專利名稱：用于冷卻低溫?fù)Q熱器的方法和設(shè)備以及使烴流液化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷卻低溫?fù)Q熱器的方法和設(shè)備。在這里特別披露的各種實(shí)施例中，低溫?fù)Q熱器適合于使烴流液化，例如天然氣流。在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種液化這種烴流的方法。
背景技術(shù)：
一些類型的低溫?fù)Q熱器是已知的。這樣的低溫?fù)Q熱器可以用于液化天然氣流的方法中，以生成液化天然氣(LNG)。在這種情況下，低溫?fù)Q熱器通常能夠接收待液化的烴流，并能夠使烴流與至少部分蒸發(fā)的制冷劑進(jìn)行熱交換，從而使烴流至少部分地液化，以及能夠排出至少部分液化的烴流。根據(jù)流中烴的種類以及烴流通過低溫?fù)Q熱器時(shí)所處的壓力水平，例如天然氣開始液化的典型溫度可能在-135°C。但是，在準(zhǔn)備冷卻和/或使烴流液化的正常操作之前，必須冷卻低溫?fù)Q熱器，例如，這是工廠啟動(dòng)例行程序的一部分。為了防止破壞低溫?fù)Q熱器，包括例如由低溫?fù)Q熱器上的熱膨脹及熱收縮分布引起的泄漏，低溫?fù)Q熱器的操作者和制作商一般建議盡可能地避免超過某一規(guī)定的、隨時(shí)間的
最大溫度變化率。另一方面，為了最小化低溫?fù)Q熱器的非生產(chǎn)性或非最佳生產(chǎn)性期限，操作者通常希望以盡可能高速率冷卻他們的低溫?fù)Q熱器。美國(guó)專利48091M描述了一種用于控制混合制冷劑型液化天然氣生產(chǎn)設(shè)施的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中優(yōu)化了功能參數(shù)。通過調(diào)節(jié)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，所述參數(shù)包括混合制冷劑庫(kù)存量、組成、壓縮比以及壓縮機(jī)渦輪速度，以對(duì)設(shè)施消耗的每單位能量達(dá)到最高的產(chǎn)品輸出值。更詳細(xì)來說，美國(guó)專利'154的過程控制器系統(tǒng)是以并行處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施的，所述并行處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許并行控制在多處理器上待執(zhí)行的工序，所述多處理器能訪問一共用存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)有表示與生產(chǎn)設(shè)施有關(guān)的每個(gè)傳感器和每個(gè)控制器的當(dāng)前狀態(tài)的值。為管理并行控制過程，保存有請(qǐng)求隊(duì)列和返回隊(duì)列以及優(yōu)先表，所述優(yōu)先表用于解決平行操作過程回路之間的沖突。美國(guó)專利'154的過程控制器系統(tǒng)在液化工序運(yùn)行時(shí)能夠令人滿意地起到優(yōu)化或保持所生產(chǎn)的液化氣的最佳數(shù)量或質(zhì)量。但是，美國(guó)專利'IM的過程控制器系統(tǒng)不適于在啟動(dòng)時(shí)的初始冷卻期間控制低溫?fù)Q熱器，因?yàn)樗璧拇龍?zhí)行的步驟順序不能利用優(yōu)先表以及請(qǐng)求隊(duì)列和返回隊(duì)列進(jìn)行處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于冷卻低溫?fù)Q熱器的設(shè)備，所述低溫?fù)Q熱器適合于使烴流液化，例如使天然氣流液化，所述低溫?fù)Q熱器布置成能夠接收待液化的烴流和制冷劑，并能夠使烴流與制冷劑進(jìn)行熱交換，從而至少部分地使烴流液化，以及能夠排出至少部分液化的烴流和已經(jīng)通過低溫?fù)Q熱器的所消耗的制冷劑，該設(shè)備包括-使所消耗的制冷劑再循環(huán)回到低溫?fù)Q熱器的制冷劑再循環(huán)回路，所述制冷劑再循環(huán)回路至少包括有壓縮機(jī)、壓縮機(jī)再循環(huán)閥、冷卻器和第一 JT(焦耳-湯普森)閥；-一可編程控制器，其布置成(i)接收表示一個(gè)或更多個(gè)控制變量的傳感器信號(hào)的輸入信號(hào)；(ii)生成控制信號(hào)以控制一個(gè)或更多個(gè)操縱變量；和(iii)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括具有至少三個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少三個(gè)模塊中的一個(gè)或更多個(gè)接收輸入信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)，并生成控制信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)；以及其中所述至少三個(gè)模塊均布置成(a)等待，直到接收一觸發(fā)信號(hào)；和(b)在收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，開始執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令的預(yù)定序列，至少直到達(dá)到該模塊的預(yù)定模塊目標(biāo)；以及，網(wǎng)絡(luò)中的這些模塊互連，使得由所述至少三個(gè)模塊中的第二和第三模塊接收的觸發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)在所述至少三個(gè)模塊中的第一模塊達(dá)到該模塊的預(yù)定目標(biāo)時(shí)所產(chǎn)生的通訊信號(hào)。