工业生产工艺之烧结小结
工业生产工艺之烧结小结
一．
相关概念
烧结是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。
烧结工艺是指根据原料特性所选择的加工程序和烧结工艺制度。它对烧结生产的产量和质量有着直接而重要的影响。本工艺按照烧结过程的内在规律选择了合适的工艺流程和操作制度，利用现代科学技术成果，强化烧结生产过程，能够获得先进的技术经济指标，保证实现高产、优质、低耗。本生产工艺流程有原料的接受，兑灰，拌合，筛分破碎及溶剂燃料的破碎筛分，配料，混料，点火，抽风烧结，抽风冷却，破碎筛分，除尘等环节组成。
二．我国烧结球团现状
人造块矿分为烧结矿和球团矿两类。烧结适用于粒度较半H的富矿粉造块，球|圳则适合粒度极细的铁精矿成型。烧结矿足我国高炉炼铁使用的最主要的含铁原料，约占炉料结构70％～80％。球团矿作为酸性炉料，是合理炉料结构的重要组成部分，与高碱度烧结矿搭配可发挥高碱度烧结矿的优越性。一、我国烧结球团生产现状
进入新世纪以来，随着钢铁工业的快速发展，我国烧结球团行业也随之快速发展，无论足红烧结球团产肇、质最，还是在工艺和技术裟备方面都取得了长足的进步，自动化水平也大大提高。1．产量高速增长
201*～201*年问，我国生铁产最从1．31亿t增加至4．67亿t，净增3．36亿t，年增长率为17．6％；烧结矿产量从1．68亿t增加至5．55亿t，净增3．87亿t，年增长率16．2％；球团矿产最从1427万t增加至1．0l亿t，净增8637万t，年增长率28．2％。近年来全国生铁、烧结矿和球团矿产量见图1。2．设备大型化
我国烧结不仅在数量上增长迅猛，在技术装备水平上也有一个大匕跃。1985年，宝钢从日本引进的450m2烧结机投产，
显示了诸多的优势，烧结矿质量好、能耗低，劳动生产率和自动化水平高，便于生产管理和环境保护，技术经济指标达到了囤际先进水平。1985201*年的23年间，我国新建和改造了一大批大犁烧结机，截至目前我国已投产的烧结机中，有47台300～495m2大型烧结机，面积达17770m2，平均单机面积378m2。201*年全国共有竖炉123座，生产能力5609万t；带式焙烧机2台，生产能力350万t；链箅机一回转窑59条，生产能力7380万t；球团矿总生产能力13339万t。继首钢开发成功链箅机一回转窑采用煤粉作燃料之后，链箅机一回转窑球团发展较快，年生产能力≥120万t有35条生产线，总生产能力6190万t；而其中年生产能力≥200万t有16条生产线，总生产能力3870万t。3．烧结技术经济指标改善
201*～201*年我国大中型企业烧结主要技术指标如下：我国烧结日历作业率和从业人员劳动生产率逐年稳步提升，烧结矿强度和合格率越来越高，固体燃料消耗和工序能耗逐年下降，利用系数和碱度趋于稳定，这说明我国烧结矿的质量变好，而能耗指标逐年下降。二、烧结、球团存在的主要差距我国烧结球团虽然在装备大型化、技术进步、节能减排等方而取得的显著的成绩，但由于不同地区、不同企业发展不平衡，处于多层次、不IJ技术装备水平并存的发展阶段。烧结球团整体水平与国际先进水平相比仍存在差距。
1．我围钢铁企业由于生产集中度低，布局分散，烧结机与高炉基本采用一对一配置，而中小高炉所占比重过高，导致配备了大量不符合产业政策准入条件的烧结机(小于180m2)。另外，竖炉球团座数和产能仍占较高比例。
2．我国烧结机台数众多，重点企业统计单位烧结机平均面积123m2(在统计范围外存在为数不少的能耗高、环保条件差的小型带式烧结机、步进式和环式烧结机)。日本烧结机平均而积超过300mz(日本全国生产25台烧结机中有12台烧结面积在4001112以上)。我国由于历史原因，烧结机单体面积小，装备水平低，总图布置紧张，给节能环保等技术采用带来困难。
3．我国炼铁主要为高炉冶炼，高炉炉料结构以烧结矿为主(一般所占配比70％～80％)，炉料结构虽与日本、韩国的炉料结构相似，但日本、韩国原料主要从澳大利亚、巴西等进口优质富矿粉作原料，我国烧结需配备一半左右国产铁精粉。欧盟和美国等由于原料条件和环保原因，逐步取消烧结系统，球团配比较高，烧结也采用进口优质富矿粉作原料，烧结机设备趋于大型化。
4．我国原料条件由于受市场供应、价格、运输等冈素影响，不得不采用一些品质下降的低价矿、含多组分难冶炼铁矿粉，与进口优质富矿粉相比含铁品位低，含硫量高，给后续污染物的处理带来巨大的压力。
5．我国球团多数布置在厂区内，且存为数众多的竖炉，在矿山建设的链箅机一回转窑以煤粉作燃料。而国外球团矿主要布置在矿山或铁矿石出口港，已基本淘汰竖炉，以带式焙烧机和链箅机一回转窑生产球团矿，燃料为天然气或重油，生产规模一般在300万t／a以上。三．烧结生产工艺流程
目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程如图24所示。主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。1.抽风烧结工艺流程【1】烧结原料的准备
①含铁原料
含铁量较高、粒度③燃料
主要为焦粉和无烟煤。
对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10%，粒度小于3mm的占95%以上。2.配料与混合【1】配料
①配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。
常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。
