专利名称：冷却烃物流的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷却烃物流的方法及其设备。这种要冷却的烃物流的重要实例是天然气物流。冷却可以包括使烃物流液化以产生液化烃物流，在要冷却的烃物流是天然气物流的情况下，液化烃物流为液化天然气(LNG) 物流。
背景技术：
天然气是有用的燃料来源，并且是各种碳氢化合物的来源。出于许多原因，人们通常希望在位于天然气物流源处或附近的液化天然气(LNG)工厂对天然气进行液化。举例来说，天然气在液态下能够比气态更为容易地进行储存和长距离运输，因为它体积小并且无需在高压下储存。通常，主要包括甲烷的天然气在高压下进入液化天然气厂，并且进行预处理以产生适于在深冷温度下液化的纯净进料物流。净化气体利用热交换器通过多个冷却阶段进行处理，从而逐渐降低气体温度，直到完成液化。液化天然气随后能够进一步冷却和膨胀到适于储存和运输的最终大气压力。除了甲烷之外，天然气通常包括一些重质烃类和杂质，包括但不限于二氧化碳、 硫、硫化氢及其它硫化合物、氮气、氦、水、其它非烃酸性气体、乙烷、丙烷、丁烷、C5+烃和芳香族烃。这些或其它任意公知或已知的重质烃类和杂质会阻碍或妨碍通常已知的液化甲烷的方法，尤其是最经济有效的液化甲烷的方法。最知名或最提倡的使烃类液化，特别是使天然气液化的方法是基于在液化处理之前尽可能降低至少大部分重质烃类和杂质的水平。重于甲烷以及通常乙烷的烃类典型地从天然气物流中以天然气液态产物(NGLs) 冷凝和回收。甲烷通常在高压洗涤塔中与天然气液态产物分离，并且天然气液态产物随后在多个专用蒸馏塔中分馏以产生有用的烃类产品，如作为产品流本身或者供液化使用，例如作为制冷剂的组分。同时，来自洗涤塔的甲烷随后进行液化以提供液化天然气。美国专利申请No. 2003/0046953公开了一种控制液化天然气生产的方法，其允许连续最大程度地利用可用功率驱动制冷循环，因为操作人员可以操控制冷剂之一的流量的设定值以及重混合制冷剂与轻混合制冷剂的流量比。上述方法不能防止热交换器过冷到低于其最低温度极限或者不能避免温度降低过快所引起的热交换器的过大机械应力(热冲击)。发生这种情况时，热交换器会产生泄漏。本发明试图解决与烃物流冷却相关的这个及其它问题。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种在热交换器中使烃物流冷却的方法，至少包括步骤(a)提供烃物流；
(b)使烃物流在第一热交换器中与具有制冷剂物流流量的至少一个制冷剂物流进行热交换，从而提供具有烃物流流量的烃物流和至少一个返回制冷剂物流；(c)给制冷剂物流流量输入第一设定值；和(d)调节制冷剂物流流量和烃物流流量，直到达到设定值，其中(1)如果第一设定值大于制冷剂物流流量，则烃物流流量在制冷剂物流流量增大之前增大；(2)如果第一设定值小于制冷剂物流流量，则制冷剂物流流量在烃物流流量减小之前减小；和(3)如果烃物流流量减小，则制冷剂物流流量减小。在第二方面，本发明提供了一种用于操作热交换器的设备，至少包括第一热交换器，具有用于烃物流的第一进口和用于冷却烃物流的第一出口，用于至少一个制冷剂物流的第二进口和用于返回制冷剂物流的第二出口 ；制冷剂流量控制器，其测量与至少一个制冷剂物流的制冷剂物流流量成比例的信号以提供传送给高选择器的制冷剂流量信号，所述制冷剂流量控制器操作制冷剂阀以控制制冷剂物流的流量；烃流量控制器，其测量与烃物流的烃物流流量成比例的信号以提供传送给低选择器的烃流量信号，所述烃流量控制器操作烃物流阀以控制烃物流的流量；流量设定装置，其输入设定值以提供传送给低选择器和高选择器的设定值信号；所述低选择器将设定值信号和烃物流流量信号中的最小值传送给制冷剂流量控制器；和所述高选择器将设定值信号和制冷剂物流流量信号中的最大值传送给烃物流流量控制器。
