调峰型天然气液化装置主要是在用气负荷不均时的调峰时使用。如白天和晚上、冬季和夏季一般用气是不均匀的。为了保证用气, 常在长输管道末端、城市管网附近或某些交通不便的地方设置调峰站, 一方面调峰, 另一方面供给管道未到达的地区的天然气用户。调峰型天然气液化装置一般采用膨胀制冷流程, 有的利用天然气管道的压力能, 用膨胀机直接膨胀制冷使部分天然气液化, 如美国西北天然气公司1968年建立的一座调峰站, 进气压力为2. 67 MP a, 膨胀后压力为490 kPa, 循环液化率为10%左右[1]。这种流程建立在管道压力高, 实际使用压力低的基础上, 即有压力能可以利用的场合。其优点是利用管道压差能, 几乎不需要耗电, 流程简单、设备少、操作维护方便。缺点是液化率低, 一般在7% ~ 15%左右[1]。
另一种为氮或氮和甲烷的混合物膨胀制冷的天然气液化装置, 此种装置制冷剂自成系统, 与天然气分开。该装置的特点是液化率高, 体积小, 操作方便, 制冷剂来源方便。下面主要介绍氮膨胀制冷和氮甲烷混合冷剂制冷的HYSYS软件计算模型。
(1) 原料气组成:见表 1。
(2) 原料气温度: 35℃。
(3) 原料气压力: 2670 kPa。
(4) 原料气流率: 1860 k m o l /h (0℃, 101. 325kPa, 100 ×104 m 3 /d)。
净化后的天然气(1)压力为2670 kPa, 温度为35℃进入大冷箱(2)被冷却至-60℃, 进入小冷箱(3)被冷却至- 141℃, 再经节流阀(4)节流至压力为250 kPa, 温度降至-149. 3℃进入分离器(5), 分离器顶部分出燃料气(7), 分别经小冷箱、大冷箱换热后作为燃料气供装置使用。此部分气体因含有氦0. 29%, 如果进一步回收氦气, 可不进行换热, 继续冷冻分离出氦。分离器底部为L N G产品去储罐(6)储存。
氮气(或氮+甲烷)从大冷箱(1)出来后温度为32. 78℃, 压力为180 kPa, 进入冷剂压缩机一级(8), 冷剂被压缩至850 kPa, 进入水冷器(9)冷却至35℃, 进入冷剂二级压缩机(10)压缩至6500 kPa。然后进入大冷箱被冷却至- 60℃, 再进入膨胀机(12)膨胀至200 kPa, 温度降为-175℃进入小冷箱(3)与原料气换热, 原料气被冷却至- 141℃。冷剂从小冷箱出来进入大冷箱复热至32. 8℃去压缩机, 完成一个循环。
按照图 1原则流程图编制出HYSYS软件计算模型, 见图 2。
计算结果汇总见表 2。
在操作条件相同和冷剂出大冷箱的温度与原料气的温差在2℃ ~ 3℃的情况下, 单独用氮和用氮与甲烷混合冷剂制冷的比较, 见表 3。
混合冷剂的组成与液化率的关系, 见表 4。
调峰型天然气液化装置, 从表 3可以看出, 随着氮气中加入的甲烷量的增加, 能耗是逐渐下降的, 采用混合冷剂对节能有利。从表 4中可以看出, 在冷剂出大冷箱去压缩机的温度基本相同的情况下, 冷剂中加入10% ~ 60%的甲烷, 其变化对液化率没有影响。甲烷量加入从70%开始, 液化率开始下降。在液化率93. 26%相同的情况下, 用混合冷剂(氮:甲烷=20:80)可以节能9. 72%。从表 4还可以看出, 采用混合冷剂(甲烷含量在10% ~ 60%)可以得到高的液化率, 且在甲烷加入量达30%以后, 能量消耗较低。
2010, Vol. 39 Issue (1): 1-2,10
2010, Vol. 39 Issue (1): 1-2,10