CN103124886A

CN103124886A - 在管侧流的液化过程中使主热交换器再平衡的方法

Info

Publication number: CN103124886A
Application number: CN2011800238480A
Authority: CN
Inventors: D·W·霍奇斯; C·克贝尔; M·施泰因鲍尔; M·哈默丁格
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: WO2011120097A1; US20130111947A1; JP2013530365A; AU2011235611A1; CN103124886B; KR101728996B1; AU2011235611B2; EP2561294B1; EP2561294A1; KR20130092390A; US9562718B2; ES2746508T3; CY1122697T1; JP5896984B2; LT2561294T; EP2561294A4

Abstract

描述了一种使管侧流在主热交换器中液化的方法。所述方法包括以下方法步骤：a）将管侧流的第一质量流供应至第一子集的单根管的热端；b）将管侧流的第二质量流供应至第二子集的单根管的热端；c）使制冷剂流在外壳侧蒸发；d）测量第一质量流的排出温度；e）测量第二质量流的排出温度；及f）将在步骤d）中测量的第一质量流的排出温度与在步骤e）中测量的第二质量流的排出温度加以比较，所述方法的特征在于，调节第一和第二质量流中的至少之一以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

Description

在管侧流的液化过程中使主热交换器再平衡的方法

技术领域

本发明涉及通过使主热交换器的热分布再平衡而使管侧流液化以获得液化产物的方法。本发明特别是涉及但不限于用于使气态的富含甲烷的进料液化以获得称作“液化天然气”或“LNG”的液化产物的方法。

背景技术

第6,272,882号美国专利描述了一种典型的液化过程，其中将气态的富含甲烷的进料在升高的压力下供应至主热交换器的第一管侧的热端。将气态的富含甲烷的进料与蒸发的制冷剂相对地进行冷却、液化和过冷，以获得液化流。将液化流从主热交换器的冷端排出，并输送以作为液化产物储存。将蒸发的制冷剂从主热交换器的外壳侧的热端排出。将蒸发的制冷剂在至少一个制冷剂压缩机中进行压缩，以获得高压制冷剂。对高压制冷剂进行部分冷凝，并将部分冷凝的制冷剂分离成液态的重的制冷剂馏份和气态的轻的制冷剂馏份。将重的制冷剂馏份在主热交换器的第二管侧内进行过冷，以获得过冷的重的制冷剂流。将重的制冷剂流在降低的压力下引入主热交换器的外壳侧的中间点，其中使重的制冷剂流在主热交换器的外壳侧中进行蒸发。将至少部分的轻的制冷剂馏份在主热交换器的第三管侧内进行冷却、液化和过冷，以获得过冷的轻的制冷剂流。将该轻的制冷剂流在降低的压力下引入主热交换器的外壳侧的冷端，并使轻的制冷剂流在外壳侧内进行蒸发。

从上述专利说明书可以看出，要求主热交换器的管侧处理三股流，即：i）气态的富含甲烷的进料，其在升高的压力下作为气体进入第一管侧的热端，在其通过第一管侧时冷凝，并作为过冷的液化流离开第一管侧的冷端；ii）重的制冷剂馏份，其作为液体进入第二管侧的热端，在其通过第二管侧时过冷，并作为过冷的重的制冷剂流离开第二管侧的冷端；及，iii）至少一部分的轻的制冷剂馏份，其作为蒸汽进入第三管侧的热端，在其通过第三管侧时进行冷却、液化和过冷，并作为过冷的轻的制冷剂流离开第三管侧的冷端。

同时，要求主热交换器的外壳侧处理：a）重的制冷剂流，其进入外壳侧的中间位置（位于在现有技术中称作“热的管束的顶部”的位置），并在外壳侧内进行蒸发，然后作为气体从外壳侧的热端排出；及，b）轻的制冷剂流，其在降低的压力下进入外壳侧的冷端（位于在现有技术中称作“冷的管束的顶部”的位置），并在外壳侧内进行蒸发，然后作为气体从外壳侧的热端排出。

因此，为了以第6,272,882号美国专利中所述的液化过程的形式运行，主热交换器必须能够处理单相流和两相流，这两种流在不同的温度下冷凝，其中多股管侧流和外壳侧流容纳在一个交换器中。主热交换器必须还能够处理具有宽的温度范围和压力范围的流。因此，在世界上的液化设备中使用的主热交换器是“蛇形缠绕”或“螺旋缠绕”的热交换器。

