RU2460026C2 - Способ и устройство для прохождения потока смеси пара и жидкости и способ охлаждения углеводородного потока - Google Patents

Способ и устройство для прохождения потока смеси пара и жидкости и способ охлаждения углеводородного потока Download PDF

Info

Publication number
RU2460026C2
RU2460026C2 RU2009125554/05A RU2009125554A RU2460026C2 RU 2460026 C2 RU2460026 C2 RU 2460026C2 RU 2009125554/05 A RU2009125554/05 A RU 2009125554/05A RU 2009125554 A RU2009125554 A RU 2009125554A RU 2460026 C2 RU2460026 C2 RU 2460026C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
liquid
pipes
steam
mixture
Prior art date
Application number
RU2009125554/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009125554A (ru
Inventor
Виллем ДАМ (NL)
Виллем Дам
Йохан Ян Баренд ПЕК (NL)
Йохан Ян Баренд ПЕК
Лендерт Йоханнес Ари ЗУТЕМЕЙЕР (NL)
Лендерт Йоханнес Ари ЗУТЕМЕЙЕР
Original Assignee
Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
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
Application filed by Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. filed Critical Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Publication of RU2009125554A publication Critical patent/RU2009125554A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2460026C2 publication Critical patent/RU2460026C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0064—Feeding of liquid into an evaporator
    • B01D1/007—Feeding of liquid into an evaporator the liquid feed being split up in at least two streams before entering the evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0003—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by using heat-exchange surfaces for indirect contact between gases or vapours and the cooling medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0033—Other features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0033—Other features
    • B01D5/0051—Regulation processes; Control systems, e.g. valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0078—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation characterised by auxiliary systems or arrangements
    • B01D5/0084—Feeding or collecting the cooling medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/70—Pre-treatment of the materials to be mixed
    • 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
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • 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
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Способ и устройство по изобретениям предназначены для прохождения потока смеси пара и жидкости и охлаждения пока между первым теплообменником (101) и вторым теплообменником (102). При этом поток смеси пара и жидкости вытекает из первого теплообменника (101) через два или более выходных патрубка (104). Далее поток смеси пара и жидкости из выходных патрубков (104) проходит через два или более промежуточных трубопровода (103) ко второму теплообменнику (102). После этого поток смеси пара и жидкости поступает из промежуточных трубопроводов (103) во второй теплообменник (102) через два или более входных патрубка (105). Количество (X) выходных патрубков (104) больше или равно количеству (Y) входных патрубков (105). Первый теплообменник (101) содержит трубы, собранные в узлы, каждый из которых имеет единый кожух, соединенный с одним из выходных патрубков (104) для сбора смеси пара и жидкости от всех труб того узла и ее пропуска через выходной патрубок. Второй теплообменник (102) содержит трубы, собранные в узлы, каждый из которых имеет единый кожух, соединенный с одним из входных патрубков для подачи смеси пара и жидкости от входного патрубка в каждую трубу. Технический результат, достигаемый при использовании способа и устройства по изобретениям, заключается в повышении равномерности прохождения потока смеси пара и жидкости и равномерности температур жидкой и паровой фаз во втором теплообменнике, а также в минимизации системы трубопроводов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для прохождения потока смеси пара и жидкости между теплообменниками, в частности, например, прохождения потока смеси пара и жидкости, участвующего в сжижении углеводородного потока, такого как природный газ.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу охлаждения, предпочтительно сжижения, углеводородного потока, такого как природный газ.
Уровень техники
Известно несколько способов сжижения потока природного газа, то есть получения сжиженного природного газа (СПГ). Сжижать поток природного газа желательно по нескольким причинам. Например, природный газ легче хранить и перемещать на большие расстояния в виде жидкости, а не в газообразной форме, так как в виде жидкости он занимает меньший объем и его не нужно хранить при больших давлениях.
Обычно природный газ, в основном содержащий метан, поступает в установку по производству СПГ при повышенных давлениях и его предварительно обрабатывают с целью получения очищенного исходного сырья, подходящего сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывают в ходе нескольких стадий охлаждения с использованием теплообменников с целью постепенного уменьшения температуры до достижения сжижения. Далее сжиженный природный газ дополнительно охлаждают (с целью уменьшения выделения пара в ходе одной или более стадий расширения) до окончательного атмосферного давления, подходящего для хранения и транспортировки. Пар, выделяемый на каждой стадии расширения, может быть использован как источник газообразного горючего для установки.
В установках по производству СПГ потоки, содержащие смесь паровой и жидкой фаз, встречаются, например, между двумя теплообменниками. Один пример показан на фиг.3 в документе US 6389844 В1.
