混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置的制作方法

本实用新型涉及天然气液化领域，特别是涉及天然气液化装置，更具体的说，是涉及改进的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置。

背景技术：

近年来，液化天然气(LNG)产业在世界范围内快速发展，仅在中国先后有超过数十个 LNG液化装置建成投产，这些装置从不到10万标方/天到500万标方/天，规模不等。从装置选择的液化流程上来看，从N2或是甲烷膨胀机循环、单回路混合冷剂循环到传统的级联式循环等都有采用。不同的液化流程主要体现在不同的冷剂循环回路和流程设备的配置上，而该配置将对液化装置的热力循环效率、设备布置、装置对气源的适应性、装置的可靠性、操作弹性及稳定性，以及固定投资费用产生影响。一般而言，随着液化流程复杂程度的增加，LNG 的比能耗会下降，运行成本会下降；而流程设备数量的增加以及流程回路的增加会造成固定设备投资费用增加，因而会增加单位产品的成本。因此，液化流程的选择要结合原料气条件，综合考虑装置循环效率、设备投资和装置操作性及长期运行成本等各种因素，例如比能耗、流程复杂性以及可靠性的影响。

对于基本负荷型LNG工厂，近几年海外新建装置的发展趋势是装置规模更加大型化，其单线产能鲜有200万吨/年以下的。对于这一类型的装置，多级复叠的丙烷预冷循环与多组分混合冷剂循环相结合的工艺由于较好的能耗指标和成熟的工程化应用使得其成为首选的液化技术。但是，由于其复杂的回路配置、更大的占地面积及极高的投资规模使得其在单线产能 100万吨/年以下的装置中从未采用。而在中国近几年新建装置的发展趋势上看(单线规模全在50万吨/年以下)，对于这种规模的装置，从全世界的范围来看，单循环混合制冷剂循环工艺(SMR)由于工艺简单、装置工程化应用成熟及能耗相对合理等优点而成为世界及中国已建和在建中小型天然气液化装置的主要选项。

专利号为ZL201610152480.2、名称为“混合冷剂内循环方法、天然气液化方法及液化装置”的中国发明专利，针对国内已有SMR工艺的多个装置的缺陷，开发出了一种混合冷剂两路节流的单循环工艺及装置，如图1所示。该装置的主要缺点是：1)主换热器50内设置了相互独立的天然气预冷通道41、天然气液化过冷通道45、重冷剂返流通道32、低压冷剂返流通道37、液相冷剂预冷通道28、高压冷剂预冷通道52共6条通道，单独的重冷剂返流流道的增加，在提高换热及系统循环的热效率的同时也增加了冷箱主换热器的复杂程度，从而增加了设备的投资成本，增大了换热器的体积，增加了运输的难度，在某些项目中，受限于项目现场的实际条件(尤其是运输条件)，可能导致主换热器无法运输到项目现场。2)只能在二段液相预冷后单独节流，无法根据项目环境条件差异灵活配置液化装置内的设备，因此液化装置对项目环境的适应性有待进一步提高，在极低温环境(如高纬度的寒带地区)等特殊的项目现场气候条件下运行的循环效率较低。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供三种改进的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，它可以使设备配置更加灵活，并可以减小设备尺寸；对于特定的环境条件更加高效，对不同项目的适应性增强。

