Lng低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的制造方法
【专利摘要】本发明属天然气低温液化技术领域，涉及LNG一级低温制冷板翅式换热器及混合制冷剂制冷技术，应用C3H8、C4H10—异C4H10制冷剂及LNG二级出口0.3MPa、－63℃的N2—CH4—C2H4混合气在五股流板翅式换热器内将36℃、6.1MPa天然气冷却至－53℃以便进入二级预冷段；应用板翅式换热器首先过冷C3H8、C4H10—异C4H10，再节流至混合制冷剂侧与N2—CH4—C2H4混合后预冷天然气侧、N2—CH4—C2H4侧、过冷C3H8侧及C4H10—异C4H10侧，达到一级天然气预冷、混合气N2—CH4—C2H4预冷及C3H8、C4H10—异C4H10节流前过冷目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于陆地LNG及海洋FLNG领域，实现36℃～－53℃天然气低温预冷过程，解决LNG一级制冷技术难题。
【专利说明】
LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器
技术领域
[0001] 本发明属天然气低温液化技术领域，涉及LNG —级低温制冷板翅式换热器及混合制冷剂制冷技术，应用C3HS、C4Hi。一异C4Hi。制冷剂及LNG二级出口 0.3MPa、一 63°C的N 2— CH4 —C2H4混合气在五股流板翅式换热器内将36°C、6.1MPa天然气冷却至一 53°C以便进入二级预冷段；应用板翅式换热器首先过冷C3HS、C4Hi。一异C4Hi。，再节流至混合制冷剂侧与 N2—CH4—C2H4混合后预冷天然气侧、N 2—014 —C2H4侧、过冷C 3HS侧及C巩。一异CA。侧，达到一级天然气预冷、混合气NfCH4 —切4预冷及C 3HS、(?。一异(?。节流前过冷目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于陆地LNG及海洋FLNG领域，实现36°C?一 53°C天然气低温预冷过程，解决LNG —级制冷技术难题。【背景技术】
[0002] 大型混合制冷剂天然气液化流程主要包括三个阶段，第一个阶段是将压缩后的天然气进行预冷，即将36°C天然气预冷至一 53°C，第二个阶段是将天然气从一 53°C冷却至一 120°C，为低温液化做准备，第三个阶段是将一 120°C天然气冷却至一 164°C并液化，三个过程可采用不同制冷工艺、不同制冷剂及不同换热设备。目前，大多混合制冷剂天然气液化系统采用整体换热方式，将三段制冷过程连接为一整体，换热器高度可达60?80米，换热效率得到明显提高，但存在的问题是换热工艺流程过于复杂，换热设备体积过于庞大，给加工制造、现场安装及运输带来严重不便，且一旦出现管道泄漏等问题，难于检测，很容易造成整台换热器报废，成套工艺装备停产。另外，由于普通列管式换热器采用管板连接平行管束方式，结构简单，自收缩能力较差，一般为单股流换热，换热效率较低，体积较大，温差较小， 难以将天然气在一个流程内冷却并液化。此外，以螺旋缠绕管式换热器为主液化设备的大型LNG液化系统，也具有三段式混合制冷剂制冷的特点，加上缠绕管式换热器具有自紧收缩的功能及单位体积换热面积大等优点，适用于大型LNG低温液化环境，具有很高的液化效率及经济性，一般适用于日产100万至500万方的LNG系统。由于天然气液化系统受气源产量的限制，大多数中小型气田的日产量多在60万至100万方之间，如使用大型缠绕管式换热器的液化系统就不经济，加工制造成本及投资太大。板翅式换热器相对于缠绕管式换热器同样具有很高的换热效率，多采用高强度铝合金材料后，导热系数大，单位体积换热面积大，且总体高度相当于缠绕管式换热器的三分之一，换热器总体尺寸较小，无管板，对换热器在低温工况下的自紧收缩要求较小，特别适用于60万至100万方之间的产量较小的LNG液化系统。近年来，随着海洋领域内的浮式LNG液化船的发展，一般将海底开发出来的天然气直接在浮式FLNG液化船上液化，由于受LNG液化船晃动及空间小等问题的影响， 主液化换热器不宜太高，如使用较高的缠绕管式换热器做为主液化设备，即便分段后其高度也会严重影响LNG船在海洋上的稳定性，而板翅式换热器在相同产量下较缠绕管式换热器具有较低的总体高度，如再分段制冷后，更适用于FLNG浮式液化船等系统。本发明主要针对60万至100万方之间的陆地LNG及海洋用FLNG液化系统，根据LNG —级低温液化特点，采用三段各自独立的板翅式换热器做为主要换热设备，分段独立制冷，重点针对第一级C3HS、C4Hi。一异C4Hi。制冷剂制冷工艺流程，研究开发温区介于36°C?一 53°C之间的第一级制冷工艺技术及装备，解决第一级天然气低温液化核心技术问题，即LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器结构及工艺流程问题。
【发明内容】
[0003]本发明主要针对天然气一级36°C?一 53°C制冷问题，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大的五股流板翅式换热器做为主换热设备，应用C3HS、C4Hi。一异C4Hi。制冷剂先预冷后节流的制冷工艺流程，控制相变制冷流程，进而控制天然气预冷温度及压力，提高换热效率，解决天然气一级预冷问题。
[0004]本发明的技术解决方案:LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器，包括天然气进口法兰1、天然气进口接管 2、天然气进口管箱3、队一014—(:2114 — C3HS—(?。一异(?。混合气出口法兰4、、一014— C2H4 — C3HS —C4Hi。一异 C4Hi。混合气出口接管 5、1一014—(:2114 — C3HS —C4Hi。一异 C4Hi。混合气出口管箱6為一014—切4一(^8—(:4111。一异(:4111。混合气出口导流板7、折板8、左封条9、下封条10、C3HS出口法兰11、C3HS出口接管12、C3HS出口管箱13、C4Hi。一异CA。出口法兰14、 CA。一异 CA。出口接管 15、CA。一异 CA。出口管箱 16、、一014—(:2114出口法兰 17、、一 014—(:2114出口接管18、化一014—(:2114出口管箱19、天然气出口法兰20、天然气出口接管21、 天然气出口管箱22、队一014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混合气进口法兰23、、一014— C2H4— C3HS— C4Hi。