Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии получения сжиженного природного газа. Учебное пособие
.pdf
ло
ные
Большинство действующих заводов СПГ использует технологию
C3MR (APCI) смешанного хладагента с предварительным пропановым
охлаждением (см. рис. 3.11). Такая технология хорошо зарекомендовала себя в условиях субэкваториального климата. Для России в условиях
холодного климата оптимальными являются технологии DMR, применяемые в проекте «Сахалин-2», и технология MFC – в проекте Snohvit.
Рассмотрим технологии C3MR, DMR, MFC. Сравним их конструкции и основные характеристики.
Крупнотоннажные процессы различаются по числу циклов охлаждения и по типам оборудования, в частности теплообменников.
Все процессы сжижения ПГ можно условно разделить на процессы с одним холодильным циклом, с двумя и с тремя холодильными
циклами (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Основные характеристики процессов
Чис
ХЦ
1
Малотоннаж-
2
3
Крупнотоннажные
Примечание. СВТО – спиральновитые теплообменные аппараты; РПТО –
Компания-
Процесс
разработчик
Black & Veatch PRICO СХА РПТО
Shell, APCO SMR CXA СВТО
Linde BHP/Linde Азот РПТО
SMR CXA СВТО
Kryopak PCNR/SCMR CXA/CXA РПТО
Technip TEALARC CXA РПТО
APCI C3-MR,
C3MR/SplitMR
C3-MR (PMR) C3/CXA СВТО
Shell DMR CXA/CXA СВТО
IFP/Axens liquefin CXA/CXA РПТО/РПТО
APCI AP-X C3/CXA/N2 КТИ/СВТО/
Phillips Cascade C3/Этилен/C1 КТИ/РПТО
Optimised Cascade C3/Этилен/C1 КТИ/РПТО
Statoil/Linde MFC CXA/CXA/CXA СВТО
Холодильный
агент
C3/CXA КТИ/СВТО
Теплооб-
менник
РПТО
ребристо-пластинчатые теплообменные аппараты; КТИ – кожухотрубчатые испарители с паровым пространством; СХА – смешанный хладагент.
31
Рассмотрим конструкцию и основные характеристики теплооб-
менников.
СВТО – спиральновитые теплообменные аппараты (рис. 3.12)
представляют собой пучки алюминиевых трубок, спирально намотанных на сердечник и помещенных в цилиндрический корпус. Поверхность теплообмена этих аппаратов составляет порядка 25000–50000 м2.
На первом заводе СПГ в Алжире применялись спиральновитые теплообменники из нержавеющей стали. Завод СПГ на Сахалине укомплектован спиральновитыми теплообменниками фирмы Linde.
Рис. 3.12. Схема многопоточного спиральновитого
теплообменного аппарата
Тепловые потоки В, С, Д – это природный газ и два потока хладагентов высокого давления, проходящие по трубным пучкам. Холодный поток А – это поток хладагента низкого давления, направляющийся сверху вниз в межтрубном пространстве. Температура внизу
аппарата составляет приблизительно минус 40 °С, вверху минус
150 °С. Производительность СВТО до 4 млн т СПГ в год. Их габари-
32
ты зависят от числа навитых труб и внутреннего давления потоков
(рис. 3.13). Диаметр спиральновитых теплообменников составляет 3–
6 м, а высота 10–50 м. Масса достигает 250 т [10].Устанавливаются на
крупнотоннажных производствах с большой производительностью.
Рис. 3.13. Внешний вид спиральновитого теплообменника
РПТО – ребристо-пластинчатые теплообменные аппараты (рис. 3.14)
собираются из рядов параллельных алюминиевых пластин с гофрированными ребрами между ними, спаянными в единую конструкцию.
Рис. 3.14. Вертикальная установка РПТО
33
Теплообменивающиеся потоки подаются между этими пластинами (рис. 3.15, 3.16). Размер РПТО примерно в 10 раз меньше СВТО,
поэтому они не используются в процессах с высокой производительностью.
Рис. 3.15. Схема многопоточного
ребристо-пластинчатого
теплообменного аппарата
Рис. 3.16. Распределение
теплообменивающихся потоков
Ребристо-пластинчатые теплообменные аппараты чувствительны
к большим и резким перепадам температур, поэтому они менее
надежны по сравнению со спиральновитыми теплообменниками. На
крупнотоннажных заводах РПТО используются в циклах предварительного охлаждения.
