专利名称：具有多个入口流的压缩系统的制作方法
为了实现较大规模设备的可观的经济效益，新的气体液化与其它气体处理设备正被设计出来以日益提高生产率。这些较大规模的设备具有具较高制冷循环率的较大的冷负荷，因此，需要较大的制冷压缩机。随着气体处理设备变得更大，最大可达到生产率可能受限于最大的可使用的压缩机规格。
当使用单一的制冷压缩机，这些提高的制冷流速需要具较高端速的较大叶轮、较大与较厚的壳体、及朝着叶轮的提高的输入速度。随着压缩机组件的规格的增大，压缩机将到达其基本的空气动力极限，而这将决定最大可能的压缩机容量。许多压缩系统在不同的压力下使用多制冷流，而这些系统大致要求压缩机具有多级间吸入口。随着压缩机尺寸的增大，这些大的多级压缩机的制造与安装显然变得更加困难。
图1示意性地绘示了一种现有的多级制冷压缩机，制冷系统1可为任何一种类型的制冷系统，其多制冷流在不同的压力级别下蒸发以提供多温度范围的制冷。在本例中，制冷系统1使用四个制冷流，该制冷流可在四种不同的压力下的适当的热交换器里蒸发，以提供四种温度范围的制冷。管子3、5、7与9内的四个蒸发制冷流分别在不同的压力下，其从系统1抽出，然后依据每一制冷流的压力在适当的地方导入多级压缩机11的各级。
管子3内的最低压力蒸发制冷流导入第一级13的入口，该第一级13可指定为低压级A。管子5内的中低压制冷流导入压缩机11的第二级15，该第二级15可指定为中低压级B。管子7内的中高压制冷流导入压缩机11的第三级17，该第三级17可指定为中高压级C。管子9内的高压制冷流导入压缩机11的第四级19，该第四级19可指定为高压级D。压缩机的每一级可包括一个或多个叶轮，且压缩渐增的气体质量流。最后的压缩制冷气流经由管子21返回到制冷系统1。
通过低压级A(第一级13)的质量流为进入管子3的质量流。在中低压级B(第二级15)的质量流为进入管子3与5的质量流之和。在中高压级C(第三级17)的质量流为进入管子3、5与7的质量流之和。在高压级D(第四级19)的质量流为进入管子3、5、7与9的质量流之和。
当在固定的驱动器速度下使用单一多级压缩机11，制冷系统的整体流量受限于用于设计压缩机叶轮的空气动力形状因素与流量因素的约束。在某些情况下，减速齿轮或减速驱动器可排除这些约束。然而，减速齿轮将增加资本成本且导致机械功率损耗，而且减速齿轮使压缩机系统的机械扭力限制复杂化，且危及系统机械设计的安全。在这种系统内的减速压缩机级要求更大的壳体尺寸与更大的叶轮，这将大大增加资本成本与安装成本。因此，单个多级压缩机11的最大尺寸受限于任何一个上述的设计因素。
现有技术中提出了数种替代方法来压缩多级制冷系统里的大制冷流。一种方案是使用两相同的半尺寸规格平行压缩机，其具有共同的入口吸压源、共同的中间吸压源及共同的出口排放压力。围绕该两平行压缩机的管道系统必须小心翼翼地设计与平衡，这样该两压缩机可以使相同的制冷流通过压缩机的所有级。在两压缩机间的任何制冷流不平衡将引起其中的一个压缩机过早地达到回流。两压缩机间制造公差上的细微差别，如壳体或叶轮的制造公差，将导致制冷流不平衡。
另一种替代方法是压缩多级制冷系统里的大制冷流，其揭露在WO 01/44734 A2号国际公告。如图2所示，管子3内的最低压力蒸发制冷流导入第一级23的入口，该第一级23可指定为第一压缩机25的低压级A。管子7内的中高压制冷流导入第二级27，该第二级27可指定为第一压缩机25的中高压级C。管子5内的中低压制冷流导入第一级29，该第一级29可指定为第二压缩机31的中低压级B。管子9内的高压制冷流导入第二级33，该第二级33可指定为第二压缩机31的高压级D。压缩机25、31的每一级可包括一个或多个叶轮，且压缩渐增的气体质量流。管子35、37内的最后的压缩制冷气流连接在一起，且经由管子39返回到制冷系统1。
通过低压级A(第一级23)的质量流为进入管子3的质量流，在中高压级C(第二级27)的质量流为进入管子3与7的质量流之和，在中低压级B(第一级29)的质量流为进入管子5的质量流，在高压级D(第二级33)的质量流为进入管子5与9的质量流之和。这种分级压缩机排列提供一种解决单一大压缩机11(如图1所示)的尺寸与输入速度问题的方法，不会出现上述两个相同半尺寸规格的压缩机的平衡问题。
