LNG工厂方案.docx
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LNG工厂方案
LNG工厂技术方案
项目名称：
200万Nm3/d煤层气液化项目
中油北方（沈阳）石油天然气有限公司
2016年06月12日
第1章、技术方案
第1章、技术方案
1、设计技术条件
本液化装置的原料气是煤层气经过预处理、脱碳脱水干燥净化气，采用带氟利昂预冷多级节流的混合制冷液化工艺。
除非另有说明，本装置所提供的所有图纸、文件和技术资料将按如下的国际单位制（SI）：
温度℃
压力MPa（MPa表示绝压、表示表压）
流量Sm3/h（指20℃、的气体状态）
功率kW
组成mol%
项目名称
项目名称：
中有北方（沈阳）石油天然气有限公司
200万方Nm3/d煤层气液化项成套工艺装置
建设地点：
沈阳市沈北工业区
项目规模：
200万方Nm3/d煤层气液化项目成套工艺装置
项目性质：
新建工程。
设计技术条件
现场条件（由招标方最终提供）
1、LNG设备工程所在地理位置
2、LNG设备工程所在地气候条件
3、水系
4、工程地质
原料煤层气组分（mol%）
本项目原料气来自煤层气输气管道的管输煤层气，经煤层气管网送至
界区，由于管网压力的波动，原料气按压MPa（g），温度为常温，其组成如下：
原料煤层气组成
项目
指标（Mol%）
CH4
C2H6
C3H8
iC4H10
nC4H10
iC5H12
nC5H12
C6+
总烃
Hc
H2
N2
CO2（≦%）*
H2S（mg/m3）（≦20）*
H2O（ppm）
比重
密度（g/L）
临界温度（K）
临界压力（Mpa）
高位热量（MJ/m3）（＞*
低位热量（MJ/m3）
原料煤层气进气压力：
～
原料煤层气进装置温度：
常温
原料煤层气进装置流量：
104×104Sm3/d
年开工时数：
年开工时数按8000小时。
2、产品方案和公用工程消耗
生产规模和产品方案
生产规模
处理原料气量：
Sm3/h
LNG产量：
41667Sm3/h
年开工时数：
8000小时
产品方案
LNG产量：
2×50×104Sm3/d
液体状态LNG产量:
67m3/h
LNG贮槽的储存温度：
-163℃
BOG气量：
平均270Sm3/h最大405Sm3/h
BOG压力：
MPa（G）
操作弹性：
75～110%
公用工程消耗
本煤层气液化装置在上述产品及产量下的消耗量见表，单位产品消耗见表。
表 装置消耗一览表
消耗项目
耗量
备注
原料气
h
工艺性用电
按轴功率计算，未计算水泵等公用工程用电及间歇用电设备耗电
补充新鲜水
60m3/h
混合制冷剂
kg/h
原料气
669Sm3/h
表 液化每Sm3的LNG消耗一览表
消耗项目
耗量
备注
原料气
Sm3/h
导热油炉耗气
用电
按轴功率计算,不含公用工程
用水
×10-3t
冷却水耗量
混合制冷剂
×10-5kg
工艺性耗电
装置在上述产品及产量下的工艺主装置耗电见表。
表 工艺主装置耗电一览表（kW）
项目
轴功率kw
电机功率kw
电压
备注
混合冷剂压缩机
4298×2
4900×2
10KV、50Hz
二台并联
氟利昂预冷机组
22
22
，50Hz
一台
原料煤层气压缩机
2100×2
2350×2
10KV，50Hz
二用一备
预处理系统
380V、50Hz
导热油炉
30
30
380V、50Hz
一台
空调水泵
30×2
37×2
380V、50Hz
二用一备
装车泵
12
380V、50Hz
三台
仪表风系统
12
15
380V、50Hz
一台
PSA制氮系统
63
75
