CN220472018U - 高压天然气两级膨胀液化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高压天然气两级膨胀液化装置，其第一换热器4个出口分别连第一、二、五分离器入口，第三换热通道入口连第二、四分离器和第二换热器出口，第四换热通道入口连第二膨胀压缩机膨胀端出口；第一、三分离器气相出口分别连2台膨胀压缩机膨胀端入口；第二换热器气体入口连第一膨胀压缩机膨胀端出口，气体出口连第三分离器入口；第三分离器液相出口连第四分离器入口；第五分离器气相出口连第二膨胀压缩机压缩端入口；2台空气冷却器入口分别连2台膨胀压缩机压缩端出口，第二空气冷却器出口连第一膨胀压缩机压缩端入口。本实用新型通过改进液化装置，利用天然气压力能，经过两级膨胀制冷，提高了装置整体液化率，降低了能耗和成本。

Description

高压天然气两级膨胀液化装置
技术领域
本实用新型涉及液化天然气领域，特别是涉及一种新型的高压天然气两级膨胀液化装置。
背景技术
管输天然气通常以高压方式通过长输管道输送，在供给到终端用户前通常需要通过调压设备进行降压处理，以便天然气的压力能够与用气设施匹配。高压天然气内蕴含着巨大的压力能，在通过调压设备调压的过程中，这部分压力能往往被白白的浪费掉。如果利用高压天然气的压力能，通过膨胀机提供冷能，使部分天然气液化，可以更高效地输送天然气，以较低的能耗获得可观的收益。
如公开号为CN102660341A的中国发明专利申请披露了一种“利用天然气压力能部分液化天然气的工艺和装置”，该工艺利用膨胀制冷工艺将得到的冷量用于管网中部分天然气的液化。缺点是该工艺使用两级膨胀压缩机，将用于制冷的天然气一级膨胀回收冷量后，重新压缩并返回主换热器冷却后，再进行二级膨胀制冷，主换热器流道多且复杂，制冷效率低，需要用于制冷的高压天然气较多，可液化部分较少。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高压天然气两级膨胀液化装置，它可以提高高压天然气膨胀制冷的效率和天然气的液化率，降低能耗和成本。
为解决上述技术问题，本实用新型的高压天然气两级膨胀液化装置，主要包括2个换热器、5个分离器、2台膨胀压缩机、2台空气冷却器，其中：
第一换热器包括有4条换热通道；第一换热通道的入口连接制冷天然气管线，出口连接第一分离器的入口；第二换热通道的入口连接待液化天然气管线，出口连接第二分离器的入口；第三换热通道的入口分别连接第二分离器、第二换热器和第四分离器的顶部气相出口，出口连接第五分离器的上端入口；第四换热通道的入口连接第二膨胀压缩机的膨胀端的气体出口，出口连接第五分离器的下端入口；
第一分离器和第三分离器的顶部气相出口分别连接第一膨胀压缩机和第二膨胀压缩机的膨胀端的入口；第二分离器和第四分离器的底部液相出口管线汇合后通往液化天然气产品储罐；所述液化天然气产品储罐的入口管线上分出一路连接第二换热器的底部液化天然气入口；
所述第二换热器的气体入口连接第一膨胀压缩机的膨胀端的出口，气体出口连接第三分离器的入口；
所述第三分离器的底部液相出口连接第四分离器的入口；所述第五分离器的顶部气相出口连接第二膨胀压缩机的压缩端的入口，底部液相出口连接排放管；
所述第一空气冷却器的入口连接第一膨胀压缩机的压缩端的出口，出口连接闪蒸汽管线；所述第二空气冷却器的入口连接第二膨胀压缩机的压缩端的出口，出口连接第一膨胀压缩机的压缩端的入口。
较佳的，所述液化装置还可以在第五分离器气相出口与第二膨胀压缩机的压缩端入口之间的管路上设置一个三级压缩单元；所述三级压缩单元包括有3台气体压缩机和3台空气冷却器，其中，第一级气体压缩机入口连接第五分离器气相出口；第一级空气冷却器、第二级空气冷却器、第三级空气冷却器的入口分别连接第一级气体压缩机、第二级气体压缩机、第三级气体压缩机的出口；第一级空气冷却器、第二级空气冷却器的出口分别连接第二级气体压缩机、第三级气体压缩机的入口；第三级空气冷却器的出口连接第二膨胀压缩机的压缩端入口。
较佳的，所述液化装置还可以设置1台液化天然气泵，所述液化天然气泵的入口分别连接第二分离器和第四分离器的液相出口，出口分别连接所述第二换热器和液化天然气产品储罐。
较佳的，可以在所述第一换热器的第一换热通道和第二换热通道的入口管线上分别设置流量变送器，在所述分离器上设置液位变送器。
较佳的，可以在所述第一换热器的第二换热通道和第四换热通道的出口管线上以及所述第三分离器的液相出口管线上分别设置节流阀。
基于上述装置的高压天然气两级膨胀液化工艺方法是将高压原料天然气分成待液化天然气和制冷天然气两部分，先利用制冷天然气的压力能进行一级膨胀制冷，将制冷天然气中的一部分天然气液化，再利用制冷天然气的压力能进行二级膨胀制冷，使制冷天然气中的另一部分天然气获得低温，为第一换热器提供冷量将待液化天然气液化。具体地说，包括以下工艺步骤：
原料天然气中的制冷天然气进入第一换热器的第一换热通道降温后，进入第一分离器进行气液分离，气相依次经第一膨胀压缩机膨胀制冷、第二换热器换热降温后，进入第三分离器分离成气液两相，气相经第二膨胀压缩机膨胀制冷后返回第一换热器的第四换热通道，液相进入第四分离器进行气液分离，气相返回第一换热器的第三换热通道，液相作为液化天然气产品回收；
原料天然气中的待液化天然气进入第一换热器的第二换热通道降温后，进入第二分离器进行气液分离，气相返回第一换热器的第三换热通道，液相作为液化天然气产品回收；
一部分回收的液化天然气产品进入第二换热器换热后返回第一换热器的第三换热通道；
所述第三换热通道和第四换热通道的冷剂出第一换热器后，进入第五分离器进行气液分离，液相排出装置，气相经第二膨胀压缩机和第一膨胀压缩机依次压缩、冷却后获得闪蒸汽产品。
较佳的，所述第五分离器的气相可以在进入第二膨胀压缩机的压缩端前，先进行三级压缩、冷却。
本实用新型的高压天然气两级膨胀液化装置，利用来自天然气管网、用于制冷的高压天然气自身的压力能，使用两级膨胀制冷工艺，在一级膨胀制冷后，将管网中的一部分天然气液化成为液化天然气，另一部分天然气再进行二级膨胀获得低温，为主换热器提供冷量将待液化天然气液化。这两部分液化后的天然气混合后作为LNG产品回收。同时，将膨胀压缩机的输出功用于闪蒸汽(BOG)和制冷天然气的再压缩，获得中压天然气。由于二级膨胀在较低温度下进行，膨胀制冷效率高，因此本实用新型的液化装置的整体液化率高，能耗低，且主换热器流道少，设备较简单，可以降低成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的高压天然气两级膨胀液化装置和工艺流程示意图。
图中附图标记说明如下：
1：第一换热器
2：第二换热器
3：第一分离器
4：第二分离器
5：第三分离器
6：第四分离器
7：第五分离器
8：第一膨胀压缩机
9：第二膨胀压缩机
10：第一节流阀
11：第二节流阀
12：第三节流阀
13：第一级气体压缩机
14：第二级气体压缩机
15：第三级气体压缩机
16：第一空气冷却器
17：第二空气冷却器
18：第一级空气冷却器
19：第二级空气冷却器
20：第三级空气冷却器
21：液化天然气泵
L1～L4：第一～第四换热通道
E1、E2：膨胀端
C1、C2：压缩端
FT：流量变送器
LT：液位变送器
NG：待液化天然气
RG：制冷天然气
具体实施方式
为对本实用新型的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图及具体实施例，对本实用新型的技术方案做进一步详细的说明：
实施例1
本实施例的高压天然气两级膨胀液化装置，如图1所示，主要包括2个换热器、5个分离器、2台膨胀压缩机、3台气体压缩机、5台空气冷却器和1台液化天然气泵。其中：
第一换热器1为主换热器，设置有4条换热通道，第一换热通道L1的入口连接制冷天然气管线，出口通过管线连接第一分离器3的入口；第二换热通道L2的入口连接待液化天然气管线，出口通过管线连接第二分离器4的入口，第二换热通道L2的出口与第二分离器4的入口之间的管线上设置有第一节流阀10；第三换热通道L3的入口通过管线分别连接第二换热器2、第二分离器4、第四分离器6的顶部出口，第三换热通道L3的出口通过管线连接第五分离器7的上端入口；第四换热通道L4的入口通过管线连接第二膨胀压缩机9的膨胀端的气体出口，第四换热通道L4的出口通过管线连接第五分离器的下端入口，第四换热通道L4的出口与第五分离器的下端入口之间的管线上设置有第三节流阀12。
第一分离器3的顶部气相出口通过管线连接第一膨胀压缩机8的膨胀端的入口。第一膨胀压缩机8的膨胀端的气体出口通过管线连接第二换热器2的气体入口。第二换热器2的气体出口通过管线连接第三分离器5的入口。
第三分离器5的顶部气相出口通过管线连接第二膨胀压缩机9的膨胀端的入口。第三分离器5的底部液相出口通过管线连接第四分离器6的入口。第三分离器5的底部液相出口与第四分离器6的入口之间的管线上设置有第二节流阀11。
第二分离器4和第四分离器6的底部液相出口分别通过管线连接液化天然气泵21的入口。液化天然气泵21的出口通过管线连接LNG产品储罐。LNG产品储罐的出口通过管线连接第二换热器2的LNG入口。
第五分离器7的顶部气相出口通过管线连接第一级气体压缩机13的入口。第一级空气冷却器18、第二级空气冷却器19、第三级空气冷却器20的入口通过管线分别连接第一级气体压缩机13、第二级气体压缩机14、第三级气体压缩机15的出口。第一级空气冷却器18、第二级空气冷却器19的出口通过管线分别连接第二级气体压缩机14、第三级气体压缩机15的入口。第三级空气冷却器20的出口通过管线连接第二膨胀压缩机9的压缩端C2的入口。第二膨胀压缩机9的压缩端C2的出口通过管线连接第二空气冷却器17的入口。第二空气冷却器17的出口通过管线连接第一膨胀压缩机8的压缩端C1的入口。第一膨胀压缩机8的压缩端C1的出口通过管线连接第一空气冷却器16的入口。第一空气冷却器16的出口通往BOG产品管线。
每个分离器上设置有液位变送器LT，用于控制分离器内的液位。第一换热器1的第一换热通道L1和第二换热通道L2的入口管线上分别设置有流量变送器FT，用于控制管线内的气体流量。
以下对本实施例的高压天然气两级膨胀液化装置的工艺流程进行详细的说明。
将来自于高压天然气管网的原料气(压力约80barg，温度44℃)分成待液化天然气和制冷天然气(不含水的天然气)两部分。
待液化天然气首先进入第一换热器1的第二换热通道L2，在第一换热器1中被冷却到温度约-143℃，然后通过第一节流阀10节流到压力0.17barg，温度降到约-160℃，进入第二分离器4被分离成气相和液相，气相部分为BOG(闪蒸汽)，作为冷剂返回第一换热器1的第三换热通道L3，为第一换热器1提供冷量；液相部分作为液化天然气(LNG)产品经液化天然气泵21送至液化天然气产品储罐。
制冷天然气首先进入第一换热器1的第一换热通道L1被冷却到温度-44℃，然后被送至第一分离器3进行气液分离后，气相进入第一膨胀压缩机8的膨胀端E1并输出功率，压力降至11barg，温度降至约-120℃。降温降压后的气体进入第二换热器2被部分液化成为气液两相，然后进入第三分离器5被分离成气相和液相两部分。气相部分进入第二膨胀压缩机9的膨胀端E2并输出功率，气体压力降至1barg，温度降至-152.5℃，然后作为冷剂返回至第一换热器1的第四换热通道L4，为第一换热器1提供冷量。液相部分通过第二节流阀11节流至压力0.17barg、温度-159.1℃后，进入第四分离器6，被分离为气相和液相，气相部分返回至第一换热器1的第三换热通道L3，作为冷剂，为第一换热器1提供冷量，液相部分作为液化天然气产品通过液化天然气泵21送至液化天然气产品储罐。
一部分液化天然气产品作为冷剂为第二换热器2提供冷量并变为了气相，这股气相与来自第二分离器4和第四分离器6的气相合并后，一起被送至第一换热器1的第三换热通道L3，作为冷剂为第一换热器1提供冷量。这股冷剂在第一换热器1中被加热后，温度和压力分别变为40.4℃和0.12barg，然后进入第五分离器7，被分离为气相和液相两部分。