一异 C4Hi。混合气进口接管 24、、一014—(:2114— C3HS — C4Hi。一异 C4Hi。混合气进口管箱25、队一014—(:2114 — C3HS — (?。一异(?。混合气进口导流板26、右封条27、上封条28、C3HS进口法兰29、C 3HS进口接管30、C 3HS进口管箱31、C巩。一异CA。进口法兰32、 (?。一异 C4Hi。进口接管 33、C 巩。一异(?。进口管箱 34、N 2—014—(:2114进口法兰 35、N 2— CHfC2H4进口接管36、NfCHfC2H4进口管箱37、天然气进口导流板38、天然气出口导流板 39、队一014—C2H4进口导流板40、N 2—014—C2H4出口导流板41、C巩。一异C4Hi。进口导流板 42、C4Hi。一异CA。出口导流板43、C 3HS进口导流板44、C 3HS出口导流板45、节流后C巩。一异 CA。进口法兰46、节流后C巩。一异CA。进口接管47、节流后C 3HS进口法兰48、节流后C 3HS 进口接管49、隔板50、前面板51、后面板52,其特征在于:前面板51与后面板52之间依次相间连接折板8与隔板50 ;折板8上部依次连接NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气出口导流板7、天然气进口导流板38、NfCHfC2H4进口导流板40、C 4氏。一异(?。进口导流板42、C3HS进口导流板44,并形成多组连接；折板8下部依次连接N 2—CH4—C2H4 — C3HS— CA。一异CA。混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、N 2—CH4—C2H4出口导流板41、 C4Hi。一异C4Hi。出口导流板43、C 3HS出口导流板45,并形成多组连接；左封条9依次连接于换热器左侧隔板50之间；右封条27依次连接于换热器右侧隔板50之间；上封条28依次连接于换热器上侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；下封条10依次连接于换热器下侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；N2 —CH4一C2H4一C3H8一C4H10一异(?。混合气出口通道与N2—CH4—C2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气进口通道位于同一层内，并形成 N2—CH4—C2H4 — C3HS — CA。一异(?。混合气侧夹层；天然气进口通道与天然气出口通道位于同一层内，并形成天然气侧夹层；NfCHfC2H4进口通道与NfCHfC2H4出口通道位于同一层内，并形成NfCHfC2H4侧夹层；C 4氏。一异(?。进口通道与C 4氏。一异(?。出口通道位于同一层内，并形成(?。一异(?。侧夹层；C 3HS进口通道与C 3HS出口通道位于同一层内， 并形成 C3HS侧夹层；N2— 014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气侧夹层、1一014—(:2114侧夹层、天然气侧夹层、C4Hi。一异C4Hi。侧夹层、C3HS侧夹层依次排列形成一组夹层，多组夹层依次排列组成整体换热器；每组夹层中的NfCHfC2H4—C3HS—(?。一异(?。混合气出口、天然气进口、队一014—切4进口、C巩。一异CA。进口、C 3HS进口在换热器顶部依次排成五列， 并依次形成队一014—(:2114 —C3HS— (?。一异(?。混合气出口列、天然气进口列、1一014— C2H4进口列、C 4H10—异(:41110进口列、C 3HS进口列；N 2— CH4— C2H4— C3HS— C4H10—异 C4H10混合气出口列、天然气进口列、队一 014— C2H4进口列、C 4氏。一异(?。进口列、C 3HS进口列顶部依次分别连接半圆柱型NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气出口管箱6、天然气进口管箱 3、N2—CH4—C2H4进口管箱 37XA。一异 CA。进口管箱 34、C3Hs进口管箱 31 ;N2—CH4— C2H4— C3Hs— (?。一异CA。混合气出口列、天然气进口列、N 2— 014— C2H4进口列、C巩。一异 (?。进口列、C 3HS进口列底部各口依次分别连接N 2—014—(:2114— C3HS — (?。一异(?。混合气出口导流板7、天然气进口导流板38、N厂CH4—C2H4进口导流板40、C巩。一异CA。进口导流板42、C3HS进口导流板44 ;N「CH4—C2H4 — C3HS — CA。一异CA。混合气出口导流板7、 天然气进口导流板38、队一014—(:2114进口导流板40、C 4氏。一异CA。进口导流板42、C 3HS进口导流板44底部依次分别连接各夹层内折板8顶部；N2—CH4—C2H4 — C3Hs — CA。一异C4H1Q 混合气出口管箱6、天然气进口管箱3、队一014— C2H4进口管箱37、C巩。一异(?。进口管箱 34、C3HS进口管箱31五个管箱依次排列并分别连接于换热器顶部；1一014—(:2114—(:3118— CA。一异CA。混合气出口管箱6、天然气进口管箱3、N 2— 014— C2H4进口管箱37、C巩。一异 (?。进口管箱34、C 3HS进口管箱31顶部分别连接N 2—014—(:2114 — C3HS—(?。一异(?。混合气出口接管5、天然气进口接管2、队一014—(:2114进口接管36、C巩。一异(?。进口接管33、 切8进口接管30小2—〇14—(:2114—(:3118—(:4111。一异(:4111。混合气出口接管5、天然气进口接管 2、队一014—切4进口接管36、C巩。一异CA。进口接管33、C 3HS进口接管30顶部分别连接队一014—(:2114—C3HS—C4Hi。一异 C4Hi。混合气出口法兰 1、天然气进口法兰 4、N 2—014—(:2114进口法兰35、C4Hi。一异CA。进口法兰32、C3HS进口法兰29 ;每组夹层中的C3HS出口、CA。一异 CA。出口、1一014—(:2114出口、天然气出口、N2—CH4—C2H4—C3HS—CA。一异 CA。混合气进口在换热器底部依次排成五列，并依次形成C3HS出口列、C 4氏。一异(?。出口列、NfCHfC2H4 出口列、天然气出口列、队一014—(:2114 —C3HS —(?。一异(?。混合气进口列；C3HS出口列、 CA。