專利名稱：應用于基荷型天然氣液化工廠的雙混合冷劑液化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于基荷型天然氣液化工廠的雙混合冷劑液化系統，屬于天然氣液化技術領域。
背景技術：
目前國內常見天然氣液化技術多為氮膨脹和單級混合冷劑循環制冷工藝，只能適用于規模較小的LNG裝置，通常采用板翅式換熱器，對高壓氣源適應性不高，且使用壽命較短。國外用于大型天然氣液化工廠的液化工藝多采用丙烷預冷混合制冷劑液化工藝(C3/MR)或雙混合冷劑制冷液化工藝(DMR)，前者(C3/MR)預冷換熱器通常采用浮頭式換熱器，對于多股流換熱需要設置的換熱器數量較多，從而造成流程結構復雜；后者(DMR)預冷和深冷換熱器多采用兩級制冷換熱，換熱效率較低。此外，國外DMR工藝通常采用BOG深冷冷劑進行換熱，冷卻后的深冷冷劑節流后再與原料氣進行換熱，較本工藝采用BOG直接與原料氣換熱方式換熱效率較低。

發明內容
本發明的目的 是提供一種應用于基荷型天然氣液化工廠的雙混合冷劑液化系統，本發明提供的液化系統的適應性高、安全可靠，穩定性強，考慮到了大型繞管式換熱器國產化后的工程應用，減少了設備投資成本，可提高液化工藝的液化能力。本發明所提供的一種應用于基荷型天然氣液化工廠的雙混合冷劑液化系統，它包括預冷換熱器、液化換熱器、預冷混合冷劑制冷循環機構和液化混合冷劑制冷循環機構；所述預冷混合冷劑制冷循環機構包括依次連通的緩沖罐1、一級預冷冷劑壓縮機、預冷冷劑冷卻器1、氣液分離器1、二級預冷冷劑壓縮機、預冷冷劑冷卻器II和氣液分離器II ;所述緩沖罐I與所述預冷換熱器的底部相連通；所述氣液分離器I的液相出口與所述預冷換熱器的底部相連通；所述氣液分離器II的液相出口與所述預冷換熱器的底部相連通；所述氣液分離器II的氣相出口通過管路I與所述預冷換熱器的底部相連通，所述管路I延伸至所述預冷換熱器的頂部，然后從所述頂部引出后經節流與所述預冷換熱器相連通；所述氣液分離器II的液相出口通過管路II與所述預冷換熱器的底部相連通，所述管路II延伸至所述預冷換熱器的中部，然后從所述中部引出后經節流與所述預冷換熱器相連通；所述液化混合冷劑制冷循環機構包括依次連通的緩沖罐I1、液化冷劑壓縮機和液化冷劑冷卻器；所述緩沖罐II與所述預冷換熱器的底部相連通；所述液化冷劑冷卻器的出口通過管路III與所述預冷換熱器的底部相連通，所述管路III從所述預冷換熱器的頂部引出后與氣液分離器III相連通；所述氣液分離器III的氣相出口通過管路IV與所述液化換熱器的底部相連通，所述管路IV延伸至所述液化換熱器的頂部，然后從所述頂部引出后經節流與所述液化換熱器相連通；所述氣液分離器III的液相出口通過管路V與所述液化換熱器的底部相連通，所述管路V延伸至所述液化換熱器的中部，然后從所述中部引出后經節流與所述液化換熱器相連通。上述的雙混合冷劑液化系統中，所述預冷換熱器和所述液化冷卻器均可為繞管式換熱器。使用本發明的雙混合冷劑液化系統時，首先預處理合格后的天然氣(是指經過脫硫、脫碳、脫汞、脫水后滿足基荷型天然氣液化工廠對進入液化單元天然氣的質量要求)經預冷換熱器預冷后，進入液化換熱器進一步降溫，最后經過節流進入LNG儲罐，儲罐中蒸發氣經過換熱器為預冷后的天然氣提供冷量。預冷和液化混合冷劑分別通過獨立的壓縮機循環系統將混合冷劑壓縮、冷卻后引入預冷和液化換熱器為天然氣提供冷量。本發明可適用于年產LNG規模在100萬噸以上的天然氣液化工廠。本發明具有如下優點:1、預冷部分采用混合制冷劑，較現有丙烷預冷工藝換熱效率較高，且換熱器數量較少，流程結構簡單；2、預冷換熱器和深冷換熱器均采用繞管式換熱器，應對惡劣操作工況的適應能力強，使用壽命長；3、預冷換熱采用三級節流，較現有兩級節流有效降低換熱功耗；低溫BOG直接與原料氣進行換熱，較現有工藝多采用BOG與冷劑進行換熱提高了換熱效率。