在该蛇形缠绕的热交换器中，用于各个单股流的管均匀地在多层中分布，其围绕中心管或心轴缠绕以形成“管束”。各个多层的管均可以包括几百个尺寸均匀的管，其中各个第一、第二和第三管侧流体均在各层中与它们的流量比成比例的方式均匀分布。主热交换器的效率取决于在各个这些多层中外壳侧与管侧之间的传热，其在横跨管束的径向上和在沿着管束的长度的轴向上均尽可能地平衡。

因为螺旋缠绕的热交换器变得更大以执行增加的负载，所以变得越来越难以均匀地分布外壳侧流体。这部分地是由于，在外壳侧，因为制冷剂的轻的组分首先汽化，所以重的和轻的制冷剂流的组成沿着主热交换器的长度连续地变化。因此，在外壳侧与各个第一、第二和第三管侧之间的传热会在横跨管束中的层的方向上变得不均匀。外壳侧流体中的温度的该不均匀分布导致来自管束中的各层的管的每股管侧流体在管束冷端的部分中的温度不均匀，而对于外壳侧流体而言是在热端排出。

若该系统是平衡的，则管侧与外壳侧之间的温差沿着主热交换器的大部分长度保持比较恒定，但是窄小。若该系统是不平衡的，则管侧与外壳侧之间接近的温差可以在温差非常小或者根本不存在温差的位置上变得“收缩”。该收缩现象导致主热交换器的效率下降。所导致的效率下降还在相关的混合制冷剂压缩循环中出现，该循环接收离开主热交换器的外壳侧的热端的流体。若主热交换器正确地工作，则离开外壳侧的热端的流体是气体。若主热交换器是不平衡的，则离开外壳侧的热端的流体可以包括气体和液体的两相混合物。存在任何液体表明显著的效率损失，还必须加以去除以避免对下游制冷剂压缩循环的潜在损坏。

本发明通过克服至少一个上述问题提供提高主热交换器的效率的方法和装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种使管侧流在具有热端和冷端的主热交换器中液化的方法，主热交换器包括确定外壳侧的外壁，在其中设置有蛇形缠绕的管束，所述方法包括以下方法步骤：

a）将管侧流的第一质量流以气体形式供应至第一子集的单根管的热端，所述第一子集的单根管在径向上以横跨管束的方式均匀地分布；

b）将管侧流的第二质量流以气体形式供应至第二子集的单根管的热端，所述第二子集的单根管在径向上以横跨管束的方式均匀地分布；

c）使制冷剂流在外壳侧蒸发以对第一质量流和第二质量流进行冷却，从而使管侧流变为液体；

d）测量作为液体从第一子集的单根管的冷端排出的第一质量流的排出温度；

e）测量作为液体从第二子集的单根管的冷端排出的第二质量流的排出温度；及

f）将在步骤d）中测量的第一质量流的排出温度与在步骤e）中测量的第二质量流的排出温度加以比较，所述方法的特征在于，调节第一和第二质量流中的至少之一以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

根据本发明的第二方面，提供一种用于使管侧流液化的主热交换器，所述主热交换器具有所使用的热端和冷端，所述主热交换器包括：

确定外壳侧的外壁，在其中设置有蛇形缠绕的管束；

用于将管侧流的第一质量流以气体形式供应至第一子集的单根管的热端的装置，所述第一子集的单根管在径向上以横跨管束的方式均匀地分布；

用于将管侧流的第二质量流以气体形式供应至第二子集的单根管的热端的装置，所述第二子集的单根管在径向上以横跨管束的方式均匀地分布；

用于将制冷剂流供应至外壳侧以通过使制冷剂流蒸发而对第一质量流和第二质量流进行冷却从而使管侧流变为液体的分配器；

用于产生显示作为液体从第一子集的单根管的冷端排出的第一质量流的排出温度的第一信号的第一温度传感器；

用于产生显示作为液体从第二子集的单根管的冷端排出的第二质量流的排出温度的第二信号的第二温度传感器；

与质量流调节装置连接的控制器，该质量流调节装置用于对第一质量流和第二质量流之一或两者进行调节以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

在一个实施方案中，在步骤d）中测量的第一质量流的排出温度高于在步骤e）中测量的第二质量流的温度，相对于第二质量流减少第一质量流。替代性地，在步骤d）中测量的第一质量流的排出温度低于在步骤e）中测量的第二质量流的温度，相对于第一质量流减少第二质量流。