为解决上述技术问题，本实用新型的第一种混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，包括有冷箱，冷箱中设置有换热器，所述换热器具有相互独立的天然气预冷通道、天然气液化过冷通道、低压冷剂返流通道、液相冷剂预冷通道、高压冷剂预冷通道；天然气预冷通道的出口端通过管线连接重烃分离罐的入口；重烃分离罐的顶部出口通过管线连接所述天然气液化过冷通道的入口端，天然气液化过冷通道的出口端通过管线连接压力调节阀的入口端；低压冷剂返流通道出口端通过管线连接冷剂压缩机分离罐的入口；冷剂压缩机分离罐的顶部出口通过管线连接一级冷剂压缩机的入口；一级冷剂压缩机的出口通过管线连接压缩机级间冷却器的入口，压缩机级间冷却器的出口端的管线与压力调节阀出口端的管线汇合后通过管线连接混合冷剂级间分离罐的入口；混合冷剂级间分离罐的顶部出口通过管线连接二级冷剂压缩机的入口，二级冷剂压缩机的出口通过管线连接混合冷剂高压冷凝器的入口，混合冷剂高压冷凝器的出口通过管线连接混合冷剂高压冷凝罐的入口；混合冷剂级间分离罐的底部出口通过管线连接液相冷剂预冷通道的入口端，液相冷剂预冷通道的出口端通过管线连接液相冷剂J-T阀的入口端，液相冷剂J-T阀的出口端通过管线连接低温分离罐的入口，低温分离罐的顶部出口和底部出口分别通过管线连入低压冷剂返流通道；混合冷剂高压冷凝罐的顶部出口通过管线连接高压冷剂预冷通道的入口端，高压冷剂预冷通道的出口端通过管线连接气相冷剂J-T阀的入口端，气相冷剂J-T阀的出口端通过管线连接低压冷剂返流通道的入口端；混合冷剂高压冷凝罐的底部出口通过管线连接压力调节阀的入口端。

本实用新型的第二种混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，相比上述第一种液化装置，省去了压力调节阀及高压液相冷剂回流一段液相，混合冷剂高压冷凝罐的底部出口通过管线直接连接液相冷剂预冷通道的入口端。其他结构和连接关系均与实施例1的天然气液化装置相同。

在上述第一种和第二种天然气液化装置中，低压冷剂返流通道、液相冷剂预冷通道和高压冷剂预冷通道形成一冷剂循环系统。

本实用新型的第三种混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，相比专利号为 ZL201610152480.2、名称为“混合冷剂内循环方法、天然气液化方法及液化装置”的中国发明专利中披露的液化装置(具体参见图1和该发明专利的说明书)，省去了压力调节阀及高压液相冷剂回流一段液相，混合冷剂高压冷凝罐的底部出口通过管线直接连接液相冷剂预冷通道的入口端。其他结构和连接关系均与专利号为ZL201610152480.2的中国发明专利中披露的液化装置(图1)相同。在该第三种天然气液化装置中，重冷剂返流通道、低压冷剂返流通道、液相冷剂预冷通道及高压冷剂预冷通道形成一冷剂循环系统。

在上述三种天然气液化装置中，所述换热器优选为板翅式换热器。所述压缩机级间冷却器和混合冷剂高压冷凝器的冷却形式可以选择水冷、空冷、蒸发式空冷或混合式。所述压力调节阀的出口端可以通过管线连接LNG储存单元。

本实用新型在专利号为ZL201610152480.2、名称为“混合冷剂内循环方法、天然气液化方法及液化装置”的中国发明专利的基础上，通过调节混合冷剂组分配比(特别针对特定环境条件降低了丁烷的含量)和天然气液化装置的参数和设备配置，开发出三种改进型的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置。与现有的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置相比，在保留现有装置优点的基础上，本实用新型的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置还具有以下优点和有益效果：

1.通过在冷箱外、液相冷剂预冷通道和重冷剂返流通道之间的管线上设置低温分离罐，使重冷剂预冷后，先进行气液分离，再与高压气相冷剂共用冷箱的低压冷剂返流通道返流到冷剂压缩机分离罐，如此可以提高液化装置整体循环的热效率，降低单位产品的冷剂压缩机功耗；同时，换热器减少了一条重冷剂返流通道，有助于降低冷箱主换热器的复杂程度及设备尺寸，这对于限于运输条件及对主设备尺寸有明确要求的项目十分有益(在某些项目中，受限于运输条件，如果换热器体积过大，会导致无法运输到项目现场)。

2.通过调整混合冷剂高压冷凝罐液相出口的管线设置，使液化装置内的设备搭配更加灵活，可以灵活地选择一段或者二段液相预冷后单独节流，从而提高了液化流程对环境的适应性，可以匹配不同的装置环境条件，特别是对于极低温环境(如高纬度的寒带地区)等特殊的项目现场气候条件的适应性更高(如在极寒地区建立液化装置，此时整个冷箱主换热器的“热流体”降温曲线会有别于ZL201610152480.2号专利中的常规环境条件，混合冷剂各个组分的调节范围更广，会出现混合冷剂压缩机一段排气冷却后不出现液相的冷剂组分的循环效率更高的现象，这就使得压缩机二段排气冷却后的液相直接进冷箱重冷剂预冷通道后节流返流的配置效率更高)。

