CN220793569U - 冷箱液化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种冷箱液化系统，包括相互连通的换热器、节流降温阀和压缩机，换热器下部设有进气口、冷剂正流入口和冷剂返流出口，换热器上部设有出液口、冷剂正流出口和冷剂返流入口；进气口与出液口相互连通形成第一通道，冷剂正流入口与冷剂正流出口连通形成正流通道；冷剂返流入口和冷剂返流出口连通形成返流通道；第一通道用于通入原料气，并与正流通道和返流通道内流动的制冷剂进行热交换。制冷剂从冷剂正流入口进入正流通道，沿正流通道进入节流降温阀降温后，流入返流通道，并从冷剂返流出口回流到压缩机内。由于制冷剂在返流通道内从上至下流动，使制冷剂可在自身重力的作用下返流至压缩机内，可有效的减少了压缩机的功率。

Description

冷箱液化系统

技术领域

本实用新型涉及天然气深冷液化技术领域，特别涉及一种冷箱液化系统。

背景技术

天然气液化流程核心设备为冷箱，而冷箱中核心设备为换热器。在采用混合制冷剂液化工艺中，换热器广泛采用的为绕管式和板翅式，而板翅换热器又因为其结构紧凑、质量轻、传热效率高而成为主流应用。

在传统的板翅换热器中，制冷剂穿过板式换热器，并吸收原料天然气的热量，使天然体液化；复热后的制冷剂返回制冷剂压缩机。

但行业内较成熟的板翅换热器中，制冷剂的返流时，均是从下方进入到板翅换热器中，然后从板翅换热器上方流出，以回到制冷剂压缩机中。其返流采用下进上出方式(即热端在上冷端在下)，从而造成制冷剂压缩机吸入时，需要额外做功抵消制冷剂由下至上的高差而产生的阻力，从而增加制冷剂压缩机的功率。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于解决现有的制冷剂压缩机需要额外做功导致功率大的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种冷箱液化系统，包括：换热器，所述换热器下部设有进气口、冷剂正流入口以及冷剂返流出口，所述换热器上部设有出液口、冷剂正流出口以及冷剂返流入口；所述进气口与所述出液口相互连通形成第一通道，所述冷剂正流入口与所述冷剂正流出口连通形成正流通道；所述冷剂返流入口和所述冷剂返流出口连通形成返流通道；所述第一通道用于通入原料气，并与所述正流通道和所述返流通道内流动的制冷剂进行热交换；节流降温阀，所述节流降温阀的进口与所述冷剂正流出口连通，所述节流降温阀的出口与所述冷剂返流入口连通；所述制冷剂从所述正流通道上的所述冷剂正流出口流至所述节流降温阀进行降温，再从所述冷剂返流入口进入所述返流通道；压缩机，所述压缩机的进口与所述冷剂返流出口连通，所述压缩机的出口与所述冷剂正流入口连通；所述制冷剂从上向下通过所述返流通道，并从所述冷剂返流出口回流至所述压缩机，通过所述压缩机压缩后，输送至所述冷剂正流入口，以回到所述正流通道。

可选地，所述冷箱液化系统还包括冷却器，所述冷却器设置在所述压缩机的下游，并与所述压缩机的出口连通，使所述制冷剂通过所述压缩机后，进入到所述冷却器进行降温。

可选地，所述冷箱液化系统还包括分离罐，所述分离罐设置在所述冷却器的下游且与所述冷却器的出口连通，制冷剂由所述冷却器流出后，能够进入所述分离罐进行气相和液相的分离，以形成气相制冷剂和液相制冷剂。