现在将参考非限制性附图仅以举例方式对本发明的实施例和实例进行描述，其中图1示意性地显示了用于冷却烃物流的设备的流程图，所述设备设置有用于执行本发明实施例的装置；图2显示了根据本发明实施例的冷却烃物流的方法的控制原理图；图3显示了根据本发明的另一实施例的冷却烃物流的方法的控制原理图。
具体实施例方式如这里所描述的那样，通过按照下列方式调节制冷剂物流流量和烃物流流量直到达到设定值可以防止热交换器过冷(1)如果第一设定值大于制冷剂物流流量，则烃物流流量在制冷剂物流流量增大之前增大；(2)如果第一设定值小于制冷剂物流流量，则制冷剂物流流量在烃物流流量减小之前减小；和(3)如果烃物流流量减小，则制冷剂物流流量减小。
这样，可以确保在烃物流中始终有足够的烃接收来自制冷剂物流中的制冷剂的低温，从而防止热交换器过冷。优选地，这些步骤例如在完全自动化控制系统中自动执行，即，在第一设定值提供之后没有或只有最低程度的人为干预。图1显示了用于冷却(优选地液化)烃物流45的设备。烃物流可以是要进行冷却的任何适当的气体物流，但是通常为从天然气或石油储层获得的天然气物流。可替换地， 天然气物流还可以从另一来源获得，同样包括例如费-托法的人工合成来源。通常，天然气物流基本上由甲烷组成。优选地，烃进料物流包括至少60% (摩尔比)甲烷，更优选地，至少80% (摩尔比)甲烷。根据来源，天然气可以包含不同数量的比甲烷更重的烃类，例如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，以及一些芳香族烃。天然气还可以包含非烃类，例如，H2O, N2, CO2, H2S及其它含硫化合物等。如果必要的话，含有天然气的烃物流可以在使用之前进行预处理。该预处理可以包括去除例如(X)2和H2S的不希望组分或者其它步骤，如预冷却、预加压等。因为这些步骤为本领域技术人员所熟知，在此不再对其进行进一步讨论。除甲烷之外，天然气含有不同数量的乙烷、丙烷和重质烃类。组分根据气体类型和位置而变。出于一些原因，重于甲烷的烃类通常从天然气中去除到各种程度，例如就冻结温度高于甲烷液化温度的C5+烃而言，可能导致它们阻塞甲烷液化站的一部分。可以使用c2_4 烃作为液化石油气(LPG)的来源。因此，烃物流45是指已经进行部分、充分或完全处理以减少和/或去除一种或更多种化合物或物质(包括但不限于硫、硫化合物、二氧化碳、水和C2+烃)的组分。如果烃物流45包括天然气，它可以进行预处理以分离出各种重质烃类和杂质，例如二氧化碳、氮气、氦、水、硫以及包括但不限于酸性气体的硫化合物。烃物流45可以在预冷却阶段进行预冷却以降低烃物流的温度。在预冷却阶段进行冷却为本领域技术人员所熟知。预冷却可以是液化处理的一部分或者是单独的处理。冷却烃进料物流以提供烃物流45可以包括将进料物流的温度降低到0°C以下，例如为-10°C 到-70°C以提供冷却的初始烃流。冷却的烃进料物流可以流到诸如一凝析油稳定塔的分离器，其通常以本领域已知的方式在环境压力以上运转。凝析油稳定塔提供塔顶馏出的混合烃物流(优选地具有低于 0°c的温度)和重凝析油物流。与冷却的烃进料物流相比，塔顶馏出的混合烃物流是富甲烷物流。当在此使用时，术语〃混合烃物流〃是指这样的物流，其包括甲烷(C1)和至少5% (摩尔比)的一种或更多种选自乙烷(C2)、丙烷(C3)、丁烷(C4)和C5+烃的烃类。典型地，甲烷在混合烃物流8中的比例为30-50% (摩尔比)，重要部分为乙烷和丙烷，例如均为5-10% (摩尔比)。