精品部分液化管道天然气项目的可行性研究报告.docx

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精品部分液化管道天然气项目的可行性研究报告

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淄博部分液化管道天然气项目

可行性研究报告简编

深圳市力科气动科技有限公司

2012年6月

第一章设计基础资料1

1.1项目概况1

1.2计量单位1

1.3原料天然气1

1.4公用设施条件2

1.4.1装置用电2

1.4.2装置用水2

1.4.3导热油系统3

1.4.4仪表空气3

1.4.5装置用氮气3

1.4.6装置用燃料气4

1.4.7消防用水4

第二章产品方案和公用工程消耗5

2.1生产规模和产品方案5

2.1.1生产规模5

2.1.2产品方案5

2.1.3装置操作弹性范围5

2.2公用工程消耗5

2.2.1装置电耗6

2.2.2循环冷却水7

2.2.3脱盐水7

2.2.4导热油8

2.2.5装置其他消耗一览表8

第三章工艺技术方案及说明9

3.1概述9

3.1.1天然气净化9

3.1.2天然气液化与储存10

3.2工艺流程特点11

3.2.1原料气预处理系统11

3.2.2液化和制冷系统11

3.2.3原料气组分变化12

3.2.4可调节范围12

3.3产品确认及说明12

第四章工艺设备选型和供货13

4.1原料气过滤调压计量系统13

4.2原料气预处理系统13

4.3低温液化系统18

4.4气波制冷机系统19

4.5产品储存装车系统19

4.6氮气系统20

4.7仪表空气系统21

4.8手动阀门21

4.9设备的供货状态21

4.9.1非标设备21

4.9.2各类泵23

第五章装置性能保证值25

5.1基本条件25

5.2测量方法25

5.3考核条件25

5.4性能保证值25

5.4.1液化天然气产量25

5.4.2电耗26

第六章设计标准27

第七章项目建设周期29

第八章项目投资估算30

第九章经济效益分析32

9.1经济效益分析基础数据32

9.2财务分析32

9.3财务预测33

第一章设计基础资料

1.1项目概况

本天然气液化装置将按下述条件进行设计，每天生产13.7777×104Nm3液化天然气。

本天然气液化装置是利用天然气输气管网之间的压力差，采用气波制冷机膨胀制冷的方法，将原料天然气部分液化的成套装置。

1.2计量单位

除非另有说明，本技术文件的所有图纸、文件和技术资料将按如下的国家法定计量单位：

温度℃

压力MPa（MPa表示绝压、MPa.G表示表压）

流量Nm3/h（指0℃、0.101325MPa的气体状态）

功率kw

组成mol%

1.3原料天然气

原料天然气参数：

气源管输天然气

气量100×104Nm3/d

进站压力6.0MPa.G（按6.0MPa.G设计）

出站压力0.8MPa.G

温度常温（按0~35℃设计）

组成（mol%）按甲方提供的天然气组成检测数据，见表1.3-1。

说明：

天然气组份的含量直接影响工艺流程组织和净化设备的设计，本技术方案按甲方所提供检测数据（表1.3-1）设计。

但根据乙方在LNG装置上的设计和调试经验，本装置的CO2最大含量按3%mol设计，水露点最大按进气条件下饱和状态设计。

表1.3-1原料天然气组成数据

介质

组成mol%

备注

氮气N2

1.205

甲烷CH4

92.798

乙烷C2H6

3.864

丙烷C3H8

0.224

异丁烷iC4H10

0.079

正丁烷nC4H10

0.121

异戊烷iC5H12

