CN114555258B - 热交换系统及组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在场地(诸如天然气液化厂)构造线绕式热交换模块并运输及安装线绕式热交换模块的方法。在将线绕式心轴伸缩到壳体内之前，将构造模块框架并将其附接到热交换器壳体上。模块框架包括凸耳及两个鞍座，在整个过程中及热交换器运行时，这些凸耳及鞍座始终附接至壳体上。凸耳及鞍座经构造及定位以在构造、伸缩及运输期间(处于水平方向时)以及在场地安装壳体时(沿垂直方向)稳定此壳体。当壳体从环境温度过渡到工作温度时，凸耳及鞍座经过调整，以允许壳体的热膨胀及收缩，反之亦然。

Description

热交换系统及组装方法
技术领域
本发明大体系关于一种热交换器及低温设备，并且更特定而言，系关于组装热交换器及低温设备。
背景技术
及安装线绕式热交换器(“CWHE”)的传统方法非常耗时，并且导致制造周期延长。在一种典型的方法中，壳体由套车间鞍座支撑，同时将缠绕束伸缩到承压壳体(“壳体”)中。将缠绕束伸缩到壳体中后，将CWHE提升到传输车上，将其绑在一组传输鞍座上，并以水平位置传输。当CWHE到达场地时，将其竖立起来，并在其周围建造支撑架。支撑架包括设计用于为CWHE提供垂直支撑以及考虑风负荷及地震负荷的结构元件。
传统CWHE组装方法要求在场地安装CWHE并构造至少一些支撑架后，安装管道连接、电气连接、仪表、步行平台等。这导致施工时间相对较长，意味着这些项目的安装必须在场地外进行。此外，在施工的各个阶段，三套不同的结构用于支撑CWHE，当壳体被提升到传输车辆上以及在场地安装时，必须将提升设备直接连接到壳体上。
需要组装及安装CHWE的改进方法。
发明内容
本文提供用于组装热交换器及低温设备的改进方法，以及用于将热交换器连接到模块框架的改进模块框架及结构。
在一个方面中，改进包括以下方法步骤：
(a)形成第一心轴；
(b)在第一心轴上形成第一缠绕束，以通过绕第一心轴缠绕管道形成第一线绕式心轴；
(c)提供第一热交换器壳体的第一部分，第一部分具有第一开口面及平行于第一热交换器壳体的最大尺寸延伸的第一壳体纵轴；
(d)利用至少两个连接构件将第一热交换器壳体的第一部分连接到第一模组框架，这些连接构件刚性地连接到第一热交换器壳体以形成第一热交换模块，第一模块框架包括由多个横梁连接的多个柱；
(e)在执行步骤(d)之后，当第一壳体纵轴处于基本水平方向时，透过第一开口面将第一线绕式心轴伸缩到第一热交换器壳体的第一部分中；
(f)在执行步骤(e)之后，关闭第一热交换器壳体的第一开口面；
(g)在执行步骤(f)之后，将第一热交换模块传输到场地；以及
(h)在执行步骤(g)之后，利用基本垂直定向上的第一壳体纵轴在场地安装第一热交换模块，其中第一热交换器通过至少两个连接构件悬挂在第一膜组框架内的固定位置。
在另一方面中，改进包括热交换模块，热交换模块包括线绕式热交换器，线绕式热交换器包括具有外表面、顶端、底端、壳体纵轴及沿纵轴从顶端延伸至底端的壳体长度(壳体长度为壳体的最大尺寸)的壳体。热交换模块进一步包括具有由横梁连接的多个柱的模块框架、刚性地附接至壳体及模块框架的凸耳；以及刚性地附接至壳体并通过多个第一鞍座接头连接至模块框架的第一鞍座。多个第一鞍座接头中的每一个都适于通过使第一鞍座能够在平行于壳体纵轴的方向上相对于模块框架移动来适应壳体的热膨胀及收缩。
在另一方面中，改进包括用于液化碳氢化合物进气的装置，其中主热交换器被构造、运输到场地，并使用本文揭示的方法及本文揭示的模块框架结构安装。
附图说明
本文参考附图描述实施例。
[图1A至1E]根据一或多个实施例图示组装单壳体热交换器组件的方法；
[图2A至2C]根据一或多个实施例图示组装多壳体热交换器组件的方法；
[图3A至3D]根据一或多个实施例图示组装多壳体热交换器组件的方法；
[图4A]为安装在场地处的CWHE的轴测图；
[图4B]为沿图4A的线B-B截取的剖视图；
[图4C]为沿图4B的线C-C截取的剖视图；
[图4D]为图4B的区域C-C的部分轴测图；
[图4E]为图4D的区域E-E的放大局部图；
[图4F]为图4D的区域E-E截取的部分轴测图；
[图4G]为图4B的线G-G截取的剖视图；
[图4H]为图4B的区域G-G的部分轴测图；
[图5]为示例性天然气液化系统的方块图，热交换器组件可根据一或多个实施例与其一起使用；以及
[图6]为示出本文描述的示例性方法的步骤的流程图。
具体实施方式
在下文中，阐述细节以提供对示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员而言，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。在其他情况下，为了避免混淆实施例，以方块图形式或示意图形式示出了众所周知的结构及装置，而非详细示出。此外，除非另有特别说明，否则下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。
