DE102015015109A1 - Operation of valves in natural gas liquefaction plants - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Anordnung, bestehend aus einem Wärmetauscher (E) und wenigstens einem, dem Wärmetauscher (E) in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventil (V) beschrieben, wobei dem Ventil (V) eine Heizvorrichtung (H) zugeordnet ist und wobei diese zumindest dann das Ventil (V) beheizt, wenn eine Verlegung des Ventils (V) detektiert wird. Ferner wird ein Verfahren zum Abkühlen, Verflüssigen und/oder Unterkühlen von Erdgas beschrieben, wobei die Abkühlung, Verflüssigung und/oder Unterkühlung des Erdgases in wenigstens einer erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt.It is an arrangement consisting of a heat exchanger (E) and at least one, the heat exchanger (E) downstream in the flow direction valve (V) described, wherein the valve (V) is associated with a heater (H) and this at least then the valve (V) heated when a displacement of the valve (V) is detected. Furthermore, a method for cooling, liquefying and / or subcooling natural gas is described, wherein the cooling, liquefaction and / or supercooling of the natural gas takes place in at least one arrangement according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, bestehend aus einem Wärmetauscher und wenigstens einem, dem Wärmetauscher in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventil.The invention relates to an arrangement consisting of a heat exchanger and at least one, downstream of the heat exchanger in the flow direction valve.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abkühlen, Verflüssigen und/oder Unterkühlen einer mehrkomponentigen Fraktion, insbesondere einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, vorzugsweise Erdgas, wobei die mehrkomponentige Fraktion in wenigstens einem Wärmetauscher abgekühlt, verflüssigt und/oder unterkühlt wird.Furthermore, the invention relates to a method for cooling, liquefying and / or subcooling a multicomponent fraction, in particular a hydrocarbon-rich fraction, preferably natural gas, wherein the multicomponent fraction is cooled in at least one heat exchanger, liquefied and / or subcooled.

Gattungsgemäße Anordnungen kommen beispielsweise bei Verfahren zum Abkühlen, Verflüssigungen und/oder Unterkühlen mehrkomponentiger Fraktionen, insbesondere von Kohlenwasserstoff-reichen Fraktionen, wie beispielsweise Erdgas, zur Anwendung. Hierbei wird die abzukühlende, zu verflüssigende und/oder zu unterkühlende mehrkomponentige Fraktion in einem oder mehreren Wärmetauschern gegen wenigstens ein ein- oder mehrkomponentiges Kühlmedium abgekühlt, verflüssigt und ggf. unterkühlt. Im Falle der Verflüssigung einer Kohlenwasserstoffreichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, erfolgen die Prozessschritte Abkühlen, Verflüssigen und Unterkühlen im Regelfall in separaten Wärmetauschern, denen in Strömungsrichtung bzw. stromabwärts jeweils ein Ventil nachgeschaltet ist.Generic arrangements are used, for example, in processes for cooling, liquefying and / or subcooling multicomponent fractions, in particular hydrocarbon-rich fractions, such as natural gas, for example. Here, the cooled to be liquefied and / or subcooled multicomponent fraction is cooled in one or more heat exchangers against at least one single- or multi-component cooling medium, liquefied and optionally supercooled. In the case of liquefaction of a hydrocarbon-rich fraction, in particular of natural gas, the process steps cooling, liquefaction and subcooling are usually carried out in separate heat exchangers, which in each case a downstream valve in the flow direction and downstream.

