KR20130092390A - 튜브 측류를 액화시키는 프로세스에서의 주 열교환기의 리밸런싱 - Google Patents

튜브 측류를 액화시키는 프로세스에서의 주 열교환기의 리밸런싱 Download PDF

Info

Publication number
KR20130092390A
KR20130092390A KR1020127028691A KR20127028691A KR20130092390A KR 20130092390 A KR20130092390 A KR 20130092390A KR 1020127028691 A KR1020127028691 A KR 1020127028691A KR 20127028691 A KR20127028691 A KR 20127028691A KR 20130092390 A KR20130092390 A KR 20130092390A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mass flow
heat exchanger
main heat
tube
flow
Prior art date
Application number
KR1020127028691A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101728996B1 (ko
Inventor
데릭 윌리엄 호지스
크리스티앙 커버
만프레드 슈타인바우어
마르쿠스 함머딘거
Original Assignee
린데 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2010901399A external-priority patent/AU2010901399A0/en
Application filed by 린데 악티엔게젤샤프트 filed Critical 린데 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20130092390A publication Critical patent/KR20130092390A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101728996B1 publication Critical patent/KR101728996B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0254—Operation; Control and regulation; Instrumentation controlling particular process parameter, e.g. pressure, temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0267—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using flash gas as heat sink
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0417—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with particular circuits for the same heat exchange medium, e.g. with the heat exchange medium flowing through sections having different heat exchange capacities or for heating/cooling the heat exchange medium at different temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F28D7/0075—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids with particular circuits for the same heat exchange medium, e.g. with the same heat exchange medium flowing through sections having different heat exchange capacities or for heating or cooling the same heat exchange medium at different temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/62—Separating low boiling components, e.g. He, H2, N2, Air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/60—Details about pipelines, i.e. network, for feed or product distribution

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스가 기재되어 있다. 이 프로세스는,
a) 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 온단부에 제공하는 단계로서, 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트는 튜브 다발을 가로질러 반경 방향으로 균일하게 분배되는, 제공하는 단계;
b) 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 온단부에 제공하는 단계로서, 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트는 튜브 다발을 가로질러 반경 방향으로 균일하게 분배되는, 제공하는 단계;
c) 제 1 질량 유동과 제 2 질량 유동에 냉각을 제공함으로써 튜브 측류가 액체로 되도록 상기 쉘 측 상에서 냉매 흐름을 기화시키는 단계;
d) 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 1 질량 유동의 출구 온도를 측정하는 단계;
e) 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 2 질량 유동의 출구 온도를 측정하는 단계; 및
f) 상기 단계 d)에서 측정된 제 1 질량 유동의 출구 온도와 상기 단계 e)에서 측정된 제 2 질량 유동의 출구 온도를 비교하는 단계를 포함하며,
상기 프로세스는, 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 이상이 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 조절된다.