在天然气液态产物回收中，人们希望回收混合烃物流中的甲烷以进一步冷却，例如液化天然气厂中的液化，并且提供至少C2+物流，可选地，提供C2物流、C3物流、C4物流和 C5+物流中的一种或更多种。混合烃物流的至少一部分，通常全部都流入天然气液态产物回收系统中。天然气液态产物回收系统通常包括一个或更多个例如蒸馏塔的气/液分离器以通常在低压，例如 20巴到35巴下将混合烃物流分离成至少C1物流和一个或更多个C2+物流。适当的第一气 /液分离器的实例为"脱甲烷塔"，其用于提供富含甲烷的塔顶馏出物流，和位于底部或附近的一个或更多个富含C2+烃的液体物流。当混合烃物流8通常由高压40巴到70巴原始烃流提供时，它在第一气/液分离器之前需要膨胀，例如用于降低温度。第一气/液分离器适于分离液相和汽相，从而提供C1塔顶馏出物流(作为随后使用的烃物流4 和C2+塔底流出物流。C1塔顶馏出物流(其是烃物流4 仍然可以包括少量(< 10 % (摩尔比))C2+烃，但是优选地包括> 80 % (摩尔比)，更优选地> 95 % (摩尔比)的甲烷。C2+塔底流出物流50可以包括>90%或>95% (摩尔比)的乙烷和重质烃类，并且随后能够以天然气液态产物物流领域已知的方式进行馏分或者以其它方式使用。图1显示了用于冷却(优选地液化)烃物流，例如天然气的流程图。烃物流45流过具有第一热交换器50的主要冷却阶段1以提供冷却的，优选地液化烃物流55，其可以是液化天然气。主要冷却阶段1包括至少一个(优选地，低温)第一热交换器50。第一热交换器 50可以是板式和翅式或者管壳式热交换器，更优选地为釜式热交换器。第一热交换器50具有壳侧(shell side)51。在壳侧可以布置三个管束53、57、59。主要冷却阶段1还包括制冷剂回路100，其包括制冷压缩机110、适当的制冷剂驱动器120、制冷剂冷却器130和分离器 140。对于主要冷却阶段1中的烃物流45和制冷剂物流来说存在多种布置方式。这种布置方式在本领域已知。这些可以包括一个或更多个热交换器50，可选择地处于不同的压力等级，并且可选择地位于例如所示低温换热器的一个容器内。在图1所示实施例中，烃物流45在第一管束52中流过第一热交换器50。第一热交换器50使烃物流45的温度降低以提供冷却的，优选地液化烃物流55，例如液化天然气物流，其温度为_90°C左右或以下，优选地低于-120°C。液化烃物流55可以流到膨胀装置，例如作为流量控制阀的冷却烃物流阀60，其有选择地放在膨胀涡轮(未显示)之后，以控制冷却烃物流55的流量。冷却烃物流阀60可以降低冷却烃物流阳的压力，例如允许在大约大气压力下储存液化天然气物流。在第一热交换器50中使用至少一个制冷剂物流145b、18 去除烃物流45的热量。制冷剂(优选地为混合制冷剂)在制冷剂回路100中循环。图1显示了闭式制冷剂循环。在本发明的一个实施例中，用于制冷剂回路100的混合制冷剂包括> 30% (摩尔比)的选自乙烷和乙烯的化合物或其混合物；和>30% (摩尔比)的选自丙烷和丙烯的化合物或其混合物。通常，第二制冷剂可以是包括两种或更多种氮气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷等的组分的任何适当的混合物。气态制冷剂从第一热交换器50的壳侧51抽出作为返回制冷剂物流105。它通过制冷压缩机110进行压缩以提供压缩制冷剂物流115。制冷压缩机110由适当的制冷压缩机驱动器120驱动。
压缩制冷剂物流115流到冷却器130，例如空气冷却器，在该冷却器中，压缩热连同在第一热交换器50中吸收的热量一起去除，混合制冷剂因此能够部分地凝结以提供冷却压缩制冷剂物流135。压缩制冷剂物流115的冷却和部分冷凝也可以在多个热交换器之
