最近几年，国内天然气需求的增长促进了LNG产业的快速发展，先后有一些LNG工厂建成投产，多以引进国外专利液化技术为主，其中采用美国博莱克威奇(Black & Veatch)公司PRICO®专利液化技术的装置有21套，其中13套已经顺利投产，应用比较广泛。PRICO®液化工艺是单循环混合制冷系统，尤其适合于中、小型规模处理量的LNG工厂。本文通过对PRICO®液化技术、装置关键设备和主要操作控制等方面的介绍，为新建和在运行的LNG工厂在技术和操作方面提供指导，同时也为其他类型的液化工艺提供借鉴。
PRICO®专利液化工艺流程图，见图 1。原料气液化前，需经过胺洗(脱酸性气)单元脱去其中的CO2和H2S(如原料气中无酸性气体，CO2体积分数小于50×10-6，不需该单元)。然后进入干燥和脱汞单元脱除水分和汞杂质，除汞的原因是因为汞杂质会损害下游的冷箱换热器。净化后的天然气，先在冷箱换热器上部进行预冷却，流股在冷箱中间点取出，根据实际组分情况，可进行重烃分离或进入其他分离系统，脱除重烃的天然气进入冷箱底部深冷后，产出LNG。LNG减压后进入LNG大罐储存，大罐的闪蒸气BOG流股经压缩机压缩后，可进行再液化回收LNG或用作工厂的燃料气。PRICO®工艺的冷剂回路是一闭式循环系统，由一个离心式二段压缩机及其段间冷凝器、分离罐和循环泵组成。混合冷剂从吸入罐中进入压缩机一段，经压缩冷却后进入段间罐，段间罐的气相进入压缩机二段压缩后去往排放罐，液相通过泵加压后进入排放罐。排放罐中的气相与液相分开进入冷箱换热器，液相通过阀门控制，可根据情况随时调整混合冷剂进入冷箱换热器的组成。混合冷剂进入冷箱换热器后，在J-T阀的作用下，为冷箱提供冷量。
由热力学原理可知，最有效的液化技术是制冷剂的蒸发曲线与被液化气体的冷却曲线完全匹配。PRICO®工艺是基于这一基础理念而设计，实现了混合冷剂在不需要多级压缩的情况下，能够很好地将制冷剂的蒸发曲线与天然气的冷却曲线匹配起来，PRICO®流程是单级混合制冷，属于高效的天然气液化工艺，适应中、小规模的LNG装置。
PRICO®流程简短紧凑，功耗相对较低[1-2]，天然气可从常温直接一步降温到-162 ℃，得到LNG，中间没有其他环节，流程比较简单。装置设备数量少，布置紧凑，与其他流程[5, 7]相比，节省了许多低温的设备、仪表和管线，大大减少了投资。控制系统中所需仪表减少了30%或更多，操作人员需要控制的仪表很少。初次开车通常需7~8 h，短暂停车后再开车，在30~60 min以内即可达到正常运行。关键设备选用长期运行可靠的压缩机和板翅换热器，增加了操作的可靠性。通常装置可以在30% ~ 110%范围内正常运转。
原料气的组分复杂多样，有天然气、焦炉气或合成气。许多工厂的天然气来源是多个管网供给，天然气组分变化很大，使得设计时天然气组分不确定，给前期设计带来困难。通常C2~C4组分会影响LNG产品的发热量，重组分C5以上需提前脱除，以免重烃类冻堵冷箱。PRICO®流程对原料气有很大的灵活性和适应性，可以根据实际情况，在其基础上改进和辅以其他流程，以处理复杂的原料气工况。表 1列出了几个典型PRICO®LNG工厂的原料气组分特点和其采用的PRICO®及辅助流程。
由表 1可知，针对不同组分的原料气，都可以PRICO®流程为主，并结合其他辅助系统，优化得到解决方案的工艺流程。
冷剂回路是独立循环的封闭系统，当冷剂回路调试好后，操作中通常不需要再补充或补充很少。气相和液相冷剂分开进入冷箱，在冷箱内进行气液混合。除非计划检修或系统需要打开维修，冷剂可以储存在系统中而避免冷剂损失，因为系统的设计压力足以承受这种情况。冷剂循环量和冷剂的组分可在控制室中根据需要实时调节，相对于液化部分，冷剂回路可独立运行，装置停车时，冷剂系统可不停车。冷剂回路主要参数见表 2。
冷箱是由多个传热效率很高的铝质钎焊板翅式换热器集合而成，冷箱壳体内充满珠光砂绝热材料，不含其他任何阀门、设备或非焊接的接口。日常没有特别的维护。当装置规模变大时，冷箱(芯)的数量也会增加，如新疆项目的冷箱有6个芯。冷箱的流道有6股或多至8股，各通道以不同方式叠置和排列，可形成不同的流动形式(如图 2)。
冷剂压缩机是二段离心式单体压缩机，电机或透平驱动。与双体压缩机相比，具有体积小、结构简单的特点。实际运行稳定，可靠性强。压缩机的功耗占据液化装置的大部分功耗。从压缩机的功耗大体能反映出液化装置的能耗。