380V、50Hz
一台
BOG压缩机
46
55
380V、50Hz
一用一备
仪表控制系统用电
10
10
220V、50Hz
冷箱电加热器
50×2
50×2
380V、50Hz
二台
合计
循环冷却水
本装置的工艺性循环冷却水耗量见表。
表 循环冷却水一览表
项目
循环冷却水量（m3/h）
备注
氟利昂预冷机组
300
混合冷剂压缩机
990×2
原料气增压机
550×2
预处理系统
110
BOG压缩机
5
合计
3495
三废排放量
表 三废年排放量一览表
项目
耗量
备注
废液
860t/a
废水、废胺液、重烃及废油等
废气
1．1×107m3/a
主要是CO2排放量按2%计算、导热油炉及溴化锂燃烧烟气
废料
a
分子筛及活性碳
3.工艺技术方案
工艺技术方案选择
煤层气液化工艺选择
迄今为止，在煤层气液化领域中成熟的液化工艺主要有以下三种：
阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和膨胀机制冷循环工艺。
本装置采用带氟利昂预冷的多级节流混合制冷的液化流程，其技术已经是完全成熟的、可行的和合理的，突出特点是具有较低的能耗。
工艺流程描述
原料煤层气的增压
原料煤层气在10-30℃，～条件下进入本装置，经调压计量并增压后进入预处理装置，来自界区经过滤稳压后的原料气，经原料气压缩机增压至（G），进入下一单元。
原料煤层气预处理
预处理系统包括脱酸性气体及脱水脱汞脱重烃单元。
醇胺法脱酸性气体的主要设备有吸收塔、再生塔、换热器和分离设备等。
原料气经分离器除去游离的液体及夹带的固体杂质后进入吸收塔的底部，与由塔顶自上而下流动的醇胺溶液逆流接触，脱除其中的酸气成分。
离开吸收塔顶部的是净化气，经出口分离器除去气流中可能携带的溶液液滴。
由于从吸收塔得到的净化气是饱和的，因此在进冷箱前必须经干燥塔深度脱水。
由吸收塔底部流出的富液先进入闪蒸罐，以脱除被醇胺溶液吸收的烃类。
然后，富液经过过滤器后进入贫富液换热器，利用高温贫液将其加热后进入在低压下运行的再生塔上部喷入，使酸气在再生内精馏出来。
离开再生塔底部的贫
液经过贫富液换热器及溶液冷却器冷却，然后进入吸收塔内循环使用。
从富液中汽提出来的酸气和水蒸气离开再生塔顶，经冷凝器进行冷凝和冷却，冷凝水作为回流返回汽提塔顶，而回流罐分出的酸气就地放空。
脱水脱汞脱重烃单元的目的是降低水含量至1ppm，降低汞含量至μg/m3。
苯等重烃降到10ppm以下。
来自上游单元的原料气进入氟利昂冷水机组提供冷量的预冷器中被冷却至10℃进入吸附干燥塔，在这里原料气所含有的所有水分被脱除，干燥器出口原料气中水的露点在操作压力下低于-70℃。
干燥器采用复合床，除4A分子筛外底部还有活性炭用于脱除苯等重烃。
吸附过程采用分子筛三塔循环工艺。
周期为8小时自动切换。
一个塔吸附，另外一个塔进行再生和冷吹。
采用等压再生,再生气源为净化后煤层气。
再生气压力为，再生温度为240℃。
再生气体在再生气加热器中被加热至240℃，然后被送至干燥器中。
热再生气体加热了分子筛床层，脱除被吸附的水分。
从分子筛塔顶部出来的潮湿再生气体通过再生气冷却器冷却至40℃，流至再生气分离罐分离冷凝水后排出作为LNG原料。
来自上游分子筛干燥单元的原料气进入汞脱除罐，在这里原料气所含有的汞被吸附，汞脱除罐出口原料气中汞含量为μg/m3。
在送至冷箱前，为清除可能会沉积在煤层气液化系统中的板翅换热器下游的灰尘，从汞脱除罐出来的原料气体在过滤器中进行过滤。
由于汞为有毒物质，失效后的活性炭需送回活性炭生产厂进行再生处理。
净化煤层气的液化流程
本系统采用混合制冷循环工艺。
