CN1220385A - 混合冷冻剂液化天然气设备中的生产和温度调节控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用一换热器和一封闭冷冻环路由天然气生产液化天然气过程的控制系统,使用该控制系统时通过调节冷冻作用单独直接地控制生产和温度,使之与设定产量相匹配。该控制系统设在要求的产量值上并控制LNG生产,并通过调节提供给天然气流的冷冻作用单独地控制LNG温度。一个典型方法使用例如压缩机速度作为一关键可控变量可使LNG温度调节达到快速而稳定。除压缩机速度外其它压缩机变量可以是关键可控变量,这取决于所用MR压缩机的种类,而且在离心式压缩机中可以是导叶角度,在轴流式压缩机中可以是静叶片角度。第二典型方法使用总再循环冷冻剂流量对LNG流量的比率作为关键可控变量以有效地控制LNG温度。

Description

混合冷冻剂液化天然气设备中的生产和温度调节控制方法和装置
本发明涉及液化天然气(LNG)生产的控制系统领域，具体地说，涉及LNG生产和LNG温度的控制方法和系统。
应用多组分冷冻剂的天然气液化系统全世界都在使用。在整个工业中都用多组分冷冻剂方法和冷冻设备，对于有效地操作装置，LNG生产过程的控制是很重要的，特别是在想从一固定装置得到逐渐增长的产量或想调整外部过程干扰时。世界上应用混合冷冻剂方法的许多基本负荷LNG装置是人工控制的，或控制仅仅满足关键控制项目的子系统。
对LNG装置的操作来说，同时并独立控制LNG产量和温度是重要的。通过固定和保持LNG产量，装置操作者可以适当地设计并实现产品发货计划要求的生产水平。将离开主冷冻换热器的LNG温度保持在一特定范围内对下游加工和防止下游设备问题是很重要的。一旦实现了对关键变量的调节控制，就可以适当执行优化对策。然而，如果调节控制不合适，即使是经常性的操作也会受到不利的影响。
现有技术的一种控制系统是基于1989年2月28日授予查尔斯牛顿(Charles Newton)的美国专利4,809,154的设想，其题目为“多组分冷冻系统的自动控制系统”，已由本文列为参考，该控制系统用于控制主冷冻换热器/混合冷冻剂环路系统。美国专利号4,809,154中推荐的控制对策作为其目的应实现单位能耗的最高产量。冷冻能力是通过设定低压和高压多组分或混合冷冻剂(MR)压缩机的速度，并通过用MR补充阀和高压分离器的通风和排泄阀调节MR的总含量和组成来确定的。压缩机速度、补充阀以及通风和排泄阀由操作者在必要时加以调节，但这些不是自动调节控制对策的一部分。调节控制对策由三个主要反馈环路组成。调节一冷JT阀以反馈控制MR压缩机两端之间的压缩比。调节一热JT阀以反馈控制重质MR(混合冷冻剂液或称MRL)对轻质MR(混合冷冻剂汽或称MRV)的比率。LNG排出温度的控制是由LNG排出阀完成的。
图10是现有技术中混合冷冻剂液化天然气装置40的级联控制系统流程示意图，也标明一些传感器的位置。如图10所示，MR LNG装置40包括一天然气输入进给管路10，天然气流经阀12至一换热器14。在换热器14中冷却后，LNG在管路11处是作为出口物流由焦耳-汤姆逊(JT)LNG排出阀30提供的。在换热器14中通过使用具有MR的封闭冷冻环路换热过程使天然气冷却。MR包括一汽组分MRV和一液组分MRL。在LNG装置中的液化方法和LNG装置中实施这一方法的部件是众所周知的，并被详细地描述在1973年10月9日授予小李S.高沫(LeeS.Gaumer,Jr)等人的美国专利号3,763,658中，其题目是“联合级联和多组分冷冻系统和方法”，本文已列入参考。
经管路10提供到换热器14中的天然气，在提供到液化过程的多组分冷冻部分之前，可以首先经过包括至少一个单组分冷冻循环分离和处理过程的加工。在该初次加工中，天然气可以在28kg/cm2a和70kg/cm2a之间的压力下由一气源来提供，其常用值为约49kg/cm2a。这一压力是由系统对分离重质烃、杂质、水或其它不必要化合物的要求而确定的。然后使天然气由第一单组分换热过程冷却到第一个温度，这一温度通常约为环境温度(21℃)。在冷却天然气时，使用一相分离器来除去冷凝水，然后将天然气流进给到一个或多个干燥器以除去额外的水分。
那时使干燥的天然气流在第二个换热过程中进一步冷却到约-1℃，然后提供到洗涤塔或其它类似的装置以除去苯和其它重质烃。然后将来自洗涤塔的天然气流在第三个换热过程中进一步冷却到约-35℃，并在那时供给使用多组分冷冻循环的双区换热器14。
参看图10，当天然气流经一双区换热器14时发生液化过程。来自分离和加工过程的天然气从进给管路10由进气阀12进入双区换热器14，并向上在换热器14的一热管束110处通过管路114。管路114中的天然气通过在管路上方由喷嘴集管124向下喷出的MR逆流流动而被冷却。天然气在管路114中流动，该管路包含在热管束110内，这是第一区，在换热器壳122内。天然气进给流流入冷管束112，这是第二区，向上通过管路115，由从喷嘴集管126流出的MR第二个逆流流动使其冷却。
MR可以是一由氮、甲烷、乙烷和丙烷组成的混合物，被用来在换热器114的壳122内提供冷冻作用。众所周知，在换热器14内MR可以作为液体和作为蒸汽来提供。由于MR在换热器的壳壁上蒸发，使天然气和MR之间进行有效的热交换。
液化过程的多组分封闭冷冻环路包括两级压缩机，一低压级压缩机34和一高压级压缩机32。低压级压缩机34容置来自换热器14的MR，并将MR压缩，然后将压缩MR输送到高压级压缩机32中。低压级压缩机可以包括一换热过程，例如由一个后冷却器提供。高压级压缩机32在规定的压力下压缩并提供MR，也可以通过一后冷却器提供一些局部热交换过程。来自低压级压缩机34的压缩MR通常约为3.2kg/cm2a，来自高压级压缩机32的压缩MR通常约为49kg/cm2a，而且是在约77℃温度下提供。
来自高压级压缩机32的压缩MR输送到另一具有一个或多个单组分换热器128的换热过程中。通常将丙烷用作单组分冷冻剂。在49kg/cm2a下的MR通过换热过程通常被冷却到-35℃，但是在LNG装置中使用的温度和压力是变化的，并取决于该系统中规定的MRL对MRV的比率。
然后将来自换热器128的压缩而冷却的MR供给分离器42，使MR分离成管路13中的MRV流和管路15中的MRL流。此后，MR必须预冷却到大体上低于水的冻点一温度，优选约为-18至-73℃。接着使经管路15来自分离器42的MRL流过换热器14的热管束110区以冷冻管路118中的MRL。从管路118流向喷嘴集管124的MRL的流量可以通过热JT阀18加以调节。经管路13来自分离器42的MRV也被提供给换热器14的热管束110区以冷冻管路116中的MRV。然后使MRV提供给管路117中的冷管束112，从管路117流向喷嘴集管126的MRV的流量可以通过冷JT阀16加以调节。管路中MRV和MRL的冷却是以类似于管路114和115中天然气流使用逆流MR方式来完成的，这在前面已描述过了。
管路118中的MRL在换热器14中被再冷却到一温度约为-112℃的，并使该再冷却MRL在热JT阀18中膨胀到一压力约为3.5kg/cm2a，因此，一部分闪蒸成蒸汽，其温度则下降到约为-118℃。然后使液体和闪蒸的蒸汽通过喷嘴集管124喷射到热管束110中。
管路116中的MRV还在将其冷凝的换热器14中被再冷却，然后被提供给冷管束112中的第二管路117，其中冷凝的MRV被再冷却到约-168℃。这一再冷却液体馏分在冷JT阀16中膨胀到一压力约为3.5kg/cm2a，因此，一部分被闪蒸成汽。液体馏分和闪蒸的蒸汽那时通过喷嘴集管126被喷射到冷管束112中。
从管路上方向下流动的过程中，由于与天然气进给流进行热交换，以及在换热器14中与向上流动的MRL和MRV热交换，使MR被蒸发。其结果是所有MRL和液体馏分在换热器14底部以蒸汽相的形式再混合，使蒸汽返回低压级压缩机34的吸入侧。使MR经管路120返回到压缩机32和34进行压缩，接着冷却和分离。
冷冻能力可以通过设定低压和高压级混合冷冻剂压缩机34和32的速度，以及通过用MR补充阀100、101、102和103调节MR的总含量和组成；加上高压分离器的通风和排泄阀(未示出)来确定。压缩机速度、补充阀位置以及通风和排泄阀均由操作者在必要时加以调节。
现有技术有三个反馈环路。
现有技术的第一反馈环路通过使用温度指示控制器(TIC)26和流量指示控制器(FIC)28的级联控制来控制LNG排出温度。通过TIC26测定来自换热器14的LNG出口物流的温度，并与调整点值SPI比较，提供所需的流量控制信号以将当前温度调节到规定温度。FIC28测定当前LNG流量，并将该流量与来自TIC26的规定流量信号比较，相应调节LNG排出阀30。
在第二反馈环路中，调节热JT阀18以反馈控制重质MR(混合冷冻剂液或称MRL)对轻质MR(混合冷冻剂汽或称MRV)的比率。热JT阀18由一流量比控制器(FRC)22调节到离线确定的调整点值(SP2)，该控制器将MRL对MRV的MR流量比(由流量指示器20测定)与由除法器24计算得到的MRL/MRV比进行比较。
在第三反馈环路中，通过一压缩比控制器(CRC)39调节冷JT阀16以反馈控制MR两级压缩机32和34两端之间的压缩比。CRC39使用同样是离线确定的调整点值SP3产生反馈信号，而压缩机的压力则用压力指示器(PIs)38读出。
