CN102654347A

CN102654347A - 一种丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统

Info

Publication number: CN102654347A
Application number: CN2012101607192A
Authority: CN
Inventors: 唐令力; 陈杰; 单彤文; 花亦怀; 邰晓亮; 浦晖
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Gas and Power Group Co Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Gas and Power Group Co Ltd
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-09-05

Abstract

本发明公开了一种丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统。所述液化系统包括预冷冷箱a和预冷冷箱b、液化冷箱a和液化冷箱b、深冷冷箱a和深冷冷箱b、丙烷预冷循环机构、混合冷剂液化循环机构和混合冷剂深冷循环机构；所述丙烷预冷循环机构包括三级压缩单元；所述混合冷剂液化循环机构包括一级压缩单元；所述混合冷剂深冷循环机构包括一级压缩单元；本发明提供的液化系统采用丙烷预冷双混合冷剂串联制冷方式，液化和过冷循环分别采用独立的混合冷剂制冷循环，有效得均衡了三台压缩机组（1台预冷循环压缩机、1台液化循环压缩机及1台过冷循环压缩机）的功率分配，打破了由于一台压缩机功率过大而影响整个液化装置的处理能力的限制，同时提高了装置的可操作性。

Description

一种丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统

技术领域

本发明涉及一种丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统，具体涉及一种应用于基荷型天然气液化工厂的丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统，属于天然气液化技术领域。

背景技术

目前国内常见天然气液化技术多为氮膨胀、阶式制冷或单级混合冷剂循环制冷工艺，只能适用于规模较小的LNG装置。国外用于基荷型天然气液化工厂的液化技术中，丙烷预冷较多采用釜式或管壳式换热器，换热性能不佳，造成设备投资浪费，深冷采用绕管换热器造成设备投资高昂，对进口设备依赖性高。

基荷型天然气液化工厂的液化技术中，压缩机和电机的设备制造能力影响着生产规模的大小，采用串联式液化工艺，有利于提高天然气预冷，液化，深冷系统的换热能力，提高液化深冷循环压缩机的载荷能力，有利于生产规模的扩大。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便、安全可靠，效率高、适应性强的应用于基荷型天然气液化工厂的丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统。

本发明所提供的一种丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统，包括预冷冷箱a和预冷冷箱b、液化冷箱a和液化冷箱b、深冷冷箱a和深冷冷箱b、丙烷预冷循环机构、混合冷剂液化循环机构和混合冷剂深冷循环机构；

所述丙烷预冷循环机构包括三级压缩单元；所述三级压缩单元包括依次相连的丙烷压缩机a、丙烷压缩机b和丙烷压缩机c；所述丙烷压缩机a的出口通过两条管路分别依次与丙烷气液分离罐a和丙烷气液分离罐a’相连通，所述丙烷气液分离罐a依次与丙烷气液分离罐b和丙烷气液分离罐c相连通，所述丙烷气液分离罐a’依次与丙烷气液分离罐b’和丙烷气液分离罐c’相连通；所述丙烷气液分离罐a和丙烷气液分离罐a’的气相出口均与所述丙烷压缩机a相连通，所述丙烷气液分离罐b和丙烷气液分离罐b’的气相出口均与所述丙烷压缩机b相连通，所述丙烷气液分离罐c和丙烷气液分离罐c’的气相出口均与所述丙烷压缩机c相连通；所述丙烷压缩机a、丙烷气液分离罐a、丙烷气液分离罐b和丙烷气液分离罐c之间以及所述丙烷压缩机a、丙烷气液分离罐a’、丙烷气液分离罐b’和丙烷气液分离罐c’之间均设有节流阀；所述丙烷压缩机a的出口处设有丙烷压缩机末级冷凝器，该丙烷压缩机末级冷凝器设于所述节流阀的入口端；所述丙烷气液分离罐a、丙烷气液分离罐b和丙烷气液分离罐c均与所述预冷冷箱a相连通；所述丙烷气液分离罐a’、丙烷气液分离罐b’和丙烷气液分离罐c’均与所述预冷冷箱b相连通；