在一个实施方案中，通过在主热交换器的冷端对第一或第二质量流中的至少之一进行调节，对第一和第二质量流中的至少之一进行调节，以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。替代性地，通过在主热交换器的热端对第一或第二质量流中的至少之一进行调节，对第一和第二质量流中的至少之一进行调节，以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

通过减少第一子集的单根管中的单根管的数量，通过堵塞或去除第一子集的单根管中的一根或多根单根管，或者通过限制供应至第一子集的单根管的第一质量流，可以调节第一质量流。类似地，通过减少第二子集的单根管中的单根管的数量，通过堵塞或去除第二子集的单根管中的一根或多根单根管，或者通过限制供应至第二子集的单根管的第一质量流，可以调节第二质量流。

在一个实施方案中，管束包括朝向管束的热端排列的热的管束以及朝向管束的冷端排列的冷的管束，热的管束和冷的管束均具有热端和冷端。本说明书通篇引用“管束”，除非另有说明，用于涵盖主热交换器具有单独的管束的情况以及管束由分离的热的管束和分离的冷的管束构成的情况。

在一个实施方案中，管侧流是作为液体进入热的管束的热端并且作为过冷的液体离开冷的管束的冷端的第一管侧流。在一个实施方案中，第一管侧流可以作为气态的富含甲烷的进料进入热的管束的热端，其在从热的管束的热端输送进入冷的管束的热端的时刻之前已经液化。在一个实施方案中，第一管侧流作为液体进入冷的管束的热端，并且作为过冷的液体离开冷的管束的冷端。过冷的液体可以从主热交换器的冷的管束的冷端排出，然后引导至储存装置。

在一个实施方案中，第一管侧流与在冷的管束的外壳侧逐渐地汽化的主要为液态的轻的制冷剂流进行热交换。可以将从主热交换器的外壳侧的热端排出的蒸发的制冷剂送至第一和第二制冷剂压缩机，在其中压缩蒸发的制冷剂以形成高压制冷剂流。可以将高压制冷剂流引导至热交换器，在其中进行冷却以产生部分冷凝的制冷剂流，然后导入分离器中从而以液体形式分离出重的制冷剂馏份以及以气体形式分离出轻的制冷剂馏份。重的制冷剂馏份可以变为作为液体在热的管束的热端供应并且作为过冷的重的制冷剂流以液体形式在热的管束的冷端排出的第二管侧流。在热的管束的冷端排出的过冷的重的制冷剂流可以经由第一膨胀装置进行膨胀，以形成降低压力的重的制冷剂流，然后将其引入主热交换器的外壳侧在热的管束的冷端与冷的管束的热端之间中间的位置，其中所述降低压力的重的制冷剂流在外壳侧内进行蒸发，从而使第一、第二和第三管侧流中的流体在输送通过热的管束时进行冷却。

来自分离器的部分的轻的制冷剂馏份可以变为作为气体引入热的管束的热端并且作为过冷的液体在冷的管束的冷端排出的第三管侧流。第三管侧流可以在输送通过热的管束时由气体冷却成为液体，并且在输送通过冷的管束时从液体冷却成为过冷的液体。从冷的管束的冷端排出的过冷的轻的制冷剂流可以经由第二膨胀装置进行膨胀，以降低压力并产生降低压力的轻的制冷剂流。将降低压力的轻的制冷剂流引入主热交换器的外壳侧的冷端，其中使所述降低压力的轻的制冷剂流在外壳侧内进行蒸发，从而使第一和第三管侧流中的流体在通过冷的管束时进行冷却，并且使第一、第二和第三管侧流中的流体在通过热的管束时进行冷却。

在一个实施方案中，主热交换器的控制器与质量流调节装置连接，从而在第一信号高于第二信号时相对于第二质量流减少第一质量流。在一个实施方案中，控制器与质量流调节装置连接，从而在第一信号低于第二信号时相对于第一质量流减少第二质量流。在一个实施方案中，构造质量流调节装置，以调节第一质量流和第二质量流之一或两者，从而在主热交换器的冷端使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。在一个实施方案中，构造质量流调节装置，以调节第一质量流和第二质量流之一或两者，从而在主热交换器的热端使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。在一个实施方案中，质量流调节装置包括用于调节第一质量流的第一质量流调节装置。