Description

튜브 측류를 액화시키는 프로세스에서의 주 열교환기의 리밸런싱 {REBALANCING A MAIN HEAT EXCHANGER IN A PROCESS FOR LIQUEFYING A TUBE SIDE STREAM}
본 발명은 주 열교환기의 히트 프로파일(heat profile)을 리밸런싱함으로써 액화된 생성물을 얻기 위해 튜브 측류를 액화하는 프로세스에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 이것으로 제한하는 것은 아니지만, "액화 천연 가스" 또는 "LNG" 로서 공지된 액화된 생성물을 얻기 위해서 기체 상태의 메탄 부화(rich) 공급물을 액화시키는 프로세스에 관한 것이다.
주 열교환기의 온단부(warm end)에서 주 열교환기의 제 1 튜브 측에 상승된 압력 하에서 기체 상태의 메탄 부화 공급물이 공급되는 전형적인 액화 프로세스가 US 특허 제 6,272,882 호에 기재되어 있다. 기체 상태의 메탄 부화 공급물은, 액화된 흐름을 얻기 위해서, 증발하는 냉매에 대해 냉각되고 액화되며 과냉된다. 액화된 흐름은, 주 열교환기의 냉단부(cold end)에서 주 열교환기로부터 제거되어 액화된 생성물로서 스토리지(storage)로 통과된다. 기화된 냉매는 주 열교환기의 온단부에서 주 열교환기의 쉘 측(shell side)으로부터 제거된다. 기화된 냉매는 고압 냉매를 얻기 위해서 하나 이상의 냉매 압축기에서 압축된다. 고압 냉매는, 부분적으로 응축되며, 부분적으로 응축된 냉매는 액체의 중질(heavy) 냉매 부분(fraction)과 기체 상태의 경질(light) 냉매 부분으로 분리된다. 중질 냉매 부분은 과냉된 중질 냉매 흐름을 얻기 위해서 주 열교환기의 제 2 튜브 측에서 과냉된다. 중질 냉매 흐름이 주 열교환기의 쉘 측에서 기화하는 것이 허용되는 상태에서, 중질 냉매 흐름이 중간 지점에서 주 열교환기의 쉘 측 내로 감압 상태로 도입된다. 과냉된 경질 냉매 흐름을 얻기 위해서, 경질 냉매 부분의 적어도 일부가 주 열교환기의 제 3 튜브 측에서 냉각되고 액화되어 과냉된다. 이러한 경질의 냉매 흐름은, 주 열교환기의 냉단부에서 주 열교환기의 쉘 측 내로 감압 상태에서 도입되며, 경질 냉매 흐름이 쉘 측에서 기화하는 것이 허용된다.
3 개의 흐름들, 즉
i) 기체로서 제 1 튜브 측의 온단부에 상승된 압력으로 진입하며, 제 1 튜브 측을 통해 이동함으로써 응축되고, 그리고 과냉된 액화 흐름으로서 제 1 튜브 측의 냉단부를 나가는 기체 상태의 메탄 부화 공급물;
ii) 액체로서 제 2 튜브 측의 온단부에 진입하며, 제 2 튜브 측을 통해 이동함으로써 과냉되며, 그리고 과냉된 중질 냉매 흐름으로서 제 2 튜브 측의 냉단부를 나가는 중질 냉매 부분; 및
iii) 증기로서 제 3 튜브 측의 온단부에 진입하며, 제 3 튜브 측을 통해 이동함으로써 냉각되고 액화되며 과냉되고, 그리고 과냉된 경질의 냉매 흐름으로서 제 3 튜브 측의 냉단부를 나가는 경질 냉매 부분의 적어도 일부
를 취급하기 위해서, 주 열교환기의 튜브 측이 요구된다는 점은 전술한 설명으로부터 명백하다.
이와 동시에,
a) 중간 위치("따뜻한(warm) 튜브 다발의 최상부"로서 종래 기술에서 언급된 위치)에서 쉘 측에 진입하며, 그의 온단부에서 쉘 측으로부터 기체로서 제거되기 이전에 쉘 측 내에서 기화되는 중질 냉매 흐름; 및
b) 그의 냉단부("차가운(cold) 튜브 다발의 최상부"로서 종래 기술에서 언급된 위치)에서 감압된 상태로 쉘 측에 진입하며, 그의 온단부에서 기체로서 쉘 측으로부터 제거되기 이전에 쉘 측 내에서 기화되는 경질 냉매 흐름
을 취급하기 위해서, 주 열교환기의 쉘 측이 요구된다.
이에 의해, 미국 특허 제 6,272,882 호에 기재된 액화 프로세스의 유형으로 작동시키기 위해서는, 주 열교환기는, 다중 튜브 측 및 쉘 측 흐름들이 하나의 교환기 내에 수용되는 상태에서, 모두가 상이한 온도에서 응축되는 단일상 및 2상(two phase) 흐름들 양자를 취급할 수 있어야만 한다. 또한, 주 열교환기는 넓은 범위의 온도와 압력을 갖는 흐름들을 취급할 수 있어야만 한다. 이러한 이유로, 전세계적으로 액화 플랜트들에서 사용되고 있는 주 열교환기는 "코일 권취식" 또는 "나선형 권취식" 열교환기이다.
이러한 코일 권취식 열교환기들에서, "다발(bundle)" 을 형성하기 위해서 중앙 파이프 또는 맨드릴(mandrel) 둘레에 권취되는 다중 층들에 별개의 흐름들의 각각을 위한 튜브들이 균일하게 분배된다. 튜브들의 복수의 층들 각각은, 각각의 층들에서 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측 유체들의 유동 비율에 비례하여 이들 유체들의 각각의 균일한 분배를 갖는 균일한 크기의 수백 개의 튜브들을 포함할 수 있다. 주 열교환기의 효율은, 다발을 가로질러 방사방향 그리고 다발의 길이를 따라 축선 방향 양자에 가능한 한 균형을 이루는 이들 다중 층들 각각의 튜브 측과 쉘 측 사이에서의 열전달에 따른다.
나선형 권취식 열교환기들이 증가된 듀티(duty)들을 실행하기 위해서 커짐에 따라, 쉘 측 유체들을 균일하게 분배하는 것이 점진적으로 어려워지게 된다. 이는, 쉘 측 상에서, 냉매의 경질 성분들이 먼저 증발(boils off)함에 따라 중질 및 경질 냉매 흐름들의 조성이 주 열교환기의 길이를 따라 연속으로 변화한다는 사실에 부분적으로 기인한다. 그 결과, 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측들의 각각과 쉘 측 사이의 열전달은 다발 내에서 층들을 가로질러 불균일해질 수 있다. 쉘 측 유체들의 온도의 이러한 불균일한 분포는, 다발에서의 튜브들의 각각의 층으로부터 다발의 냉단부들의 튜브 측 유체들 중 각각의 부분들에서의 그리고 온단부를 나가는 쉘 측 유체에 대한 온도의 불균일을 유도한다.
시스템이 평형상태(in balance)일 때, 튜브 측들과 쉘 측 사이의 온도 차이는, 주 열교환기의 길이의 대부분을 따라서 비교적 일정하지만 좁게 유지된다. 시스템이 비 평형상태(out of balance)일 때, 튜브 측들과 쉘 측 사이의 근접한 온도 차이는, 전체적으로 온도 차이가 매우 작거나 온도 차이 없이 존재하는 영역들에 "끼임(pinched)" 될 수 있다. 이러한 끼임은 주 열교환기의 효율의 하락을 유발한다. 또한 주 열교환기의 쉘 측의 온단부를 나가는 유체를 수용하는 관련된 혼합형 냉매 압축 회로에서 효율의 결과적인 하락을 겪는다. 주 열교환기가 정확하게 작동하고 있다면, 쉘 측의 온단부를 나가는 유체는 기체이다. 주 열교환기가 비평형상태일 때, 쉘 측의 온단부를 나가는 유체는 기체와 액체의 2 상 혼합물을 포함할 수 있다. 존재하는 임의의 액체는 효율의 상당한 손실을 나타내며, 또한 하류 냉매 압축 회로에 대한 잠재적인 파손을 회피하기 위해서는 제거되어야만 한다.
본 발명은 상기에서 확인된 문제 중 하나 이상을 극복함으로써 주 열교환기의 효율을 개선하는 프로세스와 장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 온단부와 냉단부를 갖는 주 열교환기의 튜브 측류를 냉각시키는 프로세스로서, 상기 주 열교환기는 쉘 측을 규정하는 벽을 포함하며, 상기 쉘 측 내에서 코일 권취식 튜브 다발이 배열되는, 프로세스에 있어서,
a) 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 온단부에 제공하는 단계로서, 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트는 튜브 다발을 가로질러 반경 방향으로 균일하게 분배되는, 제공하는 단계;
b) 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 온단부에 제공하는 단계로서, 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트는 튜브 다발을 가로질러 반경 방향으로 균일하게 분배되는, 제공하는 단계;
c) 제 1 질량 유동과 제 2 질량 유동에 냉각을 제공함으로써 튜브 측류가 액체로 되도록 상기 쉘 측 상에서 냉매 흐름을 기화시키는 단계;
d) 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 1 질량 유동의 출구 온도를 측정하는 단계;
e) 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 2 질량 유동의 출구 온도를 측정하는 단계; 및