容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。
②质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。【2】混合
①混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组
成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。
②混合作业：加水润湿、混匀和造球。
●根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。二次混合的目的：继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。
用粒度10～Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次
混合，混合时间约50s。
●使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，
必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2．5～3min。我国烧结厂大多采用二次混合。3．烧结生产
烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。【1】布料
●将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。
●当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20～25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。
●铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用较多的是圆辊布料机布料。【2】点火
●点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。
●点火要求有足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均
匀。
●点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1250±50℃。●点火时间通常40～60s。●点火真空度4～6kPa。●点火深度为10～20mm。【3】烧结
●控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。
烧结风量：平均每吨烧结矿需风量为3200m3，按烧结面积计算为(70～90)m3/(cm2．min)。
●真空度：决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。
料层厚度：合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用料层厚度为250～500mm。
●机速：合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产
中，机速一般控制在1.5～4m/min为宜。
烧结终点的判断与控制：控制烧结终点，即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机控制在倒数
●一般可分为5层，各层中的反应变化情况如图25所示。点火开始以
后，依次出现烧结矿层，燃烧层，预热层，干燥层和过湿层。然后后四层又相继消失，最终只剩烧结矿层。
①烧结矿层
经高温点火后，烧结料中燃料燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融，
随着燃烧层下移和冷空气的通过，生成的熔融液相被冷却而再结晶(10001100℃)凝固成网孔结构的烧结矿。
这层的主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和析出新矿物，还有吸入的冷空气被预热，同时烧结矿被冷却，和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。
②燃烧层
燃料在该层燃烧，温度高达1350～1600℃，使矿物软化熔融黏结成块。
该层除燃烧反应外，还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。
③预热层
由燃烧层下来的高温废气，把下部混合料很快预热到着火温度，一般为
400～800℃。
此层内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化。
④干燥层
干燥层受预热层下来的废气加热，温度很快上升到100℃以上，混合料中的游离水大量蒸发，此层厚度一般为l0～30mm。
实际上干燥层与预热层难以截然分开，可以统称为干燥预热层。该层中料球被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。
⑤过湿层从干燥层下来的热废气含有大量水分，料温低于水蒸气的露点温度时，废气中的水蒸气会重新凝结，使混合料中水分大量增加而形成过湿层。此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。
