KR0131579B1 - Cooling apparatus using propane refrigerant gas in natural gas liquidification - Google Patents

Cooling apparatus using propane refrigerant gas in natural gas liquidification

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KR0131579B1
KR0131579B1 KR1019930004094A KR930004094A KR0131579B1 KR 0131579 B1 KR0131579 B1 KR 0131579B1 KR 1019930004094 A KR1019930004094 A KR 1019930004094A KR 930004094 A KR930004094 A KR 930004094A KR 0131579 B1 KR0131579 B1 KR 0131579B1
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propane
heat exchanger
natural gas
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plate fin
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요시쯔기 기까와
오사무 야마모또
겐로오 오오모리
모또히로 오오모리
노리요시 노자와
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가시와라 마사아키
찌요다가꼬겐세쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

천연가스 액화 프로세스로서 널리 행해지고 있는 프로판 냉매 프로세스에 있어서, 천연가스를 예냉하거나 혹은 천연가스 액화용의 혼합냉매를 냉각하기 위한 개량된 냉각장치를 제공한다. 천연가스를 예냉하거나 혹은 천연가스 액화용 혼합냉매를 냉각하기 위한 열교환기로서 프로판계 냉매가 수직방향으로 유통하도록 바람직하기로는 복수 병렬로 설치된 플레이트 핀형 열교환기와, 대개 수평으로 설치된 횡장의 프로판계 냉매용 열사이폰 드럼을 가지며, 천연가스 혹은 혼합 냉매의 통로가 전장에 걸쳐 서로 바뀌지 않도록 함으로써 프로판계 냉매, 천연가스 혹은 혼합 냉매 중 그 어느것이 기액 혼상일지라도 높은 전열 효과를 달성할 수 있으며, 열교환기를 소형화할 수 있다. 특히 열사이폰 드럼이 플래시 탱크도 겸하는 것이 경제성 면에서 바람직하다.In the propane refrigerant process, which is widely used as a natural gas liquefaction process, there is provided an improved cooling device for precooling natural gas or cooling a mixed refrigerant for natural gas liquefaction. As a heat exchanger for pre-cooling natural gas or cooling a mixed refrigerant for natural gas liquefaction, propane-based refrigerants are preferably distributed in a vertical direction, preferably plate fin heat exchangers installed in parallel, and for horizontal propane-based refrigerants generally installed horizontally. By having a thermosiphon drum, the passage of natural gas or mixed refrigerant does not change with each other over the entire length, and thus high heat transfer effect can be achieved even if any of propane-based refrigerant, natural gas or mixed refrigerant is gas-liquid mixed, and the heat exchanger can be miniaturized. Can be. In particular, it is desirable from the viewpoint of economics that the thermosiphon drum also serves as a flash tank.

Description

천연가스액화프로세스에 있어서의 프로판계냉매를 이용한 냉각장치Cooling system using propane refrigerant in natural gas liquefaction process

제1도는 본 발명에 따른 프로판을 이용한 냉각장치가 적용된 천연가스 액화 프로세스에 있어서의 천연가스의 예냉장치를 나타낸 도식도이고,1 is a schematic diagram showing a natural gas precooling apparatus in a natural gas liquefaction process to which a cooling apparatus using propane according to the present invention is applied,

제2도는 본 발명에 따른 프로판을 이용한 냉각장치가 적용된 천연가스 액화 프로세스에 있어서의 천연가스의 액화장치를 나타낸 도식도이고,2 is a schematic diagram showing a liquefaction apparatus of natural gas in a natural gas liquefaction process to which a cooling apparatus using propane according to the present invention is applied,

제3도는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 1실시예의 요부를 나타낸 도식도이고,3 is a schematic view showing the main parts of the first embodiment of the cooling apparatus according to the present invention,

제4도는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 2실시예의 요부를 나타낸 도식도이고,4 is a schematic view showing the main parts of a second embodiment of a cooling apparatus according to the present invention,

제5도는 제4도에 도시된 장치의 배치를 나타낸 평면도이고,5 is a plan view showing the arrangement of the device shown in FIG.

제6도는 제4도에 도시된 장치의 배치를 나타낸 입면도이고,6 is an elevation view showing the arrangement of the device shown in FIG.

제7도는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 3실시예의 요부를 나타낸 평면도이고,7 is a plan view showing the main parts of a third embodiment of a cooling apparatus according to the present invention;

제8도는 제7도에 도시된 실시예의 측종단면도이고,8 is a side cross-sectional view of the embodiment shown in FIG.

제9도는 본 발명에 따른 냉각장치의 제 4실시예를 나타낸 측면도이고,9 is a side view showing a fourth embodiment of a cooling apparatus according to the present invention,

제10도는 제9도에 도시된 실시예의 정면횡단면도이다.FIG. 10 is a cross sectional front view of the embodiment shown in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 열교환기 2 : 드럼1: heat exchanger 2: drum

3 : 건조기 4,5,6 : 열교환기3: dryer 4,5,6: heat exchanger

7 : 세척컬럼 8 : 주열교환기7: washing column 8: main heat exchanger

9,10 : 드럼 11 : 펌프9,10 drum 11: pump

12,14 : 압축기 13,16 : 후속냉각기12,14 Compressor 13,16 Subsequent Cooler

15 : 내부냉각기 17-20 : 열교환기15: internal cooler 17-20: heat exchanger

21 : 분리드럼 31 : 플레이트 핀형 열교환기21: separation drum 31: plate fin heat exchanger

32,34,36,38 : 감압밸브 33,35,37,39 : 열사이폰 드럼32,34,36,38: Pressure reducing valves 33,35,37,39: Thermosiphon drum

33',35',37',39 : 플래시 탱크 40 : 관로(管路)33 ', 35', 37 ', 39: flash tank 40: pipeline

본 발명은 천연가스 액화 프로세스에 있어서 널리 행해지고 있는 프로판 냉매(冷媒) 프로세스에 있어서, 프로판을 이용하여 천연가스를 예냉(豫冷)하거나 혹은 천연가스 액화용 혼합냉매를 냉각하기 위한 냉각장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling device for precooling natural gas or cooling a mixed refrigerant for natural gas liquefaction using propane in a propane refrigerant process that is widely used in natural gas liquefaction processes. .