附图说明

图1是现有的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置示意图。

图2是本实用新型实施例1的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置示意图。

图3是本实用新型实施例2的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置示意图。

图4是本实用新型实施例3的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置示意图。

图中附图标记说明如下：

10：冷剂压缩机分离罐

11：第一管线

12：一级冷剂压缩机

13：第一非低温管线

14：压缩机级间冷却器

15：第二管线

16：混合冷剂级间分离罐

17：第一常温管线

18：二级冷剂压缩机

19：第二非低温管线

20：混合冷剂高压冷凝器

21：第二常温管线

22：混合冷剂高压冷凝罐

23：第三常温管线

24：第二压力调节阀

25：第三管线

26：第四管线

27：第四常温管线

28：液相冷剂预冷通道

29：第一低温管线

30：液相冷剂J-T阀

31：第二低温管线

32：重冷剂返流通道

33：第五常温管线

34：第三低温管线

35：气相冷剂J-T阀

36：第四低温管线

37：低压冷剂返流通道

38：第六常温管线

39：第七常温管线

40：第八常温管线

41：天然气预冷通道

42：第五管线

43：重烃分离罐

44：第五低温管线

45：天然气液化过冷通道

46：第六低温管线

47：第一压力调节阀

48：第七低温管线

49：第八低温管线

50：冷箱

51：第六管线

52：高压冷剂预冷通道

53：第九低温管线

54：低温分离罐

具体实施方式

为对本实用新型的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图及具体实施例，对本实用新型的技术方案做进一步详细的说明。

以下各实施例均采用混合冷剂作为液化循环的工质。所述混合冷剂主要由甲烷、氮气、乙烯(或乙烷)、丙烷及正丁烷等组成。各组分的摩尔含量由原料天然气的组分及项目现场条件等参数进行整体优化后选定，其中，甲烷的摩尔含量在15～40％之间，氮气在1～13％之间，乙烯在20～40％之间(乙烷特性区别于乙烯，需结合具体项目实际来综合确定)，丙烷在5～ 35％之间，正丁烷在5～35％之间。

以下实施例中的非低温管线是指使用碳钢材质的、管线中流动的介质处于非低温状态的管道；低温管线是指使用不锈钢材质、管线中流动的介质处于低温状态的管道。低温的严格定义取决于选用管道材料的标准，在国内通常以-20℃作为碳钢管线的最低工作温度，如有低温冲击试验的碳钢管材，则最低温度可以到-40℃，在碳钢管线的最低工作温度以上即为非低温，在碳钢管线的最低工作温度以下即为低温，需选用不锈钢管材。

实施例1

如图2所示，本实施例的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，主要包括膨胀珍珠岩保冷冷箱50、冷剂压缩机分离罐10、一级冷剂压缩机12、二级冷剂压缩机18、压缩机级间冷却器14、混合冷剂级间分离罐16、混合冷剂高压冷凝器20、混合冷剂高压冷凝罐22、重烃分离罐43、低温分离罐54。

冷箱50中设置有板翅式换热器，板翅式换热器具有相互独立的天然气预冷通道41、天然气液化过冷通道45、低压冷剂返流通道37、液相冷剂预冷通道28、高压冷剂预冷通道52。

其中：

天然气预冷通道41的入口端连接第八常温管线40，天然气预冷通道41的出口端通过第五管线42连接重烃分离罐43的入口。

重烃分离罐43的底部出口连接第七低温管线48的入口端，第七低温管线48的出口端连接后续处理设备。重烃分离罐43的顶部出口连接第五低温管线44的入口端，第五低温管线 44的出口端连接天然气液化过冷通道45的入口端，天然气液化过冷通道45的出口端经第六低温管线46连接第一压力调节阀47的入口端，第一压力调节阀47的出口端经第八低温管线 49连接LNG储存单元。

低压冷剂返流通道37的出口端连接第六常温管线38的入口端，第六常温管线38的出口端连接冷剂压缩机分离罐10的入口。冷剂压缩机分离罐10用于分离非正常工况下的混合冷剂低压返流中的液体夹带。

