专利名称：一种双级混合冷剂循环天然气液化系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双级混合冷剂循环天然气液化系统，属于天然气液化技术领域。
背景技术：
目前大型的天然气液化装置主要采用丙烷预冷的混合冷剂液化工艺、级联式液化工艺和Shell公司开发的DMR液化工艺。丙烷预冷的混合冷剂液化工艺采用纯丙烷作预冷冷剂，预冷温度一定，对环境温度和天然气的适应性较差，且丙烷预冷系统的换热器数量较多，系统复杂；级联式液化工艺的三套制冷系统分别采用采用丙烷、乙烯和甲烷作制冷剂，对制冷剂的纯度要求高，液化工艺的流程复杂，设备数量多，投资多；Shell公司开发的DMR工艺的预冷循环和深冷循环都采用绕管式换热器，预冷循环采用两台绕管式换热器串联，该换热器的生产厂家少，费用高，供货周期长，且Shell公司的预冷只有两个压力下节流，换热器温差较大，总体能耗较高。·
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种操作方便、安全可靠，效率高、适应性强的双级混合冷剂循环天然气液化系统。本实用新型所提供的一种双级混合冷剂循环天然气液化系统，包括预冷冷箱、深冷冷箱、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构；所述预冷混合冷剂制冷循环机构包括三级压缩单元，所述三级压缩单元包括依次相连的一级预冷冷剂压缩机、二级预冷冷剂压缩机和三级预冷冷剂压缩机；所述一级预冷冷剂压缩机的入口与三级预冷冷剂压缩机的出口之间的管路a与所述预冷冷箱相连通；所述三级预冷冷剂压缩机与所述预冷冷箱之间的管路上设有预冷冷剂冷却器，所述管路a从所述预冷冷箱的底部引出后又与所述预冷冷箱的底部相连通，该连通处设有节流阀；所述一级预冷冷剂压缩机与二级预冷冷剂压缩机之间的管路与设于所述预冷冷箱内的管路a相连通，该相连通的管路上设有节流阀；所述二级预冷冷剂压缩机与三级预冷冷剂压缩机之间的管路与设于所述预冷冷箱内的管路a相连通，该相连通的管路上设有节流阀；所述深冷混合冷剂制冷循环机构包括二级压缩单元，该二级压缩单元包括依次相连的一级深冷冷剂冷却器、一级深冷冷剂压缩机、二级深冷冷剂冷却器和二级深冷冷剂压缩机；所述二级深冷冷剂压缩机的出口通过管路从所述预冷冷箱的顶部引入至所述预冷冷箱内，并从所述预冷冷箱的底部引出后与深冷冷剂气液分离罐相连通；所述深冷冷剂气液分离罐的气相出口通过管路从所述深冷冷箱的顶部引入至所述深冷冷箱内，经过所述深冷冷箱的液化段和深冷段后从所述深冷冷箱的底部引出，然后与所述深冷冷箱的底部相连通进入至所述深冷冷箱内，该连通处设有节流阀，之后通过管路b从所述深冷冷箱的顶部引出后与所述一级深冷冷剂冷却器相连通；所述深冷冷剂气液分离罐的液相出口通过管路从所述深冷冷箱的顶部引入至所述深冷冷箱内，经过所述深冷冷箱的液化段后从所述深冷冷箱的中部引出，然后与所述深冷冷箱相连通并进入至所述深冷冷箱内，该连通处设有节流阀，之后通过管路C与所述管路b相连通。上述的液化系统中，所述预冷冷箱内设有板翅换热器；所述深冷冷箱内设有绕管式换热器，以简化冷箱内部结构，提高冷箱的安全性。上述的液化系统中，所述节流阀可为J/T阀。 本实用新型提供的液化系统适用于年产LNG规模在50万吨以上的基荷型天然气液化工厂和浮式天然气液化工厂。使用本实用新型提供的液化系统时，可将预处理合格后的天然气(是指经过脱硫、脱碳、脱汞、脱水后满足基荷型天然气液化工厂对进入液化单元天然气的质量要求)在预冷冷箱中进行预冷，然后在深冷冷箱中将预冷后的天然气进一步降温，最后经过节流进入液化天然气储罐。本实用新型提供的液化系统，采用板翅换热器作为主换热器，提高了换热器的性能，提高了液化率。本实用新型的深冷循环采用两级制冷，提高了制冷效率。本实用新型采用双级混合冷剂循环，预冷冷剂和深冷冷剂的组分的调节范围较宽，冷剂配比方便。预冷冷剂循环的制冷温度可以根据天然气组分和环境温度进行相应调节，适应性强。双级混合冷剂循环中，可以合理分配两个循环的制冷负荷，有利于预冷换热器和深冷板翅换热器的制造。