일반적인 천연가스 액화 프로세스에 있어서는 제1도에 도시된 바와 같이, 미리 CO2, H2등의 산성 가스가 제거된 고압의 천연가스는 HHP 프로판이 유통하는 쉘 앤드 튜브형 열교환기(1)에 의해 20℃정도까지 냉각되어 수분의 대부분이 응축되어 드럼(2)에서 분리된다. 다음에 건조기(3)에서 다시 수분을 1wt ppm 정도까지 제거하고, HP 프로판이 유통하는 쉘 앤드 튜브형 열교환기(4)로 0℃까지 냉각하고, 또한 MP 프로판이 유통하는 쉘 앤드 튜브형 열교환기(5)로 -10℃까지 냉각하며, LP 프로판이 유통하는 쉘 앤드 튜브형 열교환기(6)로 -25℃까지 냉각하여 세척 컬럼(7)에 공급하고 여기서 중질유분(中質留分)이 제거된다.In the general natural gas liquefaction process, as shown in FIG. 1, high-pressure natural gas from which acidic gases such as CO2 and H2 have been removed in advance is about 20 ° C by the shell-and-tube heat exchanger 1 distributed by HHP propane. It is cooled down until most of the water is condensed and separated from the drum (2). Next, the moisture is removed from the dryer 3 to about 1 wt ppm again, the shell and tube heat exchanger 4 distributed by HP propane is cooled to 0 ° C, and the shell and tube heat exchanger 5 distributed by MP propane. Cooling to −10 ° C.) and cooling to −25 ° C. with a shell and tube heat exchanger 6 through which LP propane flows to the washing column 7 where heavy oil is removed.

다음에, 제2도에 도시된 바와 같이 주 열교환기(8)로 들어가 혼합냉매와의 열교환을 통헤-145℃까지 냉각됨으로써 액환된다. 여기서 얻은 유체를 드럼(9),(10)에서 2회 세척하고 감압시켜 N2를 제거하면, 대기압의 비점액(沸点液), LNG가 되어 펌프(11)에 의해 저장설비로 보내진다.Next, as shown in FIG. 2, the liquid is returned by entering the main heat exchanger 8 and cooling the heat exchange with the mixed refrigerant to -145 ° C. The fluid obtained here is washed twice with drums 9 and 10, and the pressure is removed to remove N2. Atmospheric pressure, LNG is sent to the storage facility by the pump 11.

한편, 혼합냉매 사이클에 있어서는 제2도에 도시된 바와 같이 주열교환기(8)에서 천연가스와 열교환된 혼합 냉매는 3 Bar, -30℃ 상태에서 LPMR 압축기(12)로 보내져 13 Bar까지 가압되고, 후속 냉각기(13)에서 상온까지 냉각된다. 또한 HPMR 압축기(14)에 보내져 25Bar까지 가압되고, 내부 냉각기(15)로 상온까지 냉각된 후, 재차 HPMRdkq축기(14)로 40 Bar까지 가압된다. 가압된 혼합냉매는 후속 냉각기(16)로 상온까지 냉각된 후 쉘 앤드 튜브형 열교환기(17)에서 HHP 프로판에 의해 15℃까지 냉각되고, 쉘 앤드 튜브형 열교환기(18)에서 HP 프로판에 의해 0℃까지 냉각되며, 또한 쉘 앤드 튜브형 열교환기(19)에서 MP 프로판에 의해 -10℃, 쉘 앤드 튜브형 열교환기(20)에서 LP 프로판에 의해 -25℃까지 각각 냉각된다.On the other hand, in the mixed refrigerant cycle, as shown in FIG. 2, the mixed refrigerant heat-exchanged with the natural gas in the main heat exchanger 8 is sent to the LPMR compressor 12 at -30 ° C and pressurized to 13 Bar, It is cooled to room temperature in the subsequent cooler (13). Moreover, it is sent to the HPMR compressor 14, it pressurizes to 25 Bar, and it cools to normal temperature with the internal cooler 15, and it presses again to 40 Bar with the HPMRdkq accumulator 14 again. The pressurized mixed refrigerant is cooled to room temperature with a subsequent cooler 16 and then cooled to 15 ° C. by HHP propane in the shell and tube heat exchanger 17 and 0 ° C. by HP propane in the shell and tube heat exchanger 18. To -10 ° C by MP propane in the shell and tube heat exchanger 19 and to -25 ° C by LP propane in the shell and tube heat exchanger 20, respectively.

