專利名稱：用于冷卻和液化流體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種用于冷卻和液化流體流來提供液化的流體流的設(shè)備，以及用于其的方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“液化的”通常意思是部分或完全液化的，除非另外說明。流體流可以液化的產(chǎn)品流的形式提供，例如用于銷售或運輸?shù)狡渌恢茫蚱淇稍趹?yīng)用所述設(shè)備的方法中內(nèi)部地使用，例如作為制冷劑來向一個或多個換熱器提供冷卻負(fù)荷。流體流可以烴流的形式提供。在本發(fā)明的上下文中，這樣的烴流可得自天然氣，或得自 合成源。液化的烴流可用作產(chǎn)品流，例如以液化的天然氣(LNG)的形式，或其可在采用所述設(shè)備的方法中內(nèi)部地使用，例如作為制冷劑流來用于提供冷卻負(fù)荷。天然氣是有用的燃料源，并且是各種烴化合物的源。由于多個原因，通常期望在位于或靠近天然氣流源的LNG設(shè)備中液化天然氣。例如，天然氣以液態(tài)形式可比以氣態(tài)形式更易于存儲和長距離運輸，因為其占據(jù)更小的體積，并且不需要在高壓下存儲。通常，主要包含甲烷的天然氣在升高的壓カ下進(jìn)入LNG設(shè)備，并且經(jīng)過預(yù)處理來生產(chǎn)適用于在低溫下液化的凈化給料流。凈化氣使用換熱器通過至少ー個冷卻階段處理，以漸進(jìn)地降低其溫度，直到實現(xiàn)液化。液態(tài)天然氣可然后進(jìn)ー步膨脹到適用于存儲和運輸?shù)淖罱K氣壓。至少ー個冷卻階段可包括預(yù)冷卻和主冷卻階段，其依次地降低天然氣的溫度。主冷卻階段可在至少ー個主換熱器中進(jìn)行，以提供液化的(部分或完全液化的)烴流，例如LNG。美國專利No. 6，272，882公開了ー種用于液化氣態(tài)富甲烷給料流來獲得LNG的方法。所述方法利用兩個冷卻階段，丙烷預(yù)冷卻制冷劑循環(huán)和混合制冷劑主冷卻循環(huán)。限定位于其壁內(nèi)的殼側(cè)和延伸穿過所述殼側(cè)的至少ー個管側(cè)的主換熱器用于在主冷卻階段中液化天然氣。天然氣在烴流流動管中被傳送通過這些管側(cè)中的ー個，在所述烴流流動管中，天然氣被換熱器殼側(cè)中的混合主制冷劑間接冷卻和液化。美國專利No. 6，272，882采用先進(jìn)的エ藝控制策略，尤其是利用主制冷劑餾分和待冷卻烴流的質(zhì)量流動速率作為受操縱變量且尤其是利用主換熱器中的溫度差作為受控制變量，來優(yōu)化LNG的生產(chǎn)。美國專利No. 6，272，882的先進(jìn)的エ藝控制方法可能導(dǎo)致作為受操縱變量的待冷卻烴流的質(zhì)量流動速率的改變。除了由于先進(jìn)的エ藝控制方法造成的烴流質(zhì)量流的改變，還可能由于液化設(shè)施為進(jìn)行修理和維護而局部停機(所謂的下調(diào)(turn down)運行)或在LNG需求下降時期過程中發(fā)生這種質(zhì)量流的減少。由于設(shè)計的運行條件造成的烴流質(zhì)量流的減少可能導(dǎo)致跨過ー個或多個主換熱器的烴流的摩擦壓降的降低，増大冷卻過程中不穩(wěn)定狀態(tài)的可能。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供一種用于冷卻和液化流體流來提供液化的流體流的設(shè)備，所述設(shè)備至少包括換熱器，所述換熱器具有在其壁內(nèi)的殼側(cè)和延伸穿過所述換熱器的殼側(cè)的多個流動通道，所述多個流動通道包括兩個或更多個第一組的ー個或多個第一流動通道，每ー個所述第一組用于運送流體流的一部分通過所述換熱器，并且由所述換熱器的殼側(cè)中的制冷劑間接冷卻所述部分，以提供液化的流體流；第一入口集流管，所述第一入口集流管將兩個或更多個第一組的第一流動通道連接到流體源，并且布置用于在所述兩個或更多個第一組的第一流動通道之間將所述流體流分流；用于響應(yīng)于所述流體流的流動速率選擇地阻塞所述兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個第一組同時允許流體流流動通過其余未阻塞的第一組的第一流動 通道的裝置。在又一方面，本發(fā)明提供ー種冷卻和液化流體流來提供液化的流體流的方法，至少包括以下步驟將流體流和制冷劑傳送到第一方面中限定的設(shè)備，以提供液化的流體流。在一個優(yōu)選方面，將流體流傳送到所述設(shè)備的步驟包括允許所述流體流進(jìn)入所述第一入口集流管，并且響應(yīng)于所述流體流的流動速率，選擇地阻塞兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個，同時允許流體流流動通過其余未阻塞的第一組的第一流動通道。在另一方面，本發(fā)明提供ー種冷卻和液化流體流來提供液化的流體流的方法，至少包括以下步驟將制冷劑和在一流動速率下的流體流傳送到一種設(shè)備，所述設(shè)備包括至少ー個換熱器，所述換熱器具有在其壁內(nèi)的殼側(cè)和延伸穿過所述換熱器的殼側(cè)的多個流動通道，所述多個流動通道包括兩個或更多個第一組的ー個或多個第一流動通道，所述第一組中的每ー組用于將所述流體流的一部分運送通過換熱器，并且由所述換熱器的殼側(cè)中的制冷劑間接冷卻所述部分，以提供液化的流體流；和第一入口集流管，所述第一入口集流管將兩個或更多個第一組的第一流動通道連接到流體源，并且布置用于在所述兩個或更多個第一組的第一流動通道之間將所述流體流分流；允許所述流體流進(jìn)入所述第一入口集流管中；和響應(yīng)于所述流體流的流動速率，選擇地阻塞所述兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個第一組，同時允許所述流體流流動通過其余未阻塞的第一組的第一流動通道，以提供液化的流體流。


現(xiàn)在將僅以示例方式，并且參照非限制性附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中圖I是根據(jù)一個實施例的用于液化烴流的設(shè)備的示意圖。圖2是根據(jù)又一個實施例的用于液化烴流的設(shè)備的示意圖。
圖3是根據(jù)另ー個實施例的用于液化烴流的設(shè)備的示意圖。圖4是根據(jù)另ー個實施例的利用本發(fā)明的設(shè)備液化烴流的方法的示意圖。圖5是根據(jù)又一個實施例的利用本發(fā)明的設(shè)備液化烴制冷劑流的方法的示意圖。
具體實施例方式對于本說明書而言，單個附圖標(biāo)記將標(biāo)示管路以及該管路中運輸?shù)牧?。相似的附圖標(biāo)記表示相似的管路或組分。在本文中使用吋，術(shù)語“流動”和“質(zhì)量流”指“質(zhì)量流動速
半 O本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思試圖更好地適應(yīng)待液化流體流的質(zhì)量流變化。
本發(fā)明提出一種設(shè)備和方法，其通過提供一種換熱器而可在流體流的質(zhì)量流減少過程中減輕不穩(wěn)定狀態(tài)，所述換熱器具有多個第一組的第一流動通道，所述流體流在其液化過程中流動通過第一組的第一流動通道，其中，所述第一組的第一流動通道中的至少ー個可選擇地被阻塞，同時將流體引導(dǎo)流動到其余第一流動通道。以該方式，通過將流體流引導(dǎo)通過減少數(shù)量的第一流動通道，可減輕由于較低的質(zhì)量流造成的跨過全部第一流動通道的摩擦壓降的任何降低。提出了一種用于冷卻和液化流體流的方法，所述方法至少包括將所述流體流和制冷劑傳送通過這樣的設(shè)備的步驟。本文所述的方法和設(shè)備有利地能用于質(zhì)量流隨時間變化的流體流，提供由所述設(shè)備的熱設(shè)計產(chǎn)生的提高的下調(diào)特征?？身憫?yīng)于流體流的流動速率的減小進(jìn)行選擇地阻塞所述第一組的第一流體通道中的至少ー個。以該方式，如果液化設(shè)施包括以上根據(jù)第一方面的設(shè)備，則可提供一種適應(yīng)液化設(shè)施下調(diào)的方法。清楚的是，被選擇阻塞的第一組的流動通道的選擇阻塞可響應(yīng)于導(dǎo)致流動速率恢復(fù)或部分恢復(fù)的流動速率的増大而結(jié)束，以恢復(fù)通過之前阻塞的第一組的流動通道的流體流動。冷卻和液化的流體流優(yōu)選從所述設(shè)備和/或方法輸出。所述冷卻和液化的流體流的大部分從所述設(shè)備和/或方法去除，并且不供回到所述設(shè)備和/或方法中。通常，輸出涉及使得可以從所述設(shè)備/方法輸送離開到另ー個位置。可任選地，其可在所述運輸之前和/或過程中和/或之后存儲在存儲te中。美國專利4，208，198公開了ー種方法，其中，根據(jù)熱蒸氣體積表示的換熱負(fù)荷的變化通過步進(jìn)式地完全閉合換熱器中的冷蒸氣通道的均勻間隔開的部分來補償。應(yīng)注意的是，該方法不解決上面描述的流體流經(jīng)受的與跨過換熱器的摩擦壓降減小相關(guān)的穩(wěn)定性問題。本說明書的其余部分中，流體通常假設(shè)為烴流體，流體流假設(shè)為烴流體流，所述設(shè)備通常假設(shè)為用于冷卻和液化烴流來提供液化的烴流的設(shè)備。因此，第一流動通道或其組有時可能在下文中稱為烴流動通道。用于冷卻和液化烴流的設(shè)備包括換熱器，所述換熱器具有多個橫穿所述換熱器殼側(cè)的烴流動通道。