酸性气体的脱除常用配方MDEA胺液吸收的方法。MDEA溶液对系统的清洁要求很高，如果系统中存在有烃类、油类、FeS或Fe(OH)3等腐蚀物，会使溶液的表面张力减低；当系统运行不稳定，如操作温度、压力和酸性气含量波动大时，就会引起胺液的起泡。
陕西一工厂LNG装置在调试过程中，出现胺液起泡现象，表现为胺塔压差快速上升，液位波动剧烈，难以稳定控制。操作记录表明，每次起泡的时间都出现在往系统里添加脱盐水的时候。通过检查脱盐水管线，发现脱盐水颜色是黄色，似有被铁锈污染的迹象。究其原因是脱盐水末端的管线没有清洗干净，管线内存留和累积有很多铁锈杂质。对此的处理措施是将这段管线隔离起来，反复清洗合格后投入使用，起泡现象便不再出现。
① 投入前，确保系统的清洁，加强对MDEA溶液清洁度和浓度的监控；②及时清洗、更换系统中的滤芯，控制脱盐水氧含量，防止胺降解；③定期检查胺液中是否有烃类化合物和油污等。做好这些维护工作后，可保证胺系统平稳运行。
冷箱的温度是LNG装置生产的主要控制环节，冷箱温度过高或过低，将会影响到产品的规格和装置的能耗。由于设备材料应力的影响，冷箱的降温速率要控制适中，不能过快；如果瞬时降温速率过快，则要稳定平衡一段时间后才可继续降温，结合冷箱厂家的数据和工厂实际操作经验，通常冷箱的降温速率控制在0.5 ℃/min。
四川某项目初期开车时，冷箱的降温一直不好控制，操作人员每次调节冷剂组分的时候，冷箱的温度波动很大(见图 3)。经检查发现，调节冷剂组分的阀门为手动阀，阀门内漏严重，调节起来偏差很大，尤其是负荷低时对冷箱温度影响较大。后来经过改进，将手动阀换成精度高的控制阀，调节冷剂组分时就比较容易，冷箱温度也就易于控制了(见图 4)。
(1) 对J-T阀门的调节以微调为主，保持每次0.2%左右的调节开度，间隔时间5 min以上。
(2) 冷热流股负荷需交叉进行匹配，每次小幅度地增加或减少。
(3) 观察冷箱各点的温度变化趋势，提前采取调节措施。
(4) 低负荷运行情况下，多个芯的冷箱，各芯之间是相互独立的，有些偏流属正常情况，负荷逐渐增加后，偏流的情况会慢慢消失，各芯会均衡。
(5) 冷箱温度的调节需与压缩机运行情况结合起来控制。
冷箱冻堵是LNG装置常出现的情况，当原料气预处理不彻底，如杂质甲醇、水、CO2等超标时，都会造成冷箱的冻堵。另外，冷箱通道局部温度过低或重烃组分未分离干净，也会使通道的压差增大。
陕西某工厂在连续几天的时间里，冷箱通道的压差出现缓慢升高的趋势，开始怀疑有部分重烃被夹带到冷箱中造成冻堵，但重烃分离操作都正常；后来根据操作规律发现，压差的增加与分子筛床层切换时间比较吻合，通过检查和核算分子筛的吸附周期，初步判断出分子筛吸附时间超出，床层出现穿透造成了冷箱通道堵塞。通过把吸附时间进行缩短调整，该情况就没有出现了。
冷箱在轻微冻堵的情况下，可通过在线复温得以快速化解。在一些工厂中，遇到过各种形式的冻堵情况，经逐一分析并找出原因后，采取了相应的处理措施。表 3总结了相关的冻堵原因和操作建议。
LNG项目许多是调峰型的装置，在天然气需求低的季节里，装置往往需减产或低负荷运行一段时间，能耗的优化对工厂效益显得很重要。能耗优化的操作主要有：①核算并调整分子筛吸附周期，减少燃料气的消耗；②优化冷剂组分，调整J-T阀和回流阀，减少压缩机吸入压力，降低压缩机电流；③调整胺液循环量，降低锅炉负荷；④减少蒸发气压缩机荷载，降低压缩机功耗。
(1) 天然气液化流程追求高效率、低能耗和较少投资，以此降低产品生产费用，增加市场竞争力。PRICO®工艺很好地将制冷剂的蒸发曲线与天然气的冷却曲线匹配起来，液化工艺简单高效，成熟可靠，适用于多种复杂的进料气。冷剂回路是封闭独立可调式系统，易于操作，在中小型负荷的LNG上应用普遍。
(2) 冷箱和压缩机是保证装置长期平稳运行的关键设备。当规模增大时，冷箱芯的数量和压缩机机型也相应增加。
(3) 酸性气脱除单元的操作需保证胺液系统干净不受污染。冷箱温度的控制以缓慢平稳为主，降温速率控制在小于0.5 ℃/min。调节冷剂组分的阀门宜准确控制，冷箱通道的堵塞是由于上游CO2、水或重烃等引起，需分析出冻堵原因后采取相应处理措施。工厂在低负荷运行中，需采取降低和优化能耗的操作。
2015, Vol. 44 Issue (1): 50-53,58
2015, Vol. 44 Issue (1): 50-53,58