张家口国储液化天然气有限公司 河北张家口 075000
摘要：天然气的液化是天然气开发利用的一个重要环节，加强对天然气液化场站生产过程的研究具有重要意义。当前的生产过程还存在着不少问题。天然气液化场站生产过程的优化必须要根据现场实际条件采取针对性措施来予以应对。
关键词：天然气液化厂站；生产过程；操作优化
1 前言
目前中国LNG点供场站的建设仍依托城镇燃气规范，无专门的单点直供场站建设规范，同时各省市仍存在建站办理手续不统一，各级政府无流程可依的情况。随着LNG运营商作为中国“煤改气”的主力军，气源完全市场化，政府逐步出台支持文件和保护政策。其中，国家能源局在《关于加快天然气利用的意见》中指出，在管网未覆盖区域开展以LNG为气源的分布式能源应用试点。各地方政府也提出，推进城镇燃气主干管网向城乡结合部和小城镇延伸，鼓励采用LNG供气作为过渡模式补充天然气供应空白。液化天然气的生产对社会发展有着极为重要的意义，对天然气的液化处理与利用是社会发展不可逆转的趋势，对天然气液化工作流程进行优化不仅能够提高生产效率，提高天然气液化场站的利润收益，还将间接为社会带来巨大的经济效益。
2 天然气液化生产过程
优化天然气液化生产过程的前提是了解这一过程，只有在了解了这一前提之后才能进行有效优化。天然气的液化生产过程主要包含进站调压计量、脱碳单元、天然气脱水、天然气液化单元、制冷单元、LNG储存单元、装车单元以及BOG回收利用单元。
2.1 脱碳单元
脱碳单元主要采用的是MEDA配比溶液，该溶液是自上而下的来进行流动，天然气则是逆向流动从而实现同溶液的交换。两者在经过交换之后天然气中的二氧化碳含量将会降到小于50ppm，二氧化硫的含量也将会小于5ppm。在吸收了这些含量之后溶液需要经过三级过滤，在过滤之后将能够实现闪蒸出饱和二氧化碳并实现就地排放。溶液在经过泵循环之后将再回到脱碳单元，而后继续使用。
2.2 脱水单元
脱水单元一般是由两台分子筛过滤器组成的，通过这两台过滤器将能够脱出水分和汞，天然气中的水分含量也将能够降低到小于1ppm的状态。在一个工作周期内，两台过滤器处于不同状态，一台是处于吸收状态，而另一台则是处于再生状态。通过这样的设置能够有效提升工厂效率。
2.3 天然气液化单元
液化单元的主要功能是要把天然气进行液化。当前液化单元通常采用的是混合冷剂制冷工艺。天然气在进入钎焊铝质芯体换热器之后将会自上而下的同经过配比的压缩混合冷剂进行换热。天然气经换热之后变成零下162℃的液化天然气（LNG），通过压力流经管道输送至LNG储存单元（带压储罐和常压储罐），并通过LNG泵增压后输送至LNG装车单元。
2.4 BOG回收
在液化处理过程中BOG主要是产生在装车单元挥发过程中，挥发量根据装车量确定。BOG一部分回收再液化利用，另一部分经处理之后当作燃料气来进行燃烧。
以上所论述的就是天然气液化场站的生产过程，在实际工作过程中重点是要对以上环节进行优化。
3 天然气液化场站的生产操作优化目标
对天然气液化生产的过程包括四个环节，首先要对天然气进行脱碳处理；其次要对天然气进行脱水处理；然后利用混合冷剂将天然气进行液化并输送到LNG储存单元以及装车单元；最后需要对前一流程中挥发出的BOG予以回收。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从生产流程来看，能够做优化处理的环节为液化与BOG回收环节，这两个环节是生产中的关键内容。
3.1液化环节
液化环节中采用的制冷循环流程一般为PRICO闭式制，这种生产方式具有较高的安全性，操作也比较简便，同时其效率也相对较高。对流程的优化要以不干扰正常的液化为前提，总的来说液化环节的优化目标应当是实现换热以及冷剂使用的最优化。具体来说，其优化目标为降低对冷剂的消耗，增加换热的效率，实现最大程度的循环再利用。