Enthält der zu verflüssigende Erdgasstrom schwere Kohlenwasserstoff – hierunter seien nachfolgend C5+-Kohlenwasserstoffe zu verstehen – können sich diese an den Oberflächen eines Wärmetauschers absetzen und einen Belag bilden. Dieses Absetzen geschieht ausschließlich im Wärmetauscher, da nur dort eine Temperaturdifferenz zwischen der abzukühlenden Fraktion und der Wandtemperatur besteht. Dieser Belag kann während des Betriebs von der durch den Wärmetauscher strömenden Fraktion mitgerissen werden. Im ungünstigsten Falle kommt es dann zu einem Verstopfen des nachgeschalteten Ventils durch mitgerissene Ablagerungen.If the natural gas stream to be liquefied contains heavy hydrocarbons - which may be understood below to mean C 5+ hydrocarbons - these may settle on the surfaces of a heat exchanger and form a coating. This settling takes place exclusively in the heat exchanger, since only there is a temperature difference between the fraction to be cooled and the wall temperature. This coating may be entrained during operation by the fraction flowing through the heat exchanger. In the worst case, it then comes to a clogging of the downstream valve by entrained deposits.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Anordnung sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abkühlen, Verflüssigen und/oder Unterkühlen einer mehrkomponentigen Fraktion anzugeben, die es ermöglichen, durch mitgerissene Ablagerungen verstopfte Ventil zu reinigen bzw. Betriebsfähig zu halten.Object of the present invention is to provide a generic arrangement and a generic method for cooling, liquefying and / or subcooling a multi-component fraction, which make it possible to clean clogged by entrained deposits valve or keep operable.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung, bestehend aus einem Wärmetauscher und wenigstens einem, dem Wärmetauscher in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventil, vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass dem Ventil eine Heizvorrichtung zugeordnet ist, wobei diese wenigstens dann das Ventil beheizt, wenn eine Verlegung des Ventils detektiert wird.To solve this problem, an arrangement consisting of a heat exchanger and at least one, the heat exchanger downstream in the flow direction valve proposed, which is characterized in that the valve is associated with a heater, which at least then heats the valve when a relocation of the Valve is detected.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abkühlen, Verflüssigen und/oder Unterkühlen einer mehrkomponentigen Fraktion ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung, Verflüssigung und/oder Unterkühlung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion in wenigstens einer erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt, wobei zumindest dann ein Ventil beheizt wird, wenn eine Verlegung des Ventils detektiert wird.The inventive method for cooling, liquefying and / or subcooling a multicomponent fraction is characterized in that the cooling, liquefaction and / or subcooling of the hydrocarbon-rich fraction takes place in at least one arrangement according to the invention, wherein at least one valve is heated when a laying of the valve is detected.

Erfindungsgemäß wird nunmehr, sobald die Verstopfung eines Ventils detektiert wird, dieses beheizt, wodurch es zu einem Aufschmelzen der Ablagerungen im Ventil kommt, so dass diese von der durch das Ventil strömenden Fraktion mitgeführt werden können.According to the invention, as soon as the blockage of a valve is detected, it is now heated, which leads to a melting of the deposits in the valve, so that they can be carried along by the fraction flowing through the valve.

In vorteilhafter Weise ist die Heizvorrichtung als elektrische Heizung ausgebildet. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Beheizung des Ventils mittels Heißdampf oder -wasser erfolgen.Advantageously, the heating device is designed as an electric heater. Alternatively or additionally, the heating of the valve by means of hot steam or water can take place.

Die erfindungsgemäße Anordnung weiterbildend wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Ventile vorgesehen sind, wobei jedem Ventil eine Heizvorrichtung zugeordnet ist. In diesem Fall wird zu jedem Zeitpunkt wenigstens ein Ventil, durch das die im vorgeschalteten Wärmetauscher abgekühlte Fraktion strömt, nicht beheizt, während das zweite, verlegte Ventil beheizt und damit von Ablagerungen gereinigt wird.Further developing the arrangement according to the invention, it is proposed that at least two valves arranged parallel to one another are provided, wherein each valve is assigned a heating device. In this case, at least one valve, through which the fraction cooled in the upstream heat exchanger flows, is not heated at any time, while the second, laid valve is heated and thus cleaned of deposits.

Die erfindungsgemäße Anordnung weiterbildend wird vorgeschlagen, dass dem Ventil Mittel zur Erfassung wenigstens einer Regelgröße, vorzugsweise zur Erfassung der Ventilstellung und/oder des Differenzdruckes, zugeordnet und diese Mittel zur Erfassung wenigstens einer Regelgröße mit der Heizvorrichtung derart verschaltet sind, dass das Ventil bei einer bestimmten Ventilstellung und/oder Überschreiten eines definierten Differenzdruckes, beheizt wird.Further developing the arrangement according to the invention, it is proposed that the valve be assigned means for detecting at least one controlled variable, preferably for detecting the valve position and / or the differential pressure, and these means for detecting at least one controlled variable with the heater are connected such that the valve at a certain Valve position and / or exceeding a defined differential pressure is heated.

Von Nachteil bei der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass unter Umständen ein erhöhter Flashgasanteil stromabwärts des von den unerwünschten Ablagerungen gereinigten Ventils verarbeitet werden muss. Dieser erhöhte Flashgasanteil resultiert aus der Temperaturerhöhung der durch das beheizte strömenden Fraktion.A disadvantage of the arrangement according to the invention or the method according to the invention is that, under certain circumstances, an increased proportion of flash gas must be processed downstream of the valve cleaned of the unwanted deposits. This increased proportion of flash gas results from the increase in temperature of the fraction flowing through the heated fraction.

Die erfindungsgemäße Anordnung, das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der- bzw. desselben seien nachfolgend anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The arrangement according to the invention, the method according to the invention and further advantageous embodiments of the same or the same are described below with reference to the in the 1 and 2 illustrated embodiments explained in more detail.

Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen wird eine abzukühlende, zu verflüssigende und/oder zu unterkühlende mehrkomponentige Fraktion 1 durch einen Wärmetauscher E geführt. Die mehrkomponentige Fraktion 1 tritt dabei in Wärmetausch mit wenigstens einem ein- oder mehrkomponentigen Kühlmedium 4, das ebenfalls, vorzugsweise im Gegenstrom zu der mehrkomponentigen Fraktion 1, durch den Wärmetauscher E geführt wird. Bei dem Wärmetauscher E kann es sich um jede beliebige Wärmetauscherkonstruktion handeln.In the in the 1 and 2 Illustrated embodiments is a cooled, to be liquefied and / or subcooled multicomponent fraction 1 passed through a heat exchanger E. The multicomponent fraction 1 occurs in heat exchange with at least one single- or multi-component cooling medium 4 also, preferably in countercurrent to the multicomponent fraction 1 , is passed through the heat exchanger E. The heat exchanger E may be any heat exchanger design.

Die im Wärmetauscher E abgekühlte mehrkomponentige Fraktion 2 wird einem Ventil, vorzugsweise einem Entspannungsventil V zugeführt und anschließend über Leitung 3 einem weiteren Verfahrensschritt oder ihrer weiteren Verwendung zugeführt.The cooled in the heat exchanger E multicomponent fraction 2 is fed to a valve, preferably an expansion valve V and then via line 3 fed to a further process step or their further use.

Erfindungsgemäß ist dem Ventil V nunmehr eine Heizvorrichtung H, die vorzugsweise als elektrische Heizung ausgebildet ist, zugeordnet. Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist dem bzw. den Ventilen V/V' (jeweils) ein Differenzdrucksensor D/D' zugeordnet. Sobald ein definierter Differenzdruck überschritten wird, der im Regelfall nur durch ein Verlegen bzw. Verstopfen eines Ventils verursacht sein kann, wird die dem Ventil zugeordnete Heizvorrichtung H/H' aktiviert. Sobald die Ablagerungen im Ventil aufgeschmolzen und von der durch das Ventil strömenden Fraktion mitgerissen wurden, wird der definierte Differenzdruck wieder unterschritten und die Beheizung des Ventils beendet.According to the invention, the valve V is now assigned a heating device H, which is preferably designed as an electric heater. In the in the 1 and 2 illustrated embodiments, the valves V / V '(each) associated with a differential pressure sensor D / D'. As soon as a defined differential pressure is exceeded, which as a rule can only be caused by a misplacement or clogging of a valve, the heater H / H 'assigned to the valve is activated. As soon as the deposits in the valve have been melted and entrained by the fraction flowing through the valve, the defined differential pressure is again fallen below and the heating of the valve is ended.

Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei parallel zueinander angeordnete Ventile V und V' vorgesehen. Jedem dieser Ventile ist eine Heizvorrichtung H/H' und ein Differenzdrucksensor D/D' zugeordnet. In vorteilhafter Weise wird nunmehr im Falle der Detektion des Verlegens bzw. Verstopfens eines Ventils auf das jeweils andere Ventil umgeschaltet. Während das nicht in Betrieb befindliche Ventil beheizt wird, strömt die mehrkomponentige Fraktion nach Abkühlung im Wärmetauscher durch das jeweils andere, nicht verlegte, unbeheizte Ventil. Die in der 2 dargestellte Anordnung bzw. Verfahrensführung ermöglicht eine ununterbrochene Betriebsfähigkeit des Abkühl- und Verflüssigungsprozesses auch dann, wenn ein Ventil durch mitgerissene Ablagerungen vollständig verschlossen wird. Zudem wird die während einer Heizphase in den Prozess stromabwärts des bzw. der Ventile eingebrachte Flashgasmenge reduziert.In the in the 2 illustrated embodiment, two valves V and V 'arranged parallel to each other are provided. Each of these valves is associated with a heater H / H 'and a differential pressure sensor D / D'. Advantageously, it is now switched in the case of detecting the misplacement or clogging of a valve to the respective other valve. While the valve, which is not in operation, is being heated, the multicomponent fraction, after cooling in the heat exchanger, flows through the other non-installed, unheated valve. The in the 2 illustrated arrangement or process management allows uninterrupted operability of the cooling and liquefaction process, even if a valve is completely closed by entrained deposits. In addition, the amount of flash gas introduced during a heating phase into the process downstream of the valve (s) is reduced.