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本文公開的方法和設(shè)備可應(yīng)用于任何包括殼體和其中進(jìn)行流體冷凝的多個流動通道的換熱器。烴流動通道中的烴可相對于換熱器殼側(cè)中的制冷劑間接換熱。這樣的設(shè)備可設(shè)計用于液化的烴流例如LNG或冷凝的氣轉(zhuǎn)液(GTL)產(chǎn)品的優(yōu)化生產(chǎn)。在以所設(shè)計輸出進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，烴流可在全部烴流動通道之間分流。跨過烴流動通道存在由在所設(shè)計輸出下的烴流的質(zhì)量流造成的特定的摩擦壓降。烴流動管通常以一定角度環(huán)繞地布置在主換熱器中，通常圍繞換熱器的中部盤旋，以當(dāng)烴流從主換熱器的底部流動到頂部時，其至少部分冷凝，并且從蒸氣相變?yōu)橐合唷＠淠后w烴比蒸氣相密度更大，從而在不存在用于混合物向上移動的足夠的驅(qū)動カ的情況下，其將向下下落回到烴流動管中。因而，所述液化方法設(shè)計用于具有足夠使液化的烴向上移動并且移出所述主換熱器的摩擦壓降和流速的烴流。但是，烴流的質(zhì)量流可能時常降低，例如在下調(diào)情況過程中或特別地由于先進(jìn)的エ藝控制優(yōu)化。這可導(dǎo)致跨過烴流動通道的摩擦壓降的減小。如果烴流的質(zhì)量流減少，則其可能達(dá)到使得冷凝的烴將向下返回到烴流動管的水平，發(fā)生凝聚而提供液體塞，該液體塞可能暫時阻塞蒸氣烴流通過。因此在液體烴塞下方， 蒸氣烴流的壓カ將増大，直到所述塞移開。如果烴流的質(zhì)量流太低，則更多塞將繼續(xù)形成，導(dǎo)致烴流動管中重復(fù)的液體塞形成和釋放，在主換熱器中產(chǎn)生不穩(wěn)定的流動狀態(tài)。該狀態(tài)導(dǎo)致主換熱器中的快速熱振蕩，并且可(長期地)促成換熱器的機械故障，例如由于管泄漏。這可通過使正在液化的流體中的摩擦壓降保持在設(shè)計水平或接近設(shè)計水平來避免。為了使跨過烴流動通道的烴流摩擦壓降保持在設(shè)計水平或接近設(shè)計水平，提出了將烴流選擇地提供到ー些而不是全部烴流流動通道。通過跨過較少的烴流動通道來分布烴流的減小的質(zhì)量流，可減緩摩擦壓降的任何降低。這允許所述方法和設(shè)備有效地在低于設(shè)計條件的烴流質(zhì)量流下運行。以該方式，可設(shè)計ー種換熱器，其在烴流的100%質(zhì)量流下的設(shè)計運行過程中具有減小的壓降，同時仍能夠在烴流的減小的質(zhì)量流下穩(wěn)定運行。這可導(dǎo)致?lián)Q熱器直徑的減小，并且降低換熱器的復(fù)雜性，降低生產(chǎn)成本。一種替代方法為設(shè)計ー種主換熱器，其通過適應(yīng)所述壓降，可在最小的烴流質(zhì)量流動速率下穩(wěn)定運行。例如，對于具有単相流的主換熱器，烴流動管中的質(zhì)量流和壓降之間的關(guān)系約為二次方程。因而，例如，設(shè)計用于在烴流質(zhì)量流減小50%時具有穩(wěn)定狀態(tài)的冷卻エ藝將要求主換熱器設(shè)計具有為烴流的100%質(zhì)量流所需壓降的四倍的壓降。但是制造適應(yīng)烴流動管中這樣的增大壓降的主換熱器導(dǎo)致CAPEX顯著増大，并且導(dǎo)致液化的產(chǎn)品例如LNG的生產(chǎn)能力的減小。期望本發(fā)明的換熱器更具有更高的成本效益，并且更實用。另外，與設(shè)計用于適應(yīng)較高壓降的換熱器相比較，本文公開的設(shè)計用于較小壓降的換熱器，即使在減小的質(zhì)量流下，在熱動力學(xué)方面更有效。這是因為在較低壓降的情況下，液化壓カ更高，使得液化溫度更高，并且因此提高生產(chǎn)能力。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)火用理論(exergytheory)，在較高溫度下提供相等的熱負(fù)荷提供較低的壓縮機功率。本文公開的設(shè)備可因此設(shè)計用于適應(yīng)烴流的質(zhì)量流的超過50%的減少，例如60 %或更大的減少，70 %或更大的減少，80 %或更大的減少。圖I是設(shè)備I的示意圖，其包括換熱器5，換熱器5可用于冷卻和液化呈烴流10形式的流體。烴流10可得自從天然氣或石油儲層獲得的天然氣，但是可替代地，可從另ー種源獲得，也包括例如費托エ藝(Fischer-Tropsch)等合成源。烴流10可已經(jīng)過預(yù)處理，并且這在下面更詳細(xì)討論。換熱器5可以是繞管式換熱器或管殼式換熱器。換熱器5具有壁85，其限定并且包圍包括殼側(cè)78的內(nèi)部體積。所述內(nèi)部體積還包括多個流動通道，例如流動管。這些流動通道分為多組，每ー組包括一個或多個流動通道。為了簡明，圖I顯示了四組這樣的流動通道兩個第一組的流動通道的40a，40b，用于將待液化流體輸送通過換熱器5 ;第ニ組240的自動冷卻流動通道，用于輸送將通過自動冷卻液化的制冷劑；和第三組340的輔助流動通道，用于冷卻輔助流，例如另ー種制冷劑組分。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)可理解，每ー組可包括數(shù)十或數(shù)百個流動通道。這些流動通道優(yōu)選布置用于將其內(nèi)容物從位于換熱器5底部處或靠近底部的入ロ 37a，37b，237，337輸送到換熱器5內(nèi)的重力方向上更高的點處的出口 45a，45b，245，346。
在下文的進(jìn)ー步描述中，第二組的自動冷卻流動通道可稱為制冷劑第一流動通道，而第三組的輔助流動通道可稱為制冷劑第二流動通道，前提是這些組的流動通道在用于制冷劑流的示例中。所述組的流動通道40，240，340包括兩個或更多個烴流動通道40a，40b。每ー個烴流動通道運送烴流10的一部分40a，40b。所述部分烴流40a，40b被換熱器5的殼側(cè)78中的制冷劑間接冷卻，所述制冷劑通常在重力的影響下向下移動通過殼側(cè)78。 第一入口集流管6將兩個或更多個第一組的第一流動通道40a，40b (這里烴流動通道40a，40b)連接到待冷卻和液化的烴流體的源。第一入口集流管6布置用于將烴流體流10在兩個或更多個第一組的第一流動通道40a，40b之間分流。提供用于選擇地阻塞兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個同時允許流體流流動通過其余的未阻塞的第一組的第一流體通道的裝置。在圖I的實施例中，這些裝置形成主入口集流管的一部分，但是這不是本發(fā)明的必要要求。用于選擇地阻塞兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個的裝置響應(yīng)于流體流的流動速度運行。所述設(shè)備可包括用于響應(yīng)于代表流體流10的流動速率的信號來控制選擇性阻塞的裝置。這樣的信號可采用用于確定優(yōu)選測量管路10中的流體流的流動速率的裝置來產(chǎn)生。在圖I的實施例中，其示出為連接至管路10的流量傳感器F。但是，替代地，管路10中的流體流的流動速率可使用位于另ー個管路例如管路70中的流量傳感器直接確定，和/或從與流動直接或間接相關(guān)的替代參數(shù)間接計算。在制冷劑為主冷卻制冷劑回路中的主制冷劑的情況下，換熱器5為主換熱器。主制冷劑可以是混合的主制冷劑。適當(dāng)?shù)幕旌现髦评鋭┑氖纠谙旅娓敿?xì)討論。主制冷劑可作為至少部分優(yōu)選全部液化的主制冷劑，在至少ー個主制冷劑入口 275a，275b處提供到主換熱器的殼側(cè)78。全部所述組的流動通道纏繞在一起布置，以使由制冷劑提供的冷卻負(fù)荷均勻地分布在其間。制冷劑液滴可在所述組40，240，340中的每ー個流體通道上形成薄膜。熱在制冷劑和流動通道的內(nèi)容物之間交換。所述組的流動通道40，240，340中的每ー個包括換熱表面，其布置成與主換熱器5的殼側(cè)中的制冷劑發(fā)生相互熱交換作用。在主換熱器5中豎直地觀察，流動通道分布成使得制冷劑薄膜可沿構(gòu)成流動通道的流動管道從重力方向上較高的點流動到重力方向上較低的點。流動通道的各自的內(nèi)容物沿著換熱表面沿與重力相反方向流動。因而，例如流體流10與重力相反地，即從重力方向上較低點向重力方向上較高點，流動通過未阻塞的第一組。制冷劑滴可脫落并且在相鄰的流動管40，240，340之間傳遞，以在殼體78內(nèi)保持均勻的熱分布。當(dāng)主制冷劑冷卻所述組40，240，340中的流動通道的內(nèi)容物時，主制冷劑升溫，并且可氣化。升溫的主制冷劑作為升溫的主制冷劑流290通過在主換熱器5底部處或附近的至少ー個主制冷劑出ロ 285收回。在圖I中所示的實施例中，具有第一和第二餾分的主制冷劑的混合制冷劑用于冷卻烴部分流40a，40b。主制冷劑流的第一餾分210a傳送到主換熱器5的第一餾分主制冷劑通道入口 237。主制冷劑流的第一餾分210a通過將其傳送通過至少ー個主制冷劑第一流動通道240來被換熱器殼側(cè)78中的主制冷劑自動冷卻，以在第一餾分主制冷劑通道出ロ 245處提供至少ー個冷卻的第一餾分主制冷劑流250。單個冷卻的第一餾分主制冷劑流250顯示在圖I中。至少ー個冷卻的第一餾分主制冷劑流250可傳送到至少ー個膨脹裝置，這里以第 一餾分主制冷劑膨脹裝置255的形式顯示，在所述膨脹裝置中，至少ー個流被膨脹來提供至少ー個膨脹的第一餾分主制冷劑流270。至少ー個膨脹的第一餾分主制冷劑流270可然后作為至少ー個冷卻用主制冷劑流傳送到主換熱器5的殼側(cè)78。所述至少ー個冷卻用主制冷劑流傳送到至少ー個膨脹的第一餾分主制冷劑入口 275，以提供用于冷卻多個流動通道40，240，340中的流體的主制冷劑。