天然氣液化工藝優化節能Contact:LuChenTel:+44-161-974-0090Lu.chen@公司背景LNG工廠背景介紹操作優化技術介紹技術安全性工業案例小結公司背景英國曼徹斯特大學化工及分析科學學院過程集成研究中心（CPI）PIL過程集成概念設計的世界領先地位廣泛成功的工業應用商業分支公司背景過程集成研究中心（CPI）廣為業界熟知的多項節能降耗先進技術的發源地，并保持這些技術的世界領先地位，例如:用于工藝裝置內部節能的熱集成夾點分析與優化技術用于全廠公用工程系統節能的夾點分析與系統優化技術用于煉油廠氫資源管理的氫夾點分析與優化技術用于工業水資源管理的水夾點分析與系統優化技術BodoLinhoff（夾點分析技術創始人）CPI首任主任RobinSmith（院士）CPI現任主任PIL董事會成員1984年成立的研究基金會專門為CPI提供研究資金過程集成研究中心的研究基金會研究基金會的成員公司：BPShellExxonMobilTotalSaudiAramcoPetronasPetrobrasUOP

KBR等近20家會員企業RobinSmith：院士，CPI現任中心主任。PIL董事會董事、總裁KeithGuy：院士,PIL董事會主席。公司在冊員工獲得博士及碩士研究生學位比例超過全公司75%。PIL人員構成PIL董事會PIL首席執行官PILUKPILChinaPILUSA辦公地址英國曼徹斯特中國北京美國休斯敦國內合作單位與中石化洛陽石化工程公司及中國石油工程建設公司華東設計分公司建立了戰略合作關系與洛陽院在常減壓裝置新設計和改造設計、公用工程系統優化設計、煉廠氫網絡改造設計等領域進行合作。與華東院在常減壓裝置新設計和改造設計方面進行合作與石化盈科建立了分子煉油技術開發聯合試驗室PIL近年相關業績客

戶項

目

石化盈科廣州、九江、茂名、洛陽、武漢、金陵、石家莊、青島石化、天津、揚子、海南、上海石化、燕山、長嶺、荊門（15家）公用工程系統生產節能項目

石化盈科茂名1、2、3套常減壓裝置操作優化節能項目

石化盈科中原、茂名、廣州3套乙烯裝置分離系統生產節能項目

中石化石家莊焦化裝置改造優化項目洛陽石化工程公司茂名1800萬噸/年改擴建氫網絡生產管理與改造優化洛陽石化工程公司揚子800萬噸/年常減壓裝置換熱網絡全新設計優化中化泉州1200萬噸/年常減壓裝置換熱網絡全新設計優化洛陽石化工程公司湛江中科1500萬噸/年全新煉廠深度熱聯合設計優化洛陽石化工程公司湛江中科1500萬噸/年全新煉廠蒸汽系統優化設計中石化撫順研究院金陵石化氫氣系統優化項目PIL相關業績（續）客

戶項

目

中石油長慶、錦西、遼化2套常減壓裝置改造優化項目中石油獨山子、克拉瑪依、錦西、大慶、錦州全廠氫氣系統優化項目中石油錦西160萬/年焦化裝置節能改造項目中石油大慶煉廠水系統優化項目KBRIGCC系統優化設計項目匈牙利MOL煉廠全廠氫氣系統優化項目Sabic汽油緩和加氫裂化流程設計與優化Shell2個全廠二氧化碳減排項目Shell氫網絡管理與優化JohnsonMatthey煉油過程項目培訓WSAtkins系統可靠性、有效性和可維護性培訓中華石油集團(臺灣)全廠能量集成

PIL相關業績（續）客

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目

BritishGas液化天然氣生產系統節能KBC夾點技術在節能方面的應用BP全廠能量集成原油精餾設計去二氧化碳火力電站設計

ExxonMobil氫網絡管理與優化原油精餾系統改造設計

系統能量利用效率方面的咨詢項目TataSteel工業水系統優化項目OFT生物柴油精制技術優化項目LNG工廠背景介紹有利因素環境惡化清潔能源不利因素進口量增加產能過剩經濟下行需求疲軟

