50國外油田工程第25卷第7期(2009. 7)液化天然氣工廠的新型設(shè)計編譯:馬淼王雅瓊 (大慶油田儲運(yùn)銷售分公司) .楊凝思(大慶油田天然氣分公司)審校:李發(fā)榮(大慶油田工程有限公司)摘要人們對清潔而又廉價能源的需求回收來提高燃料效率，從而減少CO2排放量。促成了業(yè)界對巨大的液化天然氣生產(chǎn)能力的2設(shè)計前提需求。為滿足這種提高生產(chǎn)能力的要求，天然氣加工處理機(jī)組的規(guī)模就需要擴(kuò)大。提出處理廠范圍內(nèi)熱量是由蒸汽提供的。相對于傳了建設(shè)10Mt/a以上的巨型處理廠的設(shè)計方統(tǒng)的LNG處理廠設(shè)計，汽輪機(jī)廢熱的完全利用在案。在中東，大量的液化天然氣工廠正在擴(kuò)工廠效率上更上了一個臺階，而且有助于減少建。因此，選用了該區(qū)域的典型原料氣成分CO2排放。作為氣體凈化、天然氣液體抽提、液化處理設(shè)計利用空氣冷卻法，著重于熱空氣再循環(huán)和和使用設(shè)備等一體化設(shè)計的基礎(chǔ)?？倛D的優(yōu)化，這樣使得設(shè)計更加穩(wěn)定。假設(shè)冷卻水關(guān)鍵詞液化天然氣 集成裝置廢熱適用于單程或二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)，那么二者可以結(jié)↓利用熱效率合起來，且將進(jìn)一步提高燃料效率，但由于冷卻水供給的復(fù)雜性，特定成本也會增加。DOI: 10. 3969/j. issn. 1002 - 641X.2009. 07. 015設(shè)計適合處理原料氣中的CO2、H2S和硫醇，同時設(shè)計自身包含前端液化石油氣(LPG) 提取過.1前言程，允許彈性熱值下降到1 060~1 070 Btu/scf (1在未來15年里，人們對天然氣的需求將以每Btu/scf=37. 26 J/m')區(qū)間內(nèi)，這個熱值通常為年3%的速度遞增，對液化天然氣(LNG)的需求美國市場所需。前端天然氣液體(NGL) 提取裝將以每年8%~10%的速度增長。在未來幾年將有置也允許使用最大制冷功率和最佳液化壓力。在這很多項目投建，結(jié)果將是承包商市場被抑制，世界樣的優(yōu)化條件下，考慮全部工藝設(shè)備之間的相互作范圍內(nèi)對原料的需求猛增，從而導(dǎo)致生產(chǎn)力和產(chǎn)品用是非常重要的，從液體段塞捕集分離器到裝油設(shè)的后勤問題突出。這些問題導(dǎo)致了對大型處理機(jī)組施都要考慮。的需求，尤其是在資源豐富的地區(qū)，如中東、俄羅3酸性氣體和液化石油氣的處理斯和澳大利亞。一個日益突出的問題是需要使COr排放率最設(shè)計中的酸性原料氣需要清除CO2、H2S和小化，高效率是關(guān)鍵。對于在成本中占大部分的已硫醇。考慮到進(jìn)氣的組分和允許的LNG的質(zhì)量，選定功率的汽輪機(jī)和壓縮機(jī)來講，高效率意昧著選擇并優(yōu)化了一種綜合性設(shè)計，優(yōu)化了設(shè)計成本和LNG產(chǎn)量的提高。因此，問題的關(guān)鍵就集中在廢適應(yīng)性。如果除酸氣設(shè)備(AGRU)、脫水和脫硫熱的利用上。醇設(shè)備被優(yōu)化集成為- -種設(shè)備進(jìn)行工作，就可以使本文提出了一項機(jī)組設(shè)計，能夠以11 Mt/a的去除雜質(zhì)的資本消耗降到最低。速度生產(chǎn)LNG。