余辉
（河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南 沁阳454592）
［摘 要］河南晋煤天庆煤化工有限责任公司生产装置是在“3·52·5”项目（即300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素及5×108 m3/a工业燃气）基础上改造而成的，现实际产能为300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素、3×108 m3/a煤制天然气，其合成氨联产750 km3/d天然气液化装置采用混合制冷剂液化流程，生产中出现制冷剂压缩机级间（一、二段）冷却器泄漏、冷箱多次发生CO2冻堵而需停车复热、原料气压缩机入口管道振动严重、富甲烷气含油量超标致板翅式换热器堵塞、原料气压缩机“大马拉小车”等问题，采取更换制冷剂压缩机级间冷却器、增设脱碳系统及脱烃系统、原料气压缩机入口增设回流管线、增设富甲烷气除油设施、对原料气压缩机进行改造等优化改进措施后，天然气液化装置运行稳定、安全可靠，日产LNG最高达520 t。
［关键词］天然气液化装置；运行问题；优化改进；级间冷却器；脱碳系统；原料气压缩机；回流管线；除油设施
［中图分类号］TE646 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）02-0023-05
1 概 况
河南晋煤天庆煤化工有限责任公司（简称晋煤天庆）为晋煤集团全资子公司，主要生产液氨、尿素、煤制燃气等化肥化工产品，是国内首家实施合成氨联产天然气改造的企业。现有生产装置是在“30·52·5”项目（即300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素及5×108 m3/a工业燃气）基础上改造而成的，现实际产能为300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素、3×108 m3/a煤制天然气。一期项目总投资38.6亿元，占地1 000亩，是采用晋煤集团丰富的优质无烟煤为原料建设的1套现代煤化工装置，实际产能达570 kt/a总氨。二期项目总投资4.4亿元，于2016年8月1日正式竣工投产，该套煤制天然气及液化装置是晋煤天庆与英国戴维公司、杭州中泰深冷技术股份有限公司技术合作的崭新成果，是我国东部地区第一套煤制天然气装置。二期项目天然气产品分为两部分，一部分经输气站通过管网直接输送至下游用户，另一部分通过深冷装置液化为液化天然气（LNG）后装车销售。
2 天然气液化装置工艺流程描述
晋煤天庆合成氨联产750 km3/d天然气液化装置采用混合制冷剂液化流程（见图1，图中虚线圈内为技改部分，有关内容详见下文），以由氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷按照一定的比例组成的混合制冷剂为工质，逐级进行冷凝、蒸发、节流膨胀，在不同温度段获取制冷量，以逐步冷却和液化天然气。
2.1 原料气压缩系统
合成车间甲烷合成装置送来的甲烷合成气，常温、压力为2.29 MPa，先经原料气压缩机缓冲罐进行稳压缓冲，再通过原料气压缩机提压至5.5 MPa后，经冷却器冷却和分离器（共用）分离后送入脱碳系统。
原料气压缩系统有3台同型号的往复活塞式压缩机，两开一备，均由三相异步电机驱动，电机通过联轴器带动压缩机曲轴进行运动；原料气压缩机为对称平衡式两列一级压缩，气缸为无油润滑双作用水冷式，气阀采用网状阀结构，并采用水冷。
2.2 脱碳系统
原料气压缩机送来的原料气［压力5.0～6.5 MPa，温度约40 ℃，CO2含量≤3%（体积分数）］从吸收塔下部进入，自下而上通过吸收塔；再生后的活化MDEA溶液［称作贫液，温度一般高于原料气（进气）温度4～7 ℃］经贫液泵升压至7.3 MPa后从吸收塔上部淋入，与原料气在吸收塔内逆向接触，原料气中的CO2被吸收而进入液相，未被吸收的组分从吸收塔顶部引出，经吸收塔顶冷却器降温至40 ℃后，进入吸收塔顶气液分离器除去水分，并在吸收塔顶过滤器内分离出夹带的雾沫和机械杂质，出分离器的净化气送入脱水系统。