所述混合冷剂液化循环机构包括一级压缩单元，该一级压缩单元包括相连的混合冷剂压缩机a和混合冷剂压缩机冷却器a；所述混合冷剂压缩机冷却器a的出口通过两条管路分别与所述预冷冷箱a和预冷冷箱b相连通，且从所述预冷冷箱a和预冷冷箱b的底部引出后又分别延伸至所述液化冷箱a和液化冷箱b，然后从所述液化冷箱a和液化冷箱b的底部引出后分别与混合冷剂气液分离罐a和混合冷剂气液分离罐b相连通，该连通处均设有节流阀；所述混合冷剂气液分离罐a的气相出口和液相出口均通过管路与所述液化冷箱a相连通，且从所述液化冷箱a的上部引出后与所述混合冷剂压缩机a的入口相连通；所述混合冷剂气液分离罐b的气相出口和液相出口均通过管路与所述液化冷箱b相连通，且从所述液化冷箱b的上部引出后与所述混合冷剂压缩机a的入口相连通；

所述混合冷剂深冷循环机构包括一级压缩单元，该一级压缩单元包括相连的混合冷剂压缩机b和混合冷剂压缩机冷却器b；所述混合冷剂压缩机冷却器b的出口通过两条管路分别与所述预冷冷箱a和预冷冷箱b相连通，且从所述预冷冷箱a和预冷冷箱b的底部引出后又分别依次延伸至所述液化冷箱a和深冷冷箱a以及液化冷箱b和深冷冷箱b，然后从所述深冷冷箱a和深冷冷箱b的底部引出后分别与混合冷剂气液分离罐c和混合冷剂气液分离罐d相连通，该连通处均设有节流阀；所述混合冷剂气液分离罐c的气相出口和液相出口均通过管路与所述深冷冷箱a相连通，且从所述深冷冷箱a的上部引出后与所述混合冷剂压缩机b的入口相连通；所述混合冷剂气液分离罐d的气相出口和液相出口均通过管路与所述深冷冷箱b相连通，且从所述深冷冷箱b的上部引出后与所述混合冷剂压缩机b的入口相连通。

上述的丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统，所述丙烷预冷循环机构还包括依次与所述丙烷压缩机c相连接的丙烷压缩机d，以及分别与所述丙烷气液分离罐c和丙烷气液分离罐c’相连通的丙烷气液分离罐d和丙烷气液分离罐d’，该连通处设有所述节流阀；所述丙烷气液分离罐d和丙烷气液分离罐d’的气相出口均与所述丙烷压缩机d相连通；所述丙烷气液分离罐d和丙烷气液分离罐d’分别与所述预冷冷箱a和预冷冷箱b相连通。

上述的丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统，所述节流阀可为J/T阀。

使用本发明提供的液化系统进行天然气液化时，将预处理合格后的天然气均分两路分别送入预冷冷箱a和预冷冷箱b，经所述预冷冷箱a和预冷冷箱b冷却后分别进入液化冷箱a和深冷冷箱a以及液化冷箱b和深冷冷箱b，经所述液化冷箱a和液化冷箱b以及深冷冷箱a和深冷冷箱b的液化和过冷处理，后节流至目标压力送至LNG储罐存储；其中所述预冷冷箱a和预冷冷箱b所需冷量均由丙烷预冷循环机构提供；所述液化冷箱a和液化冷箱b所需冷量均由混合冷剂液化循环机构提供，所述深冷冷箱a和深冷冷箱b所需冷量均由混合冷剂深冷循环机构提供；本发明提供的液化系统适用于年产LNG规模在350万吨以上的天然气液化工厂。

本发明提供的液化系统采用丙烷预冷双混合冷剂串联制冷方式，液化和过冷循环分别采用独立的混合冷剂制冷循环，有效得均衡了三台压缩机组（1台预冷循环压缩机、1台液化循环压缩机及1台过冷循环压缩机）的功率分配，打破了由于一台压缩机功率过大而影响整个液化装置的处理能力的限制，同时提高了装置的可操作性。