Документ US 6389844 В1 касается установки по производству сжиженного природного газа. На фиг.3 показан вариант осуществления предварительного охлаждения природного газа, включающий в себя теплообменники 102' и 102 первой и второй стадий. Между этими теплообменниками первой и второй стадий расположены два трубопровода 150 и 151: один - для хладагента и один - для природного газа. Хладагент и природный газ представляют собой потоки смесей пара и жидкости, и такие потоки перемещаются по одному трубопроводу между теплообменниками 102' и 102.
Тем не менее, этот вариант прохождения потоков между двумя теплообменниками может приводить к неравномерному распределению паровой и жидкой фаз потоков, проходящих по трубопроводам 150 и 151. В результате в теплообменник 102 второй стадии может поступать поток с неоднородным распределением паровой и жидкой фаз, что приводит к неравномерному распределению температур и, следовательно, неэффективности теплообменника 102 второй стадии.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в улучшении прохождения потока смеси паровой и жидкой фаз между двумя теплообменниками.
Другая цель настоящего изобретения состоит в уменьшении потребности в энергии для охлаждающей установки или способа.
В настоящем изобретении предложен способ прохождения потока смеси пара и жидкости между первым теплообменником и вторым теплообменником. Указанный способ включает в себя следующие этапы:
(а) дают возможность потоку смеси пара и жидкости вытекать из первого теплообменника через два или более (количество равно X) выходных патрубков;
(б) дают возможность потоку смеси пара и жидкости в выходных патрубках пройти через два или более промежуточных трубопровода ко второму теплообменнику; и
(в) дают возможность потоку смеси пара и жидкости поступить из промежуточных трубопроводов во второй теплообменник через два или более (количество равно Y) входных патрубка;
при этом Х равно или превосходит (≥) Y.
Варианты осуществления настоящего изобретения распространяются на использование потоков смесей пара и жидкости, представляющие собой хладагент, и применяемые для охлаждения другого потока или потоков, таких как углеводородный поток, например природный газ. Известно большое количество хладагентов, в число которых входят, помимо прочего, сам природный газ, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, пентан и азот, при этом хладагент может состоять как из одного компонента, так и получаться смешиванием двух или более компонентов.
Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложено устройство, предназначенное для прохождения потока смеси пара и жидкости между первым теплообменником и вторым теплообменником, указанное устройство содержит, по меньшей мере, следующее:
два или более (количество равно X) выходных патрубка первого теплообменника, предназначенных для вытекания потока смеси пара и жидкости из первого теплообменника;
два или более промежуточных трубопровода для прохождения потока смеси пара и жидкости из выходных патрубков до второго теплообменника; и
два или более (количество равно Y) входных патрубка, предназначенных для протекания потока смеси пара и жидкости из промежуточных трубопроводов во второй теплообменник;
при этом Х равно или превосходит (≥) Y.
Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложен способ охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, указанный способ включает в себя, по меньшей мере, следующий этап:
пропускают углеводородный поток через стадию охлаждения, при этом используют два или более теплообменника, между которыми проходит поток смеси пара и жидкости, как определено в настоящем описании.
Краткое описание чертежей
Далее для примера будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения, при этом будем ссылаться на прилагаемые неограничивающие изобретение схематичные чертежи, на которых:
фиг.1 - упрощенный вид двух теплообменников, соединенных согласно одному способу;
фиг.2 - упрощенный поперечный разрез первого варианта осуществления настоящего изобретения; и
фиг.3 - упрощенный поперечный разрез второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
В этом описании одной ссылочной позицией будет обозначаться и линия, и поток, текущий в этой линии.
Расположение линий, трубопроводов и потоков в прилагаемых чертежах не ограничивает изобретение, а в общем, служит примером, предназначенным для лучшего понимания настоящего изобретения.
В предложенных здесь вариантах осуществления изобретения поток смеси пара и жидкости вытекает из первого теплообменника через два или более выходных патрубка, далее он проходит по двум или более промежуточным трубопроводам до второго теплообменника, а затем поступает из промежуточных трубопроводов во второй теплообменник через два или более входных патрубка, при этом количество указанных выходных патрубков (которое далее может быть обозначено через X) больше или равно (что может быть далее обозначено символом ≥) количеству указанных входных патрубков (которое далее может быть обозначено через Y).
Благодаря прохождению потока смеси пара и жидкости по прямым трубопроводам от первого до второго теплообменника происходит уменьшение любой неравномерности распределения потока смеси пара и жидкости, который до настоящего времени проходил между двумя теплообменниками по одному трубопроводу.
