LNG项目施工指南解析.docx

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LNG项目施工指南解析

工艺篇.....................................................1

一、天然气液化制冷方式..............................................................................................1

1、阶式（级联）制冷循环深冷液化工艺..............................1

2、混合冷剂循环（MRC）深冷液化工艺...............................2

3、膨胀机制冷循环深冷液化工艺....................................3

二、原料天然气净化预处理..........................................................................................5三、天然气深度冷冻液化..........................................................................................10四、混合制冷剂循环制冷............................................................................................10五、混合冷剂补充和充装............................................................................................11六、闪蒸气（BOG）回收..............................................................................................12七、液化天然气存储....................................................................................................12

施工组织篇.................................................15一、主要构筑物及项目划分........................................................................................15

（一）建筑安装单位工程.....................................................................................15

（二）工业设备安装单位工程.............................................................................16二、施工计划的编制....................................................................................................17

设备安装篇.................................................21一、工程基本内容与特点............................................................................................21二、应执行的标准与规范..........................................................................................21三、主要设备................................................................................................................25四、监理工作方法及措施............................................................................................26五、设备安装质量控制................................................................................................29

1、动设备安装质量控制.......................................................................................29六、静设备安装工程监理............................................................................................451、静设备安装基本工序过程...............................................................................45

2、化工容器类设备安装质量控制.......................................................................45

3、机械设备试车和投料试运行...........................................................................534、机械设备安装工程交工验收...........................................................................54工艺管道安装篇.............................................56一、工程基本内容与特点............................................................................................56二、应执行的标准与规范............................................................................................57三、管道工艺流程及管道分类....................................................................................611、工业管道...........................................................................................................61

2、建筑管道及地下管网.......................................................................................61

3、压力管道分类与级别.......................................................................................61四、管道安装质量控制................................................................................................631、管道安装工程质量控制点...............................................................................63

2、检查频度.....................................................67

3、管道施工准备阶段质量控制.....................................70

4、施工阶段质量控制.............................................71

5、管道安装工程交工验收阶段的监理工作...........................89

电气仪表安装篇.............................................90

一、工程概述及特点....................................................................................................901、工程概述...........................................................................................................90

2、电气控制设备表...............................................................................................90

3、仪表控制系统结构...........................................................................................92

4、工程内容及项目划分.......................................................................................93

5、工程重点及难点.............................................................................................102二、监理依据..............................................................................................................102三、质量控制..............................................................................................................103

2

工艺篇

天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。

天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势。

天然气经液化后便于运输及使用，因此已广泛运用于人们生产、生活领域。

天然气液化的工艺主要包括净化工艺系统、液化工艺系统和存储系统。

工艺优化主要体现在：

液化中制冷方式的优化和储存方式的优化。

一、天然气液化制冷方式天然气液化为低温过程。

天然气液化所需冷量是靠外加制冷循环来提供，配备的制冷系统就是要使得换热器达到最小的冷、热流之温差，并因此获得极高的制冷效率。

天然气液化的制冷系统已非常成熟，常用的工艺有：

阶式制冷循环、混合冷剂制

冷循环、膨胀机制冷循环。

1、阶式（级联）制冷循环深冷液化工艺（现在已很少采用）

阶式制冷循环1939年首先应用于液化天然气产品，装于美国的Cleveland，采用

级联式液化流程图第一级采用丙烷做制冷剂，经过净化的天然气在丙烷冷却器中冷却到-35～-40℃，分离出戊烷以上的重烃后进入第二级冷却。

由丙烷冷却器中蒸发出来的丙烷气体经压缩机增压，水冷却器冷却后重新液化，并循环到丙烷冷却器。

第二级采用乙烯做制冷剂，天然气在第二级中被冷却到-80～-100℃，并被液化后进入第三级冷却。

第三级采用甲烷做制冷剂，液化天然气在甲烷冷却器中被过冷到-150～-160℃，然后通过节流阀降压，温度降到-162℃后，用泵输送到LNG贮槽。

甲烷冷却器中蒸发出来的气体经增压、水冷后，在丙烷冷却器中冷却、在乙烯冷却器中液化后，循环到甲烷冷却器。

经典阶式制冷循环，包含几个相对独立、相互串联的冷却阶段，由于制冷剂一般使用多级压缩机压缩，因而在每个冷却阶段中，制冷剂可在几个压力下蒸发，分成几个温度等级冷却天然气，各个压力下蒸发的制冷剂进入相应的压缩机级压缩。

