RU2780915C1

RU2780915C1 - Method for producing liquefied natural gas and installation for its implementation (options)

Info

Publication number: RU2780915C1
Application number: RU2022112306A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Кротов; Софья Владимировна Масликова; Маргарита Петровна Крикунова; Ярослав Владимирович Самохвалов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КРИОИНЖИНИРИНГ" (ООО "КРИОИНЖИНИРИНГ")
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2022-10-04

Abstract

FIELD: natural gas liquefaction technology.

SUBSTANCE: inventions group relates to natural gas liquefaction technology using an external refrigeration cycle. The high pressure natural gas stream is cooled, condensed and supercooled with a blended refrigerant stream, expanded and sent to a storage tank. The heated refrigerant return flow is compressed in the compressor stages with frequency control and cooled down after each stage. Before each compressor stage, a liquid phase is separated from the refrigerant stream in the first and second separators, which is pumped to mix with the compressed and cooled refrigerant stream in the third separator. After the second stage of the compressor, part of the refrigerant flow through the bypass line with a solenoid valve is fed into the gaseous refrigerant tank, from where it is fed through the control valve to the first separator. Before entering each four-stream heat exchanger, the refrigerant stream is separated into gas and liquid phases. A portion is withdrawn from the liquid phase, which is throttled and mixed with the return flow of the refrigerant. When the natural gas temperature changes before throttling, the compressor capacity is controlled by changing the shaft speed.

EFFECT: improving the energy efficiency of liquefied natural gas production.

10 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Группа изобретений относится к технологиям сжижения природного газа, а именно к технологии сжижения природного газа с использованием внешнего холодильного цикла, и может быть использовано на площадках, имеющих доступ к природному газу.SUBSTANCE: group of inventions relates to natural gas liquefaction technologies, namely, to natural gas liquefaction technology using an external refrigeration cycle, and can be used at sites with access to natural gas.

Из уровня техники известно множество технических решений для производства сжиженного природного газа, использующих внешний холодильный цикл, работающий на смесевом хладагенте.In the prior art, there are many technical solutions for the production of liquefied natural gas using an external refrigeration cycle operating on a blended refrigerant.

Известен способ сжижения природного газа, включающий циркуляцию смесевого хладагента для регулирования состава смесевого хладагента, в котором осуществляют регулирование состава смесевого хладагента с помощью подачи хладагента в систему из резервуаров и отбора хладагента из системы в резервуары, и установка производства сжиженного природного газа (СПГ), включающая резервуар хранения смесевого хладагента высокого давления, компрессор сжатия смесевого хладагента, теплообменные аппараты охлаждения основного потока и регулирующую арматуру (см. патент на полезную модель CN 212511968 U, МПК: F25J 1/0022, опубл. 09.02.2021).A known method of liquefying natural gas, including the circulation of the mixed refrigerant to control the composition of the mixed refrigerant, in which the composition of the mixed refrigerant is regulated by supplying the refrigerant to the system from the tanks and withdrawing the refrigerant from the system to the tanks, and a liquefied natural gas (LNG) production plant, including high-pressure mixed refrigerant storage tank, mixed refrigerant compression compressor, main flow cooling heat exchangers and control valves (see utility model patent CN 212511968 U, IPC: F25J 1/0022, publ. 09.02.2021).

Однако в известном решении отсутствует возможность регулирования состава смесевого хладагента при изменении параметров природного газа на входе в установку сжижения природного газа и отсутствует возможность регулирования состава смесевого хладагента по температуре окружающей среды, что снижает эффективность установки.However, in the known solution, it is not possible to control the composition of the mixed refrigerant when changing the parameters of natural gas at the inlet to the natural gas liquefaction installation and there is no possibility to control the composition of the mixed refrigerant according to the ambient temperature, which reduces the efficiency of the installation.

Недостатком известной установки является усложнение системы из-за наличия четырех резервуаров для хранения и дозаправки смесевого хладагента, что требует большее количество заправляемого хладагента и более сложной системы трубопроводов. Также данный недостаток влияет на увеличение габаритных размеров и снижение надежности установки, и усложняет ее работу при регулировании состава смесевого хладагента.The disadvantage of the known installation is the complication of the system due to the presence of four tanks for storing and refilling the mixed refrigerant, which requires a larger amount of refrigerant to be charged and a more complex piping system. Also, this disadvantage affects the increase in overall dimensions and decrease in the reliability of the installation, and complicates its work when regulating the composition of the mixed refrigerant.

Наиболее близким аналогом к предложенной группе изобретений является способ производства сжиженного природного газа, включающий регулирование количественного состава смесевого хладагента с помощью ресиверов низкого и высокого давления по температуре смесевого хладагента, и система охлаждения смесевыми хладагентами, включающая теплообменный аппарат, сепараторы, компрессоры и концевые охладители газа, ресиверы газа высокого давления, регулирующую арматуру и систему регулирования состава смесевого хладагента, компрессоры сжатия смесевого хладагента, ресивер низкого давления на всасывание компрессора первой ступени (заявка на изобретение US 20200041179 А1, МПК: F25B 41/003, опубл. 06.02.2020).The closest analogue to the proposed group of inventions is a method for the production of liquefied natural gas, including regulation of the quantitative composition of the mixed refrigerant using low and high pressure receivers according to the temperature of the mixed refrigerant, and a cooling system with mixed refrigerants, including a heat exchanger, separators, compressors and gas aftercoolers, high-pressure gas receivers, control valves and a system for controlling the composition of the mixed refrigerant, compressors for compressing the mixed refrigerant, a low-pressure receiver for the suction of the first stage compressor (application for invention US 20200041179 A1, IPC: F25B 41/003, publ. 02/06/2020).

Недостатками известных способа и установки являются сложность перераспределения хладагента по системе и процесса регулирования работы установки. Целевой функцией для повышения энергоэффективности в данном изобретении является уменьшение недорекуперации потока и сокращение точек смешения двух потоков на разных температурных уровнях, что не всегда обеспечивает оптимальные режимы работы установки с минимальными затратами энергии. Кроме этого, не рассматривается влияние изменения температуры окружающей среды для повышения энергоэффективности.The disadvantages of the known method and installation are the complexity of the redistribution of the refrigerant throughout the system and the process of regulating the operation of the installation. The objective function for improving energy efficiency in this invention is to reduce under-recovery of the flow and reduce the mixing points of two flows at different temperature levels, which does not always provide optimal plant operation modes with minimal energy consumption. In addition, the effect of changing the ambient temperature to improve energy efficiency is not considered.

Кроме того, известная установка включает в себя расходомеры для регулирования состава, что существенно увеличивает капитальные затраты на систему автоматизации установки. Также использование пластинчато-ребристого теплообменного аппарата ограничивает применение установки для сжижения газов высокого давления.In addition, the prior art plant includes flowmeters for composition control, which greatly increases the capital cost of the plant automation system. Also, the use of a plate-fin heat exchanger limits the use of a plant for liquefying high-pressure gases.

Согласно описанию работы известной установки, охлаждаемый поток подвергают охлаждению в теплообменнике с помощью смесевого хладагента. Смесевой хладагент сжимается в системе сжатия смесевого хладагента и распределяется с помощью системы сепараторов и трубопроводов по теплообменному аппарату, обеспечивая его эффективную работу. Регулирование осуществляется при помощи датчика температуры, который измеряет температуру потока хладагента, выходящего из сепаратора холодного пара. Контроллер расхода жидкости связан с датчиком температуры, принимает предварительно определенную уставку температуры и регулирует расход через устройство расширения жидкости холодного сепаратора или устройство расширения жидкости высокого давления на основе измеренной температуры и предварительно определенной уставки температуры.According to the description of the known installation, the cooled stream is subjected to cooling in a heat exchanger using mixed refrigerant. The mixed refrigerant is compressed in the mixed refrigerant compression system and distributed through the system of separators and pipelines through the heat exchanger, ensuring its efficient operation. The regulation is carried out by means of a temperature sensor, which measures the temperature of the refrigerant flow leaving the cold vapor separator. The fluid flow controller is in communication with the temperature sensor, receives a predetermined temperature setpoint, and controls the flow through the cold separator fluid expansion device or the high pressure fluid expansion device based on the sensed temperature and the predetermined temperature setpoint.