f) 상기 단계 d)에서 측정된 제 1 질량 유동의 출구 온도와 상기 단계 e)에서 측정된 제 2 질량 유동의 출구 온도를 비교하는 단계를 포함하며,
상기 프로세스에서, 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 이상이 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 조절되는,
주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 튜브 측류를 액화시키며 사용시 온단부와 냉단부를 갖는 주 열교환기로서,
내부에 코일 권취식 튜브 다발이 배치되는 쉘 측을 규정하는 벽;
별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 온단부에 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 제공하는 제공 수단으로서, 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트는 튜브 다발을 반경 방향으로 가로질러 균일하게 분배되는, 제공 수단;
별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 온단부에 기체 형태의 튜브 측류의 제 2 질량 유동을 제공하는 제공 수단으로서, 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트는 튜브 다발을 반경 방향으로 가로질러 균일하게 분배되는, 제공 수단;
냉매 흐름의 기화에 의해 제 1 질량 유동과 제 2 질량 유동에 냉각을 제공함으로써 튜브 측류가 액체가 되게 하기 위해 쉘 측에 냉매 흐름을 제공하는 분배 장치;
상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 1 질량 유동의 출구 온도를 나타내는 제 1 신호를 발생시키는 제 1 온도 센서;
상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 2 질량 유동의 출구 온도를 나타내는 제 2 신호를 발생시키는 제 2 온도 센서;
상기 제 1 질량 유동의 출구 온도와 상기 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 또는 양자를 조절하는 질량 유동 조절 수단과 연통하는 제어 장치를 포함하는,
주 열교환기가 제공된다.
일 형태에서, 상기 d) 단계에서 측정된 제 1 질량 유동의 출구 온도는 상기 e) 단계에서 측정된 제 2 질량 유동의 온도보다 더 높고, 상기 제 1 질량 유동은 제 2 질량 유동에 비해 감소된다. 대안으로, 상기 d) 단계에서 측정된 제 1 질량 유동의 출구 온도는 상기 e) 단계에서 측정된 제 2 질량 유동의 온도보다 더 낮고, 상기 제 2 질량 유동은 제 1 질량 유동에 대해 감소된다.
일 형태에서, 상기 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 이상은 주 열교환기의 냉단부에 있는 제 1 또는 제 2 질량 유동들 중 하나 이상을 조절함으로써 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 조절된다. 대안으로, 상기 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 이상은 주 열교환기의 온단부에 있는 제 1 또는 제 2 질량 유동들 중 하나 이상을 조절함으로써 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 조절된다.
상기 제 1 질량 유동은 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 별개의 튜브들의 개수를 감소시킴으로써, 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트 중 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 플러깅 또는 제거함으로써, 또는 별개의 튜브들의 제 1 서브세트에 공급되는 제 1 질량 유동을 제한함으로써, 조절될 수 있다. 이와 유사하게, 상기 제 2 질량 유동은 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 별개의 튜브들의 개수를 감소시킴으로써, 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트 중 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 플러깅 또는 제거함으로써, 또는 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트에 공급되는 제 1 질량 유동을 제한함으로써, 조절될 수 있다.
일 형태에서, 상기 튜브 다발은 상기 튜브 다발의 온단부를 향해 배열된 따뜻한 튜브 다발 및 상기 튜브 다발의 냉단부를 향해 배열된 차가운 튜브 다발을 포함하고, 상기 따뜻한 튜브 다발과 차가운 튜브 다발 각각은 온단부와 냉단부를 갖는다. 본 명세서 전체에서, 다른 방식으로 기재되지 않는 한 용어 "튜브 다발"은 주 열교환기가 단일 튜브 다발을 갖는 상황뿐만 아니라 튜브 다발이 별도의 따뜻한 튜브 다발과 별도의 차가운 튜브 다발로 만들어지는 상황을 포함하기 위해 사용된다.
일 형태에서, 상기 튜브 측류는, 액체로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부에 진입하고 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발의 냉단부를 나가는 제 1 튜브 측류이다. 일 형태에서, 상기 제 1 튜브 측류는, 따뜻한 튜브 다발의 온단부로부터 차가운 튜브 다발의 온단부 내로 통과할 때까지 적어도 부분적으로 액화되었던 기체상태의 메탄 부화 공급물로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부에 진입할 수 있다. 일 형태에서, 상기 제 1 튜브 측류는 액체로서 차가운 튜브 다발의 온단부로 진입하고 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발의 냉단부를 나간다. 상기 과냉된 액체는 스토리지로 지향되기 이전에 주 열교환기의 차가운 튜브 다발의 냉단부로부터 제거될 수 있다.
일 형태에서, 상기 제 1 튜브 측류는 차가운 튜브 다발의 쉘 측에서 점진적으로 증발되는(boiled off) 우세한 액체의 경질 냉매 흐름에 의해 열교환 한다. 상기 주 열교환기의 쉘 측의 온단부로부터 제거되는 기화된 냉매는, 기화된 냉매가 고압 냉매 흐름을 형성하도록 내부에서 압축되는 제 1 및 제 2 냉매 압축기들에 공급될 수 있다. 상기 고압 냉매 흐름은 이후 액체 형태의 중질 냉매 부분과 기체 형태의 경질 냉매 부분을 분리하도록 분리장치로 지향되는 부분적으로 응축된 냉매 흐름을 생산하기 위해서 냉각되는 열교환기로 지향될 수 있다. 상기 중질 냉매 부분은, 액체로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부에 공급되고 액체 형태의 과냉된 중질 냉매 흐름으로서 따뜻한 튜브 다발의 냉단부를 나가는 제 2 튜브 측류가 될 수 있다. 상기 따뜻한 튜브 다발의 냉단부에서 제거된 과냉된 중질 냉매 흐름은, 이후 따뜻한 튜브 다발의 냉단부와 차가운 튜브 다발의 온단부 사이의 중간 위치에서 주 열교환기의 쉘 측 내로 도입되는 감압된 중질 냉매 흐름을 형성하기 위해서 제 1 팽창 장치를 가로질러 팽창되며, 상기 감압된 중질 냉매 흐름은 쉘 측에서 기화하는 것이 허용되며, 이에 의해 제 1 튜브 측류, 제 2 튜브 측류 및 제 3 튜브 측류가 따뜻한 튜브 다발을 통해 통과함에 따라 이들 측류의 유체들을 냉각시킬 수 있다.
