閥門(mén)在焦?fàn)t煤氣制LNG工程應(yīng)用

                      閥門(mén)在焦?fàn)t煤氣制LNG工程應(yīng)用 

                        上海申弘閥門(mén)有限公司

1 工程概況 
1.1 原料氣供給量及組成 
焦?fàn)t煤氣供給量為50000Nm3/h，壓力為0.02MPa，溫度為40度，組成如下： 焦?fàn)t煤氣組成表 名稱(chēng) LNG(液化天然氣)站線項(xiàng)目是福建液化天然氣總體項(xiàng)目的牽頭項(xiàng)目。項(xiàng)目一期工程包括港口、接收站和輸氣干線3部分,規(guī)模為年處理LNG260×104t(年供氣能力為37×108m3)。隨著福建LNG站線項(xiàng)目的逐漸完工,自2008年5月福建LNG接收站即開(kāi)始進(jìn)行試車(chē)調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在調(diào)試和試運(yùn)行期間,LNG管道閥門(mén)多次出現(xiàn)不同的故障,對(duì)生產(chǎn)和運(yùn)行都產(chǎn)生了一定影響。按工作溫度分類(lèi),福建LNG接收站的閥門(mén)可分為超低溫閥門(mén)、低溫閥門(mén)、常溫閥門(mén)3類(lèi)。部分超低溫閥門(mén)以及低溫閥門(mén)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)或儀表方面的原因而不能動(dòng)作,對(duì)此工藝操作人員是無(wú)法進(jìn)行處理的,但是從工藝操作角度來(lái)說(shuō)對(duì)閥門(mén)又會(huì)有很大的影響。本文擬從工藝操作的角度對(duì)故障閥門(mén)的故障及其處理辦法進(jìn)行探析,以便為其他LNG項(xiàng)目提供借鑒。1現(xiàn)狀及問(wèn)題福建LNG接收站生產(chǎn)運(yùn)行用的閥門(mén)大多數(shù)是低溫閥門(mén),在操作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的現(xiàn)象,該類(lèi)低溫閥門(mén)在運(yùn)行過(guò)程中故障率相對(duì)較高。常見(jiàn)故障表現(xiàn)為閥門(mén)回轉(zhuǎn)時(shí)爬行嚴(yán)重、球體卡死導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法動(dòng)作等。自接收站裝置投用以來(lái)至今,累計(jì)維修閥門(mén)數(shù)量達(dá)8個(gè),其中5個(gè)已更換閥門(mén)內(nèi)件,故障率接近30%。有的閥門(mén)在常態(tài)和低溫
1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 
本項(xiàng)目新建循環(huán)水站、冷水站、配電室、控制室、消防水站、動(dòng)力站（儀表空氣和制氮裝置）等輔助設(shè)備。 
本項(xiàng)目不考慮辦公樓、食堂等福利設(shè)備。 本項(xiàng)目不考慮鍋爐房，蒸汽、脫鹽水外購(gòu)。 


2生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品方案 
2.1 生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品方案 
根據(jù)原料氣組成，組合甲方要求，確定本項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品方案。 
本項(xiàng)目年生產(chǎn)約1.57億Nm3液化天然氣（簡(jiǎn)稱(chēng)LNG）（19635N m3/h）和0.63億Nm3氫氣（7882Nm3/h），年處理4億Nm3焦?fàn)t煤氣（50000Nm3/h）。LNG甲烷含量大于98% vol，產(chǎn)品質(zhì)量符合《車(chē)用壓縮天然氣》要求；氫氣純度大于99.9% vol。 2.2 生產(chǎn)班制和年運(yùn)行時(shí)間 
裝置為連續(xù)運(yùn)行，年操作時(shí)間為8000 h。 工作班制為四班三運(yùn)轉(zhuǎn)。 
3 工藝技術(shù)方案比選 
根據(jù)焦?fàn)t煤氣組成、雜質(zhì)含量，結(jié)合產(chǎn)品方案，遵循工藝技術(shù)性、可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)型等原則，確定本裝置的工藝技術(shù)方案。 
焦?fàn)t煤氣是焦炭生產(chǎn)過(guò)程的副產(chǎn)物，其主要成分為H2、CH4、CO、CO2、N2等，其雜質(zhì)有焦油、萘、苯、硫化氫、有機(jī)硫等。焦?fàn)t煤氣中H2、CO和O2在一定條件下可以合成甲烷，但焦?fàn)t煤氣中的雜質(zhì)對(duì)甲烷合成催化劑有很大的影響，故本項(xiàng)目要先對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行凈化處理，以滿(mǎn)足甲烷合成的需要。焦?fàn)t煤氣甲烷合成后，氫還有約30%的富裕量，故本項(xiàng)目提純氫氣，以提高項(xiàng)目附加值。本項(xiàng)目生產(chǎn)工藝裝置包括原料氣儲(chǔ)存、壓縮工段、脫硫工段、合成工段、提氫工段、合成工段、液化工段、LNG儲(chǔ)罐及裝車(chē)站。工藝技術(shù)方案比選如下：