此外，在以下描述中，用等效或类似的元件符号表示等效或类似的元件或具有等效或类似功能的元件。由于相同或功能等效的元件在附图中具有相同的元件符号，因此可以省略对具有相同元件符号的元件的重复描述。因此，具有相同或类似元件符号的元件提供的描述可以相互交换。
以下具体实施方式不应被认为具有限制性。在这方面，方向性术语，诸如“顶部””、“底部”、“下面”、“上面”、“低于”、“高于”、“前面”、“后面”、“背部””、“前置”、“尾部”、“横向”、“垂直”等，可以参考所述附图方向来使用。包括“向内”与“向外”、“纵向”与“横向”等的术语将视情况相对于彼此或相对于伸长轴、或旋转轴或中心进行解释。由于实施例的部分可以定位在多个不同的方向上，因此方向术语用于说明目的，并且不以任何方式限制。应当理解，可以利用其他实施例，并且可以在不脱离申请专利范围所定义的范畴的情况下进行结构或逻辑改变。
除非另有明确说明，否则与连接、耦合等相关的术语，如“连接”及“互连”指一种关系，其中结构透过中间结构直接或间接，以及可移动或刚性连接或关系相互固定或连接，并包括诸如“直接”耦合、固定等术语。术语“操作耦合”指允许相关结构通过彼关系按预期运行的连接、耦合或连接。
本文中的术语“基本上”可用于说明在不偏离本文所述实施例的方面的情况下被认为在行业中可接受的制造公差(例如，在5％以内)。在一方向的上下文中，术语“基本上”指在彼方向的5度范围内。例如，“基本垂直”指在垂直的任一方向上都在5度以内。
如本文所用，术语“方向”指结构的方向，意指结构的方向由结构的最长尺寸定义。
说明书及申请专利范围中使用的术语“流体流动连通”指两个或更多个部件之间的连接性，其使得液体、蒸汽及/或两相混合物能够以受控方式(即无泄漏)直接或间接地在部件之间传输。耦合两个或更多个部件以使其彼此处于流体流动连通，可包括本领域已知的任何合适方法，诸如使用焊接、法兰导管、垫圈及螺栓。两个或更多个部件还可以经由系统的其他部件耦合在一起，这些部件可以将例如阀门、闸极或其他可以选择性地限制或引导流体流动的装置分开。
说明书及申请专利范围中使用的术语“导管”指一或多个结构，流体可通过此结构在系统的两个或更多个部件之间传输。例如，导管可以包括输送液体、蒸汽及/或气体的管道、导管、通道及其组合。
说明书及申请专利范围中使用的术语“天然气”指主要由甲烷组成的碳氢化合物气体混合物。
说明书及申请专利范围中使用的术语“混合制冷剂”(缩写为“MR”)是指包含至少两种碳氢化合物且碳氢化合物占制冷剂总成分至少80％的流体。
术语“束”及“管束”在本申请中可以互换使用，并且为同义词。
术语“压缩回路”在本文中用于指彼此流体连通并串联布置的部件及导管(以下简称“串联流体流动连通”)，从第一压缩机或压缩级的上游开始，并从最后一个压缩机或压缩级的下游结束。术语“压缩顺序”旨在指组成相关压缩回路的部件及导管所执行的步骤。
如本文所用，术语“垂直方向”意指结构的最长尺寸为垂直方向。
如本文所用，术语“水平方向”意指结构的最长尺寸为水平方向。
如本文所用，术语“刚性连接”意指一个结构以防止两个结构之间的任何运动的方式(诸如螺栓连接或焊接)机械耦合至另一结构。除非另有说明，第一元件被认为“刚性连接”至第二元件，即使连接为间接的(即，额外元件位于第一元件与第二元件之间)。
如本文所用，术语“环境温度”指设备周围环境的空气温度。
图1A至图1E及图6图示组装单壳热交换模块100(图1D)的示例性方法。在本实施例中，热交换模块100包括线绕式热交换器(coil wound heat exchanger；CWHE)。CWHE通常用于天然气液化。CWHE通常包含螺旋缠绕的管束，这些管束位于形成压力容器的铝或不锈钢壳体内。对于液化天然气(liquid natural gas；LNG)服务，CWHE可能包括多个管束，每个管束都有若干管回路。可使用多种制冷剂中的任何一种进行冷却，例如，具有氮、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷及戊烷之混合物的混合制冷剂(mixed refrigerant；MR)流为许多基本负荷LNG装置常用的制冷剂。用于天然气液化的制冷循环可为串级循环、单混合制冷循环(single mixed refrigerant cycle；SMR)、丙烷预冷混合制冷循环(C3MR)、双混合制冷循环(dual mixed refrigerant cycle；DMR)、氮气或甲烷膨胀循环，或任何其他适当的制冷过程。MR流的成分针对进气成分及操作条件进行了优化。位于壳体内每个管束顶部的是一个分配器总成，其将制冷剂分配到壳体与心轴之间的管束上，为流经管束的流体提供制冷。美国申请案第2016/0209118号中揭示了一种分配器总成的实例，此申请案通过引用并入本文，如同完整阐述一样。
图1A至图1D图示组装热交换模块100的第一示例性方法，热交换模块包括一具有两个线绕式心轴114、124的CWHE。为了形成每个线绕式心轴114、124，管道112绕着心轴110螺旋缠绕。在大多数应用中，多个管道回路将缠绕在心轴110上。每个线绕式心轴114的入口位于或接近心轴110的第一端110a，出口位于或接近心轴110的第二端110b。
