專利名稱：用于控制壓縮機的方法和設(shè)備以及冷卻烴流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制壓縮機的方法和設(shè)備。在另一方面，本發(fā)明涉及冷卻烴流的方法。
背景技術(shù)：
天然氣是可用的燃料源，并且是多種烴化合物的來源。由于多種原因，通常期望在位于天然氣流源處或附近的液化天然氣(LNG)站中將天然氣液化。例如，天然氣以液態(tài)形式可比以氣態(tài)形式更易于長途運輸和貯存，因為其占據(jù)小的體積，并且不需要在高壓下貯存。通常，天然氣主要包含甲烷。除了甲烷，天然氣通常包含一些較重?zé)N，例如乙烷、丙烷、丁烷、C5+烴和芳香烴。這些和任何其它常見的或已知的較重?zé)N和雜質(zhì)妨礙或阻礙通常已知的將甲烷液化的方法，特別是將甲烷液化的最有效的方法。即使不是全部，大多數(shù)已知的或提出的將烴液化的方法，特別是將天然氣液化的方法，都是基于在液化工藝之前盡可能降低至少大部分較重?zé)N和雜質(zhì)水平。比甲烷重的烴，典型地說乙烷，通常作為天然氣凝析液(NGL)從天然氣流冷凝和回收，通常稱為NGL回收。通常將NGL分餾來產(chǎn)出有價值的烴產(chǎn)物，所述烴產(chǎn)物或為產(chǎn)物流本身，或用于液化，例如作為冷凍劑的組分。NGL回收通常涉及NGL分離塔，在其中將天然氣流分離成包含NGL的底部流和富含甲烷的頂部流，所述頂部流通常通過一個或多個壓縮機進行壓縮或再壓縮(天然氣流可已在NGL分離塔的上游減壓)。用于氣態(tài)流的壓縮機在很多情況下、系統(tǒng)中和裝置中使用。通常圍繞壓縮機具有蒸汽循環(huán)或再循環(huán)管路，以避免“喘振”。通常，喘振與流向壓縮機的流量太低有關(guān)，這可能造成流量快速脈動。US4，464，720公開了一種喘振控制系統(tǒng)，其利用算法計算理想的孔差壓，并且將計算結(jié)果與實際差壓相比較。在離心壓縮機的吸入側(cè)和排出側(cè)進行壓力和溫度測量并由此進入控制系統(tǒng)，以使實際差壓基本上等于理想差壓。測量并且利用進入離心壓縮機的氣體的吸入側(cè)溫度。但是，即使具有喘振控制系統(tǒng)，仍可能出現(xiàn)損壞情況，并且壓縮機仍可能發(fā)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種控制一個或多個第一壓縮機的方法，至少包括以下步驟(a)提供壓縮機進料流；(b)使壓縮機進料流通過所述一個或多個第一壓縮機，所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機具有第一入口和第一出口，以提供一個或多個第一壓縮流；
(c)測量由下列項目構(gòu)成的組中的至少一個壓力和至少一個流量壓縮機進料流的壓力，壓縮機進料流的流量，第一壓縮流的壓力和第一壓縮流的流量，以提供至少兩個測
量值；(d)提供第一壓縮機再循環(huán)管路，所述第一壓縮機再循環(huán)管路包括圍繞所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機的直聯(lián)的第一再循環(huán)閥；(e)使所述第一壓縮流或每一個第一壓縮流通過所述壓縮機再循環(huán)管路下游的至少一個節(jié)流閥，以提供受控流；(f)通過第一旁路管路選擇地使所述壓縮機進料流或每一個壓縮機進料流的一部分繞過所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機和所述至少一個節(jié)流閥；和(g)使用步驟(C)的測量值自動控制所述節(jié)流閥中的至少一個。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種冷卻優(yōu)選包含天然氣的初始烴流的方法，包括至少以下步驟(i)使所述初始烴流通過分離器來提供穩(wěn)定化的冷凝物流和混合烴流；(ii)將所述混合烴流分離成重底部流和作為壓縮機進料流的輕頂部流；和(iii)使所述壓縮機進料流通過一個或多個第一壓縮機和至少一個節(jié)流閥，并且使用如上所述根據(jù)本發(fā)明第一方面限定的方法控制所述一個或多個第一壓縮機，以提供一個或多個受控流；(iv)使所述受控流或每一個受控流通過一個或多個第二壓縮機，以提供一個或多個第二壓縮流；和(ν)冷卻所述一個或多個第二壓縮流的至少一部分，優(yōu)選液化所述一個或多個第二壓縮流的至少一部分，以提供冷卻的優(yōu)選液化的烴流。本發(fā)明還提供一種用于控制一個或多個第一壓縮機的設(shè)備，所述設(shè)備至少包括一個或多個第一壓縮機，其用于在所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機中在第一入口和第一出口之間壓縮壓縮機進料流，以提供一個或多個第一壓縮流；至少兩個測量器，其能夠測量由下列項目構(gòu)成的組中的至少一個壓力和至少一個流量所述壓縮機進料流的壓力，所述壓縮機進料流的流量，所述第一壓縮流的壓力，和所述第一壓縮流的流量；以提供至少兩個測量值；壓縮機再循環(huán)管路，其圍繞所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機，包括直聯(lián)的第一再循環(huán)閥；至少一個節(jié)流閥，其在所述壓縮機再循環(huán)管路下游，用于接收所述第一壓縮流或每一個第一壓縮流，以提供受控流；第一旁路管路，其用于使所述壓縮機進料流的一部分繞過所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機和所述至少一個節(jié)流閥；和使用步驟(C)的測量值自動控制所述節(jié)流閥中的至少一個。該設(shè)備可形成天然氣液化站或設(shè)施的一部分。


