一种单级混合冷剂天然气液化流程运行调节系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程热物理与能源利用学科领域，尤其涉及一种单级混合冷剂天然气液化流程运行调节系统及方法。
【背景技术】
[0002]单级混合冷剂天然气液化流程由于其具有较高的效率、结构简单、投资费用少、冷剂补充方便等优点而被广泛应用于中小型天然气液化站。该流程一般采用多级压缩，五种组分混合工质N2/CH4/C2H4/C3H8/iC5H12进行制冷。与所有采用混合冷剂的制冷系统相同，该流程的性能深受混合工质循环配比的影响，实际运行非常复杂。
[0003]但实际上，单级混合冷剂天然气液化流程运行时，都不可避免地要受到环境温度变化和原料气负荷变化的影响。
[0004]当环境温度变化时，混合冷剂的循环组分配比要做适当的调整才能适应变化的要求，维持系统稳定高效运行。当原料气负荷变化时，混合冷剂的流量要做适当的变化才能保持系统的冷量要求。
[0005]环境温度变化可表现为季节性气候变化和当日气温变化。现有的单级混合冷剂天然气液化流程，在应对环境温度变化时，例如在冬天，环境温度相对夏天时要低很多，此时，系统需要让冷剂循环组分中高沸点组分占比减少才能适应降低的冷凝温度，否则，过低的冷凝温度就会导致压缩机进气温度降低到露点温度，造成湿压缩，损坏压缩机。但是该流程由于系统硬件的限制，环境温度降低时，系统里的高沸点组分占比是难以减少的。或者，也可以继续增加低沸点组分也可以使得冷剂循环组分中高沸点组分占比相对减少，但是这种做法会使得系统的压力增大过多。所以实际流程在环境温度降低时，系统的冷凝温度还是维持在较高的温度下运行，这种运行方案就大大损失了环境的降温潜力，增加了大量的能耗。
[0006]原料气负荷变化是由上游气源供应不稳定引起的，气田采气工况异常或者管网调压需求都会导致原料气负荷发生变化。当原料气负荷降低时，如果系统的冷剂流量没有减小，冷量就会过剩，回热换热器出口的冷剂温度降低，容易达到冷剂循环组分的露点温度，造成压缩机湿压缩；当原料气负荷提高时，如果液化系统的冷剂流量没有增大，冷量就会不足，导致天然气就无法降低到所需的温度。在原料气负荷发生变化时，通常，运行该流程的操作人员试图去调节低温节流阀的开度去改变系统的流量，但是这种措施改变系统流量的同时，冷剂组分循环配比也会发生变化，由于此时的冷凝温度没变，我们并不希望冷剂的配比发生变化。因此，这种使得冷剂组分循环配比也发生变化的调节方式，增加了系统运行的难度和不稳定性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种单级混合冷剂天然气液化流程运行调节系统及方法，使得单级混合冷剂天然气液化流程在实际运行中应对原料气流量值变化和环境温度值变化时，能够根据这两种变化的特点，利用调节手段，解耦调节冷剂流量和冷剂组分配比，以实现系统稳定和高效运行。
[0008]本发明通过下述技术方案实现:
[0009]一种单级混合冷剂天然气液化流程运行调节系统，包括三段压缩机Cl?C3、冷凝冷却器Al?A3、多股流回热换热器4、节流机构V3、中间节流阀V4、气液分离罐B3、缓冲罐B4、可控通路气相组分调节单元1、液相组分调节单元2和控制单元3 ;其中，可控通路气相组分调节单元I由可控气相组分进气阀V1、可控气相组分出气阀V2和冷剂收集罐BI组成；液相组分调节单元2由气液分离罐B2和冷剂栗Pl组成；
[0010]所述的三段压缩机的Cl段的出口连接Al冷凝冷却器的进口，Al冷凝冷却器的出口经过缓冲罐B4连接三段压缩机的C2段的进口 ；所述三段压缩机的C2段的出口连接A2冷凝冷却器的进口，A2冷凝冷却器的出口连接的气液分离罐B2的气液相进口 ；
[0011]所述气液分离罐B2的气相出口连接三段压缩机的C3段进口，三段压缩机的C3段的出口通过A3冷凝冷却器连接至气液分离罐B3的气液相进口 ；气液分离罐B2的液相出口连接冷剂栗Pl的进口，所述的冷剂栗Pl的出口连接气液分离罐B3的液相进口 ；