在一个实施方案中，第一质量流调节装置是插入第一子集的单根管中的一根或多根单根管中的塞子，以相对于第二质量流的流量减少第一质量流的流量。在一个实施方案中，第一质量流调节装置是限制流向第一子集的单根管中的一根或多根单根管的第一质量流的阀门。

在一个实施方案中，质量流调节装置包括用于调节第二质量流的第二质量流调节装置。在一个实施方案中，第二质量流调节装置是插入第二子集的单根管中的一根或多根单根管中的塞子，以相对于第一质量流的流量减少第二质量流的流量。在一个实施方案中，第二质量流调节装置是限制流向第二子集的单根管中的一根或多根单根管的第二质量流的阀门。

根据本发明的第三方面，提供一种用于在主热交换器中使管侧流液化的方法，在此详细地参考及根据附图中所示加以描述。

根据本发明的第四方面，提供一种用于使管侧流液化的主热交换器方法，在此详细地参考及根据附图中所示加以描述。

附图说明

为了有利于更加详细地理解本发明的特性，下面仅示例性地参考附图详细地阐述本发明的实施方案，其中：

图1示意性地显示了流向根据本发明的一个实施方案的螺旋缠绕的主热交换器的单根管的子集的流的分布；及

图2示意性地显示了使天然气液化的设备的一个实施方案的流程图。

具体实施方式

现在描述本发明的方法和设备的特别的实施方案，特别是仅示例性地参考在主热交换器中将气态的富含甲烷的进料气体以天然气的形式液化以产生液化天然气的设备。本发明同样可以应用于适用于其他应用的主热交换器，例如生产乙烯或者用于对至少两股管侧流进行热处理的其他设备。在此所采用的术语仅仅是用于描述特别的实施方案的目的，不应当限制本发明的范围。除非另有定义，所有在此所采用的技术和科学术语均具有与本发明所属领域的普通技术人员通常的理解相同的含义。应当理解，在附图中，相同的附图标记代表相同的部件。

使用典型的现有技术的螺旋缠绕的主热交换器，承载不同的管侧流的单根管尽可能均匀地在横跨多层管束的方向上分布，其中分配给任何给定类型的管侧流的管的数量基本上与其流量成比例。如上所述，主热交换器的效率依赖于在径向上横跨管束以及在轴向上沿着管束的长度尽可能平衡地在每个这些多层中于外壳侧与管侧之间的传热。此外，管束以多层进行缠绕，从而将每股管侧流经由所设置的一个或多个喷嘴引入管束，以将任何给定类型的管侧流的质量流尽可能均匀地分配进入横跨管束的任何给定的径向横截面的每一层。以类似的方式，使用第一分配器（未示出）将在主热交换器中进入冷的管束的外壳侧的冷端的轻的制冷剂的质量流在横跨外壳侧的方向上进行分配，及使用第二分配器（未示出）将进入热的管束的外壳侧的冷端的重的制冷剂的质量流在横跨外壳侧的方向上进行分配。该现有技术的排列方式建议用于在全部时刻使横跨主热交换器的热平衡保持尽可能地均匀。

本发明部分地基于以下认识，难以在主热交换器的外壳侧将温度、组成或质量流流量分配的任何不平衡加以修复。在每股外壳侧流中存在的任何气相馏份能够良好地混合，同时存在于外壳侧的液相馏份无法良好地混合。这会导致在横跨管束的方向上的温度的不平衡，其无法通过在外壳侧进行调节而加以修正。替代性地，申请人认识到，通过调节至少一股流向给定的子集的单根管的管侧流的质量流，可以实现效率的提高。

参考图1和2，描述了用于在主热交换器（12）中使第一管侧流液化的方法和设备（10），主热交换器（12）具有确定外壳侧（16）的外壁（14），在其中设置有具有热端（20）的冷端（22）的蛇形缠绕的管束（18），其中管束（18）至少包括第一子集的单根管（24）和第二子集的单根管（26）。第一和第二子集的单根管均在横跨管束的半径的方向上均匀地分布。将管侧流的第一质量流（28）以气体形式供应至第一子集的单根管（24）的热端（20），将相同的管侧流的第二质量流（30）以气体形式供应至第二子集的单根管（26）的热端（20）。将单独的或混合的制冷剂流（31）引入主热交换器的冷端（22）并在外壳侧（16）蒸发，以使管侧流的第一和第二质量流（分别为28和30）进行冷却。使用产生第一信号（41）的第一温度传感器（32）测量作为液体从第一子集的单根管（24）的冷端（22）排出的管侧流的第一质量流（28）的排出温度。使用产生第二信号（43）的第二温度传感器（34）测量作为液体从第二子集的单根管（26）的冷端排出的管侧流的第二质量流（30）的排出温度。通过控制器（40）将第一信号（41）与第二信号（43）加以比较，该控制器与质量流调节装置（45）连接，以调节第一质量流（28）和第二质量流（30）之一或两者，从而使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。为了实现最大限度的控制，质量流调节装置（45）包括用于调节第一质量流（28）的第一质量流调节装置（47）和用于调节第二质量流（30）的第二质量流调节装置（49）。

