精编完整版冀东油田部分液化管道天然气项目可研报告

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冀东油田部分液化管道天然气项目

可行性研究报告

2013年6月

目录

第一章 设计基础资料 .................................................................................................................... 1

1.1 项目概况.......................................................................................................................... 1 1.2 计量单位.......................................................................................................................... 1 1.3 原料天然气 ...................................................................................................................... 1 1.4 公用设施条件 .................................................................................................................. 2

1.4.1 装置用电 ............................................................................................................... 2 1.4.2 装置用水 ............................................................................................................... 2 1.4.3 导热油系统 ........................................................................................................... 3 1.4.4 仪表空气 ............................................................................................................... 3 1.4.5 装置用氮气 ........................................................................................................... 3 1.4.6 装置用燃料气 ....................................................................................................... 4 1.4.7 消防用水 ............................................................................................................... 4

第二章 产品方案和公用工程消耗 ............................................................................................... 5

2.1 生产规模和产品方案 ...................................................................................................... 5

2.1.1 生产规模 ............................................................................................................... 5 2.1.2 产品方案 ............................................................................................................... 5 2.1.3 装置操作弹性范围 ............................................................................................... 5 2.2 公用工程消耗 .................................................................................................................. 5

2.2.1 装置电耗 ............................................................................................................... 6 2.2.2 循环冷却水 ........................................................................................................... 7 2.2.3 脱盐水 ................................................................................................................... 7 2.2.4 导热油 ................................................................................................................... 8 2.2.5 装置其他消耗一览表 ........................................................................................... 8

第三章 工艺技术方案及说明....................................................................................................... 9

3.1 概述.................................................................................................................................. 9

3.1.1 天然气净化 ........................................................................................................... 9 3.1.2 天然气液化与储存 ............................................................................................. 10

3.2 工艺流程特点 ................................................................................................................ 11

3.2.1 原料气预处理系统 ............................................................................................. 11 3.2.2 液化和制冷系统 ................................................................................................. 11 3.2.3 原料气组分变化 ................................................................................................. 12 3.2.4 可调节范围 ......................................................................................................... 12 3.3 产品确认及说明 ............................................................................................................ 12 第四章 工艺设备选型和供货..................................................................................................... 13

4.1 原料气过滤调压计量系统 ............................................................................................ 13 4.2 原料气预处理系统 ........................................................................................................ 13 4.3 低温液化系统 ................................................................................................................ 18 4.4 气波制冷机系统 ............................................................................................................ 19 4.5 产品储存装车系统 ........................................................................................................ 19 4.6 氮气系统........................................................................................................................ 20 4.7 仪表空气系统 ................................................................................................................ 21 4.8 手动阀门........................................................................................................................ 21 4.9 设备的供货状态 ............................................................................................................ 21

4.9.1 非标设备 ............................................................................................................. 21 4.9.2 各类泵 ................................................................................................................. 23

第五章 装置性能保证值............................................................................................................. 25

5.1 基本条件........................................................................................................................ 25 5.2 测量方法........................................................................................................................ 25 5.3 考核条件........................................................................................................................ 25 5.4 性能保证值 .................................................................................................................... 25

5.4.1 液化天然气产量 ................................................................................................. 25 5.4.2 电耗 ..................................................................................................................... 26

第六章 设计标准 ........................................................................................................................ 27 第七章 项目建设周期................................................................................................................. 29 第八章 项目投资估算................................................................................................................. 30 第九章 经济效益分析................................................................................................................. 32

9.1 经济效益分析基础数据 ................................................................................................ 32

9.2 财务分析........................................................................................................................ 32 9.3 财务预测........................................................................................................................ 33

第一章 设计基础资料

1.1 项目概况

本天然气液化装置将按下述条件进行设计，每天生产13.7777×104Nm3液化天然气。

本天然气液化装置是利用天然气输气管网之间的压力差，采用气波机膨胀制冷的方法，将原料天然气部分液化的成套装置。

1.2 计量单位

除非另有说明，本技术文件的所有图纸、文件和技术资料将按如下的国家法定计量单位：

温度 压力 流量 功率 组成

℃

MPa(MPa表示绝压、MPa.G表示表压) Nm3/h(指0℃、0.101325MPa的气体状态) kw mol%

1.3 原料天然气

原料天然气参数： 气源 气量

管输天然气 100×104Nm3/d

6.0MPa.G(按6.0MPa.G设计) 0.8MPa.G

常温(按0~35℃设计)