●烧结过程中的基本化学反应①固体碳的燃烧反应固体碳燃烧反应为：
反应后生成C0和C02，还有部分剩余氧气，为其他反应提供了氧化还原气体和热量。
燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度、以及抽过燃烧层的气体成分等因素。
②碳酸盐的分解和矿化作用
烧结料中的碳酸盐有CaC03、MgC03、FeC03、MnC03等，其中以CaC03为主。在烧结条件下，CaC03在720℃左右开始分解，880℃时开始化学沸腾，其他碳酸盐相应的分解温度较低些。
碳酸钙分解产物Ca0能与烧结料中的其他矿物发生反应，生成新的化合物，这就是矿化作用。反应式为：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2CaCO3+Fe2O3=CaOFe2O3+CO2
如果矿化作用不完全，将有残留的自由Ca0存在，在存放过程中，它将同大气中的水分进行消化作用：CaO+H2O=Ca(OH)2
使烧结矿的体积膨胀而粉化。
③铁和锰氧化物的分解、还原和氧化
铁的氧化物在烧结条件下，温度高于l300℃时，Fe203可以分解
Fe304在烧结条件下分解压很小，但在有Si02存在、温度大于1300℃时，也可能分解
扩展阅读：LNG生产工艺小结
LNG生产工艺小结
发布时间：201*-01-27
来源方式：原创
201*年3月23日,社会科学文献出版社在京发布了《低碳经济蓝皮书：中国低碳经济发展报告(201*)》。蓝皮书制定节能减排总量指标，确保有节能减排效果、有高质量生活环境的适度增长。随着低碳经济的来临，LNG作为一种绿色环保的清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，是现今世界能源供应中需求增长最快的一种燃料。因此，大力发展LNG液化厂是大力发展清洁能源，治理大气污染缓解温室效应迫在眉睫的任务。
作为LNG工厂的工艺操作员工，我们的任务就是生产出优质清洁的LNG产品，其关键技术就是天然气的液化技术，而天然气作为液化装置的原料气，首先必须对其进行预处理。预处理的目的就是脱除有害杂质和液化深冷过程中可能结晶的物质，即天然气中的硫化氢、二氧化碳、水、汞、重烃等，这样就可避免低温下水与烃类组分冻结而堵塞设备和管道，提高天然气的热值，满足气体质量标准，保证天然气在深冷条件下液化装置能正常运行，还可以避免腐蚀性杂质腐蚀管道及设备。我厂的天然气预处理单元分为过滤增压、脱酸、脱水脱汞。
过滤增压单元：主要监测入厂压力及原料气压缩机的各项性能功能参数指标。
1、入厂压力波动或异常会影响后系统的操作，会造成减产，严重会损坏设备以及停车；
2、原料气压缩机及油泵的各项参数正常工作下保持在一个稳定的状态，温度在一天内会随着环境温度的变化有1-8℃的起伏，如果超出这个范围或者在短时间内变化幅度大就要通知外操仪表处理了;3、压缩机进出口压力、振动、油位、油压、电流等都是重点监测的参数。脱酸单元：
1、要注意各个泵的运行情况，包括电流压力等，出现异常要及时切换处理；
2、脱酸单元最常见得问题就是发泡，吸收塔压差变大、贫胺罐液位降低、脱酸气分离罐带液、解析塔压差变大、吸收塔液位波动都是发泡的征兆，出现这种情况要联系仪表人员检查仪表，排除仪表故障后联系外操添加消泡剂，加消泡剂后20分钟左右要严密注意吸收塔的液位，一般情况吸收塔液位要快速上涨，中控操作人员要将液控阀打到手动，根据液位升降速度给开度，阀开度不宜过大或过小（20%-80%之间），防止高压窜低压，处理后要联系化验分析二氧化碳的含量，以防含量超标影响液化操作；3、吸收塔发泡时，脱酸气分离罐液量大，其液控阀口径小须中控与现场旁通配合排液；4、要控制好解析塔塔顶温度、回流罐的回流量，保证解析效果；
5、停胺循环前一定先将蒸汽控制阀关掉并通知外操将阀隔出（此阀有漏），否则干烧塔底再沸器及其他，造成严重后果，胺循环建好后再投蒸汽阀；6、胺浓度不可低于40，尽量不给贫氨罐补水，浓度高则可补水，运行过程中要注意贫氨罐的液位，排污后要记得关阀，否则造成贫氨罐液位低，使贫氨增压泵抽空引发全厂停车。脱水脱汞单元：
1、此单元为程序控制单元，最主要的目的就是保证脱水脱汞的效果，由于北方冬天气温低，程控阀开关不灵敏超时、管道有液冻堵导致充泄压不及时会触动连锁；
2、我厂再生气加热炉冬季温度设定在285-290摄氏度,保证再生效果；2、脱水单元超过一小时没投用，启动后须联系化验测露点。
天然气的预处理主要是保障液化单元的顺利进行，液化单元是生产LNG的核心部分，我厂采用的是混合冷剂循环制冷，以五种冷剂氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷五种冷剂为工质，进行逐级冷凝、节流得到不同温度水平的制冷量实现生产LNG。液化单元的实质就是通过天然气换热不断释放其内能，继而降低天然气温度，最终实现“由气变液”的过程。天然气的液化分为预冷和深冷，预处理后的天然气导入冷箱，经预冷后分离掉重烃回到冷箱经深冷、节流后送入储罐。冷剂循环通过J-T阀膨胀，以不同温度级为冷箱提供冷量。原料气和冷剂的流量、温度、压力，冷剂的配比，原料气的成分都会影响到液化效果以及生产能耗。冷剂压缩机：
1、喘振：操作过程中要控制好压缩机出入口压力，使一二段压比在设定范围内，保证一二段流量，避免一二段防喘阀PV值接近喘振点，提转速使跳过喘振点，注意压缩机功率；
2、带液：冷剂压缩机压缩的介质为混合烃，过程中有相变，所以严禁液体进入设备，操作过程中要控制冷机压缩机入口分离器液位不可过高，入口温度一般控制在20℃以上，保证热线投用。冷箱：