理想地，第一质量流（28）的排出温度最终等于在最大效率时第二质量流（30）的排出温度，在本说明书和所附的权利要求书中通篇采用的术语“相等”是指增量式调节第一和第二质量流中的至少之一以使第一质量流的排出温度更加接近于第二质量流的排出温度。

若本发明的方法和设备用于使气态的富含甲烷的进料液化以获得液化天然气，则待调节的管侧流的质量流可以是以下的一种或多种：第一管侧流（62）；第二管侧流（64）；或第三管侧流（66）。有待对其质量流进行调节以使主热交换器内的热分布再平衡的至少一股管侧流的选择取决于相关因素的数量，主要为在每个子集的单根管的冷端测量的温差的大小。应当认识到，在主热交换器用于对多于一股不同种类的管侧流（例如作为第一管侧流的天然气流和作为第二管侧流的制冷剂）进行热处理时，则第一管侧流的排出温度可以轻微地不同于第二管侧流的排出温度。本发明的一个关键性的特征是，以基于一个子集的单根管再一个子集的单根管的方式调节每股不同种类的管侧流的质量流，以确保每股不同种类的管侧流的排出温度与所述管侧流的通过管束的每股质量流相等。

现在参考图2，其示意性地显示出在主热交换器（12）中使气态的富含甲烷的进料气体以天然气的形式液化的设备（10）。在该实施方案中，主热交换器（12）的外壁（14）确定外壳侧（16），在其中设置有两个管束，即具有热端（52）和冷端（54）的热的管束（50）和具有热端（58）和冷端（60）的冷的管束（56）。热的管束（50）朝向主热交换器（12）的热端（20）排列，冷的管束（56）朝向主热交换器（12）的冷端（22）排列。在图2所示的实施方案中，设置管束以接收第一管侧流（62）、第二管侧流（64）和第三管侧流（66），下面将更详细地加以描述。然而，只要将任何给定的管侧流的第一质量流引导流过第一子集的单根管，并将所述管侧流的第二质量流引导流过第二子集的单根管，其中第一和第二子集的单根管均在径向上以横跨蛇形缠绕的管束的方式均匀地分布，本发明就同样适用于仅以一股或两股管侧流运行的主热交换器。

在图2所示的实施方案中，第一管侧流（62）在升高的压力下作为气态的富含甲烷的进料进入热的管束（50），其在从热的管束（50）的冷端（54）输送进入冷的管束（56）的热端（58）的时刻之前已经液化并部分地过冷。第一管侧流（62）作为部分地过冷的液体进入冷的管束（56）的热端（58），并作为进一步过冷的液体离开冷的管束（56）的冷端（60）。第一管侧流（62）在输送通过冷的管束（56）时与在冷的管束（56）的外壳侧（16）逐渐汽化的主要为液态的轻的制冷剂流（68）进行热交换。将产生的过冷的液化的第一管侧流（70）从主热交换器（12）的冷端（22）排出，然后引导至储存装置（72）。

将从主热交换器（12）的外壳侧（16）的热端（20）排出的蒸发的混合的制冷剂流（74）送至第一和第二制冷剂压缩机（76和78），在其中压缩蒸发的制冷剂流（74）以形成高压制冷剂流（80）。然后将高压制冷剂流（80）引导至一个或多个热交换器（82），在其中进行冷却，从而产生部分冷凝的混合的制冷剂流（84），然后导入分离器（86）中以分离出液体形式的重的制冷剂馏份（88）和气体形式的轻的制冷剂馏份（90）。重的制冷剂馏份（88）变为第二管侧流（64），其作为液体进入热的管束（50）的热端（52）并作为过冷的重的制冷剂流（92）离开热的管束（56）的冷端（54）。以此方式，重的制冷剂第二管侧流在其输送通过主热交换器的热的管束时在全部时刻保留有液体。

