[發明專利]LNG工廠中使用雙流壓縮機的并行壓縮

有效

• 申請號: 201810263859.X
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108692523B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: J.G.維爾曼;G.克里什納默西;M.J.羅伯茨
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: F25J1/00
• 分類號: F25J1/00;F25J1/02;F17C5/02;F17C13/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;李強

提供一種通過消除制冷劑壓縮系統的瓶頸來提高天然氣液化過程的容量和效率的系統和方法。提供包括至少一個雙流壓縮機的次壓縮回路流體流動并聯相連主壓縮回路的至少一部分。

背景技術

用于冷卻，液化和任選地冷卻天然氣的液化系統在本領域中是眾所周知的，例如單一混合制冷劑(SMR)循環、丙烷預冷混合制冷劑(C3MR)循環、雙混合制冷劑(DMR)循環、C3MR-氮混合物(例如AP-X^TM)循環、氮氣或甲烷膨脹機循環和級聯循環。通常，在這樣的系統中，天然氣通過與一種或多種制冷劑的間接熱交換而被冷卻、液化并且可選地被過度冷卻。可以使用各種制冷劑，諸如混合制冷劑、純組分、兩相制冷劑、氣體二相制冷劑等。混合制冷劑(MR)是氮氣、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已被用于許多基礎負荷液化天然氣(LNG)裝置。MR流的組成通常基于進料氣體組成和操作條件而優化。

制冷劑在制冷劑回路中循環，其中包括一個或多個熱交換器和一個或多個制冷劑壓縮系統。制冷劑回路可能是閉環或開環的。天然氣通過與熱交換器中的制冷劑進行間接熱交換而被冷卻、液化和/或過冷。

各制冷劑壓縮系統包括用于壓縮和冷卻循環制冷劑的壓縮回路，以及提供驅動壓縮機所需動力的驅動器組件。制冷劑壓縮系統是液化系統的關鍵組成部分，因為制冷劑需要壓縮到高壓并在膨脹前冷卻，以便產生冷卻低壓制冷劑流，其提供冷卻、液化和任選地冷卻天然氣所必需的熱負荷。

基礎型LNG裝置中的制冷劑壓縮大部分是由動態或動態壓縮機，尤其是離心壓縮機，由于其具有高容量、可變速、高效率、低維護、小體積等固有特性。其他類型的動態壓縮機，如軸流式壓縮機和混流式壓縮機也有類似的原因。動態壓縮機的功能是通過增加受壓流體的動量。容積式壓縮機也可以使用，雖然它們的容量比典型的動態壓縮機低得多，并且通過減少被壓縮流體的體積來起作用。

已經有三種主要的用于LNG服務的驅動器類型，即燃氣輪機、蒸汽輪機和電動機。

在一些情況下，LNG生產率可能受到所安裝的制冷劑壓縮機的限制。當壓縮機工作點靠近時，就是這樣一種情況。-Surge被定義為壓縮機達到最大揚程能力和最小體積流量極限的工作點。防喘振線是安全運行的一個工作點，C3MR循環的這種情況的一個例子是在高環境溫度下，丙烷預冷卻系統的負荷增加，從而導致最大的揚程，從而達到最低的允許流量。因此，制冷劑流量受到限制，從而限制了制冷和LNG的生產率。

LNG生產率受安裝的制冷劑壓縮機限制的另一種情況是當壓縮機靠近石墻或扼流器時。石墻或扼流器被定義為壓縮機達到最大穩定體積流量和最小壓頭能力的工作點。這種情況的一個例子是，當電站滿負荷運行時，LNG的最大容量。壓縮機不能再承受制冷劑的流量，因此受壓縮機運行的限制。

安裝的制冷劑壓縮機可能會限制液化天然氣生產的另一種情況是用于壓縮機工作點受壓縮機設計限制(例如流量系數、進口馬赫數等)限制的大型基本負荷設施。

在某些情況下，LNG生產受限于可用的驅動力。當工廠在高LNG生產率下運行時，可能會發生這種情況。由于可用的燃氣輪機功率降低，在高環境溫度下的燃氣輪機驅動裝置也可能發生這種情況。

液化天然氣工業中使用的標準動態壓縮機由一個或多個進口和一個出口組成的殼體組成。在多入口的情況下，殼體還包括用于將入口流與先前的壓縮機級的排出物混合的腔室。例如，具有兩個入口流的第二壓縮機級需要混合室將入口流與第一壓縮機級的排出流混合。

解決制冷劑壓縮系統的一種方法是增加一個類似于上述的動態壓縮機，如離心壓縮機、驅動主壓縮機的排放。這有助于在壓縮機接近喘振的情況下，為壓縮系統建立更多的頭腦。當壓縮機在靠近石墻運行時，在主壓縮機排氣口處添加附加的動態壓縮機具有有限的益處。因此，增加附加的動態壓縮機不能解決最大流量約束的問題。

另一種方法是在主壓縮機上并聯一臺或多臺動態壓縮機，如離心壓縮機。雖然這在某種程度上有助于解除主壓縮機的瓶頸，但這可能是不夠的或有效的。這種方法消除了主壓縮機中不同壓縮機等級的瓶頸。