各冷却阶段仅制冷剂不同，操作过程基本相似。

从发展来看，最初兴建LNG装置时就用阶式制冷循环的着眼点是：

能耗最低，技术成熟，无需改变即可移植用于LNG生产。

随着发展要求而陆续兴建新的LNG装置，这时经典的阶式制冷循环就暴露出它固有的缺点：

1）经典的阶式制冷循环由三个独立的丙烷、乙烯、甲烷制冷循环复迭而成。

机组多（三台压缩机）、冷剂用量大、级间管路连接复杂，导致造价高昂；

2）为使实际级间操作温度尽可能与原料天然气的冷却曲线（Q-T曲线）贴近，以减少熵增，提高效率。

可是随着效率的提高，工艺流程也将变得十分复杂。

3）需要相当一部分资金购置和贮存制冷剂。

2、混合冷剂循环（MRC）深冷液化工艺（国内现在普遍采用）有鉴于阶式制冷循环装置复杂、投资高，为此开发了混合制冷循环（Mixed

RefrigerantCycle，MRC）。

用一种制冷剂（一般是烃类混合物，如N2、C1～C5等），

其Q-T曲线与原料天然气接近一致。

闭式混合制冷液化工艺流程

用混合物部分冷凝的特点来达到所需的不同温度水平，既保留了阶式制冷循环的优点，而且又只有1台压缩机，使流程大于简化，造价也可降低。

从原则上讲，由N2、C1～C5等组成的混合物，其组成比例应依照原料天然气组成、工艺流程、工艺压力而异。

一旦确定后组成不易调整，即使能作到这一点，要使整个液化过程（从常温到-162℃）都按冷却曲线来提供所要求的冷量也是很困难的，充其量只能局部或一部分做到贴近原料天然气的Q-T曲线。

因此MRC的流程是简单了，但它的效率要比经典阶式制冷循环低。

3、膨胀机制冷循环深冷液化工艺（现在已很少采用）膨胀机制冷循环是指利用高压制冷剂通过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷来实现天然气的液化。

气体在膨胀机中膨胀降温的同时，能输出功，可用于驱动流程

中的压缩机。

膨胀液化工艺流程

根据制冷剂的不同，膨胀机制冷循环可分为：

氮膨胀机制冷循环、氮-甲烷膨胀机

制冷循环、天然气膨胀制冷循环。

与阶式制冷循环和混合冷剂制冷循环工艺相比，氮气膨胀循环流程非常简单、紧凑，造价略低。

起动快，热态起动2～4小时即可获得满负荷产品，运行灵活，适应性强，易于操作和控制，安全性好，放空不会引起火灾或爆炸危险。

制冷剂采用单组分气体，因而消除了像混合冷剂制冷循环工艺那样的分离和存储制冷剂的麻烦，也避免了由此带来的安全问题，使液化过程更简化和紧凑。

但能耗要比混合冷剂液化流程

高40%左右。

为了降低膨胀机制冷循环的功耗，采用N2-CH4双组分混合气体代替纯N2，发展了N2-CH4膨胀机制冷循环。

与混合冷剂循环相比，N2-CH4膨胀机制冷循环具有起动时间短、流程简单、控制容易、制冷剂测定和计算方便等优点。

同时由于缩小了冷端换热温差，它要比纯氮膨胀机制冷循环节省电耗，但是投资相对较高。

N2-CH4膨胀机制冷循环的液化流程由天然气液化系统与N2-CH4膨胀机制冷系统两个各自独立的部分组成。

在天然气液化系统中，经过预处理装置脱酸气、脱水后的天然气，经预冷器冷却后，在气液分离器中分离重烃，气相部分进入液化器进行液化，在过冷器中进行过冷，节流降压后进入LNG贮槽。