由于为了实现较大规模设备的可观的经济效益，气体液化与其它气体处理设备正被设计出来以日益提高生产率，替代方法被用以排除单一大压缩机的尺寸与输入速度问题。如下文所描述的及后附申请专利范所定义的，本发明的实施例提供用于大规模的气体液化及处理设备的制冷压缩机设计的替代方法。
本发明的一实施例包括一个压缩机系统，包括(a)第一压缩机，该第一压缩机具有第一与第二级，其中第一压缩机的第一级用于压缩第一气体，第一压缩机的第二级用于压缩第四气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩气体的组合；(b)第二压缩机，该第二压缩机具有第一与第二级，其中第二压缩机的第一级用于压缩第二气体，第二压缩机的第二级用于压缩第三气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩气体的组合。第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力，第三气体处于比第二压力高的第三压力，第四气体处于比第三压力高的第四压力。
在此使用的术语“级”表示具有一个或更多的叶轮的压缩机或压缩机部分，其中在该级被压缩的液体质量流在整个级里是不变的。
该系统可还包括连接第一压缩机的第二级的出口与第二压缩机的第二级的出口的管道装置，以提供一组合压缩气体。
本发明的另一实施例关于一种气体压缩方法，包括(a)压缩第一压缩机的第一级里的第一气体，在第一压缩机的第二级压缩第四气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩气体的组合，及抽回来自第一压缩机的第二级的第一压缩气流；(b)压缩第二压缩机的第一级的第二气体，在第二压缩机的第二级里压缩第三气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩气体的组合，及抽回来自第二压缩机的第二级的第二压缩气流；(c)组合第一与第二压缩气流以提供最后的压缩气流。第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力，第三气体处于比第二压力高的第三压力，第四气体处于比第三压力高的第四压力，最后的压缩气流处于比第四压力高的最后压力。
任何上述的第一、二、三与四气体可以是制冷系统提供的制冷气体，最后的压缩气流可以是提供给制冷系统的压缩制冷气体。
本发明的又一实施例包括一个用于在多温度级提供制冷的制冷系统，包括(a)压缩机系统，用于提供压缩制冷空气，该压缩机系统包括(1)第一压缩机，该第一压缩机具有第一与第二级，其中第一压缩机的第一级用于压缩第一制冷气体，第一压缩机的第二级用于压缩第四制冷气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩制冷气体的组合；(2)第二压缩机，该第二压缩机具有第一与第二级，其中第二压缩机的第一级用于压缩第二制冷气体，第二压缩机的第二级用于压缩第三制冷气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩制冷气体的组合；(3)管道装置，用于连接第一压缩机的第二级的出口与第二压缩机的第二级的出口以提供一压缩制冷气体；其中，第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力，第三气体处于比第二压力高的第三压力，第四气体处于比第三压力高的第四压力；(b)压缩机的后冷却机，用于冷却与冷凝压缩制冷气体，藉以提供冷凝制冷流；(c)制冷设备，用于提供在四个温度范围内的制冷，该制冷设备包括(1)第一压力减小装置，用于减小冷凝制冷流的压力至第四压力，藉以提供在第四压力的减压制冷液；(2)管道装置，用于将在第四压力的减压制冷液分成在第四压力的第一制冷部分与第二制冷部分；(3)热交换装置，用于蒸发在第四压力的(2)的第一制冷部分，藉以提供在第一温度范围的制冷及提供第四制冷气体；(4)第二压力减小装置，用于将(2)的第二制冷部分的压力从第四压力减小到第三压力，藉以提供在第三压力的减压制冷液；(5)管道装置，用于将在第三压力的减压制冷液分成在第三压力的第一制冷部分与第二制冷部分；(6)热交换装置，用于蒸发在第三压力的(5)的第一制冷部分，藉以提供在第二温度范围的制冷及提供第三制冷气体；(7)第三压力减小装置，用于将(5)的第二制冷部分的压力从第三压力减小到第二压力，藉以提供在第二压力的减压制冷液；(8)管道装置，用于将在第二压力的减压制冷液分成在第二压力的第一制冷部分与第二制冷部分；(9)热交换装置，用于蒸发在第二压力的(8)的第一制冷部分，藉以提供在第三温度范围的制冷及提供第二制冷气体；(10)第四压力减小装置，用于将(8)的第二制冷部分的压力从第二压力减小到第一压力，藉以提供在第一压力的减压制冷液；