一异 CA。出口列、N2—CH4—C2H4出口列、天然气出口列、N2—CH4—C2H4—C3Hs—C4H10— 异CA。混合气进口列底部依次分别连接半圆柱型C 3Hs出口管箱13、C 4氏。一异CA。出口管箱 16為一014—(:2114出口管箱19、天然气出口管箱22、1一014—(:2114—(:3比一(:4111。一异(:4111。 混合气进口管箱25 ;C3HS出口列、C 4氏。一异(?。出口列、N^CHfC2H4出口列、天然气出口列、队一014—(:2114 — C3HS — (?。一异(?。混合气进口列顶部依次分别连接N 2—014—(:2114— C3HS— CA。一异CA。混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、N「CH4—C2H4出口导流板 41、CA。一异 CA。出口导流板 43、C 3HS出口导流板 45 ;N 2—CH4—C2H4 —C3HS —CA。一异 (?。混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、1一014—(:2114出口导流板41、C 4氏。一异 C4Hi。出口导流板43、C 3HS出口导流板45顶部依次分别连接各夹层内折板8底部；C 3HS出口管箱口义^一异切^出口管箱比川厂叫一切彳出口管箱队天然气出口管箱]]、?^— CHfC2H4—C3HS—(?。一异(?。混合气进口管箱25五个管箱依次排列并分别连接于换热器底部；切8出口管箱13、(:4111。一异(:4111。出口管箱16』2—014—(:2114出口管箱19、天然气出口管箱22底部分别连接C3HS出口按管12、C4Hi。一异CA。出口按管15、N2—CH4—C2H#n 按管18、天然气出口按管21 ;C3HS出口按管12、C4Hi。一异C4Hi。出口按管15川2—014—(:2114 出口按管18、天然气出口按管21底部分别连接C3HS出口法兰11、C 4氏。一异CA。出口法兰 14、队一〇14—(:2114出口法兰17、天然气出口法兰20#2—〇14—(:2114—(:3118—(:4111。一异(:4111。混合气进口管箱25底部依次连接队一014—(^4一C3HS — (?。一异(?。混合气进口接管24、 节流后(?。一异(?。进口接管47、节流后C 3HS进口接管49 ;N异CA。混合气进口接管24、节流后C巩。一异CA。进口接管47、节流后C 3HS进口接管49底部分别连接NfCHfC2H4 — C3Hs — (?。一异(?。混合气进口法兰23、节流后C4氏。一异C4H1Q 进口法兰46、节流后C3Hs进口法兰48。
[0005]折板8横向断面为锅齿开多,整体为长方面形错合金折板；隔板50、前面板51、后面板52为长方体形铝合金薄板；折板8依次交叉安装于隔板50之间，开口向上；队一014— C2H4— C3HS — CA。一异CA。混合气出口导流板7、天然气进口导流板38、N「CH4—C2H4进口导流板40、(:4氏。一异C4Hi。进口导流板42、C3HS进口导流板44横向断面均为锯齿形，上下两端横向断面锯齿高度相同，上下两端横向断面锯齿长度不同，上部断面锯齿长度小于下部断面锯齿长度；N2 — CHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气进口导流板26、天然气出口导流板39為一014—切4出口导流板41、(:4111。一异(:4111。出口导流板43、(:3118出口导流板45横向断面均为锯齿形，上下两端横向断面锯齿高度相同，上下两端横向断面锯齿长度不同；上部断面锯齿长度大于下部断面锯齿长度。
[0006]应用 QHpCA。一异(?。制冷剂及 LNG 二级出口 0? 3MPa、一 63°C 的 N2—014 —C2H4 混合气在五股流板翅式换热器内将36°C、6.1MPa天然气冷却至一 53°C以便进入二级预冷段；应用板翅式换热器首先过冷C3Hs、(?。一异(?。，再节流至混合制冷剂侧与N2—CH4— C2H4混合后预冷天然气侧、N 2—014 —切4侧、过冷C 3Hs侧及C 4氏。一异(?。侧，达到一级天然气预冷、混合气NfCH4 —切4预冷及C 3HS、(?。一异(?。节流前过冷目的。
[0007](?。一异(?。混合制冷剂在36°C、0.9MPa时进入C 4氏。一异(?。进口管箱34,在 CA。一异CA。进口管箱34内分配于C巩。一异CA。进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的C4Hi。一异(?。侧夹层，被N 2—014—(:2114— C3HS — C4Hi。一异(?。混合气侧夹层内的一63°C、0.3MPa混合制冷剂过冷，温度降低至一53°C、压力降低至0.6MPa，再经C4Hi。一异CA。出口列各出口流至C巩。一异CA。出口管箱16,再经安装于C巩。一异CA。出口接管15与节流后C4Hi。一异C4Hi。进口接管47之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为一52.85 °C，再经节流后CA。一异(?。进口接管47进入N 2—014— C2H4 — C3HS — C4Hi。一异 C4Hi。混合气进口管箱 25 与节流后的 C 3HS、自队一014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口接管24进入N 2—014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口管箱25的队一014—(:2114混合制冷剂混合，混合后经N 2—014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混合气进口列各进口进入每组夹层中的NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气侧夹层， 向上流动冷却NfCHfC2H4侧夹层、天然气侧夹层、C 4氏。一异(?。侧夹层、C 3HS侧夹层后， 在26°C、0.3MPa时经队一014—(:2114 — C3HS— CA。一异CA。混合气出口列各出口，进入N 2— 014—(:2114 — C3HS—C4Hi。一异 C4Hi。混合气出口管箱 6 汇合，再经 N异C4Hi。混合气出口接管5流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机压缩。