0.061

正戊烷nC5H12

0.030

己烷及以上

0.299

二氧化碳CO2

1.319

按≤3%设计

水露点

按进气条件下饱和设计

1.4公用设施条件

1.4.1装置用电

厂区供电设计按2路外供电考虑，电压为380V。

天然气液化装置的电力主要供仪表控制系统以及其他辅助机器和泵等使用。

1.4.2装置用水

补充水的来源，暂时确定补充水由市政给水管网供给，压力0.35MPa.G。

本天然气液化装置需要两种类型的水：

冷却水、脱盐水。

1）冷却水的质量应符合GB50050《工业循环冷却水处理设计规范》标准要求。

循环冷却水的基本要求为：

设计上水/回水温度32℃/40℃

设计上水压力≥0.4MPa.G

2）脱盐水采用反渗透装置生产。

脱盐水主要用于MDEA循环再生过程中损耗的补充。

脱盐水成分的要求如下：

导电率≤10us/cm

SiO2≤0.02ppm，

总硬度（按CaCO3计）≤0.2ppm，

铁≤0.025ppm

总溶解固体≤0.025ppm

铜≤0.2ppm

Cl-≤5ppm

1.4.3导热油系统

本天然气液化装置需要高低温导热油各一路，低温一路用于脱二氧化碳溶剂再生，高温一路用于原料天然气干燥系统的分子筛再生，由新建的导热油系统提供。

1.4.4仪表空气

本液化装置需要仪表空气，为气动仪表提供动力气源，初步确定在厂区新建。

仪表空气压力0.5~0.7MPa.G

露点温度≤-40℃

1.4.5装置用氮气

本天然气液化装置需要氮气，初步确定在厂区新建氮气系统。

氮气主要用于首次开车和检修时的置换、保持LNG贮槽和液化冷箱正压、低温系统的加温解冻等。

氮气的基本要求为：

氮气压力0.5~0.7MPa.G

纯度≥99.99%

含水量≤1ppm

含二氧化碳量≤1ppm

1.4.6装置用燃料气

本天然气液化装置的导热油炉采用直接火焰加热，需要使用燃料气，采用装置原料天然气或BOG做燃料气。

燃料气压力0.2MPa.G

1.4.7消防用水

本天然气液化装置的厂内不设置消防专业车队，其职能由厂外社会专业消防队提供。

在厂区内仅设置满足生产安全消防所需的消防水池和消防泵站及管网。

第二章产品方案和公用工程消耗

2.1生产规模和产品方案

2.1.1生产规模

本天然气液化装置设计LNG产量不小于13.7777×104Nm3/d。

年开工时数按8000小时。

原料天然气处理量为100×104Nm3/d。

2.1.2产品方案

本装置的产品为液化天然气（LNG），见表2.1.2-1

表2.1-1产品方案

液化天然气（LNG）

标准气体状态LNG产量

液体状态LNG产量

257.8m3/d

产品质量流量

105t/d

LNG贮槽的储存压力

0.4MPa.G

LNG贮槽的储存温度

-137.4℃

说明：

LNG的产量是指液化冷箱出口处的产量。

2.1.3装置操作弹性范围

本天然气液化装置的液化能力的弹性范围：

40%~120%。

2.2公用工程消耗

装置在上述产品及产量下的日消耗量见表2.2-1，单位产品消耗见表2.2-2。

表2.2-1装置日消耗一览表

消耗项目

耗量

备注

原料天然气

100×104Nm3

工艺性用电

6636Kw.h

指轴功率

补充新鲜水？

129m3

按闭式水考虑，以工程设计为准

表2.2-2每Nm3的LNG消耗一览表

消耗项目

消耗量

备注

燃料气

0.073Nm3

CO2含量对此项指标有重要影响

工艺性用电

0.048Kw.h

按轴功率计算

补充新鲜水

0.94L

按闭式水考虑，以工程设计为准

2.2.1装置电耗

装置在上述产品及产量下的电耗见表2.2-3.