一中进行。冷却压缩制冷剂物流135流向分离器140，其将冷却压缩制冷剂物流135分离成一个或更多个部分。图1显示了冷却压缩制冷剂物流135分成两个部分，即输入制冷剂物流 143和第二输入制冷剂物流147。优选地，分离器140将冷却压缩制冷剂物流135分离成塔底流出重混合制冷剂(HMR) 143和塔顶馏出轻混合制冷剂(LMR) 147。如果分离器140是气 /液分离器，重混合制冷剂馏分可以是液体产物，而轻混合制冷剂馏分可以是气体产品。输入制冷剂物流143 (其可以是第一混合制冷剂或重混合制冷剂)在使其过冷的第二管束57中流过第一热交换器50。输入第二制冷剂物流147 (其可以是第二混合制冷剂或轻混合制冷剂)在使其液化和过冷的第三管束59中流过第一热交换器50。所述第一混合制冷剂或重混合制冷剂以冷却制冷剂物流145流出第二管束57。冷却制冷剂物流145在制冷剂膨胀器150中膨胀以提供膨胀制冷剂物流145a。制冷剂膨胀器 150可以由适当的制冷剂膨胀器驱动器160驱动。膨胀制冷剂物流14 可以流过制冷剂阀 170 (其可以控制膨胀制冷剂物流14 的流量)以提供制冷剂物流14 (其为受控物流)。 制冷剂物流14 经由第二进口 176流向第一热交换器50的壳侧51以冷却第一管束53中的烃物流45。类似地，第二混合制冷剂或轻混合制冷剂以冷却的第二制冷剂物流185流出第三管束59。冷却的第二制冷剂物流185在第二制冷剂膨胀器190中膨胀以提供膨胀的第二制冷剂物流18fe。第二制冷剂膨胀器190可以由适当的第二制冷剂膨胀器驱动器200驱动。 膨胀的第二制冷剂物流18 可以流过第二制冷剂阀210(其可以控制膨胀的冷却第二制冷剂物流18 的流量)以提供第二制冷剂物流18 (其为受控物流)。第二制冷剂物流18 经由第三进口 216流向第一热交换器50的壳侧51以冷却第一管束53中的烃物流45。按照下列方式控制冷却所述烃物流45的方法与制冷剂物流14 的流量对应的制冷剂物流流量FRl通过制冷剂流量控制器 FCl (340)进行测量。图1显示了放置为测量冷却的制冷剂物流145的流量FRl的制冷剂流量控制器340。然而，制冷剂流量控制器340可以设置成测量物流143、145、14fe、145b中任意一个的流量，只要流量控制器340提供与流入第一热交换器50的壳侧51中冷却所述烃物流45的制冷剂的流量FRl (例如经由第二进口 176流向第一热交换器50的壳侧51以冷却所述烃物流45的制冷剂物流14 的流量FRl)成比例的信号即可。烃流量控制器FC2 (350)测量与冷却的烃物流55的流量相对应的烃物流流量FR2。 图1显示了放置成测量冷却的烃物流55的流量FR2的冷却烃流量控制器350。然而，烃流量控制器350可以定位成测量烃物流45或者任意其它烃物流的流量FR2，只要流量控制器 350提供与流过第一热交换器50的烃物流的流量FR2成比例的信号即可。流量测量可以由本领域已知的各种适当的设备、单元或装置完成。非限制实例包括孔板、文丘里管、流量喷嘴、可变截面流量计、导洞(Pilot tubes)、量热计、涡轮流量计、 科里奥利(coriolis)流量计、超声波多普勒流量计和涡流流量计。流量控制器还控制用于调节物流流量的装置的操作，所述装置优选地为阀，例如气动阀、液压阀或电动阀。选择用于制冷剂物流流量FRl的第一设定值SPl并将其输入给流量设定装置 HC (300)。根据制冷剂物流流量FRl设置的第一设定值SPl对应于来自第一热交换器50的冷却的烃物流55的希望输出值，所述冷却的烃物流优选地为液化天然气流。当制冷剂供应的冷却量超出要冷却的烃所需的冷却量时，第一热交换器50会发生过冷。为了避免第一热交换器50过冷，根据下列交叉限制(cross-limiting)控制方法调节制冷剂物流流量FRl和烃物流流量FR2。