冷剂压缩机分离罐10的顶部出口通过第一管线11连接一级冷剂压缩机12的入口。一级冷剂压缩机12的入口吸气的热力学状态为温度约20℃，压力约2.5bar(一般为温度20±5℃，压力2.5±0.5bar)；一级冷剂压缩机12的排气压力为17～20bar。一级冷剂压缩机12的出口经第一非低温管线13连接压缩机级间冷却器14的入口，压缩机级间冷却器14的出口连接第二管线15的入口端，第二管线15的出口端与第三管线25的出口端汇合后，经第六管线51连接混合冷剂级间分离罐16的入口。

混合冷剂级间分离罐16的顶部出口经第一常温管线17连接二级冷剂压缩机18的入口，二级冷剂压缩机18的排气压力为37～42bar。二级冷剂压缩机18的出口经第二非低温管线 19连接混合冷剂高压冷凝器20的入口。混合冷剂高压冷凝器20的出口经第二常温管线21 连接混合冷剂高压冷凝罐22的入口。

混合冷剂级间分离罐16的底部出口经第四常温管线27连接液相冷剂预冷通道28的入口端，液相冷剂预冷通道28的出口端经第一低温管线29连接液相冷剂J-T阀30的入口端，液相冷剂J-T阀(焦耳-汤姆逊节流膨胀阀)30的出口端经管线连接低温分离罐54的入口，低温分离罐54的顶部出口经第二低温管线31连入低压冷剂返流通道37中部，低温分离罐54 的底部出口经第九低温管线53连入低压冷剂返流通道37中部。

混合冷剂高压冷凝罐22的顶部出口经第四管线26连接高压冷剂预冷通道52的入口端，高压冷剂预冷通道52的出口端经第三低温管线34连接气相冷剂J-T阀35的入口端，气相冷剂J-T阀35的出口端经第四低温管线36连接低压冷剂返流通道37的入口端。

混合冷剂高压冷凝罐22的底部出口通过第三常温管线23连接第二压力调节阀24的入口，第二压力调节阀24的出口连接第三管线25的入口端。

本实施例中，混合冷剂级间分离罐16与混合冷剂高压冷凝罐22之间的所有液相输送均不需要混合冷剂泵。

本实施例的整个混合冷剂循环回路中有两个J-T阀，即液相冷剂J-T阀30和气相冷剂 J-T阀35，经过两个J-T阀节流后的低压混合冷剂，经同一条返流通道(低压冷剂返流通道 37)返流吸热并混合后，返回冷剂压缩机分离罐10。

本实施例的天然气液化装置的天然气液化方法，包括以下步骤：

第一步，天然气的预处理：

对以甲烷为主要组分的原料天然气进行预处理，脱除其中的酸性气、水分、汞等杂质组分，得到合格的干燥净化天然气。

第二步，天然气的气液相分离：

使经过预处理的天然气在温度约35℃、压力约42bar(此温度、压力范围可在较大的范围内变化，一般为温度35±10℃、压力42±10bar)的条件下，从第八常温管线40进入膨胀珍珠岩保冷冷箱50中的板翅式换热器的天然气预冷通道41，天然气在天然气预冷通道41内被预冷至-50～-70℃，经过第五管线42进入重烃分离罐43，在重烃分离罐43内进行天然气的气液相分离。

可以根据净化合格的原料天然气的组分，调节重烃分离罐43内的天然气预冷温度来实现原料天然气“重烃”组分的脱除，以防止出现低温段换热器“冻堵”的现象。

第三步，天然气的气液相处理：

液相处理：重烃分离罐43内的液相天然气(即液态烃)从重烃分离罐43底部的第七低温管线48流出；根据原料天然气的具体情况及规格要求，再进行升温、闪蒸或精馏等后续处理；

气相处理：重烃分离罐43内的气相天然气(即脱除了“重组分”的气相)从重烃分离罐 43顶部的第五低温管线44流出后，进入冷箱50中的板翅式换热器的天然气液化过冷通道45，在天然气液化过冷通道45内被进一步冷却、液化及过冷至温度约-152℃、压力约41bar(视具体项目要求及组分等参数优化情况而可细微调整以达最优，一般为温度-152±5℃、压力 41±10bar)；之后经第六低温管线46流出，经第一压力调节阀47降压至约1.1±0.2bar后，再经第八低温管线49流出液化装置，最后进入LNG储存单元。

