原料天然气组分变化对LNG装置的影响及对策_李均方

２ 装 置 运 行 问 题 及 对 策
２．１ 原 料 天 然 气 组 分 变 化 情 况 ＬＮＧ 装置原料 天 然 气 组 分 变 化 对 制 冷 液 化 单
元的影响十分重 要。 一 般 ＬＮＧ 装 置 在 原 料 天 然 气 净化部分已包括天然气脱 ＣＯ２ 和 深 度 脱 水、脱 汞 等 措施，但对液化单 元 而 言，其 功 能 除 制 冷 液 化 外，还 应根据原料天然气组分含量的不同来考虑重烃的分 离 、乙 烷 的 回 收 以 及 氮 等 轻 组 分 的 脱 除 等 。
典型的堵塞发生在冷箱的天然气通道下部ｂ处 （见 图１）。堵 塞 现 象 表 现 为 ：ｂ处 压 力 降 明 显 增 加 ，
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石 油 与 天 然 气 化 工 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＯＦ ＯＩＬ ＆ ＧＡＳ ２０１４
Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２１３，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＣＮＧＣ Ｇｕａｎｇ’ａｎ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ， Ｇｕａｎｇ’ａｎ６３８０００，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ Ｇｕａｎｇ’ａｎ ＬＮＧ ｐｌａｎｔ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｆｅｅｄ ｇａｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｈｅａｖｙ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｔｈａｎｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｌｕ－
（１．中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 成 都 天 然 气 化 工 总 厂 ） （２．中 国 石 油 昆 仑 能 源 华 油 天 然 气 广 安 有 限 公 司 ）
摘 要 介绍了广安 ＬＮＧ 装置 运 行 中，因 原 料 天 然 气 组 分 变 化 大 而 出 现 的 重 烃 低 温 堵 塞 和 乙烷适应性问题，阐述了现场现象，分析了问题原因，论述 了 解 决 方 案 和 应 用 效 果。 现 场 采 取 调 整 工艺参数，增加活性炭吸附脱除重烃等措施后，装置运行正常。认为原料气组分对 ＬＮＧ 装置运 行 具有很大的影响，作好新建 ＬＮＧ 装置原料天然气组分的检测和组分变化的分析预测十分重要 。
０．１５５ ６
ｎ－Ｃ４ 苯
环己烷
０．３８ ０ ０
０．０ ０ ０
０．１２４ ５ ０．００７ ７ ０．００７ ２Biblioteka Ｃ５０ ０
０．０８７ ７
Ｃ６
０
０
０．０４０ ７
Ｃ７
０
０
０．０３９ ７
Ｃ８
０
０
０．０１３ ５
Ｃ９
０
０
０．００２ ９
ρ（总硫）／（ｍｇ·ｍ－３） ＜１
２０
ρ（Ｈ２Ｓ）／（ｍｇ·ｍ－３） １．３
装置在运行过程中原料天然气组分与设计时相 比 有 较 大 的 偏 离 （见 表 １），主 要 表 现 如 下 ：
表１ 广安 ＬＮＧ 装置气源组分 Ｔａｂｌｅ １ Ｆｅｅｄ ｇａｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ Ｇｕａｎｇ’ａｎ ＬＮＧ ｐｌａｎｔ
组分
设 计 气 源 组 分 ，ｙ／％ 广安气源 龙岗气源
实际气源 组 分 ，ｙ／
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石 油 与 天 然 气 化 工 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＯＦ ＯＩＬ ＆ ＧＡＳ ２０１４
①
原料天然气组分变化对 ＬＮＧ 装置的影响及对策
李 均 方１ 张 瑞 春１ 夏 功 科２ 刘 盛 鹏１ 干 卓 凡１ 谢 仲 海１
针对广安 ＬＮＧ 装 置 堵 塞 的 实 际 问 题，采 取 的 解决措施如下：
（１）调 整 工 艺 参 数 ，适 当 降 低 冷 箱 中 点 温 度 ，从 设计的－５１ ℃ 降 低 到 －７１ ℃，通 过 冷 凝 增 加 苯 在 重烃分离 器 底 的 排 放 量，减 少 冷 箱 下 部 苯 的 分 压。 装 置 开 工 时 ，中 点 温 度 降 到 合 格 后 再 进 入 下 部 制 冷 。 在没有产生重烃时，也 将 该 分 离 器 液 位 控 制 阀 开 启 至一定开 度，使 易 堵 塞 组 分 通 过 低 温 分 离 出 装 置。 同 时 ，稳 定 冷 箱 中 点 温 度 ，避 免 温 度 波 动 将 易 堵 塞 的
重烃带入冷箱下部。 （２）增 加 苯 和 环 己 烷 等 易 堵 塞 组 分 的 吸 附 脱
