使用脉管型斯特林制冷机的级联回热式天然气液化系统技术方案

根据本实用新型专利技术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，包括天然气源、通过降温液化管路依次连通的第一降温单元、第二降温单元以及液化天然气储罐，其中，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。因为本实用新型专利技术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。所以，本实用新型专利技术的级联回热式天然气液化系统具有降低系统功耗，提高系统效率的优点。

【技术实现步骤摘要】
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回热式天然气液化系统。
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。此外，未液化低温天然气气体冷能的利用也是液化流程中的关键问题，合理的利用不仅可以降低能耗、提高系统效率，还可以实现液化系统的复合作用。
技术实现思路
本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回热式天然气液化系统。本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、通过降温液化管路依次连通的第一降温单元、第二降温单元以及液化天然气储罐，其中，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，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的压缩活塞腔和膨胀活塞腔，第二压缩活塞、第二膨胀活塞分别设置在压缩活塞腔和膨胀活塞腔中，第二脉冲管连通膨胀活塞腔且与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二膨胀活塞腔的外部，第二压缩活塞、第二膨胀活塞、压缩活塞腔以及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二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压缩活塞腔与第二一级热端换热器的通孔，用于工质气体的流动。在本技术提供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降温液化管路中。另外，在本技术提供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中，其特征在于，还包括节流阀，设置在第二降温单元与液化天然气储罐之间的降温液化管路中。另外，在本技术提供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中，其特征在于，还包括排液阀，设置在液化天然气储罐通往LNG(液化天然气)贮槽的管路中。另外，在本技术提供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中，其特征在于，还包括第二稳压阀，设置在液化天然气储罐通往燃料气的冷量回收管路中。技术的作用与效果根据本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，因为本技术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，流程复杂程度较低，并采用回热处理回收了未液化低温天然气气体的冷量。所以，本技术的级联回热式天然气液化系统具有降低系统功耗，提高系统效率的优点，能够实现获得液化天然气和常温常压燃料气的复合作用。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是本技术的实施例中高温区脉管型自由活塞斯特林制冷机机架的立体示意图；图4是图3中A向视图；图5是图4中C-C剖视图；图6是本技术的实施例中高温区脉管型自由活塞斯特林制冷机机架的立体剖视示意图；图7是本技术的实施例中中温区脉管型自由活塞斯特林制冷机剖面示意图；图8是本技术的实施例中中温区脉管型自由活塞斯特林制冷机机架的立体示意图；图9是图8中B向视图；以及图10是图9中D-D剖视图。具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本技术使用脉管型斯特林制冷机的级联回热式天然气液化系统作具体阐述。实施例如图1所示，一种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，该种结合两种不同温区脉管型斯特林制冷机和回热管路的天然气液化系统主要包括：气源1L、稳压阀Ⅰ2、降温液化管路3、液化天然气储罐4L、排液阀5、稳压阀Ⅱ6、冷量回收管路7，其中降温液化管路3分级制冷包括有：两台高温区脉管型斯特林制冷机301、两台中温区脉管型斯特林制冷机302、节流阀303。天然气源1L通过降温液化管路3依次连通两台高温区脉管型斯特林制冷机301、两台中温区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用脉管型斯特林制冷机的级联回热式天然气液化系统，其特征在于，包括：天然气源、通过降温液化管路依次连通的第一降温单元、第二降温单元以及液化天然气储罐，其中，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的压缩活塞腔和膨胀活塞腔，所述第二压缩活塞、所述第二膨胀活塞分别设置在所述压缩活塞腔和所述膨胀活塞腔中，所述第二脉冲管连通所述膨胀活塞腔且与所述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、所述压缩活塞腔以及所述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压缩活塞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。...

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，包括：天然气源、通过降温液化管路依次连通的第一降温单元、第二降温单元以及液化天然气储罐，其中，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的压缩活塞腔和膨胀活塞腔，所述第二压缩活塞、所述第二膨胀活塞分别设置在所述压缩活塞腔和所述...

【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：新型
国别省市：上海,31