類似地，主制冷劑流的第二餾分210b傳送到主換熱器5的第二餾分主制冷劑通道入口 337。主制冷劑流的第二餾分210b通過將其傳送通過第三組的ー個或多個輔助流動通道中的至少ー個(這里以主制冷劑第二流動通道340的形式表示)而被換熱器殼側(cè)78中的主制冷劑自動冷卻，以在第二餾分主制冷劑通道出ロ 345處提供至少ー個冷卻的第二餾分主制冷劑流。單個冷卻的第二餾分主制冷劑流350顯示在圖I中。至少ー個冷卻的第二餾分主制冷劑流350可傳送到至少ー個第二餾分主制冷劑膨脹裝置355，在所述裝置中，所述至少一個流被膨脹來提供至少ー個膨脹的第二餾分主制冷劑流370。至少ー個膨脹的第二餾分主制冷劑流370可然后作為至少ー個冷卻用主制冷劑流傳送到主換熱器5的殼側(cè)78。至少ー個冷卻用主制冷劑流傳送到至少ー個膨脹的第二餾分主制冷劑入口 375，以提供主制冷劑來冷卻所述組的流動通道40，240，340中的流體。在主換熱器5以設(shè)計容量正常運行過程中，兩個或更多個烴流動通道中的每ー個可運送烴流的一部分40a，40b，以使其被主制冷劑冷卻和液化。有時，例如由于先進(jìn)的エ藝控制方法，由于部分停機或由于降低的供給或需求，造成烴流10的質(zhì)量流降低。如果進(jìn)入第一入口集流管6中的烴流10的質(zhì)量流隨時間減小，優(yōu)選地，如果其減小到第一設(shè)定閾值以下，則本文所述的方法和設(shè)備可選擇地阻塞烴流動通道40a，40b中的至少ー個。烴流10的質(zhì)量流的這樣的減小也稱為“下調(diào)”。通過選擇地阻塞，允許烴流減小的質(zhì)量流在主換熱器5中的較少烴流動通道40a，40b中分布，以使流動通道中的壓降基本上保持不變，或沒有改變到足以產(chǎn)生不穩(wěn)定冷卻狀態(tài)。在圖I中所示的實施例中，顯示了兩個第一組的第一流動通道40a，40b，所述組稱為烴流動通道40a，40b。實際上，這些組中的每ー個通常代表主換熱器5中的多個流動通道。響應(yīng)于烴流10的質(zhì)量流的減小,兩個烴流動通道40a, 40b中的一個或另ー個可被選擇地阻塞，同時允許通過其余未阻塞的烴流動通道的質(zhì)量流。
第二和第三組流動通道240和340中的每ー組也包括一個或多個自動冷卻或輔助流動通道，連接到自動冷卻和輔助入口集流管235，335。本示例中自動冷卻和輔助入口集流管為制冷劑入口集流管。由于所述組40，240，340中的流動通道穿過主換熱器5均勻分布，因此烴流動通道40a，40b中的至少ー個的選擇性阻塞將不會導(dǎo)致?lián)Q熱器中不均勻的熱分布和熱梯度。圖I中所示的實施例有利地用于提供從設(shè)計運行容量在質(zhì)量流方面多于50%的下調(diào)，因為烴流動通道40a，40b中的一半(即ー個)可響應(yīng)于烴流10的質(zhì)量流動速率的50%或更多的減小而被選擇地阻塞，從而在主換熱器5內(nèi)保持基本上恒定的壓降。顯然，多于兩個第一組的第一流動通道可提供進(jìn)ー步的下調(diào)選擇。例如使用三個第一組(烴流體通道)，其至少兩組可被選擇地阻塞，則通過選擇地阻塞三個第一組的第一流動通道中的ー組或三個第一組中的兩組，可能適應(yīng)約33%和66%的下調(diào)運行。在又ー個示例中，如果提供四個烴流動通道(第一組)，其至少三個可被選擇地阻塞，則通過分別選 擇地阻塞三個烴流動通道中的ー個、兩個或三個，可能適應(yīng)約25%，50%和75%的下調(diào)運行。兩個或更多個烴流動通道40a，40b的選擇性阻塞可通過使用第一部分流入ロ控制閥實現(xiàn)，所述控制閥這里以至少ー個烴部分流入ロ控制閥25的形式提供。所述至少ー個烴部分流入口控制閥25用來將部分烴流的質(zhì)量流控制到所述烴流動通道中的至少ー個。至少ー個烴部分流入ロ控制閥25設(shè)置用于使每一個烴流動通道(第一組)被選擇地阻塞。優(yōu)選地，烴部分流入口控制閥25通過卡扣作用控制(即，兩位置開/關(guān)控制模式)來控制，其中，控制器打開或閉合閥25。優(yōu)選地，閥25中不進(jìn)行節(jié)流。這樣的入口控制閥25可通過控制器控制，控制器使用來自傳感器F的代表流動速率的信號。如果流動速率下降到低于設(shè)定第一閾值，則其關(guān)閉入口控制閥25。如果流動速率増大到高于設(shè)置第二閾值，則其打開閥25。第一和第二閾值可彼此不同，以避免振蕩。替代地，其可手動操作，其中閥25被手動控制。圖I顯示了一個實施例，其中，第一入口集流管6包括兩個或更多個第一部分流入ロ集流管35a，35b，其在本示例中也可稱為“烴部分流入ロ集流管”。每ー個唯一地連接到第一組的烴流動通道形式的第一流動通道40a，40b中的ー個。第一集流管流分流裝置15布置用于將流體流10分離為兩個或更多個流體部分流20a，20b，其每ー個在流體部分流管道中。在本示例中，流體部分流也可稱為“烴部分流”。用于選擇性地阻塞的裝置這里以第一部分流入ロ控制閥25a，25b的形式實現(xiàn)，所述控制閥位于每ー個流體部分流管道20a，20b中。在本示例中，第一部分流入ロ控制閥也可稱為“烴部分流入ロ控制閥”，并且流體部分流管道20a，20b也可稱為“烴部分流管道”。在圖I的實施例中，烴流10傳送到第一集流管流分流器15，其在兩個或更多個烴流動通道40a，40b之間使烴流分流。用于分流的裝置15可包括烴流分流裝置。烴流分流裝置15可提供兩個或更多個烴部分流20a，20b。兩個或更多個烴部分流20a，20b中的每ー個可傳送到烴部分流入ロ控制閥25a，25b。烴部分流入口控制閥25a，25b提供受控的烴部分流30a，30b。提供兩個或更多個烴部分流入ロ集流管35a，35b來接收受控?zé)N部分流30a，30b。每ー個烴部分流入ロ集流管35a，35b連接到烴流動通道40a，40b,或流動通道的組，以選擇地一起被阻塞。因而，通過閉合烴流入ロ控制閥25a，25b，防止部分烴流20a，20b到達(dá)相應(yīng)的烴部分流入ロ集流管35a，35b以及因此到達(dá)相應(yīng)的烴流動通道40a，40b或流動通道組。例如，閉合烴流入ロ控制閥25b將防止部分烴流20b到達(dá)烴流動通道40b。如果烴流入ロ控制閥25a保持打開，則通過烴流動通道40a的質(zhì)量流可經(jīng)由烴部分流入ロ集流管35a保持。顯然，不止一個烴流動通道40a，40b可連接到特定烴部分流入口集流管35a，35b。在圖I中所示的實施例中，烴流流動通道40a，40b的相等的比例(即ー個)可連接到指定烴部分流入口集流管35a，35b。在這樣的實施例中，關(guān)閉烴流入ロ控制閥25b將選擇地阻塞一半烴流流動通道40a，40b，即流動通道40b。該方案(line-up)可在烴流10的質(zhì)量流減小約50%的情況下提供穩(wěn)定冷卻。在又一個實施例中(圖I中未顯示)，兩個或更多個烴流動通道40a，40b的不相等的比例可連接到不同的烴部分流入ロ集流管35a，35b。例如，與第一烴部分流入口集流管相比較，兩倍數(shù)量的烴流動通道可連接到第二烴部分流入口集流管。因此，閉合用于第一 烴部分流入口集流管的烴流入ロ控制閥將提供對33%的烴流動通道的選擇阻塞，允許烴流10的質(zhì)量流減小33%，同時針對33%的下調(diào)而在其余的未阻塞流動通道中保持相對恒定的壓降。類似地，閉合用于第二烴部分流入口集流管的烴流入ロ控制閥將提供對67%的烴流動通道的選擇阻塞，適應(yīng)烴流10的質(zhì)量流的67%的減小。顯然，這樣的實施例可能需要用于在兩個或更多個烴流動通道40a，40b之間將烴流分流的分流裝置15，以將烴流10的期望比例的質(zhì)量流提供到兩個或更多個烴部分流入ロ集流管35a，35b。兩個或更多個烴流動通道40a，40b在兩個或更多個烴流動通道出ロ 45a，45b處離開主換熱器。每ー個出口 45a，45b產(chǎn)生液化的烴流50a，50b。兩個或更多個烴流動通道40a, 40b可連接到至少ー個烴流出ロ集流管55a，55b，以混合液化的烴流50a，50b。兩個或更多個烴流動通道40a，40b可連接到第一出ロ集流管7，以混合流出兩個或更多個第一組的第一流動通道的液化的烴流體流。在本示例中，第一出ロ集流管包括兩個或更多個第一部分流出ロ集流管55a，55b。在本示例中，它們?yōu)閷τ诿恳粋€烴流動通道40a, 40b ー個烴流出ロ集流管55a, 55b的形式。姆ー個烴部分流出ロ集流管55a, 55b可提供液化的烴部分流60a，60b。液化的烴部分流60a，60b可在液化的烴流混合裝置65中混合，以提供混合的液化的烴流70。在一個替代實施例中(圖I中未示出)，單個烴流出ロ集流管將全部烴流體動通道混合，以提供混合的液化的烴流。其余附圖中沒有示出流量傳感器，但是無論如何，可設(shè)置流量傳感器以便如上面所說明的輔助控制選擇性阻塞。圖2示意性地示出一組實施例，其中，多個流動通道還包括兩個或更多個第二組240a，240b的一個或多個自動冷卻流動通道。對于本示例，它們將被稱為制冷劑第一流動通道240a，240b。第二入口集流管8將兩個或更多個第二組的自動冷卻通道240a，240b連接到制冷劑的源210a。第二入口集流管8還布置用于在兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道之間將制冷劑流分流。類似于第一入口集流管6，第二入口集流管6也可包括用于選擇性地阻塞兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道中的至少ー個同時允許制冷劑流流動通過其余未阻塞的第二組的自動冷卻流動通道的裝置。這些裝置可稱為“第二裝置“。因而，圖2的設(shè)備I是設(shè)備I的示意性方案，包括可用于冷卻和液化烴流10的換熱器5。