用于在lng应用中预冷却的整体齿轮式压缩机的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本文中公开的实施例涉及用于液化天然气的过程和系统。
【背景技术】
[0002]天然气正在成为日益重要的能源。为了允许天然气从供应源运输至使用场所，必须减小气体的体积。低温液化已成为用于使天然气转变为液体的常规实践过程，液体储存和运输起来更方便、更廉价且更安全。通过将冷冻和液化的气体保持在比环境压力下的液化温度低的温度下，通过管线或航运船运输液化天然气(LNG)变得在环境压力下是可能的。
[0003]为了储存和运输处于液体状态的天然气，优选地将天然气冷却在大约-150到_170°C，在此，气体具有接近大气蒸汽压力。
[0004]若干过程和系统存在于用于天然气液化的现有技术中，其提供以用于使升高压力下的天然气相继地经过多个冷却阶段，因此气体在顺序的制冷循环中以依次更低的温度冷却，直到达到液化温度。
[0005]在使天然气经过冷却阶段之前，预处理天然气以移除可干扰过程、损伤机械或不期望在最终产品中的任何杂质。杂质包括酸性气体、硫化合物、二氧化碳、硫醇、水和水银。然后通过制冷剂流来冷却已移除了杂质的预处理的气体，以分离较重的碳氢化合物。残留气体主要由甲烷组成，且通常包含少于0.l%mol的更高分子量的碳氢化合物(诸如丙烷或更重的碳氢化合物)。因此净化和纯化的天然气在低温区段中冷却至最终温度。所得的LNG可在接近大气压力下储存和运输。
[0006]低温液化通常借助于多循环过程(即，使用不同制冷循环的过程)来执行。取决于过程的种类，各循环可使用不同的制冷流体，或者相同的制冷流体可用于两个或更多个循环中。
[0007]图1示意地示出低温天然气液化系统的图表，该系统使用所谓APCI过程。该已知的过程使用两个制冷循环。第一循环使用丙烷作为制冷流体，且第二循环使用混合制冷剂，该混合制冷剂通常由氮、甲烷、乙烷和丙烷制成。标为1的系统总体上包括第一循环2，该第一循环2包括由燃气涡轮3形成的线路，该线路驱动压缩机系。该压缩机系包括第一压缩机5和第二压缩机7，它们串联以用于压缩混合制冷剂。级间冷却器(中间冷却器)9冷却由第一压缩机5输送的混合制冷剂，以在进入第二压缩机7之前降低其温度和体积。由第二压缩级7输送的压缩的混合制冷剂在热交换器11中相对于空气或水冷凝。如在此在下面所公开的，混合制冷剂通过丙烷循环12进一步被冷却且部分地液化。
[0008]丙烷在第二或预冷却循环中。第二循环包括线路，该线路包括燃气涡轮13，燃气涡轮13驱动多级压缩机15。由压缩机15输送的压缩的丙烷相对于水和空气在冷凝器17中冷凝。冷凝的丙烷用于将天然气预冷却至_40°C，且冷却和部分地液化混合制冷剂。天然气预冷却和混合制冷剂部分液化在多压力过程中执行，在示例中示出4级压力。
[0009]来自冷凝器17的冷凝的丙烷的流输送至第一组四个串联布置的热交换器，以冷却和部分地液化混合制冷剂，且输送至第二组四个串联布置的预冷却热交换器以冷却天然气。来自冷凝器17的压缩的丙烷流的第一部分通过管道19输送到第一组热交换，且在串联布置的膨胀器21、23、25和27中顺序地膨胀至四个不同的、逐渐降低的压力水平。在各膨胀器21、23、25的下游，膨胀丙烷流的一部分转移至相应的热交换器29、31、33。流动通过最后的膨胀器27的丙烷输送至热交换器35。
[0010]从热交换器11输送的压缩的混合制冷剂在管道37中朝主低温热交换器38流动。管道37顺序地经过热交换器29、31、33和35，使得混合制冷剂相对于膨胀的丙烷逐渐地冷却且部分地液化。
[0011]来自冷凝器17的冷凝的丙烷流的第二部份输送至第二管道39，且在四个串联布置的膨胀器41、43、45和47中顺序地膨胀。在各膨胀器41、43和45中膨胀的丙烷的一部分以及从最后的膨胀器47流动的丙烷分别朝对应的预冷却热交换器49、51、53和55转移。主天然气线路61顺序地通过所述预冷却热交换器49、51、53和55流动，使得天然气在进入主低温热交换器38之前得到预冷却。离开预冷却热交换器49、51、53和55的加热的丙烷与离开热交换器29、31、33和35的丙烷一起被收集，且再次供给至压缩机15，该压缩机15回收四个汽化丙烷支流，且将蒸汽压缩至例如15-25 bar以在冷凝器17中再次冷凝。
【发明内容】
