FLNG丙烷预冷双氮膨胀液化工艺中试装置试验分析

为验证中国海油自主研发的丙烷预冷双氮膨胀新型FLNG液化工艺的技术可行性及适应性,建设了一套2万m3/d规模的液化中试装置。通过试验验证了冷却温度、天然气压力对液化工艺的影响,并进行了液化单元快速开停车方案试验。试验结果表明:随着混合冷剂级间冷却温度降低,FLNG液化中试装置液化能耗降低,试验过程中冷却温度降低12℃条件下天然气处理能力增加4.26%,液化单位能耗减少约5%;FLNG液化中试装置快速开车时间主要受板翅式换热器的降温速度要求限制,先开启过冷氮气循环,再开启液化段氮气循环是达产最快的开车程序,开车5 h内可以达到设计生产负荷;FLNG液化中试装置具有快速停车性能,可以在5 min内关停,停车后5 d内冷箱恢复常温;随着天然气压力降低,FLNG液化中试装置液化能力下降,试验过程中天然气压力从3 547 kPa降低到2 000 kPa时天然气处理能力降低11.2%。本文试验分析结果为大型FLNG液化装置工程化提供有效技术保障。

南海深水气田FLNG装置丙烷预冷双氮膨胀液化工艺流程关键运行参数影响分析

以南海某深水气田为研究目标,运用HYSYS软件对所提出的FLNG装置丙烷预冷双氮膨胀液化工艺流程的关键运行参数进行了优化分析,重点分析了进入液化单位的天然气入口温度、入口压力、组成和压缩机水冷器温度、丙烷节流后温度、氮气一级膨胀前后压力对整个液化工艺流程性能(包括系统能耗、制冷剂流量)的影响。研究认为需要从技术、经济和安全性等方面进行综合分析后才能合理确定进入液化单元天然气入口温度、入口压力和压缩机水冷器温度,合理确定一级氮气膨胀前后压力有助于降低系统功耗和氮气流量;根据丙烷自身的性质,丙烷预冷的温度设定在-35℃左右比较合理。

我国南海深水气田FLNG装置丙烷预冷双氮膨胀液化工艺试验模拟分析

天然气液化工艺是海上浮式液化天然气船FLNG的关键技术之一,目前处在少数几个公司的专利保护之中.由于海上特殊的作业环境,海上FLNG液化工艺的选择与陆上有所不同,研究适合于我国南海海洋环境和油气物性的FLNG液化工艺以及通过试验手段验证FLNG液化工艺在海上的适应性尤为必要.论文分别通过2000m^3/d的小型装置和20000m^3/d的中试装置试验,实现了具有自主知识产权的丙烷预冷双氮膨胀FLNG液化工艺的静态和动态性能的验证.通过将液化关键设备置于晃荡平台上的动态试验以及丙烷分离罐与冷箱之间液位差变化等动态模拟手段,验证了该液化工艺具有较好的海上适应性.2000m^3/d小型试验装置的静态试验模拟表明,在设计规模下,天然气的液化率可达99.1%,能耗可达0.42kw·h/m^3.将冷箱置于晃荡平台上的动态试验表明,船体横摇3.6°时换热性能不受影响.20000m^3/d中试装置的试验表明,该液化工艺具有液化率较高和能耗较低,开停车快速的优点以及较好的海上适应性.通过小型和中试装置的静态和动态试验,表明该液化工艺具有液化率较高、能耗较低以及较好的海上适应性等特点,验证了具有自主知识产权的丙烷预冷双氮膨胀FLNG液化工艺,能较好地适用于我国南海特殊的环境条件和油气物性,可作为我国南海深远海气田开发FLNG工程模式的液化工艺方案之一.

丙烷预冷双氮膨胀浮式天然气液化中试装置的规模分析研究

以应用于海上的浮式丙烷预冷双氮膨胀液化装置为原型,拟建设一套液化中试装置。为了确定液化中试装置的规模,提出中试装置与原型装置之间宜遵循流程一致性、关键控制方式一致性、运动相似性和流态相似性等四项原则。上述原则中,分析表明,对于除关键控制方式一致性外,流程一致性、运动相似性和流态相似性对中试装置的规模没有直接的影响。为了与原型装置的关键控制方式保持一致,中试装置的设备选型就显得非常重要,其中对于确定规模影响较大的关键设备为制冷剂压缩机,而冷箱、压缩机驱动器、透平膨胀机及丙烷换热器对规模影响不大。因此,建议中试装置中压缩机的型式与浮式天然气液化装置保持一致,冷箱中换热芯体可以考虑采用两台并联的设计方案。

大型FLNG/FLPG装置上部模块二氧化碳预冷双氮膨胀液化工艺方法

针对FLNG/FLPG装置区别于常规FPSO以及陆上LNG工厂的关键和难点技术,以南海某深水气田为研究目标,开展了FLNG/FLPG装置液化工艺方案优化分析,提出了具有自主知识产权的CO2预冷双氮膨胀的海上FLNG液化工艺。对影响该工艺流程性能的关键参数进行了优化,分析了该工艺对于海上FLNG装置的适应性。结果表明:二级制冷工艺用于海上FLNG装置的天然气预冷过程,当二氧化碳一级制冷温度在-20℃左右,二级制冷温度在-50℃左右,氮气循环压缩机出口压力取8 MPa,两级氮膨胀制冷分界温度取-98℃,海水换热温差在8℃左右,单列总功耗为6.258×104 kW,液化率为93.7%,比功耗为0.327 1 kW·h/m3。该工艺安全性高、流程简单、设备紧凑、经济性较好,具有较好的海上适应性。(图6,表4,参8)。

FLNG装置双氮膨胀天然气液化工艺参数的确定

为了明确FLNG(Floating Liquefi ed Natural Gas)开发模式在我国海上气田应用的可行性,对海上气田双氮膨胀天然气液化工艺过程及主要参数进行了模拟分析。以目标气田气体组分和温压数据为基础,在保持气体组分、流量、进入液化段的温度及其压力不变的情况下,利用HYSYS软件分析了预冷、液化及过冷3个阶段的出口温度、液化段与过冷段的制冷剂循环压力对液化工艺流程的压缩功率、换热器功率、制冷剂流量、比功率以及冷箱负荷等的影响。结果表明:当液化段中气体的出口温度设定为-75℃,液化段和过冷段制冷剂的循环入口压力分别为3 450 k Pa和1 710 k Pa时,循环系统压缩机组的压缩功率和比功率达到最小值;预冷段的温度设定对制冷剂总压缩功率没有影响,但能够调整预冷段和液化段之间的换热负荷分配。该研究可以为FLNG开发方案的设备选型、技术和经济评估提供参考。

FLNG液化工艺系统放大效应及应用研究

海上天然气液化工艺技术是LNG-FPSO的主要研究内容。以丙烷预冷双氮膨胀液化工艺的小试试验装置和中试试验装置为依托,建立了相应的小试、中试液化工艺模型。首先通过比较试验结果和模拟结果验证了模型的准确性,然后通过HYSYS软件数值模拟分析了两种规模原料气参数的变化对液化工艺系统的影响。鉴于小试、中试液化流程,设备选型,以及原料气参数的不完全相同会影响工艺放大效应的准确分析,通过对小试和中试装置的试验研究以及小试、中试及目标气田的液化工艺的模拟研究,提出净比功耗的概念。研究结果表明,净比功耗能够有效的反映工艺系统随装置规模放大过程的性能变化。随着液化规模的增大,净比功耗逐渐降低,工艺适应性更强,明确了丙烷预冷双氮膨胀液化工艺的可行性。在数值模拟基础上,采用净比功耗计算方法可以对不同规模液化流程的净比功耗进行预测,为目标气田的投产和运营提供参考。