現(xiàn)在將僅參照所附的非限制性附圖，以示例的方式描述本發(fā)明的實施例和實例， 附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制壓縮機的方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的控制壓縮機的方法的示意圖；圖3是包括圖1和2中所示實施例的冷卻初始烴流的方法的示意圖；圖4是用于壓縮機的壓頭(head)壓縮比相對于容量的示例性關(guān)系曲線，顯示出喘振線、速度線和阻塞線；且圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的控制兩個并聯(lián)壓縮機的方法的示意圖。
具體實施例方式對于本文來說，管路和該管路中運送的流將標(biāo)示單個附圖標(biāo)記，流的壓力/流量以及該壓力/流量的測量裝置將標(biāo)示單個附圖標(biāo)記。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用下述至少一個壓力和一個流量的測量值自動控制設(shè)置在壓縮機下游的節(jié)流閥使得能夠防止發(fā)生阻塞，所述壓力選自由下列項目構(gòu)成的組壓縮機進料流的壓力和第一壓縮流的壓力；所述流量選自由下列項目構(gòu)成的組壓縮機進料流的流量，和第一壓縮流的流量。除了喘振，壓縮機還可能由于“阻墻現(xiàn)象”或阻塞而損壞。因而，由此降低與壓縮機有關(guān)的故障和/或損壞。在太低的壓力比下具有過容量的流量時出現(xiàn)壓縮機阻塞，以致于壓縮機“阻塞”， 并且不能壓縮氣流。這造成可能損壞壓縮機的高振動。阻塞的問題可能通過本文公開的方法避免，在此方法中，自動控制壓縮機下游的節(jié)流閥來降低第一壓縮流的壓力并且相對于旁路管路的壓力自動調(diào)節(jié)第一壓縮流的壓力。 以這種方式，可避免進入發(fā)生阻塞的工作條件。壓縮機喘振是在低體積流動速率下在壓縮機中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并且因此限制給定壓縮機的最小容量。在壓縮機的運行中，當(dāng)系統(tǒng)阻力增大時，由壓縮機產(chǎn)生的壓頭或壓縮比增大，以克服該阻力。當(dāng)系統(tǒng)壓力增大時，更低的流量可通過壓縮機，并且這將一直持續(xù)到壓縮機的最大壓頭容量。最小流量的極限值形成喘振線。在喘振線下方，背壓超過壓縮機能夠輸送的壓力，造成瞬間回流情況。在回流期間，系統(tǒng)阻力降低，引起背壓下降，使壓縮機能夠輸送增大的流量。如果對壓縮機下游的流動的對抗作用未改變，則將再次接近峰值壓頭輸送量，并且觀察到回流，形成稱為喘振的循環(huán)情況。如果壓縮機在喘振點之外運行，則由于能夠產(chǎn)生機械損壞的振動、噪音、軸向軸移動和過熱，會對壓縮機造成相當(dāng)大的損壞。喘振的問題可通過本文公開的方法避免，其通過在接近喘振線時，自動控制直聯(lián)的第一再循環(huán)閥以打開并且增大第一壓縮流的量來實現(xiàn)，所述第一壓縮流沿第一壓縮機再循環(huán)管路返回到壓縮機進料流。本實施例提供一種控制壓縮機的更有效的方法，該方法基于自動控制下游的節(jié)流閥，該節(jié)流閥使得能夠在用于處理烴流的體系或系統(tǒng)中控制和整合壓縮機，該自動控制作用例如在壓縮機進料流的流量和壓力的啟動階段和增進階段過程中進行，或由于任何上游壓降而引起。壓縮機控制的自動化使得能夠通過測量壓縮機數(shù)據(jù)而確定壓縮機相對于用于壓縮機的可接受的運行窗口運行的當(dāng)前運行點。因而控制器的自動化使得能夠改變壓縮機的運行以減少例如壓縮機喘振和阻塞等壓縮機問題的可能性。如本文所述的利用下游節(jié)流閥的自動控制來控制一個或多個第一壓縮機并且因此控制設(shè)備對于第一壓縮機的啟動階段特別有用。
參照附圖，圖1和2顯示了用于控制第一壓縮機12的方法的不同實施例，第一壓縮機12作為NGL回收系統(tǒng)1的一部分用于壓縮壓縮機進料流10。圖3顯示了用于冷卻初始烴流100的方法的液化天然氣站2的簡化的第一總體方案，其包括圖1和圖2的NGL回收系統(tǒng)1。初始烴流可以是任何合適的烴流，例如但是不限于能夠被冷卻的含烴氣流。一個實例是從天然氣或油藏獲得的天然氣流。作為替代，天然氣流也可得自其它源，也包括合成源，例如費托(Fischer-Tropsch)工藝。通常，這樣的初始烴流大部分由甲烷構(gòu)成。優(yōu)選這樣的初始烴流包含至少50mol % (摩爾百分含量)甲烷，更優(yōu)選至少SOmol %甲烷。圖3顯示了包含天然氣的初始烴流100，其通過第一冷卻級104冷卻，以提供冷卻的和部分冷凝的初始烴流110。