換熱器5優(yōu)選為類似于圖I的實施例的方式的主換熱器，以使用于間接冷卻部分烴流40a，40b的制冷劑為主制冷劑。顯然，在其中烴流10的質(zhì)量流減小的下調(diào)運行過程中，烴流所需的冷卻負(fù)荷也將減小。為了防止流量減小的烴流10的過冷，優(yōu)選的是，通往主換熱器5的主制冷劑的質(zhì)量流也減小。主制冷劑質(zhì)量流與烴流的質(zhì)量流同步減小可保持冷卻負(fù)荷的需求和供給相匹配，甚至在下調(diào)運行過程中也是如此。圖2的實施例有利地利用混合主制冷劑，所述混合主制冷劑可作為第一和第二餾分主制冷劑流210a，210b供到主換熱器5。烴流10和第二餾分主制冷劑流210b的操作類似于關(guān)于圖I的實施例進(jìn)行的討論。但是，圖2的主換熱器5提供兩個或更多個制冷劑第一·流動通道240a，240b，以及用于選擇地阻塞兩個或更多個制冷劑第一流動通道240a，240b中的至少一個的所述第二裝置225a，225b，以使在烴流10的質(zhì)量流減小時，通過主換熱器5的第一餾分主制冷劑流210a的質(zhì)量流可減小，而不發(fā)生不穩(wěn)定冷卻狀態(tài)。第一餾分主制冷劑流210a可傳送到用于在兩個或更多個主制冷劑第一流動通道240a，240b之間將所述第一餾分主制冷劑流210分流的裝置215a。用于分流的裝置215a可包括第一餾分主制冷劑流分流裝置。第一餾分主制冷劑分流裝置215a可提供兩個或更多個第一餾分主制冷劑部分流220a，220b。兩個或更多個第一餾分主制冷劑部分流220a，220b中的每一個可傳送到第一餾分主制冷劑部分流入口控制閥225a，225b。第一餾分主制冷劑部分流入口控制閥225a，225b提供受控的第一餾分主制冷劑部分流230a，230b。提供兩個或更多個第一餾分主制冷劑部分流入口集流管235a，235b來接收受控的第一餾分主制冷劑部分流230a，230b。每一個第一餾分主制冷劑部分流入口集流管235a，235b經(jīng)由相應(yīng)的第一餾分主制冷劑通道入口 237a，237b連接到一個主制冷劑第一流動通道240a，240b (第二組的流動通道)。主制冷劑第一流動通道240a，240b可被選擇地阻塞。因而，通過閉合第一餾分主制冷劑部分流入口控制閥225a，225b，防止相應(yīng)的第一餾分主制冷劑部分流220a，220b到達(dá)相應(yīng)的第一餾分主制冷劑部分流入口集流管235a，235b，并且因此到達(dá)相應(yīng)的主制冷劑第一流動通道240a，240b。第一餾分主制冷劑流210a可被主制冷劑第一流動通道240a，240b中的換熱器殼側(cè)78中的主制冷劑自動冷卻，以提供兩個或更多個冷卻的第一餾分主制冷劑流250a，250b。兩個或更多個主制冷劑第一流動通道240a，240b在兩個或更多個第一餾分主制冷劑通道出口 245a，245b處離開主換熱器5的壁85。而且，圖2的實施例還包括在第二組的自動冷卻流動通道下游的至少一個膨脹裝置255a，255b。膨脹裝置布置在進(jìn)入換熱器5的殼體中的制冷劑入口裝置275a的上游，并
且連接到制冷劑入口裝置。對于本示例而言，膨脹裝置也可稱為“第一餾分主制冷劑膨脹裝
β，，
直ο兩個或更多個冷卻的第一餾分主制冷劑流250a可傳送到兩個或更多個第一餾分主制冷劑膨脹裝置255a，255b，在所述膨脹裝置中，它們可被膨脹來提供兩個或更多個膨脹的第一餾分主制冷劑流260a，260b。兩個或更多個膨脹的第一餾分主制冷劑流260a，260b可然后在第一餾分主制冷劑混合裝置265a中混合，以提供冷卻用主制冷劑流270a。冷卻用主制冷劑流270a可經(jīng)由至少一個膨脹的第一餾分主制冷劑入口 275a傳送到主換熱器5的殼側(cè)78，以提供用于冷卻所述組的流動通道40a，40b，240a，240b，340中的流體的主制冷劑。為了使第一餾分主制冷劑流210a與烴流10同步下調(diào)，優(yōu)選可被選擇阻塞的兩個或更多個主制冷劑第一流動通道240a，240b的比例與可被選擇阻塞的兩個或更多個烴流動通道40a，40b的比例相同。圖2的實施例沒有提供用于選擇地阻塞主換熱器5中的制冷劑第二流動通道40的裝置。這是因為第二餾分主制冷劑流210b可作為液體流提供，使得在制冷劑第二流動通道340中的冷卻過程中沒有發(fā)生相轉(zhuǎn)變，并且更特別地，沒有發(fā)生第二餾分的冷凝。因此，在冷卻過程中，這樣的液體第二餾分主制冷劑流210b在減小的質(zhì)量流下并沒有表現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài)。但是，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，如果第二餾分主制冷劑流210b不作為 全液體流提供，或者，如果期望避免主制冷劑第二流動通道340中的壓降的改變，則可提供包括兩個或更多個主制冷劑第二流動通道的主換熱器。而且，用于選擇地阻塞至少一個第二流動通道同時允許一部分第二餾分主制冷劑流動通過其余的未阻塞制冷劑第二流動通道的裝置將允許第二餾分主制冷劑流210b的質(zhì)量流的減小。這可以類似于第一餾分主制冷劑中的方式使用第二餾分主制冷劑閥和第二餾分主制冷劑集流管來實現(xiàn)。圖3顯示了本文公開的方法和設(shè)備的第三實施例，其中，換熱器5為主換熱器，所述主換熱器中，多組的流動通道 40a, 40a，，40a”，40b, 40b’, 40b”，240，240，，240”，340，340，被分為多個流動通道束。流動通道束包括在一對入口和出口集流管之間穿過換熱器5的壁85的至少一個流動通道。以類似于圖I和2的實施例的方式,烴流10分流為烴第一和第二部分流20a, 20b,其可傳送到烴第一和第二部分流入口控制閥25a，25b。烴第一和第二部分流入口控制閥25a，25b將受控的烴第一和第二部分流30a，30b提供到烴第一和第二部分流下部入口集流管 35a’，35b’。與圖I和2的實施例相比較，圖3的主換熱器5將流動通道分成換熱器內(nèi)不同高度處的多個束。圖3顯示了下部束82，其包括烴第一和第二下部流動通道40a’，40b ’，和主制冷劑第一和第二下部流動通道240’，340’。中間束84包括烴第一和第二中間流動通道40a”，40b”和主制冷劑第一和第二中間流動通道240”，340”。上部束86包括烴第一和第二上部流動通道40a’ ”，40b’ ”和主制冷劑第一上部流動通道240’ ”。烴第一和第二部分流下部入口集流管35a’，35b’分別連接到烴第一和第二下部流動通道40a’，40b’。這些烴流流動通道可使用相應(yīng)的烴部分流入口控制閥25a，25b被選擇地阻塞。烴第一和第二下部流動通道40a’，40b’分別連接到烴第一和第二部分流下部出口集流管105a，105b。烴第一和第二部分流下部出口集流管105a，105b產(chǎn)生第一液化烴第一和第二部分流110a，110b，所述第一液化烴第一和第二部分流110a，IlOb可傳送到第一液化烴流混合裝置115。第一液化烴流混合裝置115提供混合的第一液化烴流120。混合的第一液化烴流120優(yōu)選為部分液化流，例如包括液體和蒸氣相的兩相流。
混合第一液化烴流120可傳送到第一液化烴流分離裝置125，例如氣/液分離器，其可提供作為液體流的底部第一液化烴流130和作為蒸氣流的上部第一冷卻的烴流140。底部第一液化烴流130可傳送到至少一個用于天然氣液化提取的餾分裝置，或可用作分離裝置中的回流裝置。上部第一冷卻的烴流140可傳送到第一冷卻的烴流混合裝置145，其將流混合到上部第一冷卻的烴第一和第二部分流150a，150b中。上部第一冷卻的烴第一和第二部分流150a，150b可分別傳送到第一冷卻的烴第一和第二部分流入口控制閥155a，155b，以提供受控的第一冷卻的烴第一和第二部分流160a，160b。受控的第一冷卻的烴第一和第二部分流160a，160b可傳送到烴第一和第二部分流中間入口集流管165a，165b。烴第一和第二部分流中間入口集流管165a，165b連接到烴第一和第二中間流動通道40a”，40b”。第一冷卻的烴第一和第二部分流入口控制閥155a，155b可因而用于選擇地阻塞到烴第一和第二中間流動通道40a”，40b”的通入。
烴第一和第二中間流動通道40a”，40b”分別連接到烴第一和第二部分流中間出口集流管175a，175b。烴第一和第二部分流中間出口集流管175a，175b產(chǎn)生第二冷卻的烴第一和第二部分流180a，180b，其可傳送到第二冷卻的烴流混合裝置185。第二冷卻的烴流混合裝置185提供混合的第二冷卻的烴流190。混合的第二冷卻的烴流190可以是部分液化的流，并且優(yōu)選為全液化的流?；旌系牡诙鋮s的烴流190可傳送到可任選的第二冷卻的烴流分離裝置195，其可將所述流分流為分流的第二冷卻的烴第一和第二部分流710a，710b。分流的第二冷卻的烴第一和第二部分流710a，710b可傳送到烴第一和第二部分流上部入口集流管715a，715b。烴第一和第二部分流上部入口集流管715a，715b連接到烴第一和第二上部流動通道40a’ ”，40b’ ”，其傳送通過壁85進(jìn)入主換熱器5中。烴第一和第二上部流動通道40a’ ”，40b’ ”作為如關(guān)于圖I的實施例討論的液化烴流50a，50b離開換熱器5。在混合的第二液化烴流190為全液化流的實施例中，將不需要用于選擇地阻塞第一和第二上部流動通道40a’ ”，40b’ ”中的至少一個的裝置，因為所述流將基本上沒有蒸氣組分，并且因此更不可能在烴流10的質(zhì)量流減小過程中在冷卻過程中表現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在一個替代實施例中(圖3中未示出)，可不需要第二液化烴流分離裝置195，以使全部烴上部流動通道可由連接到混合的第二烴流190的單個烴上部入口集流管供給。