LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器制造技术

本发明专利技术属天然气低温液化技术领域，涉及LNG一级低温制冷板翅式换热器及混合制冷剂制冷技术，应用C3H8、C4H10—异C4H10制冷剂及LNG二级出口0.3MPa、－63℃的N2—CH4—C2H4混合气在五股流板翅式换热器内将36℃、6.1MPa天然气冷却至－53℃以便进入二级预冷段；应用板翅式换热器首先过冷C3H8、C4H10—异C4H10，再节流至混合制冷剂侧与N2—CH4—C2H4混合后预冷天然气侧、N2—CH4—C2H4侧、过冷C3H8侧及C4H10—异C4H10侧，达到一级天然气预冷、混合气N2—CH4—C2H4预冷及C3H8、C4H10—异C4H10节流前过冷目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于陆地LNG及海洋FLNG领域，实现36℃～－53℃天然气低温预冷过程，解决LNG一级制冷技术难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属天然气低温液化
，涉及LNG一级低温制冷板翅式换热器及混合制冷剂制冷技术，应用C3H8、C4H10—异C4H10制冷剂及LNG二级出口0.3MPa、－63℃的N2—CH4 —C2H4混合气在五股流板翅式换热器内将36℃、6.1MPa天然气冷却至－53℃以便进入二级预冷段；应用板翅式换热器首先过冷C3H8、C4H10—异C4H10，再节流至混合制冷剂侧与N2—CH4—C2H4混合后预冷天然气侧、N2—CH4 —C2H4侧、过冷C3H8侧及C4H10—异C4H10侧，达到一级天然气预冷、混合气N2—CH4 —C2H4预冷及C3H8、C4H10—异C4H10节流前过冷目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于陆地LNG及海洋FLNG领域，实现36℃～－53℃天然气低温预冷过程，解决LNG一级制冷技术难题。
技术介绍
大型混合制冷剂天然气液化流程主要包括三个阶段，第一个阶段是将压缩后的天然气进行预冷，即将36℃天然气预冷至－53℃，第二个阶段是将天然气从－53℃冷却至－120℃，为低温液化做准备，第三个阶段是将－120℃天然气冷却至－164℃并液化，三个过程可采用不同制冷工艺、不同制冷剂及不同换热设备。目前，大多混合制冷剂天然气液化系统采用整体换热方式，将三段制冷过程连接为一整体，换热器高度可达60～80米，换热效率得到明显提高，但存在的问题是换热工艺流程过于复杂，换热设备体积过于庞大，给加工制造、现场安装及运输带来严重不便，且一旦出现管道泄漏等问题，难于检测，很容易造成整台换热器报废，成套工艺装备停产。另外，由于普通列管式换热器采用管板连接平行管束方式，结构简单，自收缩能力较差，一般为单股流换热，换热效率较低，体积较大，温差较小，难以将天然气在一个流程内冷却并液化。此外，以螺旋缠绕管式换热器为主液化设备的大型LNG液化系统，也具有三段式混合制冷剂制冷的特点，加上缠绕管式换热器具有自紧收缩的功能及单位体积换热面积大等优点，适用于大型LNG低温液化环境，具有很高的液化效率及经济性，一般适用于日产100万至500万方的LNG系统。由于天然气液化系统受气源产量的限制，大多数中小型气田的日产量多在60万至100万方之间，如使用大型缠绕管式换热器的液化系统就不经济，加工制造成本及投资太大。板翅式换热器相对于缠绕管式换热器同样具有很高的换热效率，多采用高强度铝合金材料后，导热系数大，单位体积换热面积大，且总体高度相当于缠绕管式换热器的三分之一，换热器总体尺寸较小，无管板，对换热器在低温工况下的自紧收缩要求较小，特别适用于60万至100万方之间的产量较小的LNG液化系统。近年来，随着海洋领域内的浮式LNG液化船的发展，一般将海底开发出来的天然气直接在浮式FLNG液化船上液化，由于受LNG液化船晃动及空间小等问题的影响，主液化换热器不宜太高，如使用较高的缠绕管式换热器做为主液化设备，即便分段后其高度也会严重影响LNG船在海洋上的稳定性，而板翅式换热器在相同产量下较缠绕管式换热器具有较低的总体高度，如再分段制冷后，更适用于FLNG浮式液化船等系统。本专利技术主要针对60万至100万方之间的陆地LNG及海洋用FLNG液化系统，根据LNG一级低温液化特点，采用三段各自独立的板翅式换热器做为主要换热设备，分段独立制冷，重点针对第一级C3H8、C4H10—异C4H10制冷剂制冷工艺流程，研究开发温区介于36℃～－53℃之间的第一级制冷工艺技术及装备，解决第一级天然气低温液化核心技术问题，即LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器结构及工艺流程问题。