附图说明

图1本发明提供的丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统的结构示意图。

图中各标记如下：1预冷冷箱a、1’预冷冷箱b、2液化冷箱a、2’液化冷箱b、3深冷冷箱a、3’深冷冷箱b、41丙烷压缩机a、42丙烷压缩机b、43丙烷压缩机c、44丙烷压缩机d、51丙烷气液分离罐a、52丙烷气液分离罐b、53丙烷气液分离罐c、54丙烷气液分离罐d、51’丙烷气液分离罐a’、52’丙烷气液分离罐b’、53’丙烷气液分离罐c’、54’丙烷气液分离罐d’、6丙烷压缩机末级冷凝器、71，72，73，74，75，76，77、71’，72’，73’，74’，75’，76’，77’J/T阀、8混合冷剂压缩机a、9混合冷剂压缩机冷却器a、10混合冷剂压缩机b、11混合冷剂压缩机冷却器b、12混合冷剂气液分离罐a、12’混合冷剂气液分离罐b、13混合冷剂气液分离罐c、13’混合冷剂气液分离罐d、14，14’重烃分离罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明提供的丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统包括预冷冷箱a1和预冷冷箱b1’、液化冷箱a2和液化冷箱b2’、深冷冷箱a3和深冷冷箱b3’、丙烷预冷循环机构、混合冷剂液化循环机构和混合冷剂深冷循环机构；丙烷预冷循环机构包括依次相连的丙烷压缩机a41、丙烷压缩机b42、丙烷压缩机c43和丙烷压缩机d44；丙烷压缩机a41的出口通过两条管路分别依次与丙烷气液分离罐a51和丙烷气液分离罐a’51’相连通，丙烷气液分离罐a51依次与丙烷气液分离罐b52、丙烷气液分离罐c53和丙烷气液分离罐d54相连通，丙烷气液分离罐a’51’依次与丙烷气液分离罐b’52’、丙烷气液分离罐c’53’和丙烷气液分离罐d’54’相连通；丙烷气液分离罐a51和丙烷气液分离罐a’51’的气相出口均与丙烷压缩机a41相连通，丙烷气液分离罐b52和丙烷气液分离罐b’52’的气相出口均与丙烷压缩机b42相连通，丙烷气液分离罐c53和丙烷气液分离罐c’53’的气相出口均与丙烷压缩机c43相连通，丙烷气液分离罐d54和丙烷气液分离罐d’54’的气相出口均与丙烷压缩机d44相连通；丙烷压缩机a41、丙烷气液分离罐a51、丙烷气液分离罐b52、丙烷气液分离罐c53和丙烷气液分离罐d54之间依次设有J/T阀71、J/T阀72、J/T阀73和J/T阀74，丙烷压缩机a41、丙烷气液分离罐a’51’、丙烷气液分离罐b’52’、丙烷气液分离罐c’53’和丙烷气液分离罐d’54’之间依次设有J/T阀71’、J/T阀72’、J/T阀73’和J/T阀74’；丙烷压缩机a41的出口处设有丙烷压缩机末级冷凝器6，该丙烷压缩机末级冷凝器6设于J/T阀71和J/T阀71’的入口端；丙烷气液分离罐a51、丙烷气液分离罐b52、丙烷气液分离罐c53和丙烷气液分离罐d54均与预冷冷箱a1相连通；丙烷气液分离罐a’51’、丙烷气液分离罐b’52’、丙烷气液分离罐c’53’和丙烷气液分离罐d’54’均与预冷冷箱b1’相连通；混合冷剂液化循环机构包括相连的混合冷剂压缩机a8和混合冷剂压缩机冷却器a9；混合冷剂压缩机冷却器a9的出口通过两条管路分别与预冷冷箱a1和预冷冷箱b1’相连通，且从预冷冷箱a1和预冷冷箱b1’的底部引出后又分别延伸至液化冷箱a2和液化冷箱b2’，然后从液化冷箱a2和液化冷箱b2’的底部引出后分别与混合冷剂气液分离罐a12和混合冷剂气液分离罐b12’相连通，该连通处分别设有J/T阀75和J/T阀75’；混合冷剂气液分离罐a12的气相出口和液相出口均通过管路与液化冷箱a2相连通，且从液化冷箱a2的上部引出后与混合冷剂压缩机a8的入口相连通；混合冷剂气液分离罐b12’的气相出口和液相出口均通过管路与液化冷箱b2’相连通，且从液化冷箱b2’的上部引出后与混合冷剂压缩机a8的入口相连通；混合冷剂深冷循环机构包括相连的混合冷剂压缩机b10和混合冷剂压缩机冷却器b11；混合冷剂压缩机冷却器b11的出口通过两条管路分别与预冷冷箱a1和预冷冷箱b1’相连通，且从预冷冷箱a1和预冷冷箱b1’的底部引出后又分别依次延伸至液化冷箱a2和深冷冷箱a3以及液化冷箱b2’和深冷冷箱b3’，然后从深冷冷箱a3和深冷冷箱b3’的底部引出后分别与混合冷剂气液分离罐c13和混合冷剂气液分离罐d13’相连通，该连通处分别设有J/T阀76和J/T阀76’；混合冷剂气液分离罐c13的气相出口和液相出口均通过管路与深冷冷箱a3相连通，且从深冷冷箱a13的上部引出后与混合冷剂压缩机b10的入口相连通；混合冷剂气液分离罐d13’的气相出口和液相出口均通过管路与深冷冷箱b3’相连通，且从深冷冷箱b3’的上部引出后与混合冷剂压缩机b10的入口相连通。

