工艺控制
气体膨胀式天然气带压液化流程的设计与优化
李长宇（新地能源工程技术有限公司燃气技术分公司，河北廊坊065000）
摘要：采用天然气带压液化技术后，可以在较好的温度与
压力下将天然气液化，以此来实现海上天然气的液化。然而，文缺资料中关于该技术运行中的参数、性能优化论述的非常少。所以，本文根据气体膨胀式天然气液化系统的优点，设计出了一种二氧化碳含量较低的气体膨胀天然气带压液化流程。同时，在相关软件的支持下，进行了模拟与优化。在优化参数的基础上，得出了其最优值。实践证明，采用优化后的氮膨胀天然气带液压化流程，具有占地面积小、流程简单、投资低、性能良好、耗能低的优势。与常规流程相比，具有更大的优势。
关键词：气体膨胀；天然气；带压液化；设计；优化；分析海洋中蕴藏中丰富的天然气资源，占到全球的三分之
但是，由于技术方面的问题，在海上天然气液化中，面临很大的困难。针对以上间题，国外专家研制出了一种新的天然气带压液化技术，即PLNG技术。该技术能够在较大压力下，储存液化后的天然气。然面，由于冷疑温度的提高，增加了气体中二氧化碳的含量，从而埋下了安全隐患。鉴于此，本文利用气体膨账式天然气液化系统的优势，设计出了一种新的气体膨胀带压液化流程，该流程中含有的二氧化碳含量比较低。那么，该流
程的性能如何呢？下面进行详细论述。 1带压液化流程的设计
本文设计出了一种二氧化碳含量低的气体膨胀带压液化流程。首先，将天然气做净化处理。此时，天然气带有一定压力。然后，将其置人到换热器中，降低温度与压力。关然气液化后，放人到储罐中储存。储罐中的气体挥发后，降温，再次返回到换热器，对部分压力能、低温能进行回收。在天然气液化的过程中，换热器需要的冷量是由气体膨胀制冷循环系统提供的。另外，膨胀机在运行时能够产生膨胀功，然后回收给压缩机使用。
2液化流程的优化 2.1初始参数的设定
结合实际的生产实践经验，设定初始参数。具体设定的情况为：天然气进口温度与水冷温度均为35℃；膨账机绝热效率为0.8；压缩机绝热效率为0.85，液化率为1。两台换热器的最小换热温度分别为3℃、5℃。天然气压力降低为0kpa。假设进口天然气为CO、CH4。两者的摩尔分数分别是：0.01% 99.9%。自调节水冷器产生的压力，将膨胀机中的功刚好回收给压缩机。自调节(HEX-101)后端天然气、压缩机(C-201)前
端天然气温度，要求保持一致。 2.2流程参数的优化方法
分析上面的参数、逻辑关系，可以得出四个流程自由度。分别是：进口天然气压力（P）、储存压力(P）气体膨胀前压力(P）、气体制冷剂膨胀前顶冷温度(t）。假设以上参数相同，将能耗指标设定为LNG单位，在优化参数的基础上，得出最低能耗的最优值。计算公式为：
万方数据
9res(1)
在(1)式中，表示；LNC耗能。单位：(kWh/m)，Wm表示：压缩机的总功耗；单位：(kW)：q表示：LNG标准体积流量，单位：(m"/h)。
3优化结果与分析 3.1流程参数的优化结果
首先，进口天然气压力（P）在5Mpa时，LNG储存压力(P)为：2Mpa。气体制冷剂膨胀前预冷温度在-30C时，能够改变储存压力。在(HYSYS)模拟软件中，计算出LNG单位产生的能耗（）。当制冷剂膨胀前压力增加后，则单位能耗降低。除此之外，压力太高，就要增加设备的承压，所以在流程中要将压力控制到适当的范围内。可以看出，气体膨胀前压力为5Mpa 时，比较合适。其次，(CHa、50%N;+50%CH4、N.)制冷剂达到最佳膨胀前预冷温度时，气体制冷剂胀前预冷温度的温度分别是：-25℃、-30℃、-35℃。再次，进口天然气的压力增加后，则
LNG单位能耗降低。 3.2制冷剂的比较
对上述三种制冷剂进行比较，可以得出应液化流程的最优参数。研究表明，由于氮气的液化温度比CH的液化温度低，导致(CH、50%Nz+50%CH、N)三种制冷剂的温度依次下降。在三种制冷剂中，能耗最高的是氮气。最低的为CH。主要原因是：该气体的比热容与进口天然气很接近，在换热的过程中能够降低能量消耗。
3.3氮膨胀(PLNG)流程与常规氨膨胀流程的比较
氮膨胀(PLNC)流程与常规氮膨胀流程相比,其有更大的优势。表现在这几个方面。第一，膨胀比是常规膨胀流程的 V2，比例更低。第二，最低温度为-166℃，比常规氮膨胀流程的温度更高。第三，在产品LNG单位能耗方面，氮膨胀(PLNG)流程的能耗为0.217kWh/m。常规氮膨胀流程的单位能耗为 0.408Wh/m。可以看出，氮膨胀(PLNC)流程的能耗更低。除此之外，采用氮膨胀(PLNG)流程，操作更方面，占地面积更少，而
且简化了使用的设备，因此降低了投资的成本。 4结语
常规氮膨胀流程在使用的过程中，产生的能量消耗比加大。同时，增加了二氧化碳的含量，带来了风险因素。因此，本文提出了一种新的带压液化流程。实践证明，应用该流程后，减少了能量的消耗，拓宽了其适用范围，具有更广阔的发展空
间与前景。因此，在未来的发展中，值得大力推广。参考文献：
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[2]鹿院卫，刘丽华，吴玉庭，马重芳基于ASPENHYSYS和 MATLAB天然气液化流程的优化[].石油和化工设备,2014,06 50-52
化置线！243
2016年9月