Техническая проблема, решаемая предложенной группой изобретений, состоит в обеспечении оптимальных режимов производства сжиженного природного газа и работы установки для сжижения природного газа, при которых установка может работать круглогодично с минимальными затратами электроэнергии, а также в обеспечении снижения массогабаритных характеристик установки.The technical problem solved by the proposed group of inventions is to ensure optimal modes for the production of liquefied natural gas and the operation of an installation for liquefying natural gas, in which the installation can operate year-round with minimal power consumption, as well as to reduce the weight and size characteristics of the installation.

Техническим результатом изобретения является повышение энергоэффективности производства сжиженного газа посредством регулирования контура смесевого хладагента с учетом изменения температуры окружающей среды.The technical result of the invention is to increase the energy efficiency of liquefied gas production by regulating the mixed refrigerant circuit, taking into account changes in ambient temperature.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в способе производства сжиженного природного газа, заключающемся в том, что поток природного газа высокого давления последовательно охлаждают, конденсируют и переохлаждают в первом и втором четырехпоточных и трехпоточном теплообменных аппаратах потоком смесевого хладагента, расширяют и направляют в резервуар на хранение, нагретый обратный поток хладагента из первого четырехпоточного теплообменного аппарата сжимают в ступенях компрессора с частотным регулированием и охлаждают после каждой ступени, далее последовательно охлаждают в первом и втором четырехпоточных и трехпоточном теплообменных аппаратах, расширяют и подают на охлаждение потока природного газа, при этом перед каждой ступенью компрессора от потока хладагента в первом и втором сепараторах отделяют жидкую фазу, которую насосом подают на смешивание со сжатым и охлажденным потоком хладагента в третьем сепараторе, после второй ступени компрессора часть потока хладагента через линию перепуска с соленоидным вентилем подают в резервуар газообразного хладагента, откуда через регулирующий вентиль подают в первый сепаратор, перед входом в каждый четырехпоточный теплообменный аппарат поток хладагента разделяют на газовую и жидкую фазы в третьем и четвертом сепараторах соответственно, от жидкой фазы отводят часть, которую дросселируют и смешивают с обратным потоком хладагента, при этом при изменении температуры природного газа перед дросселированием регулируют производительность компрессора путем изменения частоты вращения вала компрессора.The achievement of the specified technical result is ensured by the fact that in the method for the production of liquefied natural gas, which consists in the fact that the high-pressure natural gas stream is sequentially cooled, condensed and supercooled in the first and second four-stream and three-stream heat exchangers with a mixed refrigerant stream, it is expanded and sent to the reservoir for storage, the heated return flow of the refrigerant from the first four-flow heat exchanger is compressed in the stages of the compressor with frequency control and cooled after each stage, then sequentially cooled in the first and second four-flow and three-flow heat exchangers, expanded and fed to the cooling of the natural gas stream, while before each the compressor stage separates the liquid phase from the refrigerant stream in the first and second separators, which is pumped to mix with the compressed and cooled refrigerant stream in the third separator, after the second compressor stage, part of the stream x refrigerant is fed through a bypass line with a solenoid valve to the gaseous refrigerant tank, from where it is fed through a control valve to the first separator, before entering each four-flow heat exchanger, the refrigerant flow is divided into gas and liquid phases in the third and fourth separators, respectively, a part is removed from the liquid phase, which is throttled and mixed with the reverse flow of the refrigerant, while changing the temperature of natural gas before throttling, the compressor performance is controlled by changing the speed of the compressor shaft.

Упомянутая часть жидкой фазы может быть отведена после выхода из третьего и четвертого сепараторов, остальную жидкую фазу сжимают в насосах с частотным регулированием, смешивают с газовой фазой и подают объединенный поток на вход соответственно первого и второго четырехпоточного теплообменного аппарата.Said part of the liquid phase can be withdrawn after leaving the third and fourth separators, the rest of the liquid phase is compressed in pumps with frequency control, mixed with the gas phase, and the combined flow is fed to the input of the first and second four-stream heat exchangers, respectively.

Упомянутая часть жидкой фазы может быть отведена после выхода из четырехпоточного теплообменного аппарата, остальную жидкую фазу после третьего сепаратора дросселируют и объединяют с жидкой фазой из четвертого сепаратора перед входом во второй четырехпоточный теплообменный аппарат, а остальную часть жидкой фазы после четвертого сепаратора дросселируют и объединяют с газовой фазой из четвертого сепаратора перед входом в третий трехпоточный теплообменный аппарат.Said part of the liquid phase can be removed after leaving the four-flow heat exchanger, the rest of the liquid phase after the third separator is throttled and combined with the liquid phase from the fourth separator before entering the second four-flow heat exchanger, and the rest of the liquid phase after the fourth separator is throttled and combined with the gas phase from the fourth separator before entering the third three-flow heat exchanger.

Достижение указанного технического результата первым вариантом установки обеспечивается тем, что, согласно изобретению, установка для производства сжиженного природного газа включает:The achievement of the specified technical result by the first version of the installation is ensured by the fact that, according to the invention, the installation for the production of liquefied natural gas includes:

- контур смесевого хладагента, содержащий последовательно сообщенные газовыми трубопроводами первый сепаратор с установленным в нем датчиком уровня жидкости, датчик давления, первую ступень компрессора с частотным регулированием, первый аппарат воздушного охлаждения, второй сепаратор, вторую ступень компрессора, второй аппарат воздушного охлаждения, на выходе которого установлены датчики температуры и давления, третий сепаратор, при этом выходы по потоку жидкости из первого сепаратора и второго сепаратора соединены жидкостными трубопроводами с первым и вторым насосами соответственно с третьим сепаратором, на котором установлен датчик уровня жидкости, выход газообразной фазы смесевого хладагента из третьего сепаратора соединен со входом для парожидкостного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата, выход жидкой фазы смесевого хладагента из третьего сепаратора соединен со входом для жидкостного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата и со входом третьего насоса, выход которого соединен со входом парожидкостного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата, выход жидкостного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата соединен через первый регулирующий вентиль с трубопроводом обратного потока перед первым четырехпоточным теплообменным аппаратом, выход по парожидкостному потоку первого четырехпоточного теплообменного аппарата соединен со входом четвертого фазового сепаратора, на котором установлен датчик уровня жидкости, выход паровой фазы смесевого хладагента из четвертого сепаратора соединен со входом для парожидкостного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата, выход жидкой фазы смесевого хладагента из четвертого сепаратора соединен со входом для жидкостного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата и со входом четвертого насоса, выход которого, в свою очередь, соединен со входом парожидкостного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата, выход жидкостного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата соединен через второй регулирующий вентиль с трубопроводом обратного потока, который соединен со входом обратного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата, выход по парожидкостному потоку второго четырехпоточного теплообменного аппарата соединен со входом третьего трехпоточного теплообменного аппарата, выход которого соединен со входом третьего регулирующего вентиля, выход третьего регулирующего вентиля соединен с трубопроводом обратного потока, который последовательно соединяет трехпоточный теплообменный аппарат, второй и первый четырехпоточные теплообменные аппараты, на входы по обратному потоку в первый и второй четырехпоточные теплообменные аппараты установлены датчики температуры, выход четвертого регулирующего вентиля и выход первого четырехпоточного теплообменного аппарата соединены со входом резервуара жидкого смесевого хладагента;- a mixed refrigerant circuit containing the first separator connected in series by gas pipelines with a liquid level sensor installed in it, a pressure sensor, the first stage of the compressor with frequency control, the first air cooler, the second separator, the second compressor stage, the second air cooler, at the outlet of which temperature and pressure sensors are installed, the third separator, while the liquid flow outlets from the first separator and the second separator are connected by liquid pipelines to the first and second pumps, respectively, with the third separator, on which the liquid level sensor is installed, the outlet of the gaseous phase of the mixed refrigerant from the third separator is connected with the input for the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid phase of the mixed refrigerant from the third separator is connected to the input for the liquid flow of the first four-flow heat exchanger and with the input of the third pump wasp, the output of which is connected to the inlet of the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid flow of the first four-flow heat exchanger is connected through the first control valve to the return flow pipeline in front of the first four-flow heat exchanger, the outlet along the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the fourth phase separator , on which the liquid level sensor is installed, the outlet of the vapor phase of the mixed refrigerant from the fourth separator is connected to the inlet for the vapor-liquid flow of the second four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid phase of the mixed refrigerant from the fourth separator is connected to the inlet for the liquid flow of the second four-flow heat exchanger and to the inlet of the fourth pump , the output of which, in turn, is connected to the input of the vapor-liquid flow of the second four-flow heat exchanger, the output of the liquid flow of the second of the four-flow heat exchanger is connected through the second control valve to the return flow pipeline, which is connected to the return flow inlet of the second four-flow heat exchanger, the vapor-liquid flow outlet of the second four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the third three-flow heat exchanger, the outlet of which is connected to the inlet of the third control valve, the outlet of the third control valve is connected to the return flow pipeline, which in series connects the three-flow heat exchanger, the second and the first four-flow heat exchangers, temperature sensors are installed at the reverse flow inlets of the first and second four-flow heat exchangers, the output of the fourth control valve and the output of the first four-flow heat exchanger are connected with the inlet of the liquid mixed refrigerant tank;

