本发明涉及采用混合制冷液化工艺的液化天然气生产，具体涉及一种带有制冷剂补充装置的天然气液化系统及天然气液化方法。
背景技术：
随着天然气消费量的增长，作为天然气最有效的供用形式之一，液化天然气成为能源市场增长最快的领域之一。液化天然气工业的不断发展，对天然气液化方法和装置在能耗、投资和效率等方面提出了更高的要求。
目前，比较成熟的天然气液化工艺主要有：阶式制冷工艺、膨胀制冷工艺和混合制冷工艺。其中的混合制冷工艺则比较受中型天然气液化装置的青睐，但相对其他制冷工艺而言，混合制冷工艺存在着混合制冷剂组分配比较为困难，装置开车周期较长的缺点。混合制冷剂中的组分，如丙烷、异戊烷等，是以液态的形式加入到制冷剂压缩循环中的，需与其他轻组分混合后成为气相，才能参与到制冷剂压缩中。重组分的汽化，轻、重组分，使得装置开车周期被显著拉长。本发明提出一种新型的制冷剂补充方法及其装置，可降低制冷剂补充难度，缩短开车周期。
技术实现要素：
本发明提供了一种用于混合制冷液化工艺的制冷剂补充方法和装置，用于向采用混合制冷液化工艺的天然气液化装置的制冷剂循环系统中补充制冷剂，可简化开车流程，缩短开车周期。
本发明所述的一种带有制冷剂补充装置的天然气液化系统，其包括第一、第二、第三和第四分离器、第一、第二、第三和第四节流装置、第一和第二流量调节阀、第一和第二流量计量设备、以及一组板翅式换热器，
其中，来自制冷剂压缩系统的一级液相制冷剂管道通过换热器组中的第一换热通道连接第一节流装置的一端，第一节流装置的另一端与第一分离器的入口连接；
来自制冷剂压缩系统来的二级液相制冷剂管道通过换热器组中的第二换热通道与第二节流装置的一端连接，第二节流装置的另一端与第一分离器的入口连接，第一分离器的气相出口及液相出口连接至换热器组中的第三换热通道；
来自制冷剂压缩系统来的二级气相制冷剂管道通过换热器组中的第四换热通道与第二分离器的入口连接，第二分离器的气相出口通过换热器组中的第五换热通道与第三节流装置的一端连接，第三节流装置的另一端与第三分离器的入口连接，第三分离器的气相出口及液相出口连接至换热器组中的第三换热通道；第二分离器的液相出口通过换热器组中的第七换热通道与第四节流装置的一端连接，第四节流装置的另一端与第四分离器的入口连接，第四分离器的气相出口及液相出口连接至换热器组中的第三换热通道；第三换热通道的另一端返回制冷剂压缩系统；净化天然气管道连接换热器组的第六换热通道，然后连接至lng管道；
来自丙烷、异戊烷储存系统的丙烷/异戊烷管道经第一流量计量设备流量计，连接第一流量调节阀后连接至第一分离器入口；
来自乙烯储存系统的乙烯管道经第二流量计量设备流量计，连接第二流量调节阀后连接至第四分离器的入口。
进一步地，用于混合制冷液化工艺的制冷剂补充装置进一步包括二级制冷剂压缩系统，其中一级压缩的液相出口连接一级液相制冷剂管道，二级压缩的液相出口连接二级液相制冷剂管道，以及二级压缩的气相出口连接二级气相制冷剂管道。
进一步地，第一分离器的气相出口及液相出口汇合后连接至换热器组中的第三换热通道或分别连接至换热器组中的第三换热通道；和/或
第三分离器的气相出口及液相出口汇合后连接至换热器组中的第三换热通道或分别连接至换热器组中的第三换热通道；和/或
第四分离器的气相出口及液相出口汇合后连接至换热器组中的第三换热通道或分别连接至换热器组中的第三换热通道。
进一步地，第三换热通道的另一端返回制冷剂压缩系统的一级压缩的入口。
本发明进一步涉及使用上述系统的天然气液化方法，其工艺流程如下：
净化后的原料天然气进入板翅式换热器组，吸收制冷剂释放出的冷量进行预冷、液化，并最终冷却至-130℃～-162℃，进一步例如-135～-155℃，得到lng产品；
混合制冷剂(包括任意比例的c1～c5和n2或由任意比例的c1～c5和n2组成)经混合制冷剂压缩机增压，得到的一级液相制冷剂、二级液相制冷剂、二级气相制冷剂；