在用于制冷剂物流流量的第一设定值SPl大于测量到的制冷剂物流流量FRl的情况下，即，当第一热交换器50的冷却烃输出量增大时，则烃物流流量FR2在制冷剂物流流量 FRl增大之前增大。只要制冷剂物流的流量FRl随着烃物流的流量FR2增大而增大，就能够避免第一热交换器50的过冷。然而，增大烃物流的流量FR2和增大制冷剂物流的流量FRl之间的任意时间段应当根据系统响应时间尽可能短，从而避免烃物流过冷。在用于制冷剂物流流量的第一设定值SPl小于测量到的制冷剂物流流量FRl的情况下，即，当第一热交换器50的冷却烃输出量减小时，则制冷剂流量FRl在烃物流流量FR2 减小之前减小。只要烃物流的流量FR2随着制冷剂物流的流量FRl减小而减小，就能够避免第一热交换器50的过冷。然而，减小制冷剂物流流量FRl和减小烃物流流量FR2之间的任意时间段应当根据系统响应时间尽可能短，从而避免烃物流过冷。在烃物流流量FR2减小的情况下，例如在冷却的烃物流55的使用者退出操作或者烃物流45的供应商退出操作的起钻期间，制冷剂物流流量FRl也应当减小。优选地，制冷剂物流流量FRl与烃物流流量FR2按比例地调节，使得冷却的烃物流 55保持恒温。制冷剂流量控制器340能够通过操作制冷剂物流阀170控制制冷剂物流的流量 FRl。在可替换实施例(未显示)中，制冷剂物流的流量FRl可以通过存在于物流143或 145任意一个中的控制阀而受到控制，只要控制阀影响流入第一热交换器50的壳侧51中的制冷剂的流量即可。类似地，所述冷却烃的流量控制器FC2能够通过操作冷却烃阀60控制冷却的烃物流55的流量(从而控制烃物流45的流量)。在可替换实施例(未显示)中，冷却的烃物流 55可以通过存在于烃物流45中的控制阀进行控制。从图1所示系统可以看出，任何第二制冷剂物流的流量FR3也必须受到控制。图 1显示了第二制冷剂流量控制器FC3(360)，其操作第二制冷剂流量阀210以便控制第二制冷剂物流18 的流量FR3。第二制冷剂流量阀210所示为在第二制冷剂膨胀器190后面， 但是可以位于另一第二制冷剂物流例如147或185中，只要能够控制第二制冷剂流入第一热交换器50的壳侧51的流量即可。相对于制冷剂物流的流量FRl (与其成比例地)调节第二制冷剂物流18 的流量 FR3。可以使用制冷剂控制器330根据提供给第一制冷剂物流流量控制器FCl的指令调节第二制冷剂流量阀210的位置。第二制冷剂流量控制器FC3测量第二制冷剂流量FR3，从而确保系统给第一热交换器50提供正确的冷却量。
在这里所述方法中使用的交叉限制控制系统可以是自动的。图1显示了分别操作流量控制阀170、60、210的流量控制器FCl (340)、FC2 (350)和FC3 (360)。用于第一制冷剂物流流量(FRl)的第一设定值SPl输入给流量设定装置HC (300)。流量设定装置300接收第一设定值SPl的输入并且将其传送给低选择器310和高选择器320。低选择器310接收来自冷却的烃物流流量控制器350的作为信号的冷却的烃物流流量。高选择器320接收来自制冷剂物流流量控制器FCl的作为信号的制冷剂物流流量。现在将参考图2更详细地描述高选择器320、低选择器310的性质和操作。图2显示了如这里描述的烃冷却方法的控制原理图。图1所示的主要冷却阶段1能够与本实施例一起使用。为简单起见，图2只显示了图1中的冷却的烃物流55和相应的控制阀60、冷却的制冷剂物流45、制冷压缩机150、压缩制冷剂物流145a、控制阀170和制冷剂物流145b。 然而，还可以具有图1的附加特征。用于制冷剂物流流量FRl的第一设定值SPl输入给流量设定装置HC(300)，该流量设定装置生成输送给低选择器310和高选择器320的设定值信号SPS。