本發明涉及液化天然氣技術領域，特別涉及一種用于浮式天然氣液化裝置的快速開車系統及其開車方法。

背景技術：

我國海上天然氣資源十分豐富但分布分散，大部分為深海氣田、邊際小氣田和低品位天然氣資源。因此，受限于成本和技術，無法采用傳統的海洋固定平臺或海底管道進行開采。而浮式天然氣液化裝置(FLNG)作為新型邊際氣田開發技術，具有配置靈活、便于遷移、可重復使用等優點而倍受青睞，這對促進我國深海氣田、小氣田開發具有重大現實意義。

傳統天然氣液化裝置的開車步驟為：1.天然氣側通氣；2.開啟預冷冷劑壓縮機，建立預冷冷劑循環；3.開啟深冷冷劑壓縮機，并建立深冷冷劑循環。4.在各個壓力循環完全建立之后，換熱器緩慢降溫，直至得到液化天然氣(LNG)產品。整個開車過程耗時約為10-12小時，未液化的天然氣全部排放火炬。因此，傳統的開車方式耗時多且原料氣浪費嚴重。

與陸地天然氣液化工廠不同，FLNG在海上作業，經常受到惡劣天氣影響，在風、浪、流等海洋環境的共同作用下，FLNG船體運動與不同裝載狀況下艙內LNG的晃蕩之間的共振響應會引起FLNG船體的劇烈運動，從而導致液化裝置的停車；另外，由于海上氣源不穩定及臺風等極端惡劣天氣影響也會造成裝置開停車相對頻繁。因此，減少FLNG裝置開車時間成為FLNG裝置運行時亟待解決的問題之一。

技術實現要素：

本發明的目的就是提供一種快速的FLNG裝置開車系統及其開車方法，從而有效縮短浮式天然氣液化裝置的開車時間。

為達上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種用于浮式天然氣液化裝置的快速開車系統，包括：

快速預冷系統對原料氣進行冷卻，主要包括快速預冷管線及相關閥門，其快速預冷管線與原料氣管線相連，將儲罐中LNG與原料氣混合；

預冷冷劑循環系統，為原料氣和深冷冷劑提供冷量，主要包括預冷換熱器、預冷冷劑壓縮機入口緩沖罐、預冷冷劑壓縮機、預冷冷劑壓縮機出口冷卻器。預冷冷劑經過預冷換熱器放熱后成為氣相，依次進入預冷冷劑壓縮機入口緩沖罐、預冷冷劑壓縮機和預冷冷劑壓縮機出口冷卻器，最后變成液相返回至預冷換熱器入口，完成預冷冷劑循環；

深冷冷劑循環系統用于提供原料天然氣液化所需的冷量，主要包括預冷換熱器、深冷換熱器、深冷冷劑氣液分離罐、深冷冷劑壓縮機入口緩沖罐、深冷冷劑壓縮機、深冷冷劑壓縮機出口冷卻器。深冷冷劑在預冷換熱器中被冷卻后分為氣液兩相，分別進入深冷換熱器，在深冷換熱器中分別節流放熱后都變成氣相，依次進入深冷冷劑壓縮機入口緩沖罐、深冷冷劑壓縮機、深冷冷劑壓縮機出口冷卻器，最后回至預冷換熱器入口，完成深冷冷劑循環；

存儲系統，主要包括LNG輸出管線、LNG儲罐、LNG輸出泵和火炬排放管線，液化后的天然氣經過LNG輸出管線導入進LNG儲罐儲存，未液化的天然氣經過火炬排放管線進入火炬系統。

根據本發明提出的快速開車系統，其中，所述快速預冷系統包括快速預冷管線、原料氣入口管線，所述快速預冷管線從LNG輸出泵，與原料氣入口管線相連，并且所述快速預冷管線上設置調節閥和流量指示。所述調節閥根據所述流量指示進行手動調節。

根據本發明提出的快速開車系統，其中，所述預冷冷劑循環系統包括預冷換熱器、預冷冷劑壓縮機入口緩沖罐、預冷冷劑壓縮機、預冷冷劑壓縮機出口冷卻器。預冷冷劑通過所述預冷換熱器的入口進入預冷換換熱器換熱，從所述預冷換熱器的出口依次通過預冷壓縮機入口緩沖罐、預冷壓縮機和預冷壓縮機出口冷卻器，經由所述預冷換熱器的入口返回預冷換熱器完成循環。在預冷換熱器中預冷冷劑、深冷冷劑和天然氣三種介質發生熱交換，其中，預冷冷劑為其他介質提供冷量。

