提高LNG工厂空冷器的运行效率及稳定性

杨琳 周晓莉 何华 张树伟 刘晓杰

摘 要：本文结合山西某LNG工厂实际运行情况，从对LNG工厂空冷器工艺技术和运行情况的现状调查入手，重点探究了LNG工厂空冷器运行中存在问题的解决对策及其效果。

关键词：LNG;空冷器;运行效率;稳定性

1 项目背景

山西某LNG工厂日处理煤层气200万方，年产LNG近45万t，集液化天然气生产、储存、销售于一体，是目前国内单套处理量最大的进口装置之一。工艺装置引自德国林德公司的Limum?专利工艺技术，采用变频调节技术和大型绕管换热技术，每天能够完成60-70辆LNG槽车充装任务，约合1200t。

2 现状调查

2.1 脱碳单元空冷器

2.1.1 工艺介绍

山西LNG工厂采用德国BASF生产的活化MDEA（N-N甲基乙醇胺）配方溶剂对原料气中的二氧化碳进行吸收。通过散堆填料与塔中部进入的MDEA溶液逆流接触，二氧化碳与胺液形成弱的化学键，酸性气体被有效吸附。吸附二氧化碳后的胺液聚集在胺洗塔底部成为富胺液，通过换热后进入到胺汽提塔，被由导热油加热的高温水蒸气及二氧化碳汽提带走富胺液中的二氧化碳，汽提后的贫胺液聚集在胺汽提塔塔釜，再经由换热器后通过贫胺液泵（55℃）、贫胺液冷却塔增压、冷却后回到胺洗塔继续吸收天然气中的二氧化碳，至此形成胺液系统的闭式循环。

2.1.2 运行情况

12E03及12E04两套空冷器均采用水平鼓风式安装，各设有一台变频风机及一台工频风机，空冷器出口温度与空冷器运行负荷形成PID控制回路，实现环境温度变化时的自动调节。

2.2 脱水单元空冷器

2.2.1 工艺介绍

脱水单元装置采用两塔流程，一塔吸附，一塔再生，再生气取自干燥处理后的天然气经过再生气加热器中的导热油加热到205℃，从干燥器底部进入塔内，对分子筛进行加热再生，进入再生气分离器将冷凝水分离出来，气体进入再生气压缩机增压重新回到脱水单元进行再脱水处理。

2.2.2 运行情况

再生气冷却器冷却介质为190℃的再生气，出口要求冷却温度42℃，空冷器的运行效率直接关乎到再生气压缩机能否正常运行，分子筛吸附和再生依照既定程序设置执行，温度不合适将导致整个脱水单元时序控制混乱，因此要保证再生气空冷器温度平稳。夏季运行过程中，同样存在换热效率无法满足实际运行需求的情况。

2.3 循环压缩机空冷器

2.3.1 工艺介绍

绕管式换热器换热返回的混合冷剂经由MRC压缩机一级入口分离器分离后，进入MRC压缩机入口，进过一级压缩后出口压力约为2.65MPa，分离出的气相进入MRC压缩机二级入口，利用循环压缩机后冷却器41E02冷却至42℃，进入压缩机出口分离器分离，分离后的气相冷剂以及液相冷剂进入绕管式换热器为不同温度段天然气提供冷量降温。

2.3.2 运行情况

41E01及41E02均为引风式安装空冷器。山西LNG工厂MRC压缩机采用变频调速的离心式压缩机，在控制系统内设置防喘振曲线，操作人员根据运行点与喘振点偏差及时调整各项参数，从而避免压缩机发生喘振对压缩机造成损伤。

2.4 BOG压缩机空冷器

2.4.1 工艺介绍

系统内的BOG主要来源于LNG储罐受热蒸发气、装车返回气、工艺节流产生气等，BOG含量约为80-90%的甲烷，10-20%的氮气，根据储罐的液位、装车数量不同，每天的产生量大约在3万-5万标方。

2.4.2 运行情况

BOG压缩机空冷器采用水平引风式安装，由于该空冷器为压缩机撬内设备，未设置温度与空冷器负荷的闭环控制，因此如何实现BOG压缩空冷器温度的自动调节成为需要解决的问题。