图I为本实用新型提供的双级混合冷剂循环天然气液化系统的结构示意图。图中各标记如下1预冷冷箱、2深冷冷箱、3 —级预冷冷剂压缩机、4 二级预冷冷剂压缩机、5三级预冷冷剂压缩机、6管路a、7预冷冷剂冷却器、81，82，83，84，85J/T阀、9 一级深冷冷剂冷却器、10 —级深冷冷剂压缩机、11 二级深冷冷剂冷却器、12 二级深冷冷剂压缩机、13深冷冷剂气液分离罐、14管路b、15管路C、16重烃分离罐。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。如图I所示，本实用新型提供的液化系统包括预冷冷箱I、深冷冷箱2、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构；其中，预冷冷箱I内设有板翅换热器，深冷冷箱2内设有绕管式换热器；该预冷混合冷剂制冷循环机构包括三级压缩单元，该三级压缩单元包括依次相连的一级预冷冷剂压缩机3、二级预冷冷剂压缩机4和三级预冷冷剂压缩机5 ;该一级预冷冷剂压缩机3的入口与三级预冷冷剂压缩机5的出口之间的管路a6与预冷冷箱I相连通；三级预冷冷剂压缩机5与预冷冷箱I之间的管路上设有预冷冷剂冷却器7，该管路a6从预冷冷箱I的底部引出后又与预冷冷箱I的底部相连通，该连通处设有J/T阀81 ；一级预冷冷剂压缩机3与二级预冷冷剂压缩机4之间的管路与设于预冷冷箱I内的管路a6相连通，该相连通的管路上设有J/T阀82 ;二级预冷冷剂压缩机4与三级预冷冷剂压缩机5之间的管路与设于预冷冷箱I内的管路a6相连通，该相连通的管路上设有J/T阀83 ；[0020]该深冷混合冷剂制冷循环机构包括二级压缩单元，该二级压缩单元包括依次相连的一级深冷冷剂冷却器9、一级深冷冷剂压缩机10、二级深冷冷剂冷却器11和二级深冷冷剂压缩机12 ;二级深冷冷剂压缩机12的出口通过管路从预冷冷箱I的顶部引入至预冷冷箱I内，并从预冷冷箱I的底部引出后与深冷冷剂气液分离罐13相连通；该深冷冷剂气液分离罐13的气相出口通过管路从深冷冷箱2的顶部引入至深冷冷箱2内，经过深冷冷 箱2的液化段和深冷段后从深冷冷箱2的底部引出，然后与深冷冷箱2的底部相连通进入至深冷冷箱2内，该连通处设有J/T阀84，之后通过管路bl4从深冷冷箱2的顶部引出后与一级深冷冷剂冷却器9相连通；该深冷冷剂气液分离罐13的液相出口通过管路从深冷冷箱2的顶部引入至深冷冷箱2内，经过深冷冷箱2的液化段后从深冷冷箱2的中部引出，然后与深冷冷箱2相连通并进入至深冷冷箱2内，该连通处设有J/T阀85，之后通过管路cl5与管路bl4相连通。使用上述双级混合冷剂循环天然气液化系统对某海外气田的原料天然气液化，原料气组分为88. 75%甲烷、4. 34%乙烷、2. 18%丙烷、O. 54% 丁烷、O. 54异丁烷、3. 1%氮气、C5+组分及其他O. 55% ;采用预冷混合冷剂由45%丙烷和55%乙烷组成；深冷冷剂由35. 5%甲烷、15. 9%丙烷、5. 5%氮气和43. 1%组成。在夏季条件进行，天然气和混合冷剂经过水冷却器或空气冷却器冷却后的温度在40°C左右，主要实施步骤如下在预冷混合冷剂制冷循环机构中，从预冷冷箱I换热出来的低压气相冷剂经三级压缩单元三段压缩并冷却为3. 5MPa、40°C左右的过冷液体。液体预冷冷剂从预冷冷箱I的顶部进入预冷冷箱I的换热器中，在预冷冷箱I中经第一段换热后分离出一股预冷冷剂经J/T阀83节流降压至I. 87MPa、12°C回到预冷冷箱I中，将天然气、高压预冷冷剂和深冷冷剂降温至15°C左右，提供冷量后的低压预冷冷剂回到预冷混合冷剂制冷循环机构中，与二级预冷冷剂压缩机4出口的冷剂汇合，进入到三级预冷冷剂压缩机5中；其它高压预冷冷剂继续延预冷冷箱I向下冷却，经第二段换热后分离出一股冷剂经J/T阀82节流降压至