净化后的煤层气进入冷箱内的各段换热器被返流的低温介质冷却，在一定温度下被冷却后经节流阀减压进入LNG贮槽。
本系统采用带预冷的多级节流混合制冷剂循环。
煤层气液化所需冷量由一套混合制冷剂循环系统提供。
混合制冷剂由甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷和氮气等组成，利用各组分沸点的不同在各换热器内冷凝并过冷经三个J-T阀减压进入返流制冷剂中依次冷却不同温区的原料煤层气及正流制冷剂，返流制冷剂被复热后出冷箱进入混合制冷剂压缩机循环压缩。
出混合冷剂压缩机的中压制冷剂先经溴化锂制冷机冷却后再进入冷箱。
在运行异常和开车时，冷剂吸入缓冲罐可以保护压缩机没有液体进入。
冷剂的补充：
氮气由PSA装置提供。
甲烷的补充来自LNG储罐BOG。
乙烯、丙烷和异戊烷均由各自的储罐提供。
所有的冷剂均由冷剂吸入罐的入口管线加入。
在系统维修或由于冷剂中液体过多时，用冷剂储罐来存放排出的或多余的冷剂。
这些冷剂可以根据需要再加入到系统中，以使冷剂损失最小。
产品LNG在二个5000m3常压贮罐中贮存。
LNG产品由离心式液体泵增压后装车，在LNG槽车内蒸发的气体与贮槽BOG汇合后通过空温式加热器加热至常温后后返回原料气进口循环使用。
针对本系统原料气中的特点,采用带氟利昂制冷进行预冷的混合冷剂循环,采用预冷措施最大限度地降低混合冷剂中异戊烷的比例,防止MRC节流后温度过低引起异戊烷的冻结确保装置稳定运行，其次，采用溴化锂制冷机预冷，充分利用LNG工厂低品位一次能源丰富的特点，节约运行成本。
此外，流程中设置液态甲烷过冷器，减少贮罐汽化量及由此带来的不可逆损失，降低系统能耗。
液化煤层气贮存系统
根据该项目的日处理气量及贮存天数的要求，该项目用一套30000m3常压LNG贮罐。
由液化冷箱单元送来的液化煤层气，经低温保冷管线进LNG贮槽贮存。
液化煤层气经贮槽后设置的低温液体泵送进LNG槽车外卖。
在LNG槽车内蒸发的气体与贮槽BOG汇合后通过空温式加热器加热至常温后经BOG压缩机压缩作为导热油炉燃料。
4.设备供货范围
建设方将按单机成套供应原则提供从原料气进入界区开始的压缩、预处理、冷箱、储槽、装车、BOG回收等壹套液化煤层气装置成套设备（买方自理范围除外）。
包括整套装置的单机和设备、阀门以及单机设备相应的底盘、支架、地脚螺栓、螺母、垫圈、进出口配对法兰、垫片。
机器第一次运行的润滑油料、材料和辅料包含第一次开车所用的全部MDEA溶液及第一次开车所用的全部冷剂等。
本节和第5、6节所述设备的详细技术参数和配置以最终设计为准。
除注明由建设方供货的设备外，其余均属业主自备。
建设方的供货内容以满足工艺装置能够按照国家有关标准和规范生产出达产达标的产品为原则。
原料煤层气过滤调压及增压系统
原料煤层气过滤器2台（一用一备，定期切换）
原料气过滤器主要用来脱除原料煤层气输送过程中可能产生的机械杂质等。
采用滤芯过滤方法。
材质：
碳钢
原料煤层气增压机3台（二用一备）
形式往复式无油润滑二级压缩
电压10KV
备件（一年用，单套）:
主轴瓦：
1台份
连杆大头瓦：
1台份
连杆小头套：
1台份
活塞环：
1台份
支撑环：
半台份
刮油环（不含钢件）：
1台份
各级吸、排气阀组件：
各一组
填料组件（不含钢件）：
1台份
专用工具（一份）:
名称
数量
用途
活塞螺帽扳手
1件
装拆活塞螺帽用
气阀提手
1件
装拆吸排气阀用
安装扳手
1套
棒扳手
1件
用于十字头与活塞杆连接处锁紧螺母紧固
套管扳手
1件
用于机身轴承盖螺母的拆装
填料护套
1件
装活塞时保护填料用