Das vorbeschriebene Aufschmelzen von Ablagerungen ist insbesondere dann sinnvoll bzw. als Reinigungsmethode geeignet, wenn kleine Strömungskanäle in einem Ventil, beispielsweise in sog. Low-Noise-Ventilen, durch entsprechend kleine Ablagerungen verstopft werden. Sind die Ablagerungen jedoch deutlich größer als die Strömungskanäle eines Ventils, sitzen die Ablagerungen nicht im Strömungskanal, sondern vor dessen Einlauf. Das Ventil wirkt dann als Sieb. In diesem Fall kann es zweckmäßiger sein, die Ablagerungen nicht oder nicht nur aufzuschmelzen, sondern durch Zurückspülen mittels eines geeigneten Mediums, beispielsweise der mehrkomponentigen Fraktion selbst, gemeinsam mit dem Spülgasstrom zu entfernen. Dazu wird vorzugsweise die Strömungsrichtung dieser Fraktion kurzzeitig umgekehrt. Die aus dem Ventil ausgespülten Ablagerungen werden dann entweder in einen Drain gespült und entsorgt oder durch eine geeignete mechanische Behandlung, bspw. Kleinmixen, in die mehrkomponentige Fraktion zurückgeführt.The above-described melting of deposits is particularly useful or suitable as a cleaning method when small flow channels in a valve, for example in so-called. Low noise valves, are clogged by correspondingly small deposits. However, if the deposits are significantly larger than the flow channels of a valve, the deposits do not sit in the flow channel, but in front of its inlet. The valve then acts as a sieve. In this case, it may be more expedient not or not only to melt the deposits, but to remove by flushing back by means of a suitable medium, for example, the multicomponent fraction itself, together with the purge gas stream. For this purpose, preferably the direction of flow of this fraction is reversed for a short time. The rinsed out of the valve deposits are then either rinsed in a drain and disposed of or returned by a suitable mechanical treatment, for example. Small mixes, in the multicomponent fraction.

Claims (8)

Anordnung, bestehend aus einem Wärmetauscher (E) und wenigstens einem, dem Wärmetauscher (E) in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ventil (V), dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventil (V) eine Heizvorrichtung (H) zugeordnet ist, wobei diese zumindest dann das Ventil (V) beheizt, wenn eine Verlegung des Ventils (V) detektiert wird.Arrangement, consisting of a heat exchanger (E) and at least one, the heat exchanger (E) in the flow direction downstream valve (V), characterized in that the valve (V) is associated with a heater (H), said at least then the valve ( V) heated when a displacement of the valve (V) is detected. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung als elektrische Heizung ausgebildet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the heating device is designed as an electric heater. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Ventile (V, V') vorgesehen sind, wobei jedem Ventil (V, V') eine Heizvorrichtung (H, H') zugeordnet ist.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least two mutually parallel valves (V, V ') are provided, wherein each valve (V, V') is associated with a heating device (H, H '). Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventil (V, V') Mittel zur Erfassung wenigstens einer Regelgröße, vorzugsweise zur Erfassung der Ventilstellung und/oder des Differenzdruckes (D, D'), zugeordnet und diese Mittel zur Erfassung wenigstens einer Regelgröße mit der Heizvorrichtung (H, H') derart verschaltet sind, dass das Ventil (V, V') bei einer bestimmten Ventilstellung und/oder Überschreiten eines definierten Differenzdruckes, beheizt wird.Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the valve (V, V ') means for detecting at least one controlled variable, preferably for detecting the valve position and / or the differential pressure (D, D'), assigned and these means for Detection of at least one controlled variable with the heater (H, H ') are connected such that the valve (V, V') at a certain valve position and / or exceeding a defined differential pressure, is heated. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventil (V, V') Mittel zum Zurückspülen des Ventils zugeordnet sind.Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve (V, V ') are associated with means for backwashing the valve. Verfahren zum Abkühlen, Verflüssigen und/oder Unterkühlen einer mehrkomponentigen Fraktion, insbesondere einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, vorzugsweise Erdgas, wobei die mehrkomponentige Fraktion in wenigstens einem Wärmetauscher abgekühlt, verflüssigt und/oder unterkühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung, Verflüssigung und/oder Unterkühlung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion in wenigstens einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche erfolgt, wobei zumindest dann ein Ventil (V, V') beheizt wird, wenn eine Verlegung des Ventils (V, V') detektiert wird.Process for cooling, liquefying and / or subcooling a multicomponent fraction, in particular a hydrocarbon-rich fraction, preferably natural gas, wherein the multicomponent fraction is cooled, liquefied and / or subcooled in at least one heat exchanger, characterized in that the cooling, liquefaction and / or or subcooling the Hydrocarbon-rich fraction in at least one arrangement according to one of the preceding claims, wherein at least one valve (V, V ') is heated when a displacement of the valve (V, V') is detected. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anordnung wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Ventile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Zeitpunkt wenigstens ein Ventil nicht beheizt wird.The method of claim 6, wherein the arrangement comprises at least two valves arranged parallel to each other, characterized in that at least one valve is not heated at any time. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest teilweise verstopftes Ventil (V, V') durch Zurückspülen mit einem Spülmedium von Ablagerungen gereinigt wird.A method according to claim 6 or 7, characterized in that an at least partially clogged valve (V, V ') is cleaned by backwashing with a flushing medium of deposits.
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