(11)热交换装置，用于蒸发在第一压力的减压液，藉以提供在第四温度范围的制冷及提供第一制冷气体。
该制冷设备可以用于冷却另一压缩制冷气体，也可用于在液化前预冷却天然气。
本发明的又一实施例包括一制冷方法，包括(a)提供压缩机系统，该压缩机系统包括(1)第一压缩机，该第一压缩机具有第一与第二级，其中第一压缩机的第一级用于压缩第一制冷气体，第一压缩机的第二级用于压缩第四制冷气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩制冷气体的组合；(2)第二压缩机，该第二压缩机具有第一与第二级，其中第二压缩机的第一级用于压缩第二制冷气体，第二压缩机的第二级用于压缩第三制冷气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩制冷气体的组合；(3)管道装置，用于连接第一压缩机的第二级的出口与第二压缩机的第二级的出口以提供一压缩制冷气体；其中，第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力，第三气体处于比第二压力高的第三压力，第四气体处于比第三压力高的第四压力；(b)压缩在(a)的压缩机系统的制冷气体以提供压缩制冷气体；(c)冷却与冷凝压缩制冷气体，藉以提供冷凝制冷流；(d)通过下述步骤提供在四个温度范围内的制冷，(1)减小冷凝制冷流的压力至第四压力，藉以提供在第四压力的减压制冷液；(2)将在第四压力的减压制冷液分成在第四压力的第一制冷部分与第二制冷部分；(3)蒸发在第四压力的(2)的第一制冷部分，藉以提供在第一温度范围的制冷及提供第四制冷气体；
(4)将(2)的第二制冷部分的压力从第四压力减小到第三压力，藉以提供在第三压力的减压制冷液；(5)将在第三压力的减压制冷液分成在第三压力的第一制冷部分与第二制冷部分；(6)蒸发在第三压力的(5)的第一制冷部分，藉以提供在第二温度范围的制冷及提供第三制冷气体；(7)将(5)的第二制冷部分的压力从第三压力减小到第二压力，藉以提供在第二压力的减压制冷液；(8)将在第二压力的减压制冷液分成在第二压力的第一制冷部分与第二制冷部分；(9)蒸发在第二压力的(8)的第一制冷部分，藉以提供在第三温度范围的制冷及提供第二制冷气体；(10)将(8)的第二制冷部分的压力从第二压力减小到第一压力，藉以提供在第一压力的减压制冷液；(11)蒸发在第一压力的减压液，藉以提供在第四温度范围的制冷及提供第一制冷气体。
该方法可进一步包括通过在第一、第二、第三与第四温度范围中的至少一个里的制冷来冷却额外的压缩制冷气体，该额外的压缩制冷气体可以是包含从氮与具有一个至五个碳原子的碳氢化合物选出的两种或更多成份的混合制冷气体。
该方法可进一步包括通过在第一、第二、第三与第四温度范围中的至少一个里的制冷在液化前预冷却天然气，该压缩制冷气体可以是从具有二个至四个碳原子的碳氢化合物选出的单一成份。选择性地，该压缩制冷气体可以包含从氮与具有一个至五个碳原子的碳氢化合物选出的两种或更多成份。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1为现有多级制冷压缩机系统的示意流程图；图2为另一现有多级制冷压缩机系统的示意流程图；图3为本发明多级制冷压缩机系统的一实施例的示意流程图；及图4为用于冷却两工业生产液流的在制冷系统的图3的压缩机系统的示范性应用。
如图3所示，管子3内的最低压力蒸发制冷流导入第一级41的入口，该第一级41可指定为第一压缩机43的低压级A。管子9内的高压制冷流导入第二级45，该第二级45可指定为第一压缩机43的高压级D。管子5内的中低压制冷流导入第一级47，该第一级47可指定为第二压缩机49的中低压级B。管子7内的中高压制冷流导入第二级51，该第二级51可指定为第二压缩机49的中高压级C。压缩机43、49的每一级可包括一个或多个叶轮，且压缩渐增的气体质量流。管子53、55内的最后的压缩制冷气流连接在一起，且经由管子57返回到制冷系统1。