如图1B所示，两个鞍座136a、136b固定在压力容器壳体(“壳体”)的第一(下部)部分131上，随后第一线绕式心轴114透过第一部分131的开口顶端沿下部131的纵轴L伸缩(即插入)到壳体的第一部分131中。类似地，如图1C所示，将两个鞍座136c及136d固定在壳体的第二(上部)部分134上，随后将第二线绕式心轴124伸缩到第二部分134中。在将两个线绕式心轴114、124分别插入壳体的第一及第二部分131、134后，将第一及第二部分131、134接合以形成压力容器壳体132(见图1D)。壳体132完全成形并闭合后，以水平方向(图1D所示方向)将其运输至场地。到达场地后，并如图1E所示，热交换模块100垂直安装，安装完成。
在此示例性实施例中，未示出在场地支撑热交换模块100的模块框架结构。模块框架可以在线绕式心轴114、124伸缩之前组装并固定在壳体130的第一及第二部分131、134上，或者模块框架可以在场地安装后组装并固定在壳体130上。
结合图1A至图1E中所示的热交换模块100描述的组装方法的关键改进为，在将线绕式心轴114、124伸缩到壳体132的每个部分之前，将鞍座136a～136d附接至壳体132的每个部分131、134上，那些鞍座136a～136d永远不会从壳体上拆下，并且在安装时将鞍座136a～136d附接至模块框架上。换言之，在伸缩期间用于支撑壳体132的部分131、134的鞍座136a～136d在整个施工及安装过程中以及在CWHE运行时仍然为CWHE结构支撑的一部分。因此，鞍座136a～136d适用于在运输期间(当其处于水平方向时)以及CWHE在场地架设及安装后(CWHE处于垂直方向时)，为CWHE提供支撑。这与传统组装方法不同，传统组装方法中在伸缩、运输及最终安装阶段使用三套不同的鞍座。
如图1B&图1C所示，鞍座136a用以支撑CWHE壳体130的水平及垂直负荷两者。为此，每个鞍座136a～136b包括围绕(即完全包围)壳体132的框架部分(参见框架部分137a、137b)及与承载表面(例如，平台、地面及/或模块框架)接触并在壳体132处于水平方向时支撑水平及垂直负荷的基部(参见基部138a、138b)。
在整个组装、运输及现场安装阶段使用单套鞍座会提供若干优点。例如，在将CWHE运输至场地之前，可以在壳体132上安装绝热层，因为不同鞍座的拆卸及安装以及与模块框架的额外连接不会对其造成干扰。
图2A至图2C图示了对具有不同配置的热交换模块200进行的示例性组装方法。此示例性实施例非常类似于图1A至图1E中描述的方法，主要区别在于，在此示例性实施例中，CWHE具有两个单独的壳体(压力容器)230、240，每个壳体包含一个线绕式心轴214。在本实施例中，线绕式心轴如图1A所示形成。如图2A所示，两个鞍座236a、236b固定在第一壳体230上，随后第一线绕式心轴210、214透过开放的顶端/表面伸缩到第一壳体230中。当伸缩完成时，壳体230的顶端被密封，如图2B所示。对第二壳体240重复此过程。组装好的壳体230、240以与壳体130相同的方式运输到场地，如图1D所示。到达场地后，并如图2C所示，将每个壳体230、240竖立成垂直方向。两个鞍座236c、236d固定在第二壳体240上。
在此示例性方法中，未示出在场地支撑CWHE壳体230、240的模块框架结构。模块框架可以在线绕式心轴伸缩之前组装并固定在壳体230、240上，或者在场地安装热交换模块200之后，模块框架可以组装并固定在壳体230、240上。参考图2C，因为CWHE包括两个壳体230、240，所以第二壳体240位于第一壳体230的顶部。因此，若在将壳体230、240运输到场地之前安装其模块框架，则第二壳体240的模块框架优选附接至第一壳体230的模块框架的顶部。一旦壳体230、240安装在场地，则安装与壳体230、240互连的外部管道254a～254b。
图3A至图3D图示组装具有多个壳体CWHE的热交换模块300的另一示例性方法。在本实施例中，组装过程的步骤几乎与图2A至图2C所示实施例的步骤相同，模块框架360a～360b除外，在将线绕式心轴310、320伸缩到相应壳体330、340中之前，将模块框架360a～360b构造并连接到鞍座338a～338b(见图3A至图3C)。在伸缩之前，构造模块框架360a，并将鞍座338a～338b连接至模块框架360a，使得能够在运输壳体330、340至场地之前安装外部管道354a～354c、管道支架、阀门、阶梯、梯子、立式平台及绝热层，因为模块框架360a保护壳体330，并为正在安装的元件提供附接点。在本实施例中，模块框架360a、完全成形的壳体330及鞍座336a～336b形成热交换模块366a。使用与热交换模块366a相同的步骤形成第二热交换模块366b。