在混合的第二液化烴流190是包括液相和蒸氣相的兩相流的一個替代實施例(圖3中未示出)中，可以與下部和中間階段82，84相似的方式提供用于選擇地阻塞第一和第二上部流動通道40a”，40b”中的至少一個的裝置。在圖3所示的實施例中，具有主制冷劑的第一和第二餾分的混合制冷劑用于冷卻位于烴流動通道40a’，40b’，40a”，40b”，40a’ ”，40b’ ”中的烴部分流。主制冷劑流的第一餾分210a通過將其傳輸通過至少一個主制冷劑下部流動通道240’、至少一個主制冷劑中間流動通道240”和至少一個主制冷劑上部第一通道240’”，而由相對于換熱器殼側(cè)78中的主制冷劑的間接換熱自動冷卻。第一餾分主制冷劑流中210a可傳送到至少一個第一餾分主制冷劑部分流入口集流管235’。每一個第一餾分主制冷劑部分流入口集流管235’連接到至少一個主制冷劑下部第一流動通道240’或這樣的流動通道組。至少一個主制冷劑下部第一流動通道240’中的另一端連接到主制冷劑第一餾分下部出口集流管755a。主制冷劑第一餾分下部出口集流管755a連接到至少一個主制冷劑第一餾分下部流760a。至少一個主制冷劑第一餾分下部流760a傳送到主制冷劑第一餾分中間入口集流管 765a。主制冷劑第一餾分中間入口集流管765a連接到至少一個主制冷劑中間第一流動通道240”或這樣的流動通道組。至少一個主制冷劑中間第一流動通道240”的另一端連接到主制冷劑第一餾分中間出口集流管775。主制冷劑第一餾分中間出口集流管775連接到至少一個主制冷劑第一 餾分中間流780。至少一個主制冷劑第一餾分中間流780傳送到主制冷劑第一餾分上部入口集流管785。主制冷劑第一餾分上部入口集流管785連接到至少一個主制冷劑上部第一流動通道240’ ”或這樣的通道組。至少一個主制冷劑上部第一流動通道240’ ”的另一端連接到主制冷劑第一餾分上部出口集流管795。主制冷劑第一餾分上部出口集流管795提供至少一個冷卻的第一餾分主制冷劑流250’。單個冷卻的第一餾分主制冷劑流250’顯示在圖3中。至少一個冷卻的第一餾分主制冷劑流250’可傳送到至少一個第一餾分主制冷劑膨脹裝置255’，在所述膨脹裝置255’中，所述至少一個流被膨脹來提供至少一個膨脹的第一餾分主制冷劑流270’。至少一個膨脹的第一餾分主制冷劑流270可然后以至少一個冷卻用主制冷劑流傳送到主換熱器5的殼側(cè)78。至少一個冷卻用主制冷劑流提供主制冷劑來冷卻所述組的下部、中間和上部流動通道 40a’，40b ’，40a”，40b ”，40a’ ”，40b ’ ”，240 ’，240 ”，240 ’ ”，340 ’，340 ” 中的流體。類似地，第二餾分主制冷劑流210b通過將其傳送通過至少一個主制冷劑下部第二流動通道340’和至少一個主制冷劑中間流動通道340”，由相對于換熱器殼側(cè)78中的主制冷劑的間接換熱自動冷卻。第二餾分主制冷劑流210b傳送到至少一個第二餾分主制冷劑部分流入口集流管335’。每一個第二餾分主制冷劑部分流入口集流管335’連接到至少一個主制冷劑下部第二流動通道340’或這樣的流動通道組。至少一個主制冷劑下部第二流動通道340’的另一端連接到主制冷劑第二餾分下部出口集流管755b。主制冷劑第二餾分下部出口集流管755b連接到至少一個主制冷劑第二餾分下部流760b。至少一個主制冷劑第二餾分下部流760b傳送到主制冷劑第二餾分中間入口集流管 765b。主制冷劑第二餾分中間入口集流管765b連接到至少一個主制冷劑中間第二流動通道340”或這樣的流動通道組。至少一個主制冷劑中間第二流動通道340”的另一端連接到主制冷劑第二餾分中間出口集流管347。主制冷劑第二餾分中間出口集流管347提供至少一個冷卻的第二餾分主制冷劑流350’。單個冷卻的第二餾分主制冷劑流350’顯示在圖3中。至少一個冷卻的第二餾分主制冷劑流350’可傳送到至少一個第二餾分主制冷劑膨脹裝置355’，在所述膨脹裝置355’中，所述至少一個流被膨脹來提供至少一個膨脹的第二餾分主制冷劑流370’。至少一個膨脹的第二餾分主制冷劑流370’可然后作為至少一個冷卻用主制冷劑流傳送到主換熱器5的殼側(cè)78。至少一個冷卻用主制冷劑流提供主制冷劑來冷卻所述組的下部和中間流動通道40a’，40b ’，40a”，40b ”，240 ’，240 ”，340 ’，340 ”中的流體。在一個優(yōu)選實施例中，本文公開的方法可用作用于烴給料流的液化工藝的一部分。烴給料流可以是任何適當(dāng)?shù)拇鋮s和液化的氣體流，但是通常為天然氣流。通常，天然氣流為基本上由甲烷構(gòu)成的烴組合物。優(yōu)選地，烴給料流包含至少50mol %甲烷，更優(yōu)選地，至少80mol %甲燒。例如天然氣等烴組合物可還包含非烴類，例如H2O, N2，CO2, Hg，H2S和其他硫化合物等。如果需要，天然氣可在冷卻和任何液化之前預(yù)處理。該預(yù)處理可包括降低和/或去除例如CO2和H2S等不期望組分或例如早期冷卻、預(yù)加壓等其他步驟。由于這些步驟對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，因此其機制在這里不再進(jìn)一步討論。
因而，術(shù)語“烴給料流”也可包括任何處理之前的組分，所述處理包括清潔、脫濕和/或洗氣，以及部分、大部分或全部處理來減少和/或去除至少一種化合物或物質(zhì)的任何組分，包括但不限于硫、硫化合物、二氧化碳、水、Hg和至少一種C2+烴。根據(jù)所述源而定，天然氣可包含比甲烷重的變化量的烴，例如特別是乙烷、丙烷和丁烷，和可能更少量的戊烷和芳香烴等。組分根據(jù)氣體的類型和位置改變。通常，由于幾個原因，可在任何重要的冷卻之前，將比甲烷更重的烴從烴給料流不同程度地去除。例如比丁烷更重的組分具有足夠高的冰點溫度，使其可能阻塞部分甲烷液化設(shè)備，因此這些基本上完全去除。C2-4組分通常提取來符合液化產(chǎn)品的期望規(guī)格。C2-4烴可通過脫甲烷塔從烴給料流分離或減小其在給料流中的含量，這將提供富甲烷的上部烴流和包含C2-4烴的底部貧甲烷流。底部貧甲烷流可然后傳送到其他分離器，來提供液化石油氣(LPG)和冷凝流。分離后，將富甲烷的烴流冷卻和液化。所述烴流逆著在至少一個制冷劑回路中例如主制冷劑回路中的至少一個制冷劑流傳送。在一個優(yōu)選實施例中，在主制冷劑階段的主換熱器中冷卻和液化之前，可由預(yù)冷卻制冷劑預(yù)冷卻烴流。預(yù)冷卻可由本領(lǐng)域中已知的多種方法提供。這樣的制冷劑回路可包括用于壓縮至少部分蒸發(fā)的制冷劑流以提供壓縮的制冷劑流的至少一個制冷劑壓縮機。壓縮的制冷劑流可然后在冷卻器中冷卻，冷卻器通常為環(huán)境冷卻器，例如空氣或水冷卻器，以提供作為第一冷卻制冷劑流的制冷劑流。制冷劑壓縮機可通過至少一個渦輪機或電機驅(qū)動。烴流的冷卻和液化可在至少一個階段中進(jìn)行。初始冷卻，也稱為預(yù)冷卻或輔助冷卻，可使用預(yù)冷卻制冷劑回路的預(yù)制冷劑例如單一制冷劑或混合制冷劑進(jìn)行，以提供預(yù)冷卻的烴流。預(yù)冷卻的烴流優(yōu)選部分被液化，例如在低于o°c的溫度下。優(yōu)選地，這樣的預(yù)冷卻換熱器可包括預(yù)冷卻階段，任何隨后的冷卻在至少一個主換熱器中進(jìn)行，以在至少一個主和/或子冷卻的冷卻階段中液化一部分烴流。以該方式，可涉及兩個或更多個冷卻階段，每一個階段具有至少一步、部分等。例如，每一個冷卻階段可包括一個到五個換熱器。烴流或一部分烴流和/或制冷劑可不傳送通過冷卻階段的全部和/或全部相同的換熱器。在一個實施例中，烴可以包括兩個或三個冷卻階段的方法中冷卻和液化。預(yù)冷卻階段優(yōu)選用于將烴給料流的溫度降低到低于0°c，通常在-20°c到-70°c范圍內(nèi)。用作兩個或更多個預(yù)冷卻換熱器的換熱器在本領(lǐng)域中是公知的。預(yù)冷卻換熱器可選自包括繞管式換熱器、板翅式換熱器和管殼式換熱器。然后進(jìn)行根據(jù)本文所述方法和設(shè)備的主冷卻階段。主冷卻階段與預(yù)冷卻階段分開。即，主冷卻階段包括至少一個單獨的主換熱器。主冷卻階段優(yōu)選用于將烴流(通常為通過預(yù)冷卻階段冷卻的至少一部分烴流)的溫度降低到-100°C以下。任何換熱器中的至少一個為本文所述的換熱器，例如根據(jù)圖1，2或3的實施例的繞管式換熱器或管殼式換熱器?？扇芜x地，換熱器可在其殼體內(nèi)包括至少一個冷卻部分，每一個冷卻部分可視為一個冷卻階段或與其他冷卻位置分開的換熱器。在另一個實施例中，一個或兩個預(yù)冷卻制冷劑流和任何主制冷劑流可傳送通過至少一個換熱器，優(yōu)選兩個或更多個上面所述的預(yù)冷卻和主換熱器，以提供冷卻的混合制冷劑流。 如果制冷劑為混合制冷劑回路例如預(yù)冷卻制冷劑回路或任何主制冷劑回路中的混合制冷劑，則混合制冷劑可由選自包括氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷的組的兩種或多種組分的混合物形成?？稍诜珠_的或疊置的制冷劑回路或其他制冷劑回路中使用至少一種其他制冷劑。任何預(yù)冷卻制冷劑回路可包括混合的預(yù)冷卻制冷劑。主制冷劑回路優(yōu)選包括混合的主冷卻制冷劑。本文所提到的混合的制冷劑或混合的制冷劑流包含至少5mol %的兩種不同的組分。更優(yōu)選地，混合的制冷劑包含氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷的組中的兩種或多種。用于預(yù)冷卻混合制冷劑的常用的組合物可以是
曱烷(Cl) 0-20mol%
乙烷(C2) 5-80mol%
丙烷(C3) 5-80mol%
丁烷(C4) 0-15mol%
總組分包含100mol%。用于主冷卻混合制冷劑的常見組分可以是
氮0-25mol%