可选地，所述正流通道包括相互独立的第一正流通道和第二正流通道；所述冷剂正流入口包括正流气相入口和正流液相入口；所述冷剂正流出口包括正流气相出口和正流液相出口；所述正流气相入口与所述正流气相出口在所述换热器内连通以形成所述第一正流通道；所述正流液相入口与所述正流液相出口在所述换热器内连通形成所述第二正流通道；所述分离罐的出气端口与所述正流气相入口连通，使所述分离罐中的气相制冷剂从所述正流气相入口进入所述第一正流通道；所述分离罐的出液端口与所述正流液相入口连通，使所述分离罐中的液相制冷剂从所述正流液相入口进入所述第二正流通道。

可选地，所述节流降温阀包括气相节流阀和液相节流阀；所述冷剂返流入口包括返流气相入口和返流液相入口；所述气相节流阀的进口与所述正流气相出口连通，所述气相节流阀的出口与所述返流气相入口连通，使通过所述第一正流通道后的气相制冷剂进入所述气相节流阀降温后，再由所述返流气相入口进入所述返流通道。

可选地，所述液相节流阀的进口与所述正流液相出口连通，所述液相节流阀的出口与所述返流液相入口连通；使通过所述第二正流通道的液相制冷剂进入所述液相节流阀中降温后，再由所述返流液相入口汇入所述返流通道，并从所述冷剂返流出口回流至所述压缩机。

可选地，所述冷箱液化系统还包括集液罐，所述集液罐设置在所述换热器的底部，所述集液罐分别与所述冷剂正流入口和所述冷剂返流出口连通，用于收集液化的制冷剂。

可选地，所述冷箱液化系统还包括气化器，所述气化器设置在集液罐与所述压缩机之间，并与所述集液罐和所述压缩机连通；所述气化器可使所述集液罐中的液态制冷剂气化后，进入所述压缩机。

可选地，所述冷箱液化系统还包括原料储存装置和收集装置；所述原料储存装置与所述进气口连通，所述收集装置与所述出液口连通，所述原料储存装置内的原料气从所述进气口进入所述第一通道，并与所述正流通道和所述返流通道热交换后，从所述出液口流出至所述收集装置。

可选地，所述压缩机与所述换热器之间通过奥氏体不锈钢管连通。

可选地，所述换热器为板翅换热器，所述板翅换热器上部的所述冷剂返流入口与所述板翅换热器下部的所述冷剂返流出口的高度差大于十米。

由上述技术方案可知，本实用新型的有益效果为：

本申请提供了一种冷箱液化系统，包括相互连通的换热器、节流降温阀和压缩机，其构成循环制冷回路。回路内的制冷剂通过压缩机压缩后，从冷剂正流入口进入正流通道，沿正流通道进入节流降温阀降温后，流入返流通道，并从冷剂返流出口回流到压缩机内。由于冷剂返流入口位于换热器上部，冷剂返流出口位于换热器下部，其具有的高度差，制冷剂在返流通道内从上至下流动，使制冷剂可在自身重力的作用下返流至压缩机内，其可有效的减少了压缩机的功率，实现了至少10％的节能目标。

附图说明

图1是一种冷箱液化系统的流程示意图。

附图标记说明如下：100、冷箱液化系统；10、换热器；11、第一通道；111、进气口；112、出液口；12、正流通道；121、第一正流通道；122、第二正流通道；13、冷剂正流入口；131、正流气相入口；132、正流液相入口；14、冷剂正流出口；141、正流气相出口；142、正流液相出口；15、冷剂返流入口；151、返流气相入口；152、返流液相入口；16、冷剂返流出口；17、返流通道；20、节流降温阀；21、气相节流阀；22、液相节流阀；30、压缩机；40、冷却器；50、分离罐；60、集液罐；70、气化器；80、原料储存装置；90、收集装置。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

在本申请的描述中，需要理解的是，在附图所示的实施例中，方向或位置关系的指示(诸如上、下、左、右、前和后等)仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本实施例提供了一种冷箱液化系统100，包括换热器10、节流降温阀20和压缩机30。其中，换热器10和节流降温阀20集成在冷箱中，压缩机30布置在冷箱外。压缩机30、节流降温阀20和换热器10相互连通以形成制冷剂回路，来与原料气发生热量交换，以对原料气降温，使通过冷箱的原料气由气态转换为液态。