方案选择的管道天然气组成数据，见表1.3-1。

进站压力 出站压力 温度

组成(mol%)

说明：天然气组份的含量直接影响工艺流程组织和净化设备的设计，本技术方案按(表1.3-1)设计。但根据乙方在LNG装置上的设计和调试经验，本装置的

CO2最大含量按3%mol设计，水露点最大按进气条件下饱和状态设计。

表1.3-1原料天然气组成数据

介质 氮气 N2 甲烷 CH4 乙烷 C2H6 丙烷 C3H8 异丁烷 iC4H10 正丁烷 nC4H10 异戊烷 iC5H12 正戊烷 nC5H12 己烷及以上 二氧化碳 CO2 水露点 组成mol% 1.205 92.798 3.864 0.224 0.079 0.121 0.061 0.030 0.299 1.319 备注 按≤3%设计 按进气条件下饱和设计

1.4 公用设施条件 1.4.1 装置用电

厂区供电设计按2路外供电考虑，电压为380V。

天然气液化装置的电力主要供仪表控制系统以及其他辅助机器和泵等使用。

1.4.2 装置用水

补充水的来源，暂时确定补充水由市政给水管网供给，压力0.35MPa.G 。 本天然气液化装置需要两种类型的水：冷却水、脱盐水。

1) 冷却水的质量应符合GB50050《工业循环冷却水处理设计规范》标准要求。循环冷却水的基本要求为：

设计上水/回水温度

32℃/40℃

设计上水压力 ≥0.4MPa.G

2) 脱盐水采用反渗透装置生产。

脱盐水主要用于MDEA循环再生过程中损耗的补充。 脱盐水成分的要求如下： 导电率 SiO2

≤10us/cm ≤0.02ppm， ≤0.2ppm， ≤0.025ppm ≤0.025ppm ≤0.2ppm ≤5ppm

总硬度 (按CaCO3计) 铁

总溶解固体 铜 Cl-

1.4.3 导热油系统

本天然气液化装置需要高低温导热油各一路，低温一路用于脱二氧化碳溶剂再生，高温一路用于原料天然气干燥系统的分子筛再生，由新建的导热油系统提供。

1.4.4 仪表空气

本液化装置需要仪表空气，为气动仪表提供动力气源，初步确定在厂区新建。 仪表空气压力 露点温度

0.5~0.7MPa.G ≤-40℃

1.4.5 装置用氮气

本天然气液化装置需要氮气，初步确定在厂区新建氮气系统。

氮气主要用于首次开车和检修时的置换、保持LNG贮槽和液化冷箱正压、低温系统的加温解冻等。

氮气的基本要求为： 氮气压力

0.5~0.7MPa.G

纯度

≥99.99% ≤1ppm ≤1ppm

含水量

含二氧化碳量

1.4.6 装置用燃料气

本天然气液化装置的导热油炉采用直接火焰加热，需要使用燃料气，采用装置原料天然气或BOG做燃料气。

燃料气压力

0.2MPa.G

1.4.7 消防用水

本天然气液化装置的厂内不设置消防专业车队，其职能由厂外社会专业消防队提供。在厂区内仅设置满足生产安全消防所需的消防水池和消防泵站及管网。

第二章 产品方案和公用工程消耗

2.1 生产规模和产品方案 2.1.1 生产规模

本天然气液化装置设计LNG产量不小于13.7777×104Nm3/d。 年开工时数按8000小时。

原料天然气处理量为60×104Nm3/d。

2.1.2 产品方案

本装置的产品为液化天然气(LNG)，见表2.1.2-1

表2.1-1产品方案 标准气体状态LNG产量 液体状态LNG产量 液化天然气(LNG) 产品质量流量 LNG贮槽的储存压力 LNG贮槽的储存温度 257.8m/d 105t/d 0.12MPa.G -147.℃ 3说明：LNG 的产量是指液化冷箱出口处的产量。

2.1.3 装置操作弹性范围

本天然气液化装置的液化能力的弹性范围：40%~120%。

2.2 公用工程消耗

装置在上述产品及产量下的日消耗量见表2.2-1，单位产品消耗见表2.2-2。

表2.2-1 装置日消耗一览表

消耗项目 耗量 备注

原料天然气 工艺性用电 补充新鲜水 60×10Nm 43 指轴功率 按闭式水考虑，以工程设计为准 6636Kw.h 129m3 表2.2-2 每Nm3 的LNG消耗一览表

消耗项目 燃料气 工艺性用电 补充新鲜水 消耗量 0.073Nm3 0.048Kw.h 0.94L 备注 CO2含量对此项指标有重要影响 按轴功率计算 按闭式水考虑，以工程设计为准 2.2.1 装置电耗

装置在上述产品及产量下的电耗见表2.2-3.