通过低压级A(第一级41)的质量流为进入管子3的质量流，在高压级D(第二级45)的质量流为进入管子3与9的质量流之和，在中低压级B(第一级47)的质量流为进入管子5的质量流，在中高压级C(第二级51)的质量流为进入管子5与7的质量流之和。这种分级压缩机排列提供一种替代方法，以排除单一大压缩机11(如图1所示)的尺寸与输入速度问题，不会出现上述两个相同半尺寸规格的压缩机的平衡问题。
在下面表一中，上述本发明的实施例与图1-2所示的现有方法进行比较，该表一显示通过每一压缩机级的质量流流量，F3、F5、F7与F9分别代表管子3、5、7与9的质量流量。
表一图3所示的实施例与图1-2所示的现有技术的比较
压缩机的调节范围、效率与流量很大程度由每个单独的叶轮的入口流量系数与相对入口马赫数决定，相对入口马赫数是被压缩气体的分子量与叶轮在入口处的几何形状的正函数。
叶轮端速马赫数或相当的端速也是叶轮调节范围与流量的重要测量标准，且在未知入口几何形状时用于压缩机的初始测量。在叶轮的齿顶圆直径计算端速马赫数。入口流量系数与叶轮端速是入口容积流速、叶轮转速与叶轮直径的函数，高端速减少叶轮的调整范围，高流量系数与高端速也限制叶轮流量。这已记载在J.F.Blahovec等人的论文里，该论文在1998年的德州学院站第27届涡轮机讨论会上发表过。
上述压缩系统的应用说明如图4所示，使用丙烷制冷剂来冷却工业生产液流。在本应用中，在热交换器59内冷却与冷凝150至250磅/平方英寸绝对压力(psia)(1025至1725kPa)的管子57内的压缩制冷气体，以提供50至120(10至50℃)的管子61内的冷凝制冷流。冷凝制冷流的一部分穿过节流阀63压力降低到75至125psia(520至860kPa)的第四压力，且被导入热交换器65，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却工业生产液流67。蒸发制冷流经由管子9返回以提供从管子9到压缩机43的中低压缩机级45的第四制冷气体。
从热交换器65的未蒸发液体制冷流经由管子69流回，穿过节流阀71压力降低到40至70psia(275至480kPa)的第三压力，且被导入热交换器73，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却来自热交换器65的工业生产液流75。蒸发制冷流经由热交换器流回以返回从管子7到压缩机49的高压压缩机级51的第三制冷气体。
未蒸发液体制冷流经由管子77流回，穿过节流阀79压力降低到20至30psia(140至205kPa)的第二压力，且被导入热交换器81，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却来自热交换器73的工业生产液流83。蒸发制冷流从热交换器流回以返回从管子5到压缩机49的中高压压缩机级47的第二制冷气体。
未蒸发液体制冷流经由管子85流回，穿过节流阀87压力降低到14至21psia(95至145kPa)的第一压力，且被导入热交换器89，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却来自热交换器81的工业生产液流91。蒸发制冷流经由管子3返回以提供第一制冷气体到压缩机43的低压压缩机级41。最后的冷却工业生产液流从管子93流回。
管子3、5、7与9的第一、第二、第三与第四制冷气流分别在压缩机级41、47、51与45被压缩，以提供在管子53、55与57的压缩制冷气体。
例如，工业生产液流67可以是天然气流，在进一步冷却与液化前通过使用混合液体制冷流的制冷系统或通过包含使用中间温度的混合液体制冷流的制冷系统与低于液化温度的低温气体增强制冷系统的混合制冷系统预冷却该天然气流。
额外的制冷可随意提供以冷却另一工业生产液流95，其中管子61内的冷凝制冷流的第二部分穿过节流阀97压力降低到75至125psia(520至860kPa)的第四压力，且被导入热交换器99，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却工业生产液流95。蒸发制冷流经由管子101与9返回到中低压缩机级45。