本实施例的天然气液化装置中，冷剂循环的流程如下(参见图2)：

冷箱50中的低压冷剂返流通道37内返流的混合冷剂在温度约21℃、压力约2.5bar(一般为温度21±10℃，压力2.5±0.5bar)的条件下，经第六常温管线38进入冷剂压缩机分离罐10，在冷剂压缩机分离罐10内分离可能存在的液相(正常工况下为全气相，非正常工况下才可能有低压冷剂返流液相夹带发生)后，经第一管线11进入一级冷剂压缩机12，此时混合冷剂的温度约20℃，压力约2.5bar；混合冷剂经一级冷剂压缩机12压缩至排气压力在17～20bar之间(视工艺参数优化结果而定)。

经过一级压缩后的混合冷剂经第一非低温管线13进入压缩机级间冷却器14，由压缩机级间冷却器14冷却至约33℃(可根据实际工程项目现场条件而改变，一般为33℃±10℃)，之后经第二管线15进入混合冷剂级间分离罐16进行混合冷剂的气液分离。压缩机级间冷却器14可采用水冷、空冷、蒸发式空冷或混合式等各种形式。

混合冷剂级间分离罐16中的气相冷剂(占总冷剂循环量的大多数)经第一常温管线17 进入二级冷剂压缩机18，由二级冷剂压缩机18压缩至排气压力为37～42bar(需结合具体项目实际的整体参数优化结果来确定该排气压力最优值)。

经过二级压缩后的混合冷剂经第二非低温管线19进入混合冷剂高压冷凝器20，由混合冷剂高压冷凝器20冷却至约33℃(该温度可根据实际工程项目现场条件而改变，一般为33℃±10℃)；之后经第二常温管线21进入混合冷剂高压冷凝罐22，在混合冷剂高压冷凝罐22 中进行混合冷剂的二次气液分离。混合冷剂高压冷凝器20可采用水冷、空冷、蒸发式空冷或混合式等各种形式。

混合冷剂高压冷凝罐22中的液相冷剂进入第三常温管线23，流经第二压力调节阀24后，压力降至17～20bar(根据二级冷剂压缩机18的排气压力变化而变化)，然后进入第三管线 25，与来自压缩机级间冷却器14的冷剂混合后，经第六管线51再次进入混合冷剂级间分离罐16进行气液分离。第六管线51中的介质为混合了来自第三管线25的经过二级冷剂压缩机 18压缩后并在混合冷剂高压冷凝罐22中冷凝的液相冷剂。

混合冷剂级间分离罐16中的液相冷剂经第四常温管线27进入冷箱50中的板翅式换热器的液相冷剂预冷通道28，液相冷剂在液相冷剂预冷通道28内被预冷至-38℃～-45℃、压力约16bar下(需结合具体项目实际的整体参数优化结果来确定该温度、压力最优值，一般为16±2bar)出冷箱50，从第一低温管线29经液相冷剂J-T阀30节流至约2.8bar(一般为 2.8±0.4bar)，然后进入低温分离罐54进行气液分离，之后气、液相分别经第二低温管线 31、第九低温管线53返回冷箱50中的低压返流通道37，与来自第四低温管线36的低压返流冷剂相混合。

混合冷剂高压冷凝罐22中的气相冷剂经第四管线26进入冷箱50中的板翅式换热器的高压冷剂预冷通道52，经高压冷剂预冷通道52被预冷至约-152℃(视组分等参数优化情况而可细微调整以达最优，一般为-152±5℃)，后经第三低温管线34通过气相冷剂J-T阀35节流至约3.3bar(一般为3.3±0.5bar)后，经第四低温管线36返回冷箱50中的板翅式换热器的低压冷剂返流通道37，与来自低温分离罐54的冷剂混合并升温、气化吸热后出冷箱50，经第六常温管线38返回冷剂压缩机分离罐10，完成混合冷剂的热力循环过程。此时冷剂全部为气态，热力学状态为温度约21℃，压力约2.5bar。