所述一级液相制冷剂首先进入换热器组的第一换热通道，在其中被预冷至约0℃～-30℃，优选-5～-20℃，经第一节流阀节流至0.25～0.8mpaa，优选0.4-0.7mpa后进入第一分离器，由第一分离器分离出的气相与液相汇合后进入换热器组的第三换热通道，与从换热器组后一级换热器返回的混合制冷剂流股汇合，为换热器组提供冷量，然后返回混合制冷剂压缩机入口增压；
由制冷剂压缩系统来的二级液相制冷剂通过换热器组第二换热通道预冷至0℃～-30℃，优选-5～-20℃，再经第二节流阀节流至0.25～0.8mpaa，优选0.4-0.7mpa后，也进入第一分离器进行气液分配；
由制冷剂压缩系统来的二级气相制冷剂经换热器组的第四换热通道，冷却至0℃～-30℃，优选-5～-20℃，然后进入第二分离器分液，分离出的气相自第二分离器的顶部出口进入换热器组的第五换热通道冷却至-30℃～-100℃，优选-40～-90℃，进一步例如-50～-80℃，然后经第三节流阀3节流至0.25～0.8mpaa，优选0.4-0.7mpa后进入第三分离器，由第三分离器分离出的气相与液相汇合后进入换热器组的第三换热通道，为换热器组提供冷量，最终返回制冷剂压缩机入口增压；第二分离器分离出的液相自第二分离器的底部出口进入换热器组的第七换热通道冷却至-135℃～-165℃，优选-140～-155℃，然后经第四节流阀节流至0.25～0.8mpaa，优选0.4-0.7mpa后进入第四分离器，由第四分离器分离出的气相与液相汇合后进入换热器组的第三换热通道，为换热器组提供冷量；
自丙烷、异戊烷储存系统来的丙烷经流量计计量后，经过第一流量调节阀补充至第一分离器的入口管道上，主要为液相，可能携带少量的气量，进入第一分离器气液分配后，一同进入板翅式换热器组；
自乙烯储存系统来的乙烯经流量计计量后，经过第二流量调节阀补充至第四分离器的入口管道上，主要也为液相，可能携带管输过程中产生的气量，进入第四分离器气液分酌情后，一同进入板翅式换热器组。
进一步地，在天然气液化装置开车初期依次补充甲烷和氮气制冷剂，使制冷剂压缩机与板翅式换热器组之间形成循环，然后慢慢依次补充入丙烷、异戊烷，第一分离器中的丙烷、异戊烷在第三换热通道自下而上高速流动的气相制冷剂的带动下汽化，一同返回制冷剂压缩机入口；等板翅式换热器组整体温区下降(例如下降至-100～-70℃)以后，此时乙烯自乙烯储存系统经第二流量计、第二流量调节阀补充入第四分离器，第四分离器中的乙烯在换热器组第三换热通道自下而上高速流动的气相制冷剂的带动下汽化，一同返回制冷剂压缩机入口。开车初期不通过此途径补充乙烯，以免板翅式换热器组局部温度聚降，产生安全隐患。
进一步地，在天然气液化装置开车初期依次补充入甲烷和氮气制冷剂，使制冷剂压缩机与板翅式换热器组之间形成循环，然后依次补充入丙烷、异戊烷，然后再依次补充入甲烷和氮气制冷剂，继而依次补充入丙烷、异戊烷，重复一个或多个循环，例如2-5个循环。组分由轻到重依次补充，补充量、流速取决于具体的天然气液化装置的规模，不是特别限制的，可由现场操作人员确定，补充速度快慢只是影响开车时间；一般分多次补充入，补充一会儿轻组分，再补丙烷、异戊烷等重组分，然后再补轻组分；直至系统中充满各组分制冷剂，使得最终各组分配比为：n2:5mol％－25mol％，c1:10mol％－25mol％，c2:30mol％－55mol％，c3:10mol％－25mol％，c5:10mol％－25mol％，基于全部气体的总摩尔数。
本发明的优点：
1.将乙烯、丙烷、异戊烷等直接补充入原本储存有液相的冷剂分液罐中，较原补充至制冷剂压缩机入口，且需将各组分汽化的补充方法相比，流程更为简单，可节省开车周期。
2.将各制冷剂组分直接补充入冷剂分液罐的另一个优点是，省去了各组分由液相变为汽相，而后再变为液相的过程，可以节省制冷剂压缩机的压缩功耗，以及板翅式换热器中的冷量。
附图说明
图1是本发明所采用的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明：