[0012]所述的气液分离罐B3的液相出口 L连接至多股流回热换热器4的进口 a，气液分离罐B3的气相出口 Gl通过可控气相组分进气阀Vl连接至冷剂收集罐BI ;所述的冷剂收集罐BI的出口通过可控气相组分出气阀V2连接至三段压缩机的Cl段的进口 ；气液分离罐B3的气相出口 G2连接多股流回热换热器4的进口 b ;
[0013]所述的多股流回热换热器4的出口 f通过节流机构V3连接至多股流回热换热器4的进口 c ;所述的多股流回热换热器4的出口 h通过中间节流阀V4连接多股流回热换热器4的进口 e，所述多股流回热换热器4的出口 j通过低压管路连接至三段压缩机的Cl段的进口 ；
[0014]所述的控制单元3接收三段压缩机的Cl段进口压力值、节流机构V3出口的温度/压力值、环境温度值和原料气流量值，并控制可控通路气相组分调节单元I的可控气相组分进气阀V1、可控气相组分出气阀V2的开启/关闭及冷剂栗Pl的转速。
[0015]上述单级混合冷剂天然气液化流程运行调节系统的调节方法，包括如下调节步骤:
[0016](I)、当原料气流量值发生变化时，液相组分调节单元2的气液分离罐B2能够存放系统变化时冷却下来的液相冷剂，冷剂栗Pl保持定速运行，不做调整；可控通路气相组分调节单元I对系统的压力进行调节，中间节流阀V4的开度控制在设定值；具体调节方法为:当原料气流量值降低时，可控通路气相组分调节单元I的可控气相组分出气阀V2关闭，可控气相组分进气阀Vl打开，直到系统压力降低到设定值关闭；原料气流量值提高时，可控通路气相组分调节单元I的可控气相组分进气阀Vl关闭，可控气相组分出气阀V2打开，直至系统压力提高到设定值后关闭；
[0017](2)、当只有环境温度值发生变化时，冷剂栗Pl可保持定速运行，不做调整；可控通路气相组分调节单元I对系统的压力进行调节，中间节流阀V4的开度控制在设定值；具体调节方法为:环境温度值降低时，可控通路气相组分调节单元I的可控气相组分进气阀Vl关闭，可控气相组分出气阀V2打开，直至系统提高到设定压力后关闭；环境温度值升高时，可控通路气相组分调节单元I的可控气相组分出气阀V2关闭，可控气相组分进气阀Vl打开，直至系统压力降低到设定值后关闭。
[0018]除了上述情况外，当系统在原料气流量值和环境温度值同时发生变化时，可调节模式优先选择原料气流量值变化调节模式，即先调节系统冷剂流量，后调节冷剂循环配比。
[0019]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0020]本发明可以使得单级混合冷剂天然气液化系统不必采用可变频的压缩机，而且极大地提高了系统应对外部变化的能力。当系统面对环境温度变化时，本发明通过不改变冷剂栗Pl的转速，控制中间节流阀V4在一定开度实现改变系统工质循环组分配比以适应环境的变化，尤其是当环境温度降低时，可通过本发明的调节充分利用环境的冷能，实现系统的节能稳定运行；当系统面对原料气负荷变化时，通过本发明的可控通路气相组分调节单元I可实现调节系统高低压和工质流量的目的，这使得系统能快速响应以应对原料气负荷变化，实现系统的安全和稳定运行。
[0021]综上所述，本单级混合冷剂天然气液化流程运行调节系统，能根据负荷变化和环境温度变化对流程运行影响的特点，解耦调节冷剂流量和冷剂组分配比从而保持流程稳定尚效运tx。
【附图说明】
[0022]图1为本发明结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0024]实施例
[0025]如图1所示。本发明一种单级混合冷剂天然气液化流程运行调节系统，包括三段压缩机Cl?C3、冷凝冷却器Al?A3、多股流回热换热器4、节流机构V3、中间节流阀V4、气液分离罐B3、缓冲罐B4、可控通路气相组分调节单元1、液相组分调节单元2和控制单元3 ;其中，可控通路气相组分调节单元I由可控气相组分进气阀V1、可控气相组分出气阀V2和冷剂收集罐BI组成；液相组分调节单元2由气液分离罐B2和冷剂栗Pl组成；
[0026]所述的三段压缩机的Cl段的出口连接Al冷凝冷却器的进口，Al冷凝冷却器的出口经过缓冲罐B4连接三段压缩机的C2段的进口 ；所述三段压缩机的C2段的出口连接A2冷凝冷却器的进口，A2冷凝冷却器的出口连接的气液分离罐B2的气液相进口 ；
[0027]所述气