- линию перепуска, соединяющую трубопровод газа между вторым компрессором и вторым аппаратом воздушного охлаждения и первый сепаратор и содержащую последовательно соединенные соленоидный вентиль, резервуар газообразного смесевого хладагента и четвертый регулирующий вентиль; и- a bypass line connecting the gas pipeline between the second compressor and the second air cooler and the first separator and containing connected in series with a solenoid valve, a gaseous mixed refrigerant reservoir and a fourth expansion valve; and

- трубопровод природного газа, последовательно соединяющий первый четырехпоточный теплообменный аппарат, второй четырехпоточный теплообменный аппарат, трехпоточный теплообменный аппарат, датчик температуры, пятый регулирующий вентиль и резервуар хранения сжиженного природного газа.- a natural gas pipeline connecting in series the first four-flow heat exchanger, the second four-flow heat exchanger, the three-flow heat exchanger, the temperature sensor, the fifth control valve and the liquefied natural gas storage tank.

Компрессоры первой и второй ступени могут быть выполнены винтовыми, поршневыми, либо в виде турбокомпрессоров.Compressors of the first and second stages can be made of screw, piston, or in the form of turbochargers.

Теплообменные аппараты могут быть выполнены пластинчатыми либо витыми.Heat exchangers can be made of lamellar or twisted.

Достижение указанного технического результата вторым вариантом установки обеспечивается тем, что, согласно изобретению, установка включает:The achievement of the specified technical result by the second version of the installation is ensured by the fact that, according to the invention, the installation includes:

- контур смесевого хладагента, содержащий последовательно сообщенные газовыми трубопроводами первый сепаратор с установленным в нем датчиком уровня жидкости, датчик давления, первую ступень компрессора с частотным регулированием, первый аппарат воздушного охлаждения, второй сепаратор, вторую ступень компрессора, второй аппарат воздушного охлаждения, на выходе которого установлены датчики температуры и давления, третий сепаратор, при этом выходы по потоку жидкости из первого сепаратора и второго сепаратора посредством жидкостных трубопроводов с первым и вторым насосами соединены соответственно с третьим сепаратором, на котором установлен датчик уровня жидкости, выход газообразной фазы смесевого хладагента из третьего сепаратора соединен со входом для парожидкостного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата, выход из третьего сепаратора жидкостной фазы смесевого хладагента соединен со входом для жидкостного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата, выход жидкостного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата соединен со входом первого регулирующего вентиля и с входом второго регулирующего вентиля, выход первого регулирующего вентиля соединен с трубопроводом обратного потока, который соединен со входом обратного потока первого четырехпоточного теплообменного аппарата, выход второго регулирующего вентиля - со входом жидкостной фазы второго четырехпоточного теплообменного аппарата, выход по парожидкостному потоку первого четырехпоточного теплообменного аппарата соединен со входом четвертого сепаратора, на котором установлен датчик уровня жидкости, выход газовой фазы смесевого хладагента из четвертого сепаратора соединен со входом для газового потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата, выход жидкой фазы смесевого хладагента из четвертого сепаратора соединен со входом для жидкостного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата, выход жидкостного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата соединен со входом третьего регулирующего вентиля и со входом четвертого регулирующего вентиля, выход третьего регулирующего вентиля соединен с трубопроводом обратного потока, который соединен со входом обратного потока второго четырехпоточного теплообменного аппарата, выход четвертого регулирующего вентиля - со входом двухфазного потока трехпоточного теплообменного аппарата, выход по парожидкостному потоку второго четырехпоточного теплообменного аппарата соединен со входом третьего трехпоточного теплообменного аппарата, выход которого соединен с пятым регулирующим вентилем, а выход пятого регулирующего вентиля соединен со входом обратного потока третьего трехпоточного теплообменного аппарата;- a mixed refrigerant circuit containing the first separator connected in series by gas pipelines with a liquid level sensor installed in it, a pressure sensor, the first stage of the compressor with frequency control, the first air cooler, the second separator, the second compressor stage, the second air cooler, at the outlet of which temperature and pressure sensors are installed, the third separator, while the liquid flow outlets from the first separator and the second separator are connected via liquid pipelines to the first and second pumps, respectively, with the third separator, on which the liquid level sensor is installed, the gaseous phase outlet of the mixed refrigerant from the third separator connected to the inlet for the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the third separator of the liquid phase of the mixed refrigerant is connected to the inlet for the liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid of the bone flow of the first four-flow heat exchanger is connected to the input of the first control valve and to the input of the second control valve, the output of the first control valve is connected to the return flow pipeline, which is connected to the return flow inlet of the first four-flow heat exchanger, the output of the second control valve is connected to the liquid phase inlet of the second four-flow heat exchanger, the vapor-liquid flow outlet of the first four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the fourth separator, on which a liquid level sensor is installed, the gas phase outlet of the mixed refrigerant from the fourth separator is connected to the gas flow inlet of the second four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid phase of the mixed refrigerant from of the fourth separator is connected to the liquid flow inlet of the second four-flow heat exchanger, the liquid flow outlet of the second four-flow heat exchanger is connected line with the inlet of the third control valve and with the inlet of the fourth control valve, the outlet of the third control valve is connected to the return flow pipeline, which is connected to the return flow inlet of the second four-stream heat exchanger, the output of the fourth control valve is connected to the two-phase the flow of the second four-flow heat exchanger is connected to the input of the third three-flow heat exchanger, the output of which is connected to the fifth control valve, and the output of the fifth control valve is connected to the return flow inlet of the third three-flow heat exchanger;

- линию перепуска, соединяющую трубопровод газа между вторым компрессором и вторым аппаратом воздушного охлаждения и первый сепаратор и содержащую последовательно соединенные соленоидный вентиль, резервуар газообразного смесевого хладагента и шестой регулирующий вентиль; и- a bypass line connecting the gas pipeline between the second compressor and the second air cooler and the first separator and containing connected in series with a solenoid valve, a reservoir of gaseous mixed refrigerant and a sixth control valve; and

- трубопровод природного газа, последовательно соединяющий первый четырехпоточный теплообменный аппарат, второй четырехпоточный теплообменный аппарат, трехпоточный теплообменный аппарат, датчик температуры, седьмой регулирующий вентиль и резервуар хранения сжиженного природного газа.- a natural gas pipeline connecting in series the first four-flow heat exchanger, the second four-flow heat exchanger, the three-flow heat exchanger, the temperature sensor, the seventh control valve and the liquefied natural gas storage tank.

