单循环混合冷剂三级节流制冷系统及其运行控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种单循环混合冷剂三级节流制冷系统及其运行控制方法，其中，制冷系统包括三级节流制冷换热系统、混合冷剂压缩系统和混合冷剂补充/泄放系统。本发明专利技术的方法以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行的联合控制构成，其中，通过调节压缩机的转速或其他变量实现混合冷剂侧流量、压力及主换热器天然气侧出口温度的控制；通过调节混合冷剂的补充阀或排放阀实现混合冷剂侧组成的控制；通过调节各级节流阀、压缩机、补充阀和泄放阀共同实现的混合冷剂侧温度及主换热器天然气侧出口温度的控制。本发明专利技术的方法有效地控制了制冷系统中的参数，使得液化天然气系统的产品产量和温度与设定值相符，保证了工艺装置的平稳运转。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液化天然气生产和控制领域，特别涉及一种。
技术介绍
天然气作为优质、高效的清洁燃料在能源和交通等领域正得到日益广泛的发展和利用。近年来液化天然气产业在中国也得到迅猛的发展。目前国内外天然气液化主要采用混合冷剂制冷系统或者阶式制冷系统。前者采用混合冷剂一级节流制冷的方法，工艺简单，但能耗高；后者为多个不同温阶的纯组分单循环一级节流制冷的方式，虽然降低了能耗，但流程复杂、投资高。另外，也有基于混合冷剂制冷工艺改进加入丙烷预冷，这样也起到降低能耗的效果，却同样使得流程复杂化，投资增高。
技术实现思路
为了克服现有技 术的上述缺点，本专利技术提供了一种，该系统结合了传统单循环制冷系统的优点，同时通过在混合冷剂进入主换热前和在换热过程中进行两级分离和三级节流，从而增加了混合冷剂制冷过程的调节手段，又避免了系统流程的复杂化。为实现本专利技术的目的，本专利技术首先提供了一种单循环混合冷剂三级节流制冷系统，其特征在于，包括三级节流制冷换热系统、混合冷剂压缩系统、混合冷剂补充/泄放系统。上述的单循环混合冷剂三级节流制冷系统中，三级节流制冷换热系统包括主换热器I和重烃分离罐2，其中，重烃分离罐2的入口与主换热器I的第一流道A出口相连，其气相出口与主换热器I的第二流道B入口相连，主换热器I的第二流道B出口与其第三流道C入口相连，而第三流道C出口与阀V3及相应管线连接。上述的单循环混合冷剂三级节流制冷系统中，混合冷剂压缩系统为依次连接的压缩机入口分离罐4、压缩机5、第一至第三冷却器6、7和8以及主换热器入口分离罐9组成，其中，压缩机入口分离罐4的入口与主换热器底部壳侧出口连接；第二冷却器7和第三冷却器8之间引出回流线经回流阀V7与压缩机一段入口管线连接；主换热器入口分离罐9的液相出口与主换热器I的第四流道D流道入口相连，然后在第四流道D的出口处引出并加设第一级节流阀V4再与主换热器壳侧连接；主换热器入口分离罐9的气相出口与主换热器I的第五流道E入口相连，而该流道出口与混合冷剂分离罐3的入口连接；混合冷剂分离罐3的液相出口与与主换热器I的第六流道F入口相连连接，然后在该流道的出口处引出并加设二级节流阀V5再与主换执器中间壳侧入口连接；混合冷剂分离罐3的气相出口与与主换执器I的第七流道G入口相连接，然后在该流道的出口处引出再与主换热器I的第八流道H入口连接，之后在第八流道H出口处引出并加设三级节流阀V6再与主换热器顶部壳侧入口连接。上述的单循环混合冷剂三级节流制冷系统中，混合冷剂补充/泄放系统包括与压缩机入口分离罐4相连的混合冷剂补充管线和第一至第五补充阀V10、V11、V12、V13和V14，以及与主换热器入口分离罐9的气液相出口相连接的管线和第一、第二泄放阀V8和V9。上述的单循环混合冷剂三级节流制冷系统中，主换热器I的A流道设置有旁路，旁路管线上设置旁路阀VI。上述的单循环混合冷剂三级节流制冷系统中，主换热器I的顶部壳侧出口与中间壳侧入口连接，中间壳侧出口与底部壳侧入口连接。上述的单循环混合冷剂三级节流制冷系统中，主换热器I为缠绕管式换热器或板翅式换热器；压缩机5为离心式压缩机或者轴流式压缩机再或者螺杆式压缩机。