双机双级压缩混合冷剂制冷的天然气液化装置及液化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天然气液化装置，尤其涉及了一种双机双级压缩混合冷剂制冷的天然气液化装置及液化方法。
【背景技术】
[0002]传统单一混合工质制冷的天然气液化采用单机双级冷剂压缩和单一换热器换热液化的方法。装置流程如图1所示，混合工质冷剂经压缩机一段压缩后进入一级冷却器冷却，冷却后进入一级气液分离器进行气液分离，一级气液分离器顶部分离出的气体继续进入压缩机二段入口进行二次压缩，一级气液分离器底部分离得到的液体通过液体栗加压后与压缩机二段出口的气体混合进入二级冷却器冷却，冷却后的混合工质随后进入二级气液分离器进行气液分离，分离后的液体通过二级液体栗加压后与该气液分离器顶部得到的气体混合后进入板翅式换热器，预冷至一定温度后节流再返回该板翅式换热器，为整个换热过程提供冷量，天然气通过板翅式换热器后进入LNG储罐内。
[0003]在上述传统工艺中，采用单机的双级压缩对电网要求较高，压缩机配置灵活性相对较差，排气量固定，无法进行容积比调节，经济型差；同时为保证液体和气体进入同一个板翅式换热器通道参与换热，末级气液分离器底部的液体必须要加压以克服分离器底部液体出口到板翅式换热器顶部冷剂入口的高度差所带来的液柱压力，必须通过增加末级液体栗来实现。冷剂和天然气在板翅式换热器中的换热过程为一级换热，流股间换热温差的优化受到一定限制，换热效果不是很理想，装置能耗较高，此外，对装置的变负荷运转没有很好的适应性。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中采用单机双级压缩对电网要求较高、压缩机配置灵活性相对较差、经济型差的问题，采用双机双级压缩的方法；同时针对现有必须通过增加末级液体栗来实现末级分离器底部的液体进入板式换热器冷剂入口，以及液体和气体进入同一个板翅式换热器的通道参与换热，换热效果不是很理想，装置能耗较高，对装置的变负荷运转没有很好的适应性的缺点，提供了一种灵活性和适应性相对较好的装置，该装置经济型较佳，无需增加末级栗来使气液相重新混合进入板翅式换热器，换热效果较佳，采用了气液分相进入换热器不同通道，多级制冷换热的方法使得整个过程中热流股和冷流股的换热曲线更为匹配，有效减少了混合冷剂的用量，大大降低了液化装置的能耗，提高了装置的经济性的双机双级压缩混合冷剂制冷的天然气液化装置及液化方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决:
[0006]双机双级压缩混合冷剂制冷的天然气液化装置，包括两台一段式混合工质压缩机、第一冷却器、第二冷却器、第一气液分离器、第二气液分离器、第三气液分离器、第四气液分离器和第五气液分离器、液体栗、第一板翅式换热器和第二板翅式换热器；两台一段式混合工质压缩机分别命名为第一冷剂压缩机和第二冷剂压缩机，第一冷剂压缩机上设有一段出口和一段入口，第二冷剂压缩机上设有二段出口和二段入口 ；
[0007]第一板翅式换热器包括第一流路、第二流路、第三流路、第四流路，第二板翅式换热器包括第五流路、第六流路、第七流路；
[0008]第二流路与液体栗连接，液体栗与第一气液分离器连接，第一气液分离器与二段入口连接；第一气液分离器与第一冷却器连接，第一冷却器与一段出口连接；第二流路与第二气液分离器连接，第二气液分离器与第一流路连接；第二气液分离器与第二冷却器连接，第二冷却器与二段出口连接；第三流路与一段入口连接；
[0009]第五流路与第四气液分离器连接；第四气液分离器与第六流路连接，第四气液分离器与第六流路连接；第一流路与第五流路连接；第二流路与第六流路连接；第六流路与第五气液分离器连接，第五气液分离器与第三流路连接，第五气液分离器与第三流路连接。
[0010]作为优选，第四流路上连接有第三气液分离器，第三气液分离器与第四流路一端连接，第三气液分离器的入口与第四流路另一端连接。
[0011]作为优选，第五流路与第四气液分离器所连接的管线上设有第一节流阀。
[0012]作为优选，第二流路与第六流路所连接的管线上设有第二节流阀。
[0013]作为优选，第七流路与LNG储罐所连接的管线上设有第三节流阀。
[0014]作为优选，第四流路通过管线与第七流路连接。
[0015]双机双级压缩混合冷剂制冷的天然气液化方法，包括以下步骤:
[0016]A.天然气循环:
[0017]净化后的原料天然气首先进入到第一板翅式换热器的第四流路，再流到第二板翅式换热器的第七流路，经过板翅式换热器的多级预冷和过冷，过冷后的天然气流出板翅式换热器后再经第三节流阀节流后所得到的液体产品即为LNG产品，并进入LNG储罐中储存；
[0018]B.混合冷剂循环:
[0019]混合工质经过配比后进入第一冷剂压缩机的入口，经第一冷剂压缩机压缩后，通过一段出口进入第一冷却器冷却至30?40°C，再进入第一气液分离器进行气液分离，从第一气液分离器的气体输出口分离出的气体通过二段入口进入第二冷剂压缩机，该气体经二次压缩后进入第二冷却器冷却至30?40°C，冷却后的混合工质随后进入第二气液分离器进行气液分离，从第二气液分离器的气体输出口分离出的气体随后进入第一板翅式换热器的气相通道参与换热；