如图1所示，本发明所述的用于混合制冷液化工艺的制冷剂补充装置，包括四台分离器、四台节流装置、两台流量调节阀、两台流量计量设备、一组板翅式换热器。
由制冷剂压缩系统来的一级液相制冷剂管道通过换热器组e1中的第一换热通道连接第一节流装置1的一端，第一节流装置1的另一端与第一分离器v1的入口连接；由制冷剂压缩系统来的二级液相制冷剂管道通过换热器组e1中的第二换热通道与第二节流装置2的一端连接，第二节流装置2的另一端与第一分离器v1的入口连接，第一分离器v1的气相及液相出口连接至换热器组e1中的第三换热通道；由制冷剂压缩系统来的二级气相制冷剂管道通过换热器组e1中的第四换热通道与第二分离器v2的入口连接，第二分离器v2的气相出口通过换热器组e1中的第五换热通道与第三节流装置3的一端连接，第三节流装置3的另一端与第三分离器v3的入口连接，第三分离器v3的气相及液相出口连接至换热器组e1中的第三换热通道；第二分离器v2的液相出口通过换热器组e1中的第七换热通道与第四节流装置4的一端连接，第四节流装置4的另一端与第四分离器v4的入口连接，第四分离器v4的气相及液相出口连接至换热器组e1中的第三换热通道；第三换热通道的另一端返回制冷剂压缩系统；净化天然气管道连接换热器组e1的第六换热通道，然后连接至lng管道；
来自丙烷、异戊烷储存系统的丙烷/异戊烷管道经第一流量计量设备流量计f1，连接第一流量调节阀5后连接至第一分离器v1入口；
来自乙烯储存系统的乙烯管道经第二流量计量设备流量计f2，连接第二流量调节阀6后连接至第四分离器v4的入口。
用于混合制冷液化工艺的制冷剂补充方法，其工艺流程如下：
如附图1所示，净化后的原料天然气进入板翅式换热器组e1，吸收制冷剂释放出的冷量进行预冷、液化，并最终冷却至-130℃～-162℃，得到lng产品；
混合制冷剂由c1～c5和n2组成，并经混合制冷剂压缩机增压，得到的一级液相制冷剂、二级液相制冷剂、二级气相制冷剂分别进入板翅式换热器组e1参与换热；
由制冷剂压缩系统来的一级液相制冷剂首先进入换热器组e1的第一换热通道，在其中被预冷至约0℃～-30℃，经第一节流阀1节流至0.25～0.8mpaa后进入第一分离器v1，由第一分离器v1分离出的气相与液相汇合后进入换热器组e1的第三换热通道，与从换热器组e1后一级换热器返回的混合制冷剂流股汇合，为换热器组e1提供冷量，然后返回混合制冷剂压缩机入口增压；由制冷剂压缩系统来的二级液相制冷剂通过换热器组e1第二换热通道预冷至0℃～-30℃，再经第二节流阀2节流至0.25～0.8mpaa后，也进入第一分离器v1进行气液分配；由制冷剂压缩系统来的二级气相制冷剂经换热器组e1的第四换热通道，冷却至0℃～-30℃，然后进入第二分离器v2分液，分离出的气相自第二分离器v2的顶部出口进入换热器组e1的第五换热通道冷却至-30℃～-100℃，然后经第三节流阀3节流至0.25～0.8mpaa后进入第三分离器v3，由第三分离器v3分离出的气相与液相汇合后进入换热器组e1的第三换热通道，为换热器组e1提供冷量，最终返回制冷剂压缩机入口增压；第二分离器v2分离出的液相自第二分离器v2的底部出口进入换热器组e1的第七换热通道冷却至-135℃～-165℃，然后经第四节流阀4节流至0.25～0.8mpaa后进入第四分离器v4，由第四分离器v4分离出的气相与液相汇合后进入换热器组e1的第三换热通道，为换热器组e1提供冷量；
自丙烷、异戊烷储存系统来的丙烷经流量计f1计量后，经过第一流量调节阀5补充至第一分离器v1的入口管道上，主要为液相，可能携带少量的气量，进入第一分离器v1气液分配后，一同进入板翅式换热器组e1；
自乙烯储存系统来的乙烯经流量计f2计量后，经过第二流量调节阀6补充至第四分离器v4的入口管道上，主要也为液相，可能携带管输过程中产生的气量，进入第四分离器v4气液分酌情后，一同进入板翅式换热器组e1。