使在热的管束（50）的冷端（54）排出的过冷的重的制冷剂流（92）经由Joule-Thompson阀（“J-T阀”）的形式的第一膨胀装置（94）进行膨胀，以形成降低压力的重的制冷剂流（96），然后将其引入主热交换器（12）的外壳侧（16）在热的管束（50）的冷端（54）与冷的管束（56）的热端（58）之间中间的位置。因此，降低压力的重的制冷剂流（96）是允许在外壳侧（16）进行蒸发的制冷剂流（31）之一，从而使第一、第二和第三管侧流（分别为62、64和66）中的流体在输送通过热的管束（50）时进行冷却。

来自分离器（86）的部分的轻的制冷剂馏份（90）变为第三管侧流（66），将其作为气体引入热的管束（50）的热端（52）并作为过冷的液态的轻的制冷剂流（100）在冷的管束（56）的冷端（60）排出。更具体而言，将第三管侧流（66）在输送通过热的管束（50）时由气体冷却成为液体并部分地过冷，并且在输送通过冷的管束（56）时进一步冷却成为过冷的液体。使从主热交换器（12）的冷端（22）排出的过冷的轻的制冷剂流（100）经由第二膨胀装置（102）例如水轮机进行膨胀，以降低压力并产生降低压力的轻的制冷剂流（104）。因此，降低压力的轻的制冷剂流（104）是被引入主热交换器（12）的外壳侧（16）的另一股制冷剂流（31）。在此情况下，降低压力的轻的制冷剂流（104）开始在外壳侧（16）内蒸发，以对冷的管束（56）进行冷却，从而使第一和第三管侧流（分别为62和66）中的流体在通过冷的管束（56）时进行冷却，并且使第一、第二和第三管侧流（分别为62、64和66）中的流体在通过热的管束（50）时进行冷却。

示例性地，测量冷的管束（56）的第一子集的单根管（24）的冷端（60）的第一管侧流（62）的第一质量流（28）的排出温度，并使用控制器（40）将其与冷的管束（56）的第二子集的单根管（26）的冷端（60）的第一管侧流（62）的第二质量流（30）的排出温度加以比较。若第一质量流（28）的排出温度高于第二质量流（30）的排出温度，则相对于第二质量流（30）向下调节第一质量流（28），以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。该向下调节是通过使用第一质量流调节装置（45）以减少或限制流向第一子集的单根管（24）的第一管侧流的第一质量流而实现的。因此，在通过管束的第一管侧流的总质量流流量不发生改变时（因为在主热交换器的上游或下游控制进入主热交换器的热端的总质量流），流向第二子集的单根管（26）的第一管侧流的第二质量流（30）有效地增加。

类似地，进一步示例性地，可以测量热的管束（50）的第一子集的单根管（24）的冷端（54）的第二管侧流（64）的第一质量流（28）的排出温度，并与热的管束（50）的第二子集的单根管（26）的冷端（54）的第二管侧流（64）的第二质量流（30）的排出温度加以比较。若第一质量流（28）的排出温度低于第二质量流（30）的排出温度，则相对于第二质量流（30）向上调节第一质量流（28），以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。以此方式，使通过热的管束的第二管侧流的质量流再平衡，直至第一质量流（28）的排出温度更加接近于第二质量流（30）的排出温度。在通过热的管束（56）的第二管侧流的总质量流流量不发生改变时，通过使用第二质量流调节装置（47）以减少或限制第二质量流（30）而向上调节第一质量流（28）。

本发明可以用于在液化过程的主热交换器中使第一、第二和第三管侧流中的一股、两股或所有三股再平衡。可以在管束的热端或冷端，使用第一和第二质量流调节装置（分别为45和47）之一或两者调节流向一个子集的单根管的质量流。第一和第二调节装置可以采用阀门的形式。

在本发明的一个实施方案中，通过有效地减少所述子集中单根管的数量，通过堵塞所述子集中的一根或多根单根管，限制流向给定的子集的单根管的管侧流的质量流。示例性地，第一质量流调节装置（45）可以采用限流装置的形式，其是插入第一子集的单根管（24）中的一根或多根单根管中的塞子的形式，用于相对于第二质量流（30）的流量减少第一质量流（28）的流量。以类似的方式，第二质量流调节装置（47）可以采用插入第二子集的单根管（26）中的一根或多根单根管中的塞子的形式，用于相对于第一质量流（28）的流量减少第二质量流（30）的流量。堵塞单根管的作用类似于将其从管束去除。

可以通过减少所述子集中单根管的数量，通过以物理方式去除所述子集中的一根或多根单根管，限制流向给定的子集的单根管的管侧流的质量流。

在另一个实施方案中，将第一和第二质量流调节装置（分别为45和47）之一或两者用于以基于逐根管的方式部分地限制通过一个子集的单根管的管侧流的质量流。示例性地，第一质量流调节装置（45）可以采用限制流向第一子集的单根管（24）中的一根或多根单根管的第一质量流（28）的阀门的形式。以类似的方式，第二质量流调节装置（47）可以采用限制流向第二子集的单根管（26）中的一根或多根单根管的第二质量流（30）的阀门的形式。可以通过有效地减少所述子集中单根管的数量，通过去除所述子集中的一根或多根单根管，限制流向给定的子集的单根管的管侧流的质量流。

本领域技术人员按照惯例应当想到确定任何给定的子集中单根管的数量，其应当限制或堵塞流以补偿所测量的不同子集的单根管的排出温度之差。可以采用在本领域中公知的模拟技术促进该选择过程。

在此将在本说明书中所引用的每篇专利文献引入本说明书中作为参考。可以清楚地理解，虽然在此参考了一些现有技术中的文献，这一参考并不准许任何这些文献在澳大利亚或者在任何其他国家形成在所属领域中的部分的公知常识。在发明内容部分、说明书和所附的权利要求书中，除了上下文否则由于表述语言或必要的暗示所要求的情况，术语“包括”或改变的形式例如“包括”或“包括”是以包括的理解方式加以使用，即指出了所述特征的存在，但是并不排除在本发明的不同的实施方案中存在或加入其他特征的情况。

既然已经详细地描述了本发明的实施方案，相关领域的技术人员显然能够在不背离本发明的基本思想的情况下作出许多的变化和改变。应当认为所有这些改变和变化均在本发明的范围之内，其特性可以由以上的说明书和所附的权利要求书加以确定。

Claims

1.使管侧流在具有热端和冷端的主热交换器中液化的方法，所述主热交换器包括确定外壳侧的外壁，在其中设置有蛇形缠绕的管束，所述方法包括以下方法步骤：

2.权利要求1的方法，其中在步骤d）中测量的第一质量流的排出温度高于在步骤e）中测量的第二质量流的温度，相对于第二质量流减少第一质量流。

3.权利要求1的方法，其中在步骤d）中测量的第一质量流的排出温度低于在步骤e）中测量的第二质量流的温度，相对于第一质量流减少第二质量流。

4.前述权利要求之一的方法，其中通过在主热交换器的冷端对第一或第二质量流中的至少之一进行调节，对第一和第二质量流中的至少之一进行调节，以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

5.权利要求1至3之一的方法，其中通过在主热交换器的热端对第一或第二质量流中的至少之一进行调节，对第一和第二质量流中的至少之一进行调节，以使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