活塞提手
2件
装拆活塞用
电加热棒
1件
用于活塞杆螺母的拆装
超高压油泵（进口、两台压缩机共用一台）
1件
用于十字头与活塞杆锁紧螺母紧固
介质煤层气
外形尺寸Φ2000×3851mm
主要材质Q345R
重量
介质煤层气
外形尺寸Φ1200×4986mm
主要材质Q345R
重量
原料煤层气脱酸气系统（按100×104Sm3/d设计制造,单套运行时50%下调）1套
吸收塔内装有不锈钢填料。
煤层气从吸收塔底部进入，与来自吸收塔顶部贫液直接接触，煤层气中的H2S和CO2被吸收，因此，吸收塔内属气液两相传质、传热操作，既要考虑设备结构强度又要考虑塔内件的防腐。
部份塔内件采用不锈钢材质。
为了减少MDEA溶液的损失，吸收塔顶设置脱盐水洗涤段和高效除沫器。
型式：
立式填料塔
工作介质：
胺液/煤层气
填料型式：
规整
净重：
40000kg
外形尺寸：
DN1400×25000mm
材质：
碳钢塔体/不锈钢填料
解吸塔内部装有规整填料，器壁选用不锈钢制造，部份塔内件需要采用不锈钢材质，为了减少MDEA溶液的损失，塔顶设置高效除沫器。
型式：
立式填料塔
工作介质：
胺液
填料型式：
规整
净重：
15000kg
外形尺寸：
DN1400×25000mm
材质：
不锈钢塔体/不锈钢填料
再沸器管壳式虹吸换热器结构，由导热油炉提供热源，该设备选用不锈钢材料制造。
管程介质：
胺液
壳程介质：
导热油
材质：
壳程：
碳钢/管程：
不锈钢
将从MDEA循环泵来的贫液进一步冷却，使贫液进入吸收塔后的吸收能力提高。
管程介质：
冷却水
壳程介质：
贫胺液
将从贫液冷却器来的MDEA贫液，通过循环泵加压后进入吸收塔。
型式：
高压往复泵
介质：
胺液
材质：
不锈钢
吸收CO2的MDEA溶液称富液，进入闪蒸塔以闪蒸出富液中的煤层气。
型式：
卧式
工作介质：
胺液
净重：
3600kg
材质：
碳钢
为了降低解吸塔热耗，提高入塔上部富液的温度，回收出再生塔再沸器贫液的热能，使富液与贫液之间进行换热。
管程介质：
贫胺液
壳程介质：
富胺液
CO2冷却器1台
冷凝冷却器的工作介质为高温侧酸气和水蒸气的混合物，低温侧为循环冷却水。
管程介质：
冷却水
壳程介质：
富酸胺液
将酸气冷却后产生的冷凝收集，并通过再生塔回流泵打回解吸塔。
型式：
立式，丝网气液分离
工作介质：
酸气/胺液
材质：
不锈钢
将解吸塔回流罐内的冷凝液打回解吸塔。
介质：
胺液
材质：
不锈钢
用于贮存胺液，并向系统内补充胺液。
型式：
卧式
工作介质：
胺液
将从地下储罐来的MDEA溶液，通过泵压进系统，补充损耗的MDEA溶液。
型式：
离心泵
介质：
胺液
材质：
不锈钢
收集系统胺贮存，并给系统补充所需胺液。
型式：
卧式
工作介质：
胺液
向系统加消泡剂。
型式：
离心泵
介质：
消泡剂
材质：
不锈钢
过滤胺液中的杂质。
型式：
立式
工作介质：
胺液
贮存消泡剂。
型式：
立式
工作介质：
消泡剂
净重：
200kg
材质：
不锈钢
1台
管程介质：
冷却水
壳程介质：
贫胺液
吸收塔顶煤层气分离器。
型式：
立式，丝网气液分离
工作介质：
胺液
脱水脱重烃及脱汞单元（按100×104Sm3/d设计制造,单套运行时50%下调）1套
干燥塔主要用来吸附原料煤层气中的微量水分，使原料煤层气含水量降至1ppm以下，防止煤层气在低温工艺过程中产生水合物和冰冻而损害低温设备，并满足液化煤层气（LNG）的质量要求。
型式：
立式
工作介质：
煤层气
吸附剂型式：
分子筛+活性炭
材质：
碳钢
再生气加热器用来加热再生分子筛用的气体。
管程介质：
导热油
壳程介质：