Компрессор может быть выполнен в виде центробежного компрессора.The compressor may be in the form of a centrifugal compressor.

Выход жидкой фазы из третьего сепаратора может быть дополнительно соединен со входом во второй сепаратор линией, включающей регулирующий вентиль и проходящей через электродвигатель компрессора.The outlet of the liquid phase from the third separator can be additionally connected to the inlet to the second separator by a line including a control valve and passing through the compressor motor.

Теплообменные аппараты могут быть выполнены пластинчато-ребристыми.Heat exchangers can be made of lamellar and ribbed.

Применение регулирующей арматуры, насосов, датчиков температуры и датчиков уровня на сепараторах реализуют регулирование производства сжиженного газа с учетом температуры окружающей среды, позволяет повысить энергоэффективность установки за счет поддержания минимальной недорекуперации на теплообменных аппаратах. Поддержание минимальной недорекуперации позволяет снизить необходимую производительность компрессора, что снижает энергетические затраты установки в целом.The use of control valves, pumps, temperature sensors and level sensors on separators regulates the production of liquefied gas, taking into account the ambient temperature, and makes it possible to increase the energy efficiency of the plant by maintaining minimal underrecovery on heat exchangers. Maintaining a minimum underrecovery reduces the required compressor capacity, which reduces the energy costs of the plant as a whole.

Реализация регулирования количественного состава смесевого хладагента в зависимости от температуры окружающей среды выполняется с помощью следующих элементов: компрессоры с частотным регулированием, сепараторы с датчиками уровня, датчики температуры на обратном потоке смесевого хладагента и регулирующие вентили. При изменении температуры окружающей среды поддерживается программно заданная производительность компрессора с помощью изменения частоты вращения электродвигателя смесевого хладагента в контуре с учетом температуры продукционного потока перед расширением. Также регулирующими вентилями поддерживается программно заданный уровень смесевого хладагента в сепараторах, учитывающий температуру обратного потока смесевого хладагента, измеряемую датчиками, установленными между теплообменными аппаратами.Implementation of the regulation of the quantitative composition of the mixed refrigerant depending on the ambient temperature is carried out using the following elements: compressors with frequency control, separators with level sensors, temperature sensors on the return flow of the mixed refrigerant and control valves. When the ambient temperature changes, the programmed compressor capacity is maintained by changing the speed of the mixed refrigerant motor in the circuit, taking into account the temperature of the product stream before expansion. Also, the control valves maintain a programmatically specified level of the mixed refrigerant in the separators, taking into account the temperature of the return flow of the mixed refrigerant, measured by sensors installed between the heat exchangers.

В качестве смесевого хладагента используют смесь углеводородов и азота.A mixture of hydrocarbons and nitrogen is used as a mixed refrigerant.

Причем жидкостной поток из седьмого регулирующего вентиля, предназначенного для перераспределения жидкости в теплообменном аппарате, после второго теплообменного аппарата можно направить в третий теплообменный аппарат как третий горячий поток и, после переохлаждения, смешать с парожидкостным потоком из третьего теплообменного аппарата перед подачей на дросселирование в третий регулирующий вентиль.Moreover, the liquid flow from the seventh control valve, designed to redistribute the liquid in the heat exchanger, after the second heat exchanger can be sent to the third heat exchanger as the third hot flow and, after supercooling, mixed with the vapor-liquid flow from the third heat exchanger before being fed to the third control valve for throttling. valve.

На фиг.1, 2 показаны схемы установок, обеспечивающих реализацию предложенного способа малотоннажного производства сжиженного природного газа.Figure 1, 2 shows diagrams of installations that ensure the implementation of the proposed method of low-tonnage production of liquefied natural gas.

Установка для производства сжиженного природного газа (фиг.1) содержит технологическую линию, выполненную в виде последовательно сообщенных соединительными трубопроводами первого сепаратора 15, представляющего собой резервуар жидкого смесевого хладагента, и установленного в нем датчика уровня жидкости 27, выход по потоку газа которого соединен с датчиком давления 28 и первой ступенью компрессора 1 с частотным регулированием, а выход по потоку жидкости соединен с насосом 14. Выход компрессора из первой ступени компрессора 1 соединен трубопроводом со входом аппарата воздушного охлаждения 2, выход которого соединен со вторым сепаратором 31. Выход по потоку газа из сепаратора 31 соединен со второй ступенью компрессора 29, а выход по потоку жидкости - с насосом 32. Выход второй ступени компрессора 29 соединен со входом аппарата воздушного охлаждения 30, на выходе из которого установлены датчики температуры 20 и давления 21, и с линией перепуска. На линии перепуска последовательно соединены соленоидный вентиль 19, резервуар газообразного смесевого хладагента 17 и регулирующий вентиль 16. Трубопроводы с жидким смесевым хладагентом и трубопровод с газообразным смесевым хладагентом соединяют выход насоса 14, выход насоса 32 и выход аппарата воздушного охлаждения 30 с третьим сепаратором 3, на котором установлен датчик уровня жидкости 22. Выход газообразной фазы смесевого хладагента из сепаратора 3 соединен со входом для парожидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 5. Выход из сепаратора 3 жидкой фазы смесевого хладагента соединен со входом для жидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 5 и со входом насоса 4, выход которого, в свою очередь, соединен со входом парожидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 5. Выход жидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 5 соединен через регулирующий вентиль 7 с трубопроводом обратного потока, который соединен со входом обратного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 5. Выход по парожидкостному потоку четырехпоточного теплообменного аппарата 5 соединен со входом четвертого сепаратора 6, на котором установлен датчик уровня жидкости 23. Выход паровой фазы смесевого хладагента из сепаратора 6 соединен со входом для парожидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 9. Выход жидкой фазы смесевого хладагента из сепаратора 6 соединен со входом для жидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 9 и со входом насоса 8, выход которого, в свою очередь, соединен со входом парожидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 9. Выход жидкостного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 9 соединен через регулирующий вентиль 10 с трубопроводом обратного потока, который соединен со входом обратного потока четырехпоточного теплообменного аппарата 9. Выход по парожидкостному потоку четырехпоточного теплообменного аппарата 9 соединен со входом трехпоточного теплообменного аппарата 11, выход которого соединен со входом регулирующего вентиля 12. Выход регулирующего вентиля 12 соединен со входом обратного потока трехпоточного теплообменного аппарата 11. Далее трубопровод обратного потока последовательно соединяет теплообменные аппараты 11, 9, 5. На входе в четырехпоточный теплообменный аппарат 9 по обратному потоку установлен датчик температуры 25, на входе в четырехпоточный теплообменный аппарат 5 по обратному потоку установлен датчик температуры 24. Выход регулирующего вентиля 16 и выход четырехпоточного теплообменного аппарата 5 соединяются со входом резервуара жидкого смесевого хладагента 15. Входом в установку является вход в четырехпоточный теплообменный аппарат 5 для потока природного газа. Трубопровод природного газа соединяет выход четырехпоточного теплообменного аппарата 5 со входом в четырехпоточный теплообменный аппарат 9. Выход четырехпоточного теплообменного аппарата 9 соединен со входом в трехпоточный теплообменный аппарат 11. Выход трехпоточного теплообменного аппарата 11 соединен со входом регулирующего вентиля 13, до которого стоит датчик температуры 25. Далее выход регулирующего вентиля 13 соединен с резервуаром хранения сжиженного природного газа 18.The installation for the production of liquefied natural gas (figure 1) contains a process line made in the form of sequentially communicated by connecting pipelines of the first separator 15, which is a reservoir of liquid mixed refrigerant, and a liquid level sensor 27 installed in it, the gas outlet of which is connected to the sensor pressure 28 and the first stage of the compressor 1 with frequency control, and the output of the liquid flow is connected to the pump 14. The output of the compressor from the first stage of the compressor 1 is connected by a pipeline to the inlet of the air cooler 2, the output of which is connected to the second separator 31. The outlet of the gas flow from the separator 31 is connected to the second stage of the compressor 29, and the outlet along the liquid flow is connected to the pump 32. The outlet of the second stage of the compressor 29 is connected to the inlet of the air cooler 30, at the outlet of which temperature sensors 20 and pressure 21 are installed, and to the bypass line. The solenoid valve 19, the gaseous mixed refrigerant tank 17 and the control valve 16 are connected in series on the bypass line. where a liquid level sensor 22 is installed. The outlet of the gaseous phase of the mixed refrigerant from the separator 3 is connected to the inlet for the vapor-liquid flow of the four-stream heat exchanger 5. The outlet of the separator 3 of the liquid phase of the mixed refrigerant is connected to the inlet for the liquid flow of the four-stream heat exchanger 5 and to the inlet of the pump 4, the outlet of which, in turn, is connected to the inlet of the vapor-liquid flow of the four-stream heat exchanger 5. The outlet of the liquid th flow of the four-flow heat exchanger 5. The outlet of the vapor-liquid flow of the four-flow heat exchanger 5 is connected to the inlet of the fourth separator 6, on which a liquid level sensor 23 is installed. liquid phase of the mixed refrigerant from the separator 6 is connected to the liquid flow inlet of the four-flow heat exchanger 9 and to the inlet of the pump 8, the output of which, in turn, is connected to the inlet of the vapor-liquid flow of the four-flow heat exchanger 9. The liquid flow outlet of the four-flow heat exchanger 9 is connected through a control valve 10 with a return flow pipeline, which is connected to the return flow inlet of the four-flow heat exchanger 9. The vapor-liquid outlet of the four-flow heat exchanger 9 is connected to the input of the three-flow apparatus 11, the output of which is connected to the inlet of the control valve 12. The outlet of the control valve 12 is connected to the return flow inlet of the three-flow heat exchanger 11. Further, the return flow pipeline connects the heat exchangers 11, 9, 5 in series. a temperature sensor 25 is installed, a temperature sensor 24 is installed at the inlet to the four-flow heat exchanger 5 along the reverse flow. natural gas flow. The natural gas pipeline connects the outlet of the four-flow heat exchanger 5 with the inlet of the four-flow heat exchanger 9. The outlet of the four-flow heat exchanger 9 is connected to the inlet of the three-flow heat exchanger 11. The outlet of the three-flow heat exchanger 11 is connected to the inlet of the control valve 13, to which is the temperature sensor 25. Further, the outlet of the control valve 13 is connected to the storage tank of liquefied natural gas 18.