이 경우, 혼합 냉매는 쉘 앤드 튜브형 열교환기(17)에서 부분 응축이 시작되며, 쉘 앤드 튜브형 열교환기(20)에서는 전체의 3/4정도의 부분 응축이 행해져 분리 드럼(21)에 들어간다. 여기서, 분리된 기액(氣液)은 각각 메인 열교환기(8)에 들어가 천연가스의 액화가 이루어진다.In this case, partial condensation starts in the shell and tube heat exchanger 17, and partial condensation of about 3/4 of the whole is performed in the shell and tube heat exchanger 20 to enter the separation drum 21. Here, each of the separated gas liquids enters the main heat exchanger 8 to liquefy natural gas.

여기서, 연간 생산 260만톤의 LNG 플랜트를 예로들면, 프로판에 의해 냉각되는 쉘 앤드 튜브형 열교환기(케틀형:1,4,5,6)은 각각 1,000m2내지 2,000m2의 대형 케틀형 열교환기일 필요가 있으며, 쉘 앤드 튜브형 열교환기(케틀형:17,18,19,20)는 각각 약 2,000m2×2세트의 대형 케틀형 열교환기일 것이 요구된다. 이들 열교환기가 거대하기 때문에 육상 수송이 곤란한 점이나, 각각의 열교환기의 단가가 높은 점 이외에도 기초 구조의 비용, 현지에서의 공사비등이 많이 드는 문제가 발생한다.Here, for the LNG plant production of 2.6 million tons per year for example, shell-and-tube type heat exchanger that is cooled by propane (Kane forming frame: 1,4,5,6) is large cake forming frame heat date of each 1,000m 2 to 2,000m 2 There is a need, and the shell and tube type heat exchanger (kettle type 17, 18, 19, 20) is required to be a large kettle type heat exchanger of about 2,000 m 2 x 2 sets respectively. Since these heat exchangers are huge, land transportation is difficult, the cost of each heat exchanger is high, and the cost of a base structure and local construction cost arises.

또한, 쉘 앤드 튜브형 열교환기(5),(6),(18),(19),(20)에서는 천연가스 혹은 혼합 냉매가 이들 열교환기 입구에서 혼상(混相:multiphase)이기 때문에 열교환기의 각 튜브에 대해 기액비가 이론치에서 벗어나 열교환기의 성능이 대폭 떨어지는 점을 피할 수 없다.In the shell and tube type heat exchangers 5, 6, 18, 19, and 20, the natural gas or mixed refrigerant is multiphase at the inlet of these heat exchangers. It is inevitable that the gas-liquid ratio for the tube will be out of theory and that the performance of the heat exchanger will be significantly reduced.

이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 본 발명의 주요 목적은 천연가스 액화 프로세스에 있어서 널리 행해지고 있는 프로판 냉매 프로세스에 있어서, 천연가스를 예냉하거나 혹은 천연가스 액화용의 혼합 냉매를 냉각하기 위한 개량된 냉각장치를 제공하는 것이다.In view of the problems of the prior art, the main object of the present invention is an improved cooling apparatus for precooling natural gas or cooling a mixed refrigerant for natural gas liquefaction in a propane refrigerant process that is widely used in a natural gas liquefaction process. To provide.

이러한 목적은 본 발명에 따르면, 천연가스 액화 프로세스에 있어서 프로판계의 냉매를 이용하여 천연가스를 예냉하거나 혹은 천연가스 액화용의 혼합냉매를 냉각하기 위한 장치로, 상기 천연가스 혹은 상기 혼합 냉매의 복수 통로가 그 전장(全長)에 걸쳐 대체로 서로 분리된 상태로 연재(延在)하며, 또한 상기 프로판계 냉매가 수직방향으로 유통되도록 바람직하기로는 복수 병렬로 설치된 플레이트 핀형 열교환기와, 대체로 수평으로 설치된 횡장의 탱크로 이루어짐과 동시에 상기 플레이트 핀형 열교환기에 접속된 상기 프로판계 냉매용 열사이폰 드럼을 가지는 것을 특징으로 하는 장치를 제공함으로써 달성된다. 특히 열사이폰 드럼이 플래시탱크도 겸한느 것이 경제성 면에서 바람직하다.This object is an apparatus for precooling natural gas or cooling a mixed refrigerant for natural gas liquefaction using a propane-based refrigerant in a natural gas liquefaction process. Plate fin type heat exchangers, which are installed in a plurality in parallel, preferably horizontally arranged so that passages are generally separated from each other over the entire length thereof, and the propane-based refrigerant is circulated in a vertical direction. It is achieved by providing an apparatus comprising a thermosiphon drum for propane-based refrigerant connected to the plate fin type heat exchanger at the same time as the tank of the cabinet. In particular, it is desirable from the viewpoint of economics that the thermosiphon drum also serves as a flash tank.

