一种FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置的制作方法

本实用新型涉及一种FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置，属于石油设备技术领域。

背景技术：

近年来，浮式液化天然气开发生产系统(Floating LiquefiedNatural Gas System，以下简称FLNG)的概念得到了很快的发展，它是集海上天然气/石油气的液化、储存和装卸为一体的新型油气田生产装置，相比其他开发方式，它具有投资少、风险小、便于移动等特点。FLNG的出现解决了深远海开发天然气的技术难题。随着我国对南海、渤海等海域油气资源的不断开采，FLNG必将是未来不可或缺的重要装备。中国FLNG装置的进展还处于起步阶段，深入开展FLNG相关技术研究，对我国深水油气资源的开发意义重大。

天然气液化工艺是FLNG系统的技术核心，在满足基本生产等要求的前提下，液化技术及相关设备的选择至关重要。由于海上工作环境的特殊性，FLNG对液化流程提出了如下要求：①流程简单，设备数量少，占甲板面积少；②液化流程能够制取制冷剂，并且对进料天然气的适应性强，热效率高；③安全可靠，具有较强的抗船体晃动的性能；④操作方便，便于启动和停车。目前应用在FLNG装置中的液化工艺主要有膨胀制冷液化工艺和混合制冷剂制冷液化工艺。膨胀制冷天然气液化工艺能够满足FLNG对天然气液化工艺的基本要求，且该工艺具有操作简单、设备数量少、制冷剂容易获取、海上适应性强等优点，因此，膨胀制冷天然气液化工艺在FLNG装置中得到了广泛的应用。但膨胀制冷液化工艺相比混合制冷剂制冷液化工艺，其能耗较高，制约了其在FLNG装置中的应用和发展。因此，降低膨胀制冷液化工艺的能耗是目前亟需解决的难题。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置，其目的在于，解决目前FLNG技术领域中膨胀制冷天然气液化工艺能耗较高的问题。并尽可能提高液化工艺装置在FLNG应用中的实用性，使天然气液化流程更经济、更安全、更稳定。

本实用新型的技术方案如下：

一种FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置包括CO₂预冷循环装置、N₂-CH₄双级膨胀制冷循环装置和天然气液化管路装置。

CO₂预冷循环装置包括通过管线依次相连且形成闭合回路的第一压缩机、第一冷却器、第一节流阀、第一换热器、第二压缩机和第二冷却器。

N₂-CH₄双级膨胀制冷循环装置包括通过管线依次相连且形成闭合回路的第三压缩机、第三冷却器、第四压缩机、第四冷却器、第一换热器、分流器、混合器和第二换热器。

天然气液化管路装置包括通过管线依次相连的进气管线、第一换热器、第一分离罐、第二换热器、第三换热器、第二节流阀、第二分离罐和LNG储罐。

在本实用新型的实施例中，上述分流器和混合器通过两条并联管线相连，其中一条管线上设有膨胀机，另一条管线上依次设有第二换热器、第三节流阀和第三换热器。

在本实用新型的实施例中，上述第一换热器一侧设有第一进口、第二出口、第三出口，相对的另一侧设有第一出口、第二进口和第三进口；第一进口和第一节流阀相连，第一出口和第二压缩机相连；第二进口和第四冷却器相连，第二出口和分流器相连；第三进口和进气管线相连，第三出口和第一分离罐相连。

在本实用新型的实施例中，上述第二换热器一侧设有第四进口、第五出口、第六出口，相对的另一侧设有第四出口、第五进口和第三进口；第四进口和混合器相连，第四出口和第三压缩机相连；第五进口和分流器相连，第五出口和第三节流阀相连；第六进口和第一分离罐相连，第六出口和第三换热器相连。

在本实用新型的实施例中，上述第三换热器一侧设有第七进口、第八出口，相对的另一侧设有第七出口和第八进口；第七进口和第三节流阀相连，第七出口和混合器相连；第八进口和所述第六出口相连，第八出口和第二节流阀相连。

在本实用新型的实施例中，上述FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置还包括NGL回收罐，NGL回收罐和第一分离罐相连。

本实用新型的有益效果为：该装置采用了双级膨胀制冷工艺，相比单级膨胀制冷工艺，双级膨胀制冷工艺缩小了冷热流体间的换热温差，提高了换热效率；制冷剂选用了N₂和CH₄的混合气体，CH₄比N₂有更高的潜热，N₂和CH₄的混合气体较纯N₂制冷剂，其制冷效率更高；该装置中包含有预冷循环装置，较无预冷循环装置的液化装置，提高了能量利用率，降低了装置的工艺能耗；预冷循环装置采用不易燃烧的CO₂作为预冷剂，较常用的氟利昂、丙烷等可燃性预冷剂，其工艺安全性更高；该装置能够对天然气液化过程中产生的NGL(天然气凝液)进行回收，一方面提高了天然气的整体利用价值，另一方面也提高了LNG的纯度；该装置通过节流阀对天然气本身的压力能进行了有效利用，不但使LNG能够达到通常的储存条件，同时也降低了天然气的冷量需求；另外，该装置中的制冷剂和预冷剂均可以控制在气体相态中，以减小FLNG在海上晃动的条件下对液化过程产生的不利影响，使天然气液化过程能够较为平稳的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本实用新型提供的FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置结构图。