Установка для производства сжиженного природного газа, показанная на фиг.2, отличается от установки по фиг.1 тем что:The installation for the production of liquefied natural gas, shown in figure 2, differs from the installation according to figure 1 in that:

- насос 4 и насос 8 отсутствуют;- pump 4 and pump 8 are missing;

- добавлен трубопровод, соединяющий выход жидкости из теплообменного аппарата 5, с трубопроводом жидкости из сепаратора 6, при этом на этой линии установлен регулирующий вентиль 33;- a pipeline is added connecting the liquid outlet from the heat exchanger 5 with the liquid pipeline from the separator 6, while a control valve 33 is installed on this line;

- добавлен трубопровод, соединяющий выход жидкости из теплообменного аппарата 9, с трубопроводом газа из сепаратора 6, при этом на этой линии установлен регулирующий вентиль 34.- a pipeline was added connecting the liquid outlet from the heat exchanger 9 with the gas pipeline from the separator 6, while a control valve 34 is installed on this line.

Установка для производства сжиженного природного газа работает следующим образом.Installation for the production of liquefied natural gas operates as follows.

Поток пара с давлением 4 бар направляется из резервуара жидкого смесевого хладагента 15 на вход в первую ступень компрессора 1 с частотным регулированием на сжатие до давления 11,5 бар. по трубопроводу, на котором установлен датчик давления 28. Далее газ идет на охлаждение до температуры 30°С в аппарат воздушного охлаждения (АВО) 2. После поток поступает в сепаратор 31, в котором происходит разделение потока на фазы: газ направляется на всасывание во вторую ступень компрессора 29, жидкость - на всасывание в насос 32. Затем газ сжимается во второй ступени компрессора 29 до давления 30 бар, и часть потока идет на охлаждение до температуры 30°С в аппарат воздушного охлаждения 30, другая часть потока - на линию перепуска. На линии перепуска газ поступает через соленоидный вентиль 19 в резервуар газообразного смесевого хладагента 17, и далее в регулирующий вентиль 16. После охлаждения в аппарате воздушного охлаждения 30 параметры газа контролируются датчиками температуры 20 и давления 21 и поддерживаются с помощью частотного регулирования компрессора 1. Датчик температуры 20, измеряющий температуру хладагента после АВО 30, фиксирует изменение температуры и посылает сигнал на контроллер, который по заранее заданному алгоритму посылает сигнал на частотный преобразователь, который регулирует частоту вращения электродвигателей компрессоров. Таким образом электродвигатели компрессоров, изменяя частоту вращения, а именно регулируя производительность компрессоров, понижают или повышают давление нагнетания, т.к. происходит распределение хладагента между полостями низкого и высокого давления. Давление всасывания регулируется степенью открытия дросселя 12: при изменении проходного сечения дросселя происходит распределение хладагента между полостями низкого и высокого давления. Уставка давления всасывания задана по заранее заданному алгоритму, которая изменяется в зависимости от температуры хладагента после АВО 30. Поток жидкости сжимается в насосе 32 до давления 11,5 бар. Жидкостной поток из сепаратора 15 направляется на нагнетание в насос 14 до давления 30 бар, который поддерживает требуемый уровень жидкости в сепараторе 15, контролируемый датчиком уровня жидкости 27. Далее двухфазный поток из аппарата воздушного охлаждения 30, поток жидкости из насоса 32 и насоса 14 поступают на смешивание в сепаратор 3 и последующее разделение на фазы. Поток газа из сепаратора 3 направляется на охлаждение и частичную конденсацию в четырехпоточный теплообменный аппарат 5, часть жидкостного потока из сепаратора 3 подается в теплообменный аппарат 5 с помощью насоса 4, смешиваясь с потоком газа из сепаратора 3, а другая часть - на переохлаждение в четырехпоточный теплообменный аппарат 5 до температуры минус 58°С. После теплообменного аппарата 5 поток переохлажденной жидкости дросселируется регулирующим вентилем 7 до давления 4,5 бар. После регулирующего вентиля 7 двухфазный поток смешивается с обратным потоком и направляется на нагрев в четырехпоточный теплообменный аппарат 5 до температуры 25°С. Уровень жидкости в сепараторе 3 поддерживается регулирующим вентилем 7, а температура обратного потока на входе в четырехпоточный теплообменный аппарата 5 - насосом 4 или регулирующим вентилем 33. Далее парожидкостной поток с температурой минус 58°С из четырехпоточного теплообменного аппарата 5 направляется в сепаратор 6, на выходе из которого поток пара направляется в четырехпоточный теплообменный аппарат 9 на охлаждение и частичную конденсацию, часть жидкостного потока из сепаратора 6 подается в теплообменный аппарат 9 с помощью насоса 8, смешиваясь с потоком газа из сепаратора 6, а другая часть - на переохлаждение в четырехпоточный теплообменный аппарат 9 до температуры минус 125°С. После теплообменного аппарата 9 поток переохлажденной жидкости дросселируется регулирующим вентилем 10 до давления 4,5 бар. После регулирующего вентиля 10 двухфазный поток смешивается с обратным потоком и направляется на нагрев в четырехпоточный теплообменный аппарат 5 до температуры минус 62°С. Уровень жидкости в сепараторе 6 поддерживается регулирующим вентилем 10, а температура обратного потока на входе в четырехпоточный теплообменный аппарат 9 - насосом 8 или регулирующим вентилем 34. Затем парожидкостной поток из четырехпоточного теплообменного аппарата 9 охлаждается и конденсируется в трехпоточном теплообменном аппарате 11, после которого направляется на дросселирование в регулирующий вентиль 12, поддерживающий необходимое давление на всасывание в первой ступени компрессора. Далее двухфазный поток из регулирующего вентиля 12 поступает на нагрев в трехпоточный теплообменный аппарат 11, смешивается с потоком из регулирующего вентиля 10 и затем поток с температурой минус 640С направляется на нагрев в четырехпоточный теплообменный аппарат 9 по трубопроводу, на котором установлен датчик температуры 25. После четырехпоточного теплообменного аппарата 9 двухфазный поток смешивается с потоком из регулирующего вентиля 7 и затем поток с температурой минус 128°С поступает на нагрев в четырехпоточный теплообменный аппарат 5 по трубопроводу, на котором установлен датчик температуры 24. Поток газа из четырехпоточного теплообменного аппарата 5 и поток газа из регулирующего вентиля 16 смешиваются в резервуаре жидкого хладагента 15. На входе в установку природный газ направляется на охлаждение и конденсацию в четырехпоточный теплообменный аппарат 5 до температуры минус 58°С и далее на охлаждение и конденсацию в четырехпоточный теплообменный аппарат 9 до температуры минус 125°С. Затем поток поступает на переохлаждение в трехпоточный