2019.06 科学技术创新 - 147- 关于 LNG 工厂冷箱冻堵原因分析及改造探讨 白新红 （陕西延长石油天然气公司延川站， 陕西 延川 717200） 摘 要： 液化天然气在生产的过程中， 往往会出现各种冻堵情况，而 LNG 冷箱是天然气生产重要设备，在对 LNG 冷箱的冻堵 情况进行分析时， 需要结合 LNG 生产的具体流程， 分析可能出现冻堵的情况， 才能够对进行合理的判断。通过对 LNG 的生产流程 进行分析， 探究了 LNG 冷箱的冻堵部位与主要冻堵的原因， 并提出了 LNG 冷箱至堵的改造策略。 关键词： LNG； 冷箱； 冻堵 中图分类号： TE682 文献标识码： A 文章编号： 2096-4390（2019）06-0147-02 LNG 冷箱是液化天然气（LNG）生产的重要核心设备，在生 产的过程中，原料气体（甲烷）在 LNG 冷箱内温度降低到-162℃ 时，就形成了液化天然气，由于天然气具有特有的低温特性，要 求原料气体的洁净度十分高，就需要对原料气体中的各种不同 类型的气体进行洗涤与脱除，以防止在生产的过程中出现低温 冻堵的情况，对 LNG 冷箱或者其他设备造成伤害，影响液化天 然气的生产。 1 LNG 生产工艺流程与主要冻堵部位分析 1.1 LNG 生产工艺流程分析 在原料气体进入冷箱前， 需要对杂质气体进行脱除，要求脱 除杂质的甲烷气体 5.0 MPa 后进入 LNG 冷箱，在经过冷箱的上 板式换热器时，将甲烷的气体温度降低到-60℃与-40℃之间，进 行第一次冷却降温处理， 随后气体进入到冷箱的下板式换热器， 将甲烷气体的温度降低到-160℃与-155℃之间，这时甲烷气体 就会大部分的液化，然后经 FV0801A/B 阀将液化的甲烷气体加 入到 LNG 闪蒸罐，使得甲烷气体的温度降低到-162℃，使得天 然液化气的压力在 20 kPa-50 kPa 之间，将储存在 LNG 储罐 中， 具体的流程图如 1 所示。 图 1 液化天然气的液化流程 1.2 LNG 主要冻堵部位分析 通过上述的分析可以看出， 液化天然气在生产的过程中，在 LNG 冷箱发生冻堵的部位一般是板式换热器的气体交换通道， 产生冻堵的主要物质是原料气体在生产加工流程中出现未被 脱除的其他气体。如水分、二氧化碳、重烃等物质，对板式调节 阀、回收阀、原料气体通道内壁等部位造成冻堵，造成生产加工 过程中的能耗增加， 导致制冷剂无法正常的进行热交换， 影响设 备的正常使用与系统的安全稳定性。在处置 LNG 冷箱冻堵时， 一般采用的办法是停车或者不停车的情况下对冷冻箱进行处 理，如复温吹扫等，这时，就需要大幅度减量、操作低温阀门，必 要时还需要排放设备中的制冷剂，这样容易导致设备生产过程 中出现操作安全的问题。 2 LNG 冷箱产生冻堵的原因分析 通过对 LNG 冷箱的冻堵位置进行分析，发现主要冻堵位置 在下板翅换热器， 而且在原料气体温度降低到-120℃时，在打开 调试回收管线吹扫，就能够有的对产生的冻堵进行消除，说明， 产生冻堵的原因不是机械杂质， 而是原料气体中的重烃、 汞等杂 质气体或者气体原因造成的。 2.1 LNG 冷箱通道口出现冻堵 LNG 冷箱通道口在正常工作时，需要通过的压差保持在 015kPa 的范围内，当原料气体中含有重烃物质在凝固后，就会出 现冻堵的情况。这样，就会将冷箱通道口的压力差上升到 25250kPa 的范围内，在持续工作时，就会使得内壁的压力差达到 2500-4500Pa，在这种情况下就会造成 LNG 的通道口出现严重 的冻堵，导致整个 LNG 冷箱出现堵塞的情况，导致系统无法正 常的工作。 