本发明涉及一种天然气液化中低温换热装置及其应用方法，属能源设备技术领域。
背景技术：
我国是世界上能源消耗大国，随着全球能源与环境问题的出现，人们对清洁能源的需求不断增大，我国对天然气的利用也逐渐受到重视。
我国液化天然气需求量非常大，并且在飞速增长。而实际上，我国存在大量的零散天然气、油田放空气等，由于产量低、开采时间短，不值得铺设天然气集输管线而无法开采。因此有必要开发小型的天然气液化装置，发挥其可撬装化、灵活机动的优点，对我国的零散天然气进行开采，以填补我国天然气需求的缺口。
小型天然气液化装置是高科技的系统集成，具有体积小、可撬装、机动运输、开停方便等优点，对液化流程的要求非常高。国内已有的小型天然气液化装置，由于液化率低、功耗大或装置不灵活机动等原因而无法得到广泛应用。而近几年研发的单螺杆压缩机和膨胀机结构简单紧凑、容积效率高、高速性能好等特点为小型天然气液化装置的撬装化和可移动性提供了可能。
天然气液化过程的实质就是通过低温换热不断取走天然气热量的过程。换热器是天然气液化流程的关键部件。据文献分析，整个天然气液化流程的能耗和损失主要集中在压缩机和换热器内，其中换热器内的压力损失也是造成压缩机能耗变大的一个原因。对于小型天然气液化装置，低温换热器的重要性还体现在其体积和重量决定了液化装置的撬装化设计要求。因此，提高低温换热器的换热效率和减小装置重量对于减少天然气液化流程能量损失具有非常重要的意义，对于提高整个液化装置的性能也非常重要。
天然气液化装置通常分为基本负荷型和调峰型两种。基本负荷型的液化能力约为（1~4）104m3/d LNG，调峰型的液化能力约为（0.5~1）×103m3/d LNG。小型LNG装置的液化能力约为1~100m3/d LNG，小于7×104Nm3/d的处理量。小型天然气液化装置是目前正在研究开发的一种新型的液化装置。
天然气液化技术比较复杂，涉及的专业面很广，它是天然气预处理、气体分离、深冷技术以及大型低温容器设计与工艺等方面的综合，而其中又以深冷技术为核心。目前可用于天然气液化装置的流程很多，以制冷方式不同可分为：级联式液化流程；混合制冷剂液化流程，包括开式、闭式和丙烷预冷；带膨胀机液化流程，包括天然气膨胀、氮气膨胀、氮气-甲烷膨胀等。
国外的液化装置规模大、工艺复杂、设备多、投资高，基本上都采用级联制冷和混合制冷剂制冷工艺。目前，这两种类型的装置都在运行，新投产的设计主要都是混合制冷剂制冷工艺。
与国外情况不同，由于我国天然气资源分布偏、散、小的特点以及我国能源的使用情况，我国目前天然气液化装置的研究与探索大多还是以小型LNG液化装置为目标。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对国内已有的小型天然气液化装置，液化率低、功耗大和装置不灵活机动的问题，提供了一种天然气液化中低温换热装置及其应用方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：
一种天然气液化中低温换热装置，包括罐体，所述的罐体上方设置有压缩机，罐体内部设置有换热罐，换热罐通过天然气管道A以及液化天然气管道与压缩机相连接，换热罐右侧有天然气入口，换热罐内壁上设置有温度传感器和压力传感器，换热罐底部设置有换热管，左右两侧分别为制冷剂入口和制冷剂出口，换热罐左侧通过天然气管道B与气液分离装置相连接，气液分离装置左侧设置有液化天然气出口，上方通过天然气管道C与压缩机相连接。