从热交换器99的未蒸发液体制冷流经由管子103流回，穿过节流阀105压力降低到40至70psia(275至480kPa)的第三压力，且被导入热交换器107，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却来自热交换器99的工业生产液流109。蒸发制冷流经由热交换器流回以返回从管子111与7到高压压缩机级51。
未蒸发液体制冷流经由管子113从热交换器107流回，穿过节流阀115压力降低到20至30psia(125至205kPa)的第二压力，且被导入热交换器117，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却来自热交换器107的工业生产液流119。蒸发制冷流从热交换器流回以返回经由管子121与5到中高压压缩机级47的第二制冷气体。
未蒸发液体制冷流经由管子123流回，穿过节流阀125压力降低到14至21psia(95至145kPa)的第一压力，且被导入热交换器127，其中该制冷流蒸发且提供制冷以冷却来自热交换器117的工业生产液流129。蒸发制冷流经由管子131与3返回到低压压缩机级41。最后的冷却工业生产液流从管子133流回。
例如，工业生产液流95可以是制冷系统(未图标)里的压缩混合制冷流，其用于进一步制冷与液化由管子93提供的预冷却天然气流。工业生产液流95也可以选择是混合制冷系统(未图标)里的压缩混合制冷流，该混合制冷系统包含使用中间温度的混合液体制冷流的制冷系统与低于液化温度的低温气体增强制冷系统。
虽然本发明的上述实施例用于来自制冷系统的不同压力下的四种制冷气流的压缩，所述的压缩系统可以用于压缩包含为任何目的的任何类型气体的四种气流，例如，压缩系统可用于压缩用于蒸汽再压缩型的制冷系统的混合制冷流，其中该冷凝混合制冷流在四种不同的压力下蒸发。
下述范例说明本发明的实施例，而不是限制本发明于任何一种下述的特定细节。
范例1天然气以4000000美吨/年(3600千克/年)的生产率进行液化，同时使用丙烷预冷却混合制冷液化工艺合作生产1000000美吨/年(900千克/年)的液化石油气。图4所示的丙烷制冷系统用在最后冷却与液化前预冷却原料气，冷却压缩混合制冷流与提供液化设备辅助制冷。该蒸发的丙烷制冷流流速与条件如下从入口到低压级41在-36(-38℃)与16psia(110kPa)下，每小时16909磅分子(7670千克分子(kg moles))；从入口到中低压级47在-13(-25℃)与28psia(195kPa)下，每小时32042磅分子(14534千克分子)；从入口到中高压级51在+20(-7℃)与54psia(370kPa)下，每小时33480磅分子(15186千克分子)；从入口到高压级45在+60(16℃)与106psia(730kPa)下，每小时32772磅分子(14865千克分子)。在后冷却机59冷却之后的经由管子61传输到制冷循环的上述产生的全部压缩丙烷制冷流是在+112(44℃)与208psia(1435kPa)下每小时115203磅分子(52255千克分子)。
在本范例中，压缩机级41具有三个叶轮，压缩机级47具有一个叶轮，压缩机级51具有二个叶轮，压缩机级45具有二个叶轮，其工艺参数与计算功率要求归纳于表二。功率要求基于用于大压缩机的平均单个叶轮效率计算出来的，压缩机厂商现可提供这种大压缩机。
表二范例1的压缩机参数(参照图4)
输入流量系数定义如下＝700Q/Nd3(＝405000Q’3/Nd’3)其中Q是以立方英尺/分为单位的实际输入容积流速(Q’以立方米/分为单位)，N是以转数/每分钟为单位的转速，d是以英寸为单位的叶轮直径(d’以厘米为单位)。
范例2使用图2所示的现有压缩机排列来进行范例1的操作，其结果列于表三。
表三范例2的压缩机参数(参照图2)
相较于图2的现有系统，本发明的分级压力机布置在一些压缩机级提供较大的调节范围与较大的流量。穿过分级压力机布置的低压级(即图2所示的级23与图3与4所示的级41)的单独的多叶轮的液压压头或压力提升可以被调整以使所有的叶轮本质上达到相同的端速。在中高压力级(图3与4所示的级51)，流量系数与端速几乎与图2所示的现有系统(级27)的相同，且两者提供本质上相同的调节范围与流量。