[0008]C3HS制冷剂在36 °C、2.18MPa时进入C 3HS进口管箱31，在C 3HS进口管箱31内分配于C3HS进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的C 3HS侧夹层，被N「CHfC2H4— C3HS— 匕氏。一异C4Hi。混合气侧夹层内的一 63°C、0.3MPa混合制冷剂过冷，温度降低至一 53°C、压力降至1.88MPa，再经C3HS出口列各出口流至C 3HS出口管箱13,再经安装于C 3HS出口接管 12与节流后C3HS进口接管49之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为一52.29 °C，再经节流后C3HS进口接管49进入N「CH4—C2H4 — C3HS — CA。一异切10混合气进口管箱25与节流后的(?。一异(?。、自队一014—(:2114 — C3HS — (?。一异(?。混合气进口接管24进入队一014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口管箱25的1一014— C2H4混合制冷剂混合，混合后经N 2—CH厂C2H4 — C3HS — CA。一异CA。混合气进口列各进口进入每组夹层中的N2 —CH4一C2H4一C3H8一C4H10一异(?。混合气侧夹层，向上流动冷却N 2一 014—(:2114侧夹层、天然气侧夹层、CA。一异CA。侧夹层、C3HS侧夹层后，在26°C、0.3MPa时经 N2—C2H4 — C3HS — CA。一异 CA。混合气出口列各出口，进入 N 2— (:114一 C2H4 — C3HS—CA。一异CA。混合气出□管箱6汇合，再经N 2—CH4—C2H4 — C3HS— CA。一异CA。混合气出口接管5流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机压缩。
[0009]队一014—(:2114混合制冷剂在 36°C、2.18MPa 时进入 1一014—(:2114进口管箱 37,在队一014—(:2114进口管箱37内分配于N 2—014—(:2114进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的队一014—(:2114侧夹层，被N 2—014—(:2114 — C3HS — C4Hi。一异(?。混合气侧夹层内的一 63°C、0.3MPa混合制冷剂预冷，预冷后C2H4被液化并形成N 2—014—(:2114气液两相流， 温度降低至一53 °C、压力降低至1.88MPa，再经队一 014—C2H4出口列各出口流至N 2—014— C2H4出口管箱19,经N2—014—(:2114出口接管18后进入气液分离器，分离后再进入二级制冷板翅式换热器预冷。
[0010]天然气在36 °C、6.1MPa时进入天然气进口管箱3,在天然气进口管箱3内分配于天然气进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的天然气侧夹层，被队一014—(:2114— C3HS — C4Hi。一异C4Hi。混合气侧夹层内的一63°C、0.3MPa混合制冷剂预冷，预冷后C2H4被液化并形成队一014—(:2114气液两相流，温度降低至一 53°C、压力降低至5.8MPa，再经天然气出口列各出口流至天然气出口管箱22,经天然气出口接管21流出一级制冷板翅式换热器并进入二级制冷板翅式换热器。
[0011]方案所涉及的原理问题:首先，传统的LNG混合制冷剂天然气液化系统采用整体换热方式，换热效率较级联式 LNG液化系统有了明显提高，使换热器数量减少，整体液化工艺流程得到简化，独立运行的制冷系统减少，管理方便，但存在的问题是液化工艺流程简化后，使LNG主换热器体积庞大，换热工艺复杂，加工制造、现场安装及运输难度增大，且一旦出现管道泄漏等问题，难于检测，容易造成整台换热器报废，成套工艺装备停产。为解决这一问题，本发明将主换热器内天然气温度变化过程分为36°C?一 53°C、一 53°C?一 120°C，一 120°C?一 164°C三个级别，采用三个独立的换热器，完成三个温度区间由高至低的换热过程，重点研究开发第一级36°C?一 53°C低温换热流程及第一级换热器总体结构及进出口参数，并采用C4Hi。一异 C4H1(]、C3HS混合制冷剂制冷工艺，解决第一段制冷换热设备问题。研究过程相对独立，可与后两段连接成为整体，连接后与整体式主换热器换热原理一致，便于主换热器分拆后运输及安装。其次，采用近1:1的C4Hi。一异C4Hi。混合制冷剂制冷工艺，节流前过冷至一 53°C，可使一级制冷温度低于其饱和蒸发温度26°C，产生较进口低10°C的传热温差推动力。C4Hi。一异CA。冷剂进口为0? 9MPa、36°C时，C 2H4处于液相状态，当压力达到0? 6MPa、温度达到一 53°C时，CA。一异CA。过冷并具有较大显热，再节流后可得到更大制冷量。另外，一级制冷装备还采用C3HS制冷剂制冷工艺，即C 3HS节流前过冷至一 53°C，节流至0.3 MPa时饱和蒸发温度为一 14°C，使一级制冷过程中具有一 14°C与26°C两个蒸发温度，可降低传热过程熵增量。队一014—(:2114混合制冷剂主要用于二、三级制冷过程，节流前须经36°C?一 53°C、一 53°C?一 120°C、一 120°C?一 164°C三段低温预冷过程，在一级制冷过程中，队一014—(:2114 混合制冷剂预冷过程与天然气液化、C3HS过冷、C 4氏。一异C4Hi。过冷同时进行，所以，一级须采用五股流低温换热过程。传统的列管式换热器由于采用了两块大管板连接平行管束结构， 体积较大，换热温差较小，易分区，管间距较大，自收缩能力较差，一般适用于单股流换热， 换热效率较低，难以将天然气在一个流程内冷却并液化，不易完成五股流均匀换热过程。此夕卜，以缠绕管式换热器为主液化设备的大型LNG液化系统一般适用于每天100万至500万方的大型天然气液化系统。当产量介于60万至100万方之间时，板翅式换热器相对于缠绕管式换热器同样具有很高的换热效率，多采用高强度铝合金材料后，导热系数大，单位体积换热面积大，且总体高度相当于缠绕管式换热器的三分之一，无管板，对换热器在低温工况下的自紧收缩要求较小，特别适用于产量较小的LNG液化系统。近年来，随着海洋领域内的浮式LNG液化船的发展，一般将海底开发出来的天然气直接在浮式LNG液化船上液化，由于受LNG液化船晃动及空间小等问题的影响，主液化换热器不宜太高，如使用较高的缠绕管式换热器做为主液化设备，即便分段后其高度也会严重影响LNG船在海洋上的稳定性，而板翅式换热器在相同产量下较缠绕管式换热器具有较低的总体高度，如再分三段处理后， 可有效降低换热器高度，不但适用于陆地60万至100万方之间的天然气液化系统，更适用于浮式LNG液化船等系统。本发明主要以LNG低温液化一级制冷为基础，开发可承受压力 6.1MPa、温度一 53°C的五股流板翅式低温换热器，可完成高压低温工况下的LNG低温液化一级制冷五股流换热过程。