3.1

原料氣儲(chǔ)存氣柜在燃?xì)夤こ讨兄饕鹫{(diào)峰作用，在化工生產(chǎn)中有穩(wěn)壓、緩沖、調(diào)壓、混合作用，同時(shí)還可以起到事故、檢修時(shí)的儲(chǔ)備。儲(chǔ)氣柜分高壓儲(chǔ)氣柜和低壓儲(chǔ)氣柜，低壓儲(chǔ)氣柜又分為濕式氣柜和干式氣柜。高壓儲(chǔ)氣柜具有占地少、耗材少，在加壓制氣時(shí)可以直接輸送的特點(diǎn)。但屬于壓力容器，制作精度高，施工難度大，運(yùn)行管理費(fèi)用高的特點(diǎn)。濕式氣柜制作容易，操作維護(hù)方便，氣柜本身安全，造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用低。但占地面積大，使用壽命短，寒冷地區(qū)要有防凍措施等缺點(diǎn)。干式氣柜的高徑比較濕式大，占地面積小，荷重輕，基礎(chǔ)小，土建費(fèi)用相對(duì)節(jié)省，使用壽命為濕式的二倍以上，無(wú)需防凍等優(yōu)點(diǎn)，適用于大型儲(chǔ)量的氣柜。但一次投資大，制作精度高，操作管理嚴(yán)格。本項(xiàng)目擬選用一臺(tái)濕式儲(chǔ)氣柜，公稱(chēng)容積為50000m3，儲(chǔ)存時(shí)間為60分鐘。

3.2 

壓縮工段

壓縮工段是將原料焦?fàn)t煤氣加壓，以滿(mǎn)足焦?fàn)t煤氣凈化、合成、液化等工段的工藝要求。本項(xiàng)目擬采用螺桿壓縮機(jī)和往復(fù)壓縮機(jī)相結(jié)合，原料焦?fàn)t煤氣含雜質(zhì)較多，首先經(jīng)螺桿壓縮機(jī)加壓至0.41MPaG進(jìn)行脫油脫、脫粗硫；然后經(jīng)往復(fù)壓縮機(jī)加壓至2.8MPaG送至脫硫工段。提氫后的氣體，壓力降低，經(jīng)壓縮機(jī)增壓后送至液化工段。

3.3 

脫硫工段脫硫采用干法脫硫工藝，首過(guò)粗脫硫，將焦?fàn)t煤氣中的大部分無(wú)機(jī)硫脫除；其次經(jīng)預(yù)加氫、一加氫轉(zhuǎn)化器將焦?fàn)t煤氣中大部分有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫，并經(jīng)中溫鐵錳脫硫劑將無(wú)機(jī)硫脫除；再次經(jīng)過(guò)二加氫轉(zhuǎn)化器將焦?fàn)t煤氣中殘余的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫，并經(jīng)中溫氧化鋅脫硫劑將焦?fàn)t煤氣中的無(wú)機(jī)硫脫除，終使焦?fàn)t煤氣中總硫含量低于0.1ppm

3.4 

合成工段甲烷合成工藝采用多段反應(yīng)器串并聯(lián)優(yōu)化組合形式，以及冷凝液循環(huán)的甲烷合成工藝，即能利用合成反應(yīng)放出的熱量產(chǎn)生高品位的蒸汽，又使焦?fàn)t煤氣中CO和CO2合成甲烷反應(yīng)更*，可以直接進(jìn)入液化工段，實(shí)現(xiàn)小的循環(huán)和無(wú)循環(huán)操作。甲烷合成催化劑采用新奧集團(tuán)自主研發(fā)的中溫和高溫甲烷合成催化劑。

 