1、冷箱上部温度主要由异戊烷和丙烷控制，T1温度过低说明异戊烷气化不好，可通过补丙烷来加大异戊烷的气化效果，达到T1升温的效果；
2、冷箱中部温度主要由乙烯决定，TI50503温度回升或不稳定，可补充乙烯，由于目前TI50503温度控制过低，天然气中大部分乙烷在浅冷区已经被分离到重烃分离罐中，造成生产LNG产量小，相对耗气量大，而且热值降低，所以现在温度控制在-62摄氏度以上；
3、冷箱下部温度主要由氮气和甲烷来控制，补充过程中要参考色谱分析，控制好氮气甲烷的比例。公用工程单元作为辅助单元起到了重要的作用空压机、制氮机、液氮罐
1、提供保护气、密封气，保证冷箱和大罐夹层微正压、起绝热保冷的作用，也用于检修、吹扫、置换等；2、提供仪表风，保证全场阀门正常工作，PI8103控制大于5公斤；3、冷剂补充氮气、冷剂压缩机润滑油隔离气，PI8101控制在3公斤以上，低于3公斤，油泵联锁停，引发全厂停车；
4、现工厂用制氮机出口氮气提供隔离气，要严密监测PI8102在3公斤以上。循环水
1、循环水停运后长时间不开，要将系统中水排尽，以防冻堵；2、再次开启循环水后要进行高点排水。
以上是我作为内操在日常操作过程中积累的一些经验，有不足之处恳请批评指正。在今后的工作生活中,我会继续保持良好的工作状态，继续深入学习本专业知识,提高自己的专业技能。
LNG项目及其相关仪表简介
一、LNG行业背景
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。
液化天然气（LiquefiedNaturalGas,简称LNG）技术主要包括天然气预处理、液化、储存、运输、利用五个系统。一般生产工艺过程是：天然气经过净化处理（脱水、脱重烃、脱二氧化碳气体）后，采用节流、膨胀或制冷剂循环制冷工艺，使甲烷变成液体。液化后的天然气具有如下特点:（1）液化天然气的体积约为同量气态天然气体积的1/600，大大方便储存和运输。
液化天然气比水轻，其重量仅为同体积水的45%。便于进行经济可靠的运输。LNG用于城市干线供气和支线管网，可节省大量的工程投资，而且经济，供气范围广。（2）LNG储存效率高、占地少、投资省。
例如，一座100m3的低温储罐所装LNG量(罐内压力为0.1MPa，温度为－162℃),相当于6座体积为1000m3的天然气球罐（内压为1MPa，温度为常温）所装天然气量。但后者的投资要比前者高8倍。（3）有利于城市负荷的调节，生产过程释放出的冷量可以利用。
LNG气化时的冷量，用作冷藏、冷冻、温差发电等。因此，有的调峰装置就和冷冻厂进行联合建设。按目前LNG生产的工艺技术水平，可将天然气液化生产所消耗能量的50%加以利用。（4）LNG用作汽车燃料经济、安全、环保。
LNG可用作优质的车用燃料，与燃油汽车相比，具有抗爆性好，燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、降低运输成本等优点。LNG与压缩天然气和压缩石油气汽车相比更加经济、安全、环保。液化天然气汽车是以LNG工厂生产的低温液态天然气为燃料的新一代天然气卡车，其突出优点是排放尾气污染量是其它车型的1/10,节能减排效果尤其明显。另外LNG能量密度大，气液体积比为625／1，汽车续驶里程长；建站投资少，占地少，无大型动力设备，运行成本低；加气站无噪音；LNG可用专用槽车运输，建站不受天然气管网制约，因此便于规模化推广。更重要的一点是可将LNG用泵升压汽化后转化为CNG，对CNG汽车加气，而不需要提供CNG专用压缩机。（5）生产、使用比较安全。液化天然气安全性高，其着火温度为650℃；比汽油高230多度；LNG爆炸极限4.7%～15%，汽油为1%～5%，高出3～4.7倍；LNG密度为470Kg/m3左右，汽油为700Kg/m3左右；不含一氧化碳，不会引起一氧化碳中毒。气态天然气密度比空气轻，如有泄露易于飘散。在泄露处不容易聚集而引起火灾或爆炸。燃烧时不会产生一氧化碳等有毒气体，不会危害人体健康。正因为LNG具有低温、轻质、易蒸发的特性，可防止被人盗取造成损失。
（6）有利于保护环境，减少污染。属于国家重点扶持的新兴产业。
天然气是公认的最清洁的燃料。天然气燃烧后生成二氧化碳和水，与煤炭和重油比较，燃烧天然气产生的有害物质大幅度减少，如以天然气代替燃煤，可减少氮氧化物排放量80-90%，一氧化碳排放量可减少52%。而液化天然气则使天然气在液化过程中进一步得到净化，甲烷纯度更高，不含二氧化碳、硫化物等。并杜绝二氧化硫的排放和城市酸雨的产生。更有利于保护环境，减少污染。属于国家重点扶持的新兴产业。
二、LNG行业的发展
天然气在投入生产和应用初期，就产生了液化天然气（LNG）和压缩天然气（CNG）两种形式。由于液化后的天然气能量密度高，解决远洋和边远地区所开发天然气的远距离运输问题，利用LNG船运方式已成为目前运送天然气的一条便捷途径。LNG是一种清洁、高效的能源。由于进口LNG有助于能源消费国实现能源供应多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然气生产国有效开发天然气资源、增加外汇收入、促进国民经济发展，因而LNG贸易正成为全球能源市场的新热点。
天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视LNG的引进，日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。