第一换热器1的第四换热通道L4中的冷剂，在为第一换热器1提供冷量后，被加热至温度40.4℃、压力0.83barg，然后经第三节流阀12节流至0.13barg后，进入第五分离器7，被分离为气相和液相两部分。
第五分离器7内的液相由第五分离器7底部出口管线排出装置。第五分离器7顶部的气相经第一～第三级气体压缩机和第三～第五空气冷却器三级压缩和冷却后，其温度和压力分别变为46.1℃和16barg，增压后的气体进入第二膨胀压缩机9的压缩端C2(其压缩功率由第二膨胀压缩机9的膨胀端E2提供)，被压缩增压并经第二空气冷却器17冷却后，温度和压力分别为46.1℃和22barg，然后再被送至第一膨胀压缩机8的压缩端C1(其压缩功率由第二膨胀压缩机9提供)，被压缩并经第一空气冷却器16冷却后，温度和压力分别变为46.11℃和32barg，该被多级增压后的气相(即BOG产品)可用作燃气发电机组的原料。
上述实施例仅为本实用新型的可行或较佳实施例而已，是用来说明本实用新型的，并非用以限制本实用新型申请专利的范围，因此，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，均应属于本实用新型专利涵盖的范围。

Claims (5)

1.高压天然气两级膨胀液化装置，其特征在于，包括2个换热器、5个分离器、2台膨胀压缩机、2台空气冷却器，其中：
第一换热器包括有4条换热通道；第一换热通道的入口连接制冷天然气管线，出口连接第一分离器的入口；第二换热通道的入口连接待液化天然气管线，出口连接第二分离器的入口；第三换热通道的入口分别连接第二分离器、第二换热器和第四分离器的顶部气相出口，出口连接第五分离器的上端入口；第四换热通道的入口连接第二膨胀压缩机的膨胀端的气体出口，出口连接第五分离器的下端入口；
第一分离器和第三分离器的顶部气相出口分别连接第一膨胀压缩机和第二膨胀压缩机的膨胀端的入口；第二分离器和第四分离器的底部液相出口管线汇合后通往液化天然气产品储罐；所述液化天然气产品储罐的入口管线上分出一路连接第二换热器的底部液化天然气入口；
所述第二换热器的气体入口连接第一膨胀压缩机的膨胀端的出口，气体出口连接第三分离器的入口；
所述第三分离器的底部液相出口连接第四分离器的入口；所述第五分离器的顶部气相出口连接第二膨胀压缩机的压缩端的入口，底部液相出口连接排放管；
第一空气冷却器的入口连接第一膨胀压缩机的压缩端的出口，出口连接闪蒸汽管线；第二空气冷却器的入口连接第二膨胀压缩机的压缩端的出口，出口连接第一膨胀压缩机的压缩端的入口。
2.根据权利要求1所述的液化装置，其特征在于，所述液化装置还包括一个三级压缩单元，设置在第五分离器气相出口与第二膨胀压缩机的压缩端入口之间的管路上；所述三级压缩单元包括有3台气体压缩机和3台空气冷却器，其中，第一级气体压缩机入口连接第五分离器气相出口；第一级空气冷却器、第二级空气冷却器、第三级空气冷却器的入口分别连接第一级气体压缩机、第二级气体压缩机、第三级气体压缩机的出口；第一级空气冷却器、第二级空气冷却器的出口分别连接第二级气体压缩机、第三级气体压缩机的入口；第三级空气冷却器的出口连接第二膨胀压缩机的压缩端入口。
3.根据权利要求1所述的液化装置，其特征在于，所述液化装置还包括1台液化天然气泵，所述液化天然气泵的入口分别连接第二分离器和第四分离器的液相出口，出口分别连接所述第二换热器和液化天然气产品储罐。
4.根据权利要求1所述的液化装置，其特征在于，所述第一换热器的第一换热通道和第二换热通道的入口管线上分别设置有流量变送器，所述分离器上设置有液位变送器。
5.根据权利要求1所述的液化装置，其特征在于，所述第一换热器的第二换热通道和第四换热通道的出口管线上以及所述第三分离器的液相出口管线上分别设置有节流阀。
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