高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備,包括天然氣進(jìn)料管、LNG儲(chǔ)罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑分離罐及冷箱,其特征在于:所述冷箱內(nèi)設(shè)有主、副換熱器,天然氣進(jìn)料管依次通過主、副換熱器后與LNG儲(chǔ)罐的進(jìn)料口相連,副換熱器與LNG儲(chǔ)罐之間設(shè)有第四節(jié)流閥,制冷劑分離罐為五個(gè)。采用分段來實(shí)現(xiàn)供給所需的冷量,將液化過程的熵增降至最小,效率接近階式循環(huán)。從根本上解決了現(xiàn)有天然氣液化設(shè)備制冷循環(huán)冷量利用率低、壓縮機(jī)的熵?fù)p失高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。
【專利說明】高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣體液化系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是一種高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年,國內(nèi)國產(chǎn)及進(jìn)口天然氣液化裝置每天的液化量約I億立方米,降低天然氣液化、貯存、汽化各環(huán)節(jié)的能量消耗是設(shè)計(jì)建造天然氣液化裝置最重要的一環(huán)。高效多級節(jié)流天然氣液化裝置是高效節(jié)能型天然氣液化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。天然氣液化裝置日前通常采用混合制冷劑制循環(huán)(MRC)工藝,該工藝主要采用N2和Cf C5烴類的混合物作為循環(huán)制冷劑?;旌侠鋭┑慕M成比例根據(jù)天然氣原料的組成、壓力、工藝流程而異,因此對制冷劑的配比和原料氣的氣質(zhì)要求更為嚴(yán)格,一旦確定是不易更改的。即使?jié)M足該條件,要使整個(gè)液化過程(25°C?_162°C)所需冷量與制冷劑所提供的冷量完全匹配是達(dá)不到的,而只能趨近與冷卻曲線。現(xiàn)有多級節(jié)流流程的對溫度點(diǎn)劃分的流程優(yōu)化及與換熱器結(jié)構(gòu)對接仍存在較大問題,混合制冷劑循環(huán)流程的效率較低。若不能妥善處理,勢必會(huì)增加液化系統(tǒng)功耗,提高生產(chǎn)成本。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備,采用分段來實(shí)現(xiàn)供給所需的冷量,將液化過程的熵增降至最小,效率接近階式循環(huán)。從根本上解決了現(xiàn)有天然氣液化設(shè)備制冷循環(huán)冷量利用率低、壓縮機(jī)的熵?fù)p失高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。
[0004]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備包括天然氣進(jìn)料管、LNG儲(chǔ)罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑分離罐及冷箱,其特征在于:所述冷箱內(nèi)設(shè)有主、副換熱器,天然氣進(jìn)料管依次通過主、副換熱器后與LNG儲(chǔ)罐的進(jìn)料口相連,副換熱器與LNG儲(chǔ)罐之間設(shè)有第四節(jié)流閥;
[0005]制冷劑分離罐為五個(gè),制冷劑壓縮機(jī)的出口與第五制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連,第五制冷劑分離罐的氣相出口與第二制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,第五制冷劑分離罐的液相出口與第一制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,且在主換熱器與第一制冷劑分離罐之間設(shè)有第一節(jié)流閥;