根據本發明提出的快速開車系統，其中，所述深冷冷劑循環系統包括預冷冷劑換熱器、深冷冷劑分離罐、深冷換熱器、深冷冷劑壓縮機入口緩沖罐、深冷冷劑壓縮機、深冷冷劑壓縮機出口冷卻器。在深冷換熱器中，天然氣與深冷冷劑發生熱交換，深冷冷劑提供冷量，將天然氣液化。深冷冷劑經過所述預冷換熱器后被部分冷凝，氣液兩相分別進入深冷換熱器，經過減壓閥后節流，為天然氣液化提供冷量。天然氣經過深冷換熱器后被液化，進入所述LNG儲存系統。

根據本發明提出的快速開車系統，其中，所述存儲系統LNG儲罐、LNG輸出管線、LNG輸出泵。所述LNG輸出管線連接所述深冷換熱器和所述LNG儲罐，并設置有壓力變送器、溫度變送器、流量變送器和控制閥。所述控制閥通過所述流量變送器進行調節。所述火炬排放管線連接在所述LNG輸出管線旁路，通過開關閥連接到火炬系統。液化后的原料氣經過所述LNG輸出管線進入所述LNG儲罐。未液化原料氣經過所述火炬排放管線排到火炬系統。儲罐內LNG由所述LNG輸出泵進入所述快速預冷管線。

根據本發明提出的快速開車系統，其中，儲罐內LNG經過所述LNG快速預冷管線進入所述天然氣入口管線按照質量流量按照1：5～1：15混合。

根據本發明提出的快速開車系統，其中，通過調節控制閥開度，將降溫速率控制在20～40℃/h

根據本發明提出的快速開車系統，其中，預冷換熱器和深冷換熱器采用繞管式換熱器或冷箱中的一種或兩種。

本發明還提供一種用于浮式天然氣液化裝置的快速開車方法，包括：

S1：放空部分預冷冷劑和深冷冷劑；

S2：開啟預冷冷劑壓縮機及其相關減壓閥，建立預冷冷劑循環；

S3：開啟深冷冷劑壓縮機及其相關減壓閥，建立深冷冷劑循環；

S4：補充預冷冷劑和深冷冷劑，所述預冷冷劑壓縮機和所述深冷冷劑壓縮機的出口壓力逐步增加；

S5：天然氣進入預冷換熱器和深冷換熱器，保持天然氣液化管線暢通；開啟天然氣輸出管線和火炬排放管線，使未液化的天然氣排放至火炬；

S6：開啟設置在LNG儲罐底部的LNG輸出泵，使LNG儲罐內的LNG經過快速預冷管線進入天然氣入口管線與天然氣按照一定比例(質量流量按照1：5～1：15)混合進入預冷換熱器；

S7：逐漸增加LNG的流量，使天然氣出口穩定的降溫速率在20～40℃/h；

S8：當天然氣全部被液化時，關閉火炬排放閥；逐漸增加天然氣的流量，觀察溫度變送器的溫度指示，保持天然氣出液狀態；

S9：當出液穩定時，逐漸減小流量控制閥的開度直至關閉。逐漸增加原料氣控制閥的開度；當預冷壓縮機和深冷壓縮機的出口壓力及入口溫度均達到了設計值時，天然氣流量調節到設計值，開車預冷過程結束。與現有技術相比，本發明使用了LNG儲罐中LNG的冷量代替部分預冷和深冷冷劑的冷量，減少了建立冷劑循環所需要的時間，進而極大縮短了開車時間，減少了開車期間火炬氣排放，且極大提高了裝置對海上環境的適應性。