在N2-CH4制冷系统中，制冷剂N2-CH4经循环压缩机和增压机（制动压缩机）压缩到工作压力，经水冷却器冷却后，进入预冷器被冷却到膨胀机的入口温度。

一部分制冷剂进入膨胀机膨胀到循环压缩机的入口压力，与返流制冷剂混合后，作为液化器的冷源，回收的膨胀功用于驱动增压机；另外一部分制冷剂经液化器和过冷器冷凝和过冷后，经节流阀节流降温后返流，为过冷器提供冷量。

膨胀机制冷流程中，由于换热器的传热温差很大，可采用预冷的方法对制冷剂和

从上面的对比可看出级联式制冷循环能耗最低，效率最高，但是系统的复杂程度最高，所以级联式制冷循环逐渐被混合制冷剂制冷循环代替。

带膨胀机的制冷循环虽然复杂程度最低，但是比功耗最高，运行成本最高，经济性不好，而且使用了较多高速转动机械，降低了可靠性，和其它制冷循环比不具有优势。

而混合制冷剂制冷循环具有流程简单、适应性强、操作运行比较容易的优点，且功耗相对较低，目前被广泛采用，因此工程中常推荐采用混合制冷剂制冷循环工艺。

二、原料天然气净化预处理

LNG原料气在液化前必须脱除二氧化碳、二氧化硫、汞、水、苯和重烃等杂质，以避免深冷过程中的结晶堵塞管道和腐蚀性气体腐蚀管道及设备。

1、脱二氧化碳工序二氧化碳在液化过程中极易形成干冰，堵塞管道。

该工厂处理的天然气中二氧化碳的摩尔分数高达2%，且脱除工艺复杂，一般需在第一道工序中脱除。

常用的脱除二氧化碳的方法主要有湿法和干法两种。

目前，国内的LNG生产工厂主要采用湿法脱除，常用的有MDA和MDEA两种溶液脱除法。

MDA和MDEA大同小异，但MDEA的优点在于除杂质干净，不易发泡，经济实用。

MDEA也是该厂正在使用的方法。

MDA即甲基二乙醇胺。

MDEA即N-甲基二乙醇胺，化学式为CH3N（CH2CH2OH）2，相对分子质量为119.2，常温常压下沸点为246～248℃，闪点为260℃，凝固点为-21℃。

