LNG工厂中使用双流压缩机的并行压缩制造技术

提供一种通过消除制冷剂压缩系统的瓶颈来提高天然气液化过程的容量和效率的系统和方法。提供包括至少一个双流压缩机的次压缩回路流体流动并联相连主压缩回路的至少一部分。

Parallel compression of dual flow compressors in LNG plant

A system and method for improving the capacity and efficiency of natural gas liquefaction process by eliminating bottlenecks in refrigerant compression systems are provided. At least a portion of a secondary compression loop comprising at least one dual-flow compressor is provided in which fluid flows in parallel to the main compression loop.

【技术实现步骤摘要】
LNG工厂中使用双流压缩机的并行压缩
技术介绍
用于冷却，液化和任选地冷却天然气的液化系统在本领域中是众所周知的，例如单一混合制冷剂(SMR)循环、丙烷预冷混合制冷剂(C3MR)循环、双混合制冷剂(DMR)循环、C3MR-氮混合物(例如AP-XTM)循环、氮气或甲烷膨胀机循环和级联循环。通常，在这样的系统中，天然气通过与一种或多种制冷剂的间接热交换而被冷却、液化并且可选地被过度冷却。可以使用各种制冷剂，诸如混合制冷剂、纯组分、两相制冷剂、气体二相制冷剂等。混合制冷剂(MR)是氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已被用于许多基础负荷液化天然气(LNG)装置。MR流的组成通常基于进料气体组成和操作条件而优化。制冷剂在制冷剂回路中循环，其中包括一个或多个热交换器和一个或多个制冷剂压缩系统。制冷剂回路可能是闭环或开环的。天然气通过与热交换器中的制冷剂进行间接热交换而被冷却、液化和/或过冷。各制冷剂压缩系统包括用于压缩和冷却循环制冷剂的压缩回路，以及提供驱动压缩机所需动力的驱动器组件。制冷剂压缩系统是液化系统的关键组成部分，因为制冷剂需要压缩到高压并在膨胀前冷却，以便产生冷却低压制冷剂流，其提供冷却、液化和任选地冷却天然气所必需的热负荷。基础型LNG装置中的制冷剂压缩大部分是由动态或动态压缩机，尤其是离心压缩机，由于其具有高容量、可变速、高效率、低维护、小体积等固有特性。其他类型的动态压缩机，如轴流式压缩机和混流式压缩机也有类似的原因。动态压缩机的功能是通过增加受压流体的动量。容积式压缩机也可以使用，虽然它们的容量比典型的动态压缩机低得多，并且通过减少被压缩流体的体积来起作用。已经有三种主要的用于LNG服务的驱动器类型，即燃气轮机、蒸汽轮机和电动机。在一些情况下，LNG生产率可能受到所安装的制冷剂压缩机的限制。当压缩机工作点靠近时，就是这样一种情况。-Surge被定义为压缩机达到最大扬程能力和最小体积流量极限的工作点。防喘振线是安全运行的一个工作点，C3MR循环的这种情况的一个例子是在高环境温度下，丙烷预冷却系统的负荷增加，从而导致最大的扬程，从而达到最低的允许流量。因此，制冷剂流量受到限制，从而限制了制冷和LNG的生产率。LNG生产率受安装的制冷剂压缩机限制的另一种情况是当压缩机靠近石墙或扼流器时。石墙或扼流器被定义为压缩机达到最大稳定体积流量和最小压头能力的工作点。这种情况的一个例子是，当电站满负荷运行时，LNG的最大容量。压缩机不能再承受制冷剂的流量，因此受压缩机运行的限制。安装的制冷剂压缩机可能会限制液化天然气生产的另一种情况是用于压缩机工作点受压缩机设计限制(例如流量系数、进口马赫数等)限制的大型基本负荷设施。在某些情况下，LNG生产受限于可用的驱动力。当工厂在高LNG生产率下运行时，可能会发生这种情况。由于可用的燃气轮机功率降低，在高环境温度下的燃气轮机驱动装置也可能发生这种情况。液化天然气工业中使用的标准动态压缩机由一个或多个进口和一个出口组成的壳体组成。在多入口的情况下，壳体还包括用于将入口流与先前的压缩机级的排出物混合的腔室。例如，具有两个入口流的第二压缩机级需要混合室将入口流与第一压缩机级的排出流混合。解决制冷剂压缩系统的一种方法是增加一个类似于上述的动态压缩机，如离心压缩机、驱动主压缩机的排放。这有助于在压缩机接近喘振的情况下，为压缩系统建立更多的头脑。当压缩机在靠近石墙运行时，在主压缩机排气口处添加附加的动态压缩机具有有限的益处。因此，增加附加的动态压缩机不能解决最大流量约束的问题。另一种方法是在主压缩机上并联一台或多台动态压缩机，如离心压缩机。虽然这在某种程度上有助于解除主压缩机的瓶颈，但这可能是不够的或有效的。这种方法消除了主压缩机中不同压缩机等级的瓶颈。但是，某些阶段可能仍然处于极限，可能需要进一步的解决瓶颈问题。总的来说，与主压缩机并行的单级动态压缩机可能导致设计不理想。因此，所需要的是在LNG装置中消除负载压缩系统的紧凑和更有效的方法。专利技术概述提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本
技术实现思路