Благодаря более равномерному прохождению потока смеси пара и жидкости также добиваются более равномерного распределения температур жидкой и паровой фаз во втором теплообменнике. Таким образом, настоящее изобретение может уменьшить общие потребности в энергии способа или установки или устройства, которые предназначены для охлаждения, в частности сжижения, углеводородного потока, и/или для того, чтобы сделать способ, установку или устройство более эффективными и соответственно более экономичными.
Настоящее изобретение может быть использовано для любого потока смеси пара и жидкости, например потока смеси пара и жидкости в форме углеводородного потока, который подлежит охлаждению и/или сжижению, или в форме потока хладагента, в частности смешанного потока хладагента.
Углеводородный поток может быть охлажден, в частности сжижен, благодаря прохождению двух или более стадий охлаждения, на которых используются теплообменники. Может быть использовано любое количество стадий охлаждения и на каждой стадии охлаждения может быть использовано два или более теплообменника, а также каждая стадия может включать в себя один или более этапов, уровней или частей. На каждой стадии охлаждения может быть использовано два или более теплообменника, соединенных или последовательно, или параллельно, или их соединение представляет собой комбинацию последовательного и параллельного соединения. В технике известны конструкции подходящих теплообменников, способных сжижать углеводородный поток, например природный газ.
Углеводородный поток, который нужно обработать способом охлаждения и/или сжижения или соответствующей установкой, может представлять собой любой подходящий поток, содержащий углеводороды и подлежащий охлаждению и/или сжижению, но обычно он является потоком природного газа, полученным из пластов природного газа или нефтяных пластов. В качестве альтернативы поток природного газа также может быть получен из другого источника, в том числе искусственного, такого как процесс Фишера-Тропша.
Обычно природный газ состоит, по существу, из метана. Предпочтительно, чтобы углеводородный поток содержал, по меньшей мере, 60 молярных % метана, более предпочтительно - по меньшей мере, 80 молярных % метана.
В зависимости от источника природный газ может содержать различные количества углеводородов, более тяжелых по сравнению с метаном, таких как этан, пропан, бутаны и пентаны, а также некоторые ароматические углеводороды. Поток природного газа также может содержать неуглеводороды, такие как H2O, N2, СО2, H2S и другие соединения серы и подобные вещества.
Первый и второй теплообменники могут представлять собой любые подходящие блоки или резервуары, через которые обычно протекают два или более потоков, при этом, по меньшей мере, одни поток предназначен для охлаждения, по меньшей мере, одного другого потока. В технике известны различные типы, конструкции и формы теплообменников, например кожухотрубные теплообменники, в частности катушечные теплообменники.
Первый теплообменник может содержать любое количество выходных патрубков, в том числе от 2 до 20 выходных патрубков, предпочтительно 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 выходных патрубков.
Количество выходных патрубков первого теплообменника может равняться количеству входных патрубков второго теплообменника или может отличаться от этого количества, а также может равняться количеству промежуточных трубопроводов или может отличаться от этого количества. Аналогично количество промежуточных трубопроводов может равняться количеству входных патрубков второго теплообменника или может отличаться от этого количества.
Если количество выходных патрубков отличается от количества промежуточных трубопроводов и/или количества входных патрубков и количество промежуточных трубопроводов отличается от количества входных патрубков, то предпочтительно соблюдать равное распределение при нужном разделении, совместном использовании и/или объединении потоков, выходящих из или входящих в выходные патрубки, промежуточные трубопроводы и входные патрубки. То есть при разделении, совместном использовании и/или объединении достигается равенство (или стремится достичь) насколько возможно большего равенства между количеством имеющихся потоков и количеством потоков, которые должны присутствовать, при этом учитываются другие параметры или обстоятельства, которые могут влиять на разделение, совместное использование или объединение, примерами таких обстоятельств являются нарушения потока или эксплуатационные параметры.
В одном примере настоящего изобретения количество выходных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов, которое равно количеству входных патрубков второго теплообменника. Таким образом, имеются эффективные прямые проходы потока смеси пара и жидкости от первого теплообменника через некоторое количество выходных патрубков, промежуточных трубопроводов и входных патрубков во второй теплообменник.
В другом примере количество выходных патрубков больше количества промежуточных трубопроводов, а количество промежуточных трубопроводов равно количеству входных патрубков второго теплообменника. Таким образом, потоки смесей пара и жидкости, проходящие через выходные патрубки, объединяются с тем, чтобы количество потоков было равно количеству промежуточных трубопроводов, при этом предпочтительно, чтобы при объединении соблюдалось равное распределение настолько, насколько это возможно.
При желании, углеводородный поток может быть предварительно обработан перед использованием согласно настоящему изобретению. Эта предварительная обработка может включать в себя извлечение любых присутствующих нежелательных компонентов, таких как CO2, H2S, или могут присутствовать другие этапы, такие как предварительное охлаждение, или предварительное повышение давления, или подобные. Так как эти этапы хорошо известны специалистам в рассматриваемой области, далее здесь они обсуждаться не будут.
Хотя способ, соответствующий настоящему изобретению, может быть применен к различным сырьевым углеводородным потокам, особенно он подходит для потока природного газа, подлежащего сжижению. Так как специалист в рассматриваемой области хорошо понимает, как сжижать углеводородный поток, то далее это обсуждаться не будет.
На фиг.1 показан первый теплообменник 1, который может быть, например, теплообменником высокого давления, предназначенным для использования на первой стадии или стадии предварительного охлаждения способа и установки сжижения углеводородного потока, такого как природный газ. Такие теплообменники хорошо известны в технике и обычно являются «многотрубными» или «кожухотрубными» теплообменниками. Такие теплообменники могут содержать сотни или тысячи (или больше) вертикальных или спиральных реакционных трубок малого диаметра с открытым концом.
Обычно трубки собраны в несколько «пучков», которые имеют единый кожух, камеру, коллектор или магистраль, который предназначен для сбора потоков смесей пара и жидкости из всех трубок этого пучка и перемещения их от верхней части первого теплообменника 1 через выходной патрубок. На фиг.1 показаны шесть выходных патрубков 4, расположенных на верхней части первого теплообменника 1 и содержащих шесть пучков, при этом указанные выходные патрубки 4 подводят свои потоки в собирающее кольцо 6, в котором собираются все потоки смесей пара и жидкости и которое перемещает их в виде объединенного потока в единый трубопровод 3 с целью дальнейшего перемещения в следующий теплообменник 2. Единый трубопровод 3, предназначенный для перемещения всех потоков смесей пара и жидкости в следующий теплообменник 2, до настоящего времени рассматривался как наиболее простая и экономичная конструкция, что объяснялось расстоянием между выходом одного теплообменника и входом другого теплообменника.
Тем не менее, реакционные камеры или теплообменники обычно не являются настолько однородными, чтобы обеспечить одинаковое распределение или отношение потоков смесей паровой и жидкой фаз, выходящих из каждой его труб. Имеют место отклонения, и это ведет к отклонению в распределении жидкой и паровой фаз, выходящих из первого теплообменника 1 и через соединяющий трубопровод 3 попадающих в следующий теплообменник 2. В общем эта неоднородность распределения и состава потока смеси пара и жидкости, проходящего через трубопровод 3, может привести к неоднородному распределению смешанного потока во втором теплообменнике 2.
Как описано выше для первого теплообменника 1, второй теплообменник 2 обычно содержит сотни или тысячи трубок малого диаметра, которые обычно собраны в некоторое количество «пучков». Одно обычное количество пучков равно шести. У основания теплообменника 2 или рядом с ним каждый пучок содержит единый кожух, камеру, коллектор или магистраль, который предназначен для обеспечения доступа потока материала в каждую трубку из общего источника. Обычно источником для каждого пучка трубок являлся входной патрубок, на фиг.1 показаны шесть входных патрубков 5. Входные патрубки получают свои потоки материала из распределительного кольца 7, которое питается из единого трубопровода 3.
Распределительное кольцо 7 в целом расположено горизонтально, чтобы поток пара и жидкости попадал в каждый из входных патрубков 5 наиболее эффективным способом со всех сторон второго теплообменника 2. Тем не менее, любое горизонтальное перемещение потока смеси пара и жидкости приводит к некоторому расслоению фаз, что происходит из-за большего веса жидкой фазы, из-за которого она опускается вниз, и из-за, в общем, большей скорости пара, из-за чего паровая фаза быстрее течет над опускающейся жидкой фазой. Таким образом, горизонтальное течение потока смеси пара и жидкости, в общем, увеличивает неоднородность паровой и жидкой фаз при прохождении через распределительное кольцо 7 в каждый из входных патрубков 5. Чем больше такие потоки перемещаются горизонтально, включая перемещение по распределительному кольцу, тем больше этот эффект расслоения.
В результате этого по всей длине второго теплообменника 2 присутствует неравномерное распределение температур жидкой и паровой фаз. Это может приводить к нарушению равновесия потребления энергии, например, между первой стадией (или стадией предварительного охлаждения), которая реализуется сжижающей установкой и на которой используются первый 1 и второй 2 теплообменники, показанные на фиг.1, и основной стадией сжижения. Это может привести к повышению потребления энергии на основной стадии сжижения и, соответственно, к повышению общего количества энергии, нужного для осуществления способа сжижения или работы сжижающей установки.
Автор настоящей заявки не знает, известна ли в технике конструкция, показанная на фиг.1, но в настоящем изобретении предлагается одно или более улучшений указанной конструкции.
На фиг.2 между первым теплообменником 101 и вторым теплообменником 102 показан первый вариант осуществления настоящего изобретения, указанные теплообменники аналогичны теплообменникам, показанным на фиг.1, и содержатся, например, в установке по производству СПГ.
Первый теплообменник 101 и второй теплообменник 102 могут быть использованы для охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ. Одним примером этого является первая стадия охлаждения в установке по производству СПГ, предназначенная для уменьшения температуры природного газа от начальной температуры подачи после любой предварительной обработки до температуры, меньшей 0°С, например, находящейся в пределах от -20 до -50°С. Для этого природный газ может пройти через два или более теплообменника и может быть охлажден одним или более хладагентами, такими как пропан, или смешанным хладагентом, как описано выше.
Между теплообменниками первой стадии охлаждения могут проходить как оба потока - поток природного газа и поток хладагента, - так и любой из них, при этом такие потоки могут являться потоками смесей пара и жидкости. Одним примером является первый теплообменник 101, который представляет собой теплообменник высокого давления и в котором смешанному хладагенту дают возможность испариться при «высоком» давлении, а затем выпускают в теплообменник низкого давления для дальнейшего испарения.
Первый теплообменник 101 может быть кожухотрубным теплообменником, в котором смешанный хладагент испаряется и собирается рядом с верхней частью теплообменника. В одном варианте сбор может проходить в общей магистрали над трубчатым листом или трубчатой пластинкой, как описано выше. Из такой общей магистрали может выходить любое количество выходных патрубков, способных принимать поток смеси пара и жидкости, созданный в первом теплообменнике 101. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, присутствует шесть выходных патрубков 104.
В общем через шесть выходных патрубков 104 проходят одинаковые или аналогичные потоки смесей пара и жидкости.
Весь поток смеси пара и жидкости из первого теплообменника 101 предназначен для перемещения во второй теплообменник 102. Для осуществления этого шесть выходных патрубков 104 из верхней части первого теплообменника 101 непосредственно присоединены к шести промежуточным трубопроводам 103, которые, в свою очередь, непосредственно присоединены к шести входным патрубкам 105 второго теплообменника 102. Предпочтительно, чтобы входные патрубки 105 были расположены в основании или нижней части второго теплообменника 102 или рядом с указанным основанием. Благодаря непосредственному поступлению каждого потока смеси пара и жидкости во второй теплообменник 102 через каждый соответствующий выходной патрубок 104 и входной патрубок 105, исключается объединение всех потоков в один трубопровод (например, трубопровод 3 на фиг.1), что уменьшает или минимизирует проблему перераспределения одного потока смеси пара и жидкости на все трубки второго теплообменника 102.
Таким образом, обеспечивается более равномерное поступление потока смеси пара и жидкости в теплообменник 102, уменьшение или минимизация неравномерного распределения паровой и жидкой фаз в смешанном потоке, выходящем из первого теплообменника 101, что приводит к более равномерному распределению температуры потока смеси пара и жидкости во втором теплообменнике 102 и, таким образом, более эффективному использованию второго теплообменника 102 или обработке потока в этом теплообменнике.
Настоящее изобретение обеспечивает еще одно преимущество: не требуется наличия распределительного кольца (такого как распределительное кольцо 7, показанное на фиг.1), расположенного вокруг второго теплообменника 102. Непосредственный проход потоков смеси пара и жидкости от выходных патрубков 104 до входных патрубков 105 второго теплообменника 102, таким образом, уменьшает капитальные затраты и также исключает расслоение, вызванное наличием распределительного кольца.
Предпочтительно, чтобы промежуточные трубопроводы 103 были расположены таким образом, чтобы уменьшать, а более предпочтительно - минимизировать, любое горизонтальное течение или перемещения потоков смесей пара и жидкости через выходные патрубки 104, чтобы также минимизировать расслоение фаз настолько, насколько это возможно, до попадания этих потоков во второй теплообменник 102.
Конструкцию, показанную на фиг.2, можно использовать между любыми двумя теплообменниками. На некоторых стадиях охлаждения в установке по сжижению углеводородов может использоваться 3, 4, 5 или 6 теплообменников, которые соединены последовательно и между которыми могут присутствовать потоки смесей пара и жидкости. Например, могут присутствовать теплообменники с разными уровнями давления. Конструкция, показанная на фиг.2, может быть использована в разных местах между такими теплообменниками.
Конструкция, показанная на фиг.2, может быть использована для уменьшения или минимизации неравномерного распределения потока смеси пара и жидкости, который проходит два или более разных теплообменника, по сравнению с ситуацией, когда весь поток проходит один теплообменник. В качестве примера один или более выходных патрубков 104 первого теплообменника 101 могут направлять свой поток или потоки к одному теплообменнику, а один или более других выходных патрубков могут направлять поток или потоки к другому теплообменнику.