6.前述权利要求之一的方法，其中通过减少第一子集的单根管中的单根管数量，调节第一质量流。

7.权利要求1至5之一的方法，其中通过堵塞或去除第一子集的单根管中的一根或多根单根管，调节第一质量流。

8.权利要求1至5之一的方法，其中通过限制供应至第一子集的单根管的第一质量流，调节第一质量流。

9.权利要求1至8之一的方法，其中通过减少第二子集的单根管中的单根管数量，调节第二质量流。

10.权利要求1至8之一的方法，其中通过堵塞或去除第二子集的单根管中的一根或多根单根管，调节第二质量流。

11.权利要求1至8之一的方法，其中通过限制供应至第二子集的单根管的第一质量流，调节第二质量流。

12.前述权利要求之一的方法，其中管束包括朝向管束的热端排列的热的管束以及朝向管束的冷端排列的冷的管束，热的管束和冷的管束均具有热端和冷端。

13.权利要求12的方法，其中管侧流是作为液体进入热的管束的热端并且作为过冷的液体离开冷的管束的冷端的第一管侧流。

14.权利要求12的方法，其中第一管侧流作为气态的富含甲烷的进料进入热的管束的热端，其在从热的管束的热端输送进入冷的管束的热端的时刻之前已经至少部分地液化。

15.权利要求12的方法，其中第一管侧流作为液体进入冷的管束的热端，并且作为过冷的液体离开冷的管束的冷端。

16.权利要求15的方法，其中过冷的液体从主热交换器的冷的管束的冷端排出，然后引导至储存装置。

17.权利要求12至16之一的方法，其中第一管侧流与主要为液态的轻的制冷剂流进行热交换，该主要为液态的轻的制冷剂流在冷的管束的外壳侧逐渐地汽化。

18.权利要求17的方法，其中将从主热交换器的外壳侧的热端排出的蒸发的制冷剂送至第一和第二制冷剂压缩机，在其中压缩蒸发的制冷剂以形成高压制冷剂流。

19.权利要求18的方法，其中将高压制冷剂流引导至热交换器，在其中进行冷却以产生部分冷凝的制冷剂流，然后导入分离器中从而以液体形式分离出重的制冷剂馏份以及以气体形式分离出轻的制冷剂馏份。

20.权利要求18的方法，其中重的制冷剂馏份变为作为液体在热的管束的热端供应并且作为过冷的重的制冷剂流以液体形式在热的管束的冷端排出的第二管侧流。

21.权利要求20的方法，其中在热的管束的冷端排出的过冷的重的制冷剂流经由第一膨胀装置进行膨胀，以形成降低压力的重的制冷剂流，然后将其引入主热交换器的外壳侧在热的管束的冷端与冷的管束的热端之间中间的位置，其中所述降低压力的重的制冷剂流在外壳侧内进行蒸发，从而使第一、第二和第三管侧流中的流体在输送通过热的管束时进行冷却。

22.权利要求21的方法，其中来自分离器的部分的轻的制冷剂馏份变为作为气体引入热的管束的热端并且作为过冷的液体在冷的管束的冷端排出的第三管侧流。

23.权利要求22的方法，其中第三管侧流在输送通过热的管束时由气体冷却成为液体，并且在输送通过冷的管束时从液体冷却成为过冷的液体。

24.权利要求23的方法，其中从冷的管束的冷端排出的过冷的轻的制冷剂流经由第二膨胀装置进行膨胀，以降低压力并产生降低压力的轻的制冷剂流。

25.权利要求24的方法，其中将降低压力的轻的制冷剂流引入主热交换器的外壳侧的冷端，其中使所述降低压力的轻的制冷剂流在外壳侧内进行蒸发，从而使第一和第三管侧流中的流体在通过冷的管束时进行冷却，并且使第一、第二和第三管侧流中的流体在通过热的管束时进行冷却。

26.用于使管侧流液化的主热交换器，所述主热交换器具有所使用的热端和冷端，所述主热交换器包括：

确定外壳侧的外壁，在其中设置有蛇形缠绕的管束；

27.权利要求26的主热交换器，其中控制器与质量流调节装置连接，从而在第一信号高于第二信号时相对于第二质量流减少第一质量流。

28.权利要求26的主热交换器，其中控制器与质量流调节装置连接，从而在第一信号低于第二信号时相对于第一质量流减少第二质量流。

29.权利要求26至28之一的主热交换器，其中构造质量流调节装置，以调节第一质量流和第二质量流之一或两者，从而在主热交换器的冷端使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

30.权利要求26至28之一的主热交换器，其中构造质量流调节装置，以调节第一质量流和第二质量流之一或两者，从而在主热交换器的热端使第一质量流的排出温度与第二质量流的排出温度相等。

31.权利要求26至30之一的主热交换器，其中质量流调节装置包括用于调节第一质量流的第一质量流调节装置。

32.权利要求31的主热交换器，其中第一质量流调节装置是插入第一子集的单根管中的一根或多根单根管中的塞子，以相对于第二质量流的流量降低第一质量流的流量。

33.权利要求31的主热交换器，其中第一质量流调节装置是限制流向第一子集的单根管中的一根或多根单根管的第一质量流的阀门。

34.权利要求26至33之一的主热交换器，其中质量流调节装置包括用于调节第二质量流的第二质量流调节装置。

35.权利要求34的主热交换器，其中第二质量流调节装置是插入第二子集的单根管中的一根或多根单根管中的塞子，以相对于第一质量流的流量降低第二质量流的流量。

36.权利要求34的主热交换器，其中第二质量流调节装置是限制流向第二子集的单根管中的一根或多根单根管的第二质量流的阀门。

37.用于在主热交换器中使管侧流液化的方法，在此详细地参考及根据附图中所示加以描述。

38.用于使管侧流液化的主热交换器方法，在此详细地参考及根据附图中所示加以描述。