2.2 FV0801 系列阀门发生冻堵情况 阀门是液化天然气经过的重要部位，是连接各个通道的重 要控制成分， 在 FV0801 阀门也非常容易发生冻堵， 影响 LNG 系 统的正常工作。因为在 FV0801 出现冻堵时， 通道中的天然气气 体的流量就会减少， 即使在工作的过程中， 将阀门设置在最大工 作程度，来提高管道内的气体流量，但是由于冻堵的存在，也会 使得天然气的流量慢慢的降低。 2.3 天然气工厂没有满足脱出杂质的要求 在天然气生产的过程中，往往会有大量的杂质气体，需要将 天然气中的水、二氧化碳、重金属、汞以及重烃等化合物杂质脱 除干净， 这样在天然气的温度达到-162℃时，这些杂质就会提前 冷冻在通道中， 影响天然气的流量。LNG 在生产的过程中， 需要 采用 LNG 净化系统设备对原料气体中的水、二氧化碳等杂质气 体进行脱除与净化，通过净化系统将原料气体中的杂质控制在 一定的浓度范围内，并要求能够保证通道不会冻堵，还要保证 LNG 气体不能超过标准， 才能满足要求。 2.4 从原料气体中分析苯、 新戌烷脱除不干净 在对天然气的原料气体进行处理的过程中， 往往会存在大 作者简介： 白新红（1981,11-）， 男， 陕西子长人， 工程师， 主要从事 LNG 加工相关动静设备各类故障的排除工作。 - 148- 科学技术创新 2019.06 量苯以及新戌烷等重烃， 这些重烃严重的超标，在 LNG 生产时， 需要采用高精密度的分离器对其进行分离，如果分离的精度不 够，无法有针对性的对气体中的重烃等物质进行脱除，导致设 备的整体脱除效果不是十分理想，就不能有效的对这些气体进 行脱除，造成很大的安全因素与不稳定的情况，这也是导致冷 箱出现冻堵的重要原因之一。 3 LNG 冷箱冻堵的处置改造策略 在对 LNG 冷箱冻堵进行处理时，需要结合 LNG 生产的具 体流程，对其具体情况进行分析，更加冻堵出现的具体位置与 可能出现的情况，采取有针对行的措施来处理冻堵，才能有效 的提高处理的效果。 3.1 加强对原料气体的监测处理 原料气体中往往含有多种气体成分与水分，在对 LNG 气体 进行生产的过程中，加强对原料气体的组成成分进行控制，并 对原料气体的杂质成分进行监测，检查是否存在新的成分原料 气体进入到供气管网中，以判断原料气体的净化设备能否满足 要求。如果检查到出现严重偏离设计的成分，就需要对原料气 体的重烃净化装置进行重新设计，保证能够脱除新的成分气 体，达到对原料气体中所有的成分进行脱除，以满足原料气体 净化的要求。 3.2 对压缩机的工况进行检查， 保证其的稳定工作状况 到上游增压站进行调研，需要详细的分析 LNG 系统的压缩 机工作工况是否满足要求，分析压缩机的润滑油气泄漏进原料 气体等，分析是否因为泄露而导致原料气重烃组成成分出现大 量的增加。在原料气体的净化工艺流程中，主要是在干燥塔复 合床层中添加活性炭，往往是不能对混入原料气体中的润滑油 气重组分进行有效的脱除，这也是导致冷箱冻堵的重要原因。 因此，需要对压缩机的工况进行检查，可积极协调上游供气单 位，加强设备检修和维护保养，特别是加强对压缩机的检查，防 止混入润滑油气体，也可以采用无油润滑加压设备，防止在原 料气体中进入润滑油气体，为提高后期的 LNG 生产提供便利。 如确认是上游压缩机油气污染气源，也可以采用有针对性的措 施，对净化系统进行改造，加强对该润滑油的气体进行吸附，提 高气体的吸附效果， 已达到减少重烃进入冷箱含量。 