图中所示：100-FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置；10-第一压缩机；11-第一冷却器；12-第一节流阀；13-第二压缩机；14-第二冷却器；20-第三压缩机；21-第三冷却器；22-第四压缩机；23-第四冷却器；24-分流器；25-膨胀机；26-混合器；27-第二节流阀；30-进气管线；31-第一分离罐；32-NGL回收罐；33-第三节流阀；34-第二分离罐；35-LNG储罐；40-第一换热器；401-第一进口；402-第二出口；403-第三出口；404-第一出口；405-第二进口；406-第三进口；41-第二换热器；411-第四进口；412-第五出口；413-第六出口；414-第四出口；415-第五进口；416-第六进口；42-第三换热器；421-第七进口；422-第八出口；423-第七出口；424-第八进口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

如图1，本实施例提供了一种FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置100，包括CO₂预冷循环装置、N₂-CH₄双级膨胀制冷循环装置和天然气液化管路装置。

CO₂预冷循环装置包括通过管线依次连接的第一压缩机10、第一冷却器11、第一节流阀12、第一换热器40、第二压缩机13和第二冷却器14，且第二冷却器14又和第一压缩机10相连，使得CO₂预冷循环装置形成一个闭合回路。

N₂-CH₄双级膨胀制冷循环装置包括通过管线依次连接的第三压缩机20、第三冷却器21、第四压缩机22、第四冷却器23、第一换热器40、分流器24、混合器26和第二换热器41。

上述分流器24和混合器26通过两条并联管线相连，其中一条管线上设有膨胀机25，另一条管线上依次设有第二换热器41、第三节流阀33和第三换热器42。

天然气液化管路装置包括通过管线依次相连的进气管线30、第一换热器40、第一分离罐31、第二换热器41、第三换热器42、第二节流阀27、第二分离罐34和LNG储罐35。

具体的在本实施例中，上述第一换热器40、第二换热器41和第三换热器42具体连接方式如下：

第一换热器40一侧设有第一进口401、第二出口402、第三出口403，相对的另一侧设有第一出口404、第二进口405和第三进口406；第一进口401和第一节流阀12相连，第一出口404和第二压缩机13相连；第二进口405和第四冷却器23相连，第二出口402和分流器24相连；第三进口406和进气管线30相连，第三出口403和第一分离罐31相连。

第二换热器41一侧设有第四进口411、第五出口412、第六出口413，相对的另一侧设有第四出口414、第五进口415和第三进口406；第四进口411和混合器26相连，第四出口414和第三压缩机20相连；第五进口415和分流器24相连，第五出口412和第三节流阀33相连；第六进口416和第一分离罐31相连，第六出口413和第三换热器42相连。

第三换热器42一侧设有第七进口421、第八出口422，相对的另一侧设有第七出口423和第八进口424；第七进口421和第三节流阀33相连，第七出口423和混合器26相连；第八进口424和所述第六出口413相连，第八出口422和第二节流阀27相连。

此外，FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置100还包括NGL回收罐32，NGL回收罐32和第一分离罐31相连，用于回收NGL。

在本实施例中，CO₂预冷循环装置通过第一换热器40分别对天然气进行预冷和对制冷剂进行预冷处理。N₂-CH₄双级膨胀制冷循环装置通过第二换热器41和第三换热器42分别对天然气进行深冷和过冷处理。

本实用新型提供的FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置的工作原理为：当待液化天然气进入进气管线30后，首先通过第一换热器40对天然气进行预冷处理，然后让天然气进入第一分离罐31中分离NGL，并将分离出的NGL用NGL回收罐32回收，其次通过第二换热器41和第三换热器42分别对分离出NGL后的天然气进行深冷和过冷处理，接着通过第二节流阀33再次对天然气进行降压降温处理，最后让天然气进入第二分离罐34分离LNG，并将分离出的LNG存储至LNG储罐35中。

本实用新型提供的FLNG膨胀制冷天然气液化工艺装置的有益效果为：该装置采用了双级膨胀制冷工艺，相比单级膨胀制冷工艺，双级膨胀制冷工艺缩小了冷热流体间的换热温差，提高了换热效率；制冷剂选用了N₂和CH₄的混合气体，CH₄比N₂有更高的潜热，N₂和CH₄的混合气体较纯N₂制冷剂，其制冷效率更高；该装置中包含有预冷循环装置，较无预冷循环装置的液化装置，提高了能量利用率，降低了装置的工艺能耗；预冷循环装置采用不易燃烧的CO₂作为预冷剂，较常用的氟利昂、丙烷等可燃性预冷剂，其工艺安全性更高；该装置能够对天然气液化过程中产生的NGL(天然气凝液)进行回收，一方面提高了天然气的整体利用价值，另一方面也提高了LNG的纯度；该装置通过节流阀对天然气本身的压力能进行了有效利用，不但使LNG能够达到通常的储存条件，同时也降低了天然气的冷量需求；另外，该装置中的制冷剂和预冷剂均可以控制在气体相态中，以减小FLNG在海上晃动的条件下对液化过程产生的不利影响，使天然气液化过程能够较为平稳的运行。

以上所述，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。