這種設(shè)計的基礎(chǔ)是Shell公司的平從AGRU和酸氣富集設(shè)備(AGEV)中再生行混合冷凍劑工藝(PMR)，就是在預(yù)先冷卻循環(huán)酸氣溶劑要利用低壓蒸汽。硫回收裝置(SRU)中使用丙烷冷凍劑。依據(jù)不同項目中存在的特殊情產(chǎn)生中壓蒸汽。 碗回收裝置產(chǎn)生的廢氣中有H2S,況，如氣候和市場機(jī)遇，也可以選用其他更合理的在廢氣吸收器中未轉(zhuǎn)化的H2S被清除出去。經(jīng)過設(shè)計。目前，正在投建中的庫頁島LNG工廠就選加工處理和汞清除之后，脫水脫硫的純凈天然氣輸擇使用雙重混合冷凍劑工藝。送到專用的NGL提取裝置。所謂PMR，即可以通過改變輔助電動機(jī)的型在這項研究中，無需對使用的原料氣進(jìn)行外部號或使用更小的燃?xì)廨啓C(jī)，將LNG的生產(chǎn)量從11制冷就可以使LPG的回收達(dá)到98%。由于高回收Mt/a調(diào)節(jié)到6 Mt/a。在許多設(shè)計中都可利用廢熱率，很容易達(dá)到低于1 070 Btu/scf的熱值規(guī)范。馬淼等:液化天然氣工廠的新型設(shè)計經(jīng)高壓處理和脫水的富氣首先要在一系列反低者，也可以利用凝汽式汽輪機(jī)產(chǎn)生動力和低質(zhì)量的壓冷貧氣的熱交換器中預(yù)冷卻并部分冷凝。液體從熱，而這種熱在流程中不能再利用。在這個范例部分冷凝的天然氣流中分離出來后，高壓蒸汽經(jīng)過中，熱量/動力的比值達(dá)到了1.2,通過背壓式蒸一個膨脹器，膨脹器驅(qū)動低壓貧氣的二次壓縮機(jī)。汽輪機(jī)膨脹的高壓蒸汽和凝汽式蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生的余膨脹產(chǎn)生所需的制冷作用，從而獲得脫乙烷塔回.熱能夠產(chǎn)生工藝流程所需要的全部熱量。準(zhǔn)確的界流，同時冷卻富氣氣流。限取決于很多因素，其中包括選定的蒸汽系統(tǒng)的壓貧氣首先冷卻富氣，然后經(jīng)膨脹器驅(qū)動的二次力級別和蒸汽輪機(jī)排出氣的溫度。壓縮機(jī)壓縮。獨(dú)立的增壓壓縮機(jī)進(jìn)一-步 增大貧氣壓100低質(zhì)量助力，達(dá)到最大允許值，這個值不超過管道的額定壓90力600 psi (1 psi=6. 895 kPa)。在設(shè)備和功率的約束條件內(nèi)，NGL和液化設(shè)備的集成使LPG和。LNG的產(chǎn)量達(dá)到最大化。工藝用店504液化動力超汽式和背壓式蒸汽輪機(jī)骨壓式高汽輪機(jī) ，液化過程包含:四級丙烷冷卻(C3/PMR)、熱餐和動力的精合提高德料效車兩個平行混合制冷循環(huán)和帶有末端閃蒸系統(tǒng)的脫氨裝置。從原理上講，這種流程比三次交替循環(huán)流程0.00.52.0熱量和動力比的效率高。圖1熱量和動力整合液化循環(huán)的平行布置有助于提高機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的可靠性，因?yàn)楫?dāng)液化循環(huán)過程中的一個環(huán)節(jié)在所需的熱量/動力比值較高的情形下，由于失靈時，LNG的生產(chǎn)率仍可達(dá)到60%。此外，與需要加熱蒸汽，所以不能利用凝汽式汽輪機(jī)產(chǎn)生動三次交替循環(huán)流程相比，僅僅需要二次制冷循環(huán)的力，且僅有部分蒸汽在背壓式蒸汽輪機(jī)中膨脹為低平行布置流程的生產(chǎn)能力更高。這種設(shè)計限制了壓壓蒸汽。另一個變化點(diǎn)出現(xiàn)在從蒸汽中不再有能量力降和循環(huán)級數(shù)，因此提高了平行混合制冷流程的回收時。