이와같이 단위체적당 쉘 앤드 튜브형 열교환기에 대해 10배의 전열(傳熱) 면적을 가지는 플레이트 핀형 열교환기를 사용함으로써 상기 단가의 저감을 꾀하는 한편 쉘 앤드 튜브형 열교환기의 열교환기간의 배관을 생략하여 열교환기를 일체화하여 플레이트 핀형 열교환기로 함으로써 열교환기를 거대화하지 않고 필요한 전열 면적을 얻을 수 있다. 이와같은 용도에 이용할 수 있는 플레이트 핀형 열교환기의 일례가 일본 특공소58-55432호 공보에 개시되어 있다. 또한, 천연가스 혹은 혼합 냉매가 혼상디 되어, 소기의 전열효과를 얻을 수 없다는 종래기술의 문제점도 플레이트 핀형 열교환기에서는 통로를 전장에 걸쳐 바꾸지 않음으로써 회피할 수 있다. 또한 플랜트의 감량 운전시에도 그 성능을 유지한다는 점을 고려하여 천연가스 혹은 혼합냉매는 수직 다운 플로우 혹은 수평 플로우를 이용하고, 프로판은 수직 업 프로우를 이용하는 것이 바람직하다.Thus, by using a plate fin type heat exchanger having a heat transfer area of 10 times that of the shell and tube type heat exchanger per unit volume, the unit cost can be reduced, and the heat exchanger can be integrated by omitting the pipe during the heat exchange period of the shell and tube type heat exchanger. By using a plate fin type heat exchanger, the required heat transfer area can be obtained without enlarging the heat exchanger. An example of the plate fin heat exchanger which can be used for such a use is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 58-55432. In addition, the problem of the prior art that a natural gas or a mixed refrigerant is mixed to obtain a desired heat transfer effect can be avoided by not changing the passage over the entire length in the plate fin heat exchanger. In addition, it is preferable that natural gas or a mixed refrigerant uses vertical down flow or horizontal flow, and propane uses vertical up flow in consideration of maintaining its performance even in the plant's weight reduction operation.

실시예Example

제3도는 제2도에 있어서의 열교환기(17),(18),(19),(20)대신 이용될, 플레이트 핀형 열교환기(31)을 이용한 본 발명에 따른 프로판 냉각장치의 요부를 나타낸 것으로, 부호(33),(35),(37),(39)는 열사이폰 드럼이며, (33'),(35'),(37'),(39')는 저압 프로판 냉매를 만들기 위한 플래시탱크이다. 본 실시예의 경우, 1조의 플레이트 핀형 열교환기(31)에 대해 4개의 열사이폰 드럼이 설치되어 있다.3 shows the main part of the propane cooling apparatus according to the present invention using the plate fin type heat exchanger 31 to be used instead of the heat exchangers 17, 18, 19, and 20 in FIG. 2. 33, 35, 37, and 39 are thermosiphon drums, and 33 ', 35', 37 'and 39' are for making low pressure propane refrigerants. It's a flash tank. In the present embodiment, four thermosiphon drums are provided for a set of plate fin heat exchangers 31.

15Bar, 43℃ 조건하의 액화 프로판이 감압 밸브(32)에 의해 7 Bar, 10℃의 HHP 프로판이 되고, 기액 혼상이 되어 플래시 탱크(33')에 도입되어 기액 분리되어 기화부분은 관로(40)에 해 프로판 냉각계의 압축기등으로 되돌아가며, 액체분은 열교환기(31)내를 순환하여야 하는데, 먼저 열사이폰드럼(33)에 보내지며, 일부는 감압밸브(34)에 의해 5 Bar, -5℃의 HP 프로판이 되어 기액 혼상이 되어 다음단의 플래시 탱크(35')로 공급된다. 열교환기(31)내를 순환한 프로판은 열교환기(31)내에서 혼합 냉매와의 열교환에 의해 증발하여 기액 혼상이 되어 열사이폰 드럼(33)에 되돌아간다. 열 사이폰 드럼(33)에서는 기액 분리된 기화분도 관로(40)에 의해 프로판 냉각계로 되돌아간다. 이하, 각 단의 열사이폰 드럼(35),(37),(39), 플래시탱크(35'),(37'),(39') 및 감압밸브(36),(38)도 마찬가지의 기능을 하므로 그 상세한 설명은 생략한다.Liquefied propane under conditions of 15 Bar and 43 ° C. becomes HHP propane at 7 Bar and 10 ° C. by the pressure reducing valve 32, becomes gas-liquid mixed, introduced into the flash tank 33 ′, and gas-liquid separation. The liquid is then returned to the compressor of the propane cooling system, and the liquid component must be circulated in the heat exchanger 31, which is first sent to the thermosyphon drum 33, and partly 5 bar,-by the pressure reducing valve 34. It becomes HP propane of 5 degreeC, and becomes gas-liquid mixture, and is supplied to the next flash tank 35 '. Propane circulated in the heat exchanger 31 is evaporated by heat exchange with the mixed refrigerant in the heat exchanger 31 to form a gas-liquid mixture and returned to the thermosiphon drum 33. In the thermal siphon drum 33, the vaporized powder separated from the gas-liquid is also returned to the propane cooling system by the conduit 40. Hereinafter, the functions of the thermosiphon drums 35, 37, 39, flash tanks 35 ', 37', 39 'and the pressure reducing valves 36, 38 of the respective stages are also the same. The detailed description thereof will be omitted.

냉각되어야 할 매체가 천연가스인 제1도에 있어서의 열교환기(4),(5),(6)의 대신에 플레이트 핀형 열교환기를 이용한 경우도 상기와 거의 동일하지만, 천연가스의 경우에는 HHP 프로판과 플레이트 핀형 열교환기로 열교환하지 않는 것이 바람직하다. 이는 제1도에서의 쉘 앤드 튜브형 열교환기에서는 수화물 생성을 막기 위해 HHP 프로판의 온도를 엄격히 조절할 필요가 있으며, 이는 프로판의 압력을 기상라인에 설치한 조절 밸브로 행하는 것이 유리하며, 플레이트 핀형 열교환기(31)와는 별개로 쉘 앤드 튜브형 열교환기로 행하는 편이 바람직 하기 때문이다.In the case of using a plate fin type heat exchanger instead of the heat exchangers 4, 5, and 6 in FIG. 1, in which the medium to be cooled is natural gas, HHP propane is almost the same as above. It is preferable not to heat exchange with a plate fin type heat exchanger. In the shell and tube heat exchanger of FIG. 1, it is necessary to strictly control the temperature of HHP propane to prevent hydrate generation, which is advantageously done by a control valve installed in the gas phase line. It is because it is preferable to carry out by a shell and tube type heat exchanger separately from (31).