[0012] 本发明的技术特点:本发明主要针对每天60万至100万方之间的LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大的五股流板翅式换热器做为主换热设备，应用C4Hi。一异C4H1(]、C3HS两股制冷剂先预冷后节流的制冷工艺流程，解决天然气在 36°C?一 53°C —级制冷问题；一级制冷过程用五股流板翅式换热器具有结构紧凑，多种介质带相变传热，传热系数大，可解决大型LNG低温液化过程中天然气一级混合制冷剂预冷、 天然气低温液化技术难题，提高系统换热及液化效率；应用一级LNG低温液化过程后，LNG 主换热器可分为三个独立的换热器，体积减小，可分段进行加工制造、运输及现场安装，一旦出现管道泄漏等问题，易于检测，不易造成整台换热器报废及成套工艺装备停产；LNG 低温液化一级制冷五股流板翅式换热器可合理分配液化段及过冷段的热负荷，使液化段和过冷段相对协调，可结合大型换热器的载荷分配以及换热管强度特性，从理论上保证缠绕过程均匀且强度符合设计要求；合理选择了换热器进出口位置及物料，可使换热器结构更加紧凑，换热过程得到优化；由于是多种介质带相变换热过程，对不同介质之间的压差和温差限制要求较小，生产装置操作难度降低，安全性得以提高。【附图说明】
[0013]图1为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的NfCHfC2H4 — C3HS— CA。一异CA。混合气侧板翅流形图。
[0014]图2为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的天然气侧板翅流形图。
[0015]图3为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的N^CH^C2H4侧板翅流形图。
[0016]图4为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的C4Hi。一异C4Hi。侧板翅流形图。
[0017]图5为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的C3HS侧板翅流形图。
[0018]图6为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的左视图。
[0019]图7为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的顶部封条及进出口列下视示意图。
[0020]图8为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的底部封条及进出口列上视示意图。
[0021]图9为LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的板翅与隔板相间排板示意图。【具体实施方式】
[0022]将(?。一异(?。混合制冷剂在36°C、0? 9MPa时打入C 4氏。一异(?。进口管箱34， 在CA。一异CA。进口管箱34内分配于C巩。一异CA。进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的(?。一异(?。侧夹层，被N 2—014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气侧夹层内的一63°C、0.3MPa混合制冷剂过冷，温度降低至一53°C、压力降低至0.6MPa，再经C4Hi。一异CA。出口列各出口流至C巩。一异CA。出口管箱16,再经安装于C巩。一异CA。出口接管15与节流后C4Hi。一异C4Hi。进口接管47之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为一52.85 °C，再经节流后CA。一异(?。进口接管47进入N 2—014— C2H4 — C3HS — C4Hi。一异 C4Hi。混合气进口管箱 25 与节流后的 C 3HS、自队一014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口接管24进入N 2—014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口管箱25的队一014—(:2114混合制冷剂混合，混合后经N 2—014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混合气进口列各进口进入每组夹层中的NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气侧夹层， 向上流动冷却NfCHfC2H4侧夹层、天然气侧夹层、C 4氏。一异(?。侧夹层、C 3HS侧夹层后， 在26°C、0.3MPa时经队一014—(:2114 — C3HS— CA。一异CA。混合气出口列各出口，进入N 2— 014—(:2114 — C3HS—C4Hi。一异 C4Hi。混合气出口管箱 6 汇合，再经 N异C4Hi。混合气出口接管5流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机压缩。