3.5 

提氫工段甲烷合成后的氣體組成為甲烷、氫氣、氮?dú)獾?。分離甲烷、氫氣的方法主要有：變壓吸附分離、膜分離、深冷液化分離等。 變壓吸附法是利用氣體混合物各組分在固體吸附劑上吸附能力的不同來(lái)進(jìn)行的。其原理是基于壓力和循環(huán)條件在加壓時(shí)完成氣體混合物的分離，在低壓時(shí)完成吸附劑的再生，用部分產(chǎn)品氣為脫附?jīng)_洗氣。吸附過(guò)程是在壓力下進(jìn)行的，再生沖洗一般在常壓下進(jìn)行。通常是兩個(gè)塔切換運(yùn)行。變壓吸附具有設(shè)備簡(jiǎn)單、脫附時(shí)間短、操作方便、純度高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是甲烷氣一側(cè)壓力為常壓，進(jìn)入下一工段還要增壓；氫氣側(cè)帶壓，作為燃料燃燒還需減壓，因此增加動(dòng)力消耗。 

膜分離法工作原理是兩種或兩種以上的氣體混合物通過(guò)高分子膜時(shí)，由于各種氣體在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)的不同，導(dǎo)致不同氣體在膜中相對(duì)滲透速率有差異。在驅(qū)動(dòng)力——膜兩側(cè)壓力差作用下，滲透速率相對(duì)快的氣體，如水蒸汽、氫氣、二氧化碳等優(yōu)先透過(guò)膜而被富集；而滲透速率相對(duì)慢的氣體，如甲烷、氮?dú)狻⒁谎趸嫉葰怏w則在膜的滯留側(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離之目的。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、氫氣側(cè)為常壓、甲烷氣一側(cè)壓降小，從而節(jié)省動(dòng)力。缺點(diǎn)是氫氣純度能達(dá)到90—95%，如果純度到99%以上，成本高。 
混合氣直接深冷液化法是將甲烷合成生成氣直接進(jìn)入LNG裝置，使甲烷直接液化與氫氣、氮?dú)夥蛛x，這種方法省去了甲烷與氫初步分離裝置，投資略少，甲烷分離的純度較高，但甲烷氣損失量高、氫氣純度低。 結(jié)合本項(xiàng)目產(chǎn)品方案，綜合考慮工藝要求、一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用等因素，你選PSA提氫裝置，以得到高純度氫氣，然后送至液化工段獲得LNG。

3.6 液化工段 
液化工段擬采用混合制冷液化工藝和低溫精餾分離工藝，將合成天然氣中氫氣和氮?dú)夥蛛x，以滿(mǎn)足LNG中甲烷含量的要求。

3.7 產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn) 
LNG儲(chǔ)運(yùn)有以下幾種形式：小型真空粉末絕熱儲(chǔ)罐、粉末堆積絕熱子母罐、粉末堆積絕熱常壓罐、低溫雙層球罐。 
考慮設(shè)備制造和生產(chǎn)維護(hù)，本項(xiàng)目擬選用低溫雙層粉末堆積絕熱常壓罐。選用公稱(chēng)容積為4500m3常壓低溫雙層粉末堆積絕熱常壓罐，儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間約為9天。 
儲(chǔ)罐采用地上式單容罐結(jié)構(gòu)（內(nèi)、外罐結(jié)構(gòu)）。內(nèi)罐為儲(chǔ)存LNG的立式罐，外罐為用低合金壓力容器鋼板制造的自支撐拱頂結(jié)構(gòu)的立式圓筒形儲(chǔ)罐。外罐與內(nèi)罐之間的夾層空間為絕熱層，絕熱層采用普通堆積絕熱的方式，填充膨脹珠光砂加氮?dú)?，使?chǔ)罐達(dá)到低溫絕熱的目的，以便儲(chǔ)運(yùn)LNG。 

裝車(chē)站采用外置低溫泵，將LNG儲(chǔ)罐中的液化天然氣裝車(chē)外運(yùn)。外置低溫泵與內(nèi)置低溫泵相比，泵與儲(chǔ)罐分離保證了泵的穩(wěn)定運(yùn)行、提高了泵的可靠性及效率，檢修方便易于維護(hù)，并節(jié)約投資。 
4 工藝流程簡(jiǎn)述 
4.1 原料氣儲(chǔ)運(yùn) 
由界外總來(lái)的原料氣經(jīng)水封槽進(jìn)入氣柜儲(chǔ)存緩沖，氣柜出口氣經(jīng)水封槽送出界外。