天然氣作為一種清潔能源，越來越受歡迎。但在目前整體經濟下行的情況下，LNG生產企業也面臨著巨大的挑戰。開源不太現實的話可否考慮節流？LNG工廠現狀高耗能因素運行偏離設計工況氣源條件變化冬夏環境溫度變化產品出口溫度要求變化生產負荷發生變化技術改造后操作環境變化實際工況分析綜合考慮設備性能系統分析操作參數工藝優化節能通用流程模擬軟件：能耗評估專業優化軟件：尋找最小能耗操作條件現場運行調試：達到節能效果定制在線優化軟件LNG工廠問題分析及解決方法操作優化技術介紹工藝優化節能的流程采集設計和實際操作數據并深入分析在模擬軟件Unisim中模擬基礎工況并與實際數據對比在優化軟件中優化操作參數導回到流程模擬軟件中計算節能效果現場調試工藝參數驗證節能效果并開發在線優化軟件優化理論：夾點技術、神經元網絡ANN和NLP優化對液化工藝系統進行節能降耗組分摩爾組成

氮氣mol%甲烷mol%氧氣mol%二氧化碳mol%合計100組分摩爾組成

歸一化前摩爾組成

歸一化后氮氣mol%mol%甲烷mol%mol%乙烯mol%mol%丙烷mol%mol%異戊烷mol%mol%合計100.00天然氣進冷箱前組成混合制冷劑組成基礎工況數據采集工藝參數名稱計量單位

參考位置

原料氣冷箱入口流量Nm3/h1原料氣冷箱入口溫度°C1原料氣冷箱入口壓力MPaG1LNG產品冷箱出口溫度°C2LNG產品冷箱出口壓力MPaG2原料氣基礎工況數據基礎工況數據采集原料氣LNG12冷箱工藝參數名稱計量單位

參考位置

冷劑壓縮機段數二段一段壓縮前溫度°C1一段壓縮前壓力MPaG1一段壓縮后溫度°C2一段壓縮后壓力MPaG2一段間冷后溫度°C3一段間冷后壓力MPaG3二段壓縮后溫度°C4二段壓縮后壓力MPaG4二段冷卻后溫度°C5二段冷卻后壓力MPaG5冷劑壓縮機基礎工況數據基礎工況數據采集2混合制冷劑MR一段壓縮1ststagecompression二段壓縮2ndstagecompression一段間冷1stinter-cooler二段間冷2ndinter-cooler3451工藝參數名稱計量單位

參考位置

冷劑進冷箱流量Nm3/h1冷劑預冷前溫度°C1冷劑預冷前壓力MPaG1冷劑預冷后溫度°C2冷劑預冷后壓力MPaG2冷劑膨脹后溫度°C3冷劑膨脹后壓力MPaG3冷劑蒸發后溫度°C4冷劑蒸發后壓力MPaG4冷箱基礎工況數據基礎工況數據采集混合制冷劑MR冷箱Coldbox12膨脹閥Valve34冷卻器Condenser多段壓縮機Multi-stagecompressor冷劑預冷冷劑蒸發

液化工藝數學模型

優化理論夾點技術ANN神經網絡NLP非線性規劃優化方法優化方法采集歷史數據換熱夾點分析找出操作范圍夾點技術優化方法xyaArtificialNeuralNetworks收集數據建立過程模型選擇方程個數和類型確定變量范圍培訓ANN回歸方程驗證ANN模型ANN神經網絡優化方法找出設備限制條件NLP優化算法系統能耗最小的優化參數NLP非線性規劃優化參數名稱單位制冷劑返回壓力MPaG制冷劑壓縮機一級入口流量Nm3/h制冷劑一級液相預冷后溫度°C制冷劑二級液相預冷后溫度°C制冷劑二級氣相預冷后溫度°C制冷劑二級氣相與二級液相膨脹后混合時溫度°C三股制冷劑膨脹后混合時溫度°C組分摩爾組成

氮氣mol%甲烷mol%乙烯mol%丙烷mol%異戊烷mol%合計1冷箱優化參數混合制冷劑組成優化計算輸出結果技術安全性操作變量調節手段X混合冷劑組成可通過補充或導出部分冷劑實現PIn冷劑壓縮機入口壓力可通過調節節流閥開度實現F冷劑流量可通過調節壓縮機進口閥開度及補充或導出部分冷劑來實現其它工藝條件由現有設備（壓縮機及冷箱）自身的性能決定