通过改变LNG排出阀30的位置来调节LNG温度，LNG产物流量直接受到影响，所以使用这种方案在其所需的调整点上单独调节流量和温度是不可能的。LNG产量仍然是“浮动的”，而理想的产量则是以间接方式获得的。通过改变调整点SP2、SP3，或由操作者改变压缩机速度、MR组成或含量，来改变FRC22的流量比控制信号或CRC39的压缩比控制信号，从而确定冷冻能力。为了将生产温度保持在一规定的范围内，TIC26使LNG产量浮动以与所提供的冷冻匹配。
最近，为改进基本负荷LNG方法的控制所作的努力一直保持以美国专利4,809,154的控制对策作为根本方案。例如，美国专利5,139,548公开了一种前馈控制方案以调节环境空气温度的变化，该方案是重叠在老方案上的。
一种控制液化天然气(LNG)出口物流生产的方法和设备，此时通过冷冻流过液化过程的天然气，液化过程包括：(a)测定LNG出口物流的温度和流量；(b)改变天然气的冷冻以调节LNG出口物流的温度值和(c)单独调节流过该过程的LNG流量。在这一方式中，LNG出口物流的流量保持在预定流量值，而温度则被保持在预定的温度值。
另一实施例包括改变提供冷冻的压缩机相关值以调节LNG出口物流的温度值。
再一实施例包括改变提供冷冻的混合冷冻剂值以调节LNG出口物流的温度值。
通过下面的详细描述，结合这些附图，本发明的这些以及其它特征和优点将会更加明显，其中：
图1是本发明典型实施例的一般混合冷冻剂液化天然气装置工艺的流程示意图。
图2是说明本发明以速度控制为基础典型实施例的高级基本反馈控制的框图。
图3是一般混合冷冻剂液化天然气装置的流程示意图，图中标明图2所示以速度为基础的控制系统传感器的位置。
图4是说明本发明以再循环为基础典型实施例的高级基本反馈控制的框图。
图5是一般混合冷冻剂液化天然气装置的流程示意图，图中标明图4所示以再循环为基础的控制系统传感器的位置。
图6A是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步减少时LNG流量控制对时间关系的曲线图。
图6B是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步减少时LNG温度控制对时间关系的曲线图。
图6C是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步减少时LNG压缩机速度控制对时间关系的曲线图。
图6D是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步减少时由热JT阀位的控制作用对时间关系的曲线图。
图7A是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步增加时LNG流量控制对时间关系的曲线图。
图7B是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步增加时LNG温度控制对时间关系的曲线图。
图7C是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步增加时由热JT阀位和冷JT阀位的控制作用对时间关系的曲线图。
图7D是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步增加时换热器壳温对时间关系的曲线图。
图7E是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步增加时压缩机速度控制对时间关系的曲线图。
图8A是说明在LNG流量调整点方案中，在每分1％处，以35％等变地减少时LNG流量控制对时间关系的曲线图。
图8B是说明在LNG流量调整点方案中，在每分1％处，以35％等变地减少时LNG温度控制对时间关系的曲线图。
图8C是说明在LNG流量调整点方案中，在每分1％处，以35％等变地减少时低压和高压压缩机速度对时间关系的曲线图。
图8D是说明在LNG流量调整点方案中，在每分1％处，以35％等变地减少时由热JT阀位的控制作用对时间关系的曲线图。
图9A是说明对伺服变化和排除干扰保持调整点方案时LNG流量控制对时间关系的曲线图。
图9B是说明对伺服变化和排除干扰保持调整点方案时LNG温度控制对时间关系的曲线图。
图10是现有技术中一般混合冷冻剂液化天然气装置的流程示意图，图中标明级联控制系统的传感器位置。过程简介
图1中示有一双区换热器210，该换热器包括一热区212和一冷区214，在图1中每个区都用点划线划出。换热器可以是任何一种现有技术中已知的使两种流体间有可能间接热交换的。这样的换热器可以是板式和片式换热器，管式和壳式换热器，包括盘管式换热器，或任何其它使流体，如天然气流和冷冻剂流之间有可能间接热交换的类似装置。天然气可以通过换热器向上、向下或水平流动。因此，尽管如图1所示经换热器210流动是水平的，不应认为是一种限制，因为流动可以是垂直向上或向下，这通常取决于所选择的特定换热器种类。
在图1的方案中，天然气经天然气输入管路216引入换热器210，天然气经换热路径218通过热区212，此后经换热路径220通过冷区214，最后，液化天然气(LNG)经LNG输出管路222排出换热器210，在输出管路中包括一流量控制或减压装置224。这一流量控制或减压装置可以是能在管路中控制流量和/或减压的任何合适装置，例如可以是呈透平膨胀器、JT阀或两者的结合形式，如平行设置的JT阀和透平膨胀器，这样就能使用二者中任何一个或二者同时使用。
图1中还示有一封闭冷冻环路226，也用点划线划出。如图1所示，这一封闭冷冻环路基本上包括向封闭冷冻环路中引入多组分或混合冷冻剂的不同组分的输入管路228和230。尽管在图1中仅仅示有两个独立冷冻组分输入管路，但本领域中的技术人员可以理解，实际上，多组分或混合冷冻剂可以包括三种、四种甚至五种不同组分，但为对本图进行说明仅示出两种。冷冻剂输入管线228和230都分别含有阀232和234以控制引入到封闭冷冻环路中的各组分的量。多组分或混合冷冻剂是经混合冷冻剂(MR)输入管路236引入压缩机238中的。来自压缩机238的压缩MR利用管路240进入冷却器242，压缩MR在那里被充分冷却使其至少部分冷凝。冷却器242可以是现有技术中任何一种已知的，压缩MR气可以相对于各种材料被冷冻，这些材料包括水、冷冻水和其它烃，如包括丙烷在内的重质烃。尽管只示出单一压缩和冷却段(238和242)，但本领域内的技术人员可以理解，在这情况下可以很容易地使用有段间冷却的多个压缩段。为了易于说明，仅示出单一压缩和冷却段。
部分冷凝的MR经管路244输入到分离器246中，在那里被分离成液相和汽相。利用管路248从分离器246中排出MR液相(MRL)，并将其引入到换热器210的热区212。利用管路250从分离器246中排出MR汽相(MRV)，也被引入到换热器210的热区212。如图所示，MRV经换热路径252与热区212的换热路径218中的天然气同向流过热区212。当然，应当理解，在另一换热器结构中，也可以反向流动。同样，MRL流过热区212中的换热路径254，其方向与天然气流过换热器210的热区中的换热路径218方向相同。MRV继续流过换热器210的冷区214中的换热路径256，其方向与天然气流过换热器210的冷区214的换热路径220方向相同。
然后，利用管路258从换热器210排出MRV，并通过流量控制或减压装置260，在那里管路258中的混合冷冻剂被减压，导致MRV温度下降。装置260也可以是适合在管路中控制流量和/或减压的任何装置，例如呈透平膨胀器、JT阀或两者的结合形式，如平行设置的JT阀和透平膨胀器，这样就能使用二者中任何一个或二者同时使用。在离开装置260后，降温MRV经管路262再次被引入到换热器210，并通过换热器210冷端214内的换热路径264。通过换热路径264的流动方向与混合冷冻剂汽在换热路径256中的流动方向以及天然气在换热路径220中的方向相反。
在流经换热器210的热端212内的换热路径254后，MRL利用管路264从换热器210中排出，并通过流量控制或减压装置268，在那里，混合冷冻剂液被减压，导致这些物料的温度下降。如上所述装置268可以是适合在管路中控制流量和/或减压的任何装置，例如可以是呈透平膨胀器、JT阀或两者结合的形式，如平行设置的JT阀和透平膨胀器，这样就能使用JT阀和透平膨胀器二者中任何一个或同时使用二者。在离开装置268后，利用管路270将降温MRL再次引入换热器210，并与离开换热路径264的MRV物流混合，来自管线270和换热路径264的混合物流通过换热路径272，该路径与换热器210热区212中的换热路径218、252和254有间接热交换关系，混合物流流经热区212，其方向与天然气通过换热路径218以及MR通过换热路径252和254的方向相反。通常，流经换热路径272的混合冷冻剂物流在达到换热路径272的端部时被完全蒸发，利用管路274从换热器210中排出蒸发的混合冷冻剂，并再次循环到封闭冷冻环路226内的压缩机238。
同样地，换热器210的冷区内换热路径220、256和264也相互有间接热交换关系。
如图1所示，还有一与管路222相连接以测定管路222中流动的液化天然气温度的温度传感装置276。同样地，还有一个与管路222相连接的流量传感装置278测定管路222中液化天然气的流量。温度传感装置276产生一响应于管路222中LNG温度的信号，该信号用来控制封闭冷冻环路226，如虚线280所示从温度传感装置276延伸到封闭冷冻环路226点划线范围内。流量传感装置278也产生一响应于管路222中LNG流量的信号，这一信号被传送到流量控制装置224，如管路282所示。通常在这种方式中，通过测定LNG出口物流中的温度和流量，可以控制天然气的冷冻以调节LNG出口物流的温度，同时可以单独控制LNG出口物流的流量，因此将LNG出口物流的流量和温度保持在所需的水平。