中国天然气利用极为不平衡，天然气在中国能源中的比重很小。从中国的天然气发展形势来看，天然气资源有限，天然气产量远远小于需求，供需缺口越来越大。尽管还没有形成规模，但是LNG的特点决定LNG发展非常迅速。可以预见，在未来10-20年的时间内，LNG将成为中国最主要的清洁能源。201*年中国进口290多万吨LNG，201*年全年进口量是201*年全年进口量的3倍多。201*年中国液化天然气进口总量为350万吨，201*年进口LNG量约为930万吨（约合130.2亿m3/y），约占全球LNG贸易量的5.6%。到201*年，我国进口LNG可达到1710万吨（约合240亿m3/y）；预计201*年，LNG进口量将7840万吨。
在中国经济持续快速发展的同时，为保障经济的能源动力却极度紧缺。中国的能源结构以煤炭为主，石油、天然气只占到很小的比例，远远低于世界平均水平。随着国家对能源需求的不断增长，引进LNG将对优化中国的能源结构，有效解决能源供应安全、生态环境保护的双重问题，实现经济和社会的可持续发展发挥重要作用。
中国对LNG产业的发展越来越重视，中国正在规划和实施的沿海LNG项目有：广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁等，这些项目将最终构成一个沿海LNG接收站与输送管网。按照中国的LNG使用计划，201*年国内生产能力将达到900亿立方米，而2020年为2400亿立方米。而在进口天然气方面，发改委预计到2020年，中国要进口350亿立方米，相当于2500万吨/年，是广东省接收站的总量的7倍。中国建成的LNG卫星站已超过40个、调峰站1座、LNG工厂2座，正在建设中的LNG工厂有4座，规划中的LNG接收站全部建成后总储存中转能力可达1800万吨／年。LNG在中国的发展，不亚于燃气领域的一场革命。中国的城市能源从煤炭煤制气LPG管道天然气LNG，走过了漫长过程，代表了中国能源的发展历程。中国也有望成为亚太地区新兴的LNG市场。专家预计，201*年中国LNG进口将超过1710万吨，2020年则将会成倍增长。国际天然气市场将逐渐转为卖方市场，供应趋于紧张。从目前规划看，中国石油一期（201*年）LNG能力约1250万吨；中国石化一期能力600万至900万吨；中国海洋石油一期能力约1200万吨。换算下来，仅一期能力，中国石油相当于引进约167亿立方米天然气，中国石化约为80亿至120亿立方米，中国海洋石油约160亿立方米。因此随着能源价格不断上升和液化天然气转变，LNG产业化的趋势已锐不可当，有着非常大的发展空间。中国的LNG产业正处在蓬勃发展的阶段。我国政府已把天然气利用作为优化能源结构、改善大气环境的主要措施，鼓励发展液化天然气项目。
三、LNG生产工艺
自1964年首次实现LNG工业生产以来，经过近40多年的发展，LNG的液化、贮存、运输、再气化等技术环节和设备制造都已趋于成熟，运输安全可靠，输配较为灵活。迄今为止，世界上在天然气液化领域中成熟的液化工艺主要有以下三种：阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和膨胀机制冷循环工艺。
我国LNG工业起步很晚，第一套装置是1999年，河南濮阳中原油田，在引进法国制冷技术的基础上，自行设计，以国产设备为主建成；并于201*年10月投入运行，其生产能力为15万立方米/日。201*年上海全套引进了法国的技术和设备，在浦东建成日处理为10万立方米的装置一套；但其主要功能是为了保证稳定地向上海市供气，作为调峰使用，未做商业运营。
1、典型的天然气液化流程
天然气液化的工艺过程基本包括脱碳脱硫、脱水脱汞等预处理系统及制冷液化系统、同时也相应具体副产品回收、储存、装车、及辅助系统等，主工艺流程包括天然气预处理和液化工艺。一个典型的天然气液化流程如下图所示。
图一、典型的天然气液化流程
2、天然气液化预处理工艺
天然气中含二氧化碳、硫化氢、水分、和汞等杂质，这些杂质的存在会腐蚀设备及在低温下冻结而阻塞设备和管道。若天然气中含有水分，则在液化装置中，水在低于零度时将以冰或霜的形式冻结在换热器的表面和节流阀的工作部分，另外，防止半稳定的固态化合物。酸性气体不但对人体有害，对设备管道有腐蚀作用，而且因其沸点较高，在降温过程中易呈固体析出，必须脱除。
(1)、脱除酸性气体常称为脱硫脱碳，习惯上称为脱酸，用于天然气脱除CO2的方法有溶剂吸收法、物理吸收法和氧化还原法。
图1、天然气脱酸气方法特点
目前普遍公认和广泛应用的是溶剂吸收法。溶剂吸收法所用溶剂主要有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。通常MDEA和DIPA用于选择性脱除CO2和H2S，而MEA和DEA用于非选择性脱除CO2和H2S，其中DEA适用于原料气中含COS的场合，溶剂吸收法工艺流程如下图：
图2、胺法除酸气工艺流程图
原料酸性天然气进入装置后，首先进入原料气入口分离器，除去原料气中的液体和固体杂质。收集到的液体排出系统。以避免液体带入净化单元，污染吸收剂。天然气离开入口分离器后，进入吸收塔，胺溶液由塔顶流下，与原料气逆向接触，将原料气中酸性气体浓度降低到要求指标以下。离开吸收塔，塔底的富胺进入富胺闪蒸罐，闪蒸后的胺液流经贫/富胺换热器换热后，再进入胺再生塔，将胺液中的二氧化碳脱除。吸收塔底出来的富含酸性气体的胺溶液进入胺再生系统。