O.89MPa、_18°C左右回到预冷冷箱I中，将天然气、高压预冷冷剂和深冷冷剂降温至_15°C左右，提供冷量后的低压预冷冷剂回到预冷混合冷剂制冷循环机构中，与一级预冷冷剂压缩机3出口的冷剂汇合,进入到二级预冷冷剂压缩机4中；剩余冷剂继续向下,直至冷却到_50°C左右从预冷冷箱I底部引出，经J/T阀81节流降压至O. 29MPa和_53°C左右，并从底部进入预冷冷箱I，将天然气、高压预冷冷剂和深冷冷剂降温至-50°C左右，提供冷量后的低压预冷冷剂从冷箱CB-I中排出进入预冷压缩机一段Cl-I入口，完成一个循环。在深冷混合冷剂制冷循环机构中，经过二级深冷冷剂压缩机12增压至3. OMPa,并冷却至40°C后的高压的深冷冷剂气体在预冷冷箱I中冷却到_50°C时后有部分冷凝，进入深冷冷剂气液分离罐13，分离后的液体进入深冷冷箱2中过冷，冷却到_124°C左右从深冷冷箱2的中部引出，经J/T阀85节流降压至O. 32MPa左右，与深冷冷箱2下部返回的低压深冷冷剂混合，为天然气液化提供冷量。深冷冷剂气液分离罐13分离出的气体在深冷冷箱2中冷凝和过冷，温度达到_155°C左右从深冷冷箱2的底部引出，经J/T阀84节流降压至
O.23MPa左右，温度为_160°C左右，在深冷冷箱2底部返回，为天然气过冷提供冷量。气化后的深冷冷剂从深冷冷箱2的顶部排出，进入二级压缩单元，重新进行压缩，完成一个制冷循环。[0027]预处理合格后的天然气在预冷冷箱I中进行三级预冷，温度分别达到15°C、_15°C和_50°C左右，经过重烃分离罐16分离后，在深冷冷箱2中将进一步降温和液化，最终冷却到至_155°C左右,经过节流进入液化天然气储罐。使用本实用新型提供的液化系统在冬季进行天然气液化，天然气和混合冷剂经过水冷却器或空气冷却器冷却后的温度在20°C左右；其中采用的预冷混合冷剂由丙烷和乙烷组成，相对于夏季条件，预冷冷剂中乙烷含量增加；深冷冷剂由甲烷、乙烷、丙烷和氮气组成，相对于夏季条件，深冷冷剂中的丙烷含量减少。主要实施步骤如下在预冷混合冷剂制冷循环机构中，从预冷冷箱I出来的低压气相冷剂经三级压缩单元三段压缩并冷却为3. 5MPa、20°C左右的过冷液体。液体预冷冷剂从预冷冷箱I的顶部进入预冷冷箱I内的换热器中，在预冷冷箱I中经第一段换热后分离出一股预冷冷剂经J/T阀83进行节流降压，_8°C的混合冷剂回到换热器中，将天然气、高压预冷冷剂和深冷冷剂降温至_5°C左右，为换热器提供冷量后的低压制冷剂进入预冷混合冷剂制冷循环机构，与·二级预冷冷剂压缩机4出口的冷剂汇合，进入到三级预冷冷剂压缩机5中；剩余冷剂继续延预冷换热器向下，经第二段换热后分离出一股冷剂经J/T阀82进行节流降压，降压后-33 V左右的低压冷剂返回换热器E3中，将天然气、高压预冷冷剂和深冷冷剂降温至_30°C左右，提供冷量后的低压预冷冷剂进入预冷混合冷剂制冷循环机构，与一级预冷冷剂压缩机3出口的冷剂汇合，进入到二级预冷冷剂压缩机4 ;剩余的冷剂继续冷却到_60°C左右从预冷换热器底部引出并经J/T阀81进行节流降压，降压至_63°C左右的低压冷剂从底部进入预冷换热器，将天然气、高压预冷制冷剂和深冷制冷剂降温至-60°C左右，提供冷量后的低压预冷冷剂进入一级预冷冷剂压缩机3入口，完成一个循环。 在深冷混合冷剂制冷循环机构中，经过二级深冷冷剂压缩机12增压至3. OMPa,并冷却至20°C后的高压的深冷冷剂气体在预冷冷箱I中冷却到_60°C时后有部分冷凝，进入深冷冷剂气液分离罐13，分离后的液体进入深冷冷箱2中过冷，冷却到_124°C左右从深冷冷箱2的中部引出，经J/T阀85节流降压至O. 