КТИ – кожухотрубчатые испарители с паровым пространством
применяются в предварительном пропановом цикле. На каждую ступень
пропанового цикла приходится один испаритель. Схема кожухотрубчатого испарителя с паровым пространством представлена на рис. 3.17.
Все крупнотоннажные технологические процессы производства
СПГ различаются по следующим признакам:
– рабочее давление: большинство установок СПГ работают при
давлении в пределах 3,5–7,0 МПа, кроме процесса Liquefin (Axens),
предусматривающего давление около 10,0 МПа;
34
– число холодильных циклов: от одного до трех;
– наличие или отсутствие каскада;
– тип основного криогенного теплообменника (ОКТ): спиральновитой или ребристо-пластинчатый;
– наличие или отсутствие газового или жидкостного турбодетандеров в холодильных циклах;
– тип внешнего охлаждения: водяное или воздушное;
– приводы компрессоров: паровые, газовые турбины или электродвигатели.
Рис. 3.17. Схема кожухотрубчатого испарителя с паровым пространством
Рассмотрим процессы сжижения природного газа, наиболее широко применяемых в современном производстве СПГ.
3.5. ТЕХНОЛОГИЯ СЖИЖЕНИЯ СМЕШАННЫМ ХЛАДАГЕНТОМ
С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ПРОПАНОМ C3MR (APCI)
Принципиальная технологическая схема процесса приведена
на рис. 3.18. Система пропанового охлаждения использует четыре
уровня давления [5] для предварительного охлаждения, как потока
природного газа, так и потока СХА. Далее природный газ сжижается в
нижней секции основного криогенного теплообменника и переохла-
35
ждается в верхней секции. Поток СХА направляется в сепаратор. Жидкость из сепаратора, тяжелый хладагент, переохлаждается в нижней
секции теплообменника, дросселируется и поступает в межтрубную
часть теплообменника. Газовый поток из сепаратора, легкий СХА,
сжижается и переохлаждением в трубной части теплообменника дросселируется, после чего поступает в его межтрубную часть.
Рис. 3.18. Принципиальная технологическая схема процесса C3MR
Пропан на выходе из компрессора конденсируется воздухом или
водой в пропановом конденсаторе.
Смешанный хладагент состоит из азота, метана, этана и пропана.
После выхода из теплообменника он в виде насыщенного пара поступает в компрессор. Поток СПГ из теплообменника проходит через
дроссельный клапан. Результирующий двухфазный поток проходит
сепарацию в испарительной емкости. Этот процесс позволяет достичь
приемлемой концентрации азота в СПГ. Температура СПГ, поступающего из теплообменника, контролируется для получения желаемого
объема отпарного газа из испарительной емкости. Затем товарный
СПГ подается в резервуар – хранилище СПГ.
36
3.6. КАСКАДНЫЙ ПРОЦЕСС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СМЕШАННОГО ХЛАДАГЕНТА MFC (Statoil И Linde)
Эта технология основана на применении трех раздельных контуров
охлаждения со смешанными хладагентами и выбрана для завода СПГ
Snohvit производительностью 4,3 млн т в год [5]. Процесс включает три
отдельных цикла охлаждения на смешанных хладагентах: предварительного охлаждения, сжижения и переохлаждения (рис. 3.19).
Рис. 3.19. Принципиальная технологическая схема процесса MFC
В цикле предварительного охлаждения теплообмен осуществляется
в оребренных пластинчатых теплообменниках. Спирально-навитые
трубчатые теплообменники используются в других циклах. В цикле
37
предварительного охлаждения дросселирование хладагента производится на двух ступенях давления. В циклах сжижения и переохлаждения хладагент дросселируется на одной ступени давления. В схеме
предусмотрены жидкостные турбодетандеры: один – на потоке СПГ,
второй и третий – на потоках хладагента второго и третьего циклов.
Известно, что в цикле предварительного охлаждения используется смесь этан – пропан. Для других циклов в качестве хладагентов
также были выбраны бинарные смеси: метан – этан и азот – метан.