请参阅图1，在一些实施例中，换热器10下部设有进气口111、冷剂正流入口13和冷剂返流出口16。换热器10上部设有出液口112、冷剂正流出口14和冷剂返流入口15。

进气口111与出液口112相互连通形成第一通道11，冷剂正流入口13与冷剂正流出口14连通形成正流通道12。冷剂返流入口15和冷剂返流出口16连通形成返流通道17。其中，第一通道11用于通入原料气，并使原料气与正流通道12和返流通道17内流动的制冷剂进行热交换，以实现原料气的液化。

请参阅图1，在一些实施例中，冷箱液化系统100还包括原料储存装置80和收集装置90。原料储存装置80与进气口111连通，收集装置90与出液口112连通。

原料气从原料储存装置80中流出，从换热器10的底部的进气口111进入第一通道11，原料气沿第一通道11向上移动，并与正流通道12和返流通道17内的制冷剂发生热交换，转换为液体后从出液口112流至收集装置90进行收集。

需要理解的是，本实施例中的原料气为天然气，冷箱液化系统100主要用于天然气的液化。当然，冷箱液化系统100可用于氧气、氮气、氢气等气体的液化。

可以想到的是，在一些实施例中，可不设置原料储存装置80，直接将换热器10的进气口111与天然气输送管道连通，只要能实现将天然气通入换热器10中即可。而用于收卷液化天然气的收集装置90可以为储罐、LNG运输车或者LNG运输船等可以储存液化天然气的装置。

请参阅图1，节流降温阀20设置在换热器10的上方，且节流降温阀20的进口与冷剂正流出口14连通，节流降温阀20的出口与冷剂返流入口15连通。使制冷剂能从冷剂正流出口14流至节流降温阀20进行降温后，再从冷剂返流入口15进入换热器10的返流通道17。

压缩机30的进口与冷剂返流出口16连通，压缩机30的出口与冷剂正流入口13连通。使制冷剂从冷剂返流出口16返回至压缩机30，通过压缩机30压缩后，再输送至换热器10的冷剂正流入口13，以回到正流通道12内。

具体的，制冷剂由压缩机30增压后，通过换热器10下部的冷剂正流入口13进入到正流通道12内，并沿正流通道12向上移动，以从换热器10上部的冷剂正流出口14流出至节流降温阀20中。节流降温阀20将制冷剂的压力降低，并使制冷剂的温度下降；降温后的制冷剂从冷剂返流入口15进入返流通道17，并沿返流通道17往下移动，以从换热器10底部的冷剂返流出口16流出，并返回至压缩机30内。

制冷剂在循环过程中，多次通过节流降温阀20进行降温，此过程中返流通道17内的制冷剂对正流通道12的制冷剂进行多次热交换后，制冷剂的温度达到工作状态。此时，换热器10靠近节流降温阀20的上部形成冷端，远离节流降温阀20的下部形成热端。原料气从换热器10的下部的进气口111进入第一通道11，并沿第一通道11向上移动，使温度逐渐降低，最后从出液口112流出时，气态天然气转换为液态。

本实施例中，换热器10为板翅式换热器10，其结构紧凑，创热效率高。且板翅换热器10上部的冷剂返流入口15与板翅换热器10下部的冷剂返流出口16的高度差大于十米。

具体而言，本实施例主要是应用大型工厂的天然气液化，板翅式换热器10的至少具有十几米的高度，板翅式换热器10所集成的冷箱也具有十几米的高度，因此，制冷剂在返流通道17回流时的重力势能大，可以克服阻力以减少压缩机30的功率。