使用上述的丙烷预冷双混合冷剂联合液化系统对海外某气田的原料天然气液化，原料气摩尔组成为93.58%甲烷，4.58%乙烷，0.53%丙烷，丁烷0.14%，异丁烷0.13%，C5+0.0155%，氮气1%，CO₂0.0042%，COS 0.0029%，H₂0.0174%；混合冷剂液化循环机构使用的混合冷剂由20.85%甲烷、43.55%乙烷、35.6%丙烷组成，混合冷剂深冷循环机构使用的混合冷剂由51.52%甲烷、35.82%乙烷、12.66%氮气组成。主要实施步骤如下：

预冷冷箱a1和预冷冷箱b1’换热后的气相丙烷分别进入丙烷压缩机a41、丙烷压缩机b42、丙烷压缩机c43和丙烷压缩机d433经四段压缩至1.66MPaA，然后依次进入丙烷压缩机末级冷凝器6冷凝至45℃输送至预冷冷箱a1和预冷冷箱b1’，经第一级J/T阀71（71’）节流阀减压至685kPaA后分成两股，一股进入预冷冷箱a1（预冷冷箱b1’）第一段蒸发提供预冷第一段所需的冷量，蒸发后的丙烷返回丙烷压缩机a41的入口；另一股经过第二级J/T阀72（72’）减压至400kPaA后又分为两股，一股进入预冷冷箱a1（预冷冷箱b1’）第二段蒸发以提供预冷第二段所需的冷量，蒸发后的丙烷返回丙烷压缩机b42的入口，另一股再经过第三级J/T阀73（73’）减压至240kPaA后又分为两股，一股进入预冷冷箱a1（预冷冷箱b1’）第三段蒸发以提供预冷第三段所需的冷量，蒸发后的丙烷再返回丙烷压缩机c43的入口，另一股液体丙烷再经过第四级J/T阀74（74’）减压至150kPaA后进入预冷冷箱a1（预冷冷箱b1’）第四段蒸发，以提供第四段预冷所需的冷量，蒸发后的丙烷返回到丙烷压缩机d44的入口，完成丙烷循环；该预冷循环利用四段不同压力的液态丙烷蒸发提供的冷量，将天然气和混合冷剂降至-29.8℃后，经重烃分离罐14（14’）分离重烃后进入液化冷箱a2（液化冷箱b2’）。

来自液化冷箱a2（液化冷箱b2’）的低压混合冷剂温度约为-39.2℃，压力为280KPaA，进入混合冷剂压缩机a8并压缩至3.00MPaA；压缩后的高压高温气相混合冷剂首先经混合冷剂压缩机冷却器a9冷却至45℃后，然后进入预冷冷箱a1（预冷冷箱b1’）预冷至约-29.8℃；预冷后的混合冷剂经液化冷箱a2（液化冷箱b2’）过冷后经J-T阀75（75’）节流至244KPaA返回液化冷箱a2（液化冷箱b2’）提供冷量，最终换热后的的气相混合冷剂进入混合冷剂压缩机a8的压缩入口，完成一个循环。