实施例2

本实施例的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，结构如图3所示，与实施例1 的装置不同之处在于，本实施例的天然气液化装置中，没有设置第二压力调节阀24和第三管线25，混合冷剂高压冷凝罐22的底部出口通过第三常温管线23直接连接冷箱50中的板翅式换热器的液相冷剂预冷通道28的入口端。其他均与实施例1的天然气液化装置的结构相同。

相应的，本实施例的天然气液化装置，其冷剂循环流程与实施例1的不同之处在于，混合冷剂高压冷凝罐22中的液相冷剂经由第三常温管线23直接进入冷箱50中的板翅式换热器的液相冷剂预冷通道28。具体的冷剂循环流程如下(参见图3)：

冷箱50中的低压冷剂返流通道37内返流的混合冷剂在温度约21℃、压力约2.5bar(一般为温度21±10℃，压力2.5±0.5bar)的条件下，经第六常温管线38进入冷剂压缩机分离罐10，在冷剂压缩机分离罐10内分离可能存在的液相(正常工况下为全气相，非正常工况下才可能有低压冷剂返流液相夹带发生)后，经第一管线11进入一级冷剂压缩机12，此时混合冷剂的温度约20℃，压力约2.5bar；混合冷剂经一级冷剂压缩机12压缩至排气压力在17～20bar之间(视工艺参数优化结果而定)。

经过一级压缩后的混合冷剂经第一非低温管线13进入压缩机级间冷却器14，由压缩机级间冷却器14冷却至约33℃(可根据实际工程项目现场条件而改变，一般为33℃±10℃)，之后经第二管线15进入混合冷剂级间分离罐16。压缩机级间冷却器14可采用水冷、空冷、蒸发式空冷或混合式等各种形式。在混合冷剂级间分离罐16中并不出现液相(针对特定的项目现场气象条件，可以通过调整混合冷剂的组分，使进入混合冷剂级间分离罐16的混合冷剂不产生液相冷凝)，保留该混合冷剂级间分离罐16是为了应对非正常工艺状况，以防止压缩机二段入口带液。

混合冷剂级间分离罐16中的气相冷剂经第一常温管线17进入二级冷剂压缩机18，由二级冷剂压缩机18压缩至排气压力为37～42bar(需结合具体项目实际的整体参数优化结果来确定该排气压力最优值)。

经过二级压缩后的气相冷剂，经第二非低温管线19进入混合冷剂高压冷凝器20，由混合冷剂高压冷凝器20冷却至约33℃(该温度可根据实际工程项目现场条件而改变，一般为 33℃±10℃)；之后经第二常温管线21进入混合冷剂高压冷凝罐22，在混合冷剂高压冷凝罐 22中进行混合冷剂的气液分离。混合冷剂高压冷凝器20可采用水冷、空冷、蒸发式空冷或混合式等各种形式。

混合冷剂高压冷凝罐22中的液相冷剂由第三常温管线23，进入冷箱50中的板翅式换热器的液相冷剂预冷通道28，液相冷剂在液相冷剂预冷通道28内被预冷至-38℃～-45℃、压力约16bar下(需结合具体项目实际的整体参数优化结果来确定该温度、压力最优值，一般为16±2bar)出冷箱50，从第一低温管线29经液相冷剂J-T阀30节流至约2.8bar(一般为2.8±0.5bar)，然后进入低温分离罐54进行气液分离，之后气、液相分别经第二低温管线31、第九低温管线53返回冷箱50中的低压返流通道37，与来自第四低温管线36的低压返流冷剂相混合。

混合冷剂高压冷凝罐22中的气相冷剂经第四管线26进入冷箱50中的板翅式换热器的高压冷剂预冷通道52，经高压冷剂预冷通道52被预冷至约-152℃(视组分等参数优化情况而可细微调整以达最优，一般为-152±5℃)，后经第三低温管线34通过气相冷剂J-T阀35节流至约3.3bar(一般为3.3±0.3bar)后，经第四低温管线36返回冷箱50中的板翅式换热器的低压冷剂返流通道37，与来自低温分离罐54的冷剂混合并升温、气化吸热后出冷箱50，经第六常温管线38返回冷剂压缩机分离罐10，完成混合冷剂的热力循环过程。此时冷剂全部为气态，热力学状态为温度约21℃，压力约2.5bar。