曱烷(Cl)20-70mol%
乙烷(C2)30-70mol%
丙烷(C3)0-30mol%
丁烷(C4)0-15mol%
總組分包含100mol%。在另一個實施例中，在主換熱器中冷卻和液化的烴流可能已經(jīng)預(yù)冷卻。烴流，例如預(yù)冷卻的天然氣流然后進(jìn)一步在主換熱器中冷卻，以提供至少部分地優(yōu)選全部液化的烴流，例如LNG流。優(yōu)選地，由本文所述的方法和設(shè)備提供的液化的烴流通常在由承運船運輸?shù)搅硪粋€位置之前存儲在至少一個存儲罐中。圖4是用于冷卻和液化烴流10的設(shè)備I的示意方案。本領(lǐng)域中已知多種處理和液化烴流的方法。圖4的實施例是一種這樣的示例性方法。提供烴給料流510，例如得自天然氣的流。烴給料流510優(yōu)選為適用于液化的形式，以使其可經(jīng)預(yù)處理來降低和/或去除不期望的組分，例如CO2和h2s。烴給料流510優(yōu)選為加壓流，其可傳送到可任選的提取裝置545，目的是從給料流510提取組分來產(chǎn)生經(jīng)處理的流(prepared stream) 580,經(jīng)處理的流580易于冷卻和液化為具有在預(yù)定規(guī)格范圍內(nèi)的組分的液化的產(chǎn)品流70。經(jīng)處理的流580可例如以壓縮富甲烷流580的形式提供。本領(lǐng)域中存在很多可用的并且本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的這樣的提取裝置。例如，其可包括洗滌塔或脫甲烷塔和可任選的再壓縮機。 提取的組分可從提取裝置545以通常為液體流的提取產(chǎn)品流70的形式排出。如果提取裝置545基于脫甲烷塔，則提取產(chǎn)品流570可以是貧甲烷流570，通常為NGL流的形式。提取產(chǎn)品流570可任選地傳送到至少一個其他餾分裝置(未顯示)，例如用于天然氣液體提取的脫乙燒塔、脫丙燒塔和/或脫丁燒塔。所得的經(jīng)處理的流580，其對于本示例假定為壓縮富甲烷流，可傳送到至少一個預(yù)冷卻換熱器585，在所述換熱器585中，其由預(yù)制冷劑冷卻來提供預(yù)冷卻的經(jīng)處理的流590，其在本示例中假定為預(yù)冷卻的富甲烷烴流。預(yù)冷卻制冷劑可作為冷卻的預(yù)冷卻制冷劑來流410供到預(yù)冷卻換熱器，并且作為升溫的預(yù)冷卻制冷劑出流420從預(yù)冷卻換熱器退出。優(yōu)選地，冷卻的預(yù)冷卻制冷劑來流410基本上為液體形式，而升溫的預(yù)冷卻制冷劑出流420優(yōu)選基本上為蒸氣形式。預(yù)冷卻制冷劑可為通?；旧嫌杀闃?gòu)成的單一組分預(yù)冷卻制冷劑，或混合的預(yù)冷卻制冷劑，例如包含丙烷的混合的預(yù)冷卻制冷劑。如果使用多個預(yù)冷卻換熱器585，則預(yù)冷卻制冷劑可在不同的壓力下提供給每一個預(yù)冷卻換熱器585中。預(yù)冷卻的富甲烷烴流590可以烴流10的形式直接傳送到主換熱器5。但是，在圖4的實施例中，其首先傳送到可任選的主換熱器分離器595中，例如氣液分離器，例如用于為提取裝置545 (未示出)制備液體回流597。在這樣的情況下，烴流10以上部蒸氣流的形式從主換熱器分流器595提供。為了簡明，沒有顯示預(yù)冷卻制冷劑回路的其余部分。這樣的預(yù)冷卻制冷劑回路的結(jié)構(gòu)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的。適當(dāng)?shù)念A(yù)冷卻制冷劑回路的一個示例顯示在圖5中。圖4的實施例顯示了傳送到換熱器5的烴流10，所述換熱器5為主換熱器，用于冷卻液化。主換熱器5具有與圖I的實施例的主制冷劑第一和第二流動通道240，340相同的結(jié)構(gòu)。圖4的實施例顯示了選擇阻塞裝置的一個替代位置。第一出口集流管V顯示了混合器65，其將來自每一個第一部分流出口集流管55a，55b的液化流體部分流60a，60b混合，以提供混合的液化流體流70。但是，用于選擇阻塞第一組的第一流動通道40a，40b中的至少一個的裝置現(xiàn)在設(shè)置在第一出口集流管7’中。流體部分流出口控制閥75a，75b設(shè)置在第一部分流出口集流管55a，55b和液化流體流混合裝置65之間。
因而，在該實施例中，用于選擇阻塞兩個烴流動通道40a，40b中的至少一個的裝置75a，75b設(shè)置在主換熱器5下游，而不是如圖I和2中所示的上游。應(yīng)可理解，選擇阻塞裝置的下游位置可同樣應(yīng)用到用于第二組的自動冷卻流動通道240的第二出口集流管裝置。還應(yīng)理解，如果期望的話，代替選擇阻塞裝置的所述替代位置，圖I或圖2的結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于圖4的方案中。在圖4的實施例中，烴流10傳送到用于在兩個或更多個烴流流動通道40a，40b之間將烴流10分流的裝置15，例如烴流分流裝置。用于將烴流10分流的裝置15提供兩個或更多個烴部分流20a，20b。兩個或更多個烴部分流20a，20b可連接到兩個或更多個部分流入口集流管35a，35b。每一個烴部分流入口集流管35a，35b連接到烴流動通道40a，40b中的至少一個。兩個或更多個烴流動通道40a，40b在兩個或更多個烴流動通道出口 45a，45b處離開主換熱器5。每一個出口 45a，45b產(chǎn)生液化的烴流50a，50b。兩個或更多個烴流動通道40a, 40b連接到兩個或更多個部分流出口集流管55a，55b。每一個部分流出口集流管55a，55b將液化的烴部分流60a，60b提供給烴部分流出口控制閥75a，75b。烴部分流出口控制 閥75a，75b為用于選擇地阻塞兩個或更多個烴流動通道40a，40b中的至少一個的裝置。每一個烴流出口控制閥75a，75b提供受控的液化烴部分流80a，80b。兩個或更多個受控的液化烴部分流80a，80b可傳送到受控的液化烴部分流混合裝置65，以提供混合的液化烴流70。顯然，閉合烴部分流出口控制閥75a，75b中的一個將選擇地阻塞相應(yīng)的烴流動通道40a，40b或這樣的流動通道組。以該方式，到主換熱器5的烴流10的質(zhì)量流可降低，同時避免烴流動通道40a，40b中的不穩(wěn)定冷卻狀態(tài)。圖4另外顯示了主制冷劑冷卻回路201。在該實施例中，主制冷劑為如上面討論的混合的主制冷劑。主制冷劑流200傳送到主制冷劑分離裝置205，例如氣/液分離器。主制冷劑分離裝置提供第一和第二餾分主制冷劑流210a，210b，其傳送到主換熱器5。第一餾分主制冷劑流210a優(yōu)選為從主制冷劑分離裝置205上部提取的蒸氣流。第二餾分主制冷劑流210b優(yōu)選為從主制冷劑分離裝置205下部提取的液體流。如針對圖I的實施例所討論的，第一和第二餾分主制冷劑流210a，210b在主換熱器中自動冷卻、膨脹并且傳送到換熱器的殼側(cè)78。主制冷劑與所述組的流動通道40a，40b，240,340中的流體間接換熱，以冷卻流體，并且使主制冷劑升溫。升溫的制冷劑作為升溫的主制冷劑流290從位于主換熱器5底部處或附近的至少一個主制冷劑出口 285退出。升溫的主制冷劑流290傳送到主制冷劑壓縮機緩沖罐(knock-out drum) 295。主制冷劑壓縮機緩沖罐295提供主制冷劑壓縮機給料流310。主制冷劑壓縮機給料流310可基本上是氣態(tài)的。主制冷劑壓縮機給料流310傳送到主制冷劑壓縮機315，在主制冷劑壓縮機315中，其被壓縮來提供壓縮的主制冷劑流320。主制冷劑壓縮機315由主制冷劑壓縮機驅(qū)動裝置345例如氣輪機或蒸氣輪機或電機機械地驅(qū)動。壓縮的主制冷劑流320然后在至少一個主制冷劑冷卻裝置325中例如空氣或水冷卻器中冷卻，以提供第一冷卻的主制冷劑流330。第一冷卻的主制冷劑流330可然后傳送到至少一個預(yù)冷卻換熱器585’，以進(jìn)一步逆著預(yù)冷卻制冷劑冷卻，以提供主制冷劑流200。如圖4中所示，第一冷卻的主制冷劑流330可在與壓縮的富甲烷流580分開的預(yù)冷卻換熱器中冷卻。然而制冷劑來流和出流410’，420’可以是相同的預(yù)冷卻制冷劑循環(huán)的一部分。或者，第一冷卻的主制冷劑流330可在與壓縮的富甲烷流580相同的預(yù)冷卻換熱器中冷卻，例如當(dāng)預(yù)冷卻換熱器中存在可用的兩個單獨的管束時。由于第一餾分主制冷劑流210a通常在自動冷卻作用下冷凝，因此選擇阻塞裝置也可應(yīng)用到主制冷劑第一流動通道240，例如在圖2中所示例說明的。清楚的是，在該情況中，選擇阻塞也可位于第二出口集流管中的主換熱器下游，類似于第一出口集流管。作為其中形成的液化烴流不用做這樣的產(chǎn)品流的示例，圖5顯示了其中烴流10’用作主冷卻混合制冷劑流來給主換熱器提供冷卻負(fù)荷的實施例。在該情況下，本發(fā)明的設(shè)備以預(yù)冷卻換熱器5a的形式提供，其中，主冷卻混合制冷劑流被部分地液化。雖然圖5中僅顯示了單個預(yù)冷卻換熱器5a，但是可提供不止一個具有可被選擇地·阻塞的兩個或更多個烴流動通道的預(yù)冷卻換熱器。例如，兩個預(yù)冷卻換熱器可例如串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。預(yù)冷卻換熱器可在殼側(cè)78a中的預(yù)冷卻制冷劑的相同或不同的壓力下運行。提供例如得自天然氣的流的烴給料流510a。烴給料流510a優(yōu)選為適于液化的形式，以使其可經(jīng)預(yù)處理來減少和/或去除不期望的組分，例如CO2和H2S等。烴給料流510a優(yōu)選為加壓流。烴給料流510a可在烴給料換熱器512中冷卻，以提供冷卻的烴給料流514。