表2.2-3.工艺主装置电耗一览表（Kw）

项目

功率（Kw）

电压等级

备注

轴功率

电机功率

MDEA循环泵

125

2×150

380V、50Hz

用1备1，两台互为备用

回收泵

1.5

2×2.2

380V、50Hz

用1备1

MDEA液下泵

4

5.5

380V、50Hz

用1备1

冷干机

45

2×55

380V、50Hz

用于分子筛再生气冷却

仪表空气压缩机

15

2×22

380V、50Hz

用1备1

氮气加热器

30

40

380V、50Hz

加温用，不计入总电耗

LNG装车泵

19.1

2×30

380V、50Hz

间断使用，不计入总电耗，用1备1

循环冷却水泵

55

2×75

380V、50Hz

用1备1

凉水塔风机

11

15

380V、50Hz

仪表控制系统用电

20

20

220V、50Hz

合计

276.5

2.2.2循环冷却水

本装置的工艺性循环冷却水耗量见表2.2-4。

冷却水的质量应符合GB50050《工业循环冷却水处理设计规范》标准要求。

循环冷却水的基本要求为：

设计上水温度32℃

设计回水温度40℃

设计上水压力≥0.35MPa.G

表2.2-4循环冷却水一览表

项目

循环冷却水量（m3/h）

备注

脱酸气冷却器

40

MDEA贫液冷却器

140

酸气冷却器

30

再生气冷却器

85

气波机冷却器

65

合计

360

2.2.3脱盐水

脱盐水采用反渗透装置生产，脱盐水成分的要求如下：

导电率≤10μs/cm

SiO2≤0.02ppm,总硬度（按CaCO3计）≤0.2ppm

铁≤ppm0.025ppm

总溶解固体≤0.025ppm，铜≤0.2ppm，Cl-≤5ppm

脱盐水用量300Kg/h

2.2.4导热油

本天然气液化装置需要低压的高、低温导热油，主要用于装置脱二氧化碳溶剂再生以及原料天然气干燥系统的分子筛再生，由买方新建的导热油系统提供。

高、低温导热油压力≥0.50MPa.G

低温导热油供/回油温度160/140℃

低温导热油提供热量2069kJ/s

高温导热油供/回油温度280/250℃

高温导热油提供热量622kJ/s

2.2.5装置其他消耗一览表

装置在上述产品及产量下的其他消耗量见表2.2-5。

2.2-5装置其他消耗一览表

消耗项目

消耗量

备注

MDEA

6t

每年用量

活化剂

6t

每年用量

溶液过滤活性炭

0.70t

每年更换一次

分子筛

6t

每2年更换一次

脱重烃用活性炭

1.5t

每2年更换一次

浸硫活性炭

1.5t

每2年更换一次

煤基活性炭

1.5t

每2年更换一次

φ6瓷球

0.9m3

每2年更换一次

φ13瓷球

0.9m3

每2年更换一次

第三章工艺技术方案及说明

3.1概述

LNG装置的原料天然气杂质为水分和二氧化碳，原料气的净化就是要清除原料天然气中的水分和二氧化碳等杂质。

由于水分和二氧化碳在液化冷箱内的低温环境中将以冰或霜的形式冻结成固体，会导致如下情况：

1）在换热器表面会增加换热热阻，使换热器工况恶化。

2）在管道、阀门和喷嘴内冻结会引起堵塞，特别在节流阀处。

根据上述采用的原料天然气，其净化过程分为下列3个步骤：

1）天然气脱酸性气体（即脱除二氧化碳）。

2）天然气干燥（脱除天然气中的微量水分）。

3）天然气脱重烃和汞。

下表是LNG产品的原料天然气的处埋指标。

表3.1LNG装置预处理指标

杂质组分

预处理指标

水

H2O

<0.5~1ppm

二氧化碳

CO2

<50~100ppm

硫化氢

H2S

<4ppm

芳香烃

<10ppm

汞

Hg

<10ng/Nm3

3.1.1天然气净化

从管网来的压力为6.0MPa的原料天然气自界区外进入装置，首先在过滤分离器中分离可能存在的水分或凝液。

之后进入MDEA脱酸气系统，脱除酸性气体后的天然气进入分子筛吸附器除去水分，天然气由上而下通过吸附器，从吸附器中出来的天然气水分含量≤1ppm。

●分子筛吸附器的再生：

吸附器为三台，一台处于吸附状态、一台处于再生状态、一台处于冷却状态，切换使用。

（暂定吸附周期8小时）

入脱水装置的部分天然气作为吸附器再生和冷却的介质：

分出的再生气通过流量计量后，由上而下通过冷却状态的吸附器，冷却气体流出吸附器后进入再生气加热器加热到280℃，由下而上通过加热状态的吸附器，再生气流出吸附器后，经过再生气冷却器冷却，进入再生气水分离器分离冷凝的水分。

冷却后的再生气与主流汇合，进入处于吸附状态的吸附器。

3.1.2天然气液化与储存

天然气的液化过程如图3.1所示：

图3.1天然气液化流程示意图

净化后的天然气在进入冷箱前分作两路，分别叫气波机路（402：

图中节点编号，下同）和高压气路（401），气波机路占总气量的80.7%，高压气路气量占19.3%。

两路气进入冷箱降温。

气波机路预冷降温到-32℃（407），进入气波制冷机，膨胀至0.82MPa，降温至-104℃（408），膨胀后的低温气体均返回冷箱中的板翅式换热器，为天然气液化提供冷量并复热到36℃，以0.8MPa（G）（413）送入中压管网。

高压气路进入冷箱中的板翅式换热器降温，降到-107℃（403）后节流减压到0.4MPa（G），降温至-137℃（404）进入气液分离罐，罐顶的气相（406）返回板翅式换热器，为天然气液化提供冷量并复热到36℃（409），然后一部分作为燃料气（410），另一部分进入中压管网（412）。