来自深冷冷箱a3（深冷冷箱b3’）的低压混合冷剂温度约为-54.1℃，压力为285KPaA，进入混合冷剂压缩机b10并压缩至3.50MPaA；压缩后的高压高温气相混合冷剂首先经混合冷剂压缩机冷却器b11冷却至45℃后，然后进入预冷冷箱a1（预冷冷箱b1’）预冷至约-29.8℃；预冷后的混合冷剂经液化冷箱a2（液化冷箱b2’）液化和深冷冷箱a3（深冷冷箱b3’）过冷后经J-T阀76（76’）节流至350KPaA返回深冷冷箱a3（深冷冷箱b3’）提供冷量，再返回液化冷箱a2（液化冷箱b2’）提供冷量，最终换热后的的气相混合冷剂进入混合冷剂压缩机b10压缩入口，完成一个循环。

混合冷剂循环机构将预冷后的天然气降至-157℃，两股天然气分别再经过J-T阀77（77’）节流降温至约-161℃的液化天然气进入LNG储罐。

使用本发明提供的液化系统对某寒冷海域将一定组分的原料天然气液化，其中丙烷预冷循环机构包括三级压缩单元，丙烷压缩机末级出口压力为951.6kPaA，增压后的丙烷经冷凝器冷凝，温度降至20℃，其余结构与上述提供的液化系统相同。

由于丙烷预冷循环机构和混合冷剂液化循环机构以及混合冷剂深冷循环机构中的冷却器出口温度都降低，丙烷压缩机各段出口压力也相应降低以节约能耗。

预冷冷箱换热后的气相丙烷分别进入丙烷压缩机各级入口，经过三段压缩后压力升至951.6KPaA，进入冷凝器冷凝为20℃的液态丙烷，经过第一级节流阀减压至685kPaA后分成两股，一股进入预冷冷箱第一段蒸发提供预冷第一段所需的冷量，蒸发后的丙烷返回丙烷压缩机三段入口；另一股经过第二级节流阀节流至240kPaA后又分为两股，一股进入预冷冷箱第二段蒸发以提供预冷第二段所需的冷量，蒸发后的丙烷返回丙烷压缩机二段入口，另一股再经过第三级节流阀减压至150kPaA后，进入预冷冷箱第三段蒸发，以提供第三段预冷所需的冷量，蒸发后的丙烷返回到丙烷压缩机一段入口，完成丙烷压缩制冷循环。经过预冷冷箱换热后，天然气和混合冷剂温度降低至-29.8℃。混合冷剂在冷箱中的流程与其在上述提供的液化系统中相同，液化冷箱换热后的气相混合冷剂进入混合冷剂压缩机并压缩至3MPaA，首先进入混合冷剂压缩机冷却器冷却至20℃，然后进入预冷冷箱。深冷冷箱换热后的气相混合冷剂进入混合冷剂压缩机并压缩至3.5MPaA，首先进入混合冷剂压缩机冷却器冷却至20℃，然后进入预冷冷箱。混合冷剂循环将预冷后的天然气降至-157℃，最终经过节流降温至-161℃的液化天然气进入LNG储罐。

Claims

1.一种丙烷预冷双混合冷剂串联液化系统，其特征在于：所述液化系统包括预冷冷箱a和预冷冷箱b、液化冷箱a和液化冷箱b、深冷冷箱a和深冷冷箱b、丙烷预冷循环机构、混合冷剂液化循环机构和混合冷剂深冷循环机构；

2.根据权利要求1所述的液化系统，其特征在于：所述丙烷预冷循环机构还包括依次与所述丙烷压缩机c相连接的丙烷压缩机d，以及分别与所述丙烷气液分离罐c和丙烷气液分离罐c’相连通的丙烷气液分离罐d和丙烷气液分离罐d’，该连通处设有所述节流阀；所述丙烷气液分离罐d和丙烷气液分离罐d’的气相出口均与所述丙烷压缩机d相连通；所述丙烷气液分离罐d和丙烷气液分离罐d’分别与所述预冷冷箱a和预冷冷箱b相连通。

3.根据权利要求1-3中任一所述的液化系统，其特征在于：所述节流阀为J/T阀。