圖1為本發明提供 的雙混合冷劑液化系統的結構示意圖。圖2為本發明使用狀態的示意圖。圖中各標記如下:1預冷換熱器、2液化換熱器、3緩沖罐1、4 一級預冷冷劑壓縮機、5預冷冷劑冷卻器1、6氣液分離器1、7 二級預冷冷劑壓縮機、8預冷冷劑冷卻器I1、9氣液分離器I1、10管路1、11管路I1、12緩沖罐I1、13液化冷劑壓縮機、14液化冷劑冷卻器、15管路II1、16氣液分離器II1、17管路IV、18管路V、19原料氣冷卻器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。實施例1、如圖1所示，本發明提供的雙混合冷劑液化系統包括預冷換熱器1、液化換熱器2、預冷混合冷劑制冷循環機構和液化混合冷劑制冷循環機構；預冷換熱器I和液化換熱器2均為繞管式換熱器。其中預冷混合冷劑制冷循環機構包括依次連通的緩沖罐I 3、一級預冷冷劑壓縮機4、預冷冷劑冷卻器I 5、氣液分離器I 6、二級預冷冷劑壓縮機7、預冷冷劑冷卻器II 8和氣液分離器II 9 ;該緩沖罐I 3與預冷換熱器I的底部相連通；氣液分離器I 6的液相出口與預冷換熱器I的底部相連通；氣液分離器II 9的液相出口與預冷換熱器I的底部相連通。氣液分離器II 9的氣相出口通過管路I 10與預冷換熱器I的底部相連通，該管路I 10延伸至預冷換熱器I的頂部，然后從該頂部引出后經節流與預冷換熱器I相連通；氣液分離器II 9的液相出口通過管路II 11與預冷換熱器I的底部相連通，該管路II 11延伸至預冷換熱器I的中部，然后從該中部引出后經節流與預冷換熱器I相連通；其中液化混合冷劑制冷循環機構包括依次連通的緩沖罐II 12、液化冷劑壓縮機13和液化冷劑冷卻器14 ；該緩沖罐II 12與預冷換熱器I的底部相連通；液化冷劑冷卻器14的出口通過管路III15與預冷換熱器I的底部相連通，管路III 15從預冷換熱器I的頂部引出后與氣液分離器III 16相連通；該氣液分離器III16的氣相出口通過管路IV 17與液化換熱器2的底部相連通，該管路IV 17延伸至液化換熱器2的頂部，然后從該頂部引出后經節流與液化換熱器2相連通；氣液分離器III16的液相出口通過管路V 18與液化換熱器2的底部相連通，該管路V 18延伸至液化換熱器2的中部，然后從該中部引出后經節流與液化換熱器2相連通。使用上述的液化系統對某海外某氣田的原料天然氣液化，原料氣組分為98.68%甲烷，0.33%乙烯，0.27%丙烷，丁烷0.16%，異丁烷0.22%,0.11%異戊烷、0.11%戊烷和0.11%氮氣。其中預冷混合冷劑由13.86%甲烷、40.39%乙烷、18.77%丙烷、6.55%異丁烷、6.11%丁烷和14.31%異戊烷組成；液化混合冷劑由42.86%甲烷、41.07%乙烷、5.36%丙烷和10.71%氮氣組成，均為質量份數。可按照下述步驟進行:預處理合格的天然氣(7.9MPag,40°C)首先進入預冷換熱器I中從下向上流動，冷卻至_57°C后抽出分離成兩股，其中一股與LNG儲罐中的BOG換熱冷卻后節流至0.15MPag、_160°C，另一股進入液化換熱器2中繼續冷卻，冷卻至_150°C后抽出節流至0.15MPag、-160°C，這兩股天然氣混合后進入LNG儲罐。從預冷換熱器I換熱后的氣相混合冷劑進入壓縮機(一級預冷冷劑壓縮機4和二級預冷冷劑壓縮機7)經兩級壓縮至1.9MPag后，進入冷卻器冷卻至40°C，經過氣液分離器I 6分成氣液相分別從底部進入預冷換熱器I的換熱管中從下向上流動，液相混合冷劑從預冷換熱器I的中部抽出節流后返回預冷換熱器I的殼程，氣相混合冷劑從換熱器頂部抽出節流后返回換熱器殼程，分別從上向下流動蒸發為預冷換熱器I提供冷量。蒸發后的預冷冷劑(0.19MPag、34.25°C )進入壓縮機進行兩級壓縮和冷卻，完成一個循環。從液化換熱器2換熱后的氣相混合冷劑進入液化冷劑壓縮機13壓縮至3.95MPag，冷卻至40°C后進入預冷換熱器I中，預冷至_57°C抽出并分離成氣液相，分別從液化換熱器2的底部進入液化換熱器2的換熱管中從下向上流動，其中液相混合冷劑從液化換熱器2的中部抽出節流后返回液化換熱器2的殼程，氣相混合冷劑從液化換熱器2的頂部抽出節流后返回液化換熱器2的殼程，分別從上向下流動蒸發為換熱器提供冷量。蒸發后的液化冷齊IJ (0.24MPag-64.38°C )進入壓縮機進行兩級壓縮和冷卻，完成一個循環。實施例2、使用實施例1中的液化系統對GB19204中第三種典型LNG組分的原料氣液化，原料氣組分為甲烷87.2%、乙烷8.61%、丙烷2.74%、丁烷0.65%、異丁烷0.42%、戊烷
0.02%和氮氣0.36% ;所用到的預冷混合冷劑和液化混合冷劑的組成。具體步驟與實施例1中基本相同，因為原料氣組分中重組分增加，因此預冷混合冷劑制冷循環機構的出口需要對原料氣中冷凝出的重烴進行脫除，經過計算，預冷、液化單元的混合冷劑組分配比需要優化。經過預冷混合冷劑制冷循環機構原料氣中脫除重烴量為20t/h。流程中其余參數與實例I相同，得到的產品液化率為91%。

實施例3、
使用實施例1中的液化系統對某寒冷海域將一定組分的原料天然氣液化，用于冷卻的海水溫度為13°C，如圖2所示，由于冷媒介質溫度比較低，在預冷換熱器I進口原料氣增設了原料氣冷卻器19將原料氣進行冷卻，此外預冷、液化混合冷劑循環中的冷卻器出口溫度降低至25°C。原料氣組分為98.68%甲烷，0.33%乙烯，0.27%丙烷，丁烷0.16%，異丁烷0.22%，
0.11%異戊烷、0.11%戊烷、0.11%氮氣。主要實施步驟如下:預處理合格的天然氣(7.9MPag, 25 °C )首先進入預冷換熱器I中從下向上流動，冷卻至_60°C后抽出分離成兩股，其中一股與LNG儲罐中的BOG換熱冷卻后節流至
0.15MPag、_160°C，另一股進入液化換熱器2中繼續冷卻，冷卻至_150°C后抽出節流至
0.15MPag、-160°C，這兩股天然氣混合后進入LNG儲罐。從預冷換熱器I換熱后的氣相混合冷劑進入壓縮機(一級預冷冷劑壓縮機4和二級預冷冷劑壓縮機7)經兩級壓縮至1.9MPag后，進入冷卻器冷卻至25°C，經過氣液分離器I 6分成氣液相分別從底部進入預冷·換熱器I的換熱管中從下向上流動，液相冷劑從預冷換熱器I中部抽出節流后返回換熱器殼程，氣相冷劑從預冷換熱器I頂部抽出節流后返回換熱器殼程，分別從上向下流動蒸發為換熱器提供冷量。蒸發后的預冷冷劑(0.19MPag、22.06 °C)進入壓縮機進行兩級壓縮和冷卻，完成一個循環。