В промышленной установке или объекте, таком как установка по производству сжиженного природного газа, возможно, чтобы первый и второй теплообменники не были равны по размеру, емкости или конструкции. Например, возможно, чтобы первый теплообменник был больше второго теплообменника или, по меньшей мере, область теплообмена была больше в первом теплообменнике. Таким образом, количество выходных патрубков первого теплообменника может быть больше (по сравнению с количеством входных патрубков второго теплообменника), благодаря большему количеству реакционных трубок (или другой конструкции теплообменника) в первом теплообменнике.
Также, в общем, предпочтительно минимизировать систему трубопроводов, нужную в большой промышленной установке или объекте.
Когда количество выходных патрубков первого теплообменника больше количества входных отверстий второго теплообменника, можно использовать конструкцию, показанную на фиг.3, в которой два или более выходных патрубка первого теплообменника объединены с целью уменьшения количества промежуточных трубопроводов.
На фиг.3 между первым теплообменником 201 и вторым теплообменником 202 показан второй вариант осуществления настоящего изобретения, при этом указанные теплообменники аналогичны теплообменникам, показанным на фиг.1 и 2, и содержатся, например, в установке по производству СПГ.
Первый теплообменник 201 на фиг.3 содержит, снова только в качестве примера, шесть выходных патрубков 204, предназначенных для прохода потока смеси пара и жидкости ко второму теплообменнику 202.
С целью уменьшения количества промежуточных трубопроводов между первым теплообменником 201 и вторым теплообменником 202 производится равное распределение выходных патрубков 204 по трем промежуточным трубопроводам 203. Равное распределение представляет собой объединение потоков смесей пара и жидкости, текущих через два выходных патрубка 204, в один промежуточный трубопровод 203, так что шесть выходных патрубков 204, показанных на фиг.3, направляют свои потоки в три промежуточных трубопровода.
Возможны другие отношения количества выходных патрубков к количеству промежуточных трубопроводов, а также другие отношения количества промежуточных трубопроводов к входным патрубкам (во второй теплообменник) и выходных патрубков к входным патрубкам. Специалист в рассматриваемой области может применить конструкции для других таких отношений, предпочтительно используя равное распределение настолько, насколько это возможно, для осуществления распределения, совместного использования или объединения потоков.
Предпочтительно, чтобы объединение потоков из выходных патрубков 204 в промежуточных трубопроводах 203 на фиг.3, а также в любых других конструкциях, происходило в вертикальной части, разделе или секции перемещения потока смеси пара и жидкости из первого теплообменника 201 во второй теплообменник 202. Как упомянуто выше, предпочтительно уменьшить, более предпочтительно минимизировать, любое горизонтальное перемещение или течение потоков смесей пара и жидкости в промежуточных трубопроводах 203 с тем, чтобы минимизировать расслоение потоков смесей пара и жидкости, происходящее из-за горизонтального течения.
Три промежуточных трубопровода 203 перемещают свои смешанные потоки непосредственно в три соответствующих входных патрубка 205 второго теплообменника 202.
Таким образом, на фиг.3 показано непосредственное перемещение потоков смесей пара и жидкости из промежуточных трубопроводов 203 во второй теплообменник 202 через соответствующие входные патрубки 205.
Настоящее изобретение включает в себя способ прохождения потока смеси пара и жидкости между первым и вторым теплообменниками на первой стадии предварительного охлаждения процесса, состоящего из трех стадий и использующего двойной смешанный хладагент, такого как процесс, описанный в ЕР 1088192 А1, на первой стадии процесса или стадии предварительного охлаждения, которая описана в US 6,389,844 В1, и/или на стадии сжижения любого другого процесса сжижения, в частности такого процесса, в котором используются многофазный смешанный хладагент и два криогенных теплообменника.
Специалисту в рассматриваемой области ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено различными способами, не выходя при этом за границы объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (19)

1. Способ прохождения потока смеси пара и жидкости между первым теплообменником и вторым теплообменником, включающий в себя следующие этапы:
(а) дают возможность потоку смеси пара и жидкости вытечь из первого теплообменника через два или более (количество равно X) выходных патрубка;
при этом первый теплообменник содержит трубы, собранные в пучки, каждый из которых имеет единый кожух, соединенный с одним из выходных патрубков для сбора смеси пара и жидкости от всех труб этого пучка и ее пропуска через выходной патрубок;
(б) дают возможность потоку смеси пара и жидкости в выходных патрубках пройти через два или более промежуточных трубопровода ко второму теплообменнику; и
(в) дают возможность потоку смеси пара и жидкости поступить из промежуточных трубопроводов во второй теплообменник через два или более (количество равно Y) входных патрубка;
при этом второй теплообменник содержит трубы, собранные в пучки, каждый из которых имеет единый кожух, соединенный с одним из входных патрубков для подачи потока смеси пара и жидкости от входного патрубка в каждую трубу;
причем Х равен или превосходит Y.