32MPa左右，与深冷换热器下部返回的-127°C左右的低压深冷冷剂混合后返回深冷换热器，为天然气液化提供冷量。在深冷冷剂气液分离罐13中分离出的气体在深冷冷箱2中冷凝和过冷，温度达到-155°C左右从深冷换热器的底部引出，经J/T阀84节流降压至O. 23MPa左右，温度为_160°C左右，在深冷换热器底部返回，为天然气过冷提供冷量。气化后的深冷冷剂从深冷冷箱2的顶部排出，进入二级压缩单元，重新进行压缩，完成一个制冷循环。预处理合格后的天然气在预冷冷箱I中进行三级预冷，温度分别达到-5°C、-30°C和_60°C左右，经过重烃分离罐16分离后，在深冷冷箱2中将进一步降温和液化，最终冷却到至_155°C左右,经过节流进入液化天然气储罐。
权利要求1.一种双级混合冷剂循环天然气液化系统，其特征在于所述液化系统包括预冷冷箱、深冷冷箱、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构； 所述预冷混合冷剂制冷循环机构包括三级压缩单元，所述三级压缩单元包括依次相连的一级预冷冷剂压缩机、二级预冷冷剂压缩机和三级预冷冷剂压缩机；所述一级预冷冷剂压缩机的入口与三级预冷冷剂压缩机的出口之间的管路a与所述预冷冷箱相连通；所述三级预冷冷剂压缩机与所述预冷冷箱之间的管路上设有预冷冷剂冷却器，所述管路a从所述预冷冷箱的底部引出后又与所述预冷冷箱的底部相连通，该连通处设有节流阀；所述一级预冷冷剂压缩机与二级预冷冷剂压缩机之间的管路与设于所述 预冷冷箱内的管路a相连通，该相连通的管路上设有节流阀；所述二级预冷冷剂压缩机与三级预冷冷剂压缩机之间的管路与设于所述预冷冷箱内的管路a相连通，该相连通的管路上设有节流阀； 所述深冷混合冷剂制冷循环机构包括二级压缩单元，该二级压缩单元包括依次相连的一级深冷冷剂冷却器、一级深冷冷剂压缩机、二级深冷冷剂冷却器和二级深冷冷剂压缩机；所述二级深冷冷剂压缩机的出口通过管路从所述预冷冷箱的顶部引入至所述预冷冷箱内，并从所述预冷冷箱的底部引出后与深冷冷剂气液分离罐相连通； 所述深冷冷剂气液分离罐的气相出口通过管路从所述深冷冷箱的顶部引入至所述深冷冷箱内，经过所述深冷冷箱的液化段和深冷段后从所述深冷冷箱的底部引出，然后与所述深冷冷箱的底部相连通进入至所述深冷冷箱内，该连通处设有节流阀，之后通过管路b从所述深冷冷箱的顶部引出后与所述一级深冷冷剂冷却器相连通； 所述深冷冷剂气液分离罐的液相出口通过管路从所述深冷冷箱的顶部引入至所述深冷冷箱内，经过所述深冷冷箱的液化段后从所述深冷冷箱的中部引出，然后与所述深冷冷箱相连通并进入至所述深冷冷箱内，该连通处设有节流阀，之后通过管路c与所述管路b相连通。
2.根据权利要求I所述的液化系统，其特征在于所述预冷冷箱内设有板翅换热器；所述深冷冷箱内设有绕管式换热器。
3.根据权利要求I或2所述的液化系统，其特征在于所述节流阀为J/T阀。
专利摘要本实用新型公开了一种双级混合冷剂循环天然气液化系统。所述液化系统包括预冷冷箱、深冷冷箱、预冷混合冷剂制冷循环机构和深冷混合冷剂制冷循环机构；本实用新型的深冷循环采用两级制冷，提高了制冷效率。本实用新型采用双级混合冷剂循环，预冷冷剂和深冷冷剂的组分的调节范围较宽，冷剂配比方便。预冷冷剂循环的制冷温度可以根据天然气组分和环境温度进行相应调节，适应性强。双级混合冷剂循环中，可以合理分配两个循环的制冷负荷，有利于预冷换热器和深冷板翅换热器的制造。
文档编号F25B7/00GK202692600SQ20122032020
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者唐令力, 陈杰, 单彤文, 尹全森, 杨文刚, 邰晓亮, 花亦怀, 浦晖, 罗婷婷 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油气电集团有限责任公司