На заводе СПГ Snohvit компании Statoil размещено пять турбогенераторов LM 6000, обеспечивающих питание внутренней электросети с подачей резервного питания от местной сети. Внутренняя сеть
обеспечивает подачу электроэнергии на отдельные электродвигатели
с переменной частотой вращения, приводящие в движение компрессоры, общей мощностью от 50 до 60 МВт. Такой подход позволяет
уйти от индивидуального подбора компрессоров хладагента и газовых турбин, что обеспечивает более высокую степень гибкости.
3.7. ТЕХНОЛОГИЯ ДВУХКОНТУРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
СМЕШАННЫМ ХЛАДАГЕНТОМ DMR (SHELL)
Технологический процесс сжижения DMR (double mixed
refrigerant – хладагент двойного смешения) был разработан в 2002 г.
для средне- и крупнотоннажного производства с производительностью технологической линии 2–5 млн т в год (на «Сахалине-2» –
4,8 млн т в год).
Технология предполагает использование двух потоков циркулирующего охладителя, представляющего собой смесь азота и легких
углеводородов (обычно – метан, этан, пропан, изобутан, бутан): контур предварительного охлаждения и контур сжижения (рис. 3.20).
Сухой очищенный природный газ проходит предварительное
охлаждение и частичную конденсацию в теплообменниках предварительного охлаждения с помощью смешанного хладагента 1-й ступени
и подается в теплую часть главного криогенного теплообменника
38
(теплообменник III). Двухфазный поток поступает в сепаратор С1,
где от него отделяются тяжелые компоненты.
Паровая фаза сепаратора С1 возвращается в криогенный теплообменник, где она охлаждается и конденсируется. Затем поток СПГ
направляется в хранилище при температуре минус 161 °С и атмосферном давлении. Для отделения азота от СПГ используется сепаратор С3. Паровая фаза сепаратора С3, которая образуется при сбросе
давления в дросселе, компримируется и используется в качестве топливного газа.
Жидкая фаза сепаратора С1 поступает на фракционную установку. Пары смешанного хладагента СХА1 низкого давления из теплообменника II компримируются в компрессоре К1 и охлаждаются в
промежуточном холодильнике, смешиваются с парами смешанного
хладагента среднего давления из теплообменника I, компримируются
в компрессоре и охлаждаются в воздушном концевом холодильнике.
Хладагент СХА1 высокого давления частично конденсируется и делится на два потока. Первый поток после редуцирования в дросселе до
среднего давления возвращается в теплообменник Т01 и далее направляется на сжатие в компрессор. Второй поток поступает в теплообменник
II, где конденсируется и переохлаждается. Перед возвратом в теплообменник II давление потока понижается на регулирующем клапане.
Потоки смешанного хладагента СХА1 полностью испаряются в
теплообменниках предварительного охлаждения I и II перед возвратом в компрессор соответствующей ступени. Смешанный хладагент 2
низкого давления компримируется в компрессорах основного цикла с
промежуточным охлаждением в аппаратах воздушного охлаждения
(промежуточный и концевой холодильники). Дальнейшее охлаждение и частичная конденсация СХА2 высокого давления осуществляются потоком смешанного хладагента СХА1 в теплообменниках
предварительного охлаждения I, II.
После предварительного охлаждения двухфазный поток смешанного хладагента СХ2 разделяется на «тяжелый» (жидкая фаза сепара-
39
тора С-2) и «легкий» СХ2 (паровая фаза сепаратора С-2). «Легкий» и
«тяжелый» смешанный хладагент СХ2 подаются в теплую часть теплообменника III разными потоками.
Рис. 3.20. Принципиальная технологическая схема процесса DMR
«Легкий» смешанный хладагент («легкий» СХ) проходит теплую,
холодную и криогенную части теплообменника, после чего его давление
понижается на дросселе перед подачей в криогенную часть теплообменника III, где он переохлаждает СПГ и конденсирует природный газ.
«Тяжелый» смешанный хладагент («тяжелый» СХ) проходит
теплую, холодную части теплообменника III, после чего его давление
понижается на дросселе перед подачей в холодную часть теплообменника III, где он смешивается с «легким» СХ и конденсирует природный газ. Поток смешанного хладагента СХ низкого давления полностью испаряется и перегревается в теплой части теплообменника
III перед возвратом в компрессор К2.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]