此方法进一步简化了场地处的安装。将第一热交换模块366a竖立到垂直位置，并将第一模块框架固定到场地的平台361上(通常为混凝土垫或脚)。随后，将第二热交换模块366b竖立到垂直位置，并且将第二模块框架366b安装到第一模块框架366a的顶部。一旦壳体230、240安装在场地，则安装外部管道354d～354e及互连壳体330、340的电气连接(未示出)。
图3C图示用于形成热交换模块300的另一示例性方法。本实施例的目的为制造多壳式热交换模块300，多壳式热交换模块包括两个压力容器(壳体)330、340、第一模块框架360a及第二模块框架360b。每个模块框架360包括多个梁362及桁架364，以增加结构的整体强度。多个梁362限定模块框架360的框架体积。桁架364(若包括)也可以限定框架体积，因为它们不会延伸到梁362限定的框架体积之外。因此，每个模块框架360的框架形成了一个矩形框架，此框架具有一个腔体(即框架体积)，其用以接收相应的压力容器。换言之，每个模块框架360用作其压力容器的外骨骼。可为每个压力容器并行制造多个模块框架及支撑模块。
如下文所述，第一及第二模块框架360a、360b用以刚性连接到第一及第二壳体330、340中的相应一个，从而形成第一热交换模块。在本实施例中，多个梁362经调整大小及布置使得压力容器壳体的任何部分都不会向外延伸超出框架体积。在一些实施例中，包括外部管道及布线在内的压力容器被限制在框架体积内，而在其他实施例中，一些永久管道及布线可以延伸到框架体积之外。因此，模块框架360本身为一个框架外壳，其用以将压力容器封闭在其中，使得模块框架360在对应压力容器壳体的每个尺寸中定义了最外边界。换言之，至少，对应的压力容器壳体在任何尺寸上都不会延伸超出模块框架360。在替代实施例中，为了便于连接到装置的其他元件，可能需要使壳体从模块框架的顶部突出。
此外，第一及第二壳体330、340中的每一个悬挂在其对应模块框架的框架体积内，使得压力容器在水平方向及垂直方向上都由模块框架支撑。此外，每个鞍座136刚性地附接至其对应的模块框架360(例如，参见图3D)。此外，当缠绕束314被伸缩进壳体330中时，可能需要使用穿过壳体330底端开口的电缆将缠绕束314拉过壳体330。
另一示例性实施例如图4A至图4H所示。在本实施例中，详细揭示了用以执行图1A至图3D中揭示的组装方法的示例性结构。图4A至图4B示出了一个完全组装的CWHE，其由两个热交换模块466a、466b组成。每个热交换模块466a、466b包括壳体430、440、模块框架460a、460b、两个鞍座436a～436d及凸耳441a、441b。如本文所述，鞍座436a～436d及凸耳441a、441b将壳体430、440连接到其各自的模块框架466a、466b，并且适用于在整个组装过程中及操作期间适应多种类型的负荷。本文将详细描述第二热交换模块466b的结构。所述结构在第一热交换模块466a中本质上几乎相同，理解到一些尺寸可能会不同，主要因为壳体430、440具有不同的尺寸。
其中一个鞍座436d如图4C至图4E所示。应了解，上部热交换模块466b的另一鞍座436c及下部热交换模块466a的鞍座436a～466b具有相同的结构元件，仅在尺寸/比例及位置上有所不同。例如，由于壳体430的周长较大，鞍座436a～436b将具有更大的尺寸。鞍座436d包括包围壳体440的框架部分437。鞍座436d进一步包括滑动接合板438a～438b，其接合滑动接头467a～467d并将鞍座436d与模块框架466d的横梁462连接。任选地，可以在与横梁462的连接处提供基板438，以提供额外的结构强度。
鞍座436d进一步包括成形板472，其呈弧形，并在形状上沿界面与壳体440的外表面互补。此界面优选地与壳体440的圆周的至少四分之一及更优选地至少三分之一重叠。鞍座436d进一步包括从基板438线性延伸的多个肋439，这些肋被焊接到滑动接合板443a～443b上，随后在垂直于基板438的方向上继续到成形板472。鞍座436d用焊缝及/或紧固件刚性地固定在壳体340上。
每个滑动接头467a～467d包括多个螺栓468(在本实施例中，每个滑动接头两个螺栓)，这些螺栓延伸穿过滑动接合板445a～445b中形成的狭缝469。每个狭缝469的长度显著大于与狭缝469啮合的螺栓468的直径。狭缝469的长度优选为螺栓468直径的至少1.5倍(更优选为至少两倍)。或者，可以在滑动接合板445a～445b中之一个中形成细长狭缝469，并且可以提供更接近螺栓468直径的孔。接合板445a～445b、狭缝469及螺栓468组合在一起形成剪切块。滑动接头436a～436d的配置使得鞍座436d能够在平行于壳体430长度的方向上相对于模块框架466b移动，但防止鞍座436d相对于模块框架466b的任何其他实质性移动。狭缝469所允许的移动优选足以适应当壳体440过渡到工作温度时容纳壳体440预计会发生的热收缩及膨胀。