4.2 壓縮工段 
由氣柜來(lái)的混合煤氣經(jīng)螺桿壓縮機(jī)加壓至0.41MPa，依次進(jìn)入脫油脫萘塔、粗脫硫塔，脫油脫萘塔將混合煤氣中的焦油、萘及苯系物等雜質(zhì)脫除，粗脫硫塔將焦?fàn)t煤氣中的無(wú)機(jī)硫脫除，粗脫萘塔出口氣體進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)加壓至2.8MPa，送往脫硫工段。 

4.3 脫硫工段 
來(lái)自壓縮工段的焦?fàn)t煤氣溫度40℃，壓力2.8MPa，首入兩臺(tái)串并聯(lián)濾油器，除去混合煤氣中的微量的油，經(jīng)升溫爐加熱后進(jìn)入一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器，在催化劑的作用下，焦?fàn)t氣中的不飽和烴、有機(jī)硫化合物（COS、硫醚、硫醇等）、氧等與氫氣發(fā)生反應(yīng)，焦?fàn)t氣中的不飽和烴轉(zhuǎn)化為飽和烴、有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為易于脫除的H2S，經(jīng)一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器后將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫。一級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器出來(lái)的氣體進(jìn)入中溫脫硫槽，無(wú)機(jī)硫被吸收。中溫脫硫槽中出來(lái)的焦?fàn)t氣任然不能滿(mǎn)足甲烷合成催化劑對(duì)硫含量的要求，需要對(duì)其進(jìn)一步加氫、精脫硫處理。焦?fàn)t氣進(jìn)入二級(jí)加氫轉(zhuǎn)化器，在催化劑作用下進(jìn)一步加氫轉(zhuǎn)化，有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化率≥99%，幾乎*轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫。二級(jí)加氫出口的焦?fàn)t煤氣通過(guò)氧化鋅脫硫槽將H2S。終出氧化鋅脫硫槽的焦?fàn)t氣中總硫量為0.1ppm以下，送往合成工段。

4.4 合成工段 
來(lái)自脫硫工段的焦?fàn)t氣首入起保護(hù)作用的精脫硫塔，精脫硫塔出來(lái)的氣體按一定比例分為兩部分，分別進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器和二級(jí)反應(yīng)器。進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器的焦?fàn)t氣進(jìn)入增濕塔進(jìn)行增濕降溫，控制一定的加水量，進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器在此進(jìn)行甲烷合成反應(yīng)，使一級(jí)反應(yīng)器出口溫度控制在一定范圍內(nèi)。 
一級(jí)反應(yīng)器出口氣體經(jīng)過(guò)一級(jí)廢鍋回收熱量后與另一部分焦?fàn)t氣混合進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器。二級(jí)反應(yīng)器出口氣體經(jīng)過(guò)二級(jí)廢鍋降溫后進(jìn)入三級(jí)反應(yīng)器的上段，其出口氣CO含量幾乎為零，CO2含量為30 ppm。隨后經(jīng)段間廢鍋進(jìn)入三級(jí)反應(yīng)器的下段，其出口氣CO2含量約為3 ppm。

三級(jí)反應(yīng)器出口合成氣依次經(jīng)過(guò)凝液預(yù)熱器、除氧水預(yù)熱器、LNG預(yù)冷水換熱器、冷卻器，合成氣出口溫度至40 ℃送至提氫工段。

4.5 提氫工段 

變壓吸附分離過(guò)程由兩部分組成，即PSA1和PSA2。每個(gè)過(guò)程是相同的，吸附器在不同時(shí)間依次經(jīng)歷吸附（A）、多級(jí)均降（EID）、逆放（D）、抽空（V）、多級(jí)均升（EIR）、終充（FR）。PSA單元由12臺(tái)吸附器和一系列程序控制閥門(mén)構(gòu)成的變壓吸附系統(tǒng)構(gòu)成。PSA2單元由10臺(tái)吸附器和一系列程序控制閥門(mén)構(gòu)成的變壓吸附系統(tǒng)構(gòu)成。 上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)，專(zhuān)為用于煤氣制作管道上應(yīng)用
合成工段送來(lái)的SNG（1.8 MPa，40 ℃）進(jìn)入PSA提氫裝置，經(jīng)氣液分離器進(jìn)入PSA1單元的入口端，出口端得到的吸附廢氣送入PSA2單元作為原料氣。被吸附的組分通過(guò)逆放、抽空解吸，高壓側(cè)的氫氣進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存；低壓側(cè)的甲烷濃度較高的氣體送到液化工段。