상기 분리 장치로부터 경질 냉매 부분의 일부는, 기체로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부로 도입되며 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발의 냉단부를 나가는 제 3 튜브 측류가 될 수 있다. 상기 제 3 튜브 측류는, 따뜻한 튜브 다발을 통해 통과함에 따라 기체로부터 액체로 냉각되며, 차가운 다발을 통해 통과함에 따라 액체로부터 과냉된 액체로 냉각될 수 있다. 상기 차가운 튜브 다발의 냉단부로부터 제거된 과냉된 경질 냉매 흐름은, 감압을 유발하고 감압된 경질 냉매 흐름을 생산하도록 제 2 팽창 장치를 통해 팽창될 수 있다. 상기 감압된 경질 냉매 흐름은, 주 열교환기의 냉단부에서 주 열교환기의 쉘 측 내로 도입되고, 상기 감압된 경질 냉매 흐름은 쉘 측에서 기화되는 것이 허용되며, 이에 의해 제 1 및 제 3 튜브 측류가 차가운 튜브 다발을 통해 이동함에 따라 제 1 및 제 3 튜브 측류의 유체들을 냉각시킬 뿐만 아니라 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류들의 유체들이 따뜻한 튜브 다발을 통해 이동함에 따라 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류들의 유체들에 냉각을 제공한다.
일 형태에서, 상기 제어장치는, 제 1 신호가 제 2 신호보다 높을 때 제 2 질량 유동에 비해 제 1 질량 유동을 감소시키기 위해서 질량 유동 조절 수단과 연통한다. 일 형태에서, 상기 제어장치는, 제 1 신호가 제 2 신호보다 낮을 때 제 1 질량 유동에 대해 제 2 질량 유동을 감소시키기 위해서 질량 유동 조절 수단과 연통한다. 일 형태에서, 상기 질량 유동 조절 수단은, 주 열교환기의 냉단부의 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하기 위해 제 1 질량 유동 및 제 2 질량 유동중 하나 또는 양자를 조절하도록 구성된다. 일 형태에서, 상기 질량 유동 조절 수단은, 주 열교환기의 온단부의 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하기 위해 제 1 질량 유동 및 제 2 질량 유동중 하나 또는 양자를 조절하도록 구성된다. 일 형태에서, 상기 질량 유동 조절 수단은 제 1 질량 유동을 조정하는 제 1 질량 유동 조절 수단을 포함한다.
일 형태에서, 상기 제 1 질량 유동 조절 수단은, 제 2 질량 유동의 레이트에 대한 제 1 질량 유동의 레이트를 감소시키기 위해서 별개의 튜브들의 제 1 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들에 삽입되는 플러그이다. 일 형태에서, 상기 제 1 질량 유동 조절 수단은, 별개의 튜브들의 제 1 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 제한하는 밸브이다. 일 형태에서, 상기 질량 유동 조절 수단은 제 2 질량 유동을 조정하는 제 2 질량 유동 조절 수단을 포함한다. 일 형태에서, 상기 제 2 질량 유동 조절 수단은, 제 1 질량 유동의 레이트에 대한 제 2 질량 유동의 레이트를 감소시키기 위해서 별개의 튜브들의 제 2 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들에 삽입되는 플러그이다. 일 형태에서, 상기 제 2 질량 유동 조절 수단은, 제 2 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 2 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들로 제한하는 밸브이다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 첨부 도면을 참조하여 본원에 기재되고 그리고, 첨부 도면에 예시된 바와 같이 실질적으로 주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스가 제공된다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 첨부 도면을 참조하여 본원에 기재되고 그리고, 첨부 도면에 예시된 바와 같이 실질적으로 주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 주 열교환기가 제공된다.
본 발명의 본 실시예들의 특성의 보다 상세한 이해를 용이하게 하기 위해서, 이하, 첨부 도면을 참조하여 단지 예시로서 상세히 설명할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 권취식 주 열교환기의 별개의 튜브들의 서브세트들로의 유동들의 분배를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 천연 가스 액화용 플랜트의 일 실시예의 플로우 차트를 개략적으로 도시한다.
이하, 본 발명의 프로세스 및 장치의 특별한 실시예들은, 단지 예시로서, 액화 천연 가스를 생산하기 위해서 주 열교환기에서 천연 가스 형태의 기체 상태의 메탄-부화 공급물 가스를 액화하는 플랜트를 특히 참조하여 설명한다. 본 발명은, 하기에 상세히 설명하는 3 개의 튜브 측류(side stream)들 대신에 2 개의 튜브 측류들을 필요로 하는 다른 프로세스 또는 에틸렌의 생산과 같은 다른 적용분야들을 위해 사용되는 주 열교환기에 동등하게 적용될 수 있다. 본원에서 사용된 전문용어는 단지 특별한 실시예들을 설명하고자 하는 것이지, 본 발명의 범위를 제한하고자 의도된 것은 아니다. 달리 규정되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 그리고 과학적 용어들은, 본 발명이 속하는 당 분야의 당업자에 의해 공통으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 도면들에서, 동일한 도면부호들이 동일한 부품들을 지칭하는 것으로 이해되어야만 한다.
종래 기술의 전형적인 나선형 권취식 주 열교환기를 사용하면, 상이한 튜브 측류들을 운반하는(carrying) 별개의 튜브들은 이들의 흐름 비율들에 비례하여 실질적으로 배분(allocate)되는 튜브 측류의 임의로 부여되는 유형의 튜브들의 개수를 갖는 튜브 다발의 다중 층들을 가로질러 가능한 한 균일하게 분배된다. 전술한 바와 같이, 주 열교환기의 효율은 다발을 가로질러 방사방향으로 그리고 다발의 길이를 따라 축 방향 양자로 가능한 균형을 이루는 이들 다중 층들의 각각에서 쉘 측과 튜브 측 사이의 열전달에 따른다. 게다가, 튜브 다발은 복수 개의 층들에 권취되며, 이에 의해 각각의 튜브 측류는, 튜브 측류의 임의로 부여된 유형의 질량 유동을 튜브 다발의 임의로 부여된 반경 방향 횡단면을 가로질러 각각의 층 내로 가능한 한 균일하게 분배되도록 배열된 하나 또는 그 보다 많은 노즐들을 통해서 튜브 다발에 도입된다. 유사한 방식으로, 주 열교환기의 차가운 튜브 다발의 냉단부에서 쉘 측에 진입하는 경질 냉매의 질량 유동이, 제 1 분배기(도시 생략)를 사용하여 쉘 측을 가로질러 분배되고, 그리고 따뜻한 튜브 다발의 냉단부에서 쉘 측에 진입하는 중질 냉매의 질량 유동이 제 2 분배기(도시 생략)를 사용하여 쉘 측을 가로질러 분배된다. 이러한 종래 기술의 배열체는 가능한 한 항상 주 열교환기를 가로질러 열 평형을 균일하게 유지하는데 사용하는 것에 대해 주장하고 있다.
본 발명은, 주 열교환기의 쉘 측 상에서 온도, 조성 또는 질량 유속(flow rate) 분포의 임의의 불균형을 고치기 어렵다는 점의 실현에 일부 기초한다. 쉘 측 흐름들 각각에 존재하는 임의의 증기상(vapour phase)이 잘 혼합될 수 있지만, 쉘 측 상에 존재하는 액상 부분(liquid phase fraction)들은 잘 혼합되지 못한다. 이는 쉘 측 상에서 조절을 시킴으로써 보정될 수 없는 튜브 다발을 가로지르는 온도 불균형이 유발될 수 있다. 그 대신에, 출원인들은 별개의 튜브들의 부여된 서브세트들로 튜브 측류들 중 하나 이상의 질량 유동을 조절함으로써 효율의 개선이 이루어질 수 있다는 것을 실현하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 주 열교환기(12)의 제 1 튜브 측류를 액화하는 프로세스 또는 플랜트(10)가 기재되어 있는데, 주 열교환기(12)는 온단부(20)와 냉단부(22)를 갖는 코일 권취식 튜브 다발(18)이 그 안에 배열된 쉘 측(16)을 규정하는 벽(14)을 가지며, 튜브 다발(18)은 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트 및 별개의 튜브(26)들의 제 2 서브세트를 적어도 포함한다. 별개의 튜브들의 제 1 및 제 2 서브세트들 양자는 튜브 다발의 반경을 가로질러 균일하게 분포된다. 기체 형태의 동일한 튜브 측류의 제 2 질량 유동(30)은 별개의 튜브(26)들의 제 2 서브세트의 온단부(20)에 공급되는 상태에서, 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동(28)은, 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트의 온단부(20)에 공급된다. 