更具体地说明本发明，虚线280的信号被传送到压缩机238，如虚线280延长部和件号281所示，以改变提供冷冻压缩机的相关值，从而调节管路222的LNG出口物流温度值。更具体地说，在这一配置中，压缩机238调节封闭冷冻环路226中冷冻剂的流量和压力，被改变的压缩机值可以是一个或多个压缩机速度、导叶角度或静叶片位置，它(们)的作用是调节管路222的LNG出口物流温度值。
其次，可以限定压缩机238的一个操作范围变动极限为基础建立一预定的目标值，如与压缩机238相连接的调整点1的装置284所示，可将这一特定压缩机值调节到相应的调整点。根据对压缩机238选定值的调节，可改变与封闭环路226中冷冻剂再次循环相关的值，例如可以调节流量控制或减压装置268。这由连接压缩机238与流量控制/减压装置268的虚线285所表明。
进一步说，可测定封闭冷冻环路226中冷冻剂的流量，例如通过使用流量传感装置286测定管路244中冷冻剂的流量，产生一响应于冷冻剂流量的信号，如虚线288所示，并将这一信号输入到比率计算器290中。利用分线282将表示管路222中LNG流量的信号也输入到比率计算器290中，如虚线283所示。调节如此形成的比率以控制封闭冷冻环路的操作，从而调节管路222中LNG出口物流的温度值。来自这一装置的比率信号由连接比率计算器290和封闭冷冻环路226的线292表示。
更具体地说，如图1所示，当封闭冷冻环路226中的冷冻剂部分冷凝形成一冷冻剂液和一冷冻剂汽时，冷冻剂汽的流量由与管路250相连接的流量传感装置294测定，同时，液体冷冻剂物流的流量由与管路264相连接的流量传感装置296测定。在这样一种操作方式中，表示液体冷冻剂流量的信号由流量传感装置296产生，并被传送到流量控制装置268中，如虚线298所示。同样地，表示蒸汽冷冻剂流量的信号由流量传感装置294产生，并被传送到流量控制装置260中，如虚线300所示。这样就可调节液体冷冻剂的流量以控制液体冷冻剂流量对蒸汽冷冻剂流量比率。同时，可调节蒸汽冷冻剂的流量以控制冷冻剂的总流量。通过这样的操作，蒸汽冷冻剂流量的调节导致冷冻剂对LNG流量总比率的调节。当液体和蒸汽冷冻剂流量控制受到机械限制时，可改变封闭冷冻环路226中压缩机的值以进一步调节LNG出口物流的温度值。这由图1中连接比率计算器290和压缩机238的线292所示。
在一优选的操作方式中，如线282所示，由流量传感装置278产生的并被传送到流量控制/减压装置224的信号，可以与如调整点2的装置302所示的预定值进行比较，可用装置224调节管路222中的流量以使其与调整点2的装置302所示的预定值一致。同样地，表示管路222中LNG温度的信号由温度传感装置276产生，也可与连接到线280上的调整点3的装置304所示的预定值比较。这可以用来调节由封闭冷冻环路226提供的冷冻作用，或在特定实施例中用来控制压缩机238的一个变量，由此控制管路222中出口物流的温度。
所以在本发明中，LNG温度是通过调节冷冻作用来控制的，而LNG产量则是单独控制的。以直接的方式设定LNG产量，调节冷冻作用使之与在给定LNG温度和产量下的冷冻要求相匹配。这是一种与现有技术相反的方法。这些步骤包括：(a)在管路11处测定LNG出口物流的温度和流量；(b)通过MR的蒸发改变天然气的冷冻作用，以调节管路11处LNG出口物流的温度值，(c)通过LNG排泄阀30调节从换热器14的冷管束112流过液化过程的LNG流量，这样将LNG出口物流的流量和温度保持在预定流量值和温度值调整点。
在这一过程中，本发明的一些典型实施例包括一控制系统，该系统在要求的产量值上设定并保持LNG产量，并通过调节提供给天然气流的冷冻控制LNG温度(因此使冷冻与要求的产量相匹配，与现有技术中使产量与可获得的冷冻相匹配相反)。
本发明的第一个典型实施例包括改变与每个压缩机32和34相关的值，上述压缩机压缩来自换热器14的管路120中热管束110容置的MR，以调节管路11处的LNG出口物流的温度值。
这一实施例可用压缩机32和34的压缩速度，例如作为关键可控变量(MV)以实现对LNG温度的快速稳定调节。除速度以外的其它压缩机变量也可以作为关键可控变量，这取决于所使用的MR压缩机的类型，可以是离心式压缩机的导叶角度或轴流式压缩机的静叶片角度。
另一典型实施例包括改变从喷嘴集管124和126流出的混合冷冻剂(MR)的值，如流量、组成或MRV和/或MRL的压力，以调节管路11处的LNG出口物流的温度值。第二典型实施例使用总再循环冷冻剂流量对LNG流量的比率作为关键可控变量以有效地控制LNG温度。
尽管所述的液化过程实施例包括使用盘管式双区换热器，其中天然气进给流是从底部转到换热器装置顶部，但所述的实施例均同样适用于其它类型的换热器，例如前面提到的板片式换热器。例如，板片式换热器的结构和应用由小中(M.Onaka)、朝场(K.Asada)和三桥(K.Mitsuhashi描述在LNG期刊(1997年1至2月)第17-19页的“用于主冷冻交换装置的板片式换热器”(“Use of plate fin heat exchangers for main cryogenicexchanger unit”)中，本文已将其列入参考以描述板片式换热器及其方法。以压缩机速度为基础的控制系统
用于图3所示的LNG装置40A的本发明第一典型实施例，使用一基于LNG流量反馈控制和LNG生产温度单独反馈控制的控制系统，此时通过调节压缩机的速度，以及附加调节混合冷冻剂的流量从而使压缩机速度回复到要求操作范围内某一值。
图2是说明本发明以典型速度控制为基础的实施例的高级基本反馈控制方案的框图。如图2所示，设有三个反馈环路：第一个反馈环路201通过第一个可控变量(MV)，如LNG排出阀位，以控制LNG流量；第二个反馈环路202使用一压缩机值，如速度作为第二个可控变量，以控制LNG生产温度；第三个反馈环路203也通过控制流过系统的冷冻剂流量影响LNG温度，此时使用如热或冷JT阀位的第三个可控变量。通过调节封闭冷冻环路的冷冻作用以改变LNG温度，使第三可控变量的调节也能用来将压缩机值保持在要求的操作范围内，其方向与通过压缩机值调节所进行的相同。
压缩机值的调节对该过程有如下影响：通过提高压缩机速度，或相当的压缩机值，使压缩机入口处和管路120(图3)处的冷冻剂的压力下降。所以，换热器壳壁处的压力下降，因此使得温度也下降，与此相对应，热量传递增加，使得提供给流过换热器14的天然气的冷冻作用也增加。速度下降具有相反的效果。
在本发明典型实施例的控制系统中，有两个控制目标，因此有两个关键控制环路：第一个环路将LNG流量控制在一调整点值附近，第二个环路将LNG温度单独控制在一调整点值附近。第二控制环路包括两个可控变量：一压缩机可控变量，如速度或相当的压缩机值，其温度响应快(是所希望的)，但其稳态增益较差(是不希望的)；第二个可控变量，如热盯阀位，具有较高的稳态增益(所希望的)，但温度响应较慢(所不希望的)。对于第二控制目标使用两个可控变量，此时由于使用每个可控变量的最好特征以补偿每个可控变量的弱点，从而改进过程的可控性。
在第一反馈控制环路201中，控制LNG流量以改变并保持LNG出口物流(LNG产量)达到要求的LNG流量。例如可以通过调节LNG排出阀30的阀位(图3)来完成这一调节。第一反馈环路包括一LNG流量调整点值，该值是离线或在线确定的，例如可以由特定装置的生产计划确定。
正如现有技术中已知的，例如LNG装置工艺过程的任何过程的动态特性都可以用传递函数来模拟。装置工艺过程216通过过程传递函数g11模拟LNG流量对LNG排出阀位改变的动态响应。流量控制器210以显示LNG流量相对于一调整点值偏差的误差信号为基础调节LNG流量。流量控制器210补偿LNG流量相对于该调整点值中的这些偏差，此时通过由装置工艺传递函数g11导出的控制传递函数gC1。
该误差信号是以控制变量实际值和一调整点值之间的差值为基础的一组合，该组合对于反馈环路201来说是实测的LNG流量和要求的LNG流量调整点。误差信号可以是不连续的或连续的，误差信号的形式取决于所用控制器的种类。对于下面所述的实施例，以相当于控制变量对调整点偏差的误差信号为基础的可控变量调节称之为反馈控制。
例如，可以使用的简单控制器是比例积分微分(PID)控制器。对于PID控制器，误差信号可以是差分(e(t))一积分差分以及一调整点与测定值之差的微分组合。调节可控变量的PID控制器输出信号yPID(t)由方程(1)给出，式中K是比例增益系数，F、1/τi和τd是常数： y PID ( t ) = K ( Fe ( t ) + 1 τ 1 ∫ e ( t ) dt + τ d de ( t ) dt ) - - - ( 1 )
在另一例中，该控制器可以是更复杂的，例如一内部模拟控制器(IMC)。对于IMC，调节可控变量的输出信号YIMC(t0)是误差信号的现行值和过去值的更通用的函数，由使用不连续取样记数的方程(2)以一般方式给出：yIMC(t0)=fb(t-1),e(t-2)…e(t-n)g    (2)