技术实现思路
本专利技术主要针对天然气一级36℃～－53℃制冷问题，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大的五股流板翅式换热器做为主换热设备，应用C3H8、C4H10—异C4H10制冷剂先预冷后节流的制冷工艺流程，控制相变制冷流程，进而控制天然气预冷温度及压力，提高换热效率，解决天然气一级预冷问题。本专利技术的技术解决方案：LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器，包括天然气进口法兰1、天然气进口接管2、天然气进口管箱3、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口法兰4、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口接管5、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口管箱6、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口导流板7、折板8、左封条9、下封条10、C3H8出口法兰11、C3H8出口接管12、C3H8出口管箱13、C4H10—异C4H10出口法兰14、C4H10—异C4H10出口接管15、C4H10—异C4H10出口管箱16、N2—CH4—C2H4出口法兰17、N2—CH4—C2H4出口接管18、N2—CH4—C2H4出口管箱19、天然气出口法兰20、天然气出口接管21、天然气出口管箱22、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口法兰23、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口接管24、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口管箱25、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口导流板26、右封条27、上封条28、C3H8进口法兰29、C3H8进口接管30、C3H8进口管箱31、C4H10—异C4H10进口法兰32、C4H10—异C4H10进口接管33、C4H10—异C4H10进口管箱34、N2—CH4—C2H4进口法兰35、N2—CH4—C2H4进口接管36、N2—CH4—C2H4进口管箱37、天然气进口导流板38、天然气出口导流板39、N2—CH4—C2H4进口导流板40、N2—CH4—C2H4出口导流板41、C4H10—异C4H10进口导流板42、C4H10—异C4H10出口导流板43、C3H8进口导流板44、C3H8出口导流板45、节流后C4H10—异C4H10进口法兰46、节流后C4H10—异C4H10进口接管47、节流后C3H8进口法兰48、节流后C3H8进口接管49、隔板50、前面板51、后面板52，其特征在于：前面板51与后面板52之间依次相间连接折板8与隔板50；折板8上部依次连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口导流板7、天然气进口导流板38、N2—CH4—C2H4进口导流板40、C4H10—异C4H10进口导流板42、C3H8进口导流板44，并形成多组连接；折板8下部依次连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、N2—CH4—C2H4出口导流板41、C4H10—异C4H10出口导流板43、C3H8出口导流板45，并形成多组连接；左封条9依次连接于换热器左侧隔板50之间；右封条27依次连接于换热器右侧隔板50之间；上封条28依次连接于换热器上侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；下封条10依次连接于换热器下侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口通道与N2—CH4—C2H4—C3本文档来自技高网...