[0023]将C3HS制冷剂在36°C、2.18MPa时打入C 3HS进口管箱31，在C 3HS进口管箱31内分配于C3HS进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的C3HS侧夹层，被1一〇14— C2H4 — C3HS — C4Hi。一异C4Hi。混合气侧夹层内的一63°C、0.3MPa混合制冷剂过冷，温度降低至一53°C、压力降至1.88MPa，再经C3HS出口列各出口流至C3HS出口管箱13,再经安装于 C3HS出口接管12与节流后C3HS进口接管49之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为一52.29°C，再经节流后C3HS进口接管49进入1一014—(:2114 — C3HS—(?。一异(?。混合气进口管箱25与节流后的C 4氏。一异(?。、自队一014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口接管24进入N 2—014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口管箱25的队一014—(:2114混合制冷剂混合，混合后经N 2—014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混合气进口列各进口进入每组夹层中的NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气侧夹层， 向上流动冷却NfCHfC2H4侧夹层、天然气侧夹层、C 4氏。一异(?。侧夹层、C 3HS侧夹层后， 在26°C、0.3MPa时经队一014—(:2114 — C3HS— CA。一异CA。混合气出口列各出口，进入N 2— 014—(:2114 — C3HS—C4Hi。一异 C4Hi。混合气出口管箱 6 汇合，再经 N 异C4Hi。混合气出口接管5流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机压缩。
[0024]将队一014—(:2114混合制冷剂在 36 °C、2.18MPa 时打入 N 2—014—(:2114进口管箱 37， 在队一014—(:2114进口管箱37内分配于N 2—014—(:2114进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的队一014—(:2114侧夹层，被N2—014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混合气侧夹层内的一 63°C、0.3MPa混合制冷剂预冷，预冷后C2H4被液化并形成N 2—014—(:2114气液两相流， 温度降低至一53 °C、压力降低至1.88MPa，再经队一 014—C2H4出口列各出口流至N 2—014— C2H4出口管箱19,经N2—014—(:2114出口接管18后进入气液分离器，分离后再进入二级制冷板翅式换热器预冷。
[0025]将天然气在36 °C、6.1MPa时打入天然气进口管箱3,在天然气进口管箱3内分配于天然气进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的天然气侧夹层，被队一014—(:2114— C3HS — CA。一异CA。混合气侧夹层内的一63°C、0.3MPa混合制冷剂预冷，预冷后C2H4被液化并形成队一014—(:2114气液两相流，温度降低至一 53°C、压力降低至5.8MPa，再经天然气出口列各出口流至天然气出口管箱22,经天然气出口接管21流出一级制冷板翅式换热器并进入二级制冷板翅式换热器。
【主权项】
1.LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器，包括天然气进口法兰1、天然气进口接 管2、天然气进口管箱3為一014—(:2114—(:3比一(:4111。一异(:4111。混合气出口法兰4、1一014— C2H4 — C3HS —C4Hi。一异 C4Hi。混合气出 口接管 5、1一014—(:2114 — C3HS —C4Hi。一异 C4Hi。混合气 出口管箱6為一014—切4一(^8—(:4111。一异(:4111。混合气出口导流板7、折板8、左封条9、下 封条10、C3HS出口法兰11、C3HS出口接管12、C3HS出口管箱13、C4Hi。一异CA。出口法兰14、 CA。一异 CA。出 口接管 15、CA。一异 CA。出 口管箱 16、、一014—(:2114出口法兰 17、、一 014—(:2114出口接管18、化一014—(:2114出口管箱19、天然气出口法兰20、天然气出口接管21、 天然气出口管箱22、队一014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混合气进口法兰23、、一014— C2H4— C3HS— C4Hi。一异 C4Hi。混合气进 口接管 24、、一014—(:2114— C3HS — C4Hi。一异 C4Hi。混合 气进口管箱25、队一014—(:2114 — C3HS — (?。一异(?。混合气进口导流板26、右封条27、上 封条28、C3HS进口法兰29、C 3HS进口接管30、C 3HS进口管箱31、C巩。一异CA。进口法兰32、 (?。一异 C4Hi。进 口接管 33、C 巩。一异(?。进 口管箱 34、N 2—014—(:2114进口 法兰 35、N 2— CHfC2H4进口接管36、NfCHfC2H4进口管箱37、天然气进口导流板38、天然气出口导流板 39、队一014—C2H4进口导流板40、N 2—014—C2H4出口导流板41、C巩。一异C4Hi。进口导流板 42、C4Hi。一异CA。出口导流板43、C 3HS进口导流板44、C 3HS出口导流板45、节流后C巩。一异 CA。进口法兰46、节流后C巩。一异CA。进口接管47、节流后C 3HS进口法兰48、节流后C 3HS 进口接管49、隔板50、前面板51、后面板52,其特征在于:前面板51与后面板52之间依次 相间连接折板8与隔板50 ;折板8上部依次连接NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合 气出口导流板7、天然气进口导流板38、NfCHfC2H4进口导流板40、C 4氏。一异(?。进口导 流板42、C3HS进口导流板44,并形成多组连接；折板8下部依次连接N 2—CH4—C2H4 — C3HS— CA。一异CA。混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、N 2—CH4—C2H4出口导流板41、 C4Hi。一异C4Hi。出口导流板43、C 3HS出口导流板45,并形成多组连接；左封条9依次连接于换 热器左侧隔板50之间；右封条27依次连接于换热器右侧隔板50之间；上封条28依次连接 于换热器上侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；下封条10依次连接于换热器下 侧隔板50之间，且依次开有各股流体进出通道；N2 —CH4一C2H4一C3H8一C4H10一异(?。混合 气出口通道与N2—CH4—C2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气进口通道位于同一层内，并形成 N2—CH4—C2H4 — C3HS — CA。