除。利用该装置脱水单元吸附塔顶约 ９００ ｍｍ 的剩 余 空 间 ，装 填 一 定 量 的 活 性 炭 ，利 用 其 吸 附 能 力 来 脱 除易堵塞组分。按 吸 附 时 间 ８ｈ 计，实 际 装 填 活 性 炭单塔约１．５ｔ，可有效脱除原料天然气中体积分 数 约 为 ３００×１０－６的 苯 、环 己 烷 等 易 堵 塞 组 分 。 ２．２．３ 应 用 效 果
adoijissn10073426201403009influenceoffeedgascomeonlngplantandcountermeasureslijunfangzhangruichunanlngplantduetothecomponentschangeoffeedgaswhichincludedheavyhydrocarbonblockingatlowtemperatureandethaneadaptabilitythephenomenonandreasonoftheproblemwereanalyzedandthesolutionandapplicationeffectwerediscussedafteradjustingtheprocessparametersandaddingactivatedcarbontoremoveheavyhydrocarbontheplantransteadythecomponentsofthefeedgashasgreateffectontheoperationoflngplantthereforetheanalysisandforecastoffeedgascomponentschangeareveryimportanttonewlngplantkeywordsheavyhydrocarbonblockedduetolowtemperature装置概况广安天然气处理量为10010d的lng装置采用blackveatch的prico混合制冷液化工艺见图1用离心压缩机制冷铝板翅式换热器两台并联换热具有设备少流程简单投资少维护方便及开启便捷等诸多优势该装置于2012年4月建成投产建设初期并未考虑脱重烃问题项目建设后期增加了重烃分离器及后续储存设备但运行中仍出现冷箱低温堵塞和高乙烷含量的适应性问题
实际 运 行 表 明，装 置 由 富 气 变 贫 气 时 极 易 出 现 低 温 堵 塞 ，出 现 该 问 题 后 需 减 少 制 冷 量 ，将 冷 箱 底 部 产品温度上调到 －９０～ －１３０ ℃，希 望 通 过 升 高 温 度来 增 加 重 烃 在 ＬＮＧ 中 的 溶 解 度，以 此 解 决 堵 塞 问题。堵塞严 重 时，必 须 将 冷 箱 底 部 温 度 加 热 到 ５ ～１０ ℃ 后 解 冻，ｂ 处 压 差 才 能 降 到 正 常 值，从 而 再 进行生产。 ２．２．２ 解 决 措 施
① 作者简介：李均方（１９６８－），男，四川阆中人，高级工程师，１９８９年毕业于西南石油大学，大学学历（工学学士），长期从事 天 然 气 加 工 方 面 的 生 产 技 术 工 作 。 地 址 ：（６１０２１３）四 川 成 都 华 阳 正 东 下 街 ２０ 号 成 都 天 然 气 化 工 总 厂 。 电 话 ：０２８－８５６０７０３９。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉ＿ｊｆ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ
从常规２０～４０ｋＰａ迅 速 上 升 到 满 量 程 的 １０５ｋＰａ； 同 时 ，由 于 天 然 气 产 品 阀 开 度 一 定 ，天 然 气 通 道 的 流 量 明 显 下 降 ；因 制 冷 量 大 于 天 然 气 的 需 冷 量 ，制 冷 剂 侧 底 部 温 度 明 显 下 降 ；由 于 换 热 恶 化 ，冷 剂 低 温 通 道 与产品线之间的传热温度差由２～３ ℃ 增加到 ３～６ ℃以上。
Ｌｉ Ｊｕｎｆａｎｇ１，Ｚｈａｎｇ Ｒｕｉｃｈｕｎ１，Ｘｉａ Ｇｏｎｇｋｅ２，Ｌｉｕ Ｓｈｅｎｇｐｅｎｇ１，Ｇａｎ Ｚｈｕｏｆａｎ１，Ｘｉｅ Ｚｈｏｎｇｈａｉ １ （１．Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｗｏｒｋｓ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｏｉｌ ﹠ Ｇａｓｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，
关键词 天然气组分 重烃低温堵塞 乙烷适应性 中 图 分 类 号 ：ＴＥ６４２ 文 献 标 志 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－３４２６．２０１４．０３．００９
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｅｅｄ ｇａｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ＬＮＧ ｐｌａｎｔ ａｎｄ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ
１ 装 置 概 况