制冷剂流量控制器340生成与制冷剂物流14 的流量FRl成比例的制冷剂流量信号FS1。制冷剂流量信号FSl传送给高选择器320。高选择器320还接收来自流量设定装置300的第一设定值信号SPS。制冷剂流量控制器340操作制冷剂物流阀170以控制制冷剂物流14 的流量。烃流量控制器350生成与冷却的烃物流55的流量FR2成比例的烃流量信号FS2。 烃流量信号FS2传送给低选择器310。低选择器310还接收来自流量设定装置300的第一设定值信号SPS。冷却烃流量控制器350操作冷却烃物流阀60以控制冷却的烃物流55的流量。低选择器310被编程处理以将设定值信号SPS和烃流量信号FS2中的最小值传送给第一制冷剂流量控制器340。这样，第一设定值信号SPS的增大只导致制冷剂物流的流量 FRl在烃物流流量FR2已经增大之后增大。高选择器320被编程处理以使设定值信号SPS和制冷剂流量信号FSl中的最大值传送给烃流量控制器350。这样，设定值信号SPS的减小只导致烃物流的流量FR2在制冷剂物流的流量FRl已经减小之后减小。因此，本申请提供了冷却所述烃物流的方法，其中，在烃物流的流量FR2和制冷剂物流的流量FRl之间存在交叉限制控制，从而避免第一热交换器50过冷。图3显示了如这里描述的烃冷却方法的控制原理图，其中，可以通过调节制冷剂物流14 (例如重混合制冷剂)的流量FIU与冷却的烃物流55的流量FR2的比率保持冷却的烃物流55的温度TC2。显而易见的是，在图1和2所示实施例中，没有调节该比率的装置，因此其保持固定。冷却的烃物流55设置有温度控制器TC2 (370)。温度控制器370测量冷却的烃物流阳的温度并且传送与该温度成比例的信号TS2。冷却的烃物流TC2的温度可以通过给温度控制器370提供温度设定值TSP进行调节。通过减小冷却的烃物流55相对于制冷剂物流流量FRl的流量FR2，可以降低冷却的烃物流55的温度TC2。类似地，通过增大冷却的烃物流55相对于恒定制冷剂物流流量FRl的流量FR2，可以提高冷却的烃物流55的温度TC2。
来自温度控制器370的信号TS2可以调整从高选择器320到冷却烃物流控制器 FC2的信号，从而与未调信号相比增大或减小冷却的烃物流55的流量。然而，对从冷却烃物流流量控制器FC2到低选择器310的信号进行的调整与对来自高选择器320的信号进行的调整相反，使得到达低选择器310的冷却烃物流流量信号FS2对应于来自烃流量控制器 FC2的信号，这会在未被冷却的烃物流温度控制器TC2调制的情况下发生。这样，低选择器 310的操作，以及制冷剂流量控制器FCl的操作不受冷却的烃物流温度控制器TC2的影响。图3显示了来自温度控制器370的信号TS2可以调制来自高选择器320的信号的一种方式。该系统具有冷却的烃物流(LNG)与制冷剂物流(HMR)的给定流量比，其提供具有指定温度的冷却烃物流阳。该比率在图3中显示为(LNG/m )。为了能够调节冷却的烃物流55的温度，冷却的烃物流55与制冷剂物流的流量比必须相对于给定比率进行改变。 可以使用源于来自温度控制器370的信号TS2的参数b对来自高选择器320的信号进行标定。例如，可以根据源于来自高选择器320的信号的参数a、冷却烃流量LNG与制冷剂流量HMR之比(即(LNG/m ))以及由源于来自温度控制器370的信号的参数b确定的比例系数(b/100)来确定源于提供给烃流量控制器350的信号的参数C。当参数b超过100 时，例如当参数b为大于100到150时，提供给烃流量控制器350的信号的参数c将增大。