단일의 또는 혼합된 냉매 흐름(31)은, 튜브 측류의 제 1 및 제 2 질량 유동들(각각, 28 및 30)에 냉각을 제공하기 위해서, 주 열교환기의 냉단부(22)에 도입되어 쉘 측(16) 상에서 기화된다. 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트의 냉단부(22)로부터 액체로서 제거되는 튜브 측류의 제 1 질량 유동(28)의 출구 온도는 제 1 신호(41)를 발생시키는 제 1 온도 센서(32)를 사용하여 측정된다. 별개의 튜브들(26)의 제 2 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 튜브 측류의 제 2 질량 유동(30)의 출구 온도는, 제 2 신호(43)를 발생시키는 제 2 온도 센서(34)를 사용하여 측정된다. 제 1 신호(41)는 제어 장치(40)에 의해 제 2 신호(43)와 비교되며, 이 제어 장치는 제 2 질량 유동의 출구 온도와 제 1 질량 유동의 출구 온도를 동등화하는 관점에서 제 1 질량 유동(28)과 제 2 질량 유동(30) 중 하나 또는 양자를 조절하도록 질량 유동 조절 수단(45)과 연통한다. 최대 제어를 위해서, 질량 유동 조절 수단(45)은 제 1 질량 유동(28)을 조정하는 제 1 질량 유동 조절 수단(47)과 제 2 질량 유동(30)을 조정하는 제 2 질량 유동 조절 수단(49)을 포함한다.
이상적으로는, 최대 효율을 위해서, 제 1 질량 유동(28)의 출구 온도가 제 2 질량 유동(30)의 출구 온도와 근본적으로 동등해야 하지만, 용어 "동등"은, 본 명세서 및 청구범위 전체에서, 제 1 질량 유동의 출구 온도가 제 2 질량 유동의 출구 온도에 더욱 근접하게 접근하는 결과를 얻기 위해서 제 1 질량 유동 및 제 2 질량 유동중 하나 이상의 증분(incremental) 조절을 언급하는 데 사용된다.
본 발명의 프로세스 및 장치가 액화 천연 가스를 얻기 위해서 기체 상태의 메탄 부화 공급물의 액화를 위해 사용된다면, 조절되는 튜브 측류의 질량 유동은, 제 1 튜브 측류(62); 제 2 튜브 측류(64); 또는 제 3 튜브 측류(66) 중 하나 또는 그 보다 많을 수 있다. 주 열교환기의 열 프로파일의 리밸런싱을 실행하기 위해서 질량 유동의 조절을 받게 되는 하나 이상의 튜브 측류의 선택은, 다수의 관련 인자들, 우세하게는, 별개의 튜브들의 각각의 서브세트에 대해 냉단부에서 측정된 온도 차이의 크기에 따른다. 주 열교환기가 둘 이상(more than one)의 상이한 유형의 튜브 측류(예컨대, 제 1 튜브 측류로서 천연 가스 흐름 및 제 2 튜브 측류로서 냉매)를 열처리하기 위해 사용되면, 이후 제 1 튜브 측류의 출구 온도가 제 2 튜브 측류의 출구 온도와 약간 상이할 수 있음이 상정된다. 본 발명의 주된 특징은, 튜브 측류의 각각의 상이한 유형에 대한 출구 온도가 튜브 다발을 통해 상기 튜브 측류의 각각의 질량 유동에 대해 동일한 것을 보장하는 것에 기초하여 별개의 튜브들의 서브세트에 의해 별개의 튜브들의 서브세트 상에서 튜브 측류의 각각의 상이한 유형의 질량 유동이 조절된다는 점이다.
이하, 주 열교환기(12)에서 천연 가스의 형태인 기체 상태의 메탄 부화 공급물 가스를 액화하는 플랜트(10)를 개략적으로 예시하는 도 2를 참조한다. 이 실시예에서, 주 열교환기(12)의 벽(14)은, 온단부(52)와 냉단부(54)를 갖는 따뜻한 튜브 다발(50) 및 온단부(58)와 냉단부(60)를 갖는 차가운 튜브 다발(56)을 포함하는 2 개의 튜브 다발들이 그 안에 배열되는 쉘 측(16)을 규정한다. 따뜻한 튜브 다발(50)은 주 열교환기(12)의 온단부(20)를 향해 배열되고, 차가운 튜브 다발(56)은 주 열교환기(12)의 냉단부(22)를 향해 배열된다. 도 2에 예시된 실시예에서, 튜브 다발은 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 제 1 튜브 측류(62), 제 2 튜브 측류(64) 및 제 3 튜브 측류(66)를 수용하기 위해서 배열된다. 그러나, 본 발명은, 임의로 부여된 튜브 측류 중 제 1 질량 유동이 별개의 튜브들의 제 1 서브세트를 통해 흐르도록 지향되고 상기 튜브 측류 중 제 2 질량 유동이 각각의 튜브들의 제 2 서브세트를 통해 흐르도록 지향되며, 이들 별개의 튜브의 제 1 및 제 2 서브세트 각각이 코일 권선식 튜브 다발을 가로질러 반경 방향으로 균일하게 분배되는 경우에만 단지 하나 또는 두 개의 튜브 측류들에 의해 작동하는 주 열교환기에 동일하게 적용한다.
도 2에 예시된 실시예에서, 제 1 튜브 측류(62)는 기체 상태의 메탄 부화 공급물로서 따뜻한 튜브 다발(50)에 상승된 압력으로 진입하며, 상기 공급물은 따뜻한 튜브 다발(50)의 냉단부(54)로부터 차가운 튜브 다발(56)의 온단부(58) 내로 공급물이 통과할 때까지 액화되고 부분적으로 과냉된다(sub-cooled). 제 1 튜브 측류(62)는 부분적으로 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발(56)의 온단부(58)에 진입하고, 추가로 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발(56)의 냉단부(60)를 나간다. 차가운 튜브 다발(56)을 통해 통과함에 따라, 제 1 튜브 측류(62)는 차가운 튜브 다발(56)의 쉘 측(16) 상에서 점진적으로 증발된 우세한 액체의 경질 냉매 흐름(68)과 열교환한다. 그 결과로 발생한 과냉된 액화형의 제 1 튜브 측류(70)가 스토리지(72)에 지향되기 이전에 주 열교환기(12)의 냉단부(22)로부터 제거된다.
주 열교환기(12)의 온단부(20)에서 쉘 측(16)으로부터 제거된 기화된 혼합 냉매 흐름(74)은, 기화된 냉매 흐름(74)이 고압 냉매 흐름(80)을 형성하기 위해 압축되는 제 1 및 제 2 냉매 압축기들(76 및 78)에 공급된다. 이후, 고압 냉매 흐름(80)이 부분적으로 응축되는 혼합 냉매 흐름(84)을 생산하기 위해서 냉각되는 하나 또는 그 보다 많은 열교환기(82)로 지향되며, 상기 혼합 냉매 흐름은 이후 액체 형태의 중질 냉매 부분(fraction)(88)과 기체 형태의 경질 냉매 부분(90)으로 분리되도록 분리기(86)로 지향된다. 중질 냉매 부분(88)은 액체로서 따뜻한 튜브 다발(50)의 온단부(52)에 진입하며 과냉된 중질 냉매 흐름(92)으로서 따뜻한 튜브 다발(56)의 냉단부(54)를 나가는 제 2 튜브 측류(64)가 된다. 이렇게 함으로써, 중질 냉매의 제 2 튜브 측류는 주 열교환기의 따뜻한 튜브 다발을 통해 통과함에 따라 항상 액체로 유지된다.
따뜻한 튜브 다발(50)의 냉단부(54)에서 제거된 과냉된 중질 냉매 흐름(92)은, 제 1 팽창 장치(94), 예컨대 줄-톰슨 밸브("J-T 밸브")를 가로질러 팽창되어 감압된 중질 냉매 흐름(96)을 형성하고, 이 감압된 중질 냉매 흐름은 이후 따뜻한 튜브 다발(50)의 냉단부(54)와 차가운 튜브 다발(56)의 온단부(58) 사이의 중간 위치에서 주 열교환기(12)의 쉘 측(16) 내로 도입된다. 이로써, 감압된 중질 냉매 흐름(96)은 쉘 측에서의 기화를 허용하게 되며, 이에 의해 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류(각각, 62, 64 및 66)들이 따뜻한 튜브 다발(50)을 통해 통과함에 따라 이들 측류의 유체들을 냉각시키는 냉매 흐름(31)들 중 하나이다.
분리기(86)로부터 경질 냉매 부분(90)의 일부는 기체로서 따뜻한 튜브 다발(50)의 온단부(52) 내로 도입되는 제 3 튜브 측류(66)가 되고, 그리고 과냉된 액체의 경질 냉매 흐름(100)으로서 차가운 튜브 다발(56)의 냉단부(60)를 나간다. 보다 자세하게는, 제 3 튜브 측류(66)는 이 측류가 따뜻한 튜브 다발(50)을 통과함에 따라 기체로부터 액체로 냉각되고 부분적으로 과냉되고, 이 측류가 차가운 튜브 다발(56)을 통과함에 따라 과냉 액체로 더 냉각된다. 주 열교환기(12)의 냉단부(22)로부터 제거된 과냉된 경질 냉매 흐름(100)은 제 2 팽창 장치(102), 예컨대 유압 터빈(hydraulic turbine)을 통해 팽창되어 감압을 유발하여 감압된 경질 냉매 흐름(104)을 발생시킨다. 이에 의해, 감압된 경질 냉매 흐름(104)은 주 열교환기(12)의 쉘 측(16) 내로 도입되는 다른 냉매 흐름(31)들이다. 이 경우에, 감압된 경질 냉매 흐름(104)은 차가운 튜브 다발(56)에 냉각을 제공하기 위해서 쉘 측(16)에서 기화되기 시작하고, 이에 의해 제 1 및 제 3 튜브 측류(각각, 62 및 66)들의 유체들이 차가운 튜브 다발(56)을 통해 이동함에 따라 이들 측류들의 유체들을 냉각시킬 뿐만 아니라 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류(각각, 62, 62 및 66)들의 유체들이 따뜻한 튜브 다발(50)을 통해 이동함에 따라 이들 측류들의 유체들에 냉각을 제공한다.