теплообменный аппарат 11, после которого измеряется температура природного газа датчиком температуры 26 и поддерживается частотным регулированием компрессора 1, и дросселируется в регулирующем вентиле 13 до давления хранения 4 бар. Далее сжиженный природный газ поступает на хранение в хранилище сжиженного природного газа 18.A steam flow with a pressure of 4 bar is sent from the liquid mixed refrigerant tank 15 to the inlet to the first stage of the compressor 1 with frequency control for compression to a pressure of 11.5 bar. through the pipeline on which the pressure sensor 28 is installed. Then the gas is cooled to a temperature of 30 ° C in the air cooler (ACO) 2. After that, the flow enters the separator 31, in which the flow is divided into phases: the gas is sent to the suction in the second compressor stage 29, liquid - for suction into pump 32. Then the gas is compressed in the second stage of compressor 29 to a pressure of 30 bar, and part of the flow is cooled to a temperature of 30 ° C in the air cooler 30, the other part of the flow goes to the bypass line. On the bypass line, the gas enters through the solenoid valve 19 into the gaseous mixed refrigerant tank 17, and then into the control valve 16. After cooling in the air cooler 30, the gas parameters are controlled by temperature sensors 20 and pressure 21 and are maintained using frequency control of the compressor 1. Temperature sensor 20, which measures the temperature of the refrigerant after ABO 30, captures the temperature change and sends a signal to the controller, which, according to a predetermined algorithm, sends a signal to the frequency converter, which regulates the speed of the compressor motors. Thus, the electric motors of the compressors, by changing the rotational speed, namely by adjusting the performance of the compressors, lower or increase the discharge pressure, because. the distribution of the refrigerant between the cavities of low and high pressure. The suction pressure is controlled by the opening degree of the throttle 12: when the flow area of the throttle changes, the refrigerant is distributed between the low and high pressure cavities. The suction pressure setpoint is set according to a predetermined algorithm, which varies depending on the temperature of the refrigerant after the air cooler 30. The liquid flow is compressed in the pump 32 to a pressure of 11.5 bar. The liquid flow from separator 15 is directed to pump 14 to a pressure of 30 bar, which maintains the required liquid level in separator 15, controlled by liquid level sensor 27. mixing into separator 3 and subsequent phase separation. The gas flow from the separator 3 is sent for cooling and partial condensation to the four-flow heat exchanger 5, part of the liquid flow from the separator 3 is fed into the heat exchanger 5 by means of the pump 4, mixing with the gas flow from the separator 3, and the other part is for subcooling into the four-flow heat exchanger. apparatus 5 to a temperature of minus 58°C. After the heat exchanger 5, the supercooled liquid flow is throttled by the control valve 7 to a pressure of 4.5 bar. After the control valve 7, the two-phase flow is mixed with the reverse flow and sent for heating to the four-flow heat exchanger 5 to a temperature of 25°C. The liquid level in separator 3 is maintained by control valve 7, and the temperature of the return flow at the inlet to four-flow heat exchanger 5 is maintained by pump 4 or control valve 33. from which the vapor flow is directed to the four-flow heat exchanger 9 for cooling and partial condensation, part of the liquid flow from the separator 6 is supplied to the heat exchanger 9 by means of the pump 8, mixing with the gas flow from the separator 6, and the other part - for subcooling into the four-flow heat exchanger 9 to a temperature of minus 125°C. After the heat exchanger 9, the supercooled liquid flow is throttled by the control valve 10 to a pressure of 4.5 bar. After the control valve 10, the two-phase flow is mixed with the reverse flow and sent for heating to the four-flow heat exchanger 5 to a temperature of minus 62°C. The liquid level in separator 6 is maintained by control valve 10, and the temperature of the return flow at the inlet to four-flow heat exchanger 9 is maintained by pump 8 or control valve 34. Then the vapor-liquid flow from four-flow heat exchanger 9 is cooled and condensed in three-flow heat exchanger 11, after which it is directed to throttling into the control valve 12, which maintains the required suction pressure in the first stage of the compressor. Next, the two-phase flow from the control valve 12 enters the three-flow heat exchanger 11 for heating, mixes with the flow from the control valve 10, and then the flow with a temperature of minus 640C is sent for heating to the four-flow heat exchanger 9 through the pipeline, on which the temperature sensor 25 is installed. of the heat exchanger 9, the two-phase flow is mixed with the flow from the control valve 7, and then the flow with a temperature of minus 128 control valve 16 are mixed in the liquid refrigerant tank 15. At the inlet to the plant, natural gas is sent for cooling and condensation in a four-flow heat exchanger 5 to a temperature of minus 58 ° C and then for cooling and condensation in a four-flow heat exchanger 9 to a temperature of minus 12 5°C. Then the flow enters for subcooling in a three-flow heat exchanger 11, after which the natural gas temperature is measured by a temperature sensor 26 and maintained by the frequency control of the compressor 1, and throttled in the control valve 13 to a storage pressure of 4 bar. Next, liquefied natural gas is stored in the liquefied natural gas storage 18.

Система регулирования количественного состава смесевого хладагента состоит из линии перепуска с соленоидным вентилем 19, резервуаром газообразного смесевого хладагента 17 и регулирующим вентилем 16. Также в ее состав входят резервуар жидкого смесевого хладагента 15 и насос 14, насосы 4 и 8 (фиг.1) или регулирующие вентили 33 и 34 (фиг.2), датчик температуры 20, датчик давления 21, датчик температуры 24, датчик температуры 25, датчик температуры 26, датчик уровня жидкости в сепараторе 27, датчик давления 28.The system for regulating the quantitative composition of the mixed refrigerant consists of a bypass line with a solenoid valve 19, a gaseous mixed refrigerant tank 17 and a control valve 16. It also includes a liquid mixed refrigerant tank 15 and a pump 14, pumps 4 and 8 (figure 1) or control valves 33 and 34 (figure 2), temperature sensor 20, pressure sensor 21, temperature sensor 24, temperature sensor 25, temperature sensor 26, liquid level sensor in the separator 27, pressure sensor 28.