第一冷卻級104可以本領(lǐng)域已知方式包括并聯(lián)、串聯(lián)或兩種方式都使用的一個或多個換熱器。向第一冷卻級104提供冷卻是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。初始烴流100的冷卻可以是液化工藝的一部分，例如涉及丙烷冷凍劑回路(未顯示)的預(yù)冷卻級，或可以是單獨的工藝。初始烴流100的冷卻可涉及將初始烴流100的溫度降低到低于-o°c，例如在-10°c 到-70°c的范圍內(nèi)。冷卻的初始烴流110可通入例如冷凝物穩(wěn)定塔108之類的分離器，其通常在高于環(huán)境壓力下以本領(lǐng)域已知方式運行。冷凝物穩(wěn)定塔108提供頂部混合烴流8，其優(yōu)選溫度低于-0°C，和穩(wěn)定化的冷凝物流120。與冷卻的初始烴流110相比較，頂部流8為富含甲烷流。本文所用的術(shù)語“混合烴流”涉及一種烴流，其包含甲烷(C1)和至少5mol%的一種或多種選自由以下項目組成的組的烴乙烷(c2)、丙烷(C3)、丁烷(C4)和C5+烴。通常， 甲烷在混合烴流8中的比例為30-50mol %，并且乙烷和丙烷占顯著部分，例如每一種占 5-10mol%。術(shù)語“輕”和“重”相對于彼此限定，并且分別是指來自一個或多個氣液分離器14 的頂部流和底部流?！拜p”和“重”烴流的組成取決于進料氣體的組成，以及氣液分離器的設(shè)計和運行條件。術(shù)語“重?zé)N流”涉及包含相對較高含量的比輕頂部流重的烴的流。例如，重?zé)N流可以是C2+烴流，其主要包含乙烷(C2)和更重的烴。乙烷的相對量高于乙烷在進料流中的相對量，但是C2+流可能仍包含一些甲烷。同樣，C3+烴流、C4+烴流或C5+烴流分別相對富含丙烷和更重的烴、丁烷和更重的烴或戊烷和更重的烴。在NGL回收中，期望從混合烴流分離富含甲烷流(例如，以用作燃料，或在LNG站 2中液化并且作為附加的LNG提供)，并且期望回收至少重?zé)N流，所述重?zé)N流可任選地為C2 烴流、C3烴流、C4烴流和C5+烴流中的一種或多種。在圖3中，混合烴流8的至少一部分，通常全部通入NGL回收系統(tǒng)1中。NGL回收系統(tǒng)1通常包括一個或多個氣/液分離器，例如蒸餾塔和/或洗滌塔，用于將混合烴流8在相對低的壓力下(例如在20到35巴范圍內(nèi))分離成至少輕烴流和一種或多種重?zé)N流。合適的第一氣/液分離器14的一個實例為“脫甲烷塔”，其設(shè)計用于提供富含甲烷的頂部流和在底部處或附近的富含C2+烴流的一種或多種液流。但是，根據(jù)混合烴進料流的組分和所需的輕頂部流的規(guī)格而定，第一氣/液分離器14可以是脫乙烷塔、脫丙烷塔或脫丁烷塔或洗滌塔，代替脫甲烷塔。由于混合烴流8通常由例如在40到70巴范圍內(nèi)的高壓初始烴流100提供，因此它可能需要在第一氣/液分離器14之前進行膨脹。這樣的膨脹還可造成溫度的降低。如圖2和3中所示，混合烴流8可通過一個或多個膨脹器52，以提供降低溫度和壓力的混合相 (液體和蒸汽)烴流9，其然后在合適的高度處進入第一氣/液分離器14。第一氣/液分離器14適于分離液相和蒸汽相，以提供輕頂部流(作為在此隨后使用的第一壓縮機流10)和重底部流50。第一氣/液分離器14可以以本領(lǐng)域已知方式包括再沸器和第一再沸器蒸汽返回流(未顯示)。由第一氣/液分離器14提供的流的屬性可能根據(jù)分離器的尺寸和類型及其運行條件和參數(shù)以本領(lǐng)域已知的方式來改變。關(guān)于圖1-3中所示的布置方式，期望輕上部受控流30富含甲烷。輕頂部流可仍包含微量(< IOmol % )的重?zé)N，但是優(yōu)選甲烷> SOmol %， 更優(yōu)選> 95m0l%。重底部流50可以含有> 90或> 95mol %的乙烷或更重的烴，并且可隨后分餾或以本領(lǐng)域已知的其它方式用于NGL流。輕頂部流提供壓縮機進料流10的一種可能的源，可現(xiàn)在通過至少一個或多個壓縮機12進行(再)壓縮，以用于隨后使用。圖1顯示了本文公開的方法的一個實施例，包括以下步驟(a)提供壓縮機進料流10 ；(b)使壓縮機進料流10通過具有第一入口 13和第一出口 16的第一壓縮機12，以
提供第一壓縮流20 ；(c)測量由下列項目組成的組中的至少一個壓力和至少一個流量壓縮機進料流 10的壓力Pl，壓縮機進料流10的流量Fl，第一壓縮流20的壓力P2和第一壓縮流20的流量F2，以提供至少兩個測量值；(d)提供圍繞第一壓縮機12的壓縮機再循環(huán)管路22，其包括直聯(lián)的第一再循環(huán)閥 24；(e)使第一壓縮流20通過在壓縮機再循環(huán)管路22下游的至少一個節(jié)流閥32，以提供受控流30 ；(f)提供第一旁路管路60，以選擇地使壓縮機進料流10的一部分繞過第一壓縮機和節(jié)流閥32 ；和(g)使用步驟(C)的測量值自動控制節(jié)流閥32中的至少一個。當(dāng)在太低的壓力比下存在過容量的流量時，會出現(xiàn)壓縮機阻塞，從而造成壓縮機 “阻塞”，并且不能壓縮氣流。這引起可能損壞壓縮機的高的振動。US4，464，720中沒有提及避免阻塞和喘振的問題。本發(fā)明的本實施例中，選擇和/或組合從壓縮機進料流10和/或第一壓縮流20 得到的壓力和流量的測量值，可用于確定第一壓縮機12相對于其阻塞線的運行情況。壓縮機的阻塞線對于壓縮機的使用者是已知的，并且通常是壓縮機的一種特性， 其為壓縮機設(shè)計參數(shù)的一部分。壓縮機的特征曲線，其基于不同氣體條件(例如溫度和分子量)下壓頭與壓縮機入口體積流量的比較，為壓縮機制造商提供給使用者的參數(shù)，其給使用者標(biāo)識壓縮機阻塞線。圖4中提供了壓縮機的特征曲線的示例性曲線圖，顯示了喘振線和阻塞線，以及增量為10%的50-110%設(shè)計運行的速度線。因而，通過經(jīng)測量步驟(C)的測量值而確定第一壓縮機12相對于其阻塞線的運行情況，并且通過響應(yīng)于這些測量值控制壓縮機的節(jié)流，可避免壓縮機阻塞。返回圖1，節(jié)流閥32的自動控制基于本文描述的對壓力和/或流量測量值的非用戶計算。這樣的控制可通過使用本領(lǐng)域已知的圖1中以控制器“XC”表示的一個或多個自動控制器來提供，該控制器能夠?qū)⒂刹襟E(c)提供的測量值相對于一個或多個預(yù)定值進行計算和比較，并且直接向節(jié)流閥32提供一個或多個控制指令，以根據(jù)壓縮機進料流10的屬性和特性控制第一壓縮機12的排出壓力。優(yōu)選地，由于相同的原因，本發(fā)明的方法還包括可任選地通過相同的一個或多個控制器(例如圖1中所示的控制器)(C)自動控制壓縮機再循環(huán)管路22中的直聯(lián)的再循環(huán)閥24。本發(fā)明的方法和設(shè)備不受測量壓力和/或流量測量值的形式限制，且不限于其屬性或數(shù)量。例如，測量壓縮機進料流或第一壓縮流不限于直接流量測量，因此可使用可獲得相關(guān)流量的任何參數(shù)作為流量測量值。因此，實際測量可以是測量間接測量流量的參數(shù)，例如跨過孔、噴嘴或文杜里管(venturi)的壓力變化，然后可利用其來計算壓縮機進料流或第一壓縮流的流量。測量流量的這些直接和間接方法在本領(lǐng)域是已知的。流量測量值可用于確定壓縮機相對于其阻塞線的運行情況?？墒褂萌魏魏线m的壓力測量器，例如圖1中所示的Pl和P2，來獲得壓力值，并且流量測量可通過任何合適的流量測量器提供，例如圖1中所示的Fl和F2。雖然圖1中顯示了兩個流量測量器Fl、F2和兩個壓力測量器PI、P2，但是本文公開的方法可使用單個流量測量器和單個壓力測量器來操作。所示的另外的流量和壓力測量器提供用于這些裝置的替代的可能位置，但是使用不止一個流量計或壓力計也包括在本實施例范圍內(nèi)。僅為了清晰起見，圖2和3中未顯示壓力和流量測量器P1、F1、P2、F2和控制器)(C。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法的步驟(C)包括測量至少由下列項目構(gòu)成的組中的至少一個⑴壓縮機進料流10的壓力Pl和流量Fl ；(ii)壓縮機進料流10的壓力Pl和第一壓縮機流20的流量F2 ；(iii)壓縮機進料流10的流量Fl和第一壓縮流20的壓力P2 ；以及(iv)第一壓縮流20的壓力P2和流量F2?？蓪⑸鲜鰞蓚€值的任何一個的比較以本領(lǐng)域已知方式提供給計算機來計算第一壓縮機12相對于其阻塞線的運行情況。圖1顯示了沿虛線標(biāo)示的信號路徑傳送到控制器)(C的四個測量值PI、Fl、P2和 F2，控制器)(C對測量值進行運算，以計算第一壓縮機相對于其已知的阻塞線的運行情況， 并且向節(jié)流閥32，以及可任選地向直聯(lián)的第一再循環(huán)閥M發(fā)送控制信號，以控制其運行， 并且因此控制第一再循環(huán)流22和第一壓縮連續(xù)流25 (下面討論)的流量，以避免第一壓縮機12的阻塞。本文公開了控制第一壓縮機12的方法，所述第一壓縮機12用于任何壓縮機進料流，特別是用于例如含乙烷流等一種或多種烴流。第一壓縮機12具有第一入口 13和第一出口 16，并且能夠壓縮至少一部分壓縮機進料流10，從而以本領(lǐng)域已知方式提供第一壓縮輕流20。在第一壓縮機12的第一出口 16和第一入口 13之間具有第一壓縮機再循環(huán)管路 22，其能夠接收至少一部分第一壓縮流20，并且將其再循環(huán)回到壓縮機進料流10的路徑中。將第一壓縮機再循環(huán)管路22添加到壓縮機進料流10。可通過本領(lǐng)域已知的任何合適的切分器或分流器將第一壓縮流20分成第一壓縮連續(xù)流25和第一壓縮機再循環(huán)流22。第一壓縮流20所分的連續(xù)流25和第一再循環(huán)流22每個可為0-100%之間的任意量，如下文進一步討論。第一壓縮機再循環(huán)管路22為圍繞第一壓縮機12的專用管路。第一壓縮機再循環(huán)管路12優(yōu)選不被冷卻，并且因而優(yōu)選不包含冷卻器。更優(yōu)選地，第一壓縮機再循環(huán)管路22 僅包括一個或多個控制閥對，需要所述閥M來改變第一壓縮機再循環(huán)流22的壓力，以使其壓力大約為或等于用于第一壓縮機12的吸入側(cè)的壓縮機進料流10的預(yù)期壓力。可任選地，提供第一壓縮流20的第一壓縮管路20包括一個或多個冷卻器，例如一個或多個水和/或空氣冷卻器，以在壓縮機再循環(huán)流22被再引入第一壓縮機12的入口 13 中之前降低至少壓縮機再循環(huán)流22的溫度。然后使第一壓縮連續(xù)流25通過節(jié)流控制閥32，以提供受控流30。圖2和3顯示出使受控流30通入一個或多個第二壓縮機42的可選方案，每一個第二壓縮機42具有用于受控流30的第二入口 43、和第二出口 44，從而以本領(lǐng)域已知方式來提供第二壓縮流40。所述第二壓縮機42或每一個第二壓縮機42可以與“增壓”壓縮機相同或相似，通常具有與第一壓縮機12分離的專用驅(qū)動器或驅(qū)動機構(gòu)。第二壓縮機再循環(huán)管路45圍繞所述第二壓縮機42或每一個第二壓縮機42設(shè)置， 特別是設(shè)置在第二出口 44和第二入口 43之間，以使一個或多個第二壓縮流40可以由本領(lǐng)域已知的切分器或分流器按在0-100%之間的任意量分成最終壓縮流70和第二壓縮機再循環(huán)流45。最終壓縮流70可包括單向閥41。第二壓縮機再循環(huán)流45包括本領(lǐng)域已知的并且適于降低第二壓縮機再循環(huán)流45溫度的一個或多個冷卻器46，例如直聯(lián)冷卻器，優(yōu)選為一個或多個水和/或空氣冷卻器。一個或多個空氣冷卻器46后面為一個或多個控制閥 47，用于在第二壓縮機42的第二入口 43之前將最終再循環(huán)流48再噴射到主壓縮機流中。第二壓縮機再循環(huán)管路45圍繞第二壓縮機42以本領(lǐng)域已知方式提供抗喘振控制。第二壓縮機再循環(huán)管路45為圍繞第二壓縮機42的專用管路。特別地，應(yīng)注意僅需要一個或多個冷卻器46來冷卻通入第二壓縮機再循環(huán)管路42中的第二壓縮流40的一定百分比，所述百分比通常為零或很小，因而使得一個或多個冷卻器46的日常開支(OPEX)最小化。圖2和3顯示了使用第一壓縮機12和第二壓縮機22對壓縮機進料流10進行再壓縮的一種簡化布置，所述第一壓縮機12具有專用的第一壓縮機再循環(huán)管路22，(其可能不需要專用或外部冷卻)，所述第二壓縮機22具有專用的第二壓縮機再循環(huán)管路45。因而， 第一和第二壓縮機再循環(huán)管路22、45為獨立管路，并且可獨立控制。圖1還顯示了具有單向閥62的圍繞第一壓縮機12的第一旁路管路60，以能夠接收圍繞所述第一壓縮機12或每一個第一壓縮機12的壓縮機進料流10的一部分，從而提供受控流30，受控流30給所述第二壓縮機42或每一個第二壓縮機42提供進料。第一旁路管路60可在NGL回收系統(tǒng)1的啟動階段過程中使用，特別是在沒有用于第一壓縮機12的驅(qū)動動力情況下，(例如在機械連接到膨脹器52，并且因此由膨脹器52驅(qū)動的情況下)。第一旁路管路60還可用于一個或多個第一壓縮機12 “跳間”的情況下，如下文進一步所述。類似地，圖2顯示了圍繞膨脹器52的膨脹器旁路管路80，其具有控制閥82。以這種方式，可選擇地允許混合烴流8的至少一部分，可任選地沒有或全部混合烴流8，通過膨脹器旁路管路80，以繞過所述膨脹器52或每一個膨脹器52，并且進給到管路9中的混合相烴流中。該布置情況可在NGL回收系統(tǒng)1的啟動階段過程中和/或在如后文進一步討論的一個或多個膨脹器52跳間過程中存在。如圖3中所示，最終壓縮流70可整個或部分地用作燃?xì)?2，或被傳送到燃?xì)夤芫W(wǎng)， 或隨后冷卻，優(yōu)選液化，以提供冷卻的烴流，例如LNG。冷卻和優(yōu)選液化操作可通過在第二冷卻級112中沿管路71傳送來進行，以提供液化烴流130，所述第二冷卻級112通常包括一個或多個換熱器。用于這樣的第二冷卻級的合適的液化工藝對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的， 并且將不在本文進一步討論。圖3還顯示了一個實施例，其中在第一氣/液分離器14之前的膨脹器52機械連接到第一壓縮機12。這樣的機械連接可通過任何已知連接裝置進行，這樣的連接裝置的一個實例是共用或公共驅(qū)動軸21。將膨脹器和壓縮機機械連接以利用由膨脹器通過經(jīng)過其的氣體膨脹提供的工作能的一部分，從而部分或完全驅(qū)動機械連接的壓縮機，這種方式是本領(lǐng)域公知的。以這種方式，第一壓縮機12的運行和性能可能與膨脹器52的運行和性能相關(guān)，如后文進一步所述。本文公開的方法在第一壓縮機12的啟動階段過程中特別有利。第一旁路管路60 可圍繞第一壓縮機12設(shè)置，以允許一部分壓縮機進料流10繞過第一壓縮機12和節(jié)流閥 32?？梢蚨{(diào)節(jié)管路25和30中的壓力。以這種方式，特別在烴處理工藝或處理的啟動階段過程中，幾乎全部壓縮機進料流10，例如由第一氣/液分離器14提供的全部壓縮機進料流10，可通過第一旁路管路60， 以提供其下游流量，而壓縮機進料流10的流量和/或壓力增大。節(jié)流閥32通過控制第一旁路流60和受控流30的增大的供給量(基于通入第一壓縮機12并且之后通過單向閥31 的壓縮機進料流30的增大部分)之間的壓差來提供自動控制，以將第一壓縮機12與下游管路整合。節(jié)流閥32的操作允許與減少第一旁路流60 —致地進行壓縮機12的整合，而不影響由分離器(例如圖1中所示的第一氣/液分離器14)提供的壓縮機進料流10的壓力。本文公開的方法和設(shè)備的一個特別的優(yōu)點是，控制器)(C可在壓縮機12啟動和第一旁路管路60的使用過程中提供節(jié)流閥32和/或直聯(lián)再循環(huán)閥M的自動控制。因而，本發(fā)明的方法擴大到使用如本文限定的控制第一壓縮機12的方法來控制第一壓縮機12的啟動。本文公開的方法和設(shè)備的另一個特別的優(yōu)點是，由于影響壓縮機進料流10的壓力的任何上游壓降(包括任何壓縮機進料流10的源或其一部分的壓力的突然或明顯下降) 而提供對第一壓縮機12的控制。其一個實例為相關(guān)或有關(guān)的工藝、設(shè)備、單元或裝置的“跳閘”，例如后文描述的機械互連的膨脹器-壓縮機機組。特別是，在多流NGL回收系統(tǒng)中，其一個實例示于圖5中， 膨脹器-第一壓縮機機組的跳閘需要通?？焖僬{(diào)節(jié)通過NGL回收系統(tǒng)的多種流(包括壓縮機進料流10)的流量，以保持工藝連續(xù)性，同時重新整合跳閘的機組。對節(jié)流閥32自動控制允許通過控制所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機下游的壓力，將跳間的機組重新整合到主工藝中，而一個或多個壓縮機進料流的充分再加壓正在進行。圖5顯示了基于具有第一膨脹器和第一壓縮機機組A以及第二膨脹器和第一壓縮機機組B的簡化的第二 NGL回收系統(tǒng)3。在圖5中，混合烴流8，例如圖3中所示提供的混合烴流8，由分流器11分成至少兩個，優(yōu)選兩個或三個部分進料流8a和8b，其通入各自的膨脹器5 和52b，膨脹器5 和 52b通過相應(yīng)公共驅(qū)動軸21a和21b連接到相應(yīng)的第一壓縮機1 和12b?？梢园慈魏伪壤虮嚷蕦⒒旌蠠N流8分為部分進料流8a和8b，但是在第二 NGL回收系統(tǒng)3 (其中膨脹器 52a和52b具有相同的容量)的正常和常規(guī)運行過程中，部分進料流8a和8b基本上相等。 膨脹器52a、52b的尺寸、類型、容量、數(shù)量及其平衡的改變，以及因此第一壓縮機12a、12b的尺寸、類型、數(shù)量和平衡的改變對于具有NGL回收工藝、運行和參數(shù)知識的本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。每一個膨脹器52a、52b分別提供混合相烴流9a、9b，其可通過合適的組合器組合， 例如三通管，以提供單個混合相烴流9，以通入如上文所述的第一氣/液分離器14?？扇芜x地，一個或多個混合相烴流9a和9b可直接通入第一氣/液分離器14而不與其它或全部其它混合相烴流組合。如上文所述，第一氣/液分隔器14提供輕頂部流和重底部流50。輕頂部流可提供壓縮機進料流10，其由分流器以本領(lǐng)域已知方式切分以提供至少兩個，優(yōu)選兩個或三個部分壓縮機進料流10a，10b，所述部分壓縮機進料流10a，IOb分別通過其第一入口通入兩個第一壓縮機12a，12b中，以提供相應(yīng)的兩個第一壓縮流20a，20b。如上文所述，0-100 %的第一壓縮流20a，20b可通入兩個相應(yīng)的第一壓縮機再循環(huán)管路22a，22b，以通過相應(yīng)的控制閥Ma、24b再循環(huán)，并且返回到兩個第一壓縮機12a，12b的吸入側(cè)。第一壓縮流20a和20b的每一個的沒有通入第一壓縮機再循環(huán)管路22a、22b的部分提供第一壓縮連續(xù)流25a、25b，第一壓縮連續(xù)流25a、2 可通過相應(yīng)的單向閥31a、31b和節(jié)流控制閥32a，32b，以提供受控流30a，30b，在此后由組合器53組合以提供組合的第二壓縮機進料流34，第二壓縮機進料流34通過第二壓縮機42，以提供第二壓縮流40。如上所述，第二壓縮流40的0-100 %的部分可提供第二壓縮機再循環(huán)流45，其可包括一個或多個控制閥47，而可通過單向閥41的最終壓縮流70可然后如上所述用作例如一種或多種燃料流、輸出流，或用于冷卻，優(yōu)選地液化，以提供液化烴流，例如LNG。第一膨脹器52a、機械連接的第一壓縮機1 及其相連的管路的組合形成第一機組A，而第二膨脹器52、機械連接的第一壓縮機12b及其相連的管路的組合形成第二機組B。以這種方式，第二 NGL回收系統(tǒng)3的用戶能夠具有與混合烴流8通過第二 NGL回收系統(tǒng)3的流量有關(guān)的更多的選擇方案和靈活性，特別是與通過膨脹器5 和第一壓縮機 12a、12b的運行和流量相關(guān)的更多的選擇方案和靈活性。不但在NGL回收系統(tǒng)的正常和/ 或常規(guī)運行過程中提供操作優(yōu)點，而且該布置方式還提供兩個更多優(yōu)點。如前文所述，如果多個機組的NGL回收系統(tǒng)中的任何機組由于故障或設(shè)計不能正常運行，則可通過其它機組中的一個或多個使NGL回收系統(tǒng)繼續(xù)運行。特別地，在機組“跳閘”的情況下，則所述機組或每一個其它機組能夠繼續(xù)NGL回收操作，即使混合烴進料流的體積和/或質(zhì)量以相同水平繼續(xù)，或以有效水平繼續(xù)。由于多種原因和/或在多種情況下可能發(fā)生膨脹器-壓縮機機組的“跳閘”。常見實例包括“超速”，例如在驅(qū)動器產(chǎn)生比壓縮機所需更大功率的情況下，和在壓縮機在流量范圍之外運行并且與葉片角度相關(guān)的流動角不正確時產(chǎn)生的“振動”。圖5中所示的第二 NGL回收系統(tǒng)3的第二特別的優(yōu)點是在NGL回收的啟動階段過程中。通過提供兩個或更多個機組，每一個機組可在不同時刻單獨啟動，并且可任選地以與每一個其它機組不同的啟動參數(shù)啟動。因而，用戶具有更多的選擇方案，并且在整個NGL回收系統(tǒng)3完全和正常運行之前控制所有機組的啟動。例如，在NGL回收系統(tǒng)啟動時，混合烴進料流8通常通過膨脹器旁路流80，以繞過第一膨脹器52a，52b，從而提供混合相烴流9，因為混合相烴流8中的壓力可能已經(jīng)處于低水平，以使第一膨脹器52a，52b中的膨脹是不需要的，或?qū)?dǎo)致混合相烴流9中太低的壓力。這向第一壓縮機12a，12b提供更高壓力的壓縮機進料流10，其壓力比沒有這種設(shè)置時可能會產(chǎn)生的壓力更高。類似地，壓縮機進料流10可通過第一旁路管路60和單向閥62以便繞過第一壓縮機12a，12b，特別是在第一壓縮機12a，12b并未被提供動力或者另外由類似地被繞過的第一膨脹器5 和5 驅(qū)動的情況下。本文公開的方法和設(shè)備的一個特別的優(yōu)點是，通過對每一個旁路流和每一個部分流的壓力和流量控制，當(dāng)在啟動階段過程中混合相烴流9的流量和/或壓力增大時，多機組 NGL回收系統(tǒng)的一個或多個機組可單獨啟動，并且作為受控過程達(dá)到正常運行。因而，第一壓縮機連續(xù)流25a，25b的路徑中的兩個節(jié)流控制閥32a，32b使得能夠在計算以第一旁路流 60的流量減少的情況下，控制每一個壓縮機進料流10a，IOb進入第一壓縮機12a，12b中的引入情況。兩個節(jié)流閥3h，32b可在第一壓縮機12a，12b的每一個排出處，特別是接近每一個第一壓縮機12a，12b的石墻效應(yīng)處控制壓力，石墻效應(yīng)通常可能在啟動階段過程中和后面的任何機組的跳閘過程中發(fā)生。以這種方式，第一旁路管路60中的流的壓力不妨礙每一個第一壓縮機12a，12b的或一起或單獨的啟動。這種布置試圖確保通過所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機的最大向前流量，(并且因此沒有過熱)，而不在石墻效應(yīng)區(qū)域中運行。多機組NGL回收系統(tǒng)的又一個優(yōu)點是，第一壓縮機12a，12b中的一個或多個可與所述第一壓縮機或每一個其它第一壓縮機隔離，以降低第一壓縮機12a，12b之間的相互作用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，本發(fā)明可以按多種方式進行修改而不偏離所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制一個或多個第一壓縮機的方法，至少包括以下步驟(a)提供壓縮機進料流；(b)使壓縮機進料流通過所述一個或多個第一壓縮機，所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機具有第一入口和第一出口，以提供一個或多個第一壓縮流；(c)測量由下列項目構(gòu)成的組中的至少一個壓力和至少一個流量壓縮機進料流的壓力(Pl)，壓縮機進料流的流量(Fl)，第一壓縮流的壓力(P》和第一壓縮流的流量(F2)，以提供至少兩個測量值；(d)提供第一壓縮機再循環(huán)管路，所述第一壓縮機再循環(huán)管路包括圍繞所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機的直聯(lián)的第一再循環(huán)閥；(e)使所述第一壓縮流或每一個第一壓縮流通過所述壓縮機再循環(huán)管路下游的至少一個節(jié)流閥，以提供受控流；(f)通過第一旁路管路選擇地使所述壓縮機進料流或每一個壓縮機進料流的一部分繞過所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機和所述至少一個節(jié)流閥；和(g)使用步驟(c)的測量值自動控制所述節(jié)流閥中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用步驟(c)的測量值包括確定所述第一壓縮機相對于其阻塞線的運行情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟(h)使用步驟(c)的測量值自動控制所述直聯(lián)的第一再循環(huán)閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，使用步驟(c)的測量值包括確定所述第一壓縮機相對于其喘振線的運行情況。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，還包括選擇地將所述第一旁路管路中的第一旁路流與所述受控流組合。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，還包括使用控制器(XC)協(xié)調(diào)步驟 (c)的測量與步驟(f)的控制。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，包括測量由下列項目組成的組中的至少一個(i)所述壓縮機進料流的壓力(Pl)和流量(Fl)；( )所述壓縮機進料流的壓力(Pl)和所述第一壓縮流的流量(F2)；(iii)所述壓縮機進料流的流量(Fl)和所述第一壓縮流的壓力(P2)；和(iv)所述第一壓縮流的壓力(P2)和流量(F2)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，還包括以下步驟(j)使所述受控流或每一個受控流通過一個或多個第二壓縮機，以提供一個或多個第二壓縮機流；和(k)提供第二壓縮機再循環(huán)管路、直聯(lián)的第二再循環(huán)閥，并且可任選地包括一個或多個第二壓縮機再循環(huán)冷卻器。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，所述壓縮機進料流由混合烴流提供，所述混合烴流被分離成重底部流和作為壓縮機進料流的輕頂部流，其中，所述混合烴流在一個或多個膨脹器中膨脹，以提供在其分離處上游的混合相烴流，并且所述一個或多個膨脹器中的至少一個和所述一個或多個第一壓縮機中的至少一個通過一個或多個共用驅(qū)動軸機械地相互連接。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中所述壓縮機進料流被分成通過兩個或更多個第一壓縮機的兩個或更多個部分進料流， 以提供通過兩個或更多個節(jié)流閥的兩個或更多個第一壓縮流，從而提供兩個或更多個受控流；并且其中，在每一個部分進料流、每一個第一壓縮流和每一個節(jié)流閥上執(zhí)行所述步驟(b)、 (e)和(g)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述兩個或更多個受控流組合來提供通過第二壓縮機的組合的第二壓縮機進料流。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11中任一項所述的方法，包括 將所述混合烴流分成至少兩個部分流；并且其中，將所述混合烴流膨脹的步驟包括將所述部分流中的每一個通過膨脹器膨脹，并且將其輸出流組合來形成混合相烴流。
13.根據(jù)權(quán)利要求8到12中任一項所述的方法，還包括冷卻第二壓縮流中的一個或多個的至少一部分，優(yōu)選地液化第二壓縮流中的一個或多個的至少一部分，以提供冷卻的優(yōu)選液化的烴流，優(yōu)選LNG。
14.一種將優(yōu)選包含天然氣的初始烴流冷卻的方法，包括至少以下步驟 (i)使所述初始烴流通過分離器來提供穩(wěn)定化的冷凝物流和混合烴流； ( )將所述混合烴流分離成重底部流和作為壓縮機進料流的輕頂部流；和(iii)使所述壓縮機進料流通過一個或多個第一壓縮機和至少一個節(jié)流閥，并且使用根據(jù)權(quán)利要求1到13中的的一項或多項所述的方法控制所述一個或多個第一壓縮機，以提供一個或多個受控流；(iv)使所述受控流或每一個受控流通過一個或多個第二壓縮機，以提供一個或多個第二壓縮流；和(ν)冷卻所述一個或多個第二壓縮流的至少一部分，優(yōu)選液化所述一個或多個第二壓縮流的至少一部分，以提供冷卻的優(yōu)選液化的烴流。
15.一種用于控制一個或多個第一壓縮機的設(shè)備，所述設(shè)備至少包括一個或多個第一壓縮機，其用于在所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機中在第一入口和第一出口之間壓縮壓縮機進料流，以提供一個或多個第一壓縮流；至少兩個測量器，其能夠測量由下列項目構(gòu)成的組中的至少一個壓力和至少一個流量所述壓縮機進料流的壓力(Pl)，所述壓縮機進料流的流量(Fl)，所述第一壓縮流的壓力(Ρ2)，和所述第一壓縮流的流量(^)；以提供至少兩個測量值；壓縮機再循環(huán)管路，其圍繞所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機，包括直聯(lián)的第一再循環(huán)閥；至少一個節(jié)流閥，其在所述壓縮機再循環(huán)管路下游，用于接收所述第一壓縮流或每一個第一壓縮流，以提供受控流；第一旁路管路，其用于使所述壓縮機進料流的一部分繞過所述第一壓縮機或每一個第一壓縮機和所述至少一個節(jié)流閥；和使用步驟(c)的測量值自動控制所述節(jié)流閥中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于控制一個或多個第一壓縮機(12)的方法和設(shè)備，壓縮機進料流(10)通過所述第一壓縮機。至少一個節(jié)流閥(32)設(shè)置在壓縮機再循環(huán)管路(22)下游，所述壓縮機再循環(huán)管路(22)圍繞所述或每一個第一壓縮機(12)設(shè)置，并且包括直聯(lián)的第一再循環(huán)閥(24)。有時，通過旁路管路(60)，使所述壓縮機進料流(10)的至少一部分選擇地繞過所述或每一個第一壓縮機(12)和所述至少一個節(jié)流閥。利用下述至少一個壓力和至少一個流量的測量值自動控制所述節(jié)流閥(32)中的至少一個，所述測量值選自所述壓縮機進料流(10)的壓力(P1)，所述壓縮機進料流(10)的流量(F1)，所述第一壓縮流(20)的壓力(P2)和所述第一壓縮流(20)的流量(F2)。以這種方式控制的第一壓縮機可用于冷卻初始烴流(100)的方法中。
文檔編號F25J3/02GK102378888SQ200980128620
公開日2012年3月14日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者F·J·范戴克 申請人:國際殼牌研究有限公司