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于冷卻低溫?fù)Q熱器的方法，所述低溫?fù)Q熱器適合于使烴流液化，例如天然氣流，該方法包括步驟-提供一低溫?fù)Q熱器，所述低溫?fù)Q熱器布置成能夠接收待液化的烴流和制冷劑，并能夠使烴流與制冷劑進(jìn)行熱交換，從而至少部分地使烴流液化，以及能夠排出至少部分液化的烴流和已經(jīng)通過低溫?fù)Q熱器的所消耗的制冷劑，-提供使所消耗的制冷劑再循環(huán)回到低溫?fù)Q熱器的制冷劑再循環(huán)回路，所述制冷劑再循環(huán)回路至少包括一壓縮機(jī)、一壓縮機(jī)再循環(huán)閥，一冷卻器和一第一 JT閥；-激活一可編程控制器，所述可編程控制器(i)接收表示一個(gè)或更多個(gè)控制變量的傳感器信號(hào)的輸入信號(hào)；(ii)生成控制信號(hào)以控制一個(gè)或更多個(gè)操縱變量；和(iii)執(zhí)行一計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括具有至少三個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少三個(gè)模塊中的一個(gè)或更多個(gè)接收輸入信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)，并生成控制信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)；以及其中所述至少三個(gè)模塊中的每一個(gè)(a)等待，直到接收一觸發(fā)信號(hào)；和(b)在收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，開始執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令的預(yù)定序列，至少直到達(dá)到該模塊的預(yù)定模塊目標(biāo)；以及，其中所述至少三個(gè)模塊中的第一模塊達(dá)到該模塊的預(yù)定目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生一通訊信號(hào)，所述通訊信號(hào)傳遞給所述三個(gè)或更多個(gè)模塊中的第二和第三模塊，在那里，通訊信號(hào)充當(dāng)?shù)诙偷谌K的觸發(fā)信號(hào)。在低溫?fù)Q熱器用以上限定的方法和/或以上限定的設(shè)備已經(jīng)冷卻之后，烴流可以在一個(gè)或更多個(gè)步驟被液化，包括使烴流在低溫?fù)Q熱器中進(jìn)行熱交換，以便生成液化烴產(chǎn)


現(xiàn)在參照實(shí)施例和附帶的非限制性的示意性試圖，僅舉例來對(duì)本發(fā)明以說明，其中圖1用示意圖顯示了依照一個(gè)實(shí)施例的低溫?fù)Q熱器配置；圖2用示意圖顯示了依照另一個(gè)實(shí)施例的低溫?fù)Q熱器配置；圖3用示意圖顯示了用于自動(dòng)冷卻圖1或圖2的低溫?fù)Q熱器的模塊的方框圖；圖4用示意圖顯示了依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的、用于測(cè)試的主要低溫?fù)Q熱器配置；圖5用示意圖顯示了圖4的整套配置(line-up)，示出了監(jiān)測(cè)的溫度和壓力；圖6顯示了用于測(cè)試的模塊連同圖4的整套配置的方框圖；和圖7用示意圖顯示了可以并入圖6的方框圖中的替代模塊結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式為便于描述，為管線(管路)以及該管線(管路)上運(yùn)送的流賦予單個(gè)參考數(shù)字。 同樣的參考數(shù)字指示類似的部件、流或管線(管路)。所描述的方法和設(shè)備采用了一種可編程控制器，所述可編程控制器接收表示所選定的工序中的一個(gè)或更多個(gè)控制變量的傳感器信號(hào)的輸入信號(hào)，并生成控制信號(hào)以控制所選定的工序中的一個(gè)或更多個(gè)操縱變量?？删幊炭刂破骺梢詧?zhí)行一計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括具有至少三個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)。這樣分成多個(gè)模塊便于更靈活和更簡(jiǎn)易地管理冷卻流程，及便于維護(hù)可編程控制器。各模塊可以操縱一個(gè)或更多個(gè)閥，且具有至少一個(gè)清楚限定的模塊目標(biāo)。模塊可以彼此獨(dú)立地操作，但是可以存在由一些模塊檢測(cè)的公共變量，這些模塊可以受一個(gè)以上的模塊的作用的影響。這種采用獨(dú)立執(zhí)行的模塊的模塊化方法使得本發(fā)明適于自動(dòng)冷卻所有類型的熱交換器，包括所謂的盤管型和翅片型。