При изменении температуры окружающей среды с 30°С до 20°С с учетом недорекуперации в 10°С в аппаратах воздушного охлаждения 2 и 30, температура смесевого хладагента после АВО составит 30°С, на входе в теплообменный аппарат 5 по потоку природного газа - 30°С. Параметры в системе: давление нагнетания и всасывания, массовый расход и мольный состав хладагента по всему контуру установки за счет хранения части хладагента в ресиверах газообразного и жидкого смесевого хладагента, температуры по датчикам 24, 25 после теплообменных аппаратов, уровни в сепараторах начинают изменяться за счет изменения температуры после АВО и принимают требуемые значения по предварительно рассчитанным режимам работы установки для наихудших параметров природного газа на входе в установку (низкое давление газа на входе, высокая температура газа на входе). Датчик температуры фиксирует изменение температуры после АВО и посылает сигнал на контроллер, который по заранее заданному алгоритму посылает сигналы на исполнительные устройства (в т.ч. частотные преобразователи компрессора 1, насосов, регулирующие и соленоидные вентили. Датчик температуры 20 определяет температуру природного газа и смесевого хладагента, а привод компрессора 1 регулирует частоту вращения вала компрессора 1 и давление нагнетания, которое регистрирует датчик давления 21. По заранее заданному алгоритму контроллер поддерживает уставку давления нагнетания за счет открытия соленоидного вентиля 19. Соленоидный вентиль 19 открывается и часть хладагента после компрессора 1 направляется на линию перепуска, где в резервуаре газообразного хладагента 17 поддерживается определенное количество газообразного хладагента регулирующим вентилем 16. Поток жидкостного смесевого хладагента перепускается в резервуар жидкого смесевого хладагента 15, уровень в котором поддерживается насосом 14 и контролируется датчиком уровня жидкости 27. Давление всасывания, которое определяет датчик давления 28, поддерживается регулирующим вентилем 12. В связи с изменением массового расхода и количественного состава хладагента, циркулирующего по системе, изменяется уровень жидкости в сепараторах 3 и 6, определяемый датчиками уровня жидкости 22 и 23, который поддерживается насосами 4 и 8 за счет изменения их производительности с помощью частотного преобразователя. Уровень жидкости сепаратора изменяется от распределения жидкости и газа в ресиверах жидкости и газа соответственно, что и вносит изменения в мольный состав циркулирующего хладагента, а также от избыточной/недостающей холодопроизводительности, что эквивалентно массовому расходу хладагента. Уровень жидкости в сепараторе, который поддерживается для определенного режима работы по уставке с помощью вентилей за счет изменения степени их открытия или же насосами при изменении их производительности с помощью частотного преобразователя. Регулирующие вентили 7 и 10 поддерживают необходимую температуру обратного потока, определяемую датчиками температуры 24 и 25, обеспечением перепуска части потока. Если температура природного газа после теплообменного аппарата 11, определяемая датчиком температуры 26, превышает допустимую уставку, то подается сигнал на частотный преобразователь, который увеличивает частоту вращения электродвигателя, что в свою очередь увеличивает производительность компрессора и холодопроизводительность цикла. Производительность компрессора регулируется по температуре после АВО 30. В свою очередь, помимо основного алгоритма, если температура на датчике 26 будет ниже, чем температура уставки, то сигнал с датчика температуры 26 пойдет на контроллер, который, в свою очередь, подаст сигнал на частотный преобразователь, с помощью которого изменится частота вращения электродвигателя и производительность компрессора изменится в соответствии с необходимой холодопроизводительностью.When the ambient temperature changes from 30°C to 20°C, taking into account the underrecovery of 10°C in air coolers 2 and 30, the temperature of the mixed refrigerant after the air cooler will be 30°C, at the inlet to the heat exchanger 5 along the natural gas flow - 30 °C. Parameters in the system: discharge and suction pressure, mass flow and molar composition of the refrigerant throughout the entire circuit of the installation due to the storage of a part of the refrigerant in the receivers of the gaseous and liquid mixed refrigerant, temperatures according to sensors 24, 25 after the heat exchangers, the levels in the separators begin to change due to changes temperature after the air cooler and take the required values according to the pre-calculated operating modes of the installation for the worst parameters of natural gas at the inlet to the installation (low gas pressure at the inlet, high gas temperature at the inlet). The temperature sensor detects the temperature change after the air cooler and sends a signal to the controller, which, according to a predetermined algorithm, sends signals to the actuators (including frequency converters of compressor 1, pumps, control and solenoid valves. Temperature sensor 20 determines the temperature of natural gas and mixed refrigerant, and the compressor 1 drive regulates the compressor 1 shaft speed and the discharge pressure, which registers the pressure sensor 21. According to a predetermined algorithm, the controller maintains the discharge pressure setpoint by opening the solenoid valve 19. The solenoid valve 19 opens and part of the refrigerant after the compressor 1 is directed to a bypass line, where a certain amount of gaseous refrigerant is maintained in the gaseous refrigerant tank 17 by the control valve 16. The liquid mixed refrigerant flow is bypassed into the liquid mixed refrigerant tank 15, the level of which is maintained by the pump 14 and is controlled by the liquid level sensor 27. The suction pressure, which is determined by the pressure sensor 28, is maintained by the control valve 12. Due to the change in the mass flow and the quantitative composition of the refrigerant circulating through the system, the liquid level in the separators 3 and 6, determined by the liquid level sensors 22, changes and 23, which is supported by pumps 4 and 8 by changing their performance using a frequency converter. The liquid level of the separator varies from the distribution of liquid and gas in the liquid and gas receivers, respectively, which introduces changes in the molar composition of the circulating refrigerant, as well as from excess / lack of cooling capacity, which is equivalent to the mass flow of the refrigerant. The liquid level in the separator, which is maintained for a certain operating mode according to the setpoint using valves by changing the degree of their opening or by pumps when changing their performance using a frequency converter. Control valves 7 and 10 maintain the required return flow temperature, determined by temperature sensors 24 and 25, by allowing part of the flow to be bypassed. If the temperature of natural gas after the heat exchanger 11, determined by the temperature sensor 26, exceeds the allowable setting, then a signal is sent to the frequency converter, which increases the speed of the electric motor, which in turn increases the compressor capacity and the cooling capacity of the cycle. The compressor performance is controlled by the temperature after ABO 30. In turn, in addition to the main algorithm, if the temperature at sensor 26 is lower than the setpoint temperature, then the signal from temperature sensor 26 will go to the controller, which, in turn, will send a signal to the frequency converter , which will change the speed of the electric motor and the capacity of the compressor will change in accordance with the required cooling capacity.

Сравнение двух методов сжижения выполняется при следующих исходных данных состава природного газа:Comparison of two liquefaction methods is carried out with the following initial data on the composition of natural gas:

Параметры работы установки:Installation operation parameters:

- массовый расход природного газа на входе в холодильную машину - 3000 кг/ч;- mass flow rate of natural gas at the inlet to the refrigeration machine - 3000 kg/h;

- давление природного газа на входе в холодильную машину - 40 бар;- pressure of natural gas at the inlet to the refrigeration machine - 40 bar;

- температура природного газа на входе в холодильную машину - 40°С;- temperature of natural gas at the inlet to the refrigeration machine - 40°C;

- давление хранения сжиженного природного газа - 4 бар;- storage pressure of liquefied natural gas - 4 bar;

- полное сжижение природного газа;- complete liquefaction of natural gas;

- температура смесевого хладагента после аппарата воздушного охлаждения -40, 30, 20, 10°С для варианта работы установки с методом регулирования, для варианта работы установки без метода регулирования - 40°С.- the temperature of the mixed refrigerant after the air cooler is -40, 30, 20, 10°C for the unit operation option with the control method, for the unit operation option without the control method - 40°C.