胺再生:胺再生塔塔顶气相经塔顶的胺再生塔冷凝器冷却至65℃左右，经分离后气体去放空系统，液体作为回流全部返回胺再生塔，来自胺再生塔的胺液经再生塔底泵输送到胺再生塔重沸器加热，加热产生的气相返回胺再生塔；液相从胺再生塔重沸器底出来经富胺/贫胺换热器冷却后，进入贫胺缓冲罐。贫胺缓冲罐中的贫胺溶液由贫胺进料泵抽出加压后，经贫胺冷却器冷却后，进入吸收塔顶部，开始一个新的循环。为防止胺溶液发泡，系统中需增加消泡剂罐、胺过滤器以及新鲜胺液补充装置等。
(2)、天然气脱水按原理可分为低温脱水、固体干燥剂吸附和溶剂吸收三大类。低温脱水和溶剂吸收法脱水深度较低，不能用于深冷装置；因此天然气液化脱水必须采取固体吸附法，固体干燥剂常见的是硅胶法、分子筛法或这两种方法的混合使用。
图3、天然气脱水方法特点
由于分子筛具有吸附选择能力强、低水汽分压下的高吸附特性，以及同时可以进一步脱除残余酸性气体，所以液化天然气工艺较常使用分子筛脱水法，分子筛脱水法工艺流程图如下：
图4、分子筛吸附法脱水工艺流程
脱水部分设两台干燥器切换操作，其中一个脱水，另一个再生。
脱水：从吸收塔塔顶过滤器出来的天然气进入干燥器顶部，通过分子筛吸附脱除水分后，从干燥器底部出来，经干燥器出口过滤器过滤后进入天然气液化单元。达到指标后的原料气，离开分子筛床层后，进入脱汞、脱尘系统，进行过滤。然后进入液化单元。
再生：再生气通过再生气加热炉加热至再生温度。然后从干燥器底部进入，将分子筛吸附的水分脱除掉。再生气从干燥器顶部出来，经再生气冷却器冷却后，进入再生气分液罐分液。气体从再生气分液罐顶部出来，增压后由原料气入口分离器前进入系统；液体从再生气分液罐底部出来，进入回收罐进行回收。干燥器出来的气体在一定温度下恒温一小时后，即可认为脱水合格，再生结束。
(3)、苯的脱除目前有采用异戊烷溶解脱苯和吸附剂固定床脱苯的工艺，并获得了较好的效果，目前多采用吸附剂固定床进行吸附脱苯。
(4)、汞会严重腐蚀铝制设备，污染环境，危害人员，在原料气含有超标汞的情况下，通常选择固体吸附法来脱出天然气中的汞。
3、天然气液化工艺
迄今为止，在天然气液化领域中成熟的液化工艺主要有以下三种：阶式制冷循环工艺、混合制冷循环工艺和膨胀机制冷循环工艺。(1)、阶式制冷循环工艺
用丙烷（或丙烯）、乙烷（或乙烯）、甲烷（或氮气）等纯冷剂进行的三级制冷，使天然气在多个温度等级的制冷剂中与相应的制冷剂换热，从而使其冷却和液化。阶式制冷工艺操作灵活，开停车快捷，易于初期开车投产。其缺点是需要三个大型循环压缩机，以及相当数量的冷换设备；流程长、设备多、控制复杂等。工艺流程如下图
图5、阶式制冷工艺流程图
由丙烷、乙烯和甲烷为制冷剂的3个制冷循环阶组成，冷剂通过压缩机压缩后经过冷却节流进入冷剂换热器，逐级提供天然气液化所需的冷量，制冷温度梯度分别为－30℃、－90℃及－150℃左右。净化后的原料天然气在3个制冷循环的冷却器中逐级冷却、冷凝、液化并过冷，经节流降压后获得低温常压液态天然气产品，送至储罐储存。(2)、混合制冷剂制冷循环工艺
采用N2和C1～C5烃类混合物作为循环制冷剂的工艺。该工艺的特点是在制冷循环中采用混合制冷剂，只需要一台压缩机，简化了流程，降低了造价。混合冷剂的组成比例应按照天然气原料的组成、压力、工艺流程而异，因此对冷剂的配比和原料气的气质要求更为严格，一旦确定是不容易改变的。混合制冷工艺流程图如下：
图6、混合制冷工艺流程图
制冷剂循环系统自成一个独立系统。混合制冷剂被制冷压缩机压缩后，经水（空气）冷却后在不同温度下逐级冷凝分离，节流后分别进入冷箱（换热器）的不同温度段，给原料天然气提供冷量。原料天然气经“三脱”处理后，进入冷箱（换热器）逐级冷却冷凝、节流、降压后获得液态天然气产品(3)、氮气膨胀机制冷循环工艺
利用透平膨胀机制冷原理，以氮气为介质，进行密闭循环制冷，该工艺的结构比较简单，设备投资少、维修方便，而且通用性比较强，但其缺点是能耗比较高，一般比阶式制冷工艺高35%左右。1-脱水器，2-脱CO2塔，3-水冷器，4-返回气压缩机，5、6、7-换热器，8-过冷器，9-储槽，10-膨胀机，11-压缩机
图7、天然气膨胀制冷工艺流程图
氮气通过压缩冷却膨胀产生天然气液化所需的冷量。系统液化率主要取决于膨胀比和膨胀效率。
三、自动化仪表在LNG行业的应用
自动化仪表系统要能保证原料气经过净化、冷凝至液化一系列工艺过程的安全操作、运行，由于装置内介质多为易燃易爆，部分为低温、高压，要求确保控制系统和现场仪表运行可靠。装置内仪表防爆优先采用不低于ExibIICT4的本安防爆系统，适用隔离型安全栅。对热电阻、热电偶、质量流量计、电磁阀、在线气象色谱，选用隔爆型，其防爆等级不低于ExibIICT4,电磁阀选用直动式进口产品
仪表选型本着技术先进、安全可靠、维修方便和经济合理的原则进行。现场仪表原则上均带就地显示表头，以便观察和调试，现场仪表的防护等级不低于IP55。1、压力、液位、差压变送器
1.1变送器技术简述
传感器：可以同时测量(△P)，静压(SP)和温度(T)，进行静压(SP)和温度(T)的补偿。
膜盒：传感器通过硅油封装在膜盒的颈部，膜盒本身也由高压侧和低压侧相互隔离的两部分组成。在过程检测中工艺流体的高压和低压分别作用于膜盒的高压侧和低压侧，通过硅油传输到传感器的不同部位，使变送器最终输出相应的电流值(4～20mADC)。
1.2精度：精度要求达到0.075%(包括线性、变差性和重复性在内的综合影响误差)。1.3可靠性：平均无故障时间(MTBF)>470years(470年)。
1.4稳定性：五年的稳定性达满量程的±0.05%，即每年稳定性为满量程的±0.01%。1.5所有就地安装的智能变送器均为全天候型的。