一种天然气液化中低温换热装置的应用方法是：通过天然气入口向换热罐内输送天然气，换热罐内部的换热管内加入制冷剂，天然气与换热管相接触温度下降，一部分天然气液化，未液化的天然气经天然气管道A进入压缩机，经压缩机高压成液体经液化天然气管道排入换热罐，经换热罐左侧的天然气管道B进入气液分离装置，气液分离后液化天然气经液化天然气出口排出，天然气经天然气管道C进入压缩机再次压缩再排入换热罐中，在天然气液化过程中通过温度传感器和压力传感器检测换热罐内部的温度和压力。
所述的罐体内部冲注冷水，辅助换热。
所述的换热罐由铜制成，提高换热效率。
所述的液化天然气管道以及天然气管道上设置有单向阀门，防止回流。
本发明的有益效果是：
（1）天然气液化装置通常分为基本负荷型和调峰型两种。基本负荷型的液化能力约为（1~4）104m3/d LNG，调峰型的液化能力约为（0.5~1）×103m3/d LNG，小型LNG装置的液化能力约为1~100m3/d LNG，小于 7×104Nm3/d的处理量，小型天然气液化装置是目前正在研究开发的一种新型的液化装置，本发明根据小型天然气液化装置的需要设计了适用于小型天然气液化装置的天然气液化换热装置，本发明结构小巧，装置数量少，相比于其他装置复杂的设备，本发明在维修和安装上都十分便利，适用于小型的天然气液化装置。
（2）本发明在装置中设置了循环压缩冷却系统，换热罐内部的换热管内加入制冷剂，天然气与换热管相接触温度下降，一部分天然气液化，未液化的天然气经天然气管道A进入压缩机，经压缩机高压成液体经液化天然气管道排入换热罐，经换热罐左侧的天然气管道B进入气液分离装置，气液分离后液化天然气经液化天然气出口排出，天然气经天然气管道C进入压缩机再次压缩再排入换热罐中，通过这种循环压缩冷却系统，可以保证天然气得到充分的液化，提高了天然气液化的效率，同时本装置在换热罐内部设置了换热管，在换热罐外部使用冷水包裹换热罐，采用铜作为换热罐的材质，大大提高了换热罐的换热效率，使天然气能够得到充分的冷却液化，提高了天然气液化的效率。
附图说明
图1为本发明天然气液化中低温换热装置的构造示意图。
其中，1、天然气管道C；2、气液分离装置；3、天然气管道B；4、液化天然气出口；5、压缩机；6、压力传感器；7、液化天然气管道；8、天然气管道A；9、罐体；10、天然气入口；11、温度传感器；12、换热管；13、制冷剂入口；14、制冷剂出口；15、换热罐。
具体实施方式
一种天然气液化中低温换热装置，包括罐体9，所述的罐体9上方设置有压缩机5，罐体9内部设置有换热罐15，换热罐15通过天然气管道A8以及液化天然气管道7与压缩机5相连接，换热罐15右侧有天然气入口10，换热罐15内壁上设置有温度传感器11和压力传感器6，换热罐15底部设置有换热管12，左右两侧分别为制冷剂入口13和制冷剂出口14，换热罐15左侧通过天然气管道B3与气液分离装置2相连接，气液分离装置2左侧设置有液化天然气出口4，上方通过天然气管道C1与压缩机5相连接。一种天然气液化中低温换热装置的应用方法是：通过天然气入口10向换热罐15内输送天然气，换热罐15内部的换热管12内加入制冷剂，天然气与换热管12相接触温度下降，一部分天然气液化，未液化的天然气经天然气管道A8进入压缩机5，经压缩机高压成液体经液化天然气管道7排入换热罐15，经换热罐15左侧的天然气管道B3进入气液分离装置2，气液分离后液化天然气经液化天然气出口4排出，天然气经天然气管道C1进入压缩机5再次压缩再排入换热罐15中，在天然气液化过程中通过温度传感器11和压力传感器6检测换热罐15内部的温度和压力。所述的罐体9内部冲注冷水，辅助换热。所述的换热罐15由铜制成，提高换热效率。所述的液化天然气管道7以及天然气管道上设置有单向阀门，防止回流。