【技术保护点】
LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器，包括天然气进口法兰1、天然气进口接管2、天然气进口管箱3、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口法兰4、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口接管5、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口管箱6、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口导流板7、折板8、左封条9、下封条10、C3H8出口法兰11、C3H8出口接管12、C3H8出口管箱13、C4H10—异C4H10出口法兰14、C4H10—异C4H10出口接管15、C4H10—异C4H10出口管箱16、N2—CH4—C2H4出口法兰17、N2—CH4—C2H4出口接管18、N2—CH4—C2H4出口管箱19、天然气出口法兰20、天然气出口接管21、天然气出口管箱22、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口法兰23、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口接管24、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口管箱25、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口导流板26、右封条27、上封条28、C3H8进口法兰29、C3H8进口接管30、C3H8进口管箱31、C4H10—异C4H10进口法兰32、C4H10—异C4H10进口接管33、C4H10—异C4H10进口管箱34、N2—CH4—C2H4进口法兰35、N2—CH4—C2H4进口接管36、N2—CH4—C2H4进口管箱37、天然气进口导流板38、天然气出口导流板39、N2—CH4—C2H4进口导流板40、N2—CH4—C2H4出口导流板41、C4H10—异C4H10进口导流板42、C4H10—异C4H10出口导流板43、C3H8进口导流板44、C3H8出口导流板45、节流后C4H10—异C4H10进口法兰46、节流后C4H10—异C4H10进口接管47、节流后C3H8进口法兰48、节流后C3H8进口接管49、隔板50、前面板51、后面板52，其特征在于：前面板51与后面板52之间依次相间连接折板8与隔板50；折板8上部依次连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口导流板7、天然气进口导流板38、N2—CH4—C2H4进口导流板40、C4H10—异C4H10进口导流板42、C3H8进口导流板44，并形成多组连接；折板8下部依次连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、N2—CH4—C2H4出口导流板41、C4H10—异C4H10出口导流板43、C3H8出口导流板45，并形成多组连接；左封条9依次连接于换热器左侧隔板50之间；右封条27依次连接于换热器右侧隔板50之间；上封条28依次连接于换热器上侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；下封条10依次连接于换热器下侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口通道与N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口通道位于同一层内，并形成N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层；天然气进口通道与天然气出口通道位于同一层内，并形成天然气侧夹层；N2—CH4—C2H4进口通道与N2—CH4—C2H4出口通道位于同一层内，并形成N2—CH4—C2H4侧夹层；C4H10—异C4H10进口通道与C4H10—异C4H10出口通道位于同一层内，并形成C4H10—异C4H10侧夹层；C3H8进口通道与C3H8出口通道位于同一层内，并形成C3H8侧夹层；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层、N2—CH4—C2H4侧夹层、天然气侧夹层、C4H10—异C4H10侧夹层、C3H8侧夹层依次排列形成一组夹层，多组夹层依次排列组成整体换热器；每组夹层中的N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口、天然气进口、N2—CH4—C2H4进口、C4H10—异C4H10进口、C3H8进口在换热器顶部依次排成五列，并依次形成N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口列、天然气进口列、N2—CH4—C2H4进口列、C4H10—异C4H10进口列、C3H8进口列；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口列、天然气进口列、N2—CH4—C2H4进口列、C4H10—异C4H10进口列、C3H8进口列顶部依次分别连接半圆柱型N2—CH4—C2H4—...

【技术特征摘要】
1.LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器，包括天然气进口法兰1、天然气进口接管2、天然气进口管箱3、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口法兰4、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口接管5、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口管箱6、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口导流板7、折板8、左封条9、下封条10、C3H8出口法兰11、C3H8出口接管12、C3H8出口管箱13、C4H10—异C4H10出口法兰14、C4H10—异C4H10出口接管15、C4H10—异C4H10出口管箱16、N2—CH4—C2H4出口法兰17、N2—CH4—C2H4出口接管18、N2—CH4—C2H4出口管箱19、天然气出口法兰20、天然气出口接管21、天然气出口管箱22、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口法兰23、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口接管24、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口管箱25、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