3.3 优化原料气体的净化设备 根据原料气体的检查情况，对原料气体的净化设备的参数 进行重新设计与优化，提高原料气体的净化效果，保证原料气 体在经过净化设备后能够提高原料气体的纯度，以满足 LNG 气 体生产的要求。例如可以提高净化系统原料气压力，脱除一些 重烃气体，然后通过增大干燥再生气流量和再生温度，降低原 料气体中的水分与二氧化碳等，最后，降低再生气冷却器冷却 温度，对原料气体中的气体杂质气体进行脱除，以尽可能地提 高活性炭吸附脱除重烃效果，便于提高原料气体的净化效果， 达到延缓 LNG 冻箱的冻堵周期。 3.4 降低冷箱的轻冷剂的循环量 针对 LNG 冷箱的冻堵情况，为提高生产的效率，可以采取 临时解决方案，达到脱除原料气体杂质的目的。在冷箱下板翅 换热器出现明显冻堵时，需要结合具体的情况，可以根据生产 的需求，有计划的减少下板翅的轻冷剂循环量，保证系统在工 作时，在不影响冷箱换热和产量的情况下，使下板翅回温到100 ℃左右， 使得冷箱下板翅换热器运行一段时间，再对系统的 冻堵情况进行清除，将冷箱板翅式换热器原料气通道内的冻堵 物质融化吹出， 保证原料气体的通道畅通， 然后达到消除冷箱冻 堵， 提高冷箱换热效果， 进而能够达到生产的目标。采用这种方 法， 因冻堵物质还在气体的通道中， 仍然会在后续低温管道与系 统中凝固， 影响气体的流量。因此， 在系统长时间运行后， 还需要 采用彻底吹除管道中积累的重烃物质，才能提高 LNG 生产的效 果。 3.5 对 LNG 冷箱系统进行改造 可对冷箱系统进行改造，结合具体的工作情况，在冷箱外增 加重烃低温分离器，在重烃经过管道时，对其进行分离，达到净 化原料气体的目标。这样，在原料气经过冷箱上板翅就可以进 行冷凝处理，使得原料气体的温度降到-60℃以下，然后将气体 引出到冷箱后进入低温分离器对低温原料气体进行处理，在分 离出重烃物质后， 再进入冷箱下板翅液化， 这样在一定程度上也 能够达到对重烃处理的目的。也可在下板翅出口 FV0801 阀门 前或 FV0803 阀门前的管道上添加相应的净化设备，增加一组 串联的 LNG 低温排污阀门，达到对重烃进行脱除的目标，然后 将其接出到水浴加热器或残液分离器，从而也能够对原料气体 中的重烃进行脱除，在对冻堵物质进行复温吹扫时，降低管道 堵塞时，也可打开此阀门，将冻堵物质排出冷箱系统，提高系统 的工作效率。 结束语 液化天然气在生产的过程中， LNG 冷箱原料气通道冻堵对 整个系统的生产带来重要的影响，它也是 LNG 在生产的过程中 LNG 冷箱出现的故障 常见的故障之一，由于出现的情况不同， 情况也不相同， 在对液化天然气进行生产的过程中， 要结合具体 的情况与 LNG 的生产流程来分析冻堵的原因，并对 LNG 冷箱 冻堵的具体参数进行分析，结合冻堵物质的具体情况，采用合 适的策略，对冻堵物质进行清除，可以减缓或消除冻堵，降低生 产过程中的冻堵情况， 降低原料气体中的杂质含量， 不仅能够提 高 LNG 气体的生产效率和产品质量，还可以确保系统安全稳定 运行。 参考文献 [1] 许翠兰.LNG 工厂冷箱冻堵原因分析及改造 [J]. 石化技术， 2018(6). [2]钟志良.LNG 工厂冷箱堵塞问题解决方案研究[J].天然气与石 油,2017(5). [3] 唐红梅.LNG 工厂冷箱冻堵原因分析及改造 [J]. 工程技术， 2018(10). [4]岳春静.液化天然气系统中重烃脱除系统的研究[J].广东化工, 2016(12).