所述至少三個(gè)模塊中的一個(gè)或更多個(gè)接收輸入信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)，并生成控制信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)。所述至少三個(gè)模塊均布置成(a)等待，直到接收一觸發(fā)信號(hào)；和(b)在收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，開始執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令的預(yù)定序列，至少直到實(shí)現(xiàn)該模塊的預(yù)定模塊目標(biāo)。產(chǎn)生一通訊信號(hào)，這標(biāo)記著該模塊已經(jīng)達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的模塊目標(biāo)。該通訊信號(hào)可以由模塊本身在可編程控制器的其他地方產(chǎn)生，或者它可以包括例如表示低溫?fù)Q熱器內(nèi)或周圍已經(jīng)達(dá)到預(yù)定狀態(tài)的傳感器信號(hào)。預(yù)定模塊目標(biāo)可以是對(duì)于該模塊的中間結(jié)果，在這樣的情況下，模塊可以繼續(xù)執(zhí)行更多的計(jì)算機(jī)可讀指令，例如達(dá)到計(jì)算機(jī)另外的模塊目標(biāo)。作為選擇，通訊信號(hào)也可以標(biāo)記模塊完成執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)中的這些模塊互連，使得由所述至少三個(gè)模塊中的第二和第三模塊接收的觸發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)在所述至少三個(gè)模塊中的第一模塊已經(jīng)達(dá)到該模塊的預(yù)定目標(biāo)時(shí)所產(chǎn)生的通訊信號(hào)。
這種互連模塊的方式允許對(duì)順序流程進(jìn)行控制，其中，在開始一個(gè)或更多個(gè)其他任務(wù)之前，必須完成至少一個(gè)規(guī)定任務(wù)，以及其中，至少兩個(gè)任務(wù)必須一個(gè)接一個(gè)地執(zhí)行， 而其他任務(wù)必須同時(shí)執(zhí)行。不需要管理各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，因?yàn)楦髂K在開始執(zhí)行其任務(wù)之前都是等待的， 直到它接收一觸發(fā)信號(hào)，并且在完成其任務(wù)之后，它產(chǎn)生一通訊信號(hào)。該任務(wù)的完成可以由該通訊信號(hào)表示，這標(biāo)記著對(duì)該模塊來說，與該任務(wù)相關(guān)的預(yù)定目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到。標(biāo)記完成預(yù)定模塊目標(biāo)的任何信號(hào)都可以傳遞給接著進(jìn)行順序流程中的一個(gè)或更多個(gè)下面的任務(wù)的一個(gè)或更多個(gè)接下來的模塊和/或由可以接著進(jìn)行順序流程中的一個(gè)或更多個(gè)下面的任務(wù)的一個(gè)或更多個(gè)接下來的模塊接收。當(dāng)通訊信號(hào)由兩個(gè)或更多個(gè)接下來的模塊接收時(shí)，該兩個(gè)或更多個(gè)接下來的模塊準(zhǔn)備開始并行執(zhí)行它們的計(jì)算機(jī)可讀指令。為便于解釋本權(quán)利要求書和說明書，通訊信號(hào)可以在達(dá)到目標(biāo)之后產(chǎn)生，或者可以是據(jù)此可推斷模塊已經(jīng)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的任何信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，第二和/或第三通訊信號(hào)可以在第二和/或第三模塊已經(jīng)達(dá)到它們各自的模塊目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生，所述第二和第三通訊信號(hào)可以充當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)后續(xù)模塊的觸發(fā)信號(hào)或者以另一種方式在該過程中使用。一選定模塊的任務(wù)可能必須在受到控制變量中的一個(gè)或更多個(gè)上的某一限制條件的約束的同時(shí)進(jìn)行，而該一個(gè)或更多個(gè)控制變量不受所述的選定模塊的控制，而是例如受同時(shí)動(dòng)作的其他模塊的控制。在這樣的情況下，如果選定模塊的任務(wù)的進(jìn)一步執(zhí)行會(huì)導(dǎo)致違背所述限制條件，其任務(wù)的執(zhí)行將自動(dòng)延遲。當(dāng)影響受控制變量的其他模塊在執(zhí)行它的任務(wù)時(shí)，可以終止該延遲，使得限制條件被解除或轉(zhuǎn)換，從而給出所述的選定模塊以進(jìn)一步推進(jìn)其任務(wù)的執(zhí)行的空間。因而，所建議的模塊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用在于模塊任務(wù)