需要理解的是，换热器10的上部和下部是一个相对的概念，设置在换热器10上部的出液口112、冷剂正流出口14和冷剂返流入口15，以及设置在换热器10下部的进气口111、冷剂正流入口13和冷剂返流出口16布置方式是多样的。其只要能实现第一通道11内的天然气经过从下往上移动；通过正流通道12的制冷剂从下往上移动；通过返流通道17回到压缩机30的制冷剂从上往下移动，以减少制冷剂回流时进入压缩机30的阻力，进而减少压缩机30的功率达到节能的目标即可。

请参阅图1，在一些实施例中，冷箱液化系统100还包括冷却器40。冷却器40设置在压缩机30的下游，并与压缩机30连通，使制冷剂通过压缩机30后，进入冷却器40进行降温。

制冷剂通过压缩机30压缩增压后，温度会迅速升高。而设置在压缩机30后的冷却器40可将升温后的制冷剂快速的降温。在本实施例中，制冷剂为混合制的制冷剂，在通过冷却器40降温后，制冷剂会出现气液两种状态。

请参阅图1，冷箱液化系统100还包括分离罐50，分离罐50位于冷却器40的下游。制冷剂通过冷却器40后，进入分离罐50进行气相和液相的分离。通过分离罐50来将制冷剂进行气相和液项的分离，便于后续的制冷剂的输送，以及制冷工艺的设计。

请参阅图1，在本实施例中，换热器10内的正流通道12包括相互独立的第一正流通道121和第二正流通道122，分别用于气相制冷剂和液相制冷剂的输送。

对应的，冷剂正流入口13包括正流气相入口131和正流液相入口132；冷剂正流出口14包括正流气相出口141和正流液相出口142。正流气相入口131与正流气相出口141在换热器10内连通以形成第一正流通道121；正流液相入口132与正流液相出口142在换热器10内连通形成第二正流通道122。

分离罐50的顶部的出气端口与正流气相入口131连通，使分离罐50中的气相制冷剂从正流气相入口131进入第一正流通道121。分离罐50的底部的出液端口与正流液相入口132连通，使分离罐50内的液相制冷剂从正流液相入口132进入第二正流通道122。

进一步，节流降温阀20包括气相节流阀21和液相节流阀22；冷剂返流入口15包括返流气相入口151和返流液相入口152。气相节流阀21的进口与正流气相出口141连通，气相节流阀21的出口与返流气相入口151连通，使通过第一正流通道121后的气相制冷剂进入气相节流阀21降温后，再由返流气相入口151进入返流通道17。

对应的，液相节流阀22的进口与正流液相出口142连通，液相节流阀22的出口与返流液相入口152连通；使通过第二正流通道122的液相制冷剂进入液相节流阀22中降温后，再由返流液相入口152汇入返流通道17。

具体的，在本实施例中，将分离罐50中分离的气相制冷剂通入到第一正流通道121中，使气相制冷剂沿第一正流通道121从下至上流动，以进入到气相节流阀21中。在正常工作状态下，气相制冷剂从第一正流通道121上方的正流气相出口141流出的温度约为-162℃，通过气相节流阀21降压后的温度约为-167℃，压力约为0.3MPa。通过气相节流阀21的制冷剂再从返流气相入口151进入至返流通道17，制冷剂沿返流通道17从上向下移动，并吸收正流通道12的制冷剂以及第一通道11内的天然气的热量，复热后回流至压缩机30。

对应的，从分离罐50分离的液相制冷剂通入到第二正流通道122中，沿第二正流通道122从下至上流动，以进入到液相节流阀22中。在正常工作状时，液相制冷剂从第二正流通道122上的正流液相出口142流出的温度约为-60℃，通过液相节流阀22降压后温度约-63℃，压力约0.3MPa。通过液相节流阀22的制冷剂通过返流液相入口152汇入返流通道17中，回流到压缩机30中。

