NO328493B1

NO328493B1 - System og fremgangsmåte for regulering av kjøleprosess

Info

Publication number: NO328493B1
Application number: NO20076291A
Authority: NO
Inventors: Inge L Nilsen
Original assignee: Kanfa Aragon As
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2010-03-01
Also published as: AU2008332005A1; KR20100118564A; NO20076291L; JP5410443B2; JP2011506894A; BRPI0820929A2; CA2711372A1; EP2229567A1; WO2009072900A1; EP2229567B1; AU2008332005B2; US9528758B2; BRPI0820929B1; US20100236286A1; CA2711372C; EP2229567A4

Abstract

Det omtales en fremgangsmåte og tilhørende system for regulering av kjølekapasiteten for et kjølesystem som benytter en gassekspansjonskjølekrets der kjøleprinsippet er ekspansjon av en eller flere gassformige kjølemiddelstrømmer fra et høyere trykk til et lavere trykk, kjennetegnet ved de følgende trinn: - å redusere kjølemiddelmengde som sirkuleres i kjølekretsen (100) midlertidig ved at en andel gassformig kjølemiddel forkjøles ved et høyere trykk og trekkes ut av kjølekretsen (100), - å ekspandere en andel nedkjølt gassformig kjølemiddel over en ekspansjonsinnretning (102) til et lavere trykk slik at det skilles ut minst en andel av kjølemiddelet i form av kald væske, - å separere den utskilte væsken fra den ikke-kondensert gass for midlertidig lagring i en lagringsenhet (104), slik at væsken midlertidig ikke sirkuleres i den ellers lukkede kjølekretsen (100), - å deretter tilbakeføre midlertidig lagret væskeformig kjølemiddel fra lagringsenheten (104) til kjølekretsen (100) ved behov, og - å returnere ikke-kondensert gass og gassfordampet kjølemiddel fra lagingsenheten (104) til egnet sted i kjøle-kretsen (100).

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system for å regulere kjølekapasiteten for et kjølesystem som benytter en kjølekrets for gassekspansjonskjøling, slik det framgår av innledningen i de etterfølgende patentkrav 1 og 16, respektive.

Kjøleprosesser som benytter gassekspansjon som kjøleprinsipp er ofte benyttet der hvor det behøves et enkelt og robust kjøleanlegg for nedkjøling av gass eller væske til meget lave temperaturer, så som ved flytendegjøring av naturgass til LNG, eller ved kryogenisk separasjon av luft. Gass-ekspansjonsprosessen er vanligvis basert på den klassiske Brayton/Claude kjøleprosessen hvor et gassformig kjølemiddel gjennomgår en arbeidskrets basert på kompresjon, kjøling, ekspansjon og deretter varmeveksling med fluidet som skal nedkjøles. F.eks. kan man for flytendegjøring av naturgass benytte et forkjølt komprimert kjølemiddel i gassfase, vanligvis nitrogen eller hydrokarbongass, eller en blanding, som forkjøles og ekspanderes over en turbin (f.eks. en radialturbin/turboekspander) eller en ekspansjonsventil. Gassekspansjonen medfører at det genereres meget kald gass, eller en blanding av gass og væske, som så blir benyttet til å flytendegjøre naturgass og til å forkjøle den komprimerte kjølegassen. Gassekspansjonsprosessene er relativt enkle og derfor godt egnet for offshore installasjon. Prosessene kan være basert på en enkel ekspansjonssløyfe, eller ha to eller flere parallelle eller seriekoblede ekspansjonstrinn, hvor de forskjellige ekspansjonstrinnene opererer ved ulike prosessbetingelser (trykk, temperatur, strømningsmengde) for å øke prosessens effektivitet. Felles for de fleste prosessene er imidlertid at kjølemiddelet foreligger hovedsakelig i gassfase gjennom hele prosessforløpet.

Siden kjølemiddelet i gassekspansjonsprosesser hovedsakelig foreligger som gass i hele systemet vil kapasitetsregulering av disse prosessene ofte by på utfordringer. Kapasitetsregulering er relevant når det kreves mindre kjølearbeid for å utføre ønsket kjøling og/eller flytendegjøring, f.eks. når det strømmer mindre fluid som skal kjøles eller kondenseres gjennom systemet, eller når fluidet som skal kjøles eller flytendegjøres endrer sammensetning slik at spesifikt kjølearbeid reduseres. Redusert kapasitet kan i begrenset omfang gjøres ved at kjølekompressorens pådrag reduseres, f.eks. ved variable innløpsskovler (guide vanes) eller turtallsregulering, eller ved at det resirkuleres gass fra utløp og tilbake til kompressorens innløp. Ved redusert volumstrømning av kjølemiddel vil man imidlertid også få problemer med regulering av ekspansjonsturbinen, og det kan oppstå en situasjon der man ikke klarer å oppnå den ønskede lave temperatur som er nødvendig i prosessen.