3.2 BOG回收环节
BOG回收环节的目标为提高BOG的有效利用率，对BOG进行回收与利用的方式有三个，一是对BOG进行再液化处理，这种方式通过对热流体出口处温度的提升以及对冷流体出口处温度的降低来实现节能；二是将BOG回收至LNG的储罐内，但是这种方法会导致罐内温度的提升；三是对BOG进行加热处理，直到其恢复常温状态，然后再予以加压处理，使之能够成为燃料气，供给城市或者其它生产环节使用。
4 天然气液化场站的生产操作优化流程
根据生产操作优化目标可以确定生产操作的具体优化流程，即优化措施的制度要从液化与BOG回收着两个环节入手。
4.1 交互式进化计算
交互式的进化计算能够通过对适应值函数的计算，将适合实际需求的个体生产出来。这种计算方式的优点在于能够同时实现多个目标的优化，人们即使在并不明确适应函数的情况下也可以对目标进行计算。但这一计算方法也存在一定的问题，为了解决计算中的问题，提高计算的准确性，工作人员采取了一系列措施对其予以改进。首先在交互计算的过程中工作人员采用的预测方法为绝对尺度预测，这种方式不仅能够使预测器噪声降低，还能够将收敛速度进行提升；其次，为了减少疲劳现象的发生，工作人员在交互计算中引入了多智能体，提高了计算的效率；最后为了实现对个体的分辨与计算，在设计中还引入了分层思想。经过改良后，交互计算能够对液化环节与BOG回收环节的优化目标值进行明确的计算，目标值的确定将为优化工作提供重要的依据。
4.2 交互式进化计算在生产环节中的应用
4.2.1 液化环节
从液化环节来说，需进行优化处理的变量为：①第一级冷却出口位置的温度；②冷箱处天然气出口位置的温度；③冷箱处冷剂入口位置的流量；④重烃分离器中的液位；⑤蒸发换热器中BOG出口位置的温度。约束操作优化的条件有三点，第一，优化的前提条件为保证天然气生产状态的正常化；第二，第一级冷却出口位置的温度应当控制在合理的范围内，保证温度满足天然气液化以及重烃分离的需求，既不能过高，也不能过低；第三，为了保证生产过程的安全性，重烃分离器中的液位也应当予以控制，过低或者过高都有可能导致安全事故的发生。
以实际生产过程为依据，对液化环节进行交互进化计算后可以发现当能源消耗的目标值为18.815，冷剂的循环利用效率目标值达到87.885时能够实现液化环节的最优。
4.2.2 BOG回收环节
从BOG回收环节来看，其影响优化处理的变量包括两个，即冷箱入口处的温度与换热器中热流体的流量。约束回收环节操作优化的条件与液化环节相同都有三点，第一是将换热器中热流量出口位置的流量与温度都控制在安全范围内；第二是要将BOG压缩机中第一级入口位置的压力与温度控制在合理的范围内；第三是要将冷箱入口位置的温度范围进行规范。最终计算得出当冷流体出口位置的温度目标值达到88.42，热流体出口位置的温度目标值达到36时可实现BOG回收环节的最优化。
5 结语
天然气液化场站生产流程的优化是一项重要工作，在实际工作过程中应该充分认识到优化的重要性。本文首先是分析了生产的基本流程，而后重点分析了需要优化的液化单元和BOG单元的优化目标。之后重点论述了如何进行优化。实现天然气液化场站的优化需要采用专业的技术措施及模拟分析，辅之以工程实践，才能够实现良好的工程经济效益。
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论文作者:李青青
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/26
标签：天然气论文; 环节论文; 单元论文; 场站论文; 生产过程论文; 温度论文; 脱碳论文; 《防护工程》2018年第5期论文;