本实用新型专利技术公开了一种混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，包括冷箱，冷箱中设置有板翅式换热器，板翅式换热器具有相互独立的天然气预冷通道、天然气液化过冷通道、重冷剂返流通道、低压冷剂返流通道、液相冷剂预冷通道、高压冷剂预冷通道；重冷剂返流通道、低压冷剂返流通道、液相冷剂预冷通道及高压冷剂预冷通道形成一冷剂循环系统；冷剂循环系统内采用混合冷剂作为液化循环的工质。本实用新型专利技术可以在提高液化装置热效率、降低单位产品功耗的同时省去了通常的单循环混合冷剂天然气液化装置中必备的混合冷剂泵。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种天然气液化设备，具体涉及一种混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置。
技术介绍
近年来，液化天然气(LNG)产业在世界范围内快速发展，仅在中国先后有超过数十个LNG液化装置建成投产，这些装置从不到10万标方/天到500万标方/天规模不等。从装置选择的液化流程上来，从N2或是甲烷膨胀机循环、单回路混合冷剂循环到传统的级联式循环等都有采用。不同的液化流程主要体现在不同的冷剂循环回路和流程设备的配置上，而该配置将对液化装置的热力循环效率、设备布置、装置对气源的适应性、装置的可靠性、操作弹性及稳定性、以及固定投资费用均产生影响。一般而言，随着液化流程复杂程度的增加，LNG的比能耗会下降，运行成本会下降；而流程设备数量的增加以及流程回路的增加会造成固定设备投资费用增加，因而增加了单位产品的成本。因此，液化流程的选择要结合原料气条件，综合考虑装置循环效率、设备投资和装置操作性及长期运行成本等各种因素，例如比能耗、流程复杂性以及可靠性的影响。对于基本负荷型LNG工厂，近几年海外新建装置的发展趋势是装置规模更加大型化，其单线产能鲜有200万吨/年以下的。对于这一类型的装置，多级复叠的丙烷预冷循环与多组分混合冷剂循环相结合的工艺由于较好的能耗指标和成熟的工程化应用使得其成为首选的液化技术。但是，由于其复杂的回路配置、更大的占地面积及极高的投资规模使得其在单线产能100万吨/年以下的装置中从未采用。而在中国近几年新建装置的发展趋势上看(单线规模全在50万吨/年以下)，对于这种规模的装置，从全世界的范围来看，单循环混合制冷剂循环工艺(SMR)由于工艺简单、装置工程化应用成熟及能耗相对合理等优点而成为世界及中国已建和在建中小型天然气液化装置的主要选项，其中的单回路混合冷剂整体循环液化工艺由于具有数个工程化应用而在中国的LNG装置中得到了较多的应用。如图1所示，单回路混合冷剂整体循环液化工艺属于单循环混合制冷工艺(SMR)，制冷剂由氮气、甲烷、乙烯、丙烷及异戊烷按一定比例混合而成，混合冷剂采用两段压缩，冷剂换热器(冷箱)采用铝制钎焊板翅式换热器芯体。混合冷剂的循环为：来自冷剂吸入罐的混合冷剂(T＝23℃，P＝0.26MPa)经冷剂压缩机一段压缩后(T＝127℃，P＝1.64MPa)，依次进入一段冷却器、分离器进行冷却，分离为气相冷剂和低压液相冷剂；气相冷剂进入冷剂压缩机二段进行再压缩至4MPa，低压液相冷剂经泵送至二段冷却器前与高压高温冷剂混合，再依次进入二段冷却器、分离器进行冷却，分离为气相冷剂和高压液相冷剂；气相冷剂直接进入冷箱C通道顶部入口，高压液相冷剂经泵增压后亦进入冷箱C通道顶部与气相冷剂汇合，形成气液混合冷剂；常温、高压的气液混合冷剂在向下流动的过程中被逐步冷却、相变，在冷箱底部J-T阀前冷凝成液相后经过J-T阀进行节流膨胀，节流后的部分冷剂蒸发并产生温降后返回进入冷箱D通道底部；同时，在向上流动的过程中吸收原料气和高压冷剂侧的热负荷逐步升温气化，在冷箱顶部保证混合冷剂气化后经冷剂吸入罐后返回到压缩机一段入口，完成整个混合冷剂循环过程。净化后的常温天然气、中压(约4MPa左右)进入冷箱上段(通道A)预冷后引至重烃分离罐进行重组分分离后，返回至冷箱下段(通道B)逐步被液化及过冷，在冷箱B通道底部引出冷箱，经压力控制阀降压后引至LNG储罐常压低温储存。