其中，气相制冷剂和液相制冷剂在返流通道17中均是从上至下移动，均可通过制冷剂的自身重力抵消返流时的阻力，减少制冷剂回到压缩机30的进口的压降。在压缩机30出口压力相同的情况下，减小压比，进而节约了压缩机30所需的能耗，实现了节能的目标，可以达到至少节能10％的目标。

在一些实施例中，正流气相出口141和返流气相入口151设置在换热器10顶面；正流液相出口142和返流液相入口152设置在换热器10的侧壁上，且正流液相出口142位置高于所述返流液相入口152位置。

具体的，在正常工作时，液相制冷剂的最低温度高于气相制冷剂的最低温度；因此，将正流气相出口141设置在换热器10的顶部，而将正流液相出口142设置在换热器10的侧壁上，可以使整个换热器10在相同的高度的均温性更好。并且，正流液相出口142的位置高于返流液相入口152的位置，可使液相制冷剂在通过液相节流阀22的返流也从上至下流动，来进一步减少压缩机30能耗。

在一些实施例中，冷箱液化系统100还包括集液罐60。集液罐60设置在换热器10的底部，集液罐60分别与冷剂正流入口13和冷剂返流出口16连通，用于冷箱液化系统100停机后收集制冷剂。

具体而言，通过在换热器10的底部设置不锈材质的集液罐60，当整个系统停止运行后，液态的制冷剂会被引入至集液罐60内，防止液态制冷剂在换热器10的热端堆积，导致换热器10的底部产生应力破坏的问题；可增加换热器10的使用寿命。

在一些实施例中，冷箱液化系统100还包括气化器70，气化器70设置在集液罐60与压缩机30之间，并与集液罐60和压缩机30连通。气化器70可使集液罐60中的液相的制冷剂完全气化后进入压缩机30。

当冷箱液化系统100开启时，集液罐60内的液态的制冷剂会通过气化器70完全气化后进入压缩机30，以使制冷剂开始制冷循环。

传统的在系统在停机后，大量液态制冷剂由于重量沉积到换热器10的底部，其不仅会对换热器10的造成损坏，而且在刚启动时，液态制冷剂会随气流拥入压缩机30的入口，并在压缩机30内气化，导致压缩机30内的压力迅速增大，从而破坏压缩机30和管道。而本实施例通过将集液罐60与气化器70连通，用集液罐60收集停机后系统内的液化制冷剂，防止了换热器10的损坏。并且，系统开启时，集液罐60内的液态的制冷剂会通过气化器70完全气化后进入压缩机30，也避免冷态启动压缩机30时，换热器10堆积的大量制冷剂拥入压缩机30入口，损坏压缩机30的问题。

在一些实施例中，压缩机30与换热器10之间通过奥氏体不锈钢管连通。将压缩机30与换热器10之间的管路全部换为耐低温的奥氏体不锈钢材料，可避免材料骤冷造成管道的破坏。

需要理解的是，本实施例中各工艺点参数控制均设有就地或远传仪表来控制完成，实现制冷剂的循环往复。

综上，本申请提供了一种冷箱液化系统100，制冷剂下进上出通过换热器10内的正流通道12，通过节流降温阀20返流时，制冷剂沿冷剂返流入口15和冷剂返流出口16连通形成返流通道17从上至下流动，并回流到压缩机30内；由于冷剂返流入口15与冷剂返流出口16的高度差，使制冷剂可在自身重力的作用下返流至压缩机30内，其有效的减少了压缩机30的功率，实现了至少10％的节能目标。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种冷箱液化系统，其特征在于，包括：

换热器，所述换热器下部设有进气口、冷剂正流入口以及冷剂返流出口，所述换热器上部设有出液口、冷剂正流出口以及冷剂返流入口；所述进气口与所述出液口相互连通形成第一通道，所述冷剂正流入口与所述冷剂正流出口连通形成正流通道；所述冷剂返流入口和所述冷剂返流出口连通形成返流通道；所述第一通道用于通入原料气，并与所述正流通道和所述返流通道内流动的制冷剂进行热交换；