从装置的传递函数g11导出函数gC1的技术在现有技术中是已知的。这样的一种技术通常称之为基于控制方法的模拟，例如，由曼弗雷德莫雷里(Manfred Morari)和伊文海洛斯查里奥(Evanghelos Zairiou)描述在加强的过程控制(Robust Process Control)的第3章和第6章中普伦狄斯学院(Prentice Hall,1989)，本文已列入参考。然而，本发明的实施例并不限于这一方法，也可以使用其它控制理论由过程传递函数来确定控制传递函数。
例如，确定系统过程传递函数g11、g22、g23，进而确定控制传递函数gC1、gC2和gC3的方法如下：
首先，在研究中对所有系统参数使用一套已知的典型初始条件，应用变量的阶跃函数使开环系统(即没有控制环路的LNG液化过程)经受分段试验(step·test)，使系统达到稳态，并对所有系统参数收集数据。在这一步骤中，系统可以是处于操作状态的装置本身，或装置的完全非线性动态模拟。例如，如果希望找到LNG流量传递函数g11，可以使过程加阶跃函数，提高LNG排出阀位，从而得到流量变化的记录。
第二步，使用一特殊的系统识别软件组，将从分段试验中收集的数据提供给系统模拟程序，该程序产生过程传递函数(即g11、g22、g23)的线性模型，该模型对于连续系统可以是拉普拉斯变换形式，或在离散区则是Z变换形式。这一系统识别软件组可以是，例如MATLAB中的系统识别工具箱(System Identification Toolbox)，可从美国麻州纳帝克公司的马斯厂(Math Work,Inc.of Natick,Massachusetts)买到。
接下来，使用过程传递函数的线性模型，找到每个系统传递函数(即g11、g22和g23)的近似反函数，然后使用基于控制方法的模型导出控制器传递函数(即gC1、gC2和gC3)。
最后，以动态非线性系统模拟为基础调节控制器模型传递函数的协调常数(tuning constants)。比较模拟参数的操作与LNG装置中的已知参数操作，这一模拟使运行的闭环控制系统置于各种各样的操作条件下。
现在回到图2，第二反馈环路202包括一LNG温度调整点值，该值是离线确定的，并且是过程要求的函数。因此，第二反馈环路是用来将LNG出口物流保持在或接近所需的生产温度值上。对于这一第二反馈环路，例如这可以通过调节压缩机速度以控制LNG出口物流温度来完成。与压缩机功率相关的其它压缩机值，如混合冷冻剂离心式压缩机的导叶角度或混合冷冻剂的轴流式压缩机的静叶片位置可以用作压缩机的可控变量。
正如前面所述的，LNG装置工艺过程的动态特性可以用过程传递函数来模拟，装置工艺过程218模拟LNG温度对冷冻变化的动态过程，这一冷冻变化是通过压缩机值按过程传递函数g22的变化提供的。一压缩机控制器212使用反馈控制通过调节压缩机值，如速度来调节LNG温度，这是以由LNG温度调整点和实际测定LNG出口物流温度之间的差导出误差信号为基础的。该压缩机控制器212通过由过程传递函数g22导出的控制传递函数gC2补偿LNG温度中的偏差。
图2中的第三反馈环路203包括速度的一压缩机调整点值或相当值，该值是离线确定的，与所需压缩机操作范围内的某一值相关，例如也可以由基于效率的压缩机的特征来确定。在图2中，第三反馈环路是控制单一目标例如LNG温度的级联控制的特定形式，这种形式作为输入重置(input resetting)是已知的，该环路利用可得到另一可控变量，例如典型实施例中热JT阀位。这种输入重置技术是本领域已知的，例如，由西高达斯可吉司塔达(Sigurd Skogestad)和伊安波斯推司威特(Ian Postethwaithe)描述在多变量反馈控制，分析和设计(Multivariable Feedback Control,Analysis and Design)的第416页上威烈父子公司(J.Wiley and Son,1996)，本文已列入参考。对于这一环路，如图2所示，控制器214通过由过程传递函数g23导出的控制传递函数gC3补偿LNG温度中的偏差。
移动热JT阀18引起冷冻作用调节，这对LNG温度产生影响，其方向与压缩机速度一致。这一第三反馈环路203与第二反馈环路202串联操作，使压缩机速度回到其原来目标值。
在本发明的另一实施例中，可以使用单个多变量控制器来完成LNG温度的反馈控制。多变量反馈环路204接收一误差信号，该信号是测定LNG温度和LNG温度调整点值的组合。装置过程传递函数g2模拟LNG温度对压缩机速度和热JT阀位的同步变化的响应。然后，多变量控制器222通过控制传递函数Gc25同步调节压缩机速度和热JT阀位，使LNG温度朝所需调整点值移动。
图3是一般混合冷冻剂液化天然气装置的流程示意图，图中标明实施图2所示控制系统的传感器和以速度为基础的控制系统控制器的位置。图2所示第一反馈环路201是由流量指示控制器(FIC)28和LNG排出阀30实施的，该控制器相当于图2中的流量控制器210。FIC28测定LNG出口物流流量，接受LNG流动调整点SP10。以测定的出口物流流量和调整点SP10之间的误差信号为基础，打开或关闭LNG排出阀30的阀位以使LNG出口物流保持所需的流量。
图2中的第二反馈环路202是由温度指示控制器(TIC)26和压缩机速度控制器36实施的，这些在一起相当于图2中的压缩机控制器212。TIC26测定实际LNG出口物流温度，并接受LNG温度调整点SP11。以测定出口物流温度和调整点SP11组合的误差信号为基础，TIC26向调节压缩机速度的压缩机信号控制器36提供一信号。正如前面所指出的，在另一执行程序中可改变离心式压缩机的导叶角度或轴流式压缩机的静叶片位置，而不是压缩机速度。
诸如FIC28和TIC26的控制器是易于买到的，并可作为PID控制器来实施。这些控制器需要使用者提供控制器增益系数以及协调参数，正如方程(1)所给出的。这些信息可以使用前面所述的基于控制器设计技术的模型来确定。
现在返回图3，第三反馈环路是通过速度指示控制器(SIC)53执行的，相当于图2中的控制器214和热JT阀18。
SIC53使用压缩机速度作为压缩机值按以下方式调节系统的冷冻作用。首先，SIC53接收来自压缩机控制器36和速度目标值(可以离线计算或可由封闭冷冻环路的当前冷冻剂质量流量的最佳速度确定)的压缩机速度信号(给出当前压缩机速度)，然后SIC53以误差信号为基础计算控制信号，这一误差信号是实际压缩机速度和所需速度目标值的组合。因此SIC53响应控制信号调节热JT阀18的阀位使该压缩机速度回到所需目标速度值。
正如前面所述的，图2所示控制方法完成两个控制目的。第二控制目的是以两部分来完成的，这两部分都控制LNG出口物流的温度。使用两个可控变量来控制LNG温度有助于操纵性，此外还使LNG控制系统的操作在LNG装置的特定执行过程所用的变动极限内。
在图2中，人们可以仅使用反馈环路201和202来保持LNG产量，只要单独保持LNG温度。然而，由于可以移动反馈环路202的压缩机值，例如速度的范围有限以及与环路相关的低稳态增益，附加可控变量是有利的。这就防止了压缩机在优选操作范围之外的速度下操作。例如，在过高的速度下操作其效率可能很高，但会引起压缩机部件的损坏，而在过低的速度下操作则会引起压缩机喘振，使物料反向流过压缩机。因此，本发明的一个实施例可以包括上述如图2的203所示第三反馈环路，通过调节热JT阀18的阀位使压缩机速度协助其工作以对流过换热器系统的天然气调节所提供的冷冻作用。在热JT阀18达到上变动极限时，例如可以使用进一步的调节，包括调节LNG流量和LNG温度调整点，使压缩机的操作和热JT阀18的阀位回到规定的范围内。
温度调整点值是由装置的所需操作特性确定的。例如在使用图2所示快速循环过程的LNG装置中，如LNG生产达到比约-146℃更热的温度，则LNG生产会含有LNG蒸汽组分，这些蒸汽必须由换热器的下游附件烧掉，从而导致不必要的天然气损失。然而，如LNG生产达到比约-151℃更冷的温度，则对于换热器的加燃料压缩机下游来说LNG生产不会含有足够的蒸汽组分。这种下游压缩机使用蒸汽组分天然气作为燃料源来驱动压缩机，下游压缩机的操作特性将确定操作下限操作温度。所以，LNG生产的要求操作温度调整点可以在这一温度范围内选择。
对于辅助冷却方法，在LNG出口物流中不需要蒸汽，而所需的温度调整点则是由下游储罐的特性确定的(如温度过热，则会发生LNG蒸汽闪蒸，而如温度过冷，则液化过程效率低)。
在本实施例中，一旦调节热JT阀18，就可以使用另一环路来调节冷JT阀16的阀位以控制MRV流量，可以调节一MRV流量调整点来控制MRL/MRV的流量比。如图3所示，一流量比控制器(FRC)51接受来自流量探测器(FR)52的MRL/MRV流量比，并对MRL/MRV流量比与预定的调整点值进行比较。基于实际的和所需的MRL/MRV流量比的组合形成的误差信号，向冷JT阀16提供一控制信号以调节阀位。需要这一附加反馈环路使换热器内保持适当的流量平衡以防止，例如管路120的返回温度过低会损坏设备。
可以作为附加可控变量调节几个可利用的变量以使封闭冷冻环路中的各种部件保持在系统的操作变动极限内。例如回到图3，热JT阀18和冷JT阀16中的每一个都可以达到满开或满关位置，混合冷冻剂比率可以在一目标值之外，或混合冷冻剂(MRV或MRL)温度在可接受范围之外。如这些可控变量达到变动极限，则系统可以要求：如热JT阀18或冷JT阀16达到上限或下限，则提高或降低压缩机速度目标，如在热管束110处(第一压缩机的吸入端)出换热器的MR温度过冷，则降低MRL/MRV流量比，当达到预定的喘振距离时，通过打开压缩机再循环阀来实现压缩机抗喘振控制，进一步的变动极限可以基于混合冷冻剂压缩机的排放压力或混合冷冻剂压缩机的功率。通过操作者的介入或通过脱离所述典型实施例的计算机监视和控制系统可以达到满足这些变动极限。