煤层气
再生气冷却器主要用来降低出吸附器的再生气体的温度。
管程介质：
冷却水
壳程介质：
煤层气
材质：
碳钢
过滤器主要用来过滤预处理过程中的分子筛粉尘、活性炭粉尘进入铝制板翅式换热器，堵塞低温设备，并满足液化煤层气（LNG）的质量要求。
型式：
立式
工作介质：
煤层气
将冷却后的再生气中的凝液进行分离。
型式：
立式，丝网气液分离
工作介质：
煤层气
材质：
碳钢/不锈钢
脱汞塔主要用来吸附原料煤层气中的汞，使原料气中含汞量分别降至μg/Sm3以下，防止煤层气中的汞腐蚀铝制低温设备，并满足液化煤层气（LNG）的质量要求。
型式：
立式
工作介质：
煤层气
吸附剂型式：
浸硫活性炭
净重：
15000kg
外形尺寸：
DN1400×8092mm
材质：
碳钢
氟利昂遇冷机组（停机后仪表风用）1台
冷却水流量：
300m3/h
空调水泵3台（二用一备）
介质：
低温水
丙烷/异戊烷卸车泵2台
介质：
丙烷/异戊烷
丙烷/异戊烷加压计量泵2台
介质：
丙烷/异戊烷
混合制冷剂压缩系统1套
介质混合制冷剂
外形尺寸Φ1628×5165mm
主要材质Q345R
重量3406kg
制冷剂贮罐2台
介质混合制冷剂
外形尺寸Φ1844×4705mm
主要材质Q345R
重量5112kg
丙烷贮罐1台
介质丙烷
外形尺寸Φ1220×4992mm
主要材质Q345R
重量1793kg
异戊烷贮罐1台
介质异戊烷
外形尺寸Φ1216×4930mm
主要材质Q345R
重量1793kg
异戊烷/丙烷干燥器2台
介质异戊烷/丙烷
吸附剂4A分子筛
外形尺寸Φ325×1937mm
主要材质Q345R
重量141kg（不含分子筛）
混合制冷剂压缩机2台（并联）
形式离心式
净化气低温液化系统
制造商:
杭州空冷设备制造厂
外形尺寸：
5500×4200×22000mm（长×宽×高）
主要材料：
冷箱壳体：
碳钢、主换热器：
铝镁合金
包括（数量以单套计）：
主换热器热段（铝制板翅式）1台
住换热器中段（铝制板翅式）1台
主换热器冷段（铝制板翅式）1台
气液分离器1台
LNG过冷器1台
冷箱1台
冷箱外平台及梯子（现场由业主安装）1套
冷箱内管道、阀门及支架等1套
装置特点：
1、冷箱内换热器采用高压铝制板翅式换热器，换热效率高，结构紧凑；
2、冷箱内通密封氮气，使冷箱内保持正压，防止珠光沙受潮，同时，惰性气体的保护防止由于换热器意外泄漏带来的安全隐患；
3、冷箱内配管采用三维设计，应力补偿自动计算，确保低温下的安全；
4、冷箱采用集装箱式结构，阀门及仪表布置在主操作面上，便于操作及监控。
停车液体排放汽化器1台
形式空气加热式
介质液化煤层气
冷箱停车加热器1台
形式管式，电加热
介质氮气
LNG储存系统1套
5000m3常压LNG贮槽2台
技术参数名称
内罐
外罐
备注
设计压力（KPa）
20
29
有效容积（m3）
5000
/
贮存介质
LNG
珠光砂＋N2
直径（mm）
Φ25000
Φ27000
高度（mm）
22000
24530
不含设备基础高度
主体材质
06Cr19Ni10
Q345R
设计液位（mm）
21400
/
设计风速（m/s）
/
30
设计温度（℃）
－196~+38
－20~+50
蒸发率
%d（保证值）
环境温度15度
内槽射线探伤比例
100%RT
100%PT
腐蚀裕量
0
1
供货范围：
半成品出厂，现场组装。
主要接出管有底部进液管、顶部进液管、出液管、溢流管、液位计及压力表接管。
特点：
1、贮槽设置上下进料口，可采用上进液、下进液或上下同时进液方式，起到循环、混合管内液化煤层气的作用，减少液化煤层气分层现象的发生，同时使罐内外工艺管线始终处于冷却状态，便于正常操作；