上述的单循环混合冷剂三级节流制冷系统中，主换热器I的天然气侧和混合冷剂侧各级进出口处设置有温度、或/和压力、或/和流量的监测装置，其中，主换热器I的第一流道A、第二流道B、第三流道C的入口均设有温度检测装置，第三流道C的出口设有温度、压力和流量检测装置；主换热器I的顶部、中间、底部壳侧出口和入口均设有温度检测装置；二级节流阀V5和三级节流阀V6后均设有压力检测装置；压缩机入口分离罐的入口设有流量检测装置，其顶部出口设有压力检测装置。本专利技术还提供了一种单循环混合冷剂三级节流制冷系统的运行控制方法，其特征在于，该方法以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行联合控制构成，其中，通过调节压缩机的转速、导叶角、静叶片角、滑阀、回流阀实现混合冷剂侧流量、压力及主换热器天然气侧出口温度的控制；通过调节混合冷剂的补充阀或排放阀实现混合冷剂侧组成的控制；通过调节各级节流阀、压缩机、补充阀和泄放阀共同实现的混合冷剂侧温度及主换热器天然气侧出口温度的控制。上述的以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行联合控制构成的运 行控制方法中，当液化天然气流量检测装置Fl显示值F1与设定值正偏离而偏大时，此时混合冷剂侧压力也会偏大，首先调节回流阀V7 ;在回流阀开度达到设定值时，调节压缩机5的导叶角、或静叶片角、或滑阀L，其中导叶角适用于离心式压缩机，静叶片角度适用于轴流式压缩机，滑阀适用于螺杆式压缩机；在导叶角或静叶片角度达到边界设置值时，则通过控制装置10发送转速调整指令给压缩机5的变速装置M，直至混合冷剂流量F2与液化天然气流量F1的比值F1ZiF2符合设定值，F2为流量检测装置F2的显示值，此时混合冷剂侧压力也随之与设定值一致；当液化天然气流量检测装置Fl显示值F1与设定值负偏离而偏小时，此时混合冷剂侧压力也会偏小，则调节顺序首先为压缩机5的导叶角、或静叶片角、或滑阀L，之后为压缩机5的变速装置M，最后为回流阀V7 ;若压缩机5不带有导叶角、静叶片角、滑阀装置L，则直接调节变速装置M，直至混合冷剂流量与液化天然气流量的比值符合设定值，此时混合冷剂侧压力也随之与设定值一致。上述的以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行联合控制构成的运行控制方法中，当检测到的天然气侧与混合冷剂侧对应位置处的温度两两之差偏离设定值时，调节一级节流阀V4、二级节流阀V5、三级节流阀V6以及第一至第五补充阀V10、VI1、V12、V13、V14或第一、第二泄放阀V8、V9以调整、补充或排放对应的组分从而改变混合冷剂组成，直至当检测到得天然气侧与混合冷剂侧对应位置处的温度两两之差符合设定值为止，对第一至第五补充阀V10、VI1、V12、V13、V14或第一、第二泄放阀V8、V9的调节通过控制装置10的指令信号实现或者通过手动调节实现。上述的以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行联合控制构成的运行控制方法中，检测到的天然气侧与混合冷剂侧对应位置处的温度两两之差共有四组，分别为T「T2、T3-T4, T5-T8, T7-Tltl，其中，T1为主换热器I第三流道C出口的温度，T2为主换热器I顶部壳侧入口的温度，T3为主换热器I第二流道B出口的温度，T4为主换热器I中间壳侧入口温度，T5为主换热器I第一流道A出口的温度，T7为主换热器I第一流道A入口的温度，T8为主换热器I底部壳侧入口温度，T10为为主换热器I底部壳侧出口温度；温差T1-T2对应的混合冷剂组分为甲烷和氮气，温差T3-T4对应的混合冷剂组分为甲烷、乙烷或乙烯、丙烷，温差T5-T8对应的混合冷剂组分为乙烷或乙烯、丙烷或丙烯、丁烷或戊烷，温差T7-Tltl对应的丙烷或丙烯、丁烷或戊烷。上述的以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行联合控制构成的运行控制方法中，第一补充阀Vio控制补充氮气，第二补充阀Vll控制补充甲烷，第三补充阀V12控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单循环混合冷剂三级节流制冷系统的运行控制方法，其特征在于，该方法以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行联合控制构成，其中，通过调节压缩机的转速、导叶角、静叶片角、滑阀、回流阀实现混合冷剂侧流量、压力及主换热器天然气侧出口温度的控制；通过调节混合冷剂的补充阀或排放阀实现混合冷剂侧组成的控制；通过调节各级节流阀、压缩机、补充阀和泄放阀共同实现的混合冷剂侧温度及主换热器天然气侧出口温度的控制。