Som følge av de utstyrsrelaterte begrensningene for reduksjon av kjølekapasiteten i prosessen benyttes vanligvis et annet prinsipp der den lukkede kjølekretsens innhold av kjølemiddel reduseres (fjernes permanent eller midlertidig fra den lukkede sløyfen) . På denne måten vil man kunne redusere driftstrykket i hele kjølekretsen, både på høytrykksiden og lavtrykksiden. Vanligvis benyttes det radialkompressorer og radialturbiner i slike kjøleprosesser, og siden kompresjonen eller ekspansjonen i disse maskinene er volumbaserte vil utstyret fortsette å håndtere et relativt bestemt volum (aktuelt volum) pr tidsenhet. Ved å redusere driftstrykkene vil man således sirkulere samme aktuelle volumstrøm men en lavere massestrøm. På denne måten oppnås lavere kjøleeffekt og en tilsvarende reduksjon av nødvendig kompresjonsarbeid, mens maskineriet vil operere noenlunde nær designpunktene sine.

Utfordringen med sistnevnte metode for kapasitetsregulering er tap av kjølegass ved en midlertidig reduksjon av kjøle-kapasiteten. I et stort anlegg vil man f.eks. måtte bruke meget lang tid på å tilføre store mengder kjølegass med riktig kvalitet, f.eks. renset nitrogen, etter en periode med kapasitetsreduksjon. Det vil da ta lang tid å kjøre opp kapasiteten igjen. Alternativer med lagring eller "innesperring" av gass mellom de to trykknivåene som prosessen opererer mellom er benyttet, og vil kunne være et fornuftig alternativ for små anlegg. Andre løsninger omfatter lagring av kjølegass i trykkbeholdere slik at store mengder gass kan injiseres i kjølekretsen når det kreves lastpådrag.

Av eksempler på teknikk som beskrevet innledningsvis skal det refereres til US-patentpublikasjon US-2005/0091991. Her beskrives det et system og en prosess for flytendegjøring av gass, hvor det benyttes et reservoar for lagring av kald gass, eventuelt i flytende form. Når gassen slippes ut av reservoaret ekspanderer den og brukes i kjøleprosessen.

Med foreliggende oppfinnelse tar man særlig sikte på å videreutvikle kjøleprosessen som er basert på nevnte gassekspansj on.

Som det vil framgå av den etterfølgende beskrivelse, representerer den foreliggende oppfinnelse en vesentlig optimalisering av kapasitetsregulering av gassekspansjonskretser, og spesielt for store anlegg, så som kjøleanlegg for produksjon av LNG, ved at kjøleprosessen modifiseres på en slik måte at kjølegassen enkelt kan nedkjøles og flytendegjøres på relativt kort tid for mellomlagring i flytende form, og på den måten bli midlertidig fjernet fra kjølesløyfen. Kjølesløyfen vil da operere med en lavere fyllingsgrad med påfølgende lavere operasjonstrykk og redusert kjøleeffekt. Den flytendegjorte gassen kan når som helst fordampes inn i kjølekretsen igjen for å raskt øke kjøleanleggets lastpådrag. Lagring av kjølegass i flytende form ved lav temperatur vil kreve vesentlig mindre lagrings-volum enn ved lagring av gass i komprimert form. Flytende-gjøring av kjølegassen krever heller ikke større kjøle-kapasitet i kjøleanlegget, idet flytendegjøringen utføres i en kort periode da anleggets pådrag er under reduksjon og det er overskudd av kjølekapasitet i anlegget.

Oppfinnelsen er tiltenkt bruk i alle typer gassekspansjonskretser der kjølemiddelet hovedsakelig er i gassfase i hele kjølekretsen, så som alle typer nitrogenekspansjonskretser, eller gassekspansjonskretser som benytter ren metan, naturgass, eller blanding av hydrokarboner og hvor kjøling oppnås ved å ekspandere det gassformige kjølemiddelet.

Overnevnte formål oppnås med en fremgangsmåte for regulering av kjølekapasiteten for et kjølesystem som benytter en kjølekrets for gassekspansjonskjøling, som angitt i det selvstendige krav 1, ved trinnene: å redusere kjølemiddelmengden som sirkuleres i kjølekretsen midlertidig ved at en andel gassformig kjølemiddel forkjøles ved et høyere trykk og trekkes ut av kjølekretsen, - å ekspandere andel nedkjølt gassformig kjølemiddel over en ekspansjonsinnretning til et lavere trykk slik at det skilles ut minst en andel av kjølemiddelet i form av kald væske, - å separere den utskilte væsken fra ikke-kondensert gass for midlertidig lagring i en lagringsenhet, slik at væsken midlertidig ikke sirkuleres i den ellers lukkede kjølekretsen, - å deretter tilbakeføre midlertidig lagret væskeformig kjølemiddel fra lagringsenheten til kjølekretsen ved behov, og

å returnere ikke-kondensert gass og fordampet kjølemiddel fra lagringsenheten til egnet sted i kjølekretsen.

Alternative utførelser av fremgangsmåten er angitt i de uselvstendige kravene 2-15.

Overnevnte formål oppnås også med et system for å redusere kjølekapasiteten i et kjøleanlegg basert på gassekspansjons-kjøling, som angitt i det selvstendige krav 16, omfattende: en nedkjølingsinnretning for nedkjøling av et gassformig kjølemiddel ved et høyere trykk ved hjelp av en kjøleprosess i en varmeveksler eller i et system av varmevekslere, - et uttak for en delstrøm av nedkjølt gassformig kjølemiddel, en ekspansjonsinnretning for ekspansjon av delstrømmen til en strøm ved et lavere trykk, - en lagringsenhet for separasjon av ikke-kondensert kjølemiddel og midlertidig lagring av kondensert kjølemiddel, en returinnretning for retur av ikke-kondensert kjølemiddelgass samt avdampet kjølemiddel fra lagringsenheten til egnet sted i kjølesystemet, og en tilbakeføringsinnretning for tilbakeføring av kjølemiddel fra lagringsenheten til kjølekretsen etter behov, - idet systemet er innrettet til å midlertidig fjerne kjølemiddel fra den lukkede kjølekretsen eller kjølekretsene.

En alternativ utførelse av systemet er angitt i det uselvstendige krav 17.

Beskrivelse av oppfinnelsen:

Oppfinnelsen vil nå beskrives mer detaljert med referanse til vedlagte figurer, hvori:

Figur 1 viser oppfinnelsens hovedvirkemåte.

Figur 2 viser oppfinnelsens hovedvirkemåte med alternative utførelser. Figur 3 viser oppfinnelsens hovedvirkemåte med alternative utførelser. Figur 4 viser oppfinnelsens hovedvirkemåte med alternative utførelser. Figur 5 viser oppfinnelsen for en enkel gassekspansjonskrets. Figur 6 viser oppfinnelsen for en enkel gassekspansjonskrets med alternativ utførelse. Figur 7 viser oppfinnelsen for en enkel gassekspansjonskrets med alternativ utførelse. Figur 8 viser oppfinnelsen for en enkel gassekspansjonskrets med alternativ utførelse. Figur 9 viser oppfinnelsen i en foretrukket utførelse for en totrinns gassekspansjonskrets.

Med referanse til Figur 1 og Figur 2, vil systemet for kapasitetsregulering av gassekspansjonskretsen inkludere følgende prinsipielle trekk/komponenter: 1. Nedkjøling av en andel gassformig kjølemiddel ved et høyere trykk ved hjelp av kjøleprosessen 100. 2. Uttak av nevnte andel nedkjølt kjølemiddel 12a for ekspansjon over trykkreduksjonsinnretning 102 til et lavere trykk, slik at det dannes minst en mindre fraksjon væskeformig kjølemiddel i kjølemiddelstrømmen 13

3. Et lager/en tank 104 for væskeformig kjølemiddel

4. Separasjon av kjølemiddelstrøm 13 til en strøm av ikke-kondensert kjølemiddelgass 14 og væskeformig kjølemiddel, fortrinnsvis skjer denne separasjonen i kjølemiddeltanken 104 5. Retur av ikke-kondensert kjølemiddel samt avdampet kjølemiddel fra tank 104 til egnet sted i kjølesystemet 100 6. Innretning 106 for tilbakeføring av kjølemiddel fra lagertank 104 til kjølekrets 100 etter behov ved lastøkning

Nedkjølingen av kjølemiddel ved det høyere trykket vil vanligvis være til en lavere temperatur enn den laveste forkjølingstemperaturen av kjølemiddel i hovedkjølekretsen, dvs. at kjølemiddelstrømmen som skal trekkes ut for ekspansjon over trykkreduksjonsinnretningen 102 til lavere trykk, normalt må nedkjøles ytterligere i forhold til det som kreves i kjølekretsen i normal drift. I de tilfeller kjølesystemet benytter en eller flere flerstrøms varmevekslere, f.eks. multistrøms plate-finne varmevekslere, kan nedkjølingen skje delvis som en del av ett av basiskjøle-kretsens forkjølingsgjennomløp/pass 190 og delvis som en dedikert forlengelse 191a av dette forkjølings-gjennomløp/pass. Figur 1 viser denne utførelsen i det kjølekretsens forkjølingspass 190 forlenges direkte i form av varmevekslerpass 191a, mens hovedkjølekretsens kjøle-middelstrøm 31 trekkes ut av varmeveksleren 110a i et mellomutløp i varmeveksleren. Figur 2 viser en alternativ utførelse hvor kjølemiddel først nedkjøles i kjølekretsens forkjølingspass 190 og tas ut av varmeveksleren 110a som strøm 31. Av strøm 31 tas det ut en delstrøm lia som ledes tilbake i flerstrømsvarmeveksleren 110a for ytterligere nedkjøling i varmevekslerpass 191b. Figur 3 viser noen flere prinsipielle alternative utførelser, som kan anvendes hver for seg eller samtidig. Figur 3 viser en alternativ utførelse hvor nedkjølingen av nevnte andel gassformig kjølemiddel skjer fullt ut i et eget forkjølingsgjennomløp/pass 191c i en eller flere av nevnte multistrømsvarmevekslere i varmevekslersystemet. Nedkjølingen kan alternativt også skje i egen varmeveksler ved hjelp av kjølesystemet 100. Figur 3 viser videre en utførelse hvor kjølemiddellageret 104 opereres på et trykk høyere enn mottakstrykket for retur av kjølemiddel, ved at det anvendes en trykkontrollventil som justerer trykket i 104 ved at gasstrøm tilbake til kjølekretsen begrenses. Figur 3 viser også at retur av kjølemiddel 17 kan skje via oppvarming i eget gjennomløp/pass 192 i varmeveksler 110a. Tilsvarende konfigurasjon kan benyttes også dersom det benyttes et system 110b (Figur 4) av flere varmevekslere i kjølekretsen. Figur 4 viser en alternativ utførelse hvor kjøleprosessen benytter flere flerstrømsvarmevekslere i et system av varmevekslere 110b, og hvor kjølemiddel først nedkjøles i kjøle-kretsens f orkjølingspass 190 og tas ut fra en av varme-vekslerne i systemet 110b som strøm 31. Av strøm 31 tas det ut en delstrøm lia som ledes tilbake til systemet 110b for ytterligere nedkjøling i varmevekslerpass 191a i neste varmeveksler. Figur 5 viser detaljert oppfinnelsen anvendt for en enkel gassekspansjonskrets, f.eks. en enkel nitrogenekspander kjølekrets. Det presiseres at oppfinnelsen også kan anvendes på andre typer gassekspansjonskretser med forskjellige typer kjølemiddel. Kjøleprosessen starter med en gassformig kjøle-

