SMR单混合制冷剂流程详解

在SMR流程中,制冷剂被压缩,并在随后的后冷却器中冷却。制冷剂在主换热器中不断冷却、冷凝。冷凝的制冷剂通过焦耳-汤普森阀节流膨胀降温。膨胀降温后的制冷剂进入主换热器,并吸收天然气和高压制冷剂的热量,直到它以气态形式离开主换热器,并在此过程中天然气被冷凝成LNG。这个流程因所需设备数量少而在小型液化装置中备受青睐。SMR流程适用于单线产能低于1.5Mt/年的LNG装置^[24]。与经典级联流程相比,SMR流程简单且设备数量少。通过调整混合制冷剂的组分可有效降低换热器内冷热流体之间的温差,提高流程效率^[6]。

SMR单混合制冷剂流程有各种具体形式,下面介绍BV的Prico流程和APCI的SMR流程。需要指出的是:在实际应用中,根据各原料气状态和LNG装置所在地的条件等不同,SMR流程在实际应用中有各种变形,且国内外LNG装置中设备的生产能力不同,不可生搬硬套。应根据具体的情况作具体的设计,方可达到最佳的LNG装置工作状态。

1.BVPrico®流程

BV公司的PRICO®流程是单混合制冷剂流程,该流程仅有一个压缩机系统用于压缩混合制冷剂,主换热器是板翅式换热器,故液化流程简单且易于操作。该系统在停车中制冷剂依然存储在系统中,无须排放或泄压。

Prico流程早期用于阿尔及利亚的液化装置Skikda的三条生产线,1981年投入运行,每条生产线的产能为1.2Mt/年,使用蒸汽轮机驱动压缩机^[9]。目前,Prico流程已应用于全世界20多个液化天然气装置中^[4,19,28]。

图3-31为Prico流程简图^[28],其混合制冷剂由氮、甲烷、乙烷、丙烷和异戊烷组成,冷却和液化在冷箱中的板翅式换热器(PFHE)中进行。流程中制冷剂经一级压缩后,由冷却器冷却后进入中间级缓冲分离器,产生的气相进入二级压缩机压缩,产生的液相由泵压缩,这样可以节省压缩功,并有效避免二级压缩机产生液击现象。泵和二级压缩机的排出流体经冷却器冷却后进入排气缓冲分离器中,产生的气相和液相分别进入板翅式换热器。在换热器中被返回的低压制冷剂冷却后混合离开换热器,流经节流阀膨胀降压降温后,流入换热器为高压制冷剂和天然气提供冷量,实现天然气的冷却和冷凝。对于天然气回路,流入板翅式换热器冷却到一定温度后,离开换热器进入重烃回收器回收重烃NGL后,气相部分流回板翅式换热器继续冷却直至冷凝成LNG。铝制板翅式换热器做成冷箱的形式,所有的连接均位于冷箱外,以消除箱内潜在泄漏的可能性。

图3-31 BVPRICO®流程^[28]

表3-12为已投产的部分在我国LNG装置中应用PRICO流程的情况。

表3-12 已投产的部分在我国LNG装置中应用Prico流程的情况(www.xing528.com)

2.APCI的SMR流程

20世纪60年代,使用APCI的SMR流程的首条LNG生产线建于利比亚Marsael Brega,液化规模为0.8Mt/年,采用蒸汽轮机驱动^[19]。图3-32是APCI的SMR流程简图^[10]。流程中混合制冷剂的压缩过程与Pri-co流程相同,均为两级压缩,且在第二级压缩机进口进行气液分离,液态制冷剂由泵压缩,气相由压缩机压缩。压缩后的混合制冷剂进入气液分离器,分离得到的液态制冷剂和气态制冷剂分别进入绕管式换热器(SWHE),液态制冷剂被冷却后在一定的高度引出绕管式换热器,经节流降温后返回换热器,为下部换热器中的气相和液相的高压制冷剂及天然气提供冷量。气相部分的高压制冷剂从底部进入换热器后一直冷却直至顶部引出换热器,经节流降温后为整个换热器中高压制冷剂和天然气提供冷量,使得天然气最终得以液化为LNG^[19]。

图3-32 APCISMR流程简图^[10]

APCI的SMR流程和Prico的SMR流程的主要区别有两点:①使用的换热器类型不同,APCI使用绕管式换热器,由APCI制造;而Prico使用板翅式换热器。②在换热器中,APCI的气液两相分别节流为换热器不同部位提供冷量,而在Prico流程中,气液两相在换热器中合并后一起流出节流后返回换热器。

1970利比亚投产的Marsael Brega工厂采用了APCI的SMR流程,共4条生产线,单线产能0.8Mt/年,合计产能3.2Mt/年。

我国宁夏哈纳斯新能源集团的单线产能为150万m³(标)/天的LNG装置采用了APCI的SMR工艺流程,共建设了两条LNG生产线。该项目由哈纳斯新能源集团投资,位于银川市经济技术开发区二区宝湖西路56号,占地250亩(1亩=666.7m²),总投资19.5亿人民币,于2009年10月开工建设,于2012年8月19日出液。原料气主要来自陕甘宁气田、涩北气田和西气东输管线。原料气及混合制冷剂压缩机采用德莱赛兰压缩机,全包容式LNG储罐容积为5万m³。厂区拥有16个用于载货汽车装卸的装卸站,日装车110台,平均运距约1300km^[15]。