1.6智能变送器外壳的防护等级为IP67，防爆等级为EExdIICT5,T6。1.7智能变送器的电器接口为1/2”NPT内螺纹。1.8智能变送器的测量介质接口为1/2”NPT或1/4”NPT。1.9智能变送器均带有现场指示表。压力变送器：线性刻度直读差压变送器(一般)：线性刻度直读差压变送器(流量)：方根刻度直读差压变送器(液位)：线性刻度0~100%
1.10每台变送器的铭牌上均标有变送器的位号及量程，以方便检查和安装。2、安全栅
①产品技术概述
隔离栅均为DIN35mm导轨密集安装。大部分产品供电电压采用专利技术的交直流通用电源供电，交流为20-250VAC，直流为20-125VDC，不分正负极，接线简单方便。
模拟量产品采用最先进的脉宽调制技术处理。
模拟量输入产品为变送器供电电压大17VDC，可连接各厂家变送器。所有产品输入，输出及电源三隔离，端子可拆卸，便于更换及接线。支持HART协议的安全栅端子上带有2mm插孔，可直接连接HART手操器②.设计依据
隔离栅环境温度:-25+70℃隔离栅防护:IP20
隔离栅精度等级：≤0.1%隔离栅的防爆等级：[EEXia]Iic模拟量输入隔离栅负载电阻≤500Ω模拟量输出隔离栅负载电阻≤600Ω③.应用标准
爆炸性气体环境用电气设备GB3836.1-201*\\GB3836.4-201*。
3、浮筒液位计
1)概述：浮筒液位计是新型物位仪表之一，是模拟、数字与微处理器相结合的产品。按其信号变送部分的不同分为智能型和非智能型。不仅可以在现场直观地显示出液位的变化，还可以输出4～20mA模拟信号和叠加在此信号上符合HART协议的数字信号。智能型采用了HART总线技术，因此可以实现对仪表的远程组态、监测、维护及校准等功能，构成生产过程测量、监督管理系统。该型仪表具有高精度、低漂移，抗干扰能力强等特点，广泛应用于脏污、易燃易爆及腐蚀性介质及其它类介质液位的测量及液位信号的变送，是石油、化工、冶金、电力及轻工等工业部门生产过程控制中用于液位测量的理想仪表。2)主要性能及技术指标：性能及技术指标：非智能智能供电电压：24VDC24VDC
输出信号：4～20mA4～20mA＋HRAT协议精度等级：0.5％FS，1％FS0.5％FS，1％FS现场指示：电流表液晶显示表
调试方法：现场旋纽现场磁控开关；调试软件＋PC机；手持器（远程）阻尼时间选择：0.2～1.67秒0～199秒现场及远程组态：无有
现场和远程组态超出量程报警及诊断：无有
环境温度：－40～70℃－40～70℃（现场指示－30～70℃）工作温度：见变送器表头与环境温度和过程温度对照图负载电阻：见负载特性图浮筒及重量：见产品标牌点源因入口：1/2″NPT防护等级：IP654、磁翻板液位计
磁翻板液位计主要由本体部分、就地指示器、远传变送器以及上、下限报警器等几部分组成。磁翻板液位计通过与工艺容器相连的筒体内浮子随液面（或界面）的上下移动，由浮子内的磁钢利用磁耦合原理驱动磁性翻板指示器，用红蓝两色明显直观地指示出工艺容器内的液位或界位。5、节流装置
1)概述：节流装置是历史最为悠久，应用最为广泛的流量测量仪表，具有结构简单、安装方便、性能稳定，精确度高等优点。可用于现代工业中的液体、蒸汽和气体的流量测量。在石油、化工、电力、轻工、给水、输气等领域都有广泛的应用。
2)供货商根据节流装置标准（ISO5167）对所有数据进行核算并提供计算书。3)每套节流装置带一个顶丝，顶丝材质为不锈钢。4)节流元件手柄应标明如下信息：
a.流向b.孔板位置c.孔径d.管道公称直径e.公称压力f.材质
6、金属转子流量计
量程范围：要按采购计划表中的要求进行配置，确保其性能可靠。输出信号：就地显示（指针式）。
连接方式：法兰尺寸及连接按技术规格书要求，同时与买方及时沟通，以便买方确认附件的采购和安装。仪表外壳材料及密封：仪表外壳材质：按技术规格书要求并进行环氧树脂静电喷涂。防护等级：IP67。
表体测量管经过国际CE认证。
电缆接口：M20Χ15，M16Χ15，1/2″NPT，按技术规格书要求选定。危险场所：所有仪表为本质安全型。防爆认证：ATEX2181ExiaiiCT6T3。7、热电阻、热电偶、双金属温度计
热电阻、热电偶和双金属温度计都是对现场温度信号进行采集和输出。热电阻包含铠装护套管、智能温变和检测元器件，输出4-20mA模拟量信号。热电偶包含铠装护套管、双支PT100检测芯。双金属温度计包含铠装护套管、表头和双支检测芯。满足规范和标准
传感器满足ISO9001:201*质量保证体系及英国国家质量体系NQA认证标准和规范：热电阻根据国家标准号：JB/T8622-1997热电偶根据国家标准号JB/T-9238-1999铠装丝根据国家标准JB/T5582-91
防爆产品根据国家标准号GB3836-.1-201*GB3836.2-201*法兰标准按HG20594-97
工程设计时用户应提供数据表中温度传感器的数量、量程、工作温度和设计压力等参数。供方必须对所供设备进行100%的试验和检验，其内容至少应包括：温度仪表的套管打压实验温度仪表的温度测度检验热电阻的浸水实验
热电阻的电阻值标准油槽实验铠装丝绝缘测试铠装丝探伤测试
铠装丝的耐振动实验等。8、压力表
量程范围：按采购计划表中的要求进行配置，确保其性能可靠。输出信号：就地显示（指针式）。
连接方式：按技术规格书要求，同时与买方及时沟通，以便买方确认附件的采购和安装。仪表外壳材料及密封
仪表外壳材质：按技术规格书要求。防护等级：IP65。
连接接口：M20Χ15，按技术规格书要求选定。9、干燥塔控制系统
硬件组成
系统配置如下图：
图1干燥塔控制系统结构图