本实施例的天然气液化装置的天然气液化方法与实施例1相同。

实施例3

如图4所示，本实施例的混合冷剂两路节流的单循环天然气液化装置，与专利号为 ZL201610152480.2的中国发明专利中披露的天然气液化装置(参见图1)的不同之处在于：本实施例的天然气液化装置中，没有设置第二压力调节阀24和第三管线25，混合冷剂高压冷凝罐22的底部出口通过第三常温管线23直接连接冷箱50中的板翅式换热器的液相冷剂预冷通道28的入口端。其他均与图1的天然气液化装置的结构相同。具体结构说明如下：

包括膨胀珍珠岩保冷冷箱50，冷箱50中设置有板翅式换热器，板翅式换热器具有相互独立的天然气预冷通道41、天然气液化过冷通道45、重冷剂返流通道32、低压冷剂返流通道37、液相冷剂预冷通道28、高压冷剂预冷通道52。

天然气预冷通道41的入口端连接第八常温管线40，天然气预冷通道41的出口端通过第五管线42连接重烃分离罐43的入口。

重烃分离罐43的底部出口连接第七低温管线48的入口端，第七低温管线48的出口端连接后续处理设备；重烃分离罐43的顶部出口连接第五低温管线44的入口端，第五低温管线 44的出口端连接天然气液化过冷通道45的入口端，天然气液化过冷通道45的出口端经第六低温管线46连接第一压力调节阀47的入口端，第一压力调节阀47的出口端经第八低温管线 49连接LNG储存单元。

低压冷剂返流通道37的出口端连接第六常温管线38的入口端，第六常温管线38的出口端与第五常温管线33的出口端汇合后连接第七常温管线39的入口端；第七常温管线39的出口端连接冷剂压缩机分离罐10。冷剂压缩机分离罐10用于分离非正常工况下的混合冷剂低压返流中的液体夹带。

冷剂压缩机分离罐10的顶部通过第一管线11连接一级冷剂压缩机12的入口；一级冷剂压缩机12的出口经第一非低温管线13连接压缩机级间冷却器14的入口，压缩机级间冷却器 14的出口连接第二管线15的入口端，第二管线15的出口端连接混合冷剂级间分离罐16的入口。一级冷剂压缩机12的入口吸气的热力学状态为温度约20℃，压力约2.5bar；一级冷剂压缩机12的排气压力为17～20bar。

混合冷剂级间分离罐16的顶部出口经第一常温管线17连接二级冷剂压缩机18的入口，二级冷剂压缩机18的出口经第二非低温管线19连接混合冷剂高压冷凝器20的入口，混合冷剂高压冷凝器20的出口经第二常温管线21连接混合冷剂高压冷凝罐22的入口。二级冷剂压缩机18的排气压力为37～42bar。

混合冷剂高压冷凝罐22的顶部出口经第四管线26连接高压冷剂预冷通道52的入口端，高压冷剂预冷通道52的出口端经第三低温管线34连接气相冷剂J-T阀35的入口端，气相冷剂J-T阀35的出口端经第四低温管线36连接低压冷剂返流通道37的入口端。

混合冷剂高压冷凝罐22的底部出口通过第三常温管线23连接液相冷剂预冷通道28的入口端，液相冷剂预冷通道28的出口端经第一低温管线29连接液相冷剂J-T阀30的入口端，液相冷剂J-T阀(焦耳-汤姆逊节流膨胀阀)30的出口端经第二低温管线31连接重冷剂返流通道32的入口端，重冷剂返流通道32的出口端连接第五常温管线33的入口端。

本实施例的整个混合冷剂循环回路中有两个J-T阀，即液相冷剂J-T阀30和气相冷剂 J-T阀35，经过两个J-T阀节流后的低压混合冷剂经各自的返流通道返流吸热后在填充有膨胀珍珠岩的保冷冷箱50外(即第七常温管线39)进行混合，之后返回冷剂压缩机分离罐10。

相应的，本实施例的天然气液化装置中冷剂的循环流程与图1的不同之处在于：混合冷剂高压冷凝罐22中的液相冷剂经由第三常温管线23直接进入冷箱50中的板翅式换热器的液相冷剂预冷通道28。具体的冷剂循环流程说明如下(参见图4)：