表2.2-3. 工艺主装置电耗一览表（Kw）

功率（Kw） 项目 轴功率 MDEA循环泵 回收泵 MDEA液下泵 冷干机 仪表空气压缩机 氮气加热器 125 1.5 4 45 15 30 电机功率 用1备1，两台2×150 2×2.2 5.5 2×55 2×22 40 380V、50Hz 380V、50Hz 380V、50Hz 380V、50Hz 气冷却 380V、50Hz 380V、50Hz 总电耗 间断使用，不计LNG装车泵 19.1 2×30 380V、50Hz 入总电耗，用1备1 循环冷却水泵 凉水塔风机 55 11 2×75 15 380V、50Hz 380V、50Hz 用1备1 用1备1 加温用，不计入互为备用 用1备1 用1备1 用于分子筛再生电压等级 备注

仪表控制系统用电 合计 20 276.5 20 220V、50Hz 2.2.2 循环冷却水

本装置的工艺性循环冷却水耗量见表2.2-4。冷却水的质量应符合GB50050《工业循环冷却水处理设计规范》标准要求。循环冷却水的基本要求为：

设计上水温度 设计回水温度 设计上水压力

32℃ 40℃ ≥0.35MPa.G

表2.2-4循环冷却水一览表

项目 脱酸气冷却器 MDEA贫液冷却器 酸气冷却器 再生气冷却器 气波机冷却器 合计 循环冷却水量(m/h) 40 140 30 85 65 360 3备注 2.2.3 脱盐水

脱盐水采用反渗透装置生产，脱盐水成分的要求如下： 导电率≤10μs/cm

SiO2≤0.02ppm,总硬度（按CaCO3计）≤0.2ppm 铁≤ppm0.025ppm

总溶解固体≤0.025 ppm，铜≤0.2ppm，Cl-≤5ppm 脱盐水用量

300Kg/h

2.2.4 导热油

本天然气液化装置需要低压的高、低温导热油，主要用于装置脱二氧化碳溶

剂再生以及原料天然气干燥系统的分子筛再生，由买方新建的导热油系统提供。

高、低温导热油压力

≥0.50MPa.G 160/140℃ 2069 kJ/s 280/250℃ 622 kJ/s

低温导热油供/回油温度 低温导热油提供热量

高温导热油供/回油温度 高温导热油提供热量

2.2.5 装置其他消耗一览表

装置在上述产品及产量下的其他消耗量见表2.2-5。

2.2-5 装置其他消耗一览表

消耗项目 MDEA 活化剂 溶液过滤活性炭 分子筛 脱重烃用活性炭 浸硫活性炭 煤基活性炭 φ6瓷球 φ13瓷球 消耗量 6t 6t 0.70t 6t 1.5t 1.5t 1.5t 0.9m3 0.9m3 备注 每年用量 每年用量 每年更换一次 每2年更换一次 每2年更换一次 每2年更换一次 每2年更换一次 每2年更换一次 每2年更换一次

第三章 工艺技术方案及说明

3.1 概述

LNG装置的原料天然气杂质为水分和二氧化碳，原料气的净化就是要清除原料天然气中的水分和二氧化碳等杂质。由于水分和二氧化碳在液化冷箱内的低温环境中将以冰或霜的形式冻结成固体，会导致如下情况：

1）在换热器表面会增加换热热阻，使换热器工况恶化。 2）在管道、阀门和喷嘴内冻结会引起堵塞，特别在节流阀处。 根据上述采用的原料天然气，其净化过程分为下列3个步骤： 1）天然气脱酸性气体(即脱除二氧化碳)。 2）天然气干燥(脱除天然气中的微量水分)。 3）天然气脱重烃和汞。

下表是LNG产品的原料天然气的处埋指标。

表3.1 LNG装置预处理指标

杂质组分 水 二氧化碳 硫化氢 芳香烃 汞 H2O CO2 H2S Hg 预处理指标 <0.5~1ppm <50~100ppm <4ppm <10ppm <10ng/Nm3 3.1.1 天然气净化

从管网来的压力为6.0MPa的原料天然气自界区外进入装置，（如果压力不足，需要增压）首先在过滤分离器中分离可能存在的水分或凝液。之后进入MDEA脱酸气系统，脱除酸性气体后的天然气进入分子筛吸附器除去水分，天然气由上而下通过吸附器，从吸附器中出来的天然气水分含量≤1ppm。