本发明的分级压力机布置在中低压级(图3与4所示的级47)提供比现有系统(图2所示的级29)略大的调节范围与流量，由于叶轮的低端速，在高压级(图3与4所示的级45)提供比现有系统(图2所示的级33)大得多的调节范围与流量。可以在现有布置的级33增设一个第二叶轮以降低叶轮端速，但这将增加第一叶轮的流量系数到接近最大的容许值且严格地限制该级的流量。
由于本发明范例1的用于液化天然气的生产的分级压力机具有比范例2的现有系统大的调节性能，当设备的操作者要求低液化天然气生产率时，相较于范例2的系统，范例1的系统将有代表性地导致每美吨(907千克)的液化天然气产品的功率系数更低。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其它各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种压缩机系统，包括(a)第一压缩机，该第一压缩机具有第一与第二级，其中第一压缩机的第一级用于压缩第一气体，第一压缩机的第二级用于压缩第四气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩气体的组合；(b)第二压缩机，该第二压缩机具有第一与第二级，其中第二压缩机的第一级用于压缩第二气体，第二压缩机的第二级用于压缩第三气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩气体的组合；其中，第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力，第三气体处于比第二压力高的第三压力，第四气体处于比第三压力高的第四压力。
2.如权利要求1所述的压缩机系统，其中还包括管道装置，用于连接第一压缩机的第二级的出口与第二压缩机的第二级的出口以提供一组合压缩气体。
3.一种气体压缩方法，包括(a)压缩第一压缩机的第一级里的第一气体，在第一压缩机的第二级压缩第四气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩气体的组合，及抽回来自第一压缩机的第二级的第一压缩气流；(b)压缩第二压缩机的第一级的第二气体，在第二压缩机的第二级里压缩第三气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩气体的组合，及抽回来自第二压缩机的第二级的第二压缩气流；(c)组合第一与第二压缩气流以提供最后的压缩气流；其中，第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力，第三气体处于比第二压力高的第三压力，第四气体处于比第三压力高的第四压力，最后的压缩气流处于比第四压力高的最后压力。
4.如权利要求3所述的气体压缩方法，其中任何所述的第一、二、三与四气体是制冷系统提供的制冷气体，最后的压缩气流是提供给制冷系统的压缩制冷气体。
5.一种制冷系统，用于在多温度级提供制冷，包括(a)压缩机系统，用于提供压缩制冷空气，该压缩机系统包括(1)第一压缩机，该第一压缩机具有第一与第二级，其中第一压缩机的第一级用于压缩第一制冷气体，第一压缩机的第二级用于压缩第四制冷气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩制冷气体的组合；(2)第二压缩机，该第二压缩机具有第一与第二级，其中第二压缩机的第一级用于压缩第二制冷气体，第二压缩机的第二级用于压缩第三制冷气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩制冷气体的组合；(3)管道装置，用于连接第一压缩机的第二级的出口与第二压缩机的第二级的出口以提供一压缩制冷气体；其中，第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力，第三气体处于比第二压力高的第三压力，第四气体处于比第三压力高的第四压力；(b)压缩机的后冷却机，用于冷却与冷凝压缩制冷气体，藉以提供冷凝制冷流；(c)制冷设备，用于提供在四个温度范围内的制冷，该制冷设备包括(i)第一压力减小装置，用于减小冷凝制冷流的压力至第四压力，藉以提供第一减压制冷液；(ii)热交换装置，用于蒸发在第四压力的第一减压制冷液的第一制冷部分，藉以提供在第一温度范围的制冷及提供第四制冷气体；(iii)第二压力减小装置，用于将在第四压力的第一减压制冷液的第二制冷部分的压力从第四压力