罐底的LNG液体产品送入LNG储罐，压力为0.4MPa（405）。

3.2工艺流程特点

3.2.1原料气预处理系统

原料气预处理系统的工艺流程所选择的工艺方法具有如下特点：

1）采用活性胺法（MDEA）脱碳，较MEA法具有发泡小、腐蚀性小、胺液损失小等特点。

2）采用分子筛吸附可以深度脱水，即使在低水汽分压下仍具有很高吸附特性。

3）采用活性炭脱重烃，可使芳香烃和C6+，重烃基本脱除，彻底解决低温冻堵问题，保证长周期运转。

4）将脱水与脱重烃组合到一起，减少切换阀门的数量，提高装置运行的可靠性。

5）汞与浸硫活性炭上的硫产生化学反应生成硫化汞，吸附在活性炭上，从而达到脱除汞之目的。

采用浸硫活性炭脱除汞，其价格低廉。

6）精密过滤元件可以使分子筛和活性炭粉尘过滤到10um以下。

7）采用子母贮槽储存LNG,LNG带压储存，同时储存量较大。

3.2.2液化和制冷系统

液化和制冷系统所选择的工艺方法为气波制冷机膨胀制冷，其特点为：

1）该工艺流程充分利用了管网之间的压力能

2）气波制冷机近似可看做一个静设备，上游高压管网压力、流量的变化，不会对气波机造成任何损坏，操作极其简便。

3）装置基本无能耗，运行稳定，维护成本低。

3.2.3原料气组分变化

通过适当调节装置的运行条件，可在较宽的范围内适应原料天然气组分的变化。

3.2.4可调节范围

天然气液化装置的产能可调节范围受下列因素的影响

1）下游中压管网的天然气消耗量。

2）预处理系统的负荷调节范围（40%~120%）。

整个装置可在40~120%之间调节。

3.3产品确认及说明

对业主提供的原料组分，采用先进工艺计算软件进行了流程计算，计算结果如表3.3-1：

表3.3-1流程计算结果

项目

数据

备注

LNG贮存压力

0.4MPa.G

LNG贮存温度

-137.4℃

LNG分子量

17.1

LNG密度

407.8kg/Nm3

每m3液体汽化后的气体体积

534Nm3

每吨液体汽化后的气体体积

1310Nm3

汽化后的标态密度

0.765kg/Nm3

低位热值

9016kcal/Nm3

可以看出，液化后的天然气是优质的，由于其杂质含量微乎其微，燃烧过程更加环保。

第四章工艺设备选型和供货

本章所述的工艺设备基本技术数据以最终设计为准。

4.1原料气过滤调压计量系统

分离并过滤原料天然气中的液态相固态杂质，为后续系统提供洁净、压力稳定的原料天然气。

序号

设备名称

基本工艺参数

数量

主体材质

其他说明

1

过滤分离器

处理气量：

50000Nm3/h

进口压力：

6.0MPa.G

进口温度：

0~35℃

2台

Q345R

属非标设备

4.2原料气预处理系统

为防止低温液化过程中二氧化碳、水和重烃（含苯）的冻结，将采用溶液吸收和分子筛吸附等方法来脱除这些杂质，设备构成如下：

序号

设备名称

基本工艺参数

数量

主体材质

其他说明

原料气脱酸气单元

1

吸收塔

处理气量：

50000Nm3/h

二氧化碳设计含量≤3%

设计压力：

6.0MPa.G

进口温度：

-40℃

1台

Q345R

属非标设备

2

脱酸气冷却器

处理气量：

50000Nm3/h

气体进口温度：

-60℃

气体进出口温度：

-40℃

1台

Q345R

不锈钢换热器

属非标设备

3

脱酸气分离器

处理气量：

50000Nm3/h

进口温度：

-40℃

设计压力：

6.0MPa.G

设计温度：

80℃

1台

Q345R

属非标设备

4

MDEA循环泵

进口流量：

~60m3/h

扬程：

600m

进口温度：

-55℃

2台

过流部分为不锈钢

属泵类

离心类，用1备1

5

闪蒸分离器

处理量~28m3/h

进口温度：

-50℃

设计压力：

6.0MPa.G

设计温度：

80℃

1台

Q345R

属非标设备

6

MDEA溶液过滤器

处理量5m3/h

设计压力：

6.0MPa.G

设计温度：

80℃

1台

Q345R

属非标设备

7

贫富液换热器

介质管程/壳程：

MDEA贫液/MDEA富液

工作压力管程/壳程：

0.06/0.4MPa

设计压力管程/壳程：

0.06/0.6MPa

工作温度管程/壳程：

120℃/95℃

设计温度管程/壳程：

140℃/120℃

1台

属非标设备

8

贫富冷却器

介质管程/壳程：

MDEA贫液/循环水

工作压力管程/壳程：

0.05/0.4MPa

设计压力管程/壳程：

0.6/0.6MPa

工作温度管程/壳程：

80℃/40℃

设计温度管程/壳程：