통상의 베이스 로드 LNG 플랜트에서 연간 생산 260만톤의 능력을 가지는 플랜트가 되면, 이론상으로 이러한 플레이트 핀형 열교환기(31)는 현재 제작 가능한 최대의 것을 이용해도 6-8개 필요하게 되므로 각각의 플레이트 핀형 열교환기마다 열사이폰 드럼등의 분리 드럼을 설치하면 분리 드럼의 수가 증가하여 단가가 높아지므로, 각각 레벨의 프로판에 커다란 입형(立型)의 분리 드럼을 설치하고, 액은 헤더로부터 각각의 플레이트 핀형 열교환기에 분배하여 각각의 플레이트 핀형 열교환기로부터 나오는 기액 혼상의 프로판은, 각각의 배관을 헤더에 결집시켜 분리 드럼으로 되돌리는 방법을 생각해볼 수 있다.When a plant with a capacity of 2.6 million tons per year is produced in a conventional base load LNG LNG plant, theoretically, such plate fin heat exchangers 31 are required to use 6-8 even if the largest ones can be manufactured. If a separation drum such as a thermosyphon drum is installed in each unit, the number of separation drums increases and the unit price increases. Therefore, a large vertical separation drum is installed in each level of propane, and the liquid is exchanged from the header for each plate fin type heat exchanger. The gas-liquid mixed propane distributed to the gas and exiting from each plate fin type heat exchanger can be considered to return each piping to the header and return to the separation drum.

또한, 본발명자의 식견에 따르면, 열사이폰 드럼의 유체 도입 부분에 있어서, 예를 들어 수평 배플(baffle)을 설치하여 거품이 액중에 가라앉지 않도록 유의함으로써 열사이폰의 기액분리기에 플래시 탱크의 역할을 겸용시켜 원가 절감을 꾀할 수 있다. 이러한 식견에 의거한 실시예의 프로판 플로우의 개략도가 제4도에 도시되어 있다.In addition, according to the inventors' knowledge, in the fluid introduction portion of the thermosiphon drum, for example, by installing a horizontal baffle to prevent bubbles from sinking in the liquid, the role of the flash tank in the gas-liquid separator of the thermosiphon. The cost can be reduced by combining. A schematic of the propane flow of an embodiment based on this knowledge is shown in FIG.

그러나, 냉매가 기액 혼상이므로 각 플레이트 핀형 열교환기로부터 분리드럼으로의 압력 손실을 균일하게 하기 어렵고 압력 손실도 커서 플레이트 핀형 열교환기의 전열 성능에 악영향을 주는 것을 막을 수 없다. 지금까지 플레이트 핀형 열교환기가 별로 사용되지 않았던 이유중 하나는 이러한 압력 손실의 불균형으로 생기는 전열 성능의 저하때문이었다. 따라서, 본 발명에 의하면, 열 사이폰 드럼으로서의 분리 드럼을 횡형으로 하여 수평방향으로길게 하고, 분리드럼에 헤더의 역할을 부여하여 플레이트 핀형 열교환기로부터 분리드럼으로의 복귀 배관을 각각 직접 접속시켜 각각 1개의 배관으로 들어가도록 하여 압력 손실을 균일하고도 적게함으로써 각 플레이트 핀형 열교환기의 전열 성능을 개선하도록 하고 있다.However, since the refrigerant is gas-liquid mixed, it is difficult to uniformize the pressure loss from each plate fin heat exchanger to the separation drum, and the pressure loss is also large, so that it cannot be prevented from adversely affecting the heat transfer performance of the plate fin heat exchanger. One reason why plate fin heat exchangers have not been used so far has been the reduction in heat transfer performance resulting from this unbalanced pressure loss. Therefore, according to the present invention, the separation drum as the thermal siphon drum is made horizontal and lengthened, the role of the header is provided to the separation drum, and the return pipe from the plate fin heat exchanger to the separation drum is directly connected to each other. The heat transfer performance of each plate fin type heat exchanger is improved by entering a single pipe so that the pressure loss is uniform and small.

즉, 제5도 및 제6도에 도시한 바와 같이, 5기의 입형 플레이트 핀형 열교환기(31)이 병렬로 설치되며, 열 사이폰 드럼(33),(35),(37),(39)가 좌우에 횡장으로, 또한 각 플레이트 핀형 열교환기(31)에 대해서 공통의 헤더를 이루도록 설치되어 있다. 본 실시예의 경우, 열사이폰 드럼이 좌우에 각각 상하 2단으로 설치되며, 1조의 플레이트 핀형 열교환기(31)당 모두 4기의 열사이폰 드럼이 이용되고 있다. 이 경우, 프로판은 수직 플로우, 특히 수직 업 프로우로 하며, 전장에 걸쳐서 서로 분리된 통로를 흐르도록 하고 있기 때문에, 그것이 혼상이 됨에도 불구하고 압력 손실을 감소시킴과 동시에 플레이트 핀형 열교환기의 각 통로에 대해서 균등화가 가능하다. 한편, 천연가스 혹은 혼합냉매는 수직 다운 플로우 혹은 수평 플로우로 하며, 역시 이것이 혼상이 되는 점을 감안하여 플레이트 핀형 열교환기에 있어서의 천연가스 혹은 혼합 냉매의 통로를 전장에 걸쳐 바꾸지 않도록 하여 전열효과의 저하를 회피하도록 하는 것이 바람직하다.That is, as shown in FIGS. 5 and 6, five vertical plate fin heat exchangers 31 are installed in parallel, and thermal siphon drums 33, 35, 37, 39 ) Is arranged horizontally to the left and right, and forms a common header for each plate fin heat exchanger 31. In the present embodiment, the thermosiphon drums are installed in two stages above and below, respectively, and four thermosiphon drums are used per set of fin fin heat exchanger 31. In this case, propane is a vertical flow, in particular a vertical up flow, which allows passages that are separated from each other over the entire length, reducing pressure loss and mixing pressure in each passage of the plate fin heat exchanger, even though it is mixed. Equalization is possible. On the other hand, natural gas or mixed refrigerant is a vertical down flow or horizontal flow, and in view of the fact that this is a mixed phase, the heat transfer effect is lowered by preventing the passage of natural gas or mixed refrigerant in the plate fin type heat exchanger over the entire length. It is desirable to avoid this.

