使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统技术方案

根据本发明专利技术的使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统，包括天然气源、第一降温单元、第二降温单元、第三降温单元、第一液化天然气储罐、第二液化天然气储罐，其中，天然气源通过第一降温管路连通第一降温单元、第二降温单元以及第一液化天然气储罐，第一液化天然气储罐通过第二降温管路连通第三降温单元以及第二液化天然气储罐，第一降温单元包括至少一台高温区脉管型斯特林制冷机，第二降温单元包括至少一台中温区脉管型斯特林制冷机，第三降温单元包括至少一台低温区脉管型斯特林制冷机。

Cascade natural gas liquefaction system using pulse type Stryn refrigerator

According to the invention, a cascade natural gas liquefaction system using a pulse Stirling refrigerator comprises a natural gas source, a first cooling unit, a second cooling unit, a third cooling unit, a first liquefied natural gas storage tank, and a second liquefied natural gas storage tank, wherein the natural gas source is connected with a first cooling unit through a first cooling pipe. The first LNG storage tank is connected with the third cooling unit and the second LNG storage tank through the second cooling pipeline. The first cooling unit comprises at least one high temperature zone vapor Stirling refrigerator and the second cooling unit comprises at least one medium temperature zone vapor tube. The third cooling unit of the Stryn refrigerator consists of at least one cryogenic pulse tube type Stryn refrigerator.

【技术实现步骤摘要】
使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统
本专利技术属于气体低温液化
，具体涉及一种结合脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统。
技术介绍
天然气作为清洁能源是21世纪消费量增长最快的能源，天然气消费的增长促进了液化天然气工业的迅速发展，近十年来，我国的液化天然气(LNG)开发处于大发展时期。LNG链的每一环节上都有所发展，其中液化技术比较复杂，涉及的专业面很广，包括天然气预处理、预冷、深冷技术以及低温容器设计与工艺等。天然气液化流程设备的投资占LNG工厂总投资的30％左右，因此，液化流程直接影响到LNG工厂建设及运行的经济性。鉴于我国天然气资源零散分布的特点，小型天然气液化流程具备很大的优势，可将其应用于汽车燃料加注站、BOG液化回收、城市燃气调峰等，与大中型液化装置相比，小型液化流程投资少，设备简单紧凑，启停方便。高效、经济的小型天然气液化装置的开发，还有利于边远气田、海上气田气源的开发利用，有利于推动天然气应用，改善能源结构，其应用前景十分广阔。随着制冷技术的不断发展，天然气液化工艺越来越多样化，液化流程的选择是一个至关重要的技术、经济问题。