예시로서, 제 1 튜브 측류(62)의 제 1 질량 유동(28)의 출구 온도는 차가운 튜브 다발(56)의 냉단부(60)에서 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트에 대해 측정되며, 제어 장치(40)를 사용하여 차가운 튜브 다발(56)의 냉단부(60)에서의 별개의 튜브(26)들의 제 2 서브세트에 대한 제 1 튜브 측류(62)의 제 2 질량 유동(30)의 출구 온도와 비교된다. 제 1 질량 유동(28)의 출구 온도가 제 2 질량 유동(30)의 출구 온도보다 높다면, 이후 제 1 질량 유동(28)은, 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하기 위해서, 제 2 질량 유동(30)에 대해 하방으로 조절된다. 이러한 하방 조절은, 제 1 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트로 감소 또는 제한하기 위해서 제 1 질량 유동 조절 수단(45)을 사용하여 이루어진다. 그 결과, 별개의 튜브(26)들의 제 2 서브세트로의 제 1 튜브 측류의 제 2 질량 유동(30)은, 튜브 다발을 통과하는 제 1 튜브 측류의 전체 질량 유속이 변화되지 않음(주 열교환기의 온단부 내로의 전체 질량 유동이 주 열교환기의 상류 또는 하류로 제어되기 때문임)에 따라 효과적으로 증가한다.
유사하게, 추가의 예시로서, 제 2 튜브 측류(64)의 제 1 질량 유동(28)의 출구 온도는, 따뜻한 튜브 다발(50)의 냉단부(54)에서의 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트에 대해 측정되고, 따뜻한 튜브 다발(50)의 냉단부(54)에서의 별개의 튜브(26)들의 제 2 서브세트에 대해 제 2 튜브 측류(64)의 제 2 질량 유동(30)의 출구 온도와 비교될 수 있다. 제 1 질량 유동(28)의 출구 온도가 제 2 질량 유동(30)의 출구 온도보다 낮으면, 이후, 제 1 질량 유동(28)은 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하기 위해서 제 2 질량 유동(30)에 대해 상방으로 조절된다. 이렇게 하여, 제 1 질량 유동(28)의 출구 온도가 제 2 질량 유동(30)의 출구 온도에 더욱 근접하게 접근할 때까지 뜨거운 튜브 다발을 통과하는 제 2 튜브 측류의 질량 유동이 리밸런스된다. 제 1 질량 유동(28)은, 따뜻한 튜브 다발(56)을 통과하는 제 2 튜브 측류의 전체 질량 유속이 변화되지 않음에 따라 제 2 질량 유동(30)을 감소시키거나 제한하기 위해서 제 2 질량 유동 조절 수단(47)을 사용하여 상방으로 조절된다.
본 발명은, 액화 프로세스의 주 열교환기의 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류들 중 하나, 두 개 또는 세 개 모두를 리밸런싱하기 위해 적용될 수 있다. 제 1 및 제 2 질량 유동 조절 수단(각각, 45 및 47) 중 하나 또는 양자를 사용하는 별개의 튜브들의 서브세트로의 질량 유동들의 조절은 튜브 다발의 온단부 또는 냉단부에서 발생할 수 있다. 제 1 및 제 2 조절 수단은 밸브의 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 별개의 튜브들의 부여된 서브세트로의 튜브 측류의 질량 유동의 제한은, 상기 서브세트의 별개의 튜브들의 개수를 효과적으로 감소시킴으로써 상기 서브세트의 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 플러깅시킴으로써 이루어진다. 예시로서, 제 1 질량 유동 조절 수단(45)은, 제 2 질량 유동(30)의 레이트에 대한 제 1 질량 유동(28)의 레이트를 감소시키기 위해서 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트 내에서 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들에 삽입되는 플러그의 형태인 유동 제한 수단의 형태를 취할 수 있다. 유사한 방식으로, 제 2 질량 유동 조절 수단(47)은, 제 1 질량 유동(28)의 레이트에 대한 제 2 질량 유동(30)의 레이트를 감소시키기 위해서 별개의 튜브(26)들의 제 2 서브세트 내에서 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들에 삽입되는 플러그의 형태를 취할 수 있다. 별개의 튜브들의 플러깅 작용은 다발로부터 이들을 제거하는 것과 유사하다.
별개의 튜브들의 부여된 서브세트로의 튜브 측류의 질량 유동의 제한은, 상기 서브세트에서 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 물리적으로 제거함으로써 상기 서브세트에서 별개의 튜브들의 개수를 감소시킴으로써 이루어질 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 질량 유동 조절 수단(각각, 45 및 47) 중 하나 또는 양자는 튜브 바이 튜브(tube-by-tube) 베이스 상에서 별개의 튜브들의 서브세트를 통과하는 튜브 측류의 질량 유동을 부분적으로 제한하는데 사용된다. 예시로서, 제 1 질량 유동 조절 수단(45)이 별개의 튜브(24)들의 제 1 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들로 제 1 질량 유동(28)을 제한하는 밸브의 형태를 취할 수 있다. 유사한 방식으로, 제 2 질량 유동 조절 수단(47)이 별개의 튜브(26)들의 제 2 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들로 제 2 질량 유동(30)을 제한하는 밸브의 형태를 취할 수 있다. 별개의 튜브들의 부여된 서브세트로의 튜브 측류의 질량 유동의 제한은, 상기 서브세트의 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 제거함으로써 상기 서브세트에서의 별개의 튜브들의 개수를 효과적으로 감소시킴으로써 이루어질 수 있다.
별개의 튜브들의 상이한 서브세트들에 대해 측정된 출구 온도들의 차이를 보상하기 위해서 흐름이 제한되거나 플러깅되어야 하는 임의로 부여된 서브세트 내에서 별개의 튜브들의 개수를 결정하는 것은 당업자에게는 일상적인 문제로 상정된다. 선택 프로세스는 당 분야에서 잘 알려진 모델링 기술들을 이용하여 도움받을 수 있다.
본 명세서에서 인용된 특허들 각각은 참조에 의해 본원에 포함된다. 종래 기술의 다수의 공보들이 본원에 참조되고 있지만, 이러한 참조는, 이들 문헌들 중 일부가 당 분야의 공통의 일반적인 지식의 일부를 형성하는 것이 호주 또는 다른 나라에서 허용되는 것을 성립시키지는 않는다는 점은 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 요약서, 명세서 및 후속하는 청구범위들에서, 언어 또는 필요한 암시를 표현함으로 인하여 문맥이 다른 방식을 필요로 하는 경우를 제외하고는, 용어" 포함하는" 또는 "포함하는"의 변형들은 총괄적인 의미로 사용되며, 즉 전술한 특징들의 존재를 상세하지만 본 발명의 다양한 실시예들의 추가의 특징들의 존재 또는 부가를 제외하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들이 상세히 기술되고 있지만, 본 발명의 기본 개념들로부터 벗어나지 않고 다양한 변형예들 및 변경예들이 만들어질 수 있음이 관련 분야의 당업자에게 명확해질 것이다. 이러한 모든 변형예들 및 변경예들은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려되며, 본 발명의 특징은, 전술한 명세서 및 첨부의 특허청구범위들로부터 결정된다.