操作優化調整的參數都是日常生產會經常改變的參數，調整這些參數不會對生產的安全性產生影響工藝調整安全性工藝優化技術對生產安全及穩定性的影響節能技術是否會影響生產安全，是否會影響生產的穩定性？1、我們是在考慮設備運行限制條件的基礎上做的參數優化，且各參數的變化幅度不是很大；2、實際現場調試是在與工廠技術人員商量好調試方案的前提下分步完成的，每步只調整很小的幅度，是從一個穩態到另一個穩態的逐步過渡；3、調整的整個過程是可逆的，即使出現不利于生產的變化趨勢，可以立即還原到調整前的狀態；4、調試的時候不需要停車，只是對平時生產人員經常調整的參數進行有方向性的微調，不會對生產的連續性有影響。綜上所述，本操作優化不會對工廠生產的安全性和穩定性造成影響。工業案例

某液化工藝數學模型此液化工藝冷劑壓縮機系統是二級壓縮預冷系統是冰機預冷液化系統是壓縮機一段出口液相經冰機預冷后進冷箱，壓縮機二級出口氣液分離分別進冷箱性能參數單位計算結果冷劑蒸發后離開冷箱的溫度°C-1.810換熱負荷kW8400最小換熱溫差°C2.988最大換熱溫差°C12.886UAkW/°C1104.24性能參數單位計算結果冷劑蒸發后離開冷箱的溫度°C0.55換熱負荷kW7619.52最小換熱溫差°C2.32最大換熱溫差°C10.64UAkW/°C1204.03注：1、廠方提供的基礎工況DCS截屏顯示冷劑蒸發后離開冷箱的溫度為-1.983°C，與模擬計算結果-1.810相

比，僅有0.173°C的偏差，由此可看出模擬結果與現場工況吻合較好。2、考慮實際換熱過程傳熱系數隨操作條件的變化略微變化，優化過程中UA考慮變化余量是10%。通過比較最優操作與當前工況的冷箱性能可以發現，最優操作下冷箱的換熱負荷降低了9.3%。這意味著在滿足天然氣冷卻要求的前提下最優操作的冷劑使用更加高效。基礎工況冷箱參數優化后冷箱參數優化前后冷箱性能參數對比基礎工況冷箱冷熱組合曲線優化后冷箱冷熱組合曲線優化前后冷箱冷熱組合曲線對比天然氣性能參數單位計算結果第一級壓縮功耗kW1925第二級壓縮功耗kW1581合計kW3506電動機功耗（廠方提供）KW3705注：廠方提供的電動機電耗為3705kW。根據冷劑壓縮機模擬結果及提供的電動機電耗可以計算出電動機的效率為0.9463。后續的性能分析假定電動機的效率不變，并以此為依據估算新操作條件下的電動機電耗。參考電動機效率0.9463，可以估算出最優操作下的電動機電耗為3391kW，較當前工況下的電動機電耗減少8.48%，即314kW。若電價以0.5元/度計算，液化工廠年運行8000小時可節省電費125.6萬元。性能參數單位計算結果第一級壓縮功耗kW1771第二級壓縮功耗kW1438合計kW3209電動機功耗（反算）KW3391基礎工況壓縮機功耗優化后壓縮機功耗優化前后壓縮機功耗對比

推薦方案與當前工況對比如下表所示：工藝參數名稱計量單位當前工況與推薦操作模擬結果對比原料氣冷箱入口流量Nm3/h不變LNG產品出冷箱壓力MPaG不變原料氣液化過程壓降kPa不變原料氣冷箱入口溫度°C不變LNG產品冷箱出口溫度°C不變冷劑壓縮機一級入口流量Nm3/h變小冷劑壓縮機一級入口溫度°C升高冷劑壓縮機一級入口壓力MPaG變大冷劑壓縮機一級出口溫度°C升高冷劑壓縮機一級出口壓力MPaG變大間冷分離罐氣相流量Nm3/h變小間冷分離罐氣相溫度°C升高間冷分離罐氣相壓力MPaG變