2. Способ по п.1, в котором поток смеси пара и жидкости является потоком хладагента.
3. Способ по п.1, в котором поток смеси пара и жидкости является углеводородным потоком.
4. Способ по п.1, в котором первый и второй теплообменники охлаждают углеводородный поток.
5. Способ по п.1, в котором первый и второй теплообменники являются кожухотрубными теплообменниками.
6. Способ по п.1, в котором первый теплообменник содержит от 2 до 20 выходных патрубков, предпочтительно от 3 до 10 выходных патрубков.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором Х больше Y, а потоки смесей пара и жидкости из двух или более выходных патрубков объединяют или до этапа (б) или во время этого этапа, с целью получения Y потоков для входных патрубков.
8. Способ по п.7, в котором для получения Y потоков для входных патрубков потоки смесей пара и жидкости из выходных патрубков распределяют равным образом.
9. Способ по любому из пп.1-6, в котором Х равен Y.
10. Способ по любому из пп.1-6, в котором количество выходных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов.
11. Способ по п.7, в котором количество выходных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов.
12. Способ по п.9, в котором количество выходных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов.
13. Способ по любому из пп.1-6, в котором количество входных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов.
14. Способ по п.7, в котором количество входных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов.
15. Способ по п.9, в котором количество входных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов.
16. Способ по п.10, в котором количество входных патрубков равно количеству промежуточных трубопроводов.
17. Устройство, предназначенное для прохождения потока смеси пара и жидкости между первым теплообменником и вторым теплообменником, содержащее, по меньшей мере, следующее:
два или более (количество равно X) выходных патрубка первого теплообменника, предназначенных для вытекания потока смеси пара и жидкости из первого теплообменника;
при этом первый теплообменник содержит трубы, собранные в узлы, каждый из которых имеет единый кожух, соединенный с одним из выходных патрубков для сбора смеси пара и жидкости от всех труб этого узла и ее пропуска через выходной патрубок;
два или более промежуточных трубопровода для прохождения потока смеси пара и жидкости из выходных патрубков до второго теплообменника; и
два или более (количество равно Y) входных патрубка, предназначенных для протекания потока смеси пара и жидкости из промежуточных трубопроводов во второй теплообменник;
при этом второй теплообменник содержит трубы, собранные в пучки, каждый из которых имеет единый кожух, соединенный с одним из входных патрубков для подачи потока смеси пара и жидкости от входного патрубка в каждую трубу;
причем Х равен или превосходит Y.
18. Способ охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, включающий в себя, по меньшей мере, следующий этап:
пропускают углеводородный поток через стадию охлаждения, при этом используют два или более теплообменника, между которыми проходит поток смеси пара и жидкости, как определено в любом из пп.1-16.
19. Способ по п.18, предназначенный для сжижения углеводородного потока, с целью получения сжиженного углеводородного потока, предпочтительно сжиженного природного газа.