[0006]第四制冷劑分離罐的氣相、液相出口分別與第三制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連,并同時(shí)通過副換熱器;
[0007]第三制冷劑分離罐的氣相、液相出口分別與制冷劑壓縮機(jī)的入口相連,并同時(shí)通過主換熱器;
[0008]第二制冷劑分離罐的氣相出口與第四制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并依次通過主、副換熱器,且在副換熱器與第四制冷劑分離罐之間設(shè)有第三節(jié)流閥,第二制冷劑分離罐的液相出口與第三制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,且在主換熱器與第二制冷劑分離罐之間設(shè)有第二節(jié)流閥;[0009]第一制冷劑分離罐的氣相、液相出口分別與制冷劑壓縮機(jī)的入口相連,并同時(shí)通過主換熱器。
[0010]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)及積極的技術(shù)效果是:通過增加制冷劑循環(huán)的級數(shù),有效減少了換熱器的熵?fù)p失,提高了冷量利用率。可通過提高壓縮機(jī)的效率和增加壓縮機(jī)的級數(shù)來減少壓縮機(jī)的能量損失,可以有效降低壓縮機(jī)的熵?fù)p失,提高壓縮機(jī)的軸功率。按冷劑沸點(diǎn)的不同,通過三級節(jié)流達(dá)到逐步降溫,使制冷劑在不同溫區(qū)節(jié)流,供冷,充分體現(xiàn)熱力學(xué)特性,從而提高液化效率,降低系統(tǒng)功耗。綜上所述,采用本實(shí)用新型的多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備,不但縮小了熱流的換熱溫差,提高換熱器換熱效率,而且避免了由于增加換熱器進(jìn)口帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題。產(chǎn)品質(zhì)量更優(yōu),設(shè)備能量損耗更低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0012]圖1是本實(shí)用新型的工藝流程圖;
[0013]圖2是本實(shí)用新型節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中序號說明:1主換熱器、2副換熱器、3第三制冷劑分離罐、4第四制冷劑分離罐、5第一制冷劑分離罐、6第二制冷劑分離罐、7制冷劑壓縮機(jī)、8第五制冷劑分離罐、9LNG儲(chǔ)罐、10第一節(jié)流閥、11第二節(jié)流閥、12第三節(jié)流閥、13第四節(jié)流閥。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
[0016]根據(jù)圖f 2詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)。該高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備包括天然氣進(jìn)料管、LNG儲(chǔ)罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑分離罐及冷箱等部分。其中,冷箱內(nèi)設(shè)有主換熱器1、副換熱器2,天然氣進(jìn)料管依次通過主換熱器1、副換熱器2后與LNG儲(chǔ)罐9的進(jìn)料口相連,副換熱器與LNG儲(chǔ)罐9之間設(shè)有第四節(jié)流閥13。
[0017]制冷劑分離罐為五個(gè),制冷劑壓縮機(jī)7的出口與第五制冷劑分離罐8的進(jìn)料口相連,第五制冷劑分離罐8的氣相出口與第二制冷劑分離罐6的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,第五制冷劑分離罐8的液相出口與第一制冷劑分離罐5的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,且在主換熱器與第一制冷劑分離罐5之間設(shè)有第一節(jié)流閥10。
[0018]第四制冷劑分離罐4的氣相、液相出口分別與第三制冷劑分離罐3的進(jìn)料口相連,并同時(shí)通過副換熱器。