部分不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。如下面所描述的以及如随后的权利要求所限定的，一些实施例提供了对用作LNG液化工艺的一部分的压缩系统的改进。一些实施例通过在LNG液化装置的一个或多个制冷剂压缩系统中使用与主压缩回路并联的双流压缩机来满足本领域的需要，由此使得装置能够在否则会限制装置容量。另外，下面概述了这些系统和方法的几个具体方面。方面1:压缩系统，被可操作地配置为压缩具有第一压力的第一制冷剂的第一流以产生具有完全压缩压力的第一压缩制冷剂流，压缩系统包括：至少一个预冷却热交换器，所述至少一个预冷却热交换器中的每一个被可操作地配置为通过与所述第一制冷剂间接热交换来冷却烃流体；主压缩回路，具有多个主压缩机级和多个部分压缩的流，所述多个压缩机级中的每一个都具有吸入侧和排出侧，所述多个部分压缩的流中的每一个与所述多个主压缩机级中的一个的出口和所述多个主压缩机级中的另一个的入口流体流动相连，所述多个部分压缩的流中的每一个具有高于所述第一压力且低于所述完全压缩压力的压力，所述多个部分压缩的流中的每一个的压力不同于所述多个部分压缩的流中的每个其他的压力，所述多个主压缩机级的最终主压缩机级具有产生第一压缩的制冷剂蒸汽的第一部分的出口；次压缩回路，包括双流压缩机，该双流压缩机具有限定内部容积的壳体、第一入口、第二入口以及产生所述第一压缩制冷剂流的第二部分的出口，所述第一压缩制冷剂流的第二部分与所述第一压缩制冷剂流的第一部分流体流动相连，所述壳体还包括位于所述内部容积中的第一压缩机级和第二压缩机级，所述第一压缩机级具有第一吸入侧、第一排出侧、至少一个第一叶轮和至少一个第一扩散器，所述第二压缩机级具有第二吸入侧、第二排出侧、至少一个第二叶轮和至少一个第二扩散器，所述第一吸入侧远离所述第二吸入侧，并且所述第一排出侧靠近所述第二排出侧；位于所述至少一个预冷却热交换器的第一预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第一侧流，所述第一侧流具有第一侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第一部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第一主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第一混合流，所述第一侧流具有与所述双流压缩机的第一入口流体流动相连的第二部分；和位于所述至少一个预冷却热交换器的第二预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第二侧流，所述第二侧流具有第二侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第二部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第二主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第二混合流，所述第二侧流具有与所述双流压缩机的第二入口流体流动相连的第二部分；其中所述第一入口位于所述第一压缩机级的第一吸入侧上，所述第二入口位于所述第二压缩机级的第二吸入侧上，并且所述出口位于所述第一排出侧和所述第二排出侧的近侧。方面2：方面1所述的压缩系统，其中所述至少一个第一叶轮由第一数量的叶轮组成，均具有第一叶轮几何形状，所述至少一个第二叶轮由第二数量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.压缩系统，被可操作地配置为压缩具有第一压力的第一制冷剂的第一流以产生具有完全压缩压力的第一压缩制冷剂流，所述压缩系统包括：至少一个预冷却热交换器，所述至少一个预冷却热交换器中的每一个被可操作地配置为通过与所述第一制冷剂间接热交换来冷却烃流体；主压缩回路，具有多个主压缩机级和多个部分压缩的流，所述多个压缩机级中的每一个都具有吸入侧和排出侧，所述多个部分压缩的流中的每一个与所述多个主压缩机级中的一个的出口和所述多个主压缩机级中的另一个的入口流体流动相连，所述多个部分压缩的流中的每一个具有高于所述第一压力且低于所述完全压缩压力的压力，所述多个部分压缩的流中的每一个的压力不同于所述多个部分压缩的流中的每个其他的压力，所述多个主压缩机级的最终主压缩机级具有产生第一压缩的制冷剂蒸汽的第一部分的出口；次压缩回路，包括双流压缩机，该双流压缩机具有限定内部容积的壳体、第一入口、第二入口以及产生所述第一压缩制冷剂流的第二部分的出口，所述第一压缩制冷剂流的第二部分与所述第一压缩制冷剂流的第一部分流体流动相连，所述壳体还包括位于所述内部容积中的第一压缩机级和第二压缩机级，所述第一压缩机级具有第一吸入侧、第一排出侧、至少一个第一叶轮和至少一个第一扩散器，所述第二压缩机级具有第二吸入侧、第二排出侧、至少一个第二叶轮和至少一个第二扩散器，所述第一吸入侧远离所述第二吸入侧，并且所述第一排出侧靠近所述第二排出侧；位于所述至少一个预冷却热交换器的第一预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第一侧流，所述第一侧流具有第一侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第一部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第一主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第一混合流，所述第一侧流具有与所述双流压缩机的第一入口流体流动相连的第二部分；和位于所述至少一个预冷却热交换器的第二预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第二侧流，所述第二侧流具有第二侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第二部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第二主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第二混合流，所述第二侧流具有与所述双流压缩机的第二入口流体流动相连的第二部分；其中所述第一入口位于所述第一压缩机级的第一吸入侧上，所述第二入口位于所述第二压缩机级的第二吸入侧上，并且所述出口位于所述第一排出侧和所述第二排出侧的近侧。...