图4G至图4H详细示出了凸耳441b的结构。凸耳441b包括横梁442a～442d及梁443a～443d，这些梁位于壳体440中的“盒子”中。梁443a～443d分别焊接到两个横梁442a～442d上，并焊接或加粗到壳体440上。横梁442a～442d也优选焊接或栓接在模块框架上。此结构将凸耳441b刚性地附接至壳体440及模块框架460b。
凸耳441b及两个鞍座436c～436d将壳体440附接至模块框架460b，并在热交换模块400的组装、运输及操作期间配合以适应多种不同类型的负荷。组装及运输壳体440时(参见壳体330，图3B至图3C)，鞍座436c～436d为壳体440提供主要支撑及稳定性。当壳体440以垂直方向安装在场地时(见图4A)，凸耳441b提供主要垂直支撑。鞍座436c～436d与凸耳441b配合，以提供抗风及地震负荷的支撑。滑动接头467a～467d及每个鞍座436c～436d的位置允许壳体440热膨胀。
凸耳441b及鞍座436c～436d的首选位置取决于多个因素，包括壳体440的几何形状、其在模块框架460b中的位置，以及壳体440表面上管道突出物的位置。一般而言，凸耳441b最好位于壳体440质心的5％范围内(更优选在2％范围内)。下鞍座436c位于凸耳441b与壳体440底端之间，并且优选在凸耳441b与壳体440底端之间中点的5％(更优选在2％)范围内。上鞍座436c位于凸耳441b与壳体440顶端之间，并且优选在凸耳441b与壳体440顶端之间中点的5％(更优选在2％)范围内。举例而言，若壳体440的长度为10米，且质心位于其中点，则凸耳441b将优选地位于中点的0.5米范围内，且更优选地位于0.2米范围内。
如先前实施例中所述，每个壳体430、440被包含在由模块框架466a～466b的横梁462a～462d(参见图4D)限定的周长内。这在构造及运输期间为壳体430、440提供保护。应当理解，壳体430、440可以延伸超出框架模块466a～466b的一端，诸如在壳体430的顶部，其延伸超出其框架模块466b的上端。这种情况最常见于单壳式热交换器的壳体或多壳式热交换器的最上部壳体。
本文所述方法允许在线绕式热交换器管束完工之前，完成所有内部管道及几乎所有壳体外部管道。此外，在将长导线束伸缩到壳体中之前，可以安装阀门及仪表并对其进行绝热。另外，这种方法可以消除临时运输鞍座的需要。此外，可以在模块框架内使用多个压力容器，包括其任何组合。此外，一旦到达操作现场，最终的管道连接就完成了，热交换器模块就可以运行。
如上所述，本文揭示的热交换模块100、200、300、400最常用作天然气液化站(系统)的一部分。图5示出示例性天然气液化系统2。参考图5，在预处理部分7中，通过已知方法清洁并干燥进料流1(优选天然气)，以去除水、酸性气体(诸如CO2及H2S)以及其他污染物(诸如汞)，从而得到预处理进料流3。基本上不含水的预处理进料流3在预冷系统18中预冷以产生预冷天然气流5，并在CWHE 8(可为热交换模块100或200)中进一步冷却、液化及/或过冷以产生LNG流6。LNG流6通常透过阀门或涡轮(未示出)减压，随后输送至LNG储罐9。储罐内压力下降及/或蒸发过程中产生的任何闪蒸蒸汽用流45表示，可在工厂中用作燃料、再循环进料或排放。
预处理进料流1被预冷却至低于10摄氏度、优选低于约0摄氏度且更优选约-30摄氏度的温度。将预冷天然气流5液化至约-150摄氏度与约-70摄氏度之间，优选约-145摄氏度与约-100摄氏度之间，随后再过冷至约-170摄氏度与约-120摄氏度之间，优选在约-170摄氏度与约-140摄氏度之间。CWHE 8为一种带三个管束的线绕式热交换器。然而，可以使用任意数量的束及任意类型的热交换器。
CWHE 8的制冷负荷由在压缩系统31中冷却并压缩的混合制冷剂提供。热混合制冷剂从CWHE 8底部在流30处抽出，冷却并压缩，随后透过流41、43重新引入管束。混合制冷剂被抽出、膨胀，并经由流42、44重新引入CWHE 8的壳侧。有关天然气液化系统的更多详细信息，请参见美国申请案第2018/0283774号，此申请案通过引用之方式并入本文，如同完整阐述一样。图5所示的系统2与美国申请案第2018/0283774号的图1中所示系统相同。
鉴于所揭示实施例的优点，将承压壳体(即压力容器)集成到模块框架中，包括CWHE外部及内部的管道，透过同时进行机械工作及缠绕管束，减少了制造时间、成本及现场工作。缠绕束完成后，可将其伸缩至压力壳体中，此压力壳体已布置在模块框架内，用于最终组装。此方法允许在完成具缠绕束心轴的制造之前，完成模块框架内的电气及机械工作，包括电气系统及管道系统(内部及外部)。它还允许压力壳体的制造及组装在不同的地点完成，以优化劳动力可用性及成本。此外，使用配置为支撑压力容器水平及垂直负荷的鞍座有助于：在模块框架内的压力壳上执行电气及机械工作，在模块框架内的压力容器运输期间支撑水平压力容器，以及在操作现场，包括在操作期间，在模块框架内支撑已安装的压力容器。
图6提供了根据本文描述的示例性实施例的热交换模块的组装、运输及安装的示例性方法的流程图。此过程从壳体构造(步骤1012)及绕心轴缠绕管子以形成缠绕束(步骤1014)开始。当壳体形成时，模块框架，包括鞍座及凸耳，被构造(步骤1016)并附接至壳体(步骤1018)。当缠绕束完成时，将其伸缩(插入)到壳体中(步骤1022)，并关闭壳体的顶端(步骤1024)。