[0019]第三制冷劑分離罐3的氣相、液相出口分別與制冷劑壓縮機(jī)7的入口相連,并同時(shí)通過主換熱器。
[0020]第二制冷劑分離罐6的氣相出口與第四制冷劑分離罐4的進(jìn)料口相連并依次通過主換熱器1、副換熱器2,且在副換熱器與第四制冷劑分離罐4之間設(shè)有第三節(jié)流閥12,第二制冷劑分離罐6的液相出口與第三制冷劑分離罐3的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,且在主換熱器與第二制冷劑分離罐6之間設(shè)有第二節(jié)流閥11。
[0021]第一制冷劑分離罐5的氣相、液相出口分別與制冷劑壓縮機(jī)7的入口相連,并同時(shí)通過主換熱器。
[0022]利用循環(huán)制冷劑(N2和CfC5烴類的混合物)各組分沸點(diǎn)的不同,在主、副換熱器內(nèi)冷凝并過冷經(jīng)過節(jié)流閥(可選用焦耳-湯姆遜節(jié)流膨脹閥,簡稱J-T閥),減壓進(jìn)入返流制冷劑中依次冷卻不同溫區(qū)的原料天然氣及正流制冷劑,出冷箱的返流制冷劑復(fù)熱后進(jìn)入制冷劑壓縮機(jī)7循環(huán)壓縮,出制冷劑壓縮機(jī)7后返流進(jìn)入冷箱。
[0023]本實(shí)用新型的液化天然氣(PNG)制備方法如下:制冷劑通過制冷劑壓縮機(jī)7 (可選用離心壓縮機(jī))壓縮后進(jìn)入第五制冷劑分離罐8的進(jìn)料口產(chǎn)生氣、液兩相,第五制冷劑分離罐8的氣相經(jīng)過主換熱器I由主換熱器I中的其他管路的返流制冷劑提供的冷量使氣相降溫,進(jìn)入第二制冷劑分離罐6的進(jìn)料口產(chǎn)生氣、液兩相。第五制冷劑分離罐8的液相經(jīng)過主換熱器I后被返流的制冷劑預(yù)冷降溫至-73.6°C,壓強(qiáng)為3.46MPa,經(jīng)第一節(jié)流閥10降溫減壓至-82°C,0.3MPa后,進(jìn)入第一制冷劑分離罐5的進(jìn)料口產(chǎn)生氣、液兩相返流,為主換熱器I提供預(yù)冷冷量,使進(jìn)入冷箱的制冷劑和天然氣預(yù)冷降溫后進(jìn)入制冷劑壓縮機(jī)7再次循環(huán)。
[0024]第二制冷劑分離罐6的氣相依次通過主換熱器1、副換熱器2后的溫度為_155°C,氣壓為3.46MPa,冷量由換熱器中的返流制冷劑提供,經(jīng)第三節(jié)流閥12降溫減壓至-169.6°C,0.34MPa后進(jìn)入第四制冷劑分離罐4的進(jìn)料口產(chǎn)生氣、液兩相。第二制冷劑分離罐6的液相溫度為_142°C,壓強(qiáng)為3.46MPa,經(jīng)第二節(jié)流閥11降溫減壓至-144.8°C,0.32MPa后,進(jìn)入主換熱器I產(chǎn)生的冷量為其他管路的制冷劑和天然氣預(yù)冷降溫。
[0025]第四制冷劑分離罐4的氣、液相經(jīng)過副換熱器2換熱,為副換熱器2中其他管路的制冷劑和天然氣提供冷量,使制冷劑和天然氣深度降溫液化。同時(shí)進(jìn)入第三制冷劑分離罐3的進(jìn)料口產(chǎn)生氣、液兩相,第三制冷劑分離罐3的氣、液相返流同時(shí)進(jìn)入主換熱器1,為通過主換熱器I其他管路的制冷劑和天然氣降溫,然后進(jìn)入制冷劑壓縮機(jī)7的進(jìn)料口再次壓縮循環(huán)。
[0026]第一制冷劑分離罐5的氣、液兩相進(jìn)入主換熱器I為其他管路的制冷劑和天然氣降溫,然后進(jìn)入制冷劑壓縮機(jī)7的進(jìn)料口。通過上述方式,使制冷劑在設(shè)備中循環(huán),并通過三級減壓,有效的提高了制冷劑的冷涼利用率,高效高產(chǎn)地使天然氣液化。天然氣進(jìn)入冷箱后,在通過主換熱器I和副換熱器2時(shí),被返流的低溫制冷劑冷卻,當(dāng)天然氣在經(jīng)過副換熱器2的時(shí)候溫度已經(jīng)達(dá)到_162°C (天然氣的在I標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)約為-162.49°C),形成了液化天然氣壓強(qiáng)為5.276MPa。在其經(jīng)過第四節(jié)流閥13節(jié)流閥減壓至0.1MPa后,LNG通入LNG儲(chǔ)iip 9 ο