一异(?。混合气侧夹层；天然气进口通道与天然气出口通道位 于同一层内，并形成天然气侧夹层；NfCHfC2H4进口通道与NfCHfC2H4出口通道位于 同一层内，并形成NfCHfC2H4侧夹层；C 4氏。一异(?。进口通道与C 4氏。一异(?。出口通道 位于同一层内，并形成(?。一异(?。侧夹层；C 3HS进口通道与C 3HS出口通道位于同一层内， 并形成 C3HS侧夹层；N2— 014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气侧夹层、1一014—(:2114侧 夹层、天然气侧夹层、C4Hi。一异C4Hi。侧夹层、C3HS侧夹层依次排列形成一组夹层，多组夹层依 次排列组成整体换热器；每组夹层中的NfCHfC2H4—C3HS—(?。一异(?。混合气出口、天 然气进口、队一014—切4进口、C巩。一异CA。进口、C 3HS进口在换热器顶部依次排成五列， 并依次形成队一014—(:2114 —C3HS— (?。一异(?。混合气出口列、天然气进口列、1一014— C2H4进口列、C 4H10—异(:41110进 口列、C 3HS进口列；N 2— CH4— C2H4— C3HS— C4H10—异 C4H10混合 气出口列、天然气进口列、队一 014— C2H4进口列、C 4氏。一异(?。进口列、C 3HS进口列顶部依 次分别连接半圆柱型NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气出口管箱6、天然气进口 管箱 3、N2—CH4—C2H4进口 管箱 37XA。一异 CA。进 口管箱 34、C3Hs进 口管箱 31 ;N2—CH4—C2H4— C3HS— C4Hi。一异 C4Hi。混合气出口列、天然气进 口列、N 2— 014— C2H4进口 列、C 4?。一异 (?。进口列、C 3HS进口列底部各口依次分别连接N 2—014—(:2114— C3HS — (?。一异(?。混合 气出口导流板7、天然气进口导流板38、N厂CH4—C2H4进口导流板40、C巩。一异CA。进口 导流板42、C3HS进口导流板44 ;N「CH4—C2H4 — C3HS — CA。一异CA。混合气出口管箱6、天 然气进口管箱3、队一014—切4进口管箱37、C巩。一异CA。进口管箱34、C 3HS进口管箱31 五个管箱依次排列并分别连接于换热器顶部；队一 014— C2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气 出口管箱6、天然气进口管箱3、队一014—切4进口管箱37、C A。一异CA。进口管箱34、C 3Hs 进口管箱31顶部分别连接N2—CH4—C2H4 — C3Hs — (?。一异(?。混合气出口接管5、天然气 进口接管2、N厂CH4—C2H4进口接管36、C4Hi。一异CA。进口接管33、C3Hs进口接管30 ;N2— 014— C2H4 — C3Hs— (?。一异(?。混合气出口接管5、天然气进口接管2、N 2— 014— C2H4进口 接管36、C4Hi。一异CA。进口接管33、C3HS进口接管30顶部分别连接N「CH4—C2H4 — C3HS— CA。一异(?。混合气出口法兰1、天然气进口法兰4、N 2— 014— C2H4进口法兰35、C巩。一异 CA。进口法兰32、C 3HS进口法兰29 ;每组夹层中的C 3HS出口、C 4氏。一异CA。出口、N 2—014— C2H4出口、天然气出口、N2—CH4—C2H4 —C3HS —(?。一异(?。混合气进口在换热器底部依次 排成五列，并依次形成C3HS出口列、C 4氏。一异(?。出口列、NfCHfC2H4出口列、天然气出 口列、N2—CH4—C2H4—C3HS—C4H10—异(:41110混合气进口列；C 3HS出口列、C 4H10—异 C4H10出口 列、队一(:114一C2H4出口列、天然气出 口列、N 2— (:114一C2H4— C3HS — C4Hi。一异 C4Hi。混合气进口 列底部依次分别连接半圆柱型C3HS出口管箱13、C4Hi。一异(?。出口管箱16、NfCHfC2H4 出口管箱19、天然气出口管箱22為一014—切4一切8—(:4111。一异(:4111。混合气进口管箱25; C3HS出 口列、C 4氏。一异 C4Hi。出 口列、N 2—014—(:2114出口列、天然气出 口列、N 2—014—(:2114— C3Hs— (?。一异(?。混合气进口列顶部依次分别连接N 2— CH4—C2H4 — C3Hs— (?。一异C4H10 混合气进口导流板26、天然气出口导流板39、队一014—(:2114出口导流板41、C 4氏。一异C4H1q 出口导流板43、C3Hs出口导流板45 ;N 2—014—(:2114 — C3Hs — (?。一异(?。混合气进口导流 板26、天然气出口导流板39、NfCHfC2H4出口导流板41、C巩。一异CA。出口导流板43、 C3HS出口导流板45顶部依次分别连接各夹层内折板8底部；C 3HS出口管箱13、C况。一异 (?。出 口管箱 16、、一014—(:2114出口管箱 19、天然气出 口管箱 22、1一014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混合气进口管箱25五个管箱依次排列并分别连接于换热器底部；C 3HS出口 管箱13、切1。一异(:4111。出口管箱16川2—014—(:2114出口管箱19、天然气出口管箱22底部 分别连接C3HS出口按管12、C 4氏。一异(?。出口按管15、N 2—014—(:2114出口按管18、天然 气出口按管21 ;C3HS出口按管12、CA。一异C4Hi。出口按管15、、一014—(:2114出口按管18、 天然气出口按管21底部分别连接C3Hs出口法兰1UCA。一异CA。出口法兰14、N2—CH4— C2H4出口法兰17、天然气出口法兰20 ;N2—CH4—C2H4 — C3Hs—(?。一异(?。混合气进口管箱 25底部依次连接N2—CH4—C2H4 — C3HS—CA。一异CA。混合气进口接管24、节流后CA。一异 切1。进口接管47、节流后(:3118进口接管49#2—014—(:2114—(:3118—(:4111。一异(:4111。混合气进 口接管24、节流后CA。一异CA。进口接管47、节流后C3Hs进口接管49底部分别连接N2— 014—切4一C3Hs — (?。一异(?。混合气进口法兰23、节流后C巩。一异(?。进口法兰46、节 流后C3HS进口法兰48。