В таблице 2 показаны энергозатраты на сжатие смесевого хладагента при изменении температуры окружающей среды по двум вариантам сжижения.Table 2 shows the energy consumption for compressing a mixed refrigerant with a change in ambient temperature for two liquefaction options.

Приведенные данные показывают, что с понижением температуры окружающей среды понижаются энергозатраты на сжатие смесевого хладагента. Среднегодовое потребление в базовом варианте сжижения составил - 987,5 кВт⋅ч, а в предложенном варианте с методом регулирования - 858,6 кВт⋅ч.The given data show that as the ambient temperature decreases, the energy consumption for compressing the mixed refrigerant decreases. The average annual consumption in the basic version of liquefaction was 987.5 kWh, and in the proposed version with the control method - 858.6 kWh.

Claims

1. A method for the production of liquefied natural gas, which consists in the fact that a high-pressure natural gas stream is sequentially cooled, condensed and supercooled in the first and second four-flow and three-flow heat exchangers with a mixed refrigerant stream, expanded and sent to a storage tank, a heated reverse refrigerant stream from of the first four-flow heat exchanger is compressed in the compressor stages with frequency control and cooled after each stage, then it is sequentially cooled in the first and second four-flow and three-flow heat exchangers, expanded and fed to the cooling of the natural gas stream, while before each compressor stage from the refrigerant flow in the first and the second separator, the liquid phase is separated, which is pumped for mixing with the compressed and cooled refrigerant stream in the third separator, after the second stage of the compressor, part of the refrigerant stream through the bypass line with a solenoid valve is supplied to the reserve gaseous refrigerant vapor, from where it is fed through the control valve to the first separator, before entering each four-flow heat exchanger, the refrigerant flow is divided into gas and liquid phases in the third and fourth separators, respectively, a part is removed from the liquid phase, which is throttled and mixed with the reverse refrigerant flow, at the same time, when the natural gas temperature changes, before throttling, the compressor capacity is regulated by changing the compressor shaft speed.

2. The method according to claim 1, characterized in that said part of the liquid phase is withdrawn after leaving the third and fourth separators, the rest of the liquid phase is compressed in frequency-controlled pumps, mixed with the gas phase, and the combined flow is fed to the input of the first and second four-stream, respectively heat exchanger.

3. The method according to claim 1, characterized in that said part of the liquid phase is withdrawn after leaving the four-flow heat exchanger, the remaining liquid phase after the third separator is throttled and combined with the liquid phase from the fourth separator before entering the second four-flow heat exchanger, and the rest the liquid phase after the fourth separator is throttled and combined with the gas phase from the fourth separator before entering the third three-flow heat exchanger.

4. Installation for the production of liquefied natural gas, including:

- a mixed refrigerant circuit containing the first separator connected in series by gas pipelines with a liquid level sensor installed in it, a pressure sensor, the first stage of the compressor with frequency control, the first air cooler, the second separator, the second compressor stage, the second air cooler, at the outlet of which the temperature and pressure sensors are installed, the third separator, while the liquid outlets from the first separator and the second separator are connected by liquid pipelines to the first and second pumps, respectively, with the third separator, on which the liquid level sensor is installed, the outlet of the gaseous phase of the mixed refrigerant from the third separator connected to the inlet for the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid phase of the mixed refrigerant from the third separator is connected to the inlet for the liquid flow of the first four-flow heat exchanger and to the inlet of the third pump, the output of which is connected to the inlet of the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid flow of the first four-flow heat exchanger is connected through the first control valve to the return flow pipeline in front of the first four-flow heat exchanger, the outlet along the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the fourth phase separator , on which the liquid level sensor is installed, the outlet of the vapor phase of the mixed refrigerant from the fourth separator is connected to the inlet for the vapor-liquid flow of the second four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid phase of the mixed refrigerant from the fourth separator is connected to the inlet for the liquid flow of the second four-flow heat exchanger and to the inlet of the fourth pump , the output of which, in turn, is connected to the input of the vapor-liquid flow of the second four-flow heat exchanger, the output of the liquid flow of the second of the four-flow heat exchanger is connected through the second control valve to the return flow pipeline, which is connected to the return flow inlet of the second four-flow heat exchanger, the vapor-liquid flow outlet of the second four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the third three-flow heat exchanger, the outlet of which is connected to the inlet of the third control valve, the outlet of the third control valve is connected to the return flow pipeline, which in series connects the three-flow heat exchanger, the second and the first four-flow heat exchangers, temperature sensors are installed at the reverse flow inlets of the first and second four-flow heat exchanger, the output of the fourth control valve and the output of the first four-flow heat exchanger are connected with the inlet of the liquid mixed refrigerant tank;

- a bypass line connecting the gas pipeline between the second compressor and the second air cooler and the first separator and containing connected in series with a solenoid valve, a gaseous mixed refrigerant reservoir and a fourth control valve; and

- a natural gas pipeline connecting in series the first four-flow heat exchanger, the second four-flow heat exchanger, the three-flow heat exchanger, the temperature sensor, the fifth control valve and the liquefied natural gas storage tank.

5. Installation according to claim. 4, characterized in that the compressors of the first and second stages are made of screw, piston, or in the form of turbochargers.

6. Installation according to claim. 4, characterized in that the heat exchangers are made of plate or twisted.

7. Installation for the production of liquefied natural gas, including:

- a mixed refrigerant circuit containing the first separator connected in series by gas pipelines with a liquid level sensor installed in it, a pressure sensor, the first stage of the compressor with frequency control, the first air cooler, the second separator, the second compressor stage, the second air cooler, at the outlet of which the temperature and pressure sensors are installed, the third separator, while the liquid flow outlets from the first separator and the second separator are connected via liquid pipelines to the first and second pumps, respectively, with the third separator, on which the liquid level sensor is installed, the outlet of the gaseous phase of the mixed refrigerant from the third of the separator is connected to the inlet for the vapor-liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the third separator of the liquid phase of the mixed refrigerant is connected to the inlet for the liquid flow of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid flow of the first four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the first control valve and to the inlet of the second control valve, the outlet of the first control valve is connected to the return flow pipeline, which is connected to the return flow inlet of the first four-flow heat exchanger, the outlet of the second control valve is connected to the inlet of the liquid phase of the second four-flow heat exchanger, the vapor-liquid flow outlet of the first four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the fourth separator, on which a liquid level sensor is installed, the gas phase outlet of the mixed refrigerant from the fourth separator is connected to the gas flow inlet of the second four-flow heat exchanger, the outlet of the liquid phase of the mixed refrigerant from of the fourth separator is connected to the liquid flow inlet of the second four-flow heat exchanger, the liquid flow outlet of the second four-flow heat exchanger is connected to the inlet of the third control valve and to the inlet of the fourth control valve, the outlet of the third control valve is connected to the return flow pipeline, which is connected to the return flow inlet of the second four-flow heat exchanger, the output of the fourth control valve is connected to the two-phase flow inlet of the three-flow heat exchanger, the outlet is through the vapor-liquid the flow of the second four-flow heat exchanger is connected to the input of the third three-flow heat exchanger, the output of which is connected to the fifth control valve, the output of the fifth control valve is connected to the return flow inlet of the third three-flow heat exchanger;

- a bypass line connecting the gas pipeline between the second compressor and the second air cooler and the first separator and containing connected in series with a solenoid valve, a reservoir of gaseous mixed refrigerant and a sixth control valve;

- a natural gas pipeline connecting in series the first four-flow heat exchanger, the second four-flow heat exchanger, the three-flow heat exchanger, the temperature sensor, the seventh control valve and the liquefied natural gas storage tank.

8. Installation according to claim 7, characterized in that the compressor is made in the form of a centrifugal compressor.

9. Installation according to claim 7, characterized in that the liquid phase outlet from the third separator is additionally connected to the second separator inlet by a line including a control valve and passing through the compressor motor.

10. Installation according to claim 7, characterized in that the heat exchangers are made of plate-finned.