【技术特征摘要】
2017.03.29 US 15/4727011.压缩系统，被可操作地配置为压缩具有第一压力的第一制冷剂的第一流以产生具有完全压缩压力的第一压缩制冷剂流，所述压缩系统包括：至少一个预冷却热交换器，所述至少一个预冷却热交换器中的每一个被可操作地配置为通过与所述第一制冷剂间接热交换来冷却烃流体；主压缩回路，具有多个主压缩机级和多个部分压缩的流，所述多个压缩机级中的每一个都具有吸入侧和排出侧，所述多个部分压缩的流中的每一个与所述多个主压缩机级中的一个的出口和所述多个主压缩机级中的另一个的入口流体流动相连，所述多个部分压缩的流中的每一个具有高于所述第一压力且低于所述完全压缩压力的压力，所述多个部分压缩的流中的每一个的压力不同于所述多个部分压缩的流中的每个其他的压力，所述多个主压缩机级的最终主压缩机级具有产生第一压缩的制冷剂蒸汽的第一部分的出口；次压缩回路，包括双流压缩机，该双流压缩机具有限定内部容积的壳体、第一入口、第二入口以及产生所述第一压缩制冷剂流的第二部分的出口，所述第一压缩制冷剂流的第二部分与所述第一压缩制冷剂流的第一部分流体流动相连，所述壳体还包括位于所述内部容积中的第一压缩机级和第二压缩机级，所述第一压缩机级具有第一吸入侧、第一排出侧、至少一个第一叶轮和至少一个第一扩散器，所述第二压缩机级具有第二吸入侧、第二排出侧、至少一个第二叶轮和至少一个第二扩散器，所述第一吸入侧远离所述第二吸入侧，并且所述第一排出侧靠近所述第二排出侧；位于所述至少一个预冷却热交换器的第一预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第一侧流，所述第一侧流具有第一侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第一部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第一主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第一混合流，所述第一侧流具有与所述双流压缩机的第一入口流体流动相连的第二部分；和位于所述至少一个预冷却热交换器的第二预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第二侧流，所述第二侧流具有第二侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第二部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第二主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第二混合流，所述第二侧流具有与所述双流压缩机的第二入口流体流动相连的第二部分；其中所述第一入口位于所述第一压缩机级的第一吸入侧上，所述第二入口位于所述第二压缩机级的第二吸入侧上，并且所述出口位于所述第一排出侧和所述第二排出侧的近侧。2.权利要求1所述的压缩系统，其中所述多个主压缩机级包括在单独主压缩机壳体内。3.权利要求1所述的压缩系统，其中所述至少一个第一叶轮由第一数量的叶轮组成，均具有第一叶轮几何形状，所述至少一个第二叶轮由第二数量的叶轮组成，均具有第二叶轮几何形状，所述至少一个第一扩散器均具有第一扩散器几何形状，并且所述第二至少一个第二扩散器具有第二扩散器几何形状；和其中所述第一压缩机级不同于所述第二压缩机级的选自以下的组中的至少一种：(a)所述第一数量的叶轮不同于所述第二数量的叶轮；(b)所述第一叶轮几何形状不同于所述第二叶轮几何形状；和(c)所述第一扩散器几何形状不同于所述第二扩散器几何形状。4.权利要求1所述的压缩系统，其中所述压缩系统还被可操作地配置为在所述主压缩回路的多个主压缩机级的至少两个之间中间冷却所述第一制冷剂。5.权利要求1所述的压缩系统，还包括主热交换器，被可操作地配置为在所述烃流体被至少一个预冷却热交换器冷却之后，通过所述烃流体与第二制冷剂之间的间接热交换进一步冷却和液化所述烃流体。6.权利要求5所述的压缩系统，其中所述主热交换器被可操作地配置为当所述烃流体和所述第二制冷剂流经所述主热交换器的线圈绕管侧时，通过和流经所述主热交换器的壳侧的第二制冷剂间接热交换来液化所述烃流体并冷却所述第二制冷剂。7.权利要求1所述的压缩系统，其中所述第二制冷剂是混合制冷剂并且所述第一制冷剂是丙烷。8.权利要求1所述的压缩系统，还包括阀门，被可操作地配置为控制所述主压缩回路和所述次压缩回路之间的第一制冷剂的流量分布。9.权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：JG维尔曼，G克里什纳默西，MJ罗伯茨，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US