天然气的液化流程主要有级联式循环、混合制冷剂循环(MRC)以及膨胀制冷循环。级联式制冷工艺流程通常由三级独立的制冷循环组成，液化流程设备较为复杂，初投资较高且不易控制和维护。世界天然气液化工艺技术研究的主要方向，一是提高现有流程工艺及装置设备效率，减少液化过程的功耗；二是研究与开发新型或者改进型的天然气液化流程技术。新型的脉管型斯特林制冷机利用气动技术进行膨胀制冷，温区广、效率高。其中三种不同结构形式的脉管型斯特林制冷机可以在高、中、低三种制冷温区实现大范围的制冷和控温，可以分别用来代替传统级联式液化流程中的丙烷、乙烯、甲烷制冷循环，简化天然气液化流程，实现液化流程小型化发展。结合脉管型斯特林制冷机在流程简化和小型化发展上的优势，还可以采用并联系统实现中等规模的天然气液化。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供新型结合脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统。本专利技术提供了一种使用脉管型斯特林制冷机的级联回热式天然气液化系统，具有这样的特征，包括天然气源、第一降温单元、第二降温单元、第三降温单元、第一液化天然气储罐、第二液化天然气储罐，其中，天然气源通过第一降温管路连通第一降温单元、第二降温单元以及第一液化天然气储罐，第一液化天然气储罐通过第二降温管路连通第三降温单元以及第二液化天然气储罐，第一降温单元包括至少一台高温区脉管型斯特林制冷机，第二降温单元包括至少一台中温区脉管型斯特林制冷机，第三降温单元包括至少一台低温区脉管型斯特林制冷机，高温区脉管型斯特林制冷机包括第一压缩机机架、第一压缩活塞、第一膨胀活塞、第一脉冲管、第一二级热端换热器、第一一级热端换热器，第一压缩机机架具有活塞管，活塞管具有用于容纳第一压缩活塞和第一膨胀活塞的柱形活塞腔，第一脉冲管连通活塞腔与活塞腔同轴设置，第一二级热端换热器设置在第一脉冲管中，第一一级热端换热器设置在活塞管的外部，第一压缩活塞、第一膨胀活塞以及活塞腔构成第一压缩腔，第一膨胀活塞、二级热端换热器以及第一脉冲管构成第一膨胀腔，第一膨胀腔与第一压缩腔同轴布置，第一脉冲管的内径与活塞腔内径相同，垂直于活塞腔轴线，活塞腔上设置有多个穿透活塞管管壁的第一通孔，第一通孔连通活塞腔与第一一级热端换热器，中温区脉管型斯特林制冷机包括第二压缩机机架、第二压缩活塞、第二膨胀活塞、第二脉冲管、第二二级热端换热器、第二一级热端换热器，第二压缩机机架具有同轴设置且连通的柱形第一压缩活塞腔和第一膨胀活塞腔，第二压缩活塞、第二膨胀活塞分别设置在第一压缩活塞腔和第一膨胀活塞腔中，第二脉冲管连通第一膨胀活塞腔且与第一膨胀活塞腔同轴设置，第二二级热端换热器设置在第二脉冲管中，第二一级热端换热器设置在第一膨胀活塞腔的外部，第二压缩活塞、第二膨胀活塞、第一压缩活塞腔以及第一膨胀活塞腔构成第二压缩腔，第二膨胀活塞、第二二级热端换热器以及第一膨胀活塞腔构成第二膨胀腔，第二膨胀腔与第二压缩腔同轴布置，压缩活塞腔的内径大于膨胀活塞腔的内径，膨胀活塞腔的内径与第二脉冲管的内径是相同的，平行于压缩活塞腔轴线，第二压缩机机架上设置有多个连通第一压缩腔与第二一级热端换热器的第二通孔，用于工质气体的流动，低温区脉管型斯特林制冷机包括第三压缩机机架、第三压缩活塞、第三膨胀活塞、第三脉冲管、第三二级热端换热器、第三一级热端换热器，第三压缩机机架具有同轴设置且连通的柱形第二压缩活塞腔、第二膨胀活塞腔、热交换腔，第三压缩活塞、第三膨胀活塞分别设置在第二压缩活塞腔和第二膨胀活塞腔中，第三脉冲管连通热交换腔且与热交换腔同轴设置，第三二级热端换热器设置在热交换腔中，第三一级热端换热器设置在第二膨胀活塞腔的外部，第三压缩活塞、第三膨胀活塞、第二压缩活塞腔以及第二膨胀活塞腔构成第三压缩腔，第三膨胀活塞、第三二级热端换热器、热交换腔以及第二膨胀活塞腔构成第三膨胀腔，第三膨胀腔与第三压缩腔同轴布置，第二压缩活塞腔的内径大于第二膨胀活塞腔的内径，第二膨胀活塞腔的内径大于热交换腔的内径，热交换腔的内径与第三脉冲管的内径相同，平行于第二压缩活塞腔轴线，第三压缩机机架上设置有多个连通压缩活塞腔与外部的第三通孔，用于工质气体的流动。