MDEA为无色或微黄色黏性液体，显弱碱性。

MDEA溶液俗称胺液，吸收二氧化碳之前为贫胺，吸收二氧化碳之后为富胺。

富胺由吸收塔回到储液罐，再经胺泵输送到再生塔加热，再生以后可重复利用。

天然气经MDEA吸收以后，二氧化碳的体积分数远低于20×10-6，足可以保证生产的需要。

MDEA在日常运行过程中，最怕发泡。

针对MDEA发泡的处理方法有：

①增设天然气过滤器，以免天然气中杂质引起发泡。

②控制贫胺进入吸收塔的温度比天然气的温度高4～7℃，以防止重烃的冷凝。

在天然气入塔前可设置气液分离罐，分离出液态烃后再进入吸收塔。

③加强胺液的过滤。

脱二氧化碳工序的具体工艺过程如下：

4MPa、27℃的高压原料天然气经换热器加热到35℃左右以后，进入吸收塔除去二氧化碳，在吸收塔中被贫胺加热到60～70℃。

然后分两路，一路进换热器加热原料天然气，一路去冷却器，冷却后汇入气液分离器中。

分离器中的液体被排至储液罐，而气体则进入脱硫、脱汞工序。

脱二氧化

碳工艺流程见下图。

2、脱硫、汞工序原料天然气中含有硫化氢、硫醇、硫化碳、二硫化物和微量的汞等物质。

其中以硫化氢的含量最多，危害最大。

脱除硫和汞通过A、B两塔同时进行。

塔内填料是由质量分数为30%的三氧化二铁和70%的分子筛组成。

脱硫、汞工艺流程见图2。

4MPa、27℃左右的原料天然气脱除CO2后先进入A塔，在塔中脱除硫化物和汞，然后进入脱水工序，而此时B塔备用。

当A塔正常运行一段时间后检测出口天然气中硫和汞的含量，如果体积分数有所升高满足不了生产需要时（硫的体积分数高于1×10-6），自动切换到B塔而A塔备用。

当B塔满足不了生产需要时，则A塔、B塔串联使用。

当串联也不能满足生产要求时，则只能停产重新更换填料。

填料的使用周期一般为1

年。

3、脱水工序一般采用等压干燥法来脱除天然气中的水分，脱水工艺流程见下图。

4MPa、27℃的原料天然气分两股，量大的那一股（约占80%）保持压力不变，

经A塔干燥，B塔备用。

当A塔内的分子筛饱和时，B塔吸收，A塔再生及备用。

A塔的再生流程是：

量小的那股原料天然气（约占20%）保持恒压经C塔干燥后，再经E，塔（加热器）加热到150℃，然后冲洗需要再生的干燥塔A，使吸附剂（分子筛）升温，其中的水分得以解析出来。

解析气再进入E2（冷却器）冷却，冷却后进入V塔（气液分离器）进行气液分离。

液体排至储液罐，而气体则与大股原料气汇合，重新进行干燥。

如此完成A塔的再生。

4、脱苯、重烃工序重烃常指天然气中C5+烃类。

在烃类组分中，当其相对分子质量由小到大时，相应的沸点则由低到高变化，因此在天然气液化的循环中，重烃总是先被冷凝下来。

若不事先将其脱除，则重烃将在天然气液化过程中冻结而堵塞设备或管道。

但苯是一个特例，它在常压下-70℃左右才能形成有剧毒的晶原料气来自脱水工序体。

用一般的冷

却脱烃方法很难将其脱除。

一般利用5A分子筛脱苯和重烃，且利用BOG（BoilingOf

Gas，蒸发气）再生。

脱苯、重烃工艺流程见下图。

4MPa、27℃的原料天然气脱除二氧化碳、硫化物及水后，自塔底进入吸附塔A。

在吸附剂的选择吸附下，其中的苯和重烃等杂质被吸附下来，未被吸附的天然气从塔顶流出，进入液化工序。

当A塔吸附饱和时，原料天然气进入B塔吸附，A塔再生加热，C塔再生冷却。

BOG自BOG储罐经阀V23进入C塔对分子筛进行冷吹，再从阀V53进入E（再生加热器）由导热油加热到150℃后，经阀V11进入A塔加热再生。

然后从阀V41排至BOG压缩机，压缩至1.5MPa后送入城市管网。

当再生塔A的底部出口温度达到80～120℃时可认为再生完全。

在A塔完成加热后，C塔同时完成冷却，程序状态转为A塔冷却，B塔加热，C塔吸附。

这样不断循环，经吸附后合格的原料天然气直接去液化工序，不合格的则降压进入城市管网，供给城市居民用户。

5、处理后达到的效果对于不同类型的LNG生产工厂，由于原料天然气组成的差异和来源不同，其预处理方法、工艺过程以及预处理指标也不尽相同。

对于基本负荷型LNG生产工厂原料天然气的预处理，要求达到表1所列的各项指标[4]。

基本负荷型LNG生产工厂预处理工艺技术指标

H2O体积分数/10-6

＜0.1

CO2体积分数/10-6

50～100

H2S体积分数/10-6

4

硫化物总质量浓度/（mg·m-3）

10～50

汞质量浓度/（μg·m-3）

＜1×10-3

芳香族化合物体积分数/10-6

1～10

由于MDEA是叔醇胺，分子中不存在活泼H原子，因而化学稳定性好，溶剂不易降解变质；且溶液的发泡倾向