类似地，可以根据源于来自烃流量控制器350的信号的参数d、制冷剂流量HMR与冷却烃流量LNG之比(即(HMR/LNG))以及由源于来自温度控制器370的信号的参数b确定的比例系数(b/100)的倒数即(100/b)来确定源于提供给低选择器310的信号的参数e。第二制冷剂物流FR3的流量可以与制冷剂物流的流量FRl成比例地变化，从而保持制冷剂与第二制冷剂之比，例如HMR与LMR之比。在进一步的实施例中，图3显示了制冷剂旁通物流225，其从制冷剂膨胀器150绕过。制冷剂旁通物流225由制冷剂旁通阀230 控制以提供受控的制冷剂旁通物流22fe。受控的制冷剂旁通物流22 可以与制冷剂物流 145b混合以提供混合制冷剂物流M5。制冷剂旁通阀230可以由来自制冷剂流量控制器 340的信号操作以使冷却的制冷剂物流145能够从制冷剂膨胀器150绕过。本领域技术人员可以容易地认识到，本发明在不脱离所附权利要求范围的情况下可以在许多方面进行改变。
权利要求
1.一种使烃物流在热交换器中冷却的方法，至少包括如下步骤(a)提供烃物流；(b)使烃物流在第一热交换器中与具有制冷剂物流流量的至少一个制冷剂物流进行热交换，从而提供具有烃物流流量的冷却的烃物流，以及至少一个返回制冷剂物流；(c)给制冷剂物流流量输入第一设定值；和(d)调节制冷剂物流流量和烃物流流量直到达到所述设定值，其中(dl)如果第一设定值大于制冷剂物流流量，则烃物流流量在制冷剂物流流量增大之前增大；(d2)如果第一设定值小于制冷剂物流流量，则制冷剂物流流量在烃物流流量减小之前减小；和(d3)如果烃物流流量减小，则制冷剂物流流量减小。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)中的调节制冷剂物流流量和烃物流流量是自动完成的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，比率[制冷剂物流流量]/[烃物流流量]在步骤(d)期间保持在预定水平或以下。
4.如在先任意一项权利要求所述的方法，其中制冷剂物流流量由生成传送给高选择器的制冷剂流量信号的制冷剂流量控制器测量， 所述制冷剂流量控制器操作制冷剂物流阀以控制制冷剂物流的流量；烃物流流量由生成传送给低选择器的烃流量信号的烃流量控制器测量，所述烃流量控制器操作烃物流阀以控制烃物流的流量；第一设定值输入给生成设定值信号的流量设定装置，所述设定值信号传送给低选择器和高选择器；低选择器将所述设定值信号和烃流量信号中的最小值传送给制冷剂流量控制器；和高选择器将所述设定值信号和制冷剂流量信号中的最大值传送给冷却的烃物流流量控制器。
5.如在先任意一项权利要求所述的方法，其中，制冷剂物流选自重混合制冷剂物流和轻混合制冷剂物流，优选地为重混合制冷剂物流。
6.如在先任意一项权利要求所述的方法，进一步包括，在步骤(b)中，使烃物流与具有第二制冷剂物流流量的第二制冷剂物流在第一热交换器中进行热交换。
7.如权利要求6所述的方法，其中，第二制冷剂物流流量与制冷剂物流流量成比例地确定。
8.如权利要求6或7所述的方法，进一步包括第二制冷剂流量控制器，其操作第二制冷剂物流阀以改变第二制冷剂物流的流量；和制冷剂控制器，其接收来自低选择器的设定值信号和冷却烃流量信号中的最小值，并且通过将制冷剂控制器信号传送给第二制冷剂流量控制器而调节第二制冷剂物流相对于制冷剂物流流量的流量。
9.如权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，第二制冷剂物流在制冷剂物流是重混合制冷剂物流时为轻混合制冷剂物流，或者第二制冷剂物流在制冷剂物流是轻混合制冷剂物流时为重混合制冷剂物流。