middelstrøm 21 ved et høyere trykk som forkjøles i gjennom-strømningspass 190 i multistrømsvarmeveksleren 110, slik at forkjølt kjølemiddel 31 kan ekspanderes over gassekspander 121 for å generere en kald kjølemiddelstrøm 32 ved et lavere trykk. Kjølemiddelstrømmen 32 er hovedsakelig i gassfase, men i enkelte design kan det tillates en mindre andel væske i likevekt med gassen på ekspanderens/turbinens utløp. Kaldt kjølemiddel 32 returneres til varmeveksleren 110 og besørger nedkjøling av både varm kjølemiddelstrøm 21 i kjølemiddel-pass 190, og nedkjøling og/eller flytendegjøring av prosess-fluider 1 i en eller flere kjølemiddelpass 193 for å gi prosessens nedkjølte produkt 7. Etter oppvarming i 110 foreligger kjølemiddelstrømmen nå som gass ved det lavere trykket i strøm 51. Denne kjølemiddelstrømmen rekomprimeres så i ett eller flere kompresjonstrinn 111 med eller uten mellomkjøling. Komprimert kjølemiddel 20 etterkjøles så ved kjøling med eksternt kjølemiddel eller ekstern kjølekrets i 130. Oppfinnelsen starter i denne sammenheng ved at det trekkes ut en kjølemiddelstrøm ved det høyere trykket etter forkjøling i varmevekslerpass 190, for videre forkjøling i pass 191a, inntil en kald kjølemiddelstrøm 12a ved det høyere trykket foreligger. Forkjølt kjølemiddel 12a ekspanderes så over en ventil 102 til det lavere trykket, eller et trykk mellom det høyere trykket og det lavere trykket, men slik at temperaturen reduseres og det genereres en blanding 13 av gass og minst en andel væske. Ventilen 102 vil i denne sammenhengen også regulere mengden kjølemiddel som trekkes ut av kjølekretsen. Gass og væske i strøm 13 separeres til en andel væske som kan lagres i en lagertank/ trykktank/separator 104 ved passende trykk, og en gasstrøm 14 som returneres på passelig sted i kjølekretsen ved det lavere trykket, f.eks. til strøm 32 som vist i Figur 5. Når systemet beskrevet over trekker ut kjølemiddel gjennom pass 191a via ventil 102, og det genereres væske i 104, reduseres innholdet av kjølemiddel i kjølekretsen tilsvarende, og

kjøleanleggets kapasitet reduseres. Når kapasiteten skal økes igjen, benyttes et passende arrangement 106 for å returnere kjølemiddel fra tanken 104 til kjølekretsen via forbindelse 16, fortrinnsvis til den del av kjølekretsens som har det lavere trykket, f.eks. som strøm 17a til kald side 32 ved det lavere trykket, eller som strøm 17b til varm side 51 ved det lavere trykket.

Arrangementet 106 for å kontrollere og returnere kjølemiddel til kjølekretsen når det ønskes økt kapasitet, vil i enkleste utførelse kunne være en ventil eller en pumpe for dosering av væsken inn i kjølekretsen. Ved bruk av ventil kan strømning av væske tilbake til en av de delene av kjølekretsen som opererer ved det lavere trykket skje vha gravitasjonsstrømning pga høydeforskjell, eller ved at lageret 104 opererer ved et høyere trykk som beskrevet i

Figur 3.

Ved bruk av en pumpe i arrangement 106 er det også mulig å returnere kjølemiddel til den del av kjølekretsen som opererer ved det høyere trykket eller en del som opereres ved et mellomtrykk. Figur 6 viser oppfinnelsen anvendt i den enkle gass-ekspans j onskretsen med en alternativ utførelse for retur av kjølemiddel fra lageret 104 til kjølekretsen, idet det benyttes et arrangement 107 for å tilføre varme til det kalde flytende kjølemiddelet i 104. På denne måten fordampes det flytende kjølemiddelet i 104 kontrollert tilbake til kjølekretsen via gasslinjen 14. Figur 7 viser oppfinnelsen anvendt i den enkle gassekspansjonskretsen med en alternativ utførelse for retur av kjølemiddel fra lageret 104 til kjølekretsen, idet det benyttes en ejektor/eduktor 108 for å kontrollert flytte kjølemiddelet tilbake til et egnet sted i kjølekretsen. Ejektoren 108 benytter en begrenset mengde drivgass 18 fra kjølekretsens høytrykkside, f.eks. fra kompressorens utløp 20 eller fra kjølemiddelstrøm 21 etter kjøler 130. Kjøle-middelet kan returneres til den del av kjølekretsen som har det lavere trykket, f. eks. som strøm 17a til kald side 32 ved det lavere trykket, eller som strøm 17b til varm side 51 ved det lavere trykket. Ejektoren vil gi en delvis fordamping av den kalde væsken 16 slik at returnerende kjølemiddel 17a/17b ikke lenger er en ren kald væske med påfølgende fare for ugunstig væske/gasstrømning i kjølekretsen i den perioden kjølemiddelretur pågår.

Figur 8 viser oppfinnelsen anvendt i den enkle gass-ekspans jonskretsen med en alternativ utførelse for retur av kjølemiddel fra lageret 104 til kjølekretsen, idet det benyttes et arrangement der en varmere kjølemiddelstrøm 18 tas fra et sted i kjølekretsen hvor trykket er noe høyere enn i lageret 104, for så å bli introdusert i 104 gjennom et egnet arrangement, f.eks. dyser, slik at varmen i den varmere gassen bidrar til en kontrollert fordamping av den kalde væsken i 104. På denne måten fordampes det flytende kjølemiddelet i 104 kontrollert tilbake til kjølekretsen via gasslinjen 14.

Et kjølesystem, f.eks. for flytendegjøring av LNG, er ofte mer omfattende / har flere detaljer enn det som er dekket i beskrivelsen over. Prinsippene for utførelse av oppfinnelsen er imidlertid de samme. For å illustrere dette, er det i

Figur 9 vist et kjølesystem for flytendegjøring av naturgass til LNG, ved bruk av en dobbel gassekspansjonskrets som benytter ren nitrogen som kjølemiddel. En gasstrøm 1 bestående av naturgass som skal f lytendegj øres kjøles ned i mer enn ett trinn i varmeveksleren 110 ved at gassen forkjøles til en mellomtemperatur 4 hvor det kan skilles ut tyngre hydrokarboner som væske i separator eller kolonne 160. Forkjølt gass 6 ledes så tilbake til varmeveksleren 110 for videre nedkjøling, kondensering og underkjøling, inntil fluidet foreligger som LNG i produktstrøm 7. Kjølekretsen omfatter nå en gassformig kjølemiddelstrøm 21 ved et høyere trykk som deles i to deler 30 og 40 som forkjøles til forskjellige temperaturer i varmeveksleren 110. Strøm 30 forkjøles til en temperatur lavere enn temperaturen i 30 og ekspanderes over gassekspander 121 for å generere en kald kjølemiddelstrøm 32 ved et lavere trykk. Kjølemiddelstrømmen 32 er hovedsakelig i gassfase, men ienkelte design kan tillate en mindre andel i likevekt med gassen på ekspanderens/turbinens utløp. Kaldt kjølemiddel 32 returneres til varmeveksleren 110 for å besørge nedkjøling. Strøm 40 forkjøles til en temperatur lavere enn temperaturen i 32 og ekspanderes over gassekspander 122 for å generere en kald kjølemiddelstrøm 42 ved et lavere trykk. Kjølemiddel-strømmen 42 er hovedsakelig i gassfase, men i enkelte design kan tillate en mindre andel i likevekt med gassen på ekspanderens/turbinens utløp. Kaldt kjølemiddel 42 returneres til varmeveksleren 110 for å besørge nedkjølingen i det laveste temperaturområdet. Etter oppvarming i 110 foreligger kjølemiddelstrømmene nå som gasstrømmene 33 og 43 ved det lavere trykket. Disse gasstrømmene kan så rekomprimeres i ett eller flere kompresjonstrinn med eller uten mellomkjøling. Det presiseres at delingen av kjøle-middelstrømmen ikke nødvendigvis må skje før varmeveksleren 110, men kan også skje som en integrert del av varmeveksleren 110 ved at gjennomstrømningspasset besørger å dele gasstrømmen for uttak av en strøm 31 i et mellomutløp og for videre nedkjøling av resten av gassen 41. På samme måte kan oppvarmingen av kald gass 32 og 42 skje på slik måte at strømmene mikses som en integrert del av veksleren. På samme måte som for den enkle gassekspansjonskretsen starter utførelsen av oppfinnelsen i denne sammenheng ved at det

trekkes ut en kjølemiddelstrøm ved det høyere trykket etter forkjøling i varmevekslerpass 190, for videre forkjøling i pass 191a, inntil en kald kjølemiddelstrøm 12a ved det høyere trykket foreligger. Forkjølt kjølemiddel 12a ekspanderes så over en ventil 102 til det lavere trykket, eller et trykk mellom det høyere trykket og det lavere trykket, men slik at temperaturen reduseres og det genereres en blanding 13 av gass og minst en andel væske. I denne sammenhengen regulerer ventilen 102 mengden kjølemiddel som trekkes ut av kjølekretsen. Gass og væske i strøm 13 separeres til en andel væske som kan lagres i en lagertank/ trykktank/separator 104 ved passende trykk, og en gasstrøm 14 ved det lavere trykket som returneres på passelig sted i kjølekretsen, f.eks. til strøm 32 eller 42 via henholdsvis 14b og 14a. Når systemet beskrevet over trekker ut kjøle-middel gjennom pass 191a via ventilen 102, og det genereres væske i 104, reduseres innholdet av kjølemiddel i kjølekretsen tilsvarende, og kjøleanleggets kapasitet reduseres. Når kapasiteten skal økes igjen, benyttes et passende arrangement 106 for å returnere kjølemiddel 16 fra 104 til kjølekretsen, fortrinnsvis til den del av kjøle-kretsen som har det lavere trykket, f.eks. som strøm 17a til kald side 42 ved det lavere trykket, eller som strøm 17c til kald side 32 ved det lavere trykket, eller som strøm 17b til varm side 51 ved det lavere trykket. Alle de alternative metodene beskrevet over for tilbakeføring av kjølemiddelet til kjølekretsen kan også benyttes.