本控制系统选用的Quantum系列自动控制系统是Schneider公司九十年代推出的最新型控制系统，它延续了Schneider公司一贯的设计思想，产品不仅质量高、性能可靠，而且兼容性好。系统已在国内外诸多工业现场长期、稳定运行。系统组件的设计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。系统易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，可适应恶劣的工业环境。所有部件均可带电插拔、交换。平均无故障时间为150000小时以上（合17.36年）。9.1QuantumPLC双机热备系统主站简介
双机热备控制系统中的CPU模块内置Intel中央处理单元，集成了DCS和PLC系统的特点，能高速准确地处理开关量及生产工艺中大量的模拟量回路,能够充分满足系统控制要求。控制器热备特性:
a、实时数据传输：每个扫描周期均传送数据及状态信息。b、光缆连接：10M通讯,使用中继器热备系统可相隔3km之外。
c、自动程序下装功能：快速、有效只需下装一次程序，不需编程器即可传送程序。d、配置不需要编程工作：使用Concept进行配置。e、CHS模块：
--可热更换，无停机时间。--可定时监测对方的健康状态。--向后备控制器传送数据。
--初始化和向后备系统无扰控制切换。f、模块热插拔：减少更换时间。g、完善的机构认证：
--所有Quantum均通过CE认证（欧洲通用安全标准）--广泛的机构认证-UL,CSA和FM
--应用范围扩展到FactoryMutualClassI,Div2GroupsA-Dh、热备的切换方式：
--一般在一个周期内完成切换，最差情况也要在两个扫描周期完成切换。--钥匙开关手动切换：将主控机钥匙开关从RUN切到OFFLINE。--通过人机界面或编程器切换：将命令字转换位置位。--自动切换：电源失效；CPU失效；RIO失效(电缆或模板)。9.2远程I/O站：
Quantum系统在该方案的配置中，系统I/O点数都大于等于设计要求。每一路输出控制点都可有三种故障状态：（1）保护上次最后的输出状态；（2）全部关断；（3）可根据用户工艺的要求具体设置每一路输出点的状态。这样就保证系统在任何时候就处在高可靠性状态，使各种设备都处在安全生产状态，以减少事故发生的可能性。
9.3、PLC与DCS系统通讯：
该Quantum控制系统与DCS系统的网络通讯采用MODBUS协议，以满足系统可靠性的要求，并协助DCS系统厂家完成该PLC系统与DCS系统的通讯。总之，该设计方案是在满足设计规格书中要求的基础上，充分体现ModiconQuantum自动化产品的高可靠、易维护、强兼容、快升级等四大特点，是系统配置的优化组合。
压缩天然气（CNG）储运简介CNG储运是将天然气进行高度压缩至20～25MPa,再用高压气瓶组槽车通过公路运输,或将天然气充入一个管束容器(由高级钢管制成)中,将容器固装在运输船上海运,还可以将管束容器制成铁路运输槽车的形式通过铁路运输,在使用地的减压站(输配站)将高压天然气经1～2级减压(1.6MPa左右),然后泵入储罐,或进一步调压进入城市管网。与气瓶组相比,管束容器虽然略重,但制作工艺较为简单,相同容积的造价更低,使用安全性及灵活性也好于高压气瓶组。CNG储运适用于零散用户及车用燃气的用气,技术难度低,成熟度高,在我国得到了一定程度的应用。LNG供应链在常压下,当温度降至-163℃时,天然气由气体转化为液体,即所谓的LNG。LNG是一种无毒、无色、无气味的液体,在-163℃下的密度约为425kg/m3。LNG的最主要优点是体积缩小到标准状态下气态体积的1/600左右,因此在某些特定条件下,以LNG形式进行天然气储运可能比气态天然气更经济。LNG运输是目前天然气远洋输送的主要手段,是提高海洋、荒漠地区天然气开发利用率的有效方法,同时,LNG输送成本仅为管道输送的1/6～1/7,并可降低因气源不足敷设管道而造成的风险。是,LNG工厂规模庞大,设备昂贵,净化、液化工艺复杂,运行费用较高,日产400m3的LNG工厂一次性投资在1×108元人民币以上。世界上大多数LNG都是采用船运的方式,LNG船结构复杂,技术要求高,耗资巨大。另外,由于储存温度低,LNG一旦发生泄漏将很快形成爆炸云团,因此,在生产和储运过程中危险性很高。&N9j#{-Q*b0{;X&J(m*L
采用LNG形式供应天然气的过程称为LNG供应链,它包括天然气液化、LNG储存、LNG运输和装卸、LNG再气化等环节。根据液化的目的,天然气液化厂通常分为基本负荷型和调峰型。基本负荷型液化厂的目的是将天然气以液态形式运输到消费地,其特点是全年连续运行且产量比较均衡。调峰型液化厂的目的是为天然气供气系统提供一种储气调峰方式,当管道供气量大于用气量时,将多余的天然气液化后储存于液化厂的LNG储罐中,当管道供气量小于用气量时将储存的LNG再气化并补充到供气系统中。储存LNG通常采用低温、常压方式,储存温度在-161℃以下,压力一般不超过0.03MPa。LNG储罐分为地上金属罐、地上金属/混凝土罐、地下罐三类,大型LNG储罐的日蒸发率一般在0.04%～0.1%之间。LNG的运输方式包括水运和陆上罐车运输。LNG再气化的目的是将液化天然气重新转化为气态以便向用户供气。再气化过程是在专用蒸发器中进行的,它分为开式管架蒸发器(ORV)、淹没燃烧式蒸发器(SCV)和空温式蒸发器。
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