最后，可以增加某些动作以增进过程效率。对于这一示例性系统，可以使用应用当前MR测定值的前馈计算，以流过该系统的冷冻剂物质为基础来确定一新的压缩机速度目标值。图2示有提供速度目标调整点值的这一附加速度前馈程序块205，参照以冷冻剂再循环为基础的控制方法，其计算在下面有详细的描述。在这一情况下，例如对于一给定混合冷冻剂物质流量可以使用表明最佳压缩机速度的表或图的值来调节压缩机速度目标值。对于这些目的最佳压缩机值可以是以一独立变量为基础的，例如压缩机效率。
MR压缩机速度或混合冷冻剂离心式压缩机导叶角度或混合冷冻剂轴流式静叶片角度的目标值，可使用一离线或在线稳态优化计算机程序或计算来确定，这种程序或计算接受多个变量或因子，包括但不限于：(a)LNG产量目标；(b)天然气进给条件；(c)混合冷冻剂含量；(d)混合冷冻剂组成；(e)操作压力；(f)有用功率；(g)设备设计；(h)压缩机特性；和/或(i)外部条件。
MRL/MRV流量比的目标值，可以通过用离线或在线稳态优化计算机程序或计算来确定，这种程序或计算接受多个变量或因子，包括但不限于：(a)LNG产量目标；(b)天然气进给条件；(c)混合冷冻剂含量；(d)混合冷冻剂组成；(e)操作压力；(f)有用功率；(g)设备设计；(h)压缩机特性；和/或(i)外部条件。以冷冻剂再循环为基础的控制系统
本发明的第二典型实施例应用一以冷冻剂再循环为基础的控制系统，在该系统中使用前馈和反馈控制，此时调节LNG生产温度是通过改变MRL和MRV流量(改变总MR流量)、MRL/MRV流量比以及总MR流量/LNG流量比，然后将压缩机可控变量，例如速度调节到当前MR物质流量的最佳压缩机操作范围内。
图4是说明本发明以再循环为基础典型实施例的高级基本反馈和前馈控制环路的框图。这一典型实施例包括三个主要控制部分：第一个反馈环路401控制LNG生产的流量；第二个反馈和前馈部分402控制LNG生产的温度；第三个前馈部分403调节压缩机速度，以流过封闭冷冻环路的冷冻剂物质(总MR)为基础将压缩机速度保持在一最佳范围内。
在第一反馈控制环路401中，控制LNG流量以将LNG出口物流(LNG产量)改变到和保持在一规定的生产LNG流量，例如可以通过调节LNG排出阀30的阀位(图5)来完成。该第一反馈环路包括一LNG流量调整点，该调整点是离线确定的，例如可以由生产要求来确定。
LNG装置过程的动态特性可以通过传递函数来模拟，可以使用参照压缩机速度为基础的控制方法所述的这一技术。装置过程401通过传递函数g11’模拟LNG流量动态过程对LNG排出阀位的变化。一流量控制器410调节LNG流量，该控制器以由LNG流量调整点和实际测定LNG流量的组合形成的误差信号为基础。该流量控制器410通过控制可由过程传递函数g11’导出的传递函数gC1’补偿LNG流量中的偏差。
LNG流量调整点值、过程传递函数g11’和控制传递函数gC1’可以与图2的201中所示的以压缩机速度为基础的控制方法中LNG流量调整点、过程传递函数g11和控制传递函数gC1相同。
第二部分402是一LNG温度反馈/前馈控制系统，该系统使用一LNG温度调整点值和一热JT阀和冷JT阀调整点比率将LNG温度保持在一调整点值附近。LNG温度控制是通过调节总MR流量对LNG流量比率的规定目标值来完成的。首先，比较一测定的当前LNG出口物流温度和一LNG温度调整点值，向MR变化控制器414提供一误差信号，该控制器通过控制传递函数gC2’确定混合冷冻剂流量的增量变化，称之为MR流量增量值，以补偿LNG输出温度的差。使用MR流量增量值和LNG流量调整点值，一总MR控制器416通过控制传递函数gC3’确定按下列方程(3)需要的总MR流量：
总MR流量=MR流量增量+
    (LNG流量调整点值*总MR对LNG流量比率)    (3)
第二步，用该总MR流量和一MRL/MRV比调整点调节MR再循环流过该过程的MRL流量和MRV流量。将总MR流量和MRL/MRV比调整点提供给MRL/MRV比控制器418，该控制器通过控制传递函数gC4’确定一新的MRL流量调整点和一新的MRV流量调整点，这些均由下面方程(4)和(5)表示：
新MRV流量调整点=总MRV流量*
    1/(MRL/MRV比率调整点+1)    (4)
新MRL流量调整点=总MR流量-
    MRV流量调整点              (5)
一旦确定了新MRV和MRL流量调整点值，两个反馈控制环路分别控制MRV和MRL流量。其中第一控制环路使用MRL流量控制器419，来接受MRL流量调整点值和测定的当前MRL流量并以这些MRL流量值的组合形成一误差信号，通过控制传递函数gC5’调节MRL流量，例如，通过调节热JT阀18的阀位。同样地，第二控制环路使用MRV流量控制器420，来接受MRV流量调整点值和测定的当前MRV流量并以这些MRV流量值的组合形成一误差信号，通过控制传递函数gC6’调节MRV流量，例如通过调节冷JT阀16的阀位。在前面所述的这种方式中，控制传递函数gC5’和gC6’可以由开环模拟LNG装置过程传递函数g21’和g22’确定，这些函数使LNG装置过程和MRL和MRV流量对LNG出口物流温度的影响相关联。
图5是一般MR LNG装置40B的流程示意图，图中标明实施图4所示控制系统以再循环为基础的控制系统传感器和控制器的位置。
参看图5，图4所示以再循环为基础控制系统的第一控制环路401将LNG出口物流保持在通过调整点SP20给定的预定流量，而且该第一控制环路包括流量指示控制器28和LNG排出阀30，并以类似于以压缩机速度为基础的系统第一控制环路的方式操作。FIC测定LNG输出口物流流量，并接受LNG流量调整点SP20。以测定出口物流流量和调整点SP20的组合形成的误差信号为基础，打开或关闭LNG排出阀30的阀位使LNG出口物流保持在规定流量上。
图4的以再循环为基础的控制系统第二反馈/前馈控制环路402示于图5中，并包括温度指示控制器(TIC)26、总MR流量控制器TMR FRC64、MRL和MRV流量控制器(MRL/V FIC)66、前馈逻辑单元(FFL)68、通过调节冷JT阀16调节MRV流量的MRV流量指示控制器(MRV FIC)72，以及通过调节热JT阀18调节MRL流量的MRL流量指示控制器(MRL FIC)70。
TIC26接收相当于所需LNG出口物流温度的LNG出口物流调整点值SP21，而且还测定LNG出口物流的当前温度。以与当前温度和调整点值SP21之间的差相关的误差信号为基础，TIC26提供一温度调节信号，该信号表示为调节LNG温度所需的MR流量增量，而且将这一控制信号提供给TMRFRC 64，它相当于图4中的总MR控制器416。TMRFRC64也接收调整点值SP20，该值相当于所需的LNG出口物流流量。使用方程(1),TMR FRC 64向FFL 68提供一规定的总MR流量。
此外，相当于图4中MRL/MRV比控制器418的MRL和MRV流量比控制器(MRL/V FRC)66，接收一MRL/MRV流量比调整点值SP22和来自TMRFRC 64的当前MR流量，并提供新的MRL和MRV流量调整点，这些均被接收并由FFL68使用方程(2)和(3)分别转变成调整点值SP23和SP24。
最后，MRL控制器419和MRV控制器420都是由MRV流量指示控制器(MRV FIC)72来执行以基于通过调节冷JT阀16的新调整点值SP23调节MRV流量，由MRL流量指示控制器(MRL FIC)70基于通过调节热JT阀18的新调整点值SP24调节MRL流量。
因此，通过反馈环路调节热JT阀18的阀位使MRL流量控制到规定的调整点值，还通过经调节冷JT阀16反馈使MRV流量控制到规定的调整点值，通过调节MRL流量的调整点值SP24保持混合冷冻剂液流量对混合冷冻剂汽流量比(MRL/MRV)的规定目标调整点值SP22。最后，通过调节MRV流量的调整点值SP23获得总MR流量对LNG流量的比率。在这种方式中，使LNG输出温度保持接近调整点值SP21，而LNG出口物流流量则保持接近调整点值SP20。
现在回到图4，反馈环路401和LNG温度反馈/前馈部分402保持LNG产量，同时单独地保持LNG温度。通过改变MRL、MRV和总MR流量/LNG流量的快速响应保持温度，可能导致压缩机对流过该压缩机的给定量冷冻剂在优选操作范围之外的速度下操作。因此，本发明的一实施例可以包括第三个前馈部分403，这一部分具有其控制传递函数gC7’的控制过程422，就如图4所示，以流过压缩机系统的冷冻剂总量为基础调节压缩机速度。由增益gC7’提供的输出压缩机速度经由过程传递函数g23’影响LNG输出温度。
如图5所示，图4的前馈部分403可以由前馈控制器(FF)62和一对相应级压缩机(即低压压缩机34和高压压缩机32)的速度控制器36和38执行。尽管本实施例是以压缩机速度进行描述的，但相当的压缩机值也可以使用，例如不限于静叶片位置或导叶角度。FF62测定所接收的MR物质流量。然后FF66向对应于低压压缩机34或高压压缩机32的速度控制器36和38提供压缩机值，以压缩机效率的可用信息为基础调节压缩机的操作。这种调节可以进一步以由压缩机性能得出的性能曲线，作为MR物质流量函数为基础。