吸收CO2后的MDEA富液温度约59 ℃，经闪蒸罐减压至0.4 MPa，将溶解在MDEA溶液中的气体闪蒸出去，闪蒸后得到的半贫液通过贫富液换热器与再生塔底部流出的溶液（贫液）进行热交换后，升温至95～99 ℃去再生塔上部，在再生塔内汽提再生直至达标（再生塔再沸器的热源来自0.5 MPa的低压饱和蒸汽系统，再生塔下部操作温度为115～125 ℃）。出再生塔的贫液，经降温、增压后返回吸收塔；再生塔顶部出口温度约102 ℃、压力为0.02～0.05 MPa的富含CO2的气体，先经CO2冷却器降温至40 ℃以下，再进入CO2气液分离器分离液体，气相经调节阀稳压后高点放空。
2.3 脱水系统
脱水系统由3台脱水塔（1台脱水塔处于吸附状态，另2台分别处于再生状态之加温和冷吹阶段）、1台蒸汽加热器、1台再生气冷却器、1台再生气气液分离器、2台过滤器组成。
出脱碳系统的净化气分成两路：一路直接进入处于吸附状态的脱水塔，脱除气体中的水分后去净化气过滤器净化，之后分别进入预冷器、输气站；另一路气体作为再生气对脱水塔进行冷吹，从冷吹状态的脱水塔底部进入、顶部排出，冷吹后的气体进入蒸汽加热器，加热至约220 ℃后进入加温状态的脱水塔顶部，从底部排出后进入再生气冷却器冷却至40 ℃左右，最后进入再生气气液分离器分离出水分后与原料气混合进入下一轮的吸附、再生。
脱水系统还起着分配天然气气量的任务：当管道天然气用户用气量大时，可打开去输气站管道阀门进行补充；管道天然气用气量小时，可关小或全关去输气站阀门，天然气大部分或全部进入液化装置。
2.4 管道反输气及脱烃系统
来自外管网的反输气（5.0 MPa左右）直接进入脱碳系统除去CO2等酸性物质，通过脱水系统干燥后进入脱烃系统的洗涤塔底部，自下而上通过洗涤塔，与冷箱来的LNG逆流接触后除去气体中的重组分，之后进入冷箱液化，洗涤下来的重组分送往重烃储罐。脱烃系统只是在管道反输气中重组分含量高的时候启用。
2.5 预冷系统
来自净化车间的富甲烷气（干燥、洁净气体，压力5.5 MPa）、脱水系统的净化气、冷剂压缩系统的混合冷剂，在进入冷箱前经预冷系统预冷。预冷系统主要由1台板翅式换热器、1台溴化锂冷水机组、2台冷水泵组成，冷媒为洁净的脱盐水，经冷水泵加压至0.35 MPa并被溴化锂冷水机组冷却至10～12 ℃后，进入板翅式换热器冷却上述3种介质。
2.6 冷箱系统
冷箱系统由板翅式换热器、汽提塔、闪蒸罐等组成。5.5 MPa的富甲烷气在冷箱内冷却液化后，经节流减压阀减压后进入汽提塔，在汽提塔内将CO与甲烷进行分离，塔顶出口气相为富CO气体，塔底液相为LNG产品，富CO气体经板翅式换热器复温后出冷箱，进入界区气柜；LNG产品经板翅式换热器过冷（-161 ℃）、减压（0.012 MPa）后，与另一股直接在冷箱内液化的合成气混合，然后送入LNG储罐。
2.7 混合冷剂压缩系统
汽轮机带动制冷剂压缩机将压力0.13～0.24 MPa的混合冷剂压缩至3.0 MPa后送入冷箱进行节流，为天然气液化提供冷量，节流后的混合冷剂返回制冷剂缓冲罐，之后再进行压缩，循环利用。
2.8 储运系统
储运系统由LNG储罐和充装泵、撬装装车臂组成：核心设备为2台不锈钢常压储罐，液化天然气的储存温度为-160 ℃，不锈钢球罐与外罐之间采用珠光砂堆积绝热方式；充装泵由3台低温屏蔽泵组成，两开一备；储罐内的LNG经充装泵加压至0.25 MPa送至装车臂，装车臂由4套撬装设备组成，可同时给3辆LNG罐车充装，每套撬装设备均设置有入口紧急切断阀、LNG液相及气相拉断阀、静电保护装置等安全设施，确保充装过程安全。
3 运行中出现的问题及优化改进
3.1 制冷剂压缩制冷单元换热器泄漏
更多内容详见《中氮肥》2021年第2期