在本例中，這個點(diǎn)發(fā)生在熱量/動力比值效率。為1.7時，該值主要由蒸汽輪機(jī)的效率和工藝用熱的溫度決定。如果需要更多的熱量，就需要額外的5廢熱利用燃料。在液化過程和動力區(qū)，有大量的熱量從燃?xì)廨喸诒纠校枰獰崃颗c動力的比值小于1.0,機(jī)的排氣管內(nèi)溢出。曾經(jīng)試圖通過利用熱油或熱水因此所產(chǎn)生的高壓蒸汽能夠產(chǎn)生大量的額外驅(qū)動來綜合利用能源。在本設(shè)計中，使用蒸汽為工藝用力。蒸汽輪機(jī)能夠替代丙烷壓縮機(jī)的驅(qū)動器，與燃熱補(bǔ)償熱量、驅(qū)動機(jī)械以及發(fā)電。氣輪機(jī)相比，這個方案的可行性很強(qiáng)。由于突發(fā)事工藝用熱的量取決于原料氣中酸氣雜質(zhì)的濃件，當(dāng)一個燃?xì)怛?qū)動的混合制冷循環(huán)停機(jī)維修或者度。一般利用低壓蒸汽為酸氣溶劑的再生提供熱某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障時，平行混合制冷流程將有量。依據(jù)蒸汽輪機(jī)排氣產(chǎn)生的高壓蒸汽和再生過程60%的工作能力繼續(xù)生產(chǎn)。將這個特點(diǎn)與蒸汽輪機(jī)所需的低壓蒸汽的精確用量，高壓蒸汽可用來為泵較低的維修需求相結(jié)合，更加增強(qiáng)了這個方案的適進(jìn)口增壓，或者為凝汽式輪機(jī)產(chǎn)生動力、電能或機(jī)應(yīng)性。此外，蒸汽輪機(jī)可變速度的性能為丙烷壓縮械能。該選擇是在對工廠布局、備件原則和開發(fā)過機(jī)拓寬了操作窗口。程中設(shè)備的總數(shù)等其他因素進(jìn)行充分考慮優(yōu)化后作一種替代方案是同時驅(qū)動全部三臺工藝輪機(jī),出的。利用蒸汽產(chǎn)生電能，并減少燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的輔助動相對于動力需求，所需的工藝用熱決定了全部力。啟動問題必須考慮進(jìn)來。為了應(yīng)付設(shè)備的啟流程中燃料效率的最大潛力。圖1以一個簡單系統(tǒng)動，可能需要增加鍋爐或燃?xì)廨啓C(jī)來產(chǎn)生額外的動為例，該系統(tǒng)的廢熱回收來自于有效系數(shù)為33%力。第二種替代方案是用蒸汽作為較小的驅(qū)動器的的燃?xì)廨啓C(jī)。在燃?xì)廨啓C(jī)排出氣中所含的部分熱量動力，如增壓壓縮機(jī)、末端閃蒸壓縮機(jī)或者輔助電可以回收用于生成高壓蒸汽。其后，高壓蒸汽通過機(jī)。然而，這種方案需要大量的蒸汽基礎(chǔ)設(shè)施。背壓式蒸汽輪機(jī)膨脹后轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪赫羝蛣恿??；驁D2是2003年發(fā)布的最新的空氣冷卻設(shè)計與.52國外油田工程第25卷第7期(2009.7)一些基礎(chǔ)LNG流程設(shè)計中燃料排放CO2的量。圖2也包括傳統(tǒng)的廢熱有限回收的空氣冷卻C:/PMR設(shè)計的結(jié)果。適當(dāng)優(yōu)化燃料與蒸汽的平衡，能夠使燃料消耗減少30%。對于熱帶氣候、酸性原料氣0.24的空氣制冷流程，燃料的CO2排放率達(dá)到1 t液化天然氣排放0.21tCO2，這是一個很有競爭力的結(jié)粗0.19果。