[實用新型]單級混合冷劑天然氣液化流程冷劑濃度控制系統

有效

• 申請號: 201420070890.9
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN203824189U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 許雄文;劉金平;李日新
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F25B45/00
• 分類號: F25B45/00;F25B49/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本實用新型涉及氣體的壓縮和液化領域，具體涉及單級混合冷劑天然氣液化流程冷劑濃度控制系統。

背景技術

由于非共沸混合冷劑的液相積存，使得混合冷劑制冷系統的運行冷劑濃度與所需的充注濃度相差甚遠，如何根據優化的運行濃度充注冷劑是所有非共沸制冷系統中的一個難點。

單級混合冷劑(SMR)天然氣液化流程一般采用多級壓縮，五種組分混合工質（N₂/CH₄/C₂H₄/C₃H₈/iC₅H₁₂）進行制冷。SMR工藝流程簡單，廣泛應用于中小型天然氣液化站。

混合冷劑天然氣液化流程的運行非常復雜，當混合冷劑的冷凝溫度變化時，為保證流程的安全運行，液化流程冷劑的濃度也應相應改變。實際運行中，這種濃度的變化非常困難。當需要增加一種組分的濃度，除了要充注這種組分冷劑之外還應泄掉部分其他組分冷劑，從而保證系統中冷劑的總量，以保持運行壓力。因此這種通過變充注冷劑量來改變冷劑運行濃度的做法很難實現。目前的天然氣液化系統運行中，往往使得冷劑的冷凝溫度保持在一個較高的溫度下，從而保證系統運行工況的穩定運行。比如，當環境溫度降低時，采用降低冷凝器中的冷卻水流量或空氣流量來使冷凝溫度保持恒定。但是，這種運行方案損失了環境的降溫潛力，增加了大量能耗。

實用新型內容

為了克服單級混合冷劑天然氣液化系統冷劑充注困難及目前定工況運行能耗大的不足，本實用新型提供單級混合冷劑天然氣液化流程冷劑濃度控制系統。

本實用新型采用如下技術手段：

一種單級混合冷劑天然氣液化流程冷劑濃度控制系統，包括冷箱換熱單元、液化天然氣降壓閥、可控J-T節流元件、第一級變頻壓縮機、第一級氣液分離器、第二級變頻壓縮機、第二級氣液分離器、第一級變頻液體泵、第二級變頻液體泵、緩沖罐、第一級冷卻器、第二級冷卻器和控制單元；

所述控制單元包括第一控制器、第二控制器、第三控制器及第四控制器；

所述第一控制器通過采集冷箱換熱單元高溫端換熱溫差作為反饋信號調節第一級變頻液體泵的轉速；

所述第二控制器通過采集冷箱換熱單元低溫端換熱溫差作為反饋信號調節第二級變頻液體泵的轉速；

所述第三控制器通過采集液化天然氣降壓閥的進出口溫差作為反饋信號調節第一級變頻壓縮機及第二級變頻壓縮機的轉速；

所述第四控制器通過采集可控J-T節流元件出口冷劑壓力作為反饋信號調節可控J-T節流元件的開度。

所述第一控制器通過采集冷箱換熱單元高溫端換熱溫差作為反饋信號調節第一級變頻液體泵的轉速，具體為：若冷箱換熱單元高溫端換熱溫差高于預設值，則降低第一級變頻液體泵的轉速，減少高沸點組分的流量，反之，則提高第一級變頻液體泵的轉速，增加高沸點冷劑組分的流量。

所述第二控制器通過采集冷箱換熱單元低溫端換熱溫差作為反饋信號調節第二級變頻液體泵的轉速，具體為：若冷箱換熱單元低溫端換熱溫差高于預設值，則提高第二級變頻液體泵的轉速，增加中溫沸點冷劑組分的流量，反之，則降低第二級變頻液體泵的轉速，減少中溫沸點冷劑組分的流量。

所述第三控制器通過采集液化天然氣降壓閥的進口與出口溫差作為反饋信號調節第一級變頻壓縮機及第二級變頻壓縮機的轉速；具體為：若液化天然氣降壓閥的進出口溫差高于預設值，則提高第一級變頻壓縮機及第二級變頻壓縮機的轉速，增加冷劑流量，反之，則降低第一級變頻壓縮機及第二級變頻壓縮機的轉速，減小冷劑流量。

本實用新型的有益效果：

對冷劑的充注濃度要求較低，可以根據其冷箱換熱單元高溫端與低溫端的換熱溫差自動調節冷劑運行濃度，保證SMR流程在不同工況下高效穩定運行，而且控制系統簡單，容易實現。

附圖說明

圖1是單級混合冷劑天然氣液化流程冷劑濃度控制系統結構示意圖。

圖中示出：

1—冷箱換熱單元，2—可控J-T節流元件，3—緩沖罐，4—第一級變頻壓縮機，5—第一級冷卻器，6—第一級氣液分離器，7—第二級變頻壓縮機，8—第二級冷卻器，9—第二級氣液分離器，10—第一級變頻液體泵，11—第二級變頻液體泵，12—液化天然氣降壓閥，13—控制單元，14-第一控制器，15-第二控制器，16-第三控制器，17—第四控制器；

其中，直線表示冷劑及天然氣工質的流路，虛線表示信號輸入，點劃線表示控制指令輸出。