冷卻的烴給料流514可傳送到可任選的烴給料餾分裝置545a，例如洗滌塔或脫甲烷塔，以提供富甲烷的上部流560a和貧甲烷的底部流570a。貧甲烷的底部流570a可傳送到至少一個其他餾分裝置(未示出)，例如用于天然氣液體提取的脫乙烷塔、脫丙烷塔和/或脫丁烷塔。來自烴給料餾分裝置545a的富甲烷上部流560a可傳送到至少一個預(yù)冷卻換熱器585a。富甲烷上部流560a可傳送通過預(yù)冷卻換熱器5a中的至少一個富甲烷流流動通道640，用于由換熱器殼側(cè)78a中的預(yù)冷卻制冷劑冷卻，以提供預(yù)冷卻的富甲烷烴流590a。預(yù)冷卻制冷劑可以是混合的預(yù)冷卻制冷劑，例如包含丙烷的混合的預(yù)冷卻制冷齊U。如果多個預(yù)冷卻換熱器585a使用混合的預(yù)冷卻制冷劑，則，可在不同的預(yù)冷卻換熱器585a的殼側(cè)78a中在不同壓力下提供混合的預(yù)冷卻制冷劑。預(yù)冷卻制冷劑提供在預(yù)冷卻制冷劑回路401中。作為來自預(yù)冷卻換熱器5a的升溫的預(yù)冷卻制冷劑出流，預(yù)冷卻制冷劑壓縮機給料流420a傳送到預(yù)冷卻制冷劑壓縮機425。預(yù)冷卻制冷劑壓縮機壓縮預(yù)冷卻制冷劑壓縮機給料流420a，以提供壓縮的預(yù)冷卻制冷劑流430。預(yù)冷卻制冷劑壓縮機425可由預(yù)冷卻制冷劑壓縮機驅(qū)動裝置435例如氣輪機或蒸氣輪機或電機機械地驅(qū)動。壓縮的預(yù)冷卻制冷劑流430可然后在至少一個預(yù)冷卻制冷劑冷卻裝置325a例如空氣或水冷卻器中冷卻，以提供第一冷卻的預(yù)冷卻制冷劑流450。第一冷卻的預(yù)冷卻制冷劑流450可然后傳送到至少一個預(yù)冷卻換熱器5a。第一冷卻的預(yù)冷卻制冷劑流450可被傳送通過預(yù)冷卻換熱器5a中的至少一個預(yù)冷卻制冷劑流動通道440。預(yù)冷卻制冷劑流動通道440中的預(yù)冷卻制冷劑由換熱器的殼側(cè)78a中的預(yù)冷卻制冷劑自動冷卻，以提供第二冷卻的預(yù)冷卻制冷劑流460。
第二冷卻的預(yù)冷卻制冷劑流460可傳送到至少一個預(yù)冷卻制冷劑膨脹裝置465,例如Joule-Thomson閥或膨脹器，在所述閥和膨脹器中，所述流被膨脹來作為冷卻的預(yù)冷卻制冷劑來流提供至少一個膨脹的預(yù)冷卻制冷劑流410a。至少一個膨脹的預(yù)冷卻制冷劑流410a可然后傳送到預(yù)冷卻換熱器5a的殼側(cè)78a，以冷卻流動通道40c，40d，440,640的內(nèi)容物。至少一個預(yù)冷卻換熱器585a提供預(yù)冷卻的富甲烷烴流590a。預(yù)冷卻的富甲烷烴流590a可傳送到主換熱器分離器595a，例如氣/液分離器。主換熱器分離器595a可提供作為上部蒸氣流的富甲烷主換熱器給料流610和作為底部液體流的給料餾分回流597。給料餾分回流597可傳送到烴給料餾分裝置545a。優(yōu)選地，在比冷卻的烴給料流514重力方向上更高的點處將給料餾分回流597傳送到烴給料餾分裝置545a，以提供改善的分離。
圖5的實施例顯示了正在傳送到傳統(tǒng)的主換熱器645的富甲烷主換熱器給料流610。富甲烷主換熱器給料流610可傳送通過至少一個富甲烷流流動通道640，在所述通道中，其被主冷卻制冷劑例如混合的主冷卻制冷劑間接冷卻和液化。主換熱器645提供液化的，可能部分液化的，但是優(yōu)選完全液化的富甲烷流650。當(dāng)烴給料流510a得自天然氣時，液化的富甲烷流650可以是LNG。圖5另外顯示了主制冷劑冷卻回路210a。在該實施例中，主制冷劑為例如上面討論的包括至少一種烴的混合的主冷卻制冷劑。主制冷劑壓縮機給料流310a傳送到主制冷劑壓縮機315a，在所述壓縮機中，其被壓縮來提供壓縮的主制冷劑流320a。主制冷劑壓縮機315a可由主制冷劑壓縮機驅(qū)動裝置345a例如氣輪機或蒸氣輪機或電機機械地驅(qū)動。壓縮的主制冷劑流320a可然后在至少一個主制冷劑冷卻裝置325a中例如空氣或水冷卻器中冷卻，從而作為烴流10’來提供第一冷卻的主制冷劑流。第一冷卻的主制冷劑流10’ (烴流)可然后傳送到至少一個預(yù)冷卻換熱器5a，以進(jìn)一步逆著預(yù)冷卻制冷劑冷卻。第一冷卻的主制冷劑流10’(烴流)可在與富甲烷上部流560a相同或不同的預(yù)冷卻換熱器中冷卻。在圖5的實施例中，第一冷卻的主制冷劑流10’(烴流)在與富甲烷上部流560a相同的預(yù)冷卻換熱器5a中冷卻。圖5的預(yù)冷卻換熱器5a作為兩個或更多個第一組的第一流動通道提供兩個或更多個第一冷卻的主制冷劑流動通道40c，40d，并且提供用于選擇地阻塞兩個或更多個主制冷劑流動通道40c，40d中的至少一個的裝置25c，25d，以使通過預(yù)冷卻換熱器5a的第一冷卻的主制冷劑流10’的質(zhì)量流可減小，而不發(fā)生不穩(wěn)定的冷卻狀態(tài)。該設(shè)計在第一冷卻的主制冷劑流10’是基本上蒸氣流時是有利的，所述蒸氣流在預(yù)冷卻換熱器5a中至少部分地液化。第一冷卻的主制冷劑流10’可傳送到第一入口集流管6’，其可包括用于在兩個或更多個第一組的第一流動通道40c，40d之間將呈第一冷卻的主制冷劑流10’形式的流體流分流的裝置15a。所述用于分流的裝置15a可包括第一冷卻的主制冷劑分流裝置。所述第一冷卻的主制冷劑分流裝置15a可作為烴部分流提供兩個或更多個第一冷卻的主制冷劑部分流20c，20d。兩個或更多個第一冷卻主制冷劑部分流20c，20d (流體部分流)中的每一個可傳送到第一冷卻的主制冷劑部分流入口控制閥25c，25d(第一部分流入口控制閥)。每一個第一冷卻的主制冷劑部分流入口控制閥25a，25b (第一部分流入口控制閥)提供受控的第一冷卻的主制冷劑部分流30c，30d。兩個或更多個第一冷卻的主制冷劑部分流入口集流管35c，35d作為第一部分流入口集流管提供，以接收受控的第一冷卻的主制冷劑部分流30c，30d。每一個第一冷卻的主制冷劑部分流入口集流管35c，35d連接到第一冷卻的主制冷劑流動通道40c，40d或這樣的流動通道組，從而選擇地一起被阻塞。因而，通過閉合第一冷卻的主制冷劑部分流入口控制閥25c，25d，防止第一冷卻的主制冷劑部分流20c，20d到達(dá)相應(yīng)的第一冷卻的主制冷劑部分流入口集流管35c，35d并且因此到達(dá)相應(yīng)的第一冷卻的主制冷劑流動通道40c，40d。以該方式，通過預(yù)冷卻換熱器5a的主制冷劑的質(zhì)量流可減小，同時減輕不穩(wěn)定的冷卻狀態(tài)。第一冷卻的主制冷劑部分流可在第一冷卻的主制冷劑流動通道40c，40d中被換熱器的殼側(cè)78中的預(yù)冷卻制冷劑間接冷卻，從而作為液化烴流提供兩個或更多個第二部分液化的主制冷劑部分流50c，50d。
兩個或更多個第一冷卻的主制冷劑流動通道40c，40d可連接到包括至少一個第二液化主制冷劑流出口集流管55c，55d的第一出口集流管。圖5的實施例顯示了用于每一個第一冷卻的主制冷劑流動通道40c，40d或通道組的第二液化主制冷劑流出口集流管55c, 55d，所述流動通道40c，40d或通道組可被選擇地阻塞。每一個第二液化主制冷劑流出口集流管55c, 55d可以預(yù)冷卻的主制冷劑部分流60c, 60d的形式提供液化的流體。預(yù)冷卻的主制冷劑部分流60c，60d可在預(yù)冷卻的主制冷劑混合裝置65a中混合，從而提供預(yù)冷卻的主制冷劑流200’作為主制冷劑流。預(yù)冷卻的主制冷劑流200’可傳送到主制冷劑分離裝置205a，例如氣/液分離器。主制冷劑分離裝置205a提供第一和第二餾分主制冷劑流210a，210b，其被傳送到主換熱器645。第一餾分主制冷劑流210a優(yōu)選為從主制冷劑分離裝置205a上部提取的蒸氣流。第二餾分主制冷劑流210b優(yōu)選為從主制冷劑分離裝置205a底部提取的液體流。第一和第二餾分主制冷劑流210a，210b在主換熱器中自動冷卻、膨脹并且傳送到換熱器殼側(cè)78，如針對圖I的實施例所討論的。主制冷劑與所述組的流動通道240，340，640中的流體間接換熱，以冷卻所述流體，并且將主制冷劑升溫。升溫的制冷劑作為升溫的主制冷劑流290a從在主換熱器65底部處或附近的至少一個主制冷劑出口 285a退出。升溫的主制冷劑流290a可傳送到主制冷劑壓縮機緩沖罐295a。主制冷劑壓縮機緩沖罐290a提供主制冷劑壓縮機給料流310a，其可以是基本上蒸氣流。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可理解，本發(fā)明可以多種不同方式進(jìn)行而不偏離所附權(quán)利要求書的范圍。例如，根據(jù)圖4的工藝方案可與圖2的實施例中公開的設(shè)備一起使用，在下調(diào)運行過程中允許第一餾分主制冷劑流動通道以及烴流動通道被選擇地阻塞。而且，根據(jù)圖5的工藝方案可與根據(jù)圖I或2或4的實施例的主換熱器5 —起使用，以使提高的熱穩(wěn)定性也可提供給烴流10和/或主制冷劑流的第一餾分210a中的一者或兩者。本文提供的附圖顯示了烴部分流和制冷劑流的各個入口和出口集流管位于換熱器殼體外部。但是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在替代實施例中，入口和出口集流管一者或兩者可設(shè)置在換熱器內(nèi)部，在其壁內(nèi)。但是，優(yōu)選至少一個用于選擇阻塞的裝置設(shè)置在換熱器的壁外部，以便于通達(dá)并且控制這些裝置。上面的說明從構(gòu)思層面描述了用于選擇地阻塞兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少一個的裝置。實際中，這些裝置可根據(jù)由本領(lǐng)域技術(shù)人員采用的通常的設(shè)計實踐以更復(fù)雜的方式進(jìn)行。