Claims (38)

  1. 온단부(warm end)와 냉단부(cold end)를 갖는 주 열교환기의 튜브 측류(side stream)를 액화시키는 프로세스로서,
    상기 주 열교환기는 쉘 측을 규정하는 벽을 포함하며, 상기 쉘 측 내에서 코일 권취식 튜브 다발이 배열되는, 프로세스에 있어서,
    a) 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 온단부에 제공하는 단계로서, 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트는 튜브 다발을 가로질러 반경 방향으로 균일하게 분배되는, 제공하는 단계;
    b) 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 온단부에 제공하는 단계로서, 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트는 튜브 다발을 가로질러 반경 방향으로 균일하게 분배되는, 제공하는 단계;
    c) 제 1 질량 유동과 제 2 질량 유동에 냉각을 제공함으로써 튜브 측류가 액체로 되도록 상기 쉘 측 상에서 냉매 흐름을 기화시키는 단계;
    d) 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 1 질량 유동의 출구 온도를 측정하는 단계;
    e) 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 2 질량 유동의 출구 온도를 측정하는 단계; 및
    f) 상기 단계 d)에서 측정된 제 1 질량 유동의 출구 온도와 상기 단계 e)에서 측정된 제 2 질량 유동의 출구 온도를 비교하는 단계를 포함하며,
    상기 프로세스에서, 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 이상이 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 측정된 제 1 질량 유동의 출구 온도는 상기 e) 단계에서 측정된 제 2 질량 유동의 온도보다 더 높고, 상기 제 1 질량 유동은 제 2 질량 유동에 비해 감소되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 측정된 제 1 질량 유동의 출구 온도는 상기 e) 단계에서 측정된 제 2 질량 유동의 온도보다 더 낮고, 상기 제 2 질량 유동은 제 1 질량 유동에 대해 감소되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 이상은 주 열교환기의 냉단부에 있는 제 1 또는 제 2 질량 유동들 중 하나 이상을 조절함으로써 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 이상은 주 열교환기의 온단부에 있는 제 1 또는 제 2 질량 유동들 중 하나 이상을 조절함으로써 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 질량 유동은 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 별개의 튜브들의 개수를 감소시킴으로써 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 질량 유동은 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트 중 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 플러깅 또는 제거함으로써 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 질량 유동은 별개의 튜브들의 제 1 서브세트에 공급되는 제 1 질량 유동을 제한함으로써 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 질량 유동은 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 별개의 튜브들의 개수를 감소시킴으로써 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 질량 유동은 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트 중 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 플러깅 또는 제거함으로써 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 질량 유동은 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트에 공급되는 제 1 질량 유동을 제한함으로써 조절되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브 다발은 상기 튜브 다발의 온단부를 향해 배열된 따뜻한 튜브 다발 및 상기 튜브 다발의 냉단부를 향해 배열된 차가운 튜브 다발을 포함하고, 상기 따뜻한 튜브 다발과 차가운 튜브 다발 각각은 온단부와 냉단부를 갖는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 튜브 측류는, 액체로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부에 진입하고 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발의 냉단부를 나가는 제 1 튜브 측류인,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 튜브 측류는, 따뜻한 튜브 다발의 온단부로부터 차가운 튜브 다발의 온단부 내로 통과할 때까지 적어도 부분적으로 액화되었던 기체 상태의 메탄 부화 공급물로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부에 진입하는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 튜브 측류는 액체로서 차가운 튜브 다발의 온단부로 진입하고 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발의 냉단부를 나가는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 과냉된 액체는 스토리지(storage)로 지향되기 이전에 주 열교환기의 차가운 튜브 다발의 냉단부로부터 제거되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 튜브 측류는 차가운 튜브 다발의 쉘 측에서 점진적으로 증발되는(boiled off) 우세한 액체의 경질(light) 냉매 흐름에 의해 열교환 하는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 주 열교환기의 쉘 측의 온단부로부터 제거되는 기화된 냉매는, 기화된 냉매가 고압 냉매 흐름을 형성하도록 내부에서 압축되는 제 1 및 제 2 냉매 압축기들에 공급되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 고압 냉매 흐름은 이후 액체 형태의 중질(heavy) 냉매 부분과 기체 형태의 경질 냉매 부분을 분리하도록 분리장치로 지향되는 부분적으로 응축된 냉매 흐름을 생산하기 위해 냉각되는 열교환기로 지향되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 중질 냉매 부분은, 액체로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부에 공급되고 액체 형태의 과냉된 중질 냉매 흐름으로서 따뜻한 튜브 다발의 냉단부를 나가는 제 2 튜브 측류가 되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 따뜻한 튜브 다발의 냉단부에서 제거된 과냉된 중질 냉매 흐름은, 이후 따뜻한 튜브 다발의 냉단부와 차가운 튜브 다발의 온단부 사이의 중간 위치에서 주 열교환기의 쉘 측 내로 도입되는 감압된 중질 냉매 흐름을 형성하기 위해서 제 1 팽창 장치를 가로질러 팽창되며,
    상기 감압된 중질 냉매 흐름은 쉘 측에서 기화하는 것이 허용되며, 이에 의해 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류들의 유체들이 따뜻한 튜브 다발을 통해 통과함에 따라 이들 측류들의 유체들을 냉각시키는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 분리 장치로부터 경질 냉매 부분의 일부는, 기체로서 따뜻한 튜브 다발의 온단부로 도입되며 과냉된 액체로서 차가운 튜브 다발의 냉단부를 나가는 제 3 튜브 측류가 되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 3 튜브 측류는, 따뜻한 튜브 다발을 통해 통과함에 따라 기체로부터 액체로 냉각되며, 차가운 다발을 통해 통과함에 따라 액체로부터 과냉된 액체로 냉각되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 차가운 튜브 다발의 냉단부로부터 제거된 과냉된 경질 냉매 흐름은, 감압을 유발하고 감압된 경질 냉매 흐름을 생산하도록 제 2 팽창 장치를 통해 팽창되는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 감압된 경질 냉매 흐름은, 주 열교환기의 냉단부에서 주 열교환기의 쉘 측 내로 도입되고,
    상기 감압된 경질 냉매 흐름은 쉘 측에서 기화되는 것이 허용되며, 이에 의해 제 1 및 제 3 튜브 측류들의 유체들이 차가운 튜브 다발을 통해 이동함에 따라 제 1 및 제 3 튜브 측류들의 유체들을 냉각시킬 뿐만 아니라 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류들의 유체들이 따뜻한 튜브 다발을 통해 이동함에 따라 제 1, 제 2 및 제 3 튜브 측류들의 유체들에 냉각을 제공하는,
    주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  26. 튜브 측류를 액화시키며 사용시 온단부와 냉단부를 갖는 주 열교환기로서,
    내부에 코일 권취식 튜브 다발이 배열되는 쉘 측을 규정하는 벽;
    별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 온단부에 기체 형태의 튜브 측류의 제 1 질량 유동을 제공하는 제공 수단으로서, 상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트는 튜브 다발을 반경 방향으로 가로질러 균일하게 분배되는, 제공 수단;
    별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 온단부에 기체 형태의 튜브 측류의 제 2 질량 유동을 제공하는 제공 수단으로서, 상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트는 튜브 다발을 반경 방향으로 가로질러 균일하게 분배되는, 제공 수단;
    냉매 흐름의 기화에 의해 제 1 질량 유동과 제 2 질량 유동에 냉각을 제공함으로써 튜브 측류가 액체가 되게 하기 위해 쉘 측에 냉매 흐름을 제공하는 분배 장치;
    상기 별개의 튜브들의 제 1 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 1 질량 유동의 출구 온도를 나타내는 제 1 신호를 발생시키는 제 1 온도 센서;
    상기 별개의 튜브들의 제 2 서브세트의 냉단부로부터 액체로서 제거되는 제 2 질량 유동의 출구 온도를 나타내는 제 2 신호를 발생시키는 제 2 온도 센서;
    상기 제 1 질량 유동의 출구 온도와 상기 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하도록 제 1 및 제 2 질량 유동들 중 하나 또는 양자를 조절하는 질량 유동 조절 수단과 연통하는 제어 장치를 포함하는,
    주 열교환기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 제 1 신호가 제 2 신호보다 높을 때 제 2 질량 유동에 비해 제 1 질량 유동을 감소시키기 위해서 질량 유동 조절 수단과 연통하는,
    주 열교환기.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 제 1 신호가 제 2 신호보다 낮을 때 제 1 질량 유동에 대해 제 2 질량 유동을 감소시키기 위해서 질량 유동 조절 수단과 연통하는,
    주 열교환기.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 유동 조절 수단은, 주 열교환기의 냉단부의 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하기 위해 제 1 질량 유동 및 제 2 질량 유동중 하나 또는 양자를 조절하도록 구성되는,
    주 열교환기.
  30. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 유동 조절 수단은, 주 열교환기의 온단부의 제 1 질량 유동의 출구 온도와 제 2 질량 유동의 출구 온도를 동등화하기 위해 제 1 질량 유동 및 제 2 질량 유동중 하나 또는 양자를 조절하도록 구성되는,
    주 열교환기.
  31. 제 26 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 유동 조절 수단은 제 1 질량 유동을 조정하는 제 1 질량 유동 조절 수단을 포함하는,
    주 열교환기.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 질량 유동 조절 수단은, 제 2 질량 유동의 레이트에 대한 제 1 질량 유동의 레이트를 감소시키기 위해서 별개의 튜브들의 제 1 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들에 삽입되는 플러그인,
    주 열교환기.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 질량 유동 조절 수단은, 별개의 튜브들의 제 1 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들을 제한하는 밸브인,
    주 열교환기.
  34. 제 26 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질량 유동 조절 수단은 제 2 질량 유동을 조정하는 제 2 질량 유동 조절 수단을 포함하는,
    주 열교환기.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 2 질량 유동 조절 수단은, 제 1 질량 유동의 레이트에 대한 제 2 질량 유동의 레이트를 감소시키기 위해서 별개의 튜브들의 제 2 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들에 삽입되는 플러그인,
    주 열교환기.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 2 질량 유동 조절 수단은, 제 2 질량 유동을 별개의 튜브들의 제 2 서브세트 내에 있는 하나 또는 그 보다 많은 별개의 튜브들로 제한하는 밸브인,
    주 열교환기.
  37. 첨부 도면을 참조하여 본원에 기재되고 그리고 첨부 도면에 예시된 바와 같이 실질적으로 주 열교환기의 튜브 측류를 액화시키는 프로세스.
  38. 첨부 도면을 참조하여 본원에 기재되고 그리고 첨부 도면에 예시된 바와 같이 실질적으로 튜브 측류를 액화시키는 주 열교환기 프로세스.
KR1020127028691A 2010-03-31 2011-03-31 튜브 측류를 액화시키는 프로세스에서의 주 열교환기의 리밸런싱 KR101728996B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2010901399 2010-03-31
AU2010901399A AU2010901399A0 (en) 2010-03-31 Rebalancing a main heat exchanger in a process for liquefying a tube side stream
PCT/AU2011/000374 WO2011120097A1 (en) 2010-03-31 2011-03-31 Rebalancing a main heat exchanger in a process for liquefying a tube side stream