节流降温阀，所述节流降温阀的进口与所述冷剂正流出口连通，所述节流降温阀的出口与所述冷剂返流入口连通；所述制冷剂从所述正流通道上的所述冷剂正流出口流至所述节流降温阀进行降温，再从所述冷剂返流入口进入所述返流通道；

压缩机，所述压缩机的进口与所述冷剂返流出口连通，所述压缩机的出口与所述冷剂正流入口连通；所述制冷剂从上向下通过所述返流通道，并从所述冷剂返流出口回流至所述压缩机，通过所述压缩机压缩后，输送至所述冷剂正流入口，以回到所述正流通道。

2.根据权利要求1所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述冷箱液化系统还包括冷却器，所述冷却器设置在所述压缩机的下游，并与所述压缩机的出口连通，使所述制冷剂通过所述压缩机后，进入到所述冷却器进行降温。

3.根据权利要求2所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述冷箱液化系统还包括分离罐，所述分离罐设置在所述冷却器的下游且与所述冷却器的出口连通，制冷剂由所述冷却器流出后，能够进入所述分离罐进行气相和液相的分离，以形成气相制冷剂和液相制冷剂。

4.根据权利要求3所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述正流通道包括相互独立的第一正流通道和第二正流通道；所述冷剂正流入口包括正流气相入口和正流液相入口；所述冷剂正流出口包括正流气相出口和正流液相出口；

所述正流气相入口与所述正流气相出口在所述换热器内连通以形成所述第一正流通道；所述正流液相入口与所述正流液相出口在所述换热器内连通形成所述第二正流通道；

所述分离罐的出气端口与所述正流气相入口连通，使所述分离罐中的气相制冷剂从所述正流气相入口进入所述第一正流通道；

所述分离罐的出液端口与所述正流液相入口连通，使所述分离罐中的液相制冷剂从所述正流液相入口进入所述第二正流通道。

5.根据权利要求4所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述节流降温阀包括气相节流阀和液相节流阀；所述冷剂返流入口包括返流气相入口和返流液相入口；

所述气相节流阀的进口与所述正流气相出口连通，所述气相节流阀的出口与所述返流气相入口连通，使通过所述第一正流通道后的气相制冷剂进入所述气相节流阀降温后，再由所述返流气相入口进入所述返流通道。

6.根据权利要求5所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述液相节流阀的进口与所述正流液相出口连通，所述液相节流阀的出口与所述返流液相入口连通；使通过所述第二正流通道的液相制冷剂进入所述液相节流阀中降温后，再由所述返流液相入口汇入所述返流通道，并从所述冷剂返流出口回流至所述压缩机。

7.根据权利要求1所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述冷箱液化系统还包括集液罐，所述集液罐设置在所述换热器的底部，所述集液罐分别与所述冷剂正流入口和所述冷剂返流出口连通，用于收集液化的制冷剂。

8.根据权利要求7所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述冷箱液化系统还包括气化器，所述气化器设置在集液罐与所述压缩机之间，并与所述集液罐和所述压缩机连通；所述气化器可使所述集液罐中的液态制冷剂气化后，进入所述压缩机。

9.根据权利要求1所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述冷箱液化系统还包括原料储存装置和收集装置；所述原料储存装置与所述进气口连通，所述收集装置与所述出液口连通，所述原料储存装置内的原料气从所述进气口进入所述第一通道，并与所述正流通道和所述返流通道热交换后，从所述出液口流出至所述收集装置。

10.根据权利要求1所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述压缩机与所述换热器之间通过奥氏体不锈钢管连通。

11.根据权利要求1所述的冷箱液化系统，其特征在于，所述换热器为板翅换热器，所述板翅换热器上部的所述冷剂返流入口与所述板翅换热器下部的所述冷剂返流出口的高度差大于十米。