1前言

冷箱是 LNG生产设备的核心部件之一，特别是在当前最成熟、应用最广的MRC工艺之中，其温度调整显的尤为重要。还有其工作状态的好坏关系到整条生产线的正常运转，而温度的调节是表征该设备工作状态的最重要指标，也是最关键的一环。本文拟从分析冷箱的工作原理入手，分析冷箱的工作过程，探索影响温度分布区间的主要因素，并对五种冷剂的工作温区进行分析，从而明确冷箱温度变化的基本规律。

2LNG生产装置冷箱温度影响因素及调整

2.1 影响冷量因素

(1)冷箱温度受冷剂压力影响。在满足冷剂压缩机操作要求的情况下，较高压力的气液两相制冷剂，通过J-T阀后的压降较大，其节流作用更为显著，生成的温度下降较大，供冷量较大。

(2)需维持冷剂循环量---即流量。为满足天然气液化，其主要参考指标为高压气相冷剂流量，高压液相制冷剂流量，重烃热交换器气相流量。上述流量可通过调节相应J-T阀来调整。制冷剂的循环量较大，则意味着更多的冷量。

(3) 天然气进冷箱温度影响冷箱温降。在流量一定的情况下，天然气温度越高，降温时所需的冷量越多，因此要尽可能降低天然气进冷箱温度。分子筛冷吹时将塔内温度均匀地降至最低 ；投运重烃换热器、BOG换热器，以降低天然气进冷箱温度。但不能盲目降低，首要考虑到对应冷剂反流温度，防止温度过低，导致冷剂压缩机入口带液。

(4) 冷剂入口的温度。冷剂进冷箱温度过高，混合冷剂组分受温度影响较大。采用空冷和水冷器对高压制冷剂进行降温，可以使制冷剂成分趋于常态，并使其得到较大的冷量。

(5)冷剂配比。将五种制冷剂混合压缩后，通过J-T阀门对其进行节流降温，从而产生冷量，通过不断地循环叠加，进而实现天然气的液化。并且，冷箱的主要冷量来源，并不完全是节流膨胀带来的显热，更重要是过程之中气液两相交替所带来的潜热。所以，选择合适的制冷剂配比是非常重要的。而各冷剂在对应压力下的沸点，意味着在此压力及温度区间之内的两相变化。

从表1中可以看出，在不同的压力下，各种制冷剂的沸点不同，并且在冷箱中的作用也不一样。通过对试验结果的分析，得出了丙烷对上部台阶阀的阀前温度的控制，乙烯对上部台阶阀后的温度的控制。

表1 五种冷剂不同压力下沸点

图1 阶梯阀冷剂控制

2.2 冷箱各部温度控制及冷剂组分调整操作

    冷箱内部最核心的换热设备为板翅式换热器，其特点为：可以实现多股流气液两相不同介质间的换热，并且有极高的换热器效率。以目前生产规模下，板翅式换热器的构造为例，日处理50万方天然气的冷箱内，大多为一台板翅式换热器即可。更大规模的冷箱，其板翅式换热器也多以并联形式存在。所以，我们在这里将板翅式换热器分为上、中、下三部分。

2.2.1 上部换热器温度控制

上部换热器的温度大多应该保持在20℃~~-55℃之间。最高的20℃是为了保证冷剂的回流温度不宜过低。-55摄氏度则是考虑到利于重烃组分的分离。

此部分温度控制，主要涉及冷剂组分为C₅H₁₂和C₃H₈两种组分。C₂H₄也会有小部分的影响。

2.2.2 中部换热器温度控制

中部换热器的工作温度应该保持在-55℃到-110℃之间。

此部分换热器的温度控制，主要有C₃H₈、C₂H₄、CH₄，此部分为主要降温区，降温幅度较大。其中，乙烯的汽化潜热得到最大程度的释放，可以吸收极大部分的热量，从而对天然气通道提供冷量。

2.2.3   下部换热器温度控制

下部换热器的温度应该保持在-110℃到-162℃。

下部被誉为深冷区，在这里，天然气已经达到液化的目的。在此区域内，冷剂中的甲烷同样提供大量的冷量，因为其汽化潜热在这部分得到最大化的实现。但是，绝对不能忽略氮气的作用。此时，主要组分为氮气、液化的甲烷、少量的液化乙烯。所以氮气，将作为冷剂自下而上流动所必须的动力。

请参阅表格2中所示的冷盒温度调节控制

表2 冷箱温度调整控制表

2.2.4  冷量过大

冷箱冷量过大，如果短期内的波动，可以减小相应的冷剂流量来减小热端温差，例如换热器热端温差较大时，可减少预冷段制冷剂节流阀的开度，而如果这种现象持续时间较长，或者表现出热端温差持续增加，就需要按照下列优先次序来选择调节方式：

(1)短时间提高液化产能：在保证气路压力稳定的情况下，在保证冷端差不超过设计要求的情况下，可以加大天然气流量，提高液化能力，使多余的冷量能得到最大程度的发挥。

(2)节能：当热端温度相差过大时，当调节阀热端温度差仍未得到明显改善，或者由于原料气体供应不足，需要减小冷剂循环量，减小制冷压缩机的负载，从而达到节能目的；但是，最低限度的制冷压缩机循环应该被确保正常。

(3)调整冷剂组分（具体调整视各点制冷剂的设计比例而定）：当上述措施不能确保调节目标时，可通过调整制冷剂组份，使机组平稳运转。

冷量过大，一般出现在开停车过程中的天然气波动及冷剂流量波动。此过程中，最严重的两种情况为：

1）天然气量迅速减小，但依然未能切断，则有可能导致上部重烃分离不完全，导致换热器底部冻堵。表现为下部换热器压差增大，甚至LNG出口阀门堵塞。最简单的解决办法为停车后复温吹扫。

2）大量的冷量不能释放，导致冷剂回流管线低温，从而造成冷剂压缩机入口带液。

    所以，在开停车过程中务必保证冷箱内冷剂侧与天然气侧的流量协调统一，进而保证冷箱内温度平顺。

结束语

在 LNG生产过程中，冷箱温度调节是一个难点，也是最重要的一个环节，直接关系到整个生产过程的成本。影响冷箱温度的因素很多，本文在对各个因素逐一进行分析和研究的基础上，根据生产实践，总结出了比较简便、易于掌握的调节方式。通过与生产实践的比较，可以指导生产操作，降低制冷剂的放出量，实现了降低生产运行费用，节约能源的目标。

参考文献

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[2] 石玉美，顾安忠，汪荣顺，等 . 混合制冷剂循环（MRC）液化天然气流程的设备模拟 [J]. 低温与超导，2000，28（2）：6.

[3] 吴捷,孙明玉,郭鹏增.LNG管道复合保冷结构保冷厚度简化计算研究[J].石油工程建设,2018(05):78-81.