100℃/60℃

1台

属非标设备

9

酸气冷却器

介质管程/壳程：

酸气/循环水

工作压力管程/壳程：

0.05/0.4MPa

设计压力管程/壳程：

0.09/0.6MPa

工作温度管程/壳程：

105℃/40℃

设计温度管程/壳程：

120℃/60℃

1台

Q345R

不锈钢换热管

属非标设备

10

酸气分离器

处理量：

600Nm3/h

设计压力：

0.09MPa.G

设计温度：

80℃

1台

不锈钢

属非标设备

11

MDEA地上储槽

设计压力：

0.09MPa.G

有效容积：

5m3

设计温度：

80℃

1台

Q345R

属非标设备

12

MDEA地下储槽

设计压力：

0.09MPa.G

有效容积：

1.6m3

设计温度：

80℃

1台

Q345R

属非标设备

13

消泡剂罐

设计压力：

0.09MPa.G

有效容积：

0.8m3

设计温度：

80℃

1台

不锈钢

属非标设备

14

消泡剂泵

进口流量：

~1m3/h

扬程：

80m

进口温度：

~40℃

1台

过流部分为不锈钢

属泵类

15

回收泵

进口流量：

~4m3/h

扬程：

80m

进口温度：

~40℃

2台

过流部分为不锈钢

属泵类

16

MDEA液下泵

进口流量：

~5m3/h

扬程：

80m

进口温度：

~40℃

2台

过流部分为不锈钢

属泵类

用1备1

17

再生塔

工作压力：

0.04MPa

设计压力：

0.09MPa

工作温度：

120℃

设计温度：

150℃

1台

不锈钢

属非标设备

18

再沸器

介质管程/壳程：

导热油/MDEA溶液

工作压力管程/壳程：

0.5/0.05MPa

设计压力管程/壳程：

0.8/0.09MPa

工作温度管程/壳程：

160℃/125℃

设计温度管程/壳程：

200℃/180℃

1台

不锈钢

属非标设备

原料气干燥与脱重烃单元

19

吸附塔

吸附状态压力/温度：

6.0MPa．G/40℃

再生状态压力/温度：

6.0MPa.G/280℃

出口H2O≤1ppm、C2H6≤20ppm

3台

Q345R

属非标设备

20

再生气加热器

介质管程/壳程：

天然气/导热油

工作压力管程/壳程：

2.6/0.5MPa

设计压力管程/壳程：

3.5/1.0MPa

工作温度管程/壳程：

280℃/280℃

设计温度管程/壳程：

300℃/300℃

1台

Q345R

不锈钢

属非标设备

21

再生气冷却器

介质管程/壳程：

天然气/循环水

工作压力管程/壳程：

2.6/0.4MPa

设计压力管程/壳程：

3.5/0.6MPa

工作温度管程/壳程：

280℃/40℃

设计温度管程/壳程：

300℃/60℃

1台

Q345R

不锈钢

属非标设备

22

再生气分离器

处理量~8000Nm3/h

出口液滴直径≤100um

设计压力：

6.6MPa.G

设计温度：

80℃

1台

Q345R

属非标设备

原料气脱汞与过滤单元

23

脱汞器

按原料天然气含汞5ug/Nm3设计

出口含汞量0.01ug/Nm3

2台

Q345R

属非标设备

24

粉尘过滤器

出口粉尘直径≤10um

2台

Q345R

属非标设备

4.3低温液化系统

采用气波制冷机膨胀制冷的方法，使净化天然气冷却、液化并过冷，并输送到LNG储槽。

液化冷箱由液化换热器、分离器、保冷壳体以及配套的管线阀门组成。

其目的是通过制冷使净化天然气降温而液化得到产品液化天然气（LNG）。

低温液化系统的设备组成如下：

序号

设备名称

基本工艺参数

数量

主体材质

其他说明

1

液化冷箱

外形尺寸：

约3600X3200X1800

重量：

约80吨

1台

属于非标设备

1.1

冷箱壳体

3600x3200x1800

1台

碳钢

属于冷箱

1.2

液化换热器

换热负荷：

2500KW

4台

铝制板翅式

已安装于冷箱内

1.3

LNG闪蒸灌

LNG储量：

1000L

处理气量：

10000NM3/h

进口压力：

0.4Mpa.G

进口温度：

-137℃

1台

不锈钢

已安装于冷箱内

1.4

分离灌

处理气量：

10000M3/h

进口压力：

6.0MPa.G

进口温度：

-45℃

1台

不锈钢

已安装于冷箱内

1.5

低温管道

满足压力和低温要求

1套

不锈钢

已安装于冷箱内

1.6

低温阀门

满足压力和低温要求