3 制定对策

3.1 针对夏季空冷器运行效率无法满足设计需求的解决对策

①利用物理清洗，采用高压水枪，在距离空冷器换热管1.2m左右，采用8-12bar的高压水枪垂直冲洗换热，冲去污渍;②增设喷淋装置，采用喷淋水泵将喷淋水箱内的除盐水输送至位于水平放置管束上方的喷淋分配器，由分配器的喷嘴将冷却水向上喷淋到热管表面，使管表面湿润并形成水膜，通过喷淋水增强空冷器的降温效果。

3.2 针对脱碳单元空冷器12E03、12E04在冬季运行过程中存在冻堵风险的解决对策

①12E03、12E04均采用鼓风式安装，四周均设有百叶窗，为了防止管束内结晶析出或者凝固，冬季可以根据实际情关闭百叶窗、调整风扇叶片角度，减少进入管束的空气流量;②极端天气情况下，即使关闭四周的百叶窗也无法保证空冷器内介质不发生凝固或结晶析出。调整空冷器电机相序以及顶部百叶窗开度，使其中的一台空气反向流动，建立热风内循环。

3.3 循环压缩机空冷器在冬季运行过程中存在受环境影响过大的情况，对主压缩机的平稳运行造成极大隐患

选择轻薄且耐用的材料固定在引风式空冷器风扇罩顶部，减少外界自然风直接吹向空冷器，同时保证变频风机与外界空气的基本换热，从而实现引风式空冷器冬季的平稳运行。

3.4 对BOG冷却器无法实现远程温度自动调节的解决对策

新增控制电缆施工难度较大，因此考虑在已有控制线缆基础上进行技术改造。为实现BOG压缩机冷却器温度的自动控制，考虑通过自动调整百叶窗的开度实现自动控制，新增气动调节阀用以控制百叶窗开度。

4 效果验证

4.1 针对夏季空冷器运行效率无法满足生产需求问题的解决

采用喷淋水对空冷器降温，可以在原基础实现3℃的温降，从而满足生产运行的需求。为避免翅片上积聚水垢，应采用除盐水作为喷淋水来源，由于除盐水产量有限，因此喷淋水降温仅适用于高温天气下间断性进行。

4.2 针对脱碳单元空冷器冬季易冻堵问题的检查及处理

2018年1月5日胺汽提塔冷凝器12E04口温度飙升至80℃，胺汽提塔塔压远高于正常运行指数，经过商议，调整工频电机相序以及四周百叶窗开度，同时启动两台风机，形成热风循环，经过1.5个小时，12E03出口温度逐渐降低，管束折流侧丝堵回温，胺汽提塔以及胺汽提塔回流罐压力降低，生产逐渐恢复正常。

4.3 针对循环压缩机空冷器在冬季运行过程中存在受环境影响过大的情况，对主压缩机造成隐患的问题解决效果

通过增设工频风机的隔离苫布，维持了MRC压缩机冷却器出口溫度在34℃以上，温度控制在相对合理范围内对MRC压缩机运行的保护。增设隔离苫布后，将温度控制在合理范围内，既保证了MRC压缩机的运行偏差，也保证了压缩机功率处于相对较低的状态，大大降低了运行隐患，为冬季的安全生产提供了保障。

4.4对BOG压缩机冷却器无法实现远程温度自动调节的效果验证

通过增设百叶窗自动调节装置，为冬季以及夏季BOG压缩机冷却器的平稳运行提供了保障，解决了人员无法远程调节温度的困扰。

5 结语

通过以上各项措施的实施，实现了该LNG工厂空冷器的平稳、高效运行。直观上的技改费用远远低于厂家100万余元的价格;客观上，空冷器的平稳运行为该LNG工厂安全运行提供了强有力的保障，对其他相同类型的LNG工厂存在着极大的借鉴意义。

参考文献：

[1]刘磊，武晓博，王军虎.天然气净化装置空冷器远程操作改造及效果评价[J].数字化用户，2018，024（019）：115.

[2]潘向东，黄斌，陶一男，等.石油和天然气化工装置空冷器检维修技术探讨[J].石油和化工设备，2019，022（012）：83-85，90.

作者简介：

杨琳（1984- ），男，汉族，河北省任丘市人，学历：本科，现有职称：工程师，研究方向：液化天然气生产与运行。