10.如在先任意一项权利要求所述的方法，还包括如下步骤(i)在第一热交换器中冷却输入制冷剂物流以提供冷却的制冷剂物流；( )使所述冷却的制冷剂物流在制冷剂膨胀器中膨胀以提供膨胀的制冷剂物流；(iii)使所述膨胀的制冷剂物流流过制冷剂阀以提供制冷剂物流；和(iv)使制冷剂物流流向第一热交换器的第二进口。
11.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤(ν)使返回制冷剂物流流向制冷压缩机以提供压缩的制冷剂物流；(vi)使压缩的制冷剂物流在冷却器中冷却以提供冷却的压缩制冷剂物流；和(vii)使冷却的压缩制冷剂物流在分离器中分离以提供至少一个输入制冷剂物流。
12.如权利要求11所述的方法，其中，使冷却的压缩制冷剂物流在步骤(vii)中分离还产生第二输入制冷剂物流，该方法还包括如下步骤(viii)使第二输入制冷剂物流在第一热交换器中冷却以提供冷却的第二制冷剂物流；( χ)使冷却的第二制冷剂物流在第二制冷剂膨胀器中膨胀以提供膨胀的第二制冷剂物流；(χ)使膨胀的第二制冷剂物流流过第二制冷剂阀以提供第二制冷剂物流；和 (Xi)使该第二制冷剂物流流向第一热交换器的第三进口。
13.如在先任意一项权利要求所述的方法，其中，烃物流是天然气物流，冷却的烃物流是液化天然气物流。
14.用于操作热交换器的设备，至少包括第一热交换器，具有用于烃物流的第一进口和用于冷却的烃物流的第一出口 ；用于至少一个制冷剂物流的至少一个第二进口和用于返回制冷剂物流的第二出口 ；制冷剂流量控制器，其测量与至少一个制冷剂物流的制冷剂物流流量成比例的信号以提供传送给高选择器的制冷剂流量信号，所述制冷剂流量控制器操作制冷剂阀以控制制冷剂物流的流量；冷却的烃物流流量控制器，其测量与冷却的烃物流的流量成比例的信号以提供传送给低选择器的冷却的烃物流流量信号，所述冷却的烃物流流量控制器操作冷却烃物流阀以控制冷却的烃物流的流量；流量设定装置，其输入设定值以提供传送给低选择器和高选择器的设定值信号； 所述低选择器将所述设定值信号和冷却的烃物流流量信号中的最小值传送给制冷剂流量控制器；和所述高选择器将所述设定值信号和制冷剂物流流量信号中的最大值传送给冷却烃流量控制器。
15.如权利要求14所述的设备，还包括用于第一热交换器中的第二制冷剂物流的第三进口；第二制冷剂流量控制器，其操作第二制冷剂物流阀以改变第二制冷剂物流的流量；和制冷剂控制器，其接收来自低选择器的所述设定值信号和冷却烃流量信号中的最小值，并且通过将制冷剂控制器信号传送给第二制冷剂流量控制器来调节第二制冷剂物流相对于制冷剂物流流量的流量。
全文摘要
在冷却烃物流的方法和设备中，要冷却的烃物流(45)在第一热交换器(50)中与具有第一制冷剂物流流量(FR1)的至少一个制冷剂物流(145b、185b)进行热交换，从而提供具有冷却的烃物流流量(FR2)的冷却的烃物流(55)，和至少一个返回制冷剂物流(105)。第一制冷剂物流流量(FR1)和冷却的烃物流流量(FR2)按照下列方式调节，直到达到用于第一制冷剂物流流量(FR1)的输入第一设定值(SP1)。如果第一设定值(SP1)大于第一制冷剂物流流量(FR1)，则冷却的烃物流流量(FR2)在第一制冷剂物流流量(FR1)增大之前增大；如果第一设定值(SP1)小于第一制冷剂物流流量(FR1)，则第一制冷剂物流流量(FR1)在冷却的烃物流流量(FR2)减小之前减小；以及如果冷却的烃物流流量(FR2)减小，则第一制冷剂物流流量(FR1)减小。
文档编号F25J1/02GK102265104SQ200980136524
公开日2011年11月30日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月19日
发明者F·J·范迪克, P·T·阿勒斯 申请人:国际壳牌研究有限公司