RU2009125554/05A 2006-12-06 2007-12-04 Способ и устройство для прохождения потока смеси пара и жидкости и способ охлаждения углеводородного потока RU2460026C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06125504 2006-12-06
EP06125504.8 2006-12-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009125554A RU2009125554A (ru) 2011-01-20
RU2460026C2 true RU2460026C2 (ru) 2012-08-27

Family

ID=38009766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009125554/05A RU2460026C2 (ru) 2006-12-06 2007-12-04 Способ и устройство для прохождения потока смеси пара и жидкости и способ охлаждения углеводородного потока

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9545605B2 (ru)
EP (1) EP2094378B1 (ru)
JP (1) JP5363990B2 (ru)
KR (1) KR101454160B1 (ru)
AT (1) ATE461742T1 (ru)
AU (1) AU2007328953B2 (ru)
CA (1) CA2671160C (ru)
DE (1) DE602007005517D1 (ru)
ES (1) ES2340738T3 (ru)
RU (1) RU2460026C2 (ru)
WO (1) WO2008068239A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9046302B2 (en) 2009-10-27 2015-06-02 Shell Oil Company Apparatus and method for cooling and liquefying a fluid

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1355138A3 (ru) * 1979-12-12 1987-11-23 Компани Франсэз Д.Этюд Э Де Констрюксьон Текнип (Фирма) Способ сжижени газа
JP2000055520A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Osaka Gas Co Ltd 液化天然ガス冷熱利用気化装置
EP1088192B1 (en) * 1998-05-21 2002-01-02 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Liquefying a stream enriched in methane
EA002617B1 (ru) * 1998-11-18 2002-06-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Установка для сжижения природного газа
US20060086140A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Conocophillips Company Vertical heat exchanger configuration for LNG facility

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2669099A (en) * 1950-12-29 1954-02-16 Kramer Trenton Co Evaporator construction for heat exchange systems
JPS5512366A (en) 1978-07-13 1980-01-28 Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd Heat exchanger
US4449828A (en) * 1980-10-27 1984-05-22 Ashland Oil, Inc. Mixing apparatus
JPS60232494A (ja) 1984-05-01 1985-11-19 Hitachi Zosen C B I Kk 膜形成部材を備えた流下液膜式熱交換器
SE457330B (sv) 1987-10-20 1988-12-19 Tilly S Roer Ab Anordning foer temperering och homogenisering av troegflytande massor
HU210994B (en) 1990-02-27 1995-09-28 Energiagazdalkodasi Intezet Heat-exchanging device particularly for hybrid heat pump operated by working medium of non-azeotropic mixtures
JP3233015B2 (ja) * 1996-04-19 2001-11-26 株式会社デンソー 複式熱交換器
PT1139055E (pt) * 2000-03-29 2003-02-28 Sgl Acotec Gmbh Permutador de calor com multiplos feixes de tubos
JP5097951B2 (ja) * 2005-11-24 2012-12-12 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ 流れの冷却方法及び装置、特に天然ガスなどの炭化水素流の冷却方法及び装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1355138A3 (ru) * 1979-12-12 1987-11-23 Компани Франсэз Д.Этюд Э Де Констрюксьон Текнип (Фирма) Способ сжижени газа
EP1088192B1 (en) * 1998-05-21 2002-01-02 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Liquefying a stream enriched in methane
JP2000055520A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Osaka Gas Co Ltd 液化天然ガス冷熱利用気化装置
EA002617B1 (ru) * 1998-11-18 2002-06-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Установка для сжижения природного газа
US20060086140A1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Conocophillips Company Vertical heat exchanger configuration for LNG facility

Also Published As

Publication number Publication date
AU2007328953A1 (en) 2008-06-12
EP2094378A1 (en) 2009-09-02
ATE461742T1 (de) 2010-04-15
CA2671160C (en) 2015-05-19
AU2007328953B2 (en) 2010-12-09
JP5363990B2 (ja) 2013-12-11
JP2010511764A (ja) 2010-04-15
RU2009125554A (ru) 2011-01-20
US9545605B2 (en) 2017-01-17
US20100078836A1 (en) 2010-04-01
CA2671160A1 (en) 2008-06-12
ES2340738T3 (es) 2010-06-08
WO2008068239A1 (en) 2008-06-12
KR101454160B1 (ko) 2014-10-27
KR20090087462A (ko) 2009-08-17
DE602007005517D1 (de) 2010-05-06
EP2094378B1 (en) 2010-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007298912B2 (en) Method and apparatus for producing a cooled hydrocarbon stream
RU2607708C2 (ru) Способ и устройство для удаления азота из криогенной углеводородной композиции
CA2943073C (en) Liquefied natural gas facility employing an optimized mixed refrigerant system
RU2459652C2 (ru) Способ и устройство обеспечения однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках и способ охлаждения углеводородного потока
JP5793146B2 (ja) 流体を冷却し液化するための装置および方法
RU2622212C2 (ru) Способ и устройство для удаления азота из криогенной углеводородной композиции
JP2008518187A (ja) Ｌｎｇ施設のための垂直熱交換器構造
JP2009543894A (ja) 炭化水素流を液化するための方法及び装置
RU2750778C2 (ru) Система и способ сжижения смешанным хладагентом
BR112012001667B1 (pt) processo para liquefazer um fluxo de gás natural em uma instalação de gás natural liquefeito (lng)
RU2607198C2 (ru) Способ и устройство для удаления азота из криогенной углеводородной композиции
RU2460026C2 (ru) Способ и устройство для прохождения потока смеси пара и жидкости и способ охлаждения углеводородного потока
AU2008310986B2 (en) Process and system for removing total heat from base load liquefied natural gas facility
RU2612974C2 (ru) Способ и устройство для удаления азота из криогенной углеводородной композиции
AU2007321248B2 (en) Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
CA3007571C (en) Method for liquefying natural gas and nitrogen
AU2014202360A1 (en) Process and system for removing total heat from base load liquefied natural gas facility