在本专利技术提供的使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统中，其特征在于，还包括第一稳压阀，设置在天然气源与第一降温单元之间的第一降温液化管路中。另外，在本专利技术提供的使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统中，其特征在于，还包括节流阀，设置在第二降温单元与第一液化天然气储罐之间的降温液化管路中。另外，在本专利技术提供的使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统中，其特征在于，还包括第一排液阀，设置在第一液化天然气储罐通往LNG(液化天然气)贮槽的第一排液管路中。另外，在本专利技术提供的使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统中，其特征在于，还包括第二排液阀，设置在第而液化天然气储罐通往LNG(液化天然气)贮槽的第二排液管路中。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的使用脉管型斯特林制冷机的级联回热式天然气液化系统，本专利技术的特点是结合了适用于不同工作温区的新型高效的脉管型斯特林制冷机，利用了低温制冷机分级制冷的原理逐级降温，采用高温区脉管型斯特林制冷机进行初步预冷，采用中温区脉管型斯特林制冷机进行深冷和过冷，经节流阀等焓节流降压后冷凝液化部分气体，采用低温区脉管型斯特林制冷机将未液化天然气气体继续降温至标准大气压饱和温度以下使气体完全液化，流程复杂程度较低。脉管型斯特林制冷机采用氦气为工质，在其最优工作温区制冷效率较高，系统高效灵活，可以实现小型化，也可以在深冷和液化环节采用并联系统实现中等规模的天然气液化，液化率可以达到100％。另外，脉管型斯特林制冷机采用氦气为工质，在其最优工作温区制冷效率较高，系统高效灵活，可以实现小型化，也可以在深冷和液化环节采用并联系统实现中等规模的天然气液化。附图说明图1是本专利技术实施例中结合脉管型斯特林制冷机的级联回热式天然气液化系统的流程图；图2是本专利技术的实施例中高温区脉管型自由活塞斯特林制冷机剖面示意图；图3是本专利技术的实施例中高温区脉管型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统，其特征在于，包括：天然气源、第一降温单元、第二降温单元、第三降温单元、第一液化天然气储罐、第二液化天然气储罐，其中，天然气源通过第一降温管路连通所述第一降温单元、所述第二降温单元以及所述第一液化天然气储罐，所述第一液化天然气储罐通过第二降温管路连通所述第三降温单元以及所述第二液化天然气储罐，所述第一降温单元包括至少一台高温区脉管型斯特林制冷机，所述第二降温单元包括至少一台中温区脉管型斯特林制冷机，所述第三降温单元包括至少一台低温区脉管型斯特林制冷机，所述高温区脉管型斯特林制冷机包括第一压缩机机架、第一压缩活塞、第一膨胀活塞、第一脉冲管、第一二级热端换热器、第一一级热端换热器，所述第一压缩机机架具有活塞管，所述活塞管具有用于容纳所述第一压缩活塞和所述第一膨胀活塞的柱形活塞腔，所述第一脉冲管连通所述活塞腔与所述活塞腔同轴设置，所述第一二级热端换热器设置在所述第一脉冲管中，所述第一一级热端换热器设置在所述活塞管的外部，所述第一压缩活塞、所述第一膨胀活塞以及所述活塞腔构成第一压缩腔，所述第一膨胀活塞、所述二级热端换热器以及所述第一脉冲管构成第一膨胀腔，所述第一膨胀腔与所述第一压缩腔同轴布置，所述第一脉冲管的内径与所述活塞腔内径相同，垂直于所述活塞腔轴线，所述活塞腔上设置有多个穿透所述活塞管管壁的第一通孔，所述第一通孔连通所述活塞腔与所述第一一级热端换热器，所述中温区脉管型斯特林制冷机包括第二压缩机机架、第二压缩活塞、第二膨胀活塞、第二脉冲管、第二二级热端换热器、第二一级热端换热器，所述第二压缩机机架具有同轴设置且连通的柱形第一压缩活塞腔和第一膨胀活塞腔，所述第二压缩活塞、所述第二膨胀活塞分别设置在所述第一压缩活塞腔和所述第一膨胀活塞腔中，所述第二脉冲管连通所述第一膨胀活塞腔且与所述第一膨胀活塞腔同轴设