JP5465326B2 - ガス液化システムの運転停止後の圧力制御 - Google Patents

Description

液化ガス、例えばＬＮＧの製造の間に、気化した冷媒を用いる液化プロセスを利用することが多い。液化プロセスの運転停止（例えば、プロセスプラントが修理又は整備を受ける場合）の間に、環境からの熱侵入が、冷媒回路内部に収容されている液体冷媒の一部の気化を、問題となる可能性がある同時に生じる圧力上昇を伴って引き起こす。他方で、このような停止期間の後に液化プロセスが始動する際に、システムと、とりわけこのシステムの主低温熱交換器（ＭＣＨＥ：ｍａｉｎ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）との急速な冷却が、リークの原因となる可能性がある熱応力を引き起こす場合がある。

液化システムの低圧の部分及び高圧の部分の両方の内部における圧力は、液化システムのこれら部分の内部に閉じ込められた、気化した冷媒の量によって決まる。特に、システムの昇温の間に、気化した冷媒は圧力上昇を引き起こす。気化した冷媒の一部を引き抜くことによって、このような圧力上昇は（少なくとも部分的に）補正される。気化した冷媒の、吹出システムへの引き抜きは、圧力制御弁を開くことによって行われ、過度の高圧においては安全逃し弁を開くことによって行われる。

本発明の第一の目的は、ガスを冷却し、液化する手段として、冷媒の気化を用いる方法を備えている種類の、ガスの液化用のプロセスを運転する、改良された方法を提供することである。

気化した冷媒は回路の一部であり、この回路は、コンプレッサに通じているとともに、より高圧での凝縮の後に、エキスパンダ（ｅｘｐａｎｄｅｒ）又は圧力降下弁を介して、液体冷媒を気化のためにＭＣＨＥへ供給する。

気化した冷媒の吹出システムへの引き抜きを避けるために、一実施形態においては、バランスライン（ｂａｌａｎｃｅ ｌｉｎｅ）が（ＭＣＨＥを含む）液化システムの低圧の部分をドラムに接続しており、このドラムは冷媒を収容し、且つこのドラムには伝熱手段が設けられ、この伝熱手段はドラム内の冷媒から熱を引き抜くために運転される。

ドラム内の冷媒から熱を引き抜いた結果として、ドラム内の気化した冷媒の一部は凝縮される。このことは、ＭＣＨＥからバランスラインを通じてドラムへ向かう、気化した冷媒の流れを自動的にもたらし、結果としてＭＣＨＥ内における圧力を補正する。

代替例として、液化システムの高圧の部分に伝熱手段を設けることが可能であり、この伝熱手段は高圧の部分において冷媒から熱を引き抜くために運転される。

例えば、液化システムの高圧の部分が気液分離器（ｖａｐｏｕｒ／ｌｉｑｕｉｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を備えている場合には、この気液分離器に前記伝熱手段を設けることができる。結果として、液化システムの高圧の部分における気化した冷媒の一部はこの場合にもまた凝縮され、結果的に液化システムから気化した冷媒が流出する。

液化プロセスの始動の間に、ＭＣＨＥ内の圧力が低下した場合には、同じドラム中の別の熱交換器を用いて、冷媒の気化を促進することができる。

したがって、一実施形態においては、バランスラインはＭＣＨＥを冷媒ドラム（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｄｒｕｍ）に接続しており、この冷媒ドラムは冷媒を収容し、且つこの冷媒ドラムには伝熱手段が設けられ、この伝熱手段はドラム内の冷媒に熱を供給するために運転される。

供給されている熱は、ドラム内の冷媒の一部の気化をもたらし、結果的にＭＣＨＥへ向かう流れをもたらす。このことは、始動の間に生じるＭＣＨＥ内での圧力降下を補正する。

従って、バランスライン及び冷媒ドラムからなる同じシステムを、昇温状態の間、及び始動状態の間に用いることができる。

しかしながら、これに対応して、液化システムの高圧の部分に伝熱手段を設けることも可能であり、この伝熱手段は、例えば高圧の部分が気液分離器を備え、この気液分離器に前記伝熱手段が設けられている場合に、冷媒に熱を供給するために運転される。この場合にも、貯蔵部と、この貯蔵部に設けられた伝熱手段とからなる同じシステムを、昇温状態の間、及び始動状態の間に用いることができる。

始動の間の別の方法として、液体冷媒がＭＣＨＥ内に直接注入される。何故なら、液体冷媒は、この液体冷媒が気化する比較的暖かい環境内へ注入されるからである。二次的な効果として、注入された液体冷媒は始動（冷却）を補助する。

伝熱手段は伝熱コイルを備えることが可能であり、この伝熱コイルを通じて、二次冷媒を循環させることができる。

例えば、前記二次冷媒はＬＮＧ又は液体窒素（これらは沸騰曲線（ｂｏｉｌｉｎｇ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）を、冷媒コンポーネントの一部の沸騰曲線より下方に、好ましく有している）である。

最後に、ガスの液化のために用いられる冷媒の例として、例えばプロパン、エタン、メタン及び窒素の混合物を備えている混合冷媒が推奨される。

第二の態様においては、本発明は、主熱交換ベッセル（ｖｅｓｓｅｌ）と、液化されるガス用の、前記ＭＣＨＥを通じて延在しているラインと、冷媒圧縮回路であって、この冷媒圧縮回路の第一端部が気化した冷媒をＭＣＨＥからコンプレッサに向かって導き、この冷媒圧縮回路の第二端部が液体冷媒をエキスパンダ又は圧力降下弁を介して凝縮器からＭＣＨＥに向かって供給する冷媒圧縮回路と、を備えている種類の、ガスの液化用の低温熱交換器に関する。

本発明によると、低温熱交換器は、液化システムの運転停止後に、液体冷媒及び気化した冷媒間の比率を調節することによってＭＣＨＥ内の圧力を制御するための制御手段を特徴とする。

特に、前記制御手段を、熱交換器の昇温の間にＭＣＨＥから気化した冷媒を引き抜くため、及び、プロセスの始動の間にＭＣＨＥへ気化した冷媒を供給するために適合させることができる。

前記発明の一実施形態においては、バランスラインがＭＣＨＥを冷媒ドラムに接続し、この冷媒ドラムは冷媒を収容し、且つこの冷媒ドラムには伝熱手段が設けられる。

しかしながら、別の実施形態においては、液化システムの高圧の部分に伝熱手段が設けられ、且つこの高圧の部分は気液分離器を備えることが可能であり、この気液分離器には前記伝熱手段が設けられる。

さらに別の実施形態として、ＭＣＨＥは、液体冷媒をＭＣＨＥ内に直接供給するための手段、例えばノズルを備える。

最後に、伝熱手段は伝熱コイルを備えることが可能であり、この伝熱コイルを通じて、二次冷媒を循環させることができる。それだけではなく、熱の供給又は引き抜き用の別の手段を設けることもできる。

以下において、図面を参照しながら本発明は明らかにされる。

第一の実施形態を概略的に示している。 第二の実施形態を概略的に示している。

まず図１を参照すると、本発明による方法の実行用の、ガスの液化用の低温熱交換器の第一実施形態が図示されている。ガスは供給ライン１によって供給され、排出ライン２によって液化ガスとして引き抜かれる。概略的に図示された熱交換器は、主低温熱交換器又はベッセル（ＭＣＨＥ）３と、供給ライン１及び排出ライン２それぞれの間に前記ＭＣＨＥ３を通じて延在している、ガスを液化するためのバンドル４と、冷媒回路５−５’とを備えたタイプであり、この冷媒回路５−５’の第一の端部が液化システムの低圧の部分５’であり、この低圧の部分５’は、圧力降下弁１０から、ベッセル３の頂部内の分配器１１を通じて、ライン６を介してコンプレッサ７に向かう気化した冷媒を導き、且つこの冷媒回路５−５’の第二の端部が液化システムの高圧の部分５であり、この高圧の部分５は、圧縮された冷媒をコンプレッサ７から凝縮器１７を介してＭＣＨＥ３に導く。

圧縮回路５’のライン８によってＭＣＨＥ３に入る冷媒は、バンドル９を通じて上方へ流れ、（ここではこれ以上説明されない圧力降下弁１０を通過した後に）分配器１１によって排出され、気化しながら重力によって落下する。気化した冷媒は、圧縮回路のライン６によって、ＭＣＨＥの底部に集められる。

ＭＣＨＥ３を通過する冷媒は、ＭＣＨＥ（バンドル４）を通過するガスに対して、それ自体が既知であるような熱交換関係にあり、従ってさらなる説明を必要としない。

このような低温熱交換器における使用のための冷媒として、例えばプロパン、エタン、メタン及び窒素の混合物を備えた、いわゆる混合冷媒を任意に用いることができる。

図１は、本発明の実施形態を示している。この実施形態においては、バランスライン１２がＭＣＨＥ３を冷媒ドラム１３に接続し、この冷媒ドラム１３は冷媒を収容し、且つこの冷媒ドラム１３には伝熱手段１４及び１６が設けられている。図示されている実施形態においては、伝熱手段１４は伝熱コイルを液面より上に備え、この伝熱コイルを通じて、例えば（混合冷媒よりも低い沸点を有している）ＬＮＧのような二次冷媒を循環させることができる。伝熱手段１６は伝熱コイルを液面より下に備え、この伝熱コイルを通じて、例えば蒸気、水又は電気のような熱媒体を循環させることができる。

冷媒ドラム１３及びバランスライン１２の手段によって、気化した冷媒の量を調節することによってＭＣＨＥ３内の圧力を制御することができる。例えば、ＭＣＨＥ３の昇温（これは、整備、修理の理由から、又はプロセスプラントの別の理由から、熱交換器を運転していない際に生じる場合がある）の間に、熱交換手段１４がドラム１３内の冷媒から熱を引き抜き、ドラム内の気化した冷媒の一部が凝縮し、このことは、ＭＣＨＥ３からの、バランスライン１２を通じた、気化した冷媒の対応した流れ及び引き抜きをもたらす。

熱交換器の始動（例えば休止期間の後）の間に、気化した冷媒がＭＣＨＥ３に供給される。このことは、伝熱手段１６を通じて熱媒体を循環させることによって、ドラム１３内の冷媒に熱を供給することで達成され、この結果、ドラム１３内の冷媒の一部の対応した気化と、バランスライン１２を通じたＭＣＨＥ３内への冷媒の流れとをもたらす。

代替例（図示されない）として、液体冷媒をＭＣＨＥ３内に直接注入することができる。

図２は、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態においては、付加的なドラム１３は省略され、液化システムの高圧の部分５には伝熱手段１４及び１６が設けられ、これら伝熱手段１４及び１６は、圧縮回路内の冷媒から熱を引き抜くため、且つ冷媒に熱を供給するために（昇温又は始動それぞれの間に）運転される。

この実施形態においては、圧縮回路５は気液分離器１５を備え、この気液分離器１５には前記伝熱手段１４及び１６が設けられている。分離器１５は、蒸気ライン８’及び液体ライン８”によって、ＭＣＨＥに接続されている。基本的に、運転は、図１の実施形態に関して説明された通りであるが、ここで蒸気ライン８’はバランスラインとして運転される。

また、液化システム５の高圧の部分に別のコンポーネントを設けることができ、このコンポーネントには熱交換手段１４及び１６が、熱を引き抜く／熱を供給するために、対応した態様で設けられることに留意すべきである。

本発明は上述された実施形態に限定されず、これら実施形態は、添付の特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲内において様々に変形させることができる。

１ 供給ライン
２ 排出ライン
３ ＭＣＨＥ
４ バンドル
５−５’ 冷媒回路
５ 高圧の部分
５’ 低圧の部分
６ ライン
７ コンプレッサ
８ ライン
９ バンドル
１０ 圧力降下弁
１１ 分配器
１２ バランスライン
１３ 冷媒ドラム
１４ 伝熱手段
１５ 気液分離器
１６ 伝熱手段
１７ 凝縮器

Claims (12)

1. 主熱交換器又はベッセル（ＭＣＨＥ）と、
   前記ＭＣＨＥを通じて延在している、ガスを液化するためのバンドルと、
   冷媒圧縮回路であって、前記冷媒圧縮回路の第一の低圧の部分が気化した冷媒を前記ＭＣＨＥからコンプレッサに向かって導き、前記冷媒圧縮回路の第二の高圧の部分が圧縮及び冷却された前記冷媒を前記コンプレッサから前記ＭＣＨＥに向かって供給する、冷媒圧縮回路と、
   を備えている種類の、ガスの液化用の液化システムを運転する方法であって、
   前記液化システム内の圧力が、前記液化システムの前記低圧の部分若しくは前記高圧の部分、又は前記システムの両方の部分の中の、気化した冷媒の量の調節によって制御され、
   前記熱交換器の昇温の間に、気化した冷媒が前記液化システムの前記低圧の部分又は前記高圧の部分から引き抜かれ、
   前記熱交換器の始動の間に、気化した冷媒が前記液化システムの前記低圧の部分又は前記高圧の部分に供給される方法において、
   バランスラインが前記液化システムの前記低圧の部分を冷媒ドラムに接続し、前記冷媒ドラムは、冷媒を収容し、且つ伝熱手段を設けられ、前記伝熱手段は、前記冷媒ドラム内の冷媒から熱を引き抜くか、又は前記冷媒ドラム内の冷媒に熱を供給するように運転され、それによって前記低圧の部分からの、又は前記低圧の部分への、前記バランスラインを通じた冷媒の流れを実現することを特徴とする方法。
2. 前記冷媒ドラムは、前記液化システムに、前記バランスラインによってのみ、接続されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記冷媒ドラムは前記液化システムの前記高圧の部分に設けられた気液分離器であり、前記気液分離器には前記伝熱手段が設けられており、前記伝熱手段は、前記冷媒から熱を引き抜くか、又は前記冷媒に熱を供給するために運転されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 液体冷媒は、前記ＭＣＨＥ内に直接注入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記伝熱手段は伝熱コイルを備え、前記伝熱コイルを通じて二次冷媒又は熱媒体を循環させることができることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記二次冷媒は、ＬＮＧ又は液体窒素であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記冷媒は、混合冷媒であって、プロパン、エタン、メタン及び窒素の混合物を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 主熱交換器又はベッセル（ＭＣＨＥ）と、
   前記ＭＣＨＥを通じて延在している、ガスを液化するためのバンドルと、
   冷媒圧縮回路であって、前記冷媒圧縮回路の第一端部が気化した冷媒を前記ベッセルからコンプレッサに向かって導き、前記冷媒圧縮回路の第二端部が圧縮及び冷却された冷媒を前記コンプレッサから前記ＭＣＨＥに向かって供給する、冷媒圧縮回路と、
   を備えている種類の、ガスの液化用のシステムであって、
   気化した冷媒の量の調節によって前記ＭＣＨＥ内の圧力を制御するための制御手段によって特徴づけられ、前記制御手段は、前記熱交換器の加熱の間には前記ＭＣＨＥから気化した冷媒を引き抜くために適用され、前記熱交換器の始動の間には気化した冷媒をＭＣＨＥに供給するために適合されるシステムにおいて、
   冷媒の流れのためのバランスラインが、前記ＭＣＨＥを冷媒ドラムに接続し、前記冷媒ドラムは冷媒を収容し、且つ前記冷媒ドラムには伝熱手段が設けられていることを特徴とするシステム。
9. 前記冷媒ドラムは、前記バランスラインによってのみ、前記システムに接続されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記冷媒ドラムは、前記システムの高圧の部分に設けられた気液分離器であり、前記気液分離器に前記伝熱手段が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
11. 前記ＭＣＨＥ内に液体冷媒を直接供給するための手段を備えた請求項８〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記伝熱手段は伝熱コイルを備え、前記伝熱コイルを通じて二次冷媒を循環させること
    ができることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載のシステム。

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