口导流板26、右封条27、上封条28、C3H8进口法兰29、C3H8进口接管30、C3H8进口管箱31、C4H10—异C4H10进口法兰32、C4H10—异C4H10进口接管33、C4H10—异C4H10进口管箱34、N2—CH4—C2H4进口法兰35、N2—CH4—C2H4进口接管36、N2—CH4—C2H4进口管箱37、天然气进口导流板38、天然气出口导流板39、N2—CH4—C2H4进口导流板40、N2—CH4—C2H4出口导流板41、C4H10—异C4H10进口导流板42、C4H10—异C4H10出口导流板43、C3H8进口导流板44、C3H8出口导流板45、节流后C4H10—异C4H10进口法兰46、节流后C4H10—异C4H10进口接管47、节流后C3H8进口法兰48、节流后C3H8进口接管49、隔板50、前面板51、后面板52，其特征在于：前面板51与后面板52之间依次相间连接折板8与隔板50；折板8上部依次连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口导流板7、天然气进口导流板38、N2—CH4—C2H4进口导流板40、C4H10—异C4H10进口导流板42、C3H8进口导流板44，并形成多组连接；折板8下部依次连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、N2—CH4—C2H4出口导流板41、C4H10—异C4H10出口导流板43、C3H8出口导流板45，并形成多组连接；左封条9依次连接于换热器左侧隔板50之间；右封条27依次连接于换热器右侧隔板50之间；上封条28依次连接于换热器上侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；下封条10依次连接于换热器下侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口通道与N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口通道位于同一层内，并形成N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层；天然气进口通道与天然气出口通道位于同一层内，并形成天然气侧夹层；N2—CH4—C2H4进口通道与N2—CH4—C2H4出口通道位于同一层内，并形成N2—CH4—C2H4侧夹层；C4H10—异C4H10进口通道与C4H10—异C4H10出口通道位于同一层内，并形成C4H10—异C4H10侧夹层；C3H8进口通道与C3H8出口通道位于同一层内，并形成C3H8侧夹层；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气侧夹层、N2—CH4—C2H4侧夹层、天然气侧夹层、C4H10—异C4H10侧夹层、C3H8侧夹层依次排列形成一组夹层，多组夹层依次排列组成整体换热器；每组夹层中的N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口、天然气进口、N2—CH4—C2H4进口、C4H10—异C4H10进口、C3H8进口在换热器顶部依次排成五列，并依次形成N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口列、天然气进口列、N2—CH4—C2H4进口列、C4H10—异C4H10进口列、C3H8进口列；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口列、天然气进口列、N2—CH4—C2H4进口列、C4H10—异C4H10进口列、C3H8进口列顶部依次分别连接半圆柱型N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口管箱6、天然气进口管箱3、N2—CH4—C2H4进口管箱37、C4H10—异C4H10进口管箱34、C3H8进口管箱31；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口列、天然气进口列、N2—CH4—C2H4进口列、C4H10—异C4H10进口列、C3H8进口列底部各口依次分别连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口导流板7、天然气进口导流板38、N2—CH4—C2H4进口导流板40、C4H10—异C4H10进口导流板42、C3H8进口导流板44；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口管箱6、天然气进口管箱3、N2—CH4—C2H4进口管箱37、C4H10—异C4H10进口管箱34、C3H8进口管箱31五个管箱依次排列并分别连接于换热器顶部；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口管箱6、天然气进口管箱3、N2—CH4—C2H4进口管箱37、C4H10—异C4H10进口管箱34、C3H8进口管箱31顶部分别连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口接管5、天然气进口接管2、N2—CH4—C2H4进口接管36、C4H10—异C4H10进口接管33、C3H8进口接管30；N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口接管5、天然气进口接管2、N2—CH4—C2H4进口接管36、C4H10—异C4H10进口接管33、C3H8进口接管30顶部分别连接N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气出口法兰1、天然气进口法兰4、N2—CH4—C2H4进口法兰35、C4H10—异C4H10进口法兰32、C3H8进口法兰29；每组夹层中的C3H8出口、C4H10—异C4H10出口、N2—CH4—C2H4出口、天然气出口、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口在换热器底部依次排成五列，并依次形成C3H8出口列、C4H10—异C4H10出口列、N2—CH4—C2H4出口列、天然气出口列、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口列；C3H8出口列、C4H10—异C4H10出口列、N2—CH4—C2H4出口列、天然气出口列、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口列底部依次分别连接半圆柱型C3H8出口管箱13、C4H10—异C4H10出口管箱16、N2—CH4—C2H4出口管箱19、天然气出口管箱22、N2—CH4—C2H4—C3H8—C4H10—异C4H10混合气进口管箱25；C3H8出口列、C4H10—异C4H10出...

【专利技术属性】
技术研发人员：张周卫，汪雅红，张小卫，薛佳幸，李跃，李河，
申请(专利权)人：张周卫，
类型：发明
国别省市：甘肃;62