装置开车初期补充制冷剂，首先向制冷剂压缩机入口补充入甲烷、氮气等轻组分，使制冷剂压缩机与板翅式换热器组e1之间形成循环，然后慢慢补充入丙烷、异戊烷，第一分离器v1中的丙烷、异戊烷在第三换热通道自下而上高速流动的气相制冷剂的带动下汽化，一同返回制冷剂压缩机入口；等板翅式换热器组e1整体温区下降以后，此时乙烯自乙烯储存系统经流量计、流量调节阀补充入第四分离器v4，第四分离器v4中的乙烯在换热器组e1第三换热通道自下而上高速流动的气相制冷剂的带动下汽化，一同返回制冷剂压缩机入口。开车初期不通过此途径补充乙烯，以免板翅式换热器组e1局部温度聚降，产生安全隐患。
实施例1
如附图1所示，净化后的原料天然气进入板翅式换热器组e1，吸收制冷剂释放出的冷量进行预冷、液化，并最终冷却至-141℃，得到lng产品；
混合制冷剂由c1～c5和n2组成，并经混合制冷剂压缩机增压，得到的一级液相制冷剂、二级液相制冷剂、二级气相制冷剂分别进入板翅式换热器组e1参与换热；
由制冷剂压缩系统来的一级液相制冷剂首先进入换热器组e1的第一换热通道，在其中被预冷至约-15℃，经第一节流阀1节流至0.5mpaa后进入第一分离器v1，由第一分离器v1分离出的气相与液相汇合后进入换热器组e1的第三换热通道，与从换热器组e1后一级换热器返回的混合制冷剂流股汇合，为换热器组e1提供冷量，然后返回混合制冷剂压缩机入口增压；由制冷剂压缩系统来的二级液相制冷剂通过换热器组e1第二换热通道预冷至-18℃，再经第二节流阀2节流至0.5mpaa后，也进入第一分离器v1进行气液分配；由制冷剂压缩系统来的二级气相制冷剂经换热器组e1的第四换热通道，冷却至-16℃，然后进入第二分离器v2分液，分离出的气相自第二分离器v2的顶部出口进入换热器组e1的第五换热通道冷却至-60℃，然后经第三节流阀3节流至0.5mpaa后进入第三分离器v3，由第三分离器v3分离出的气相与液相汇合后进入换热器组e1的第三换热通道，为换热器组e1提供冷量，最终返回制冷剂压缩机入口增压；第二分离器v2分离出的液相自第二分离器v2的底部出口进入换热器组e1的第七换热通道冷却至-145℃，然后经第四节流阀4节流至约0.5mpaa后进入第四分离器v4，由第四分离器v4分离出的气相与液相汇合后进入换热器组e1的第三换热通道，为换热器组e1提供冷量；
自丙烷、异戊烷储存系统来的丙烷经流量计f1计量后，经过第一流量调节阀5补充至第一分离器v1的入口管道上，主要为液相，可能携带少量的气量，进入第一分离器v1气液分配后，一同进入板翅式换热器组e1；
自乙烯储存系统来的乙烯经流量计f2计量后，经过第二流量调节阀6补充至第四分离器v4的入口管道上，主要也为液相，可能携带管输过程中产生的气量，进入第四分离器v4气液分酌情后，一同进入板翅式换热器组e1。
装置开车初期补充制冷剂，首先向制冷剂压缩机入口补充入甲烷、氮气轻组分，使制冷剂压缩机与板翅式换热器组e1之间形成循环，然后慢慢补充入丙烷、异戊烷，第一分离器v1中的丙烷、异戊烷在第三换热通道自下而上高速流动的气相制冷剂的带动下汽化，一同返回制冷剂压缩机入口；等板翅式换热器组e1整体温区下降到约-85℃以后，此时乙烯自乙烯储存系统经流量计、流量调节阀补充入第四分离器v4，第四分离器v4中的乙烯在换热器组e1第三换热通道自下而上高速流动的气相制冷剂的带动下汽化，一同返回制冷剂压缩机入口。最终使得制冷剂各组分配比为：n2:10mol％，c1:20mol％，c2:40mol％，c3:15mol％，c5:15mol％，基于全部气体的总摩尔数。
对比例1
与实施例1类似地进行，只是丙烷、异戊烷、乙烯的补充方式不同。自制冷剂压缩机一级或二级压缩后，引出一条热气管线，丙烷、异戊烷、乙烯分别通过丙烷补充系统、异丙烷补充系统和乙烯补充系统补充至此热气管线，由热气将丙烷、异戊烷、乙烯加热气化后，补充至制冷剂压缩机入口。与实施例1相比，前述引出的热气减压返回至制冷剂压缩机入口，而未进入冷箱发挥制冷剂应有的作用，制冷剂压缩机相应部分的功率则被浪费。由于补充入的丙烷、异戊烷、乙烯全部为气相，进入冷箱后需耗费冷量液化，与实施例1直接补充入液相相比，也使制冷剂压缩机能耗增加。