? 分子筛吸附器的再生：

吸附器为三台，一台处于吸附状态、一台处于再生状态、一台处于冷却状态，切换使用。(暂定吸附周期8小时)

入脱水装置的部分天然气作为吸附器再生和冷却的介质：

分出的再生气通过流量计量后，由上而下通过冷却状态的吸附器，冷却气体流出吸附器后进入再生气加热器加热到280℃，由下而上通过加热状态的吸附器，再生气流出吸附器后，经过再生气冷却器冷却，进入再生气水分离器分离冷凝的水分。冷却后的再生气与主流汇合，进入处于吸附状态的吸附器。

3.1.2 天然气液化与储存

天然气的液化过程如图3.1所示：

图3.1 天然气液化流程示意图

净化后的天然气在进入冷箱前分作两路，分别叫气波机路（402：图中节点编号，下同）和高压气路（401），气波机路占总气量的80.7%，高压气路气量占19.3%。两路气进入冷箱降温。

气波机路预冷降温到-32℃（407），进入气波制冷机，膨胀至0.82MPa，降温至-104℃（408），膨胀后的低温气体均返回冷箱中的板翅式换热器，为天然气液

化提供冷量并复热到36℃，以0.8MPa（G）（413）送入中压管网。

高压气路进入冷箱中的板翅式换热器降温，降到-107℃（403）后节流减压到0.12MPa（G），降温至-147℃（404）进入气液分离罐，罐顶的气相（406）返回板翅式换热器，为天然气液化提供冷量并复热到36℃（409），然后一部分作为燃料气（410），另一部分进入中压管网（412）。

罐底的LNG液体产品送入LNG储罐，压力为0.12MPa（405）。

3.2 工艺流程特点 3.2.1 原料气预处理系统

原料气预处理系统的工艺流程所选择的工艺方法具有如下特点：

1）采用活性胺法(MDEA)脱碳，较MEA法具有发泡小、腐蚀性小、胺液损失小等特点。

2）采用分子筛吸附可以深度脱水，即使在低水汽分压下仍具有很高吸附特性。

3）采用活性炭脱重烃，可使芳香烃和C6+，重烃基本脱除，彻底解决低温冻堵问题，保证长周期运转。

4）将脱水与脱重烃组合到一起，减少切换阀门的数量，提高装置运行的可靠性。

5）汞与浸硫活性炭上的硫产生化学反应生成硫化汞，吸附在活性炭上，从而达到脱除汞之目的。采用浸硫活性炭脱除汞，其价格低廉。

6）精密过滤元件可以使分子筛和活性炭粉尘过滤到10um以下。 7）采用子母贮槽储存LNG,LNG带压储存，同时储存量较大。

3.2.2 液化和制冷系统

液化和制冷系统所选择的工艺方法为气波制冷机膨胀制冷，其特点为： 1）该工艺流程充分利用了管网之间的压力能

2）气波制冷机近似可看做一个静设备，上游高压管网压力、流量的变化，不会对气波机造成任何损坏，操作极其简便。

3）装置基本无能耗，运行稳定，维护成本低。

3.2.3 原料气组分变化

通过适当调节装置的运行条件，可在较宽的范围内适应原料天然气组分的变化。

3.2.4 可调节范围

天然气液化装置的产能可调节范围受下列因素的影响 1）下游中压管网的天然气消耗量。

2）预处理系统的负荷调节范围(40%~120%)。 整个装置可在40~120%之间调节。

3.3 产品确认及说明

对业主提供的原料组分，采用先进工艺计算软件进行了流程计算，计算结果如表3.3-1：

表3.3-1流程计算结果

项目 LNG贮存压力 LNG贮存温度 LNG分子量 LNG密度 每m3液体汽化后的气体体积 每吨液体汽化后的气体体积 汽化后的标态密度 低位热值 数据 0.12MPa.G -147.4℃ 17.1 426.8kg/Nm3 564Nm3 1310Nm3 0.765kg/Nm3 9016kcal/Nm3 备注 可以看出，液化后的天然气是优质的，由于其杂质含量微乎其微，燃烧过程更加环保。

第四章 工艺设备选型和供货

本章所述的工艺设备基本技术数据以最终设计为准。

4.1 原料气过滤调压计量系统

分离并过滤原料天然气中的液态相固态杂质，为后续系统提供洁净、压力稳定的原料天然气。

序号 设备名称 基本工艺参数 处理气量：30000Nm3/h 1 过滤分离器 进口压力：6.0MPa.G 进口温度：0~35℃ 2台 Q345R 属非标设备 数量 主体材质 其他说明

