若发现问题，则利用手持机终端对现场进行拍照或录音，然后通过3G无线数据网络上传到远程的应用服务器的数据库中。

巡检人员的位置信息通过GPS实时定位，
并通过3G无线数据网络也上传至远程的应用服务器的数据库中记录下来。

远程的应用服务器对其进行管理、设定、查看和分析。

图1系统总体架构图
2.1手持巡检终端
图2手持巡检终端
本巡检管理系统中的手持巡检终端为一款手持机，如图2所示。

该手持巡检终端是基于Android智能操作系统开发的全网通手持终端设备，集成了北斗+GPS定位、RFID和NFC等功能，防护等级为IP67，支持高带宽的WCDMA信息方式，通过3G 网络，将数据传回系统数据库，免去现场录入数据后二次输入的工作，还配备专用接口，可外接二代身份证采集仪、打印机、。