제7도 및 제8도는 본 발명의 제 3실시예를 도시한다. 상기 실시예에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하였다. 본 실시예의 경우, 플레이트 핀형 열교환기(31)가 수평으로 배치되고, 천연가스 혹은 혼합 냉매가 수평방향으로 흐르며, 프로판 냉매가 수직 상승 열사이폰으로서 위쪽을 향해 흐른다. 제7도에 잘 도시된 바와 같이 플레이트 핀형 열교환기(31)는 복수의 장척의 세그멘트를 조합하여 이루어진 것으로, 각 세그멘트는 서로 길이방향을따라 평행으로 배열되어 있다. 열사이폰 드럼의 기능을 하는 분리드럼(33),(35),(37) 및 (39)는 각각 횡장의 탱크로서 구성되며, 제 2실시예의 경우와 마찬가지로 장척의 열교환기 세그멘트에 대해 직교하도록, 그리고 열교환기를 그 상방으로부터 좌우로 횡절하도록 배열되어 있다. 이 경우도 각 분리드럼은 각각 헤더의 기능도 구비하고 있으며, 분리드럼으로부터 플레이트 핀형 열교환기의 각 세그멘트에 이르는 관로 및 플레이트 핀 열교환기의 각 세그멘트로부터 분리드럼으로 되돌아가는 관로가 각각 1개의 관로를 개재시켜 직접적으로 접속되어 있다. 따라서, 이들 관로에 의한 압력손실이 감소되며, 더우기 플레이트핀 열교환기의 다른 관로내에 있어서 압력이 균일하게 분산된다. 이에 따라 열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있다.7 and 8 show a third embodiment of the present invention. The same code | symbol is attached | subjected to the part corresponding to the said Example. In the present embodiment, the plate fin heat exchanger 31 is arranged horizontally, natural gas or mixed refrigerant flows in the horizontal direction, and propane refrigerant flows upward as a vertical rising thermosiphon. As shown in FIG. 7, the plate fin heat exchanger 31 is formed by combining a plurality of long segments, and the segments are arranged in parallel with each other along the longitudinal direction. Separation drums 33, 35, 37 and 39, each functioning as a thermosiphon drum, are each configured as a horizontal tank, so as to be orthogonal to the long heat exchanger segment as in the case of the second embodiment, And the heat exchanger is arrange | positioned so that it may transverse from right to left. In this case, each separation drum also has the function of a header, and each pipeline from the separation drum to each segment of the plate fin heat exchanger and one channel from each segment of the plate fin heat exchanger to the separation drum each have one pipe line. It is connected directly through. Thus, the pressure loss due to these pipelines is reduced, and the pressure is evenly distributed in the other pipelines of the plate fin heat exchanger. Thereby, the heat exchange efficiency of a heat exchanger can be improved.

본 실시예의 경우, 열교환기내에 있어서 천연가스 혹은 혼합냉매가 수평으로 흐르지만, 그들 스트림의 냉각에 따른 응축물이 열 교환기의 하부에 분리되며, 열교환기의 전열 효과가 손상되는 것을 회피하기 위해 플레이트핀 열교환기로서 스트레이트핀형의 플레이트핀 열교환기를 이용할 필요가 있다. 프트레이트핀은 상향류 혹은 하향류의 스트림을 응축시킬 때 일반적으로 이용되는 관통핀에 비해 전열 효과가 약간 저하되지만, 프로판의 각 레벨에 있어서 스트림을 분배하기 위한 스페이스가 불필요하기 때문에 열교환에 유효한 면적을 실제로 증가시킬 수 있다.In this embodiment, the natural gas or mixed refrigerant flows horizontally in the heat exchanger, but the condensate resulting from the cooling of those streams is separated at the bottom of the heat exchanger, and the plate is used to avoid damaging the heat transfer effect of the heat exchanger. As the fin heat exchanger, it is necessary to use a straight fin plate fin heat exchanger. Platerate fins have slightly lower heat transfer effects than commonly used through fins for condensing upstream or downstream streams, but they do not require space for distributing the stream at each level of propane. Can actually increase.