[0027]隨著制冷循環(huán)的級數(shù)增加,制冷系統(tǒng)的功耗降低,制冷系數(shù)和熵效率增加,但級數(shù)的增加對制冷性能的影響減小。制冷循環(huán)的級數(shù)增加會(huì)增加流程的復(fù)雜性,降低可操作性,不同規(guī)模的制冷系統(tǒng)的最優(yōu)級數(shù)不同,規(guī)模越大,最優(yōu)級數(shù)越多。
[0028]以一套日產(chǎn)50萬立方米天然氣的液化設(shè)備為例,傳統(tǒng)的工藝設(shè)備投入為800^1000萬元,若采用上述PNG的制備方法后,可減少設(shè)備投入24~30萬,減少換熱器體積3%,節(jié)能3.5% (每小時(shí)節(jié)能約292kW.h)。電費(fèi)以Υ0.7/ kW.h計(jì),則每年可節(jié)約163.52萬元,同時(shí)減少C02的排放,具有非??捎^的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0029]制冷劑中各組分的摩爾含量為:氮?dú)?5%、甲烷20%、乙烯25%、丙烷10%、異戊烷20%。
[0030]實(shí)施例2
[0031]設(shè)備結(jié)構(gòu)、制備過程均與實(shí)施例1相同,其中制冷劑中各組分的摩爾含量為:氮?dú)?5%、甲烷30%、乙烯 30%、丙烷10%、異戊烷15%。[0032]實(shí)施例3
[0033]設(shè)備結(jié)構(gòu)、制備過程均與實(shí)施例1相同,其中制冷劑中各組分的摩爾含量為:氮?dú)?0%、甲烷25%、乙烯25%、丙烷15%、異戊烷10%。
[0034]實(shí)施例4
[0035]設(shè)備結(jié)構(gòu)、制備過程均與實(shí)施例1相同,其中制冷劑中各組分的摩爾含量為:氮?dú)?5%、甲烷25%、乙烯25%、丙烷10%、異戊烷10%。
[0036]本實(shí)用新型制備方法中所述的壓強(qiáng)均是指絕對壓強(qiáng)。
【權(quán)利要求】
1.一種高效多級節(jié)流天然氣液化設(shè)備,包括天然氣進(jìn)料管、LNG儲(chǔ)罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑分離罐及冷箱,其特征在于:所述冷箱內(nèi)設(shè)有主、副換熱器,天然氣進(jìn)料管依次通過主、副換熱器后與LNG儲(chǔ)罐的進(jìn)料口相連,副換熱器與LNG儲(chǔ)罐之間設(shè)有第四節(jié)流閥; 制冷劑分離罐為五個(gè),制冷劑壓縮機(jī)的出口與第五制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連,第五制冷劑分離罐的氣相出口與第二制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,第五制冷劑分離罐的液相出口與第一制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,且在主換熱器與第一制冷劑分離罐之間設(shè)有第一節(jié)流閥; 第四制冷劑分離罐的氣相、液相出口分別與第三制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連,并同時(shí)通過副換熱器; 第三制冷劑分離罐的氣相、液相出口分別與制冷劑壓縮機(jī)的入口相連,并同時(shí)通過主換熱器; 第二制冷劑分離罐的氣相出口與第四制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并依次通過主、副換熱器,且在副換熱器與第四制冷劑分離罐之間設(shè)有第三節(jié)流閥,第二制冷劑分離罐的液相出口與第三制冷劑分離罐的進(jìn)料口相連并通過主換熱器,且在主換熱器與第二制冷劑分離罐之間設(shè)有第二節(jié)流閥; 第一制冷劑分離罐的氣相、液相出口分別與制冷劑壓縮機(jī)的入口相連,并同時(shí)通過主換熱器。
【文檔編號】F25J1/02GK203615677SQ201320809672
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】楊光達(dá), 邢志輝, 孟繁宇 申請人:遼寧哈深冷氣體液化設(shè)備有限公司