[0012]本文中公开的主题涉及改善的天然气液化系统，其包括至少一个预冷却回路或环路(在其中使第一制冷剂循环)和至少一个冷却或液化环路(在其中使第二制冷剂循环)。使气态状态下的天然气流动穿过预冷却环路的热交换器布置，且随后在冷却或液化环路的热交换器布置中流动。通过相对于第一制冷剂和至少第二制冷剂交换热量来预冷却、冷却且最终液化该天然气。附加的第三或其他冷却和/或液化回路或环路可以以级联或顺序的布置来布置，以使天然气逐渐地变冷且最终液化该天然气。该环路包括相应的压缩机布置(以用于处理相应的制冷剂)、以及至少一个冷凝器和一个或更多个膨胀元件(例如，涡轮膨胀机和/或节流阀)。至少预冷却环路包括用于处理第一制冷剂的整体齿轮式涡轮压缩机。第一制冷剂可分成两个或更多个支流，其用于在逐渐降低的压力值下相对于在随后的冷却或液化环路中循环的液化气和/或制冷剂交换热量。
[0013]根据一些实施例，提供了天然气液化系统，其包括:
至少一个预冷却环路，第一制冷剂适于穿过其循环，预冷却环路包括:
至少一个压缩机，其用于加压第一制冷剂；
至少一个原动机，其用于驱动所述压缩机；
至少一个冷凝器，其用于从第一制冷剂移除热量；
至少一个第一膨胀元件，其用于使第一制冷剂膨胀；
至少一个第一热交换器，其用于使热量从天然气传递至第一制冷剂；
和至少一个冷却环路，其在所述预冷却环路的下游，第二制冷剂循环穿过其，天然气适于在预冷却环路中和在冷却环路中被顺序地冷却；
其中，所述压缩机为整体齿轮式涡轮压缩机，其包括多个压缩机级，各压缩机级设有独立的可移动的进口导叶的组，以用于自主地调节进入压缩机级中的流。
[0014]根据一些实施例，可提供附加的压缩机级，其不设有可移动的进口导叶。当多个压缩机级串联地配置时，单个可移动的进口叶片的组是足够的，因为通过更上游的级的可移动的进口叶片的组来调节下游的级。当第一制冷剂流分成两个或更多个支流且在两个随后的压缩机级之间的中间位置中相继地再结合时，串联地配置的压缩机级可装备有相应的可移动的进口叶片的组。
[0015]根据另一方面，提供了液化天然气的方法，其中，通过相对于在预冷却环路中循环的第一制冷剂和在冷却和/或液化环路中循环的第二制冷剂交换热量而冷却和液化天然气的流。第一制冷剂分成处于逐渐降低的压力值下的多个支流。支流相对于天然气流和/或相对于第二制冷剂交换热量。支流在整体齿轮式涡轮压缩机的相应压缩机级处返回。
[0016]根据一个实施例，提供了一种方法，包括:
提供预冷却环路，其包括:具有多个压缩机级的整体齿轮式涡轮压缩机、至少一个冷凝器、至少一个膨胀元件、和至少一个热交换器；
利用原动机驱动所述整体齿轮式涡轮压缩机；
使第一制冷剂循环穿过整体齿轮式涡轮压缩机；
在冷凝器中冷凝由整体齿轮式涡轮压缩机输送的第一制冷剂；
将第一制冷剂分成多个部分流；在膨胀元件中使冷凝的第一制冷剂膨胀；
使膨胀的制冷剂循环穿过热交换器，以从天然气移除热量，以预冷却天然气；
独立地控制可移动的进口导叶，以在压缩机级的吸入侧处调节部分流；
提供至少一个冷却环路；
使第二制冷剂在所述至少一个冷却环路中循环；
通过相对于第二制冷剂的热交换来从预冷却的天然气移除热量。
[0017]特征和实施例在下面公开，且在形成本说明书的一体部分的所附权利要求中进一步阐述。上面的简要描述阐述了本发明的各种实施例的特征，以便可更好地理解随后的详细描述，且以便可更好地理解对领域的本贡献。当然，存在本发明的其他特征，其将在下文中描述且将在所附权利要求中阐述。在该方面中，在详细解释本发明的若干实施例之前，应当理解的是，本发明的各种实施例在它们的应用中不限于构造的细节和在下列描述中提出或在附图中示出的构件布置。本发明能够有其他实施例并且以各种方式实践和执行。此外，应当理解的是，在本文中采用的短语和用语用于说明的目的，并且不应认为是进行限制。
[0018]由本系统和方法详细阐述的第一制冷剂的流动速率不仅是关于压缩机级旋转速度的可控制动作。以此方式，提供了更有效率和更可靠的LNG回路。
[0019]因此，本领域技术人员将理解，本公开所基于的构思可易于作为用于设计用于执行本发明的若干目的的其他结构、方法、和/或系统的基础来利用。因而，重要的是，权利要求被认为包括这种等同构造，只要它们不脱离本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0020]由于当结合附图考虑时，通过参照下列详细描述，更好地理解本发明的公开实施例及其附随优点中的许多，故将容易地获得它们的更全面的了解，在附图中:
图1例示根据现有技术的用于液化天然气的系统；
图2例示根据本公开的用于生产LNG的系统的第一实施例的示意图；
图2A例示在图2的布置中使用的整体齿轮式压缩机的示范实施例； 图3例示第二实施例中的根据本公开的用于生成LNG的系统的示意图；
图4例示根据本公开的用于在LNG系统中使用的整体齿轮式涡轮压缩机的两个压缩机级的截面。