從液化換熱器2換熱后的氣相冷劑進入液化冷劑壓縮機13壓縮至3.95MPag，冷卻至25°C后進入預冷換熱器1，預冷至-60°C抽出并分離成氣液相，分別從底部進入液化換熱器2的換熱管中從下向上流動，液相冷劑從液化換熱器2中部抽出節流后返回換熱器殼程，氣相冷劑從液化換熱器2頂部抽出節流后返回換熱器殼程，分別從上向下流動蒸發為換熱器提供冷量。蒸發后的液化冷劑(0.24MPag-62.98°C )進入壓縮機進行兩級壓縮和冷卻，完成一個循環。本實施實例采用的預冷混合冷劑由2.5%甲烷、47.9%乙烷、22.7%丙烷、6.25%異丁烷、6.25% 丁烷和14.4%異戊烷組成；液化混合冷劑由42.6%甲烷、39.7%乙烷、4.0%丙烷和
13.7%氮氣組成。
權利要求
1.一種應用于基荷型天然氣液化工廠的雙混合冷劑液化系統，其特征在于:所述液化系統包括預冷換熱器、液化換熱器、預冷混合冷劑制冷循環機構和液化混合冷劑制冷循環機構； 所述預冷混合冷劑制冷循環機構包括依次連通的緩沖罐1、一級預冷冷劑壓縮機、預冷冷劑冷卻器1、氣液分離器1、二級預冷冷劑壓縮機、預冷冷劑冷卻器II和氣液分離器II ;所述緩沖罐I與所述預冷換熱器的底部相連通；所述氣液分離器I的液相出口與所述預冷換熱器的底部相連通；所述氣液分離器II的液相出口與所述預冷換熱器的底部相連通； 所述氣液分離器II的氣相出口通過管路I與所述預冷換熱器的底部相連通，所述管路I延伸至所述預冷換熱器的頂部，然后從所述頂部引出后經節流與所述預冷換熱器相連通； 所述氣液分離器II的液相出口通過管路II與所述預冷換熱器的底部相連通，所述管路II延伸至所述預冷換熱器的中部，然后從所述中部引出后經節流與所述預冷換熱器相連通； 所述液化混合冷劑制冷循環機構包括依次連通的緩沖罐I1、液化冷劑壓縮機和液化冷劑冷卻器；所述緩沖罐II與所述預冷換熱器的底部相連通；所述液化冷劑冷卻器的出口通過管路III與所述預冷換熱器的底部相連通，所述管路III從所述預冷換熱器的頂部引出后與氣液分離器III相連通；所述氣液分離器III的氣相出口通過管路IV與所述液化換熱器的底部相連通，所述管路IV延伸至所述液化換熱器的頂部，然后從所述頂部引出后經節流與所述液化換熱器相連通；所述氣液分離器III的液相出口通過管路V與所述液化換熱器的底部相連通，所述管路V延伸至所述液化換熱器的中部，然后從所述中部引出后經節流與所述液化換熱器相連通。
2.根據權利要求1所述的雙混合冷劑液化系統，其特征在于:所述預冷換熱器和所述液化冷卻器均為繞 管式換熱器。
全文摘要
本發明公開了一種應用于基荷型天然氣液化工廠的雙混合冷劑液化系統。它包括預冷換熱器、液化換熱器、預冷混合冷劑制冷循環機構和液化混合冷劑制冷循環機構；本發明中預冷部分采用混合制冷劑，較現有丙烷預冷工藝換熱效率較高，且換熱器數量較少，流程結構簡單；預冷換熱器和深冷換熱器均采用繞管式換熱器，應對惡劣操作工況的適應能力強，使用壽命長；預冷換熱采用三級節流，較現有兩級節流有效降低換熱功耗；低溫BOG直接與原料氣進行換熱，較現有工藝多采用BOG與冷劑進行換熱提高了換熱效率。
文檔編號F25J1/02GK103234326SQ20131015775
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月2日 優先權日2013年5月2日
發明者陳杰, 單彤文, 黃虎龍, 花亦懷, 浦暉, 羅婷婷, 程昊, 高瑋 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責任公司