置，所述第二二级热端换热器设置在所述第二脉冲管中，所述第二一级热端换热器设置在第一膨胀活塞腔的外部，所述第二压缩活塞、所述第二膨胀活塞、所述第一压缩活塞腔以及所述第一膨胀活塞腔构成第二压缩腔，所述第二膨胀活塞、所述第二二级热端换热器以及所述第一膨胀活塞腔构成第二膨胀腔，所述第二膨胀腔与所述第二压缩腔同轴布置，所述压缩活塞腔的内径大于所述膨胀活塞腔的内径，所述膨胀活塞腔的内径与所述第二脉冲管的内径是相同的，平行于所述压缩活塞腔轴线，所述第二压缩机机架上设置有多个连通所述第一压缩腔与所述第二一级热端换热器的第二通孔，用于工质气体的流动，所述低温区脉管型斯特林制冷机包括第三压缩机机架、第三压缩活塞、第三膨胀活塞、第三脉冲管、第三二级热端换热器、第三一级热端换热器，所述第三压缩机机架具有同轴设置且连通的柱形第二压缩活塞腔、第二膨胀活塞腔、热交换腔，所述第三压缩活塞、所述第三膨胀活塞分别设置在所述第二压缩活塞腔和所述第二膨胀活塞腔中，所述第三脉冲管连通所述热交换腔且与所述热交换腔同轴设置，所述第三二级热端换热器设置在所述热交换腔中，所述第三一级热端换热器设置在所述第二膨胀活塞腔的外部，所述第三压缩活塞、所述第三膨胀活塞、所述第二压缩活塞腔以及所述第二膨胀活塞腔构成第三压缩腔，所述第三膨胀活塞、所述第三二级热端换热器、所述热交换腔以及所述第二膨胀活塞腔构成第三膨胀腔，所述第三膨胀腔与所述第三压缩腔同轴布置，所述第二压缩活塞腔的内径大于所述第二膨胀活塞腔的内径，所述第二膨胀活塞腔的内径大于所述热交换腔的内径，所述热交换腔的内径与所述第三脉冲管的内径相同，平行于所述第二压缩活塞腔轴线，所述第三压缩机机架上设置有多个连通所述压缩活塞腔与外部的第三通孔，用于工质气体的流动。...

【技术特征摘要】
1.一种使用脉管型斯特林制冷机的级联式天然气液化系统，其特征在于，包括：天然气源、第一降温单元、第二降温单元、第三降温单元、第一液化天然气储罐、第二液化天然气储罐，其中，天然气源通过第一降温管路连通所述第一降温单元、所述第二降温单元以及所述第一液化天然气储罐，所述第一液化天然气储罐通过第二降温管路连通所述第三降温单元以及所述第二液化天然气储罐，所述第一降温单元包括至少一台高温区脉管型斯特林制冷机，所述第二降温单元包括至少一台中温区脉管型斯特林制冷机，所述第三降温单元包括至少一台低温区脉管型斯特林制冷机，所述高温区脉管型斯特林制冷机包括第一压缩机机架、第一压缩活塞、第一膨胀活塞、第一脉冲管、第一二级热端换热器、第一一级热端换热器，所述第一压缩机机架具有活塞管，所述活塞管具有用于容纳所述第一压缩活塞和所述第一膨胀活塞的柱形活塞腔，所述第一脉冲管连通所述活塞腔与所述活塞腔同轴设置，所述第一二级热端换热器设置在所述第一脉冲管中，所述第一一级热端换热器设置在所述活塞管的外部，所述第一压缩活塞、所述第一膨胀活塞以及所述活塞腔构成第一压缩腔，所述第一膨胀活塞、所述二级热端换热器以及所述第一脉冲管构成第一膨胀腔，所述第一膨胀腔与所述第一压缩腔同轴布置，所述第一脉冲管的内径与所述活塞腔内径相同，垂直于所述活塞腔轴线，所述活塞腔上设置有多个穿透所述活塞管管壁的第一通孔，所述第一通孔连通所述活塞腔与所述第一一级热端换热器，所述中温区脉管型斯特林制冷机包括第二压缩机机架、第二压缩活塞、第二膨胀活塞、第二脉冲管、第二二级热端换热器、第二一级热端换热器，所述第二压缩机机架具有同轴设置且连通的柱形第一压缩活塞腔和第一膨胀活塞腔，所述第二压缩活塞、所述第二膨胀活塞分别设置在所述第一压缩活塞腔和所述第一膨胀活塞腔中，所述第二脉冲管连通所述第一膨胀活塞腔且与所述第一膨胀活塞腔同轴设置，所述第二二级热端换热器设置在所述第二脉冲管中，所述第二一级热端换热器设置在第一膨胀活塞腔的外部，所述第二压缩活塞、所述第二膨胀活塞、所述第一压缩活塞腔以及所述第一膨胀活塞腔构成第二压缩腔，所述第二膨胀活塞、所述第二二级热端换热器以及所述第一膨胀活塞腔构成第二膨胀腔，所述第二膨胀腔与所述第二压缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，凌飞，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31