附圖說明

圖1為本發明的快速開車系統一具體實施例的結構示意圖。

附圖標記說明：1-開關閥；2-調節閥；3-原料氣管線；4-預冷換熱器；5-深冷換熱器；6-壓力變送器；7-溫度變送器；8-流量變送器；9-控制閥；10-火炬排放管線；11-開關閥；12-LNG輸出管線；13-LNG輸出泵；14-LNG儲罐；15-開關閥；16-流量指示；17-流量控制閥；18-LNG快速預冷管線；19-預冷冷劑壓縮機入口緩沖罐；20-預冷冷劑壓縮機；21-預冷冷劑壓縮機出口冷卻器；22-深冷冷劑壓縮機入口緩沖罐；23-深冷冷劑壓縮機；24-深冷冷劑壓縮機出口冷卻器；25-深冷冷劑分離罐；26-減壓閥；27-減壓閥。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1，為本發明的快速開車系統一具體實施例的結構示意圖。如圖1所示，本發明的快速開車系統包括預冷換熱器4，所述預冷換熱器4的輸入端通過開關閥1和調節閥2連接原料氣，所述預冷換熱器4的輸出端依次連接預冷壓縮機入口緩沖罐19、預冷壓縮機20和預冷壓縮機出口冷卻器21，所述預冷壓縮機出口冷卻器21的輸出端連接至所述預冷換熱器4的輸入端。

深冷換熱器5的輸入端連接所述預冷換熱器4的輸出，所述深冷換熱器5的輸出端依次連接深冷壓縮機入口緩沖罐22、深冷壓縮機23和深冷壓縮機出口冷卻器24，所述深冷壓縮機出口冷卻器24的輸出端連接至所述預冷換熱器4的輸入端。

所述深冷換熱器5的輸出端依次相連的壓力變送器6、溫度變送器7、流量變送器8、控制閥9、火炬排放管線10和LNG輸出管線12，所述火炬排放管線10通過一開關閥11連接至火炬；所述LNG輸出管線12連接至LNG儲罐14。

在所述LNG儲罐14的底部設置有LNG輸出泵13，所述LNG輸出泵13的輸出端依次連接流量指示器16、流量控制閥17和LNG快速預冷管線18，所述LNG快速預冷管線18的輸出端連接至所述預冷換熱器4的輸入端。

本發明根據上述快速開車系統形成的開車方法的具體流程如下所示：

S1：放空部分預冷冷劑和深冷冷劑；

S2：開啟預冷冷劑壓縮機20及相關減壓閥，建立預冷冷劑循環；

S3：開啟深冷冷劑壓縮機23、減壓閥26和減壓閥27，建立深冷冷劑循環；

S4：補充預冷冷劑和深冷冷劑，兩臺壓縮機出口壓力逐步增加；

S5：冷劑循環建立后，開啟開關閥1，調節閥2的開度為小流量，把天然氣引入預冷換熱器4和深冷換熱器5，并保持天然氣液化管線暢通。開啟液化天然氣輸出管線12和火炬排放管線10，使未液化的天然氣排放至火炬；

S6：開啟LNG輸出泵13，關閉閥門15，打開控制閥17，使儲罐內的LNG經過快速預冷管線18進入天然氣入口管線與天然氣按照質量流量1：10的比例混合進入預冷換熱器。通過控制閥2和控制閥17調節原料氣與LNG的混合比例，控制天然氣出口的冷卻速率；

S7：隨著兩個冷劑壓縮機出口壓力逐步提高，制冷效果逐步增加，預冷換熱器和深冷換熱器溫度逐漸降低。為加快冷卻速度，逐步增加控制閥17的開度，增加LNG的流量，維持穩定的降溫速率小于30℃/h，且預冷換熱器和深冷換熱器的冷熱物流溫差不超過50℃；

S8：當溫度變送器7的溫度達到設定值(天然氣冷卻成LNG)時，關閉火炬排放閥11。逐漸減小控制閥17的開度并增加控制閥2的開度，增加天然氣的流量，觀察溫度變送器7的溫度指示，保持天然氣出液狀態；

S9：當出液穩定時，逐漸減小控制閥17的開度，直至關閉。逐漸增加控制閥2的開度。當冷劑壓縮機出口壓力及入口溫度均達到了設計值時，天然氣流量調節到設計值。開車預冷過程結束。

本領域普通技術人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的預冷換熱器和深冷換熱器采用冷箱或者繞管式換熱器中的一種，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發明所必須的。

本領域普通技術人員可以理解：實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述分布于實施例的裝置中，也可以進行相應變化位于不同于本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的模塊可以合并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍。