LNG液化冷箱低温管道堵塞分析

王辉

【摘要】液化天然气作为一种优质、清洁的能源，液化天然气广泛应用于城市公交和重型卡车，对改善城市空气质量、节能减排具有重大意义。文章基于管道基本理论，结合LNG液化冷箱内管道分析的实例，针对A工厂冷箱堵塞问题进行分析，研究提出可行性解决方案。

【关键词】LNG；液化冷箱；管道分析

目前我国液化天然气（LNG）装置发展突飞猛进。液化冷箱在整个分离系统中起到至关重要的作用。而对低温管道低温状态的正确分析，是确保整个装置处于安全运行的一项关键设计环节。目前国内生产运行的LNG工厂中，原料气气质组成发生变化是较为常见的问题，原有的工艺设计无法有效脱除重烃组分，重烃随着天然气进入冷箱。目前国内LNG项目冷箱普遍采用紧凑、轻巧、高效的板翅式结构，随着天然气冷却液化过程，苯以及苯衍生物为主的环状芳香烃凝固并堵塞冷箱狭窄的流道，轻则导致工厂停产，重则出现安全事故。通过对国内某LNG工厂（以下简称A工厂）生产运行中冷箱堵塞案例进行分析，提出了LNG装置防止冷箱堵塞的设计及事故解决方案，对LNG工程项目建设及工厂事故处理具有参考意义。

一、冷箱堵塞情况

液化冷箱主要构成部分：（1）冷箱框架；（2）珠光砂；（3）板翅换热器；（4）分离罐；（5）管道；（6）管道支架及换热器支架。A工厂LNG装置生产线于2012年4月投产并达到满负荷生产能力，装置连续稳定运行至2012年8月底，之后装置因冷箱天然气通道低温堵塞出现多次非正常停车，给工厂带来一定的经济损失并严重威胁装置安全运行。堵塞发生在冷箱天然气通道下部的a、b、c三处（见图1），其中以b处堵塞造成非正常计划停车次数最多。

图1 A工厂LNG装置冷箱堵塞示意图

1、a處过滤器发生堵塞

该过滤器处的压降明显增加，产品LNG去储罐的流量明显减少，此时冷剂制冷温度和产品LNG的出冷箱温度正常，换热器下部b处压力降正常，但随着时间的推移，制冷端的温度下降，LNG产品端温度下降。在不操作的情况下，随着时间的推移，该过滤器的压降在增加到满量程（0.3MPa）数小时后，过滤器压降又会下降到正常水平，但同时能观察换热器下部b处压力降有增加趋势。

2、b处换热器流道发生堵塞

主要表现为b处压力降有明显增加趋势，冷剂的制冷温度和产品LNG的冷端温差明显增加，同时产品段LNG去储罐的流量减少。出现该情况后一般需要调整液化装置操作参数使冷箱底部换热器的温度上升到-130℃～90℃，使b处压力降回归正常而恢复生产；但有时装置必须停车，通过加温解冻才能使装置恢复正常生产。

二、冻堵原因分析

1、满足天然气液化的杂质脱除要求

天然气液化前，必须将原料气中的H2S、C02、H20、汞及重烃等脱除，以避免CO2、H20、重烃在低温下冻结而堵塞设备和管线，H2S、有机硫、汞等产生腐蚀。除H20、CO2外，常见的引起低温堵塞的因素还包括苯、环己烷、新戊烷、苯的衍生物等。

2、A工厂LNG装置天然气中杂质分析

A工厂的原料气来自于管网天然气，经脱碳、脱水、脱汞后进入液化装置，在冷箱中换热天然气冷却到-160℃获得产品LNG。从天然气的组分看，常见的LNG低温堵塞的天然气组分是H20和CO2，一般LNG装置需控制H20含量≤0.1x10-6，C02含量≤50x10-6。但在A工厂LNG装置堵塞时，在线的天然气H2O和CO2分析仪指示正常，用Dragontube和实验室比对分析，H20和CO2含量仍正常。

三、解决堵塞的方案分析

针对A工厂LNG装置堵塞的实际情况，可以判断进冷箱的净化天然气中的苯、环己烷严重超标，而分离措施简单，不能达到有效分离要求，即使经过重烃分离后，天然气中的苯、环己烷含量仍然很高，在进一步液化中导致冷箱的板翅式通道堵塞。

由于板翅式换热流道狭窄易堵，必须彻底脱除原料天然气中的杂质。脱除天然气中的重烃并达到天然气液化要求，以彻底解决LNG工厂中装置设备堵塞问题，表1列出了常见的天然气脱重烃工艺方案。

对于A工厂液化装置冷箱堵塞问题，方案4优化操作法是不需要对装置进行改造的实施方案，通过调节重烃分离器人口调压阀的操作压力，降低重烃分离器出口温度，办法比较简单。但该法解决堵塞问题的同时却提升了LNG生产成本。虽然A厂现在采用该法，但这不是长期解决堵塞问题的最佳方案。

方案1是针对原料天然气为重烃（C5+）组分少（小于200x10-6）的管网气及气田气，对原料气重烃变化的适应性差，应用领域有限。

方案2是目前天然气脱重烃比较常用并且成熟的工艺方案，但目前冷箱天然气通道无法新增开口，该方案目前无法实施。

方案3采用吸收剂洗涤，在重烃分离器后面增加洗涤塔，利用相似相容原理，用低温洗涤剂与天然气逆向接触，脱除重烃后的天然气重新回到冷箱，适合A厂改造，设备仅增加洗涤塔、洗涤罐和洗涤剂增压泵各一台，投资低，洗涤剂定期更换，该法是A厂解堵的最优解决方案。

表1天然气脱重烃工艺方案

结论

近年我国LNG工业发展迅速，LNG工厂生产中暴露的问题也日益凸显，冷箱堵塞是其中一个突出问题。在设计及建设初期应充分考虑原料气变化对工艺及设备的影响，特别是引进国外工艺包技术或国外工程公司参与的工程项目，从原始数据的输入条件，例如原料气气质、气象数据、水源等方面充分考虑其变化特点，以提高LNG工厂对原料气气质、气候条件等因素变化的操作适应性，避免出现装置降负荷运行，工厂反复开停工，甚至出现安全生产等问题。建设初期，建设单位，设计院、PMC等参建单位需充分考虑国内外工程设计的差异性，对提供的原始数据变化的可能性充分论证，以增强装置工艺及设备的适应性。

参考文献

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