在将缠绕束伸缩进壳体中之前，构建模块框架并将其附接至壳体上提供了许多益处。模块框架的结构稳定性降低了壳体在伸缩、运输过渡、运输以及在场地安装壳体期间的应力。在一些应用中，这将使壳体更薄(因此更轻)，成本更低。例如，在伸缩步骤1022期间用于稳定壳体的支撑力可被施加到模块框架上，而非直接施加到壳体上。类似地，当壳体被移动(提升)准备运输(步骤1028)并在场地架设及安装(步骤1032)时，移动/提升力可以施加到模块框架上，而非直接施加到壳体上。此外，在热交换器由多个壳体组成的安装中(见图2A至图2C及图4A至图4H)，可以通过简单地将其模块框架栓接至下壳体的模块框架(如图4A的壳体430)来安装上壳体(如图4A的壳体440)。
在伸缩之前构造模块框架并将其附接至壳体上，也使得需要使用传统方法串联执行的一些过程步骤能够并行执行。例如，管道穿孔、管道支架、电气连接、仪表及绝热层可在伸缩步骤1022之前或与之并行地安装在壳体上(步骤1020)。根据传统方法，这些元件需在壳体安装到场地后才能安装。这种改进不仅缩短了整个过程的长度，还使额外的过程步骤能够在室内环境中进行，而非在场地外进行。此外，它还允许选择在车间条件下以及运输至场地(步骤1030)之前对壳体进行压力测试(步骤1026)。使大部分管道及电气工作能够在运输前完成，减少了需要在场地执行的步骤。在许多情况下，必须在场地执行的唯一管道及电气连接为将壳体与另一壳体或装置其他元件互连的管道及电气连接(步骤1034)。
此外，以下申请专利范围在此并入具体实施方式，其中每个权利要求可以作为单独的示例实施例独立存在。尽管每个权利要求都可以作为单独的示例实施例独立存在，但需要注意，尽管从属权利要求可以在申请专利范围中指与一或多个其他权利要求的特定组合，但其他示例实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的标的的组合。除非声明不打算使用特定组合，否则本文建议使用此类组合。此外，即使该权利要求不直接依赖于独立权利要求，其旨在也包括任何其他独立权利要求的特征权利要求权利要求。
尽管已经揭示了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言，可以进行各种改变及修改，这将在不脱离本发明的精神及范围的情况下实现本文公开的概念的一些优点。对于本领域技术人员本领域技术人员而言，显而易见的是，可以适当地替换执行相同功能的其他部件。因此，关于上述部件或结构(组件、装置、回路、系统等)执行的各种功能，用于描述此类部件的术语(包括对“构件”的引用)旨在对应于执行所述部件的指定功能(即，功能等效)的任何部件或结构，即使在结构上不等效于在本文所示的本发明的示例性实施方式中执行此功能的所揭示结构，除非另有说明。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。应当提及的是，参考指定附图解释的特征可以与其他附图的特征相结合，即使在未明确提及的附图中也是如此。所附申请专利范围及其法律等价物旨在涵盖对一般发明构思的此类修改。

Claims (39)

1.一种方法，其包括：
(a)形成第一心轴；
(b)使第一缠绕束形成于所述第一心轴上，以通过围绕所述第一心轴缠绕管道来形成第一线绕式心轴；
(c)提供第一热交换器壳体的第一部分，所述第一部分具有第一开口面及平行于所述第一热交换器壳体的最大尺寸延伸的第一壳体纵轴；
(d)利用至少两个连接构件将所述第一热交换器壳体的所述第一部分附接至第一模块框架，所述至少两个连接构件刚性地附接至所述第一热交换器壳体以形成第一热交换模块，所述第一模块框架包括由横向构件连接的多个柱；
(e)在执行步骤(d)之后，当所述第一壳体纵轴在水平方向上时，使所述第一线绕式心轴穿过所述第一开口面伸缩到所述第一热交换器壳体的所述第一部分中；
(f)在执行步骤(e)之后，关闭所述第一热交换器壳体的所述第一开口面；
(g)在执行步骤(f)之后，将所述第一热交换模块运输至装置场地；以及
(h)在执行步骤(g)之后，将所述第一热交换模块安装在所述装置场地处，其中所述第一壳体纵轴在竖直方向上，其中所述第一热交换模块通过所述至少两个连接构件来悬挂在所述第一模块框架内的固定位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个连接构件包括至少一个鞍座，并且步骤(d)进一步包括利用多个接头将所述至少一个鞍座连接至所述第一模块框架，所述多个接头使所述至少一个鞍座能够在与所述第一壳体纵轴平行的方向上相对于所述第一模块框架移动，同时防止所述至少一个鞍座在不平行于所述第一壳体纵轴的方向上相对于所述第一模块框架移动。