2、贮槽的关键部件如外罐呼吸阀采用进口产品。
3、顶部设有安全放空管线，配有双套呼吸阀，同时配有低温切换阀切换使用；
4、顶部设有自动放空管线，配有自动降压调节阀进行控制，同时并联手动放空管线；
5、设置完善的自增压系统，并配有压力调节控制装置；
6、外罐设置呼吸阀和紧急泄放装置；
7、夹层设有氮封装置，配有自力式调节阀保持压力恒定；
8、设备预留导静电接地及防雷击装置接口，可方便业主接入整个站区防雷网。
LNG装车泵3台（二用一备）
型号TC30FC,"ChinaSpecia迷宫密封泵（变频调速）
介质：
LNG
设计流量：
100000L/hr（液态）
扬程：
60m
密封形式：
ChinaSpecial迷宫式密封
所需进口净正压头：
设定转速：
4150RPM（变频调速）
电机功率：
20HP
电源：
3相，380V，50HZ
密封气：
气源：
清洁、干燥的N2或仪表气
压力：
4-14Barg；流量：
5-15Sm3/h
供货范围（单台）：
泵体一台、防爆可调速电机一台、进口过滤器一台、
变频器一台、进出口波纹管各一台、备件。
特点：
每台泵均设有返回罐内的回流管线，在停止灌装时可用来维持泵的最小
流量，至槽车的灌装线始终有少量的LNG进行循环以维持系统冷态，做到
三台泵不间断切换。
采用变频电机转速可调。
贮槽BOG加热器1台
形式空气加热式
介质低温煤层气
装车软管9套
BOG压缩机2台（一用一备）
介质BOG
形式往复式无油润滑
工艺系统手动阀门1套
仪表空气系统1套
仪表空气量100Sm3/h
仪表空气压力
仪表空气露点-40℃
排气量：
m3/min
最高工作压力：
1MPa
电动机功率：
15kW
冷却方式：
风冷
噪声：
69dB（A）
处理气量：
m3/min
压力露点：
-40℃
冷却方式：
风冷
处理气量：
m3/min
DD44
除油：
除尘：
1μm
PD44
除油：
除尘：
μm
型式：
立式
净重：
1320kg
外形尺寸：
DN1500×3500mm
材质：
碳钢
导热油炉1台
由于预处理系统的加热器、停车加热器等设备均需要热源加热，而系统中BOG气体可被利用，因此以上设备的加热用导热油炉来实现。
该单元主要由注油泵、膨胀槽、储油槽、油气分离器、热媒循环泵、载热体加热炉、燃烧器组成。
介质：
导热油
PSA制氮机1套
液氮贮槽1台
形式真空粉末绝热
日蒸发率%
液氮汽化器1台
形式空气加热式
介质液氮
汽化后温度低于环境温度5℃
氮气贮罐1台
型式：
立式
工作介质：
氮气
净重：
1320kg
外形尺寸：
DN1500×3500mm
材质：
碳钢
5.仪表控制系统设计和供货
概述
为了确保能有效地监控成套LNG装置生产过程，确保运行可靠，操作维护方便，其仪控系统设计范围包括：
集散控制系统（DCS）以及切合工艺要求的高精确度仪表等。
所有安装在危险区内的控制仪表必须满足危险地区等级和整体安全的要求，设计选型遵循国家相关的规范标准。
仪控系统技术
1）设计原则
提供的控制、互锁和保护系统的安全性和整体性符合以下原则：
单个组件故障不给整个系统造成损失。
单个组件故障不给整个系统造成直接风险或系统跳闸。
单个组件故障不造成整个系统完全瘫痪。
2）系统监测和自我诊断
系统设计有自我诊断和监测功能以确保系统的健康状态被报道，保障信号和控制安全，避免任何隐藏的故障。
3）通讯
所有仪表和控制设备的接口是开放和标准的，数据传
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