在第三个控制环路中，混合冷冻剂低压压缩机和高压压缩机34和32的速度由FF62另外单独地调节。每个FF62测定相应压缩机的当前混合冷冻剂流量，并将速度控制信号发送到相应压缩机的速度控制器36和38，以低压压缩机34或高压压缩机32的所需物质流量为基础，保证压缩机的效率最高。于是压缩机速度控制器36或38相应地设定各个压缩机的速度。在速度是固定的或不能改变的装置中，对于适当的控制改变等价变量是可能的。例如可以调节一个或多个混合冷冻剂离心式压缩机的导叶角度，作为每个压缩机的当前物质流量的函数，以保证压缩机效率最高。也可以调节一个或多个混合冷冻剂轴流式压缩机的静叶片角度，作为每个压缩机的当前物质流量的函数，以保证压缩机效率最高。
当达到预定压缩机喘振水平时，压缩机抗喘振控制是通过打开压缩机再循环阀来实现的。例如，这可以通过操作者的介入或一专用抗喘振控制器来完成。
再循环冷冻剂在主冷冻换热器的热管束110处的温度变动极限控制可以这样实现：例如通过系统的操作要求，对热管束110处的温度确定一适当的低温变动极限值；然后测定热端温度，并对测定的热端温度和变动极限值进行比较。
混合冷冻剂压缩机速度、或混合冷冻剂离心式压缩机导叶角度或混合冷冻剂轴流式静叶片角度的目标值，均使用一离线或在线稳态优化计算机程序或计算来确定，这种程序或计算接收多个变量或因子，包括但不限于：(a)混合冷冻剂组成；(b)操作压力；(c)有用功率；(d)设备种类；(e)压缩机特性；和/或(f)外部条件。
MRL对MRV流量比目标值是使用一离线或在线稳态优化计算机程序或计算来确定，这种程序或计算接收多个变量或因子，包括但不限于：(a)LNG生产目标；(b)天然气进给条件；(c)混合冷冻剂含量；(d)混合冷冻剂组成；(e)操作压力；(f)有用功率；(g)设备种类；(h)压缩机特性；和/或(i)外部条件。本发明典型实施例的模拟
为了比较图3和图5所示LNG装置控制方法的性能，可以分析使用LNG过程控制系统和严格非线性模型对LNG装置动态模拟的结果。所设计的控制系统传递函数和用于限定过程传递函数的线性模型可以按前面的描述来确定。使用典型双管束基本负荷LNG装置的严格非线性模型，对以速度为基础的控制方法和以再循环为基础的控制方法的性能进行说明。结果均来自MCHE/MCR环路部分的闭环动态模拟。表1列出在示例性模拟中使用的非线性模型的系统参数，包括关键过程变量和相应的原始静态值。表1中的值表示LNG装置被模拟时的“瞬间值”。
表1
 LNG装置模型的模型变量
标记 装置 模拟 ％误差
阀位LNG排出冷JT热JT E5TIC01AE5PRJC15E5FIC002 MVMVMV 788283 ％％％ 90.6290.07597.461 ％％％ 16.189.8517.42
压缩机速度4K-24K-3 E4SI023AE4SI028A 固定固定 45564499 rpmrpm 45564499 rpmrpm 0.000.00
流量闪蒸罐后的LNG产物从MHE排出的LNGMRVMRVMRLMRL4K-2排放4K-3排放 E5FI006Acalc.E5FI001Acalc.E5FIC002Acalc.E4FI010BE4FI011B 7 71518687173200773287017352608897578101 m3/hkmol/hNm3/hkmol/hm3/hkmol/hNm3/hNm3/h 18110.271836668196.5819683.98624738.8624738.8 m3/hkmol/hNm3/hkmol/hm3/hkmol/hNm3/hNm3/h -3.096.046.013.442.603.07
压力壳，冷端壳，热端LNG排出进给MRV，冷端MRV，热端MRL，中点MRL，热端4K-2吸入4K-2排出4K-3吸入4K-3排出HPSEP E5PIC002E5PI009E5PI010E5PI012E5PI008E5PI001E5PI007E5PI001E4PI0036E4PI015AE4PI0041E4PI017BE5PI001 3.6633.20321.90338.52329.84346.33336.99346.3333.213.8513.54349.8546.333 kg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2a 3.7463.1623.16138.57329.76347.17240.099847.2583.12913.50313.0749.11947.1722 kg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2akg/cm2a 2.27-1.345.740.13-0.271.88.402.00-2.22-2.51-3.49-1.471.81
温度壳，冷端壳，中点Shell，壳，热端LNG排出LNG，中点进给MRV，冷端MRV，中点MRV，热端MRL，中点MRL，热端 E5TI024E5TI025E5TI008E5TIC01AE5TI26/27E5TI023E5TI030E5TI021E5TI047E5TI031E5TI047 7平均 -144.02-117.7-35.7-147-117.7-33.3-144-117.1-32.8-116.6-32.8 CCCCCCCCCCC -156.38-120.16-35.857-146.087-113-33.248-147.447-109.82-33.1-108.332-33.096 CCCCCCCCCCC -9.57-1.58-0.070.723.020.02-2.674.67-0.125.28-0.12
4K-2吸入4K-2排放4K-3吸入4K-3排入HPSEP  E4TI004BE4TI007BE4TI006BE4TI008BE5TI047      -38.759.730.5129.3-32.8 CCCCC    -36.065757.0830.2046127.777-33.1 CCCCC      1.12-0.79-0.10-0.38-0.12
组成进给，N2进给，C1进给，C2进给，C3进给，C4进给，I4进给，I5MCR,N2MCR,C1MCR，C2MCR,C3 9.52E-030.91880.05170.0214.02E-023.49E-021.75E-040.05640.40940.46170.0725 9.30E-030.89760.05050.0509690000.056480.40445790.45566150.0833973 -2.31-2.31-2.3278.66xxx0.14-1.21-1.3115.03
不同的MR流量比MR/LNG流量比压缩比HPSEP水平 计算计算 2.24411.342315.1263 ％ 2.40141.539415.697959 ％ 7.0114.693.826.349
表1中的这些值是在特定时间瞬间的稳态值。正如现有技术中所已知的，每个特定LNG装置都有其不同的操作特性，使用非线性模型的LNG装置的动态模拟对于特定LNG装置要定做。因此，表1中的比较、控制目标和相应稳态操作值都是示例性的。
控制目标列于下面表2。
表2
控制目标控制变量LNG流量LNG温度 调整点18110kmol/h-146C 允许范围+/-2％+/-2.5C
MV变动极限MVLNG,CJT,WJT4K-2速度4K-3速度 最大1.164900rpm4900rpm 最小03500rpm3500rpm 改变率＜5rpm/sec＜5rpm/sec
输出变动极限可调的排放压力壳温，热端喘振距离 最大变动极限51kg/cm2a 最小变动极限-38C离开喘振8％
表2列出控制目标、还有MV和输出变动极限的最大和最小值和范围。为了使这些目标与其它系统相关联，下面简单描述这些目标是如何确定的。对于LNG流量，LNG装置产量的最大值是由特定装置和天然气供应确定的，其最小值是零，相当于装置关闭。因此，对于LNG流量，所需流量是由LNG装置的操作者和装置产量计划确定的。一旦确定了所需流量，例如+/-2％变动的控制目标是目前用于LNG装置流量控制的常用值。对于LNG流量变动范围可以使用较大的值直到其最大值和最小值，但LNG装置的效率会受到影响。对于LNG流量变动范围也可以使用较小的值，但最小范围取决于测量装置的精度、控制元件的精度和LNG装置过程的瞬时响应特性。因此，最小范围可通过对LNG装置的研究或模拟来找到。
对LNG出口物流温度的最大和最小操作范围的确定已在前面描述过，而且是取决于下游过程，例如但不限于，闪蒸循环、辅助冷却处理或基于运输和储存的其它考虑。例如由一般装置操作确定+/-2.5℃的LNG温度变化范围，但也可以使用较小的范围。最小范围取决于测量装置的精度、控制元件的精度和LNG装置过程的瞬时响应特性。
低压和高压压缩机的最大和最小操作范围的确定取决于所使用的特定压缩机的制造规格。例如由一般装置压缩机来确定小于5rpm/秒的压缩机速度变动范围。最大变动率通过对机械操作方面的考虑来确定。
还如前所述，热JT阀、冷JT阀以及LNG排出阀的操作范围是在全开和全关之间，允许这些阀在这一范围内自由地变动。
最后，输出变动极限也由特定LNG装置设计来确定。排放压力是由换热器环路的设计压力来确定，热端壳温由损坏下游附件前的最低温度确定，该温度约为-50℃，在LNG操作中常用-38℃。为防止损坏压缩机对喘振距离设置在一合理的值。