减小到第三压力，藉以提供第二减压制冷液；(iv)热交换装置，用于蒸发在第三压力的第二减压制冷液的第一制冷部分，藉以提供在第二温度范围的制冷及提供第三制冷气体；(v)第三压力减小装置，用于将第二减压制冷液的第二制冷部分的压力从第三压力减小到第二压力，藉以提供第三减压制冷液；(vi)热交换装置，用于蒸发在第二压力的第三减压制冷液的第一制冷部分，藉以提供在第三温度范围的制冷及提供第二制冷气体；(vii)第四压力减小装置，用于将第三减压制冷液的第二制冷部分的压力从第二压力减小到第一压力，藉以提供在第一压力的第四减压制冷液；(viii)热交换装置，用于蒸发在第一压力的减压液，藉以提供在第四温度范围的制冷及提供第一制冷气体。
6.如权利要求5所述的制冷系统，其中该制冷设备用于冷却另一压缩制冷气体。
7.如权利要求5所述的制冷系统，其中该制冷设备用于在液化前预冷却天然气。
8.一种制冷方法，包括(a)(1)压缩第一压缩机的第一级里的第一制冷气体，在第一压缩机的第二级压缩第四气体与来自第一压缩机的第一级的中间压缩气体的组合；(2)压缩第二压缩机的第一级的第二制冷气体，在第二压缩机的第二级里压缩第三气体与来自第二压缩机的第一级的中间压缩气体的组合；(3)连接第一压缩机的第二级的出口与第二压缩机的第二级的出口以提供一压缩制冷气体；其中，第一气体处于第一压力下，第二气体处于比第一压力高的第二压力下，第三气体处于比第二压力高的第三压力下，第四气体处于比第三压力高的第四压力下；(b)冷却与冷凝压缩制冷气体，藉以提供冷凝制冷流；(c)通过下述步骤提供在四个温度范围内的制冷，(i)减小冷凝制冷流的压力至第四压力，藉以提供第一减压制冷液；(ii)蒸发在第四压力的第一减压制冷液的第一制冷部分，藉以提供在第一温度范围的制冷及提供第四制冷气体；(iii)将第一减压制冷液的第二制冷部分的压力从第四压力减小到第三压力，藉以提供第二减压制冷液；(iv)蒸发在第三压力的第二减压制冷液的第一制冷部分，藉以提供在第二温度范围的制冷及提供第三制冷气体；(v)将第二减压制冷液的第二制冷部分的压力从第三压力减小到第二压力，藉以提供第三减压制冷液；(vi)蒸发在第二压力的第三减压制冷液的第一制冷部分，藉以提供在第三温度范围的制冷及提供第二制冷气体；(Vii)将第三减压制冷液的第二制冷部分的压力从第二压力减小到第一压力，藉以提供第四减压制冷液；及(viii)蒸发在第一压力的第四减压制冷液，藉以提供在第四温度范围的制冷及提供第一制冷气体。
9.如权利要求8所述的制冷方法，其中进一步包括通过在第一、第二、第三与第四温度范围中的至少一个里的制冷来冷却额外的压缩制冷气体。
10.如权利要求9所述的制冷方法，其中该额外的压缩制冷气体是包含从氮与具有一个至五个碳原子的碳氢化合物选出的两种或更多成份的混合制冷气体。
11.如权利要求8所述的制冷方法，其中进一步包括通过在第一、第二、第三与第四温度范围中的至少一个所提供的制冷在液化前预冷却天然气。
12.如权利要求8至11中任一项所述的制冷方法，其中该压缩制冷气体包含从具有二个至四个碳原子的碳氢化合物选出的单一成份。
13.如权利要求8至11中任一项所述的制冷方法，其中该压缩制冷气体包含从氮与具有一个至五个碳原子的碳氢化合物选出的两种或更多成份。
全文摘要
一种压缩机系统，包括(a)第一压缩机(43)，该第一压缩机具有第一与第二级(41、45)，其中第一压缩机的第一级(41)用于压缩第一气体(3)，第一压缩机的第二级(45)用于压缩第四气体(9)与来自第一压缩机(43)的第一级的中间压缩气体的组合；(b)第二压缩机(49)，该第二压缩机具有第一与第二级(47、51)，其中第二压缩机的第一级(47)用于压缩第二气体(5)，第二压缩机的第二级(51)用于压缩第三气体(7)与来自第二压缩机的第一级的中间压缩气体的组合。第二气体(5)处于比第一气体(3)高的压力下，第三气体(7)处于比第二气体高的压力下，第四气体(9)处于比第三气体高的压力下。本系统具有特定的多级制冷应用，尤其是用于液化天然气。
文档编号F25B1/10GK1890523SQ200480036353
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月7日 优先权日2003年12月10日
发明者J·M·帕特罗斯基, M·J·罗伯茨 申请人:气体产品与化学公司