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个连接构件包括至少两个鞍座，并且步骤(d)进一步包括利用多个接头将所述至少两个鞍座连接到所述第一模块框架，所述多个接头使所述至少两个鞍座中的每一个能够在与所述第一壳体纵轴平行的方向上相对于所述第一模块框架移动，同时防止所述至少两个鞍座中的每一个在不平行于所述第一壳体纵轴的方向上相对于所述第一模块框架移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少两个连接构件包括至少一个凸耳，并且步骤(d)进一步包括将所述至少一个凸耳刚性地固定到所述第一模块框架。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(i)在执行步骤(g)之前，在所述第一热交换模块上安装从以下的组中选择的至少一者：管道、管道支架、阀门、仪表、电气系统、阶梯、梯子、立式平台及绝热层。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(j)在执行步骤(g)之前，在所述第一热交换模块上安装从以下的组中选择的至少一者：管道、管道支架、阀门、阶梯、梯子、立式平台及绝热层。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括在完成步骤(e)之前执行步骤(i)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(k)在执行步骤(g)之前，隔离所述第一热交换模块的外表面。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤(h)包括将所述第一模块框架刚性地附接至所述装置场地处的平台。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤(d)进一步包括配置所述第一模块框架，以在由所述第一热交换模块的多个柱所限定的框架周界内容纳所述第一热交换器壳体的附接的第一部分。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(l)在所述第一热交换器壳体中的远离所述第一开口面的端部处提供线缆开口，并使线缆穿过所述线缆开口；
其中步骤(e)进一步包括在步骤(m)的至少一部分期间使用所述线缆将所述第一线绕式心轴拉入所述第一热交换器壳体中。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(m)重复步骤(a)至(f)以形成第二热交换模块；
(n)在执行步骤(m)之后，将所述第二热交换模块运输至装置场地；以及
(o)在执行步骤(n)之后，将所述第二热交换模块安装在所述装置场地处所述第一热交换模块的顶部，其中所述第二热交换模块的第二壳体纵轴在竖直方向上，其中所述第二热交换模块通过所述至少两个连接构件来悬挂在所述第二热交换模块的第二模块框架内的固定位置。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
(p)安装至少一个导管，所述导管在所述第一热交换模块的壳体与所述第二热交换模块的壳体之间提供流体流动连接。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(q)在执行步骤(e)期间，由仅通过向所述第一模块框架施加支撑力来伸缩所述第一线绕式心轴，以抵抗施加于所述第一热交换器壳体的力来支撑所述第一热交换器壳体。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(r)在执行步骤(g)之前，对所述第一热交换器壳体进行压力测试。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：
(s)形成第二心轴；
(t)通过围绕所述第二心轴缠绕管道来形成第二线绕式心轴；
(u)提供所述第一热交换器壳体的第二部分，所述第二部分具有第二开口面及平行于所述第一热交换器壳体的最大尺寸延伸的第二壳体纵轴；
(v)利用至少两个连接构件将所述第一热交换器壳体的所述第二部分附接至第二模块框架，所述至少两个连接构件刚性地附接至所述第一热交换器壳体的所述第二部分，所述第一模块框架包括由横向构件连接的多个柱；以及
(w)当所述第一壳体纵轴在水平方向上时，使所述第一线绕式心轴穿过所述第一开口面伸缩到所述第一热交换器壳体的所述第一部分中；
其中步骤(f)包括，在执行步骤(e)及(w)之后，通过将所述第一热交换器壳体的所述第一部分接合至所述第一热交换器壳体的所述第二部分并将所述第一模块框架接合至所述第二模块框架以形成所述第一热交换模块，来关闭所述第一热交换器壳体的所述第一开口面。
17.一种方法，其包括：
(a)将线绕式热交换器以竖直方向悬挂在平台上方，所述平台具有至少一个鞍座及至少一个凸耳，其各自刚性地连接至所述线绕式热交换器，并且各自连接至模块框架；
(b)将所述至少一个凸耳刚性地固定到所述模块框架；
(c)当所述线绕式热交换器从环境温度过渡到工作温度时，使所述至少一个鞍座能够在平行于所述线绕式热交换器的纵轴的方向上相对于所述模块框架移动；
(d)使线绕式心轴伸缩到所述线绕式热交换器的壳体中，其中所述线绕式热交换器的所述壳体在水平方向上；以及
(e)在步骤(d)期间，使用所述至少一个鞍座及所述至少一个凸耳来支撑所述线绕式热交换器，所述至少一个鞍座及所述至少一个凸耳在步骤(a)中悬挂所述线绕式热交换器。
18.一种热交换模块，其包括：
线绕式热交换器，所述线绕式热交换器包括具有外表面、顶端及底端的壳体、壳体纵轴、沿所述壳体纵轴从所述顶端延伸至所述底端的壳体长度，所述壳体长度是所述壳体的最大尺寸；
模块框架，所述模块框架包括由横向构件连接的多个柱；
凸耳，所述凸耳刚性地附接至所述壳体及所述模块框架；以及
第一鞍座，所述第一鞍座刚性地附接至所述壳体，并通过多个第一鞍座接头连接至所述模块框架，所述多个第一鞍座接头中的每一个适用于通过使所述第一鞍座能够在平行于所述壳体的壳体纵轴的方向上相对于所述模块框架移动来适应所述壳体的热膨胀及收缩。
19.根据权利要求18所述的热交换模块，其中所述第一鞍座接头中的每一个适用于防止所述第一鞍座在不平行于所述壳体纵轴的方向上相对于所述模块框架移动。
20.根据权利要求18或19所述的热交换模块，进一步包括第二鞍座，所述第二鞍座刚性地附接至所述壳体，并通过多个第二鞍座接头连接至所述模块框架，所述多个第二鞍座接头中的每一个适用于通过使所述第一鞍座能够在平行于所述壳体的壳体纵轴的方向上相对于所述模块框架移动来允许所述壳体的热膨胀及收缩。
21.根据权利要求20所述的热交换模块，其中所述第二鞍座接头中的每一个适用于防止所述第二鞍座在不平行于所述壳体纵轴的方向上相对于所述模块框架移动。
22.根据权利要求18或19所述的热交换模块，其中所述多个第一鞍座接头中的每一个包括延伸穿过多个板的多个螺栓，所述多个板中的至少一个板具有多个狭缝，其各自接合至少一个螺栓。
23.根据权利要求18或19所述的热交换模块，其中所述第一鞍座位于所述凸耳与所述壳体的顶端及底端中的一者之间。
24.根据权利要求23所述的热交换模块，进一步包括第二鞍座，其中所述第二鞍座位于所述凸耳与所述壳体的顶端及底端中的另一者之间。
25.根据权利要求18或19所述的热交换模块，其中所述凸耳位于所述壳体的质量的纵向中心的5％范围内。
26.根据权利要求18或19所述的热交换模块，其中所述第一鞍座位于所述凸耳与所述壳体的顶端及底端中的一者之间的中点的5％范围内。
27.根据权利要求26所述的热交换模块，进一步包括第二鞍座，其中所述第二鞍座位于所述凸耳与所述壳体的顶端及底端中的另一者之间的中点的5％范围内。
28.根据权利要求18或19所述的热交换模块，其中所述第一鞍座进一步包括在与所述壳体的第一界面处的第一成形板，所述第一成形板在形状上与所述壳体沿着所述第一界面互补。
29.根据权利要求28所述的热交换模块，其中所述第一界面包括所述壳体的圆周的至少三分之一。
30.根据权利要求18或19所述的热交换模块，进一步包括第二鞍座，其中所述第二鞍座进一步包括在与所述壳体的第二界面处的第二成形板，所述第二成形板在形状上与所述壳体沿着所述第二界面互补。
31.根据权利要求30所述的热交换模块，其中所述第二界面包括所述壳体的圆周的至少三分之一。
32.根据权利要求18或19所述的热交换模块，其中所述第一鞍座进一步包括多个肋，所述多个肋中的每个肋垂直于所述多个第一鞍座接头，并在所述热交换模块与所述多个第一鞍座接头之间线性延伸。
33.根据权利要求20所述的热交换模块，其中所述第二鞍座进一步包括多个肋，所述多个肋中的每个肋垂直于所述多个第二鞍座接头，并在所述热交换模块与所述多个第二鞍座接头之间线性延伸。
34.根据权利要求20所述的热交换模块，其中所述第一鞍座、所述第二鞍座及所述凸耳各自环绕所述壳体。
35.根据权利要求18或19所述的热交换模块，进一步包括至少一个通道，所述通道包括行走平台及栏杆，所述至少一个通道中的每一个刚性地附接至所述模块框架，并且与所述壳体没有附接点。
36.一种用于液化碳氢化合物进气的装置，所述装置包括：
进料导管，用于所述碳氢化合物进气；
主热交换器，与所述进料导管进行流体流动连通；
混合制冷剂压缩子系统，在操作上配置成向所述主热交换器提供制冷负荷；
其中所述主热交换器及所述制冷剂压缩子系统在操作上配置成液化及过冷所述碳氢化合物进气，以形成液化产品流；以及
其中所述主热交换器包括至少一个热交换模块，其具有根据权利要求18至35中任一项所述的热交换模块的结构。
37.根据权利要求36所述的装置，其中所述至少一个热交换模块包括第一热交换模块及第二热交换模块，所述第一热交换模块的模块框架固定到所述第二热交换模块的模块框架，并与其竖直对齐。
38.根据权利要求36或37所述的装置，其中第一热交换模块的壳体与第二热交换模块的壳体进行流体流动连通。
39.根据权利要求36或37所述的装置，其中所述碳氢化合物进气由天然气组成。
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