对于使用图2所示的以压缩机速度为基础的控制方法和执行控制函数的PID控制器的给定实例，控制传递函数具有如下协调参数：对于gC1(LNG流量控制)，比例增益系数为10-5l/(kg-moles/hr)，积分时间τ1为2秒；对于gC2(LNG温度控制)，比例增益系数为-500rpm/C，积分时间τ1为295秒。对于第三反馈环路，使用一以模型为基础的控制对数，这在前面已描述过了。这包括第一个指令过滤器(order filter)，使用该过滤器时间常数作为可调协调参数。时间常数与对闭环系统的规定响应速度相关，可以考虑稳定性来限定。
对于使用如图4所示的以冷冻剂再循环为基础的给定实例，比例增益常数具有如下协调参数：对于gC1’(LNG流量控制)，比例增益系数为10-5l/(kg-moles/hr)，积分时间τ1为2秒；对于gC2’(LNG温度控制)，比例增益系数为600，积分时间τ1为2500秒；对于gC3’，增益系数是由开环响应导出的过程模型确定的；对于gC4’，增益系数是由开环响应导出的过程模型确定的；对于gC5’(热JT阀流量控制)，比例增益系数为10-5l/(kg-moles/hr)，积分时间τ1为1秒；对于gC6’(冷JT阀流量控制)，比例增益系数为3.528×10-6l/(kg-moles/hr)，积分时间τ1为1秒；对于gC7’，增益系数是由开环响应导出的过程模型确定的。
说明了四个不同的模拟方案。列出以速度为基础的控制方法和以再循环为基础的控制方法两者的结果，在适当时侯与规定调整点值进行比较。模拟方案的结果说明在图6-9中，它们是在研究中以各种变量作为时间的函数特性给出的。在图6-9中所用时间标度是以秒表示的(28800秒=8小时)。图6-9中所示的模拟表明，以压缩机速度为基础的控制方法(标为a)和以再循环为基础的控制方法(标为b)都能充分满足各种方案的控制目标。
图6A至6D说明以压缩机速度为基础的和以再循环为基础的控制方法的性能，在LNG流量调整点方案中使用4％逐步减少。图6A是说明LNG流量控制对时间关系的曲线图，图6B是说明LNG温度控制对时间关系的曲线图，图6C是说明LNG压缩机速度控制对时间关系的曲线图，图6D是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步减少时热JT阀位移动对时间关系的曲线图。
图6A和6B分别说明流量和温度的紧密控制(tight control)是用以压缩机速度为基础的控制方法和以再循环为基础的控制方法完成的。图6C表示压缩机速度作为时间函数。两种控制方法都表明，由于热负荷低，为修正开始时的温度下降，压缩机速度开始时快速下降。在前面已提出，设计以速度为基础的方法使速度重新回到其原始目标值(在这一实施例中为4550rpm)，通过使用热JT阀位作为附加可控变量也可以做到。减少热JT阀的开度也在相同方向上影响LNG温度，尽管慢于压缩机速度的减少。当按图3所示方式配置时，两个可控变量影响的结合会在开始移动后立即使压缩机速度回到其原始值。在这一实例中，在新的稳态下，速度重置到其原目标值，而热JT阀则关小约5％。
图7A至7E说明以压缩机速度为基础的和以再循环为基础的控制方法的性能，在LNG流量调整点方案中使用4％逐步的增加。图7A是说明LNG流量控制对时间关系的曲线图，图7B是说明LNG温度控制对时间关系的曲线图，图7C是说明热JT阀位和冷JT阀位对时间关系的曲线图，图7D是说明换热器壳温度对时间关系的曲线图，图7E是说明在LNG流量调整点方案中以4％逐步增加时压缩机速度控制对时间关系的曲线图。
如图7A至7E所示的性能表明在这一方案中LNG流量和温度两者都很好地被控制在表2所要求的范围内，尽管对以再循环为基础的方法温度响应较慢。图7A至7E说明这一方案的某些变动极限控制作用。原始稳态LNG出口物流已是一高产量值，LNG流量调整点再增加4％。热JT阀位不适合其变动极限(在表2中限定为1.16)，但冷JT阀值达到一变动极限。在以速度为基础的控制方法中，作为一种防止换热器壳热端温度变得太低的措施是使冷JT阀位升高。冷JT阀16的阀位达到变动极限，但控制方法仍然控制壳的热管束使之接近其变动极限。当冷JT阀达到其变动极限值时，这一实施例的控制方法将压缩机的速度目标值从4550rpm提高到4850rpm。
图8A至8D说明以压缩机速度为基础的和以再循环为基础的控制方法的性能，在LNG流量调整点方案中，在每分1％处，以35％等变地下降。图8A是说明LNG流量控制对时间关系的曲线图。图8B是说明LNG温度控制对时间关系的曲线图。图8C是说明低压和高压压缩机速度对时间关系的曲线图。图8D是说明在LNG流量调整点方案中，在每分1％处，以35％等变地下降时热JT阀位的移动对时间关系的曲线图。
图8A至8D通过示例性控制方法说明LNG流量和温度很好地控制在表2给定的要求内。图8C表示这一实例的压缩机速度，表明在以速度为基础的方案中，一旦产物流量等变地下降接近完成时，借助热JT阀位的调节，压缩机就回到其原来的速度。因此，压缩机具有足够大的速度操作范围以对付LNG流量的连续等变地下降(或等变地上升)。对于产物以35％等变地下降的这一示例性方案来说，这些压缩机均接近压缩机喘振条件。在这一情况下，一旦喘振距离落到8％以下，通过打开每个压缩机的再循环阀来防止喘振状态。
对于伺服变化和排除干扰方案，图9A是说明LNG流量控制对时间关系的曲线图。图9B是说明LNG温度控制对时间关系的曲线图。如图所示以压缩机速度为基础的和以再循环为基础的控制方法对LNG流量和温度提供适当的控制。在这一方案中，模拟了以下过程：在100秒，LNG流量SP提高+2％(18472)；在1000秒，LNG温度SP改变2％(更冷；-159℃)；在5000秒，进给压力降低2％；在10000秒，进给中C1组成降低2％；在15000秒，输入HPSEP的MCR温度增加2％；在20000秒，LNG温度SP改变4％(更热-143.1℃)。
尽管本发明的优选实施例已在本文中示出并描述，但应当理解，这些实施例仅仅是作为实例提出的。对本领域的技术人员来说，可以在不脱离本发明精神的前提下作出各种改动、变化和替代。因此，所附的权利要求覆盖了落入本发明精神和范围内的所有这些变动。

Claims (34)

1．一种控制液化天然气出口物流产量的方法，此时通过冷冻流过液化过程的天然气，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)测定LNG出口物流的温度和流量；和
(b)改变天然气的冷冻作用以调节LNG出口物流的温度值，并单独地调节流过该过程的LNG流量，因此将LNG出口物流的流量保持在一预定流量值，并将温度保持在一预定温度值。
2．按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)进一步包括以下步骤：
在一封闭冷冻环路中提供冷冻作用，其中一压缩机调节一冷冻剂的流量和压力，和
改变选自包含该压缩机速度、导叶角度和静叶片位置类的至少一个压缩机值，调节该封闭冷冻环路的操作，因此调节LNG出口物流的温度值。
3．按权利要求2所述的方法，其特征在于，该法进一步包括以下步骤：
(c)以对至少一个压缩机值限定压缩机操作范围的变动极限为基础，确定一相应的目标值；和
(d)对该相应目标值调节至少一个压缩机值；和
(e)以对至少一个压缩机值的调节为基础，改变至少一个与冷冻剂再循环相关的值，从而使LNG出口物流保持流量值和温度。
4．按权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤d)改变至少一个基于一反馈信号的冷冻剂值，该反馈信号是以至少一个压缩机值和相应目标值为基础的。
5．按权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括以下步骤：
测定一冷冻剂流量和LNG出口物流的流量：和
形成一冷冻剂流量对LNG流量的比率：和
调节该比率以调节封闭冷冻环路的操作，因此调节LNG出口物流的温度值。
6．按权利要求5所述的方法，其特征在于，冷冻剂部分被冷凝以形成一冷冻剂液和一冷冻剂汽，流量测定步骤进一步包括测定一冷冻剂汽流量和一冷冻剂液流量，比率调节步骤进一步包括调节冷冻剂汽流量以设定冷冻剂流量，并调节冷冻剂液流量以调节比率直至达到一预定的流量比。
7．按权利要求5所述的方法，其特征在于，冷冻剂部分被冷凝以形成一冷冻剂液和一冷冻剂汽，流量测定步骤进一步包括测定一冷冻剂汽流量和一冷冻剂液流量，比率调节步骤进一步包括调节冷冻剂液流量以设定冷冻剂流量，并调节冷冻剂汽流量以调节比率直至达到一预定流量比。
8．一种同时控制液化天然气出口物流温度和流量的方法，此时由天然气液化过程通过冷冻天然气，其特征在于，该方法包括：
(a)对LNG出口物流设立一预定流量；
(b)测定LNG出口物流的实际流量；
(c)将LNG出口物流的实际流量调节到该预定流量；
(d)对LNG出口物流设立一预定温度；
(e)测定LNG出口物流的实际温度；和
(f)控制提供给天然气的冷冻作用，以将LNG出口物流的温度调节到该预定温度。
9．按权利要求8所述的方法，其特征在于，天然气的液化过程是在一装置中进行的，该装置包括一换热器，该换热器具有一热端和一冷端，一天然气进给物流入口在其热端，该换热器内一管路通过与一冷冻剂物流间接换热冷却并液化天然气，该冷冻剂物流包含在一单独冷冻循环中，还有一液化天然气管路在换热器冷端输送LNG出口物流，所述管路具有一LNG流量控制装置；冷冻循环包括一压缩冷冻剂的压缩机、一冷凝压缩冷冻剂的冷凝器、一使冷凝冷冻剂膨胀的膨胀装置，和将膨胀冷冻剂引入换热器一蒸发区的装置，在蒸发区内该膨胀冷冻剂与天然气物流间接换热并向其提供冷冻作用，从而液化天然气，还有使膨胀、蒸发的冷冻剂从热端返回到压缩机的装置；其中冷冻作用的控制是通过反馈控制完成的，反馈控制是通过控制过程变量得到的，过程变量选自的类包含：
