引言

随着国家对清洁能源的日益重视，天然气作为一种洁净能源受到越来越多地关注。在天然气的生产过程中，天然气低温分离技术发挥着重要作用。天然气低温分离系统作为一种高压力、高温度、大温差的系统，对设备及管道的要求非常严格，其安全可靠性是至关重要的。本文以某公司天然气低温分离系统为研究对象，从设备和管道两个方面进行了分析。设备方面从设备组成、压力等级、流体温度等方面对系统进行了分析，并结合相关标准规范对系统可能出现的异常工况进行了预测和分析。管道方面从管道材料、管材规格、结构型式等方面对系统进行了分析，并对其可能出现的异常工况提出了解决措施。

一、天然气低温分离系统概述

1.1 天然气低温分离技术原理

天然气的低温分离技术原理，是利用压缩液化的方法将天然气中的CO2和甲烷分离，使其达到可液化状态，再利用液化的天然气对天然气进行处理和运输，最终将液化天然气转化为液体状态，用于发电或者进行化工原料的运输。

从天然气中分离出的CO2和甲烷可以应用于工业生产、气体燃料、食品保鲜、化工原料等领域。其中，利用制冷压缩机将液态CO2压缩成气态CO2,再将气态CO2储存在冷箱中，然后利用管道输送到低温分离器中，通过对冷箱进行循环制冷，让冷箱中的CO2达到液化状态后输送到液氧罐中作为液氧使用。

1.2 天然气低温分离系统组成及工艺流程

天然气的低温分离系统主要包括压缩机、膨胀机、低温分离器、节流装置、液氧罐、冷箱等部分，其中压缩机负责将天然气中的液态CO2压缩成气态CO2,膨胀机负责将气态CO2压缩成液态CO2,冷箱负责储存气态CO2。整个天然气的低温分离系统主要包括3部分，第一部分是压缩机，第二部分是膨胀机，第三部分是低温分离器。

天然气低温分离系统的工艺流程为：天然气经过压缩机压缩后，进入膨胀机进行膨胀制冷，气体膨胀后进入冷箱储存，冷箱中的气体经过循环制冷后达到液化状态后输送到液氧罐中作为液氧使用。

二、天然气低温分离系统低温安全性分析方法

2.1 安全性分析的基本概念和原理

天然气低温分离系统的安全性分析主要是针对天然气的低温分离过程进行的，其主要是在天然气的低温分离过程中，对其中的各个参数和装置进行安全分析，最终确定整个天然气低温分离系统的安全性。在具体的分析过程中，主要是在对各个参数进行详细的分析后，将其中的影响因素和其产生后果进行综合考虑，确定各个因素所产生后果的大小，并且将其量化。通过对各因素之间相关性进行综合分析后，最终确定各因素之间相互影响的大小关系。在具体应用过程中，可以根据实际情况选择合适的数学模型对各个因素之间相互关系进行综合考虑和分析

2.2 天然气低温分离系统低温安全性分析方法的选择

目前，对于天然气低温分离系统低温安全性分析方法的选择，主要有三种：首先是故障树分析法，这种分析方法主要是对天然气低温分离系统中各个因素之间相互影响关系进行分析，从而确定各个因素对整个天然气低温分离系统所产生的影响大小。

三、天然气低温分离系统低温安全性分析

3.1 系统结构的安全性分析

在天然气低温分离系统的运行过程中，低温分离装置的安全性是影响系统运行安全性的主要因素，因此在天然气低温分离系统的设计过程中，需要对装置结构的安全性进行详细分析。

一般情况下，天然气低温分离装置在低温下运行时，主要由进料单元、换热单元、压缩单元以及控制单元等部分组成。其中，换热单元主要是将冷量从低压天然气中转移到高压天然气中。在整个装置运行过程中，需要对换热单元进行有效控制。只有当换热单元温度变化达到一定程度时，才会导致高压天然气与低压天然气进行分离。因此在装置结构的设计过程中，需要重点关注换热单元温度变化对系统安全性造成的影响。

3.2 系统工艺的安全性分析

一般情况下，天然气低温分离装置的主要工艺流程包括：首先对天然气进行预处理。在预处理过程中，需要对天然气进行低温干燥、液化以及压缩等操作，从而将天然气中的水分、杂质等物质进行有效分离。其次，通过对高压天然气中的湿气进行压缩，从而将其中的能量得到有效释放。最后，在压缩过程中，需要通过换热设备实现高压天然气与低压天然气的有效分离。在整个系统工艺的设计过程中，需要对工艺参数进行合理控制，从而有效保证装置工艺参数与设备运行参数的合理性，从而保障系统工艺的安全性，避免因温度变化而导致系统运行不稳定问题的出现。

3.3 系统设备的安全性分析

在天然气低温分离系统的设计过程中，需要对设备的安全性进行全面分析，从而保障整个系统运行的安全性。

一般情况下，在天然气低温分离系统设备的设计过程中，主要包括换热设备、压缩机、阀门以及仪表等。其中，换热设备是整个系统运行过程中的关键设备，需要重点关注其对系统运行安全性造成的影响。

一般情况下，在换热设备的设计过程中，需要结合天然气温度、压力等因素，对换热设备的运行参数进行合理控制。此外，在整个系统工艺设计过程中，需要对换热设备的换热效果进行合理优化，从而有效提升换热效果与分离效率。

四、天然气低温分离系统低温安全性分析结果

由于天然气低温分离系统的低温安全性与其低温工艺和设备的低温运行环境密切相关，因此对其进行安全性分析，是评估系统是否安全的关键环节。基于上述分析，将天然气低温分离系统按照结构、工艺和设备三个层次进行安全性分析。在结构层次上，重点关注天然气低温分离系统的工艺结构设计；在工艺层次上，重点关注天然气低温分离系统的设备选择；在设备层次上，重点关注天然气低温分离系统的关键设备选型。此外，还根据设备与工艺间的相互影响，分析了天然气低温分离系统中各设备对天然气闪点、压力等参数的影响

五、天然气低温分离系统低温安全性分析的应用

为了保证天然气生产过程的安全运行，需要对天然气的低温分离系统进行安全性分析，通过对装置结构、工艺和设备三个层次的安全性分析，制定出系统结构安全、工艺安全和设备安全三个方面的对策措施。在具体应用过程中，需要对系统结构设计、设备选型和系统工艺设计等方面进行重点分析，同时结合系统设备选型、设备安全控制等内容，制定出相应的对策措施，从而有效保障天然气低温分离系统的运行安全性。

结论

对天然气低温分离系统的低温安全性分析结果表明，在保证系统安全运行的前提下，该系统可以满足最低温度为-196℃的天然气输送要求。根据上述分析结果，在天然气管道中加装低温热交换器，可以有效降低低温分离系统的低温安全性。

通过在管道中加装低温热交换器，可以降低天然气输送过程中的能量损失，从而降低天然气输送成本。但值得注意的是，在对管道进行保温处理时，需要注意其厚度不能小于40 mm。

参考文献

[1] 换热器检修工序及质量控制[J]. 高飞;王玉斌.聚酯工业,2020

[2] 高通量换热器的研制开发及应用[J]. 李松山;李鹏;张小许.化工管理,2021