Claims

1. Fremgangsmåte for regulering av kjølekapasiteten for et kjølesystem som benytter en kjølekrets (100) for gassekspansjonskjøling, karakterisert ved å redusere kjølemiddelmengde som sirkuleres i kjølekretsen (100) midlertidig ved at en andel gassformig kjølemiddel forkjøles ved et høyere trykk og trekkes ut av kjølekretsen (100), - å ekspandere andel nedkjølt gassformig kjølemiddel over en ekspansjonsinnretning (102) til et lavere trykk slik at det skilles ut minst en andel av kjølemiddelet i form av kald væske, - å separere den utskilte væsken fra denikke-kondensert gass for midlertidig lagring i en lagringsenhet (104), slik at væsken midlertidig ikke sirkuleres i den ellers lukkede kjølekretsen (100), - å deretter tilbakeføre midlertidig lagret væskeformig kjølemiddel fra lagringsenheten (104) til kjølekretsen (100) ved behov, og - å returnere ikke-kondensert gass og gassfordampet kjølemiddel fra lagringsenheten (104) til egnet sted i kjølekretsen (100).

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at nevnte andel gassformig kjøle-middel ved et høyere trykk forkjøles til en temperatur lavere enn den laveste temperaturen som kjølemiddelstrømmene i hovedkjølekretsen forkjøles til ved høyere trykk, slik at nevnte kjølemiddelstrøm forkjøles ytterligere i forhold til hovedkjølekretsens forkjøling.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at nevnte ekspansjonsinnretning (102) for ekspansjon av forkjølt kjølemiddel fra det høyere trykket til det lavere trykket er en ventil egnet for slik ekspansjon.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det i kjølekretsen (100) benyttes en multistrømsvarmeveksler (110a) eller flere multistrømsvarme-vekslere arrangert til et system (110b) av varmevekslere som besørger nedkjøling og oppvarming av de forskjellige strømmene i kjølesystemet og fluid som skal nedkjøles eller flytendegjøres, hvorved nedkjølingen av nevnte andel gassformig kjølemiddel skjer delvis som en del av ett av basis-kjølekretsens forkjølingsgjennomløp/pass (190a) og delvis i en forlengelse (191a) av dette forkjølingsgjennomløp/pass, eller ved uttak av strøm (31) fra varmeveksleren og tilbake-føring av en delstrøm (lia) til et separat forlengelsespass (191b) i samme varmeveksler for ytterligere nedkjøling.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det i kjølekretsen (100) benyttes en multistrømsvarmeveksler (110a) eller flere multistrømsvarmevekslere arrangert til et system (110b) av varmevekslere som besørger nedkjøling og oppvarming av de forskjellige strømmene i kjølesystemet (100) og fluid som skal nedkjøles eller flytendegjøres, hvorved nedkjølingen av nevnte andel gassformig kjølemiddel skjer fult ut i et eget forkjølingsgjennomløp/pass (192) i en eller flere av nevnte multistrømsvarmevekslere i varmevekslersystemet.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at nevnte kjølekrets (100) er en gass-ekspans jonskjølekrets som benytter et kjølemiddel bestående av mer enn 90% nitrogen, hvorved kjølekretsen (100) omfatter minst ett ekspansjonstrinn hvor forkjølt gassformig kjøle-middel ekspanderes fra et høyere trykk til et lavere trykk for å generere kaldt gassformig kjølemiddel.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kjølesystemet benyttes for produksjon av flytende naturgass (LNG) ved at det anvendes en gass-ekspansjonskjølekrets (100) for gassekspansjonskjøling, for å besørge nedkjølingen og flytendegjøringen av naturgassen, idet kjølekretsen (100) er kapasitetsregulert ved at kjøle-middelmengden som sirkuleres i kjølekretsen midlertidig reduseres ved at en andel gassformig kjølemiddel forkjøles ved et høyere trykk og ekspanderes over egnet ekspansjonsinnretning (102) til et lavere trykk slik at det skilles ut minst en andel av kjølemiddelet i form av kald væske, og at den utskilte væsken separeres fra denikke-kondensert gass for midlertidig lagring i egnet lagringsenhet (104) for senere tilbakeføring til kjølekretsen.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at lagringsenheten (104) for midlertidig lagring av kjølemiddelet også fungerer som separasjonsenhet for å separere ikke-kondensert kjølemiddel fra det væske-formige kjølemiddelet i den nedkjølte og ekspanderte kjølemiddelstrømmen (13) som tas ut fra kjølesystemet.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 og 8, karakterisert ved at lagringsenheten (104) opereres ved tilnærmet samme trykk som det lavere trykket i kjøle-systemet, ved at lagringsenheten (104) har en åpen forbindelse (14) uten restriksjoner til den delen av kjølesystemet som opereres ved det lavere trykket.

10. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 og 8, karakterisert ved at lagringsenheten (104) opereres ved et trykk mellom kjølesystemets høyere trykk og lavere trykk, ved at lagringsenheten (104) har en forbindelse (14) med restriksjon, så som en ventil, for kontroll av operasjonstrykket i lagringsenheten.

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kjølemiddel lagret i lagringsenheten (104) tilbakeføres til den delen av kjølekretsen (100) som opereres ved det lavere trykk, ved hjelp av et egnet tilbakeføringsarrangement (106) .

12. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 og krav 11, karakterisert ved at arrangementet (106) for tilbakeføring av kjølemiddel omfatter å føre væskeformig kjølemiddel tilbake til kjølekretsen (100) ved hjelp av en eller flere ventiler.

13. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 og krav 11, karakterisert ved at arrangementet (106) for tilbakeføring av kjølemiddel omfatter å tilføre varme til den lagrede væsken i lagringsenheten (104) eller i egnet tilknyttet varmeoverføringsutstyr slik at det oppnås en kontrollert fordamping av den lagrede væsken med tilbake-føring av kjølemiddel i gassfase.

14. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 og krav 11, karakterisert ved at arrangementet (106) for tilbakeføring av kjølemiddel omfatter å benytte en pumpe for å tilbakeføre kjølemiddel til kjølekretsen (100) på egent sted.

15. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 og krav 11, karakterisert ved at arrangementet (106) for tilbakeføring av kjølemiddel omfatter å benytte en ejektor/eduktor for å kontrollert flytte kjølemiddelet tilbake til et egnet sted i kjølekretsen (100), og hvor ejektoren/eduktoren benytter drivgass fra kjølekretsens høytrykkside.

16. System for å redusere kjølekapasiteten i et kjøleanlegg basert på gassekspansjonskjøling, karakterisert ved å omfatte: en nedkjølingsinnretning for nedkjøling av et gassformig kjølemiddel ved et høyere trykk ved hjelp av en kjøleprosess i en varmeveksler (110a) eller i et system av varmevekslere (110b), - et uttak for en delstrøm (12) av nedkjølt gassformig kjølemiddel, - en ekspansjonsinnretning (102) for ekspansjon av delstrømmen (12) til en strøm (13) ved et lavere trykk, en lagringsenhet (104) for separasjon av ikke-kondensert kjølemiddel og midlertidig lagring av kondensert kjølemiddel, en returinnretning for retur av ikke-kondensert kjølemiddelgass (14) samt avdampet kjølemiddel fra lagringsenheten (104) til egnet sted i kjølesystemet (100), og - en tilbakeføringsinnretning (106) for tilbakeføring av kjølemiddel fra lagringsenheten (104) til kjølekretsen (100) etter behov, - idet systemet er innrettet til å midlertidig fjerne kjølemiddel fra den lukkede kjølekretsen eller kjølekretsene.

17. System i samsvar med krav 16, karakterisert ved å omfatte en eller flere flerstrøm (multistrøm) plate-finne-varmevekslere i kjølsystemet og at nedkjølingen av det gassformige kjølemiddelet som skal tas ut for ekspansjon over ekspansjonsinnretningen (102) er innrettet til å utføres delvis som en del av ett av basiskjølekretsens forkjølingsgjennomløp/pass (190a) og delvis i en forlengelse (191a) av dette forkjølingsgjennomløp/pass, eller ved uttak (31) fra varmeveksleren og tilbakeføring av delstrøm (lia) til et separat forlengelsespass (191b) i samme varmeveksler for ytterligere nedkjøling.