제9도 및 제10도는 본 발명의 제 4실시예를 나타낸 것으로, 상기 실시예에 있어서는 분리 드럼과 플레이트 핀 열교환기가 각각 별개로 설치되어 있음에 대하여, 본 실시예에 있어서는 분리드럼과 플레이트핀 열교환기를 일체화하고 있다. 즉, 각 분리드럼(33),(35),(37) 및 (39)는 하나의 장척의 탱크를 격벽에 의해 분할하여 이루어지며, 플레이트 핀 열교환기(31)이 이들 격벽을 관통하도록 하여 각 분리드럼내에서 연재하도록 되어 있다.9 and 10 show a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the separation drum and the plate fin heat exchanger are provided separately, whereas in the present embodiment, the separation drum and the plate fin heat exchanger. We integrate group. That is, each of the separation drums 33, 35, 37, and 39 is formed by dividing one long tank by partition walls, and the plate fin heat exchanger 31 passes through these partition walls. It is intended to extend in the separation drum.

제10도에 도시된 바와 같이, 각 분리드럼내에 있어서는 열교환기가 액상의 프로판에 거의 잠기도록 프로판의 액면이 정해지며, 프로판이 대류에 의해 수직상승 열사이폰으로서 열교환기내를 상향으로 순환하게 된다.As shown in FIG. 10, in each separation drum, the liquid level of the propane is determined so that the heat exchanger is almost submerged in the liquid propane, and the propane circulates upward in the heat exchanger as a vertically rising thermosiphon by convection.

본 실시예에 따르면, 분리드럼의 내부 구조가 약간 복잡해지지만, 배관이 대폭 불요하게 되어 제작에 필요한 단가의 감소가 기대되며, 전체적인 압력 손실을 감소시킬 수 있다. 또한 이러한 구성을 복수 병렬로 배치하면 필요한 용량을 확보할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 격리에 의해 구분되어 있기는 하지만 전체적으로 하나의 분리드럼내에 상기 실시예의 경우와 같이 복수의 장척의 열교환기 세그멘트를 복수 병렬로 배치할 수 있다.According to the present embodiment, the internal structure of the separation drum is slightly complicated, but the piping is greatly unnecessary, so that the cost of manufacturing is expected to decrease, and the overall pressure loss can be reduced. In addition, by arranging a plurality of such configurations in parallel, the required capacity can be secured. Further, if necessary, a plurality of long heat exchanger segments may be arranged in parallel in the same separation drum as in the case of the above embodiment, although separated by isolation.

천연가스를 예냉하고 혹은 천연가스 액화용 혼합 냉매를 냉각하기 위한 냉각장치에 있어서, 쉘 앤드 튜브형 열교환기 대신에 플레이트 핀형 열교환기를 사용하고, 또한 열교환기내의 프로판, 천연가스 혹은 혼합냉매의 통로를 전장에 걸쳐 바꾸지 않음으로써 통로마다의 기액비의 불균일을 감소시킨다. 이로써 높은 전열효과를 달성하여 단가의 감소를 꾀할 수 있다. 또한, 플레이트 핀형 열교환기에 있어서의 프로판은 수직 업 프로우로 하고, 그에 부설되는 열사이폰 드럼을 옆으로 설치함으로써 프로판이 기액 혼상이라도 압력손실을 감소시킴과 동시에 균등화가 가능하다.In a cooling device for precooling natural gas or cooling a mixed refrigerant for natural gas liquefaction, a plate fin type heat exchanger is used instead of a shell and tube heat exchanger, and a passage of propane, natural gas or mixed refrigerant passage in the heat exchanger is used. By not changing over, the non-uniformity of the gas-liquid ratio for every channel | path is reduced. This achieves a high heat transfer effect to reduce the unit cost. Further, propane in a plate fin type heat exchanger is vertically up, and by installing a thermosiphon drum attached to the side, even if propane is mixed with gas and liquid, pressure loss can be reduced and equalized.

Claims (6)