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130092390A true KR20130092390A (ko) 2013-08-20
KR101728996B1 KR101728996B1 (ko) 2017-05-02

Family

ID=44711235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127028691A KR101728996B1 (ko) 2010-03-31 2011-03-31 튜브 측류를 액화시키는 프로세스에서의 주 열교환기의 리밸런싱

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9562718B2 (ko)
EP (1) EP2561294B1 (ko)
JP (1) JP5896984B2 (ko)
KR (1) KR101728996B1 (ko)
CN (1) CN103124886B (ko)
AU (1) AU2011235611B2 (ko)
CY (1) CY1122697T1 (ko)
ES (1) ES2746508T3 (ko)
LT (1) LT2561294T (ko)
WO (1) WO2011120097A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3230677B1 (en) 2014-12-12 2019-02-20 Koninklijke Philips N.V. Cooling apparatus for cooling a fluid by means of surface water
US11835271B1 (en) 2019-03-05 2023-12-05 Booz Allen Hamilton Inc. Thermal management systems
US11561049B2 (en) * 2020-05-05 2023-01-24 Air Products And Chemicals, Inc. Coil wound heat exchanger

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3450105A (en) * 1967-06-19 1969-06-17 Phillips Petroleum Co Temperature balancing of multipass heat exchanger flows
AT278863B (de) * 1968-01-15 1970-02-10 Waagner Biro Ag Verfahren und Einrichtung zur Vergleichmäßigung des Wärmeüberganges
US4208198A (en) * 1976-03-25 1980-06-17 Phillips Petroleum Company Stepwise turndown by closing heat exchanger passageways responsive to measured flow
JPS5933828B2 (ja) 1979-07-09 1984-08-18 川崎重工業株式会社 熱交換器
JPS63161391A (ja) * 1986-12-23 1988-07-05 Seiichi Konaka 管又は筒状流路集合体熱又は物質の交換移動装置
US4970867A (en) * 1989-08-21 1990-11-20 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction of natural gas using process-loaded expanders
JPH05118728A (ja) * 1991-10-24 1993-05-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 過冷却水製造装置用過冷却器
DZ2671A1 (fr) * 1997-12-12 2003-03-22 Shell Int Research Processus de liquéfaction d'un produit alimenté gazeux riche en méthane pour obtenir un gaz natural liquéfié.
TW477890B (en) * 1998-05-21 2002-03-01 Shell Int Research Method of liquefying a stream enriched in methane
US6347532B1 (en) * 1999-10-12 2002-02-19 Air Products And Chemicals, Inc. Gas liquefaction process with partial condensation of mixed refrigerant at intermediate temperatures
TWI314637B (en) * 2003-01-31 2009-09-11 Shell Int Research Process of liquefying a gaseous, methane-rich feed to obtain liquefied natural gas
JP2005314446A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガス液化装置とガス液化方法
DE102007036181A1 (de) * 2006-08-04 2008-02-07 Linde Ag Gewickelter Wärmetauscher mit mehreren Rohrbündellagen
CN100565060C (zh) * 2007-04-28 2009-12-02 重庆大山燃气设备有限公司 一种天然气液化的方法及其装置
DE102007059541A1 (de) * 2007-12-11 2009-06-25 Linde Aktiengesellschaft Wärmetauscher

Also Published As

Publication number Publication date
CY1122697T1 (el) 2021-12-31
AU2011235611A1 (en) 2012-10-25
EP2561294A4 (en) 2018-03-21
CN103124886A (zh) 2013-05-29
EP2561294A1 (en) 2013-02-27
ES2746508T3 (es) 2020-03-06
US20130111947A1 (en) 2013-05-09
KR101728996B1 (ko) 2017-05-02
AU2011235611B2 (en) 2014-06-26
JP5896984B2 (ja) 2016-03-30
JP2013530365A (ja) 2013-07-25
LT2561294T (lt) 2019-09-25
US9562718B2 (en) 2017-02-07
CN103124886B (zh) 2016-02-24
WO2011120097A1 (en) 2011-10-06
EP2561294B1 (en) 2019-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101843819B1 (ko) 튜브 측류 냉각용 주 열교환기 및 튜브 측류 냉각 방법
EA002008B1 (ru) Способ сжижения газообразного обогащенного метаном сырья с получением сжиженного природного газа
RU2749627C2 (ru) Способ сжижения углеводородного сырьевого потока
KR101728996B1 (ko) 튜브 측류를 액화시키는 프로세스에서의 주 열교환기의 리밸런싱
AU2007324597B2 (en) Method and apparatus for providing uniformity of vapour and liquid phases in a mixed stream
US20160209118A1 (en) Shell-Side Fluid Distribution in Coil Wound Heat Exchangers
RU2765593C1 (ru) Витой теплообменник
US12085334B2 (en) Method for liquefying natural gas with improved injection of a mixed refrigerant stream
JP2014224204A (ja) ガス製造方法及びガス製造設備
RU2807843C1 (ru) Витой теплообменник
US20240288223A1 (en) Controllable injection for implementing different local refrigerant distribution
US12050057B2 (en) Method and system for controlling refrigerant composition in case of gas tube leaks in a heat exchanger
US20230147084A1 (en) Mitigation of Shell-Side Liquid Maldistribution in Coil Wound Heat Exchanger Bundles
RU2022104730A (ru) Способ сжижения природного газа с усовершенствованным введением смешанного охлаждающего потока

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant