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天然气与石油 NATURAL GAS AND OIL
2017年4月
基本负荷型级联式制冷工艺用能分析
金明皇聂绪芬汪成名程松民尹彬彭斌望昆仑能源湖北黄冈液化天然气有限公司，湖北黄冈438011
摘要：基本负荷型制冷液化工艺中，级联式制冷工艺和混合制冷剂液化流程（MRC)应用最为广泛。最初的天然气液化方式采用级联式制冷工艺，冷却介质依次为水、丙烷、乙烯和甲烷。该工艺虽然流程复杂，但比较节能，在国内外仍有部分制冷液化装置采用该工艺。采用HYSYS软件建立级联式制冷工艺计算模型，对该制冷工艺中相关参数进行优化，得到各关键节点及相应流程的最优值参数；并对原料气处理量，压缩机出口压力、系统功耗和各制冷剂循环量之间的关系进行了分析。为现场运行提供理论指导，并对相关液化装置的设计和运行参数优化、工况考核等提供技术支持。
关键词：基本负荷；天然气液化；级联式；能耗分析；HYSYS；模拟 DOI;10.3969 /j. issn.1006 5539.2017.02.009
0前言
随世界经济的不断发展，全球更加重视环境保护，而天然气作为一种优质、清洁的能源，其需求量将迅速增大，也必然会促进液化天然气（LNG）工业的发展【1-3]。常见的制冷液化工艺有级联式制冷、混合制冷剂循环制冷和膨胀机循环制冷等[4-7]。级联式制冷工艺具有以下特点*-]：天然气液化过程能耗低；制冷剂单一，不存在配比问题，冷剂压缩机均为单组分压缩机，设计更容易，采购更方便，压缩机运行更稳定，并可采用国产化设备，有效降低液化工广的投资建设成本；液化过程换热器选择范围大，可采用冷箱结构，也可采用管壳式结构，或者两者相结合的结构。世界上首座基本负荷型级联式天然气液化装置建在阿尔及利亚，李士富等人(4]、王勇等人(5}分别从不同角度建立了级联式天然气液化模拟流程，对流程进行了工艺参数模拟。本文介绍了级联式制冷工艺的基本流程，根据级联式制冷工艺形式，用HYSYS软件建立了级联式制冷工艺模拟循环，对相关参数进行了模拟计算，并进行优化，对工艺中各相关参数的相互影响进行分析。
1级联式制冷工艺的模拟计算 1.1级联式制冷工艺
级联式制冷工艺又被称为阶式或复叠式制冷工艺，或者串联蒸发冷凝制冷工艺；该工艺主要应用于基本负荷型天然气液化装置-16]。级联式制冷工艺利用冷剂常压下沸点不同的情况，逐级降低天然气温度，最终使其温度降低至－162℃左右，由气相成为液相，即液化天然气（LNG），见图1。级联式制冷工艺以丙烷/丙烯、乙烯、甲烷作为各制冷循环制冷剂；第一级为丙烷/丙烯制冷循环，为冷剂乙烯、申烷和天然气三股物流提供冷量，使其温度初步降低；第二级为乙烯制冷循环，为冷剂甲烷和天然气两股物流提供冷量，使其温度进一步降低；第三级为甲烷制冷循环，为天然气一股物流提供冷量，使其温度最终降低至露点以下，达到使天然气液化的目的。 1.2制冷工艺的HYSYS计算模型建立
根据级联式制冷工艺的形式及特点，建立级联式制冷工艺HYSYS计算模型，见图2。在模拟计算时，约定进料原料气为经过脱酸、脱水和脱汞等净化处理后的天然气，主要物流相关设计组分参数见表1；操作初始条件
收稿日期：2016-11-21
作者简介：金明皇（1986－），男，河南兰考人，工程师，硕士，主要从事天然气液化工艺技术的研究工作。万方数据