单回路混合冷剂整体循环液化工艺的特点在于：其单个换热器芯体采用一个回路及一个J-T阀，在回路中，混合制冷剂经过两级压缩及部分冷凝后，高压的气相及液相冷剂经各自的管路进入冷箱后在主换热器内部混合，之后经过该单一的冷箱换热器通道预冷、经J-T阀膨胀节流后，低压混合冷剂经冷箱换热器返流通道吸热升温后返流主冷剂压缩机吸气端，其制冷剂的基本组成为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷的混合物。该工艺的优点是：冷箱主换热器结构简单，当原料天然气组分及其他主要运行参数与设计值较一致时能耗数据相对于装置投资也较为合理。但是该工艺存在以下不足之处：1、缺乏直接的物理手段对冷箱主换热器的冷却“温度区间”进行调节，以使得升温曲线更佳的匹配降温曲线从而降低功耗；这一点在实际运行工况偏离设计值时尤其明显：如环境或是冷却介质温度发生明显变化，或是原料气组分、压力等发生变化而需要重新匹配冷热负荷时，此时的冷剂组分及气液相循环量等运行参数都会偏离设计值，因而需要重新优化以降低单位产品运行功耗。由于该工艺冷剂气液相在同一个换热器芯体通道内内预冷、节流膨胀后升温提供冷量，其主冷箱换热器内部各部分冷热流体间的换热温差很难以直观的手段准确控制，而这一点在换热器热端尤其明显，其对应的结果是在偏离设计点工况下冷箱上部换热热力学不可逆损失(火用损失)增加，造成压缩机功耗增加，折算为单位产品能耗增加，装置OPEX上升。这一问题可从目前多个运行的装置中的数据对比中得到证实。2、同样由于高压气液相冷剂进入冷箱后在主换热器内同一通道混合的原因，单回路混合冷剂整体循环工艺无可避免地需要引入高压混合冷剂泵及级间冷剂泵共计至少四台动设备。这会带来以下的问题：(1)对整个装置的可靠性带来不利影响；意外原因(可能仅是单纯的仪表故障)造成的冷剂泵尤其是高压段冷剂泵联锁停车会对装个装置带来严重影响：由于所有进入循环的液相冷剂都是通过该泵进入主冷箱换热器，突然停泵会使得系统的液相冷剂供应立即停止，而热负荷无法快速匹配冷剂循环的这一瞬间变化，会造成“冷箱”内的“持液”迅速大量蒸发，换热器内部温度剧烈变化并迅速升温，大量过热状态的冷剂使得冷剂压缩机入口压力快速上升直至压缩机驱动机过载保护停车，同时冷箱换热器则需要经受由于短时间的温度剧烈变化造成的热应力冲击而增加了设备损坏的潜在风险。这一问题已在国内多个采用该工艺的装置中发生过，而且其过程通常可能在几分钟间完成，这使得即使以可能达到的最快速度现场排除停泵故障，重新启动(同样的错误联锁使得备用泵启动存在同样的问题)冷剂泵也无法跟上系统的快速响应，使得该冷剂泵成为系统非正常停车的一个常见的故障源之一，从而影响了整个装置的可靠性；(2)由于该冷剂泵的介质是饱和状态下的液化烃，出于防止“气蚀”等考虑，这些泵都对安装高度等有严苛的要求，其结果是高压及段间的冷剂罐的安装高度相应提高，重力自流的要求使得压缩机级间及高压冷剂冷凝器及压缩机本身的安装高度都需要提高，这无疑增加了装置立面布置的难度及抬高了安装结构的造价，这一问题在海上浮式天然气液化(FLNG)的布置方面会更加突出；(3)对装置试车及装置的现场安全造成不利影响；这些冷剂泵结构上都采用多级立式结构，因而多级的叶轮均安装在地坪下“筒”内，这些低点往往会成为系统干燥吹扫时的“死区”及污染源而加大公用系统的消耗及影响开车进度；此外，清洁度的要求需要在泵入口安装法兰连接的短节，这无疑引入了液化烃的潜在泄露点而给装置安全性带来不利影响。3、单回路混合冷剂整体循环工艺在设计负荷及工况下冷箱换热器内的两相流动稳定有效，即高压侧顺重力而行，J-T阀后低压侧相变及逐步气化返流。但是动态地来看，尤其对于冷箱中多芯体并列联接的装置而言，冷剂稳定连续的流动并非总能得以保证，在装置低负荷时尤其如此。这一点可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，其特征在于：包括冷箱(50)，冷箱(50)中设置有板翅式换热器，板翅式换热器具有相互独立的天然气预冷通道(41)、天然气液化过冷通道(45)、重冷剂返流通道(32)、低压冷剂返流通道(37)、液相冷剂预冷通道(28)、高压冷剂预冷通道(52)；所述天然气预冷通道(41)的出口端通过管线连接重烃分离罐(43)的入口；重烃分离罐(43)的顶部出口通过管线连接所述天然气液化过冷通道(45)的入口端，天然气液化过冷通道(45)的出口端通过管线连接压力调节阀(47)的入口端；所述低压冷剂返流通道(37)出口端的管线与重冷剂返流通道(32)出口端的管线汇合后通过管线连接冷剂压缩机分离罐(10)；冷剂压缩机分离罐(10)的顶部通过管线连接一级冷剂压缩机(12)的入口；一级冷剂压缩机(12)的出口通过管线连接压缩机级间冷却器(14)的入口，压缩机级间冷却器(14)的出口端的管线与压力调节阀(24)出口端的管线汇合后通过管线连接混合冷剂级间分离罐(16)的入口；混合冷剂级间分离罐(16)的顶部出口通过管线连接二级冷剂压缩机(18)的入口，二级冷剂压缩机(18)的出口通过管线连接混合冷剂高压冷凝器(20)的入口，混合冷剂高压冷凝器(20)的出口通过管线连接混合冷剂高压冷凝罐(22)的入口；混合冷剂级间分离罐(16)的底部出口通过管线连接液相冷剂预冷通道(28)的入口端，液相冷剂预冷通道(28)的出口端通过管线连接液相冷剂J‑T阀(30)的入口端，液相冷剂J‑T阀(30)的出口端通过管线连接重冷剂返流通道(32)的入口端；混合冷剂高压冷凝罐(22)的顶部出口通过管线连接高压冷剂预冷通道(52)的入口端，高压冷剂预冷通道(52)的出口端通过管线连接气相冷剂J‑T阀(35)的入口端，气相冷剂J‑T阀(35)的出口端通过管线连接低压冷剂返流通道(37)的入口端；混合冷剂高压冷凝罐(22)的底部出口通过管线连接压力调节阀(24)的入口端；从而使重冷剂返流通道(32)、低压冷剂返流通道(37)、液相冷剂预冷通道(28)及高压冷剂预冷通道(52)形成一冷剂循环系统；冷剂循环系统内采用混合冷剂作为液化循环的工质。...
【技术特征摘要】
1.一种混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，其特征在于：包括冷箱(50)，冷箱(50)中设置有板翅式换热器，板翅式换热器具有相互独立的天然气预冷通道(41)、天然气液化过冷通道(45)、重冷剂返流通道(32)、低压冷剂返流通道(37)、液相冷剂预冷通道(28)、高压冷剂预冷通道(52)；所述天然气预冷通道(41)的出口端通过管线连接重烃分离罐(43)的入口；重烃分离罐(43)的顶部出口通过管线连接所述天然气液化过冷通道(45)的入口端，天然气液化过冷通道(45)的出口端通过管线连接压力调节阀(47)的入口端；所述低压冷剂返流通道(37)出口端的管线与重冷剂返流通道(32)出口端的管线汇合后通过管线连接冷剂压缩机分离罐(10)；冷剂压缩机分离罐(10)的顶部通过管线连接一级冷剂压缩机(12)的入口；一级冷剂压缩机(12)的出口通过管线连接压缩机级间冷却器(14)的入口，压缩机级间冷却器(14)的出口端的管线与压力调节阀(24)出口端的管线汇合后通过管线连接混合冷剂级间分离罐(16)的入口；混合冷剂级间分离罐(16)的顶部出口通过管线连接二级冷剂压缩机(18)的入口，二级冷剂压缩机(18)的出口通过管线连接混合冷剂高压冷凝器(20)的入口，混合冷剂高压冷凝器(20)的出口通过管线连接混合冷剂高压冷凝罐(22)的入口；混合冷剂级间分离罐(16)的底部出口通过管线连接液相冷剂预冷通道(28)的入口端，液相冷剂预冷通道(28)的出口端通过管线连接液相冷剂J-T阀(30)的入口端，液相冷剂J-T阀(30)的出口端通过管线连接重冷剂返流通道(32)的入口端；混合冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓东，杨德谱，
申请(专利权)人：杨晓东，杨德谱，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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