冷箱50中的低压冷剂返流通道37内返流的混合冷剂在温度约21℃，压力约2.5bar(一般为温度21±10℃，压力2.5±0.5bar)经第七常温管线39进入冷剂压缩机分离罐10，在冷剂压缩机分离罐10内分离可能存在的液相(正常工况下为全气相，非正常工况下才可能有低压冷剂返流液相夹带发生)后，经第一管线11进入一级冷剂压缩机12，此时混合冷剂的温度约20℃，压力约2.5bar；混合冷剂经一级冷剂压缩机12压缩至排气压力在17～20bar 之间(视工艺参数优化结果而定)。

经过一级压缩后的混合冷剂经第一非低温管线13进入压缩机级间冷却器14，由压缩机级间冷却器14冷却至约33℃(可根据实际工程项目现场条件而改变，一般为33±10℃)，之后经第二管线15进入混合冷剂级间分离罐16。压缩机级间冷却器14可采用水冷、空冷、蒸发式空冷或混合式等各种形式。在混合冷剂级间分离罐16中并不出现液相(针对特定的项目现场气象条件，可以通过调整混合冷剂的组分，使进入混合冷剂级间分离罐16的混合冷剂不产生液相冷凝)，保留该混合冷剂级间分离罐16是为了应对非正常工艺状况，以防止压缩机二段入口带液。

混合冷剂级间分离罐16中的气相冷剂经第一常温管线17进入二级冷剂压缩机18，由二级冷剂压缩机18压缩至排气压力为37～42bar(需结合具体项目实际的整体参数优化结果来确定该排气压力最优值)。

经过二级压缩后的混合冷剂经第二非低温管线19进入混合冷剂高压冷凝器20，由混合冷剂高压冷凝器20冷却至约33℃(该温度可根据实际工程项目现场条件而改变，一般为33 ±10℃)；之后经第二常温管线21进入混合冷剂高压冷凝罐22，在混合冷剂高压冷凝罐22 中进行混合冷剂的气液分离。混合冷剂高压冷凝器20可采用水冷、空冷、蒸发式空冷或混合式等各种形式。

混合冷剂高压冷凝罐22中的液相冷剂经第三常温管线23进入冷箱50中的板翅式换热器的液相冷剂预冷通道28，液相冷剂在液相冷剂预冷通道28内被预冷至-38℃～-45℃、压力约16bar下(需结合具体项目实际的整体参数优化结果来确定该温度、压力最优值，压力一般为16±2bar)出冷箱50，从第一低温管线29经液相冷剂J-T阀30节流至约2.8±0.5bar，然后经第二低温管线31返回冷箱50中的板翅式换热器的重冷剂返流通道32，升温、气化吸热后经第五常温管线33与来自低压冷剂返流通道37的返流冷剂相混合。

混合冷剂高压冷凝罐22中的气相冷剂经第四管线26进入冷箱50中的板翅式换热器的高压冷剂预冷通道52，经高压冷剂预冷通道52被预冷至约-152±5℃(视组分等参数优化情况而可细微调整以达最优)，后经第三低温管线34通过气相冷剂J-T阀35节流至约3.3±0.5bar 后，经第四低温管线36返回冷箱50中的板翅式换热器的低压冷剂返流通道37，升温、气化吸热后出冷箱50并进入第六常温管线38，然后与来自第五常温管线33的低压返流重冷剂混合后，经第七常温管线39返回冷剂压缩机分离罐10，完成混合冷剂的热力循环过程；此时冷剂全部为气态，热力学状态为温度约21℃，压力约2.5bar。

本实施例的天然气液化装置的天然气通道的流程方法，与ZL201610152480.2号中国发明专利及实施例1、2均相同。

上述实施例1和2的装置在保留专利号为ZL201610152480.2的中国发明专利的优点的基础上，同时增加了设备搭配的灵活性，减小了主冷箱换热器的几何体积；上述实施例2和3 的装置还可以提高天然气液化系统整体循环的热效率，降低冷剂压缩机功耗，因此可以提高液化流程对环境的适应性，特别是对于极低温环境(如高纬度的寒带地区)的适应性更高。