【技术特征摘要】
1.一种单循环混合冷剂三级节流制冷系统的运行控制方法，其特征在于，该方法以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力、温度和组成进行联合控制构成，其中，通过调节压缩机的转速、导叶角、静叶片角、滑阀、回流阀实现混合冷剂侧流量、压力及主换热器天然气侧出口温度的控制；通过调节混合冷剂的补充阀或排放阀实现混合冷剂侧组成的控制；通过调节各级节流阀、压缩机、补充阀和泄放阀共同实现的混合冷剂侧温度及主换热器天然气侧出口温度的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的流量、压力和温度进行联合控制构成，当液化天然气流量检测装置(Fl)显示值F1与设定值正偏离而偏大时，首先调节回流阀(V7);在回流阀开度达到设定值时，调节压缩机(5)的导叶角、或静叶片角、或滑阀(L)，其中导叶角适用于离心式压缩机，静叶片角度适用于轴流式压缩机，滑阀适用于螺杆式压缩机；在导叶角或静叶片角度达到边界设置值时，则通过控制装置(10)发送转速调整指令给压缩机(5)的变速装置(M)，直至混合冷剂流量与液化天然气流量的比值符合设定值；当液化天然气流量检测装置(Fl)显示值F1与设定值负偏离而偏小时，则调节顺序首先为压缩机(5)的导叶角、或静叶片角、或滑阀(L)，之后为压缩机(5)的变速装置(M)，最后为回流阀(V7);若压缩机(5)不带有导叶角、静叶片角、滑阀装置(L)，则直接调节变速装置(M)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以通过检测天然气侧的温度和出口流量对混合冷剂侧的温度和组成进行联合控制构成，当检测到的天然气侧与混合冷剂侧对应位置处的温度两两之差偏离设定值时，调节一级节流阀(V4)、二级节流阀(V5)、三级节流阀(V6)、第一至第五补充阀(V10、V11、V1 2、V13、V14)或第一、第二泄放阀(V8、V9)以调整、补充或排放对应的组分从而改变混合冷剂组成，直至当检测到得天然气侧与混合冷剂侧对应位置处的温度两两之差符合设定值为止，对第一至第五补充阀(V10、V11、V12、V13、V14)或第一、第二泄放阀(V8、V9)的调节通过控制装置(10)的指令信号实现或者通过手动调节实现。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，检测到的天然气侧与混合冷剂侧对应位置处的温度两两之差共有四组，分别ST1-T2J3-T4J5-T8、T7-T1(I，其中，T1为主换热器⑴第三流道(C)出口的温度，T2为主换热器(I)顶部壳侧入口的温度，T3为主换热器(I)第二流道(B)出口的温度，T4为主换热器(I)中间壳侧入口温度，T5为主换热器(I)第一流道(A)出口的温度，T7为主换热器(I)第一流道(A)入口的温度，T8为主换热器(I)底部壳侧入口温度，Tltl为为主换热器(I)底部壳侧出口温度；温差T1-Tj^应的混合冷剂组分为甲烷和氮气，温差T3-T4对应的混合冷剂组分为甲烷、乙烷或乙烯、丙烷，温差T5-T8对应的混合冷剂组分为乙烷或乙烯、丙烷或丙烯、丁烷或戊烷，温差T7-Tltl对应的丙烷或丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张会军，王道广，王英军，赵树魁，
申请(专利权)人：北京安珂罗工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：