例如，用于選擇阻塞的裝置可布置用于避免經(jīng)由進(jìn)入阻塞組的流動通道的共用集流管(未示出)發(fā)生來自開放的(未阻塞)流動通道組的回流。這可例如通過在需要選擇阻塞的所述組的流動通道的每一端上設(shè)置協(xié)調(diào)運行閥來實現(xiàn)，并且不排他地設(shè)置在所述組的流動通道的入口端或出口端上。本文公開的方法和設(shè)備特別適用于冷卻和液化包含以碳床甲烷形式或得自碳床甲烷的天然氣的流體，所述流體預(yù)期在流動速率方面經(jīng)受相對大的變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，本發(fā)明可以多種不同的方式進(jìn)行而不偏離所附權(quán) 利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻和液化流體流來提供液化的流體流的設(shè)備，所述設(shè)備至少包括 換熱器，所述換熱器具有在其壁內(nèi)的殼側(cè)和延伸穿過所述換熱器的殼側(cè)的多個流動通道，所述多個流動通道包括兩個或更多個第一組的ー個或多個第一流動通道，每ー個所述第一組用于運送流體流的一部分通過所述換熱器，并且由所述換熱器的殼側(cè)中的制冷劑間接冷卻所述部分，以提供液化的流體流； 第一入口集流管，所述第一入口集流管將兩個或更多個第一組的第一流動通道連接到流體源，并且布置用于在所述兩個或更多個第一組的第一流動通道之間將所述流體流分流； 用于響應(yīng)于所述流體流的流動速率選擇地阻塞所述兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個第一組同時允許流體流流動通過其余未阻塞的第一組的第一流動通道的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述第一入口集流管包括 兩個或更多個第一部分流入ロ集流管，所述第一部分流入ロ集流管每ー個唯一地連接到其中一個所述第一組的第一流動通道中； 第一集流管分流裝置，所述第一集流管分流裝置用于將所述流體流分為兩個或更多個流體部分流，每ー個流體部分流位于ー個流體部分流管道中； 其中，用于選擇地阻塞所述第一組的第一流動通道中的至少ー個第一組同時允許流動到其余未阻塞的第一組的第一流動通道的所述裝置包括在流體部分流管道的至少ー個中的第一部分流入ロ控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的設(shè)備，其中，所述換熱器選自包括繞管式換熱器和管殼式換熱器的組，其中，所述兩個或更多個第一組的ー個或多個第一流動通道彼此相互纏繞布置。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，還包括 第一出口集流管，所述第一出口集流管連接到兩個或更多個第一組的第一流動通道，以將從所述兩個或更多個第一組的第一流動通道流出的液化的流體流混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述第一出口集流管包括兩個或更多個第一部分流出ロ集流管，所述第一部分流出ロ集流管每ー個提供液化的流體部分流，其中，所述第一部分流出ロ集流管中的每ー個唯一地連接到ー個第一組的第一流動通道，所述設(shè)備還包括 液化的流體流混合裝置，所述液化的流體流混合裝置位于所述第一部分流出ロ集流管下游，用于將來自每ー個第一部分流出ロ集流管的液化的流體部分流混合，以提供混合的液化的流體流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，用于選擇地阻塞第一組的第一流動通道中的至少ー個第一組同時允許流動到其余未阻塞的第一組的第一流動通道的所述裝置包括 流體部分流出ロ控制閥，所述流體部分流出ロ控制閥位于第一部分流出ロ集流管中的至少ー個和所述液化的流體流混合裝置之間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述第一流動通道布置用于將所述流體流從位于所述換熱器底部處或所述換熱器底部附近的入口輸送到位于所述換熱器中重力方向上較高點處的出口。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述第一組的第一流動通道包括換熱表面，所述換熱表面布置用干與制冷劑進(jìn)行換熱作用，從而由所述換熱器的殼側(cè)中的制冷劑間接冷卻所述流體流的所述部分，其中，所述流體流的所述部分布置成沿著所述換熱表面沿向上方向移動。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，用于選擇地阻塞兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個第一組同時允許流體流流動通過其余未阻塞的第一組的第一流動通道的所述裝置相對于所述殼側(cè)設(shè)置在所述換熱器的壁外部。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述多個流動通道還包括兩個或更多個第二組的ー個或多個自動冷卻流動通道，所述設(shè)備還包括 第二入口集流管，所述第二入口集流管將所述兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道連接到制冷劑源，并且布置用于在兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道之間將所述制冷劑流分流； 用于選擇地阻塞所述兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道的至少ー個第二組同時允許所述制冷劑流流動通過其余未阻塞的第二組的自動冷卻流動通道的第二裝置； 至少ー個膨脹裝置，所述至少一個膨脹裝置位于所述第二組的自動冷卻流動通道的下游，并且在通到所述換熱器殼側(cè)中的制冷劑入口裝置的上游，且連接到所述制冷劑入口裝置。
11.ー種冷卻和液化流體流來提供液化的流體流的方法，至少包括以下步驟 將制冷劑和在一流動速率下的流體流傳送到ー設(shè)備，所述設(shè)備包括至少ー個換熱器，所述換熱器具有在其壁內(nèi)的殼側(cè)和延伸穿過所述換熱器的殼側(cè)的多個流動通道，所述多個流動通道包括兩個或更多個第一組的ー個或多個第一流動通道，所述第一組中的每ー組用于將所述流體流的一部分運送通過換熱器，并且由所述換熱器的殼側(cè)中的制冷劑間接冷卻所述部分，以提供液化的流體流；和第一入口集流管，所述第一入口集流管將兩個或更多個第一組的第一流動通道連接到流體源，并且布置用于在所述兩個或更多個第一組的第一流動通道之間將所述流體流分流； 允許所述流體流進(jìn)入所述第一入口集流管中；和 響應(yīng)于所述流體流的流動速率，選擇地阻塞所述兩個或更多個第一組的第一流動通道中的至少ー個第一組，同時允許所述流體流流動通過其余未阻塞的第一組的第一流動通道，以提供液化的流體流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述流體流的所述部分向上流動通過所述換熱器，同時其至少部分地通過所述間接冷卻冷凝。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，還包括以下步驟 允許所述制冷劑流進(jìn)入第二入口集流管中，所述第二入口集流管將兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道連接到制冷劑源，并且布置用于在所述兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道之間將所述制冷劑流分流； 允許所述制冷劑流進(jìn)入所述第二入口集流管中；和 選擇地阻塞所述兩個或更多個第二組的自動冷卻流動通道中的至少ー個第二組，同時允許所述制冷劑流流動通過其余未阻塞的第二組的自動冷卻流動通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求11到13中任一項所述的方法，還包括輸出通過所述方法和設(shè)備獲得的液化的流體流的至少一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求11到14中任一項所述的方法，其中，所述流體流為烴流，優(yōu)選得自天然氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流體在其中冷卻和液化的設(shè)備，所述設(shè)備具有換熱器(5)，換熱器具有在其壁(85)內(nèi)的殼側(cè)(78)和延伸穿過殼側(cè)(78)的多個流動通道。多個流動通道包括兩個或更多個第一組(40a，40b)的一個或多個第一流動通道，每一個第一組用于將流體流的一部分運送通過換熱器(5)，并且由換熱器(5)的殼側(cè)(78)中的制冷劑間接冷卻所述部分，以提供液化的流體流(50，70)。第一入口集流管(6，6’)將兩個或更多個第一組(40a，40b)的第一流動通道連接到流體源(10)，并且布置用于在兩個或更多個第一組的第一流動通道(40a，40b)之間將流體流分流。提供了用于選擇地阻塞兩個或更多個第一組(40a，40b)的第一流動通道中的至少一個同時允許流體流流動通過其余未阻塞的第一組的第一流動通道的裝置(25a，25b)。
文檔編號F28F27/02GK102844639SQ201080048587
公開日2012年12月26日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者K·J·溫克, L·J·A·佐特梅耶爾 申請人:國際殼牌研究有限公司