2.根据权利要求1所述的LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的换热工艺方 法，其特征在于:(?。一异CA。混合制冷剂在36°C、0? 9MPa时进入C巩。一异CA。进口管箱34,在CA。一异CA。进口管箱34内分配于C 4?。一异CA。进口列各进口，通过各进口再进 入每组夹层中的(?。一异(?。侧夹层，被N 2—014—(:2114 — C3HS — (?。一异(?。混合气侧 夹层内的一 63°C、0.3MPa混合制冷剂过冷，温度降低至一 53°C、压力降低至0.6MPa，再经 CA。一异CA。出口列各出口流至C巩。一异CA。出口管箱16,再经安装于C巩。一异CA。出 口接管15与节流后C4Hi。一异C4Hi。进口接管47之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力 降至0.3MPa，温度变为一52.85°C，再经节流后(?。一异(?。进口接管47进入N 2—014— C2H4 — C3HS — C4Hi。一异 C4Hi。混合气进 口管箱 25 与节流后的 C 3HS、自队一014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口接管24进入N 2—014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口管 箱25的队一014—(:2114混合制冷剂混合，混合后经N 2—014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混 合气进口列各进口进入每组夹层中的NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气侧夹层， 向上流动冷却NfCHfC2H4侧夹层、天然气侧夹层、C 4氏。一异(?。侧夹层、C 3HS侧夹层后， 在26°C、0.3MPa时经队一014—(:2114 — C3HS— CA。一异CA。混合气出口列各出口，进入N 2— 014—(:2114 — C3HS—C4Hi。一异 C4Hi。混合气出 口管箱 6 汇合，再经 N 异C4Hi。混合气出口接管5流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机压缩。3.根据权利要求1所述的LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的换热工艺方 法，其特征在于:C3HS制冷剂在36°C、2.18MPa时进入C3HS进口管箱31，在C3HS进口管箱31 内分配于C3HS进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的C 3HS侧夹层，被N 2—014— C2H4 — C3HS — CA。一异CA。混合气侧夹层内的一63°C、0.3MPa混合制冷剂过冷，温度降低 至一53°C、压力降至1.88MPa，再经C3HS出口列各出口流至C3HS出口管箱13,再经安装于 C3HS出口接管12与节流后C3HS进口接管49之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降 至0.3MPa，温度变为一52.29°C，再经节流后C3HS进口接管49进入1一014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口管箱25与节流后的C 4氏。一异(?。、自队一014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口接管24进入N 2—014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气进口管 箱25的队一014—(:2114混合制冷剂混合，混合后经N 2—014—(:2114 — C3HS— C4Hi。一异C4Hi。混 合气进口列各进口进入每组夹层中的NfCHfC2H4 — C3HS — (?。一异(?。混合气侧夹层， 向上流动冷却NfCHfC2H4侧夹层、天然气侧夹层、C 4氏。一异(?。侧夹层、C 3HS侧夹层后， 在26°C、0.3MPa时经队一014—(:2114 — C3HS— CA。一异CA。混合气出口列各出口，进入N 2— 014—(:2114 — C3HS—C4Hi。一异 C4Hi。混合气出 口管箱 6 汇合，再经 N异C4Hi。混合气出口接管5流出一级制冷板翅式换热器并返回进气压缩机压缩。4.根据权利要求1所述的LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的换热工艺方 法，其特征在于:队一014—(:2114混合制冷剂在36°C、2.18MPa时进入、一014—(:2114进口管 箱37，在队一014— C2H4进口管箱37内分配于N 2— 014— C2H4进口列各进口，通过各进口再 进入每组夹层中的队一014—(:2114侧夹层，被N2—014—(:2114 — C3HS— (?。一异(?。混合气侧 夹层内的一 63°C、0.3MPa混合制冷剂预冷，预冷后C2H4被液化并形成1一014—(:2114气液两 相流，温度降低至一 53°C、压力降低至1.88MPa，再经队一014—(:2114出口列各出口流至1一 014—(:2114出口管箱19,经N 2—014—(:2114出口接管18后进入气液分离器，分离后再进入二 级制冷板翅式换热器预冷。5.根据权利要求1所述的LNG低温液化一级制冷五股流板翅式换热器的换热工艺方 法，其特征在于:天然气在36 °C、6.1MPa时进入天然气进口管箱3,在天然气进口管箱3内分配于天然气进口列各进口，通过各进口再进入每组夹层中的天然气侧夹层，被队一014— C2H4 — C3Hs — C4Hi。一异C4Hi。混合气侧夹层内的一63°C、0? 3MPa混合制冷剂预冷，预冷后C 2H4 被液化并形成NfCHfC2H4气液两相流，温度降低至一 53°C、压力降低至5.8MPa，再经天 然气出口列各出口流至天然气出口管箱22,经天然气出口接管21流出一级制冷板翅式换 热器并进入二级制冷板翅式换热器。
【文档编号】F28D9/00GK105987577SQ201510040244
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月27日
【发明人】张周卫, 汪雅红, 张小卫, 薛佳幸, 李跃, 李河
【申请人】张周卫