4.2 原料气预处理系统

为防止低温液化过程中二氧化碳、水和重烃(含苯)的冻结，将采用溶液吸收和分子筛吸附等方法来脱除这些杂质，设备构成如下：

序号 设备名称 基本工艺参数 数量 主体材质 其他说明 原料气脱酸气单元 处理气量：30000Nm3/h 二氧化碳设计含量≤3% 1 吸收塔 设计压力： 6.0MPa.G 进口温度：-40℃ 处理气量：30000Nm3/h 脱酸气冷2 却器 气体进出口温度：-40℃ 脱酸气分3 离器 进口温度：-40℃ 处理气量：30000Nm3/h 1台 Q345R 属非标设备 器 气体进口温度：-60℃ 1台 不锈钢换热属非标设备 Q345R 1台 Q345R 属非标设备

设计压力： 6.0MPa.G 设计温度：80℃ 进口流量：~60m3/h MDEA循4 环泵 进口温度：-55℃ 处理量~28m3/h 闪蒸分离5 器 设计压力： 6.0MPa.G 设计温度：80℃ 处理量5m3/h MDEA溶6 液过滤器 设计温度：80℃ 介质管程/壳程：MDEA贫液/MDEA富液 工作压力管程/壳程：0.06/0.12MPa 贫富液换7 热器 0.06/0.6MPa 工作温度管程/壳程：120℃/95℃ 设计温度管程/壳程：140℃/120℃ 介质管程/壳程：MDEA贫液/循环水 工作压力管程/壳程：贫富冷却8 器 设计压力管程/壳程：0.6/0.6MPa 工作温度管程/壳程：80℃0.05/0.12MPa 1台 属非标设备 设计压力管程/壳程：1台 属非标设备 设计压力： 6.0MPa.G 1台 Q345R 属非标设备 进口温度：-50℃ 1台 Q345R 属非标设备 扬程：600m 2台 不锈钢 备1 过流部分为离心类，用1属泵类

/40℃ 设计温度管程/壳程：100℃/60℃ 介质管程/壳程：酸气/循环水 工作压力管程/壳程：0.05/0.12MPa 设计压力管程/壳程：酸气冷却9 器 工作温度管程/壳程：105℃/40℃ 设计温度管程/壳程：120℃/60℃ 处理量：600Nm3/h 酸气分离10 器 设计温度：80℃ 设计压力： 0.09MPa.G MDEA地11 上储槽 设计温度：80℃ 设计压力： 0.09MPa.G MDEA地12 下储槽 设计温度：80℃ 设计压力： 0.09MPa.G 13 消泡剂罐 有效容积：0.8m3 设计温度：80℃ 进口流量：~1m3/h 过流部分为14 消泡剂泵 扬程：80m 进口温度：~40℃ 进口流量：~4m3/h 15 回收泵 扬程：80m 2台 不锈钢 过流部分为属泵类 1台 不锈钢 属泵类 1台 不锈钢 属非标设备 有效容积：1.6m3 1台 Q345R 属非标设备 有效容积：5m3 1台 Q345R 属非标设备 设计压力： 0.09MPa.G 1台 不锈钢 属非标设备 管 0.09/0.6MPa 1台 不锈钢换热属非标设备 Q345R

进口温度：~40℃ 进口流量：~5m3/h MDEA液16 下泵 进口温度：~40℃ 工作压力：0.04MPa 设计压力： 0.09MPa 17 再生塔 工作温度：120℃ 设计温度：150℃ 介质管程/壳程：导热油/MDEA溶液 工作压力管程/壳程：0.5/0.05MPa 设计压力管程/壳程：18 再沸器 0.8/0.09MPa 工作温度管程/壳程：160℃/125℃ 设计温度管程/壳程：200℃/180℃ 原料气干燥与脱重烃单元 吸附状态压力/温度：6.0MPa．G/40℃ 再生状态压力/温度：19 吸附塔 6.0MPa.G/280℃ 出口H2O≤1ppm、C2H6≤20ppm 介质管程/壳程：天然气/导热再生气加20 热器 工作压力管程/壳程：2.6/0.5MPa 油 1台 不锈钢 Q345R 属非标设备 3台 Q345R 属非标设备 1台 不锈钢 属非标设备 1台 不锈钢 属非标设备 扬程：80m 2台 不锈钢 用1备1 过流部分为属泵类

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