广安 天 然 气 处 理 量 为 １００×１０４ ｍ３／ｄ 的 ＬＮＧ 装置，采用 ＢＬＡＣＫ ＶＥＡＴＣＨ 的 ＰＲＩＣＯ 混 合 制 冷 液化工艺（见图１），用离心压缩机制 冷，铝 板 翅 式 换 热 器 两 台 并 联 换 热 ，具 有 设 备 少 、流 程 简 单 、投 资 少 、 维护方便及开启便捷等诸多优势 。 ［１］
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃｈａｎｇｅ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｎｅｗ ＬＮＧ ｐｌａｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ，ｈｅａｖｙ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｂｌｏｃｋｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，
ｅｔｈａｎｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ
第４３卷 第３期 李均方 等 原料天然气组分变化对 ＬＮＧ 装置的影响及对策
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措施介绍如下。
（１）原料 天 然 气 中 重 烃 含 量 明 显 增 加，特 别 是 苯 、环 己 烷 等 易 堵 塞 组 分 增 加 ，常 规 天 然 气 分 析 一 般 不包括 这 些 组 分，但 对 ＬＮＧ 装 置 运 行 十 分 重 要。 根据 ＧＰＡ 的方法，针对广 安 ＬＮＧ 装 置 原 料 天 然 气 组成预测了不同苯含量的结晶温度（见 图 ２）。 由 图 ２可以看出，很少量的苯就会引起苯在 ＬＮＧ 中的结 晶，同时苯含量的微 量 升 高 会 引 起 结 晶 温 度 的 明 显 变化。为避免低温 堵 塞，一 般 应 将 天 然 气 中 的 苯 体 积分数控制在１×１０－６～１０×１０－６以下 。 ［３］
ｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｆｔｅｒ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ａｄｄｉｎｇ ａｃｔｉ－ ｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｈｅａｖｙ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ，ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｒａｎ ｓｔｅａｄｙ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｇａｓ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＬＮＧ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｏｆ ｆｅｅｄ ｇａｓ
＜１
注：设计时，龙岗气 源 与 广 安 气 源 的 比 例 为 ２∶１，即 龙 岗 气 源 占２／３，广 安 气 源 占 １／３。
（２）原 料 天 然 气 组 分 含 量 变 化 频 次 高，有 时 １ 天内会出现几次剧烈变化（见图 ３）。根 据 装 置 原 料 天然气在线色谱检测分析其各组分摩尔分数的变化 范围是：Ｃ１：８７％ ～９７％；Ｃ２：１％ ～８％；Ｃ３：０．１％ ～ ０．８％；Ｃ４：０．０１％ ～０．３％；Ｃ５：０．００２％ ～０．１％； Ｃ６：０．０００ １％ ～０．０２％。 值 得 说 明 的 是，其 重 烃 组 分 变 化 的 绝 对 值 不 大 ，但 相 对 值 高 。
％
氢气 氮气 二氧化碳 甲烷 乙烷 丙烷
０．０３ ０．４０ ０．３５ ８９．２６ ６．６９ １．９１
０．０ １．０２ １．３１ ９７．３５ ０．３０ ０．０
０．０００ ０ １．０３４ ９ ０．３８５ ３ ９３．６９２ ８ ３．７０７ ８ ０．６９９ ７
ｉ－Ｃ４
０．３８ ０．０
该 装 置 于 ２０１２ 年 ４ 月 建 成 投 产 ，建 设 初 期 并 未 考虑脱重烃问题，项 目 建 设 后 期 增 加 了 重 烃 分 离 器 及后续储存设备，但 运 行 中 仍 出 现 冷 箱 低 温 堵 塞 和 高乙烷 含 量 的 适 应 性 问 题 。 ［２］ 现 场 分 析 问 题 原 因 后 ，采 取 了 调 整 工 艺 参 数 ，增 加 活 性 炭 吸 附 脱 除 重 烃 等措施，目前装 置 运 行 正 常。 现 将 装 置 问 题 及 解 决
２．２ 重 烃 低 温 堵 塞 ２．２．１ 问 题 描 述
广 安 ＬＮＧ 装 置 运 行 中 多 次 出 现 冷 箱 低 温 堵 塞 ，引 起 装 置 被 迫 停 产 ，对 冷 箱 加 热 吹 扫 后 才 能 继 续 生产，造成很大 的 物 料 和 能 量 损 失。 一 般 解 堵 过 程 中天然气净化部分 继 续 运 行，制 冷 压 缩 机 全 流 量 回 流。加热吹扫需要 １２～２４ｈ，再冷却至正常运 行 需 要约２４ｈ。按每小时耗电 １５ ０００ｋＷ 计 算，浪 费 电 耗约５４×１０４～７２×１０４ ｋＷ·ｈ。 同 时，还 伴 随 冷 剂 和天然气加热的放空消耗。