浅谈LPG混气站工艺设计

摘要：天然气已经成为国际上的可利用重要能源之一，在某些地区，由于天然气产量及储量不够，在天然气匮乏期间，需要选择一种替代燃气，也就是合成天然气(Synthetic Natural Gas，简称：SNG)，作为调峰用气。合成天然气工艺简单、技术成熟、设备选择性多，已经在包括中国在内的很多国家推广多年，作为油田地面工程事业部EPC业务范围之一，其混气流程是事业部工程人员必须掌握的工艺知识。

关键词：合成天然气、液化石油气、低热值、沃泊指数

中图分类号：fF470.22 文献标识码：A

前言 

天然气作为一种洁净能源在世界上有着广泛的应用，目前，绝大部分的气体燃烧器，无论用于燃气发动机、燃气锅炉、家用燃气灶都是以适应天然气燃料为主。当天然气出现匮乏时，如果采用替换燃气，由于沃泊指数不同，燃烧器可能需要进行更换，为了提高燃烧器利用率，减少对燃烧器的更换，燃气供应公司通常会采用一定的措施使替代燃气与天然气沃泊指数相同，从而在不更换燃烧器的情况下供用户使用。

定义

为了便于理解，首先需要明确以下几个概念。

LPG―液化石油气(Liquefied Petroleum Gas)，主要成分是C3和C4组分，以液态形式储存，使用时气化。

SNG―合成天然气(synthetic natural gas)，本文中主要指气态的石油气与空气的混合气体。

热值―燃气的热值指完全燃烧单位体积的气体释放出的能量，分为高热值和低热值。高热值是指单位体积燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。低热值是指单位体积燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。

相对密度―针对燃气，相对密度是指燃气密度与标准状态(0℃和101.325kPa)下干燥空气的密度的比值。

沃泊指数―Wobbe Index，又称华白指数，在规定参比条件下的体积高热值除以在相同的规定计量参比条件下的相对密度的平方根。

合成天然气原理

前面提到过，为了保证燃气的互换性，必须是两种气体沃泊指数相同。由于石油气沃泊指数高于商品天然气，因此，为了使其与天然气具有相同的沃泊指数，一般会混入一种低沃泊指数的气体，从而降低混合气体的沃泊指数。由于空气是一种取之不尽用之不竭的自然资源，并且极易获取，所以通常选用空气作为混合气体之一，这里提到的混合气体也就是之前所说的合成天然气(SNG)。

SNG中石油气和空气各占的比例，可通过如下公式获得：

其中：

―合成天然气和石油气的沃泊指数，英制单位：Btu/SCF；

―合成天然气、石油气、空气热值，英制单位：Btu/SCF；

―合成天然气、石油气、空气比重，无量纲；

―石油气、空气体积百分比。

上述公式中，沃泊指数是商品天然气的沃泊指数、热值可以通过根据组分进行计算，也可以通过热值仪测定，比重可以根据组分进行计算，只有体积百分比是未知数，完全可以根据方程求出。

LPG混空气流程

通过对合成天然气原理的了解，合成天然气流程可以简单的描述为气态的LPG与空气混合的流程，其流程如图4-1所示。

主流程：LPG通过LPG泵加压至SNG出口需求压力，泵送至汽化器，气化后，进入混合器；空气经压缩机加压至SNG出口需求压力，经干燥器干燥、仪表气罐缓冲后进入混合器与气态的LPG混合生产出SNG。

辅助流程：淡水经锅炉加热，泵送至汽化器加热LPG后，回流至锅炉重新加热，形成热水循环加热系统。

整个流程中的关键参数就是SNG的出口压力和沃泊指数，出口压力的控制通过控制空压机和LPG泵的排出压力来实现，沃泊指数通过控制LPG和空气的流量，也就是LPG泵和空压机的排量来实现达标。

图4-1 LPG混空气流程

工艺模拟

虽然混合气体中各组分的占比及工艺流程可以通过计算获得，但是从之前接到的项目招标书来看，招标方更加注重的是模拟计算的能力。目前，国际上比较流行的模拟软件是 AspenTech 公司的HYSYS软件，我们在进行流程模拟时采用的也是该软件。

以巴基斯坦某燃气公司LPG混气项目为例，已知条件包括：

管道天然气规格

天然气供应量： 10 MMSCFD (标准百万立方英尺每天)

管道气压力： 100 Psig

高热值： 912 Btu/Scf (英热值每标准立方英尺)

比重： 0.627

沃泊指数： 1152 Btu/Scf

液化石油气组分

C3：90%

C4：10%

在HYSYS软件中输入已知条件，建立模型，如图5-1所示。

图5-1 LPG混空气流程模拟

从流程中我们可以得到需要的结果如下：

LPG用量(气化前)： 21.62 m3/h

LPG用量(气化后)： 5.17 MMSCFD

仪表气用量： 4.83 MMSCFD

SNG高热值： 1332 Btu/Scf

SNG比重： 1.335

沃泊指数： 1152.825 Btu/Scf

从上表中可以看出，混合气体沃泊指数与管道天然气几乎完全相等，证明流程是合理的。

关键设备

混气工艺中的关键设备是LPG泵、汽化器、空压机、干燥器、混合器等，这些设备的选型首先考虑的是工艺性能，其次是安全性和稳定操作性。

LPG泵

主要性能参数包括排量、扬程和密封性，首要的选择是API685的屏蔽泵。

汽化器

主要性能参数是气化量、型式，型式有空浴式和水浴式，流程模拟中选用的是水浴式汽化器。

空压机、干燥器

空压机的主要性能参数包括排量和扬程，有离心式、螺杆式和往复式，首选离心式或螺杆式；干燥器的主要性能参数包括处理量、脱水率和压力露点，有冷干式和吸附式，首选冷干式。

混合器

主要性能参数包括处理量、操作压力和是否能充分混合，有容器式和管道式，首选管道式。

发展趋势

天然气作为一种清洁能源，已经成为很多国家和地区的主要燃烧用气，由于工业发展，部分地区天然气的产能严重不足，而伴随天然气开采而产出石油气也是主要的燃烧用气之一，保证这两种燃气具有互换性是非常重要而且迫在眉睫的。因此，LPG混空气工艺随着能源越来越匮乏，将会变得原来越重要，尤其在天然气能源供应不稳定的地区，LPG混空气站在将会有长远的发展。

科瑞具有的优势

山东科瑞控股集团作为一家设备制造商、工程承包商、资源整合商，在工程总包、资源整合、项目管理和运行上依托地面工程事业部、合作设计院；在设备制造上依托压缩机公司、油气工艺公司、特种设备制造公司；在业务拓展、市场营销上依托各分子公司；无论从渠道、供应链、运营管理方面都具有较大优势，可以作为油田地面工程方面的一个待发展的业务。

参考文献

[1] 巴基斯坦某燃气公司 LPG混空气站招标书。

[2] 山东科瑞石油装备有限公司 某LPG混空气站投标书