4.6 液化工段 
從提氫工段來(lái)的提氫后的氣體經(jīng)壓縮機(jī)加壓至1.8 MPa進(jìn)入預(yù)冷器冷卻，進(jìn)入分水罐分離水后進(jìn)入PTSA變溫變壓脫水裝置，將SNG中的水和CO2脫除至1 ppm以下，出PTSA后經(jīng)過(guò)粉塵過(guò)濾器過(guò)濾粉塵，進(jìn)入冷箱液化。 
天然氣液化所需冷量由一套混合制冷劑循環(huán)系統(tǒng)提供?；旌现评鋭┯杉淄?、乙烯、丙烷和氮?dú)獾冉M成，利用各組分沸點(diǎn)的不同在各換熱器內(nèi)冷凝并過(guò)冷經(jīng)J-T閥減壓進(jìn)入反流制冷劑中依次冷卻不同溫區(qū)的原料天然氣和正流制冷劑，反流制冷劑被復(fù)熱后出冷箱進(jìn)入混合制冷劑壓縮機(jī)循環(huán)壓縮。 
SNG進(jìn)入冷箱中的主換熱器降溫后進(jìn)入低壓精餾塔底部，經(jīng)換熱器繼續(xù)降溫后進(jìn)入高壓精餾塔，在高壓精餾塔中將SNG中絕大部分氫氣和少量氮?dú)鈴乃敺蛛x出去，此鼓氣稱(chēng)為富氫氣，從高壓精餾塔頂部出來(lái)的富氫氣經(jīng)過(guò)冷換熱器、冷箱復(fù)熱，出冷箱，返回PTSA裝置，作為脫水塔的在生氣。 
富氫氣首先經(jīng)過(guò)脫水裝置中處于冷吹過(guò)程的吸附塔，再進(jìn)入在生氣加熱升溫，然后經(jīng)過(guò)脫水裝置中處于熱吹過(guò)程的吸附塔，出吸附塔后送入在生氣冷卻器降溫到40 ℃，經(jīng)過(guò)脫水分液罐分液后從頂部分離出的富氫氣體出界區(qū)，作為導(dǎo)熱油爐的燃料氣。 
高溫精餾塔底部的液體經(jīng)過(guò)節(jié)流閥減壓到0.41 MPa進(jìn)入低壓精餾塔中部，低壓精餾塔頂部分離出來(lái)的富氫氣體經(jīng)過(guò)換熱器、冷箱復(fù)熱后經(jīng)放空系統(tǒng)排放。低壓精餾塔底部出來(lái)的液體返回到冷箱過(guò)冷到-155 ℃后進(jìn)入換熱器，繼續(xù)過(guò)冷到-163 ℃后出冷箱，然后送至LNG儲(chǔ)罐。 
氮?dú)庵评溲h(huán)：從氮?dú)鈨?chǔ)罐送來(lái)的合格氮?dú)?，在氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)入口處補(bǔ)充入氮?dú)庵评溲h(huán)系統(tǒng)，在氮?dú)鈮嚎s機(jī)、冷箱、低壓精餾塔、高壓精餾塔之間連續(xù)循環(huán)，為高、低壓精餾塔塔頂預(yù)冷器提供冷量。 



混合制冷劑循環(huán)：從外界區(qū)送入的合格的五種制冷劑（氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷）按照設(shè)計(jì)要求比例補(bǔ)充入混合制冷劑制冷循環(huán)，混合制冷劑連續(xù)在制冷劑壓縮機(jī)、冷箱、換熱器之間循環(huán)流動(dòng)，為SNG、氮?dú)馓峁├淞浚粩嗟貙崃繋С鱿到y(tǒng)，由循環(huán)水帶出裝置。

4.7 產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn) 
來(lái)自液化工段的LHG送入LNG儲(chǔ)罐存儲(chǔ)。儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG經(jīng)LNG裝車(chē)泵送至裝車(chē)站裝車(chē)外送。與本文相關(guān)的論文有：油氣改革拉升閥門(mén)行業(yè)