천연가스 액화 프로세스에 있어서 프로판계의 냉매를 이용하여 천연가스를 예냉하거나 혹은 천연가스 액화용의 혼합 냉매를 냉각하기 위한 장치에 있어서, 상기 천연가스 혹은 상기 혼합 냉매의 복수의 통로가 대체로 그 전장에 걸쳐 서로 분리된 상태로 연재하며, 또한 상기 프로판계 냉매가 수직방향으로 유통되도록 설치된 플레이트 핀형 열교환기와, 상기 플레이트 핀형 열교환기에 접속된 상기 프로판계 냉매용 분리드럼을 포함하며, 상기 플레이트 핀형 열교환기는, 서로 병렬로 설치되어 각각 적어도 하나의 상기 서로 분리된 통로를 한정하는 복수개의 세그먼트로 되어 있고, 각각의 상기 세그먼트는 그 전장을 따라 복수개의 단으로 분리되며, 상기 분리드럼은 복수개의 분리드럼으로서 각각 수평으로 설치된 횡장형 탱크로 되어 있으며, 상기 각각의 분리드럼은 상기 복수개의 세그먼트에 대해 공통헤더의 역할을 하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.In a device for precooling natural gas using a propane-based refrigerant in a natural gas liquefaction process or for cooling a mixed refrigerant for natural gas liquefaction, a plurality of passages of the natural gas or the mixed refrigerant are generally applied to the entire length. A plate fin heat exchanger installed in such a manner as to be separated from each other over each other, and installed such that the propane refrigerant is distributed in a vertical direction, and a separation drum for the propane refrigerant connected to the plate fin heat exchanger; A plurality of segments each disposed in parallel with each other to define at least one passage separated from each other, wherein each segment is divided into a plurality of stages along its entire length, and the separation drum is a plurality of separation drums, respectively. The horizontal tank is installed horizontally, Each separation drum is arranged to serve as a common header for the plurality of segments. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트 핀형 열교환기가, 상기 각각의 세그먼트는 수직으로 배열되도록 하고 상기 복수개의 분리드럼은 수평방향으로 배열되어 상기 플레이트 핀형 열교환기의 적어도 일면상에서 상기 세그먼트와 횡방향으로 교차하도록, 수직으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.The plate fin heat exchanger of claim 1, wherein each of the segments is arranged vertically and the plurality of separation drums are arranged horizontally so as to cross the segment transversely on at least one surface of the plate fin heat exchanger. And vertically arranged. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트 핀형 열교환기가, 상기 각각의 세그먼트는 수평으로 배열되도록 하고 상기 복수개의 분리드럼은 수평방향으로 배열되어 상기 플레이트 핀형 열교환기의 상기 세그먼트와 횡방향으로 교차하도록, 수평으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.2. The plate fin heat exchanger of claim 1 wherein the plate fin heat exchanger is arranged such that each segment is arranged horizontally and the plurality of separation drums are arranged in a horizontal direction to cross transversely with the segment of the plate fin heat exchanger. Device arranged. 천연가스 액화 프로세스에 있어서, 프로판계의 냉매를 이용하여 천연가스를 예냉하거나 혹은 천연가스 액화용의 혼합 냉매를 냉각하기 위한 장치에 있어서, 프로판계 냉매의 공급원과, 상기 공급원으로부터 보내진 상기 프로판계 냉매를 감압하는 팽창장치와, 상기 팽창장치로부터 얻어진 증기 및 액체의 혼합물로 이루어진 상기 프로판계 냉매를 기액 분리학 위한 분리드럼과, 상기 분리드럼으로부터 얻어진 비점액으로서의 상기 프로판계 냉매에 의해 천연가스 혹은 천연가스 액화용 혼합 냉매를 냉각함과 동시에 열교환후의 증기 및 액체의 혼합물로 이루어진 상기 프로판계 냉매를 상기 분리드럼에 되돌리도록 된 열교환기와, 상기 분리드럼으로부터 얻어진 액체로서의 상기 프로판계 냉매의 일부를 추출하여 감압하는 다음단의 팽창장치와, 상기 다음단의 팽창장치로부터 얻어진 증기 및 액체의 혼합물로 이루어진 상기 프로판계 냉매를 기액 분리하기 위한 다음단의 분리드럼과, 상기 다음단의 분리드럼으로부터 얻어진 비점액으로서의 상기 프로판계 냉매에 의해 천연가스 혹은 천연가스 액화용의 혼합 냉매를 냉각하고, 또한 열교환후의 증기 및 액체의 혼합물로 이루어진 상기 프로판계 냉매를 상기 다음단의 분리드럼에 되돌리도록 된 다음단의 열교환기와, 상기 각단의 분리드럼으로부터 얻어진 증기로서의 상기 프로판계 냉매를 상기 공급원에 되돌리기 위한 증기용 관로를 가지며, 상기 열교환기가 상기 천연가스 혹은 상기 혼합 냉매의 복수의 통로가 그 전장에 걸쳐 서로 분리된 상태로 연재하며, 또한 상기 프로판계 냉매가 수직방향으로 유통하도록 설치된 플레이트 핀형 열교환기로 이루어지며, 상기 분리드럼이 상기 플레이트 핀형 열교환기에 접속된 상기 프로판계 냉매용 열사이폰 드럼으로서 대체로 수평으로 설치된 횡장의 탱크로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.In the natural gas liquefaction process, in the apparatus for precooling natural gas using a propane type refrigerant | coolant, or cooling the mixed refrigerant for natural gas liquefaction, the source of propane type refrigerant | coolant and the said propane type refrigerant | coolant sent from the said source. Natural gas or natural gas by means of an expansion device for reducing the pressure, a separation drum for gas-liquid separation of the propane-based refrigerant consisting of a mixture of vapor and liquid obtained from the expansion device, and the propane-based refrigerant as a boiling point obtained from the separation drum. A heat exchanger for cooling the gas liquefied mixed refrigerant and returning the propane-based refrigerant consisting of a mixture of steam and liquid after heat exchange to the separation drum, and extracting a part of the propane-based refrigerant as a liquid obtained from the separation drum; Expansion device of the next stage to depressurize, Natural gas or gas by means of a separation drum of the next stage for gas-liquid separation of the propane-based refrigerant consisting of a mixture of vapor and liquid obtained from an expansion device of the next stage, and the propane-based refrigerant as a boiling point obtained from the separation drum of the next stage. The next stage heat exchanger which cools the mixed refrigerant for natural gas liquefaction, and returns the said propane type refrigerant | coolant which consists of a mixture of the steam and a liquid after heat exchange to the next stage separation drum, and the steam obtained from the said separation drum of each stage. And a steam pipe for returning the propane-based refrigerant to the supply source, wherein the heat exchanger extends in a state in which a plurality of passages of the natural gas or the mixed refrigerant are separated from each other over the entire length thereof, and the propane-based refrigerant is Plate fin heat exchanger installed for vertical flow And said separation drum is comprised of a horizontally horizontal tank which is generally horizontally installed as said thermosiphon drum for said propane-based refrigerant connected to said plate fin type heat exchanger. 제 1항에 있어서, 상기 분리드럼이 플래시 탱크도 겸하는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1 wherein said separation drum also serves as a flash tank. 제 5항에 있어서, 상기 분리드럼이 각각 열사이폰 드럼으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.An apparatus according to claim 5, wherein said separation drums are each thermosyphon drums.
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