[0020]从第一气液分离器的液体输出口分离出的液体经液体栗加压与从第二气液分离器的液体输出口分离出的液体汇合后进入第一板翅式换热器的液体通道，该液体在第一板翅式换热器中预冷到一定温度后经第二节流阀调节后与从第二板翅式换热器返回的混合工质流股汇合并反向进入第五气液分离器进行分离，分离出的气液两相再在第一板翅式换热器的第三流路的入口处汇合并为第一板翅式换热器提供冷量；
[0021]由第二气液分离器的气体输出口分离出的混合工质的气相流股进入第一板翅式换热器的气相通道，再经过第二板翅式换热器，其经两级板翅式换热器的预冷和过冷，再经第一节流阀调节降至一定温度并经第四气液分离器分离再回流到第二板翅式换热器为其提供冷量，整个过程通过气液相不断循环回流为天然气的液化供冷。
[0022]作为优选，净化后的原料天然气经过第一板翅式换热器时，进入第三气液分离器进行气液分离，从第三气液分离器的气体输出口分离出的气体随后进入第四流路，从第三气液分离器的液体输出口分离出的液体即为重经产品。
[0023]本发明的制作步骤包括天然气循环和混合工质制冷循环，在天然气循环中，采用多级制冷过程使天然气液化，整个过程中热流股和冷流股的换热曲线更为匹配，有效减少了混合冷剂的用量，优化了装置性能；在混合工质循环中，混合工质的压缩过程为双机双级压缩，可以根据不同的工况对两台一段式混合工质压缩机的容积比进行调节，并能适当减小功耗，一段式混合工质压缩机选择灵活性较好；在压缩的过程中气液分离，分离出的液相流股不参与后续的压缩过程，有效的减少了后续气体压缩的功耗。具体优点如下:
[0024]1、双机双级压缩机组合其容积比配置具有较高的灵活性，可根据不同的工况，不同的制冷剂选择最佳排量的压缩机和最佳的容积比，经济型较好；而单机的双级压缩机组的排气量相对固定、选择的范围较小。
[0025]2.采用了一段式混合工质压缩机，经一级压缩分离出的液体通过液体栗加压后与经二级压缩分离的液体混合直接进入板翅式换热器中进行换热，从而减少了气体压缩的功耗，最终使得整个装置的能耗有所降低。
[0026]3.从液体栗出口流出的液体流股直接送入板翅式换热器而无需再经过冷剂压缩机的后续工序，在一定程度上减少了混合冷剂配比的波动对一段式混合工质压缩机运行工况的影响程度，使得整个装置更易于操作。
[0027]4.天然气的液化过程采用多级制冷循环，相对于传统单一板式，换热效果更突出，整个换热过程的冷流体和热流体的换热曲线更为匹配，有效减少了混合冷剂的流量，最终减少了装置的能耗。
[0028]5、采用双机双级压缩减小了电网负荷，一定程度上降低了电力成本。
【附图说明】
[0029]图1是现有技术的液化装置的结构图。
[0030]图2是本发明的结构图。
[0031]附图中各数字标号所指代的部位名称如下:其中I一第一流路、2—第二流路、3—第二流路、4一第四流路、5—第五流路、6—第六流路、7—第七流路、8 — LNG储触、9一压缩机、14一第一冷剂压缩机、15—第二冷剂压缩机、17—气体输出口、18—液体输出口、21—第一冷却器、22—第二冷却器、31—第一气液分离器、32—第二气液分离器、41一液体栗、51—第一板翅式换热器、52—第二板翅式换热器、61—第一节流阀、62—第二节流阀、63—第三节流阀、71—第三气液分离器、72—第四气液分离器、73—第五气液分离器。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
[0033]实施例1
[0034]双机双级压缩混合冷剂制冷的天然气液化装置，如图2所示，包括二台电机驱动的一段式混合工质压缩机、第一冷却器21、第二冷却器22、液体栗41、两台板翅式换热器和LNG储罐8。气液分离器为五个，分别命名为第一气液分离器31、第二气液分离器32、第三气液分离器71、第四气液分离器72和第五气液分离器73，板翅式换热器分别命名为第一板翅式换热器51和第二板翅式换热器52，一段式混合工质压缩机分别命名为第一冷剂压缩机14和第二冷剂压缩机15，第一冷剂压缩机14上设有一段出口和一段入口，第二冷剂压缩机15上设有二段出口和二段入口。
[0035]第一冷剂压缩机14用于一级压缩，第二冷剂压缩机15用于二级压缩。
[0036]第一板翅式换热器51包括第一流路1、第二流路2、第三流路3、第四流路4(图2中自上而下依次为第一流路1、第二流路2、第三流路3和第四流路4)，第二板翅式换热器52包括第五流路5、第六流路6、第七流路7，(图2中自上而下依次为第五流路5、第六流路6、第七流路7)，第一气液分离器31、第二气液分离器32、第三气液分离器71、第四气液分离器72和第五气液分离器73均设有入口、气体输出口 17和液体输出口 18。第一流路I为气相通道，第二流路2和第五流路5均为液相通道。
[0037]第二流路2通过管线16与液体栗41连接，液体栗41通过管线16与第一气液分离器31的液体输出口 18连接，第