本发明专利技术属天然气低温液化技术领域，涉及一种LNG三级低温液化过程装备及混合制冷剂制冷技术，应用一定配比的非共沸N2—CH4混合制冷剂在两股流螺旋缠绕管式换热器内将6.0MPa、－120℃天然气冷却至－164℃并液化，以便LNG过冷贮存及方便运输；三级制冷螺旋缠绕管式换热器首先预冷并液化非共沸N2—CH4混合制冷剂，混合制冷剂液化后被节流至壳程冷却来自二级的出口温度为－120℃的LNG管束及N2—CH4混合制冷剂预冷管束，使管程内天然气及预冷制冷剂均被液化，达到混合制冷剂节流前预冷及天然气低温液化目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于混合气体带相变低温换热，解决LNG三级低温技术难题，提高LNG系统低温换热效率。
【技术实现步骤摘要】
LNG低温液化三级制冷螺旋缠绕管式换热装备
本专利技术属天然气低温液化
，涉及一种LNG三级低温液化过程装备及混合制冷剂制冷技术，应用一定配比的非共沸N2_CH4混合制冷剂在两股流螺旋缠绕管式换热器内将6. OMPa,- 120°C天然气冷却至一 164°C并液化，以便LNG过冷贮存及方便运输。三级制冷螺旋缠绕管式换热器首先预冷并液化非共沸N2_CH4混合制冷剂，混合制冷剂液化后被节流至壳程冷却来自二级的出口温度为一 120°C的LNG管束及N2_CH4混合制冷剂预冷管束，使管程内天然气及预冷制冷剂均被液化，达到混合制冷剂节流前预冷及天然气低温液化目的，其结构紧凑，换热效率高，可用于混合气体带相变低温换热，解决LNG三级低温技术难题，提高LNG系统低温换热效率。
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°C天然气预冷至一 53°C，第二个阶段是将天然气从一 53°C冷却至一 120°C，为低温液化做准备，第三个阶段是将一 120°C天然气冷却至一 164°C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。本专利技术根据LNG三级低温液化特点，采用三段各自独立的螺旋缠绕管式换热器做为主要换热设备，分段独立制冷，针对第三级队_014混合制冷剂低温液化工艺流程，重点研究开发温区介于一 120°C 一 164°C之间的第三级低温液化工艺技术及装备，解决第三级天然气低温液化核心技术问题，即双股流螺旋缠绕管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第三级低温液化问题，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大、具有自紧收缩调整功能的双股流螺旋缠绕管式换热器做为主换热设备，应用非共沸K_CH4混合制冷剂先预冷后节流的制冷工艺流程，控制相变制冷流程，进而控制天然气液化温度及压力，提高换热效率，解决天然气三级低温液化问题。本专利技术的技术解决方案LNG低温液化三级制冷螺旋缠绕管式换热装备，包括LNG出口接管1、LNG出口管板2、 上封头3、混合制冷剂进口法兰4、混合制冷剂进口接管5、筒体6、中心筒7、垫条8、天然气螺旋管束9、混合制冷剂预冷管束10、混合制冷剂预冷进口接管11、混合制冷剂预冷进口法兰12、混合制冷剂预冷进口管箱13、混合制冷剂预冷进口管板14、混合制冷剂出口接管15、LNG出口法兰16、LNG出口管箱17、预冷后混合制冷剂出口接管18、预冷后混合制冷剂出口法兰19、预冷后混合制冷剂出口管箱20、预冷后混合制冷剂出口管板21、上支撑圈22、耳座 23、下支撑圈24、天然气进口接管25、天然气进口法兰沈、天然气进口管箱27、天然气进口管板观、下封头四、混合制冷剂出口接管法兰30，其特征在于天然气螺旋管束9、混合制冷剂预冷管束10绕中心筒7缠绕，缠绕后的管芯安装于筒体6内；中心筒7 —端安装上支撑圈22，一端安装下支撑圈M，上支撑圈22固定于筒体6上部，下支撑圈M固定于筒体6下部，天然气螺旋管束9、混合制冷剂预冷管束10缠绕于上支撑圈22与下支撑圈M之间；筒体6上部与封头3连接，封头3顶部安装管板2，管板2底部连接管束9，顶部安装管箱17， 管箱17顶部安装接管1，接管1顶部安装法兰16 ；筒体6下部与封头四连接，封头四顶部安装制冷剂出口接管15，接管15顶部安装法兰30 ；筒体6上部左侧安装制冷剂进口接管 5，右侧安装制冷剂预冷出口管板21，管板21左侧连接混合制冷剂预冷管束10出口，右侧连接管箱20 ；筒体6下部左侧安装制冷剂预冷进口管板14，管板14右侧连接混合制冷剂预冷管束10进口，左侧连接管箱13 ；筒体6下部右侧安装天然气进口管板观，天然气进口管板 28左侧连接天然气螺旋管束9进口，右侧连接管箱27 ；筒体6中部安装耳座23。N2-CH4混合制冷剂在一 120°C及1. 58MPa时进入混合制冷剂预冷管箱13，在管箱 13内再分配于混合制冷剂预冷管束10各支管，管束10经螺旋缠绕后在筒体10内被节流后的N2-CH4混合制冷剂预冷并液化；制冷剂完全液化后流至管箱20，温度降低至一 164°C、 压力降低至1.38MPa，再经安装于接管18与接管5之间的节流阀节流，节流后压力降低至 0. 3MPa，节流后氮温度变为一 185°C，处于气液两相状态，节流后甲烷温度变为一 163. 5°C， 处于过冷液相状态，节流后的混合制冷剂为气液两相，经接管5进入筒体6并向下流动冷却天然气螺旋管束9、预冷混合制冷剂管束10后，在一 130°C、0. 时经接管15流出三级制冷装置。天然气在一 120°C、5. 5MPa时进入天然气进口管箱27，在管箱27内再分配于天然气螺旋管束9各支管，管束9经螺旋缠绕后在筒体6内与节流后的混合制冷剂进行换热，温度降低至一 161°c、压力降低至5. 3MPa时完全液化并过冷，过冷后流至管箱17，再经接管1流出三级制冷装置，节流降压后送入LNG贮罐。方案所涉及的原理问题首先，传统的LNG混合制冷剂天然气液化系统采用整体换热方式，采用一个完整的制冷系统，换热效率较级联式LNG液化系统有了明显提高，使换热器数量减少，整体液化工艺流程得到简化，独立运行的制冷系统减少，管理方便，但存在的问题是液化工艺流程简化后，使LNG主换热器体积庞大，换热工艺复杂，加工制造、现场安装及运输难度增大，且一旦出现管道泄漏等问题，难于检测，容易造成整台换热器报废，成套工艺装备停产。为解决这一问题，本专利技术将主换热器内天然气温度变化过程分为36°C 一 53°C、一 53°C 一 120°C，一 120°C 一 164°C三个级别，采用三个独立的换热器，完成三个温度区间由高至低的换热过程，重点研究开发第三级一 120°C 一 164°C低温换热流程及第三级换热器总体结构及进出口参数，并采用N2-CH4混合制冷剂制冷工艺，解决第三段低温液化工艺设备问题。研究过程相对独立，可与前两段连接成为整体，连接后与整体式主换热换热原理一致， 便于主换热器分拆后运输及安装。其次，采用队_014混合制冷剂制冷工艺后，节流前须对制冷剂进行预冷并液化。冷剂进口为1.58MPa、一 120°C时，N2-CH4混合制冷剂中甲烷已经被液化，氮仍未达到饱和，处于气相状态，当压力达到1.38MPa、预冷温度达到一 164°C时， 氮达到饱和并被液化，液化后再节流可得到更大的制冷量。预冷过程与天然气液化及过冷过程同时进行，所以，须采用两股流低温换热过程，而传统的列管式换热器由于采用两块大管板连接平行管束结构，体积较大，换热温差较小，易分区，管间距较大，自收缩能力较差， 一般为单股流换热，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张周卫，汪雅红，张小卫，鲁小军，李瑞明，李振国，
申请(专利权)人：张周卫，
类型：发明
国别省市：
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