廢熱回收和用蒸汽產(chǎn)生動力有助于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的空氣冷卻平行混合致冷流程工藝的0.14卡概爾便羅系大平洋尼日利重贊大機(jī)姐便計結(jié)果與圖2中卡塔爾的水制冷設(shè)備的值很接近。在圖2 CO2 排放量對比圖卡塔爾，以水冷卻為基礎(chǔ)的設(shè)計方案，其操作與以燃?xì)鉃榛A(chǔ)的裝置相似。比較結(jié)果顯示出平行混合制冷流程的潛在高效，考慮到這個流程的水冷卻方資料來源于美國《JPT) 2008年11月(收稿日期2009 -06 -09)案，效率將進(jìn)一步提高8%。(上接第41頁)低密度添加劑2。的薄膜，限制水泥基體內(nèi)顆粒間的流動，減小了水ULWGMS已應(yīng)用于18口氣井，-起使用的泥的滲透性。還有用于油基泥漿的標(biāo)準(zhǔn)低密度沖洗液和隔離液。<改善了脆性和穩(wěn)定性，價格更低，35 min內(nèi)靜:沖洗液中還應(yīng)用了靳烯，以提高其性能。膠凝強(qiáng)度從100 SGS到500 SGS (48. 0~240 Pa)。8結(jié)果與評價5.4低密度添加劑低破裂壓力梯度和循環(huán)漏失問題是設(shè)計低密度ULWGMS在Anaco氣井中確實(shí)顯示出其優(yōu)異水泥漿的決定性因素。為了改變水與固體的比率，的性能。直到現(xiàn)在，沒有由于氣竄或出水對氣井產(chǎn)獲得9.0 ppg的密度和相對高的抗壓強(qiáng)度，在體系量和壽命產(chǎn)生影響，該水泥漿通過了委內(nèi)瑞拉In-中引入了空心玻璃微珠，用現(xiàn)存的超聲波水泥強(qiáng)度tevep 石油公司實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的一切測試，與專業(yè)分析儀不能分析超低密度水泥漿的耐壓性能。對水服務(wù)公司所遞交的結(jié)果--致。泥漿的抗壓強(qiáng)度壓裂試驗(yàn)和超聲水泥強(qiáng)度分析實(shí)驗(yàn)9結(jié)論進(jìn)行了對比，誤差高達(dá)1 100 psi. .本文展示了Anaco地區(qū)不同氣田的ULWGMS6混合工藝的研究及應(yīng)用，可得到如下結(jié)論:為防止混合過程中那些低密度固體添加劑分<通過優(yōu)化顆粒尺寸和提高填充體積分?jǐn)?shù)，所離、分層或損耗，正確地將添加劑或水加入到批處獲得的水泥漿密度接近水的密度。理水泥漿混合器的過程中是很重要的。按以下原則<>降低水泥漿內(nèi)水含量，改變水灰比率，降低可以獲得極好的效果，即將部分水泥與添加劑混水泥漿的孔隙度和滲透率，這是在產(chǎn)氣井內(nèi)實(shí)現(xiàn)層合，然后再與剩下的水泥混合(水泥-添加劑-水間封隔的決定性因素。泥)，并按要求鼓入空氣。?兩種防氣竄添加劑同時使用，降低了滲透Anaco所用的量都在100 bbl (1 bbl= 0.159性，提高了機(jī)械強(qiáng)度，縮短了靜膠凝強(qiáng)度轉(zhuǎn)變時m2)以下，所有都是批處理器混合的。干混物添間，提高了泥漿的性能。加到批處理水泥漿混合器中，空氣排放壓力不超過?ULWGMS的應(yīng)用簡化了井場作業(yè)，取得了.所推薦的10 psi.較好的經(jīng)濟(jì)效益。7氣田應(yīng)用資料來源于美國《SPE 10220(收稿日期2008-08- 29)ULWGMS的基本成分是:本地G級水泥+二氧化硅粉+防液/氣竄劑+固體防氣竄劑+分散劑+降濾失劑+高溫緩凝劑+輕質(zhì)空心玻璃微珠+