压缩机的操作；和
膨胀装置操作。
10．按权利要求9所述的方法，其特征在于，冷凝器的作用是部分冷凝压缩的冷冻剂，以产生一蒸汽冷冻剂和一液体冷冻剂，对每个蒸汽冷冻剂和液体冷冻剂具有单独的膨胀装置，单独膨胀装置中的任何一个或两个是单独地控制的。
11．按权利要求9所述的方法，其特征在于，冷冻剂压缩机选自的类包含具有导叶轮的离心式压缩机和具有静叶片的轴流式压缩机，通过调节LNG流量控制装置对LNG出口流量进行反馈控制，通过调节一压缩机变量对LNG出口物流温度进行反馈控制，压缩机变量选自的类包含：
(a)冷冻剂压缩机速度：
(b)导叶轮角度；和
(c)静叶片角度。
12．按权利要求11所述的方法，其特征在于，压缩机变量是冷冻剂压缩机的速度，和：
(a)如LNG出口物流温度高于预定温度，则使冷冻剂压缩机的速度提高；或
(b)如LNG出口物流温度低于预定温度，则使冷冻剂压缩机的速度降低。
13．按权利要求11所述的方法，其特征在于，压缩机是一离心式压缩机，而压缩机变量则是导叶轮的角度，和：(a)如LNG出口物流温度高于预定温度，则使导叶轮的角度增大；或
(b)如LNG出口物流温度低于预定温度，则使导叶轮的角度减少。
14．按权利要求11所述的方法，其特征在于，压缩机是一轴流式压缩机，而压缩机变量则是静叶片的角度，和：
(a)如LNG出口物流温度高于预定温度，则使静叶片的角度增大；或
(b)如LNG出口物流温度低于预定温度，则使静叶片的角度减少。
15．按权利要求11所述的方法，其特征在于，通过LNG流量控制装置的多变量控制器和至少一个压缩机变量经同时并协调调节，由反馈同时控制LNG出口物流的流量和温度。
16．按权利要求9所述的方法，其特征在于，换热器中冷却天然气的管路经过至少一靠近换热器热端的热区和一靠近换热器冷端的冷区，
冷冻循环中的蒸发区被分成至少一热区和一冷区，分别对应于管路通过该热区和该冷区，具有单独膨胀装置将冷凝冷冻剂引入各个热区和冷区，和
其中热区膨胀装置控制至少一部分冷凝冷冻剂流向热区，冷区膨胀装置控制至少一部分冷凝冷冻剂流向冷区，
还进一步包括以下步骤：
(a)对压缩机变量设立一规定目标值：
(b)测定这一压缩机变量的当前值；
(c)比较所述规定目标值和当前值；和
(d)利用以这一差别和压缩机变量的规定目标值与当前值之间的整体差别为基础的反馈控制调节热区膨胀装置，以便在通过调节压缩机变量所实现的同一方向上实现LNG出口物流温度的改变，和
(e)使压缩机变量重置回到规定的目标值。
17．按权利要求16所述的方法，其特征在于，冷冻剂是一多组分冷冻剂，该冷冻剂被部分冷凝以形成一冷冻剂液和一冷冻剂汽，冷冻剂液流过热区，冷冻剂汽流过冷区和热区，还进一步包括以下步骤：
(a)预定一所需液体冷冻剂流量对蒸汽冷冻剂流量的比率；
(b)测定液体冷冻剂流量的当前值；
(c)测定蒸汽冷冻剂流量的当前值；
(d)确定液体冷冻剂流量对蒸汽冷冻剂流量的当前比率；和
(e)控制冷区膨胀/流量控制装置以将液体冷冻剂流量对蒸汽冷冻剂流量比调节到预定比率。
18．按权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括在将膨胀的、蒸发的冷冻剂从换热器热端返回到压缩机的装置处的冷冻剂温度变动极限控制，包括以下步骤：
(a)对在热端返回冷冻剂预定一低温变动极限值；
(b)测定在热端返回的冷冻剂温度；
(c)比较测定温度和变动极限温度；
(d)如测定温度低于变动极限温度，则降低液体冷冻剂流量对蒸汽冷冻剂流量的比率，直到测定温度高于变动极限温度。
19．按权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括确定压缩机排放压力和压缩机功率消耗，还进一步包括一过程参数的变动极限控制，该过程参数选自的类包括：
(a)压缩机排放压力；
(b)压缩机功率消耗；
(c)冷膨胀/流量控制装置；和
(d)热膨胀/流量控制装置；该过程参数的变动极限控制是通过改变一压缩机变量规定目标值达到的，该压缩机变量选自的类包括：
(a)压缩机速度；
(b)导叶轮角度；
(c)静叶片角度。
20．按权利要求19所述的方法，其特征在于，所需目标值的设立是利用一稳态优化计算完成的，优化计算使用的因素选自的类包括：
(a)预定的LNG出口物流流量；
(b)天然气进给物流的条件；
(c)冷冻循环中的冷冻剂量；
(d)混合冷冻剂的组成；
(e)操作压力；
(f)有用功率；
(g)设备设计；
(h)压缩机特性；和
(i)环境条件。
21．按权利要求18所述的方法，其特征在于，冷冻剂液流量对冷冻剂汽流量规定比的设立是利用稳态优化计算完成的，优化计算使用的因素选自的类包括：
(a)预定的LNG出口物流流量；
(b)天然气进给物流的条件；
(c)冷冻循环中的冷冻剂量；
(d)混合冷冻剂的组成；
(e)操作压力；
(f)有用功率；
(g)设备设计；
(h)压缩机特性；和
(i)环境条件。
22．按权利要求17所述的方法，其特征在于：
(a)调节LNG出口物流流量是由LNG流量控制装置的反馈控制完成的；
(b)调节冷冻剂液流量至一预定值是由热区膨胀/流量控制装置的反馈控制完成的；
(c)调节冷冻剂汽流量至一预定值是由冷区膨胀/流量控制装置的反馈控制完成的；
(d)冷冻剂液流量对冷冻剂汽流量比的一预定值是通过调节冷冻剂液流量的该预定值保持的；
(e)总冷冻剂流量(液体和蒸汽)对LNG出口物流流量比率的一预定值是通过调节冷冻剂汽流量的该预定值得到的；和
(f)LNG出口物流温度的控制是通过调节总冷冻剂流量对LNG出口物流流量比的该预定值完成的。
23．按权利要求22所述的方法，其特征在于，作为流过压缩机的物质流量的一函数，调节冷冻剂压缩机的速度以得到最大的压缩机效率。
24．按权利要求22所述的方法，其特征在于，作为流过压缩机的物质流量的一函数，调节冷冻剂压缩机的导叶角度以得到最大的压缩机效率。
25．按权利要求22所述的方法，其特征在于，作为流过压缩机的物质流量的一函数，调节冷冻剂压缩机的静叶片角度以得到最大的压缩机效率。
26．按权利要求22所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括在将膨胀的、蒸发的冷冻剂从换热器热区返回到压缩机的装置处返回冷冻剂温度的变动极限控制，包括以下步骤：
(a)对在热端返回的冷冻剂预定一低温变动极限值；
(b)测定在热端返回的冷冻剂温度；
(c)比较测定温度和变动极限温度；
(d)如测定温度低于变动极限温度，则降低液体冷冻剂流量对蒸汽冷冻剂流量比，直到测定温度变成高于变动极限温度。
27．按权利要求22所述的方法，其特征在于，液体冷冻剂流量对蒸汽冷冻剂流量的预定值是利用稳态优化计算确定的，优化计算使用的因素选自的类包括：
(a)预定的LNG出口物流流量；
(b)天然气进给物流的条件；
(c)冷冻循环中的冷冻剂量；
(d)混合冷冻剂的组成；
(e)操作压力；
(f)有用功率；
(g)设备设计；
(h)压缩机特性；和
(i)环境条件。
28．控制液化天然气出口物流产量的设备，此时通过冷冻流过液化过程的天然气，该设备包括：
测量LNG出口物流温度和流量的测量装置；和
控制装置用于
(a)改变天然气冷冻作用以调节LNG出口物流温度值，和
(b)单独调节流过该过程的LNG流量，从而将LNG出口物流的流量保持在一预定流量值，将温度保持在一预定温度值。
29．按权利要求28所述的设备，其特征在于，控制装置进一步包括改变一与提供冷冻的压缩机有关值的装置，由此调节LNG出口物流的温度值。
30．按权利要求29所述的设备，其特征在于，压缩机调节一冷冻剂的流量和压力，而该与压缩机有关的值则是至少一个选自的类包含压缩机的速度、导叶角度和静叶片位置的压缩机值，以调节封闭冷冻环路的操作，从而调节LNG出口物流的温度值。
31．按权利要求30所述的设备，其特征在于，该设备进一步包括：以限定压缩机至少一个压缩机值的一操作范围变动极限为基础确定一相应目标值的装置；和
调节至少一个压缩机值至该相应目标值的装置，和
该改变装置包括以对至少一个压缩机值调节为基础，改变至少一个与冷冻剂循环有关值的装置，从而使LNG出口物流保持流量和温度。
32．按权利要求28所述的设备，其特征在于，该设备进一步包括改变提供冷冻的冷冻剂混合冷冻剂值的装置，从而调节LNG出口物流的温度值。
33．按权利要求32所述的设备，其特征在于：
测量装置进一步包括：
(a)测量MR流量和LNG出口物流流量的装置：
(b)形成MR流量对LNG流量一比率的装置；和控制装置进一步包括：
调节该比率以调节封闭冷冻环路操作的装置，从而调节LNG出口物流的温度值。
34．按权利要求33所述的设备，其特征在于，该设备进一步包括：
测量混合冷冻剂汽流量和混合冷冻剂液流量的第二装置，和
装置用于：
(a)调节MRL流量以设定MR流量，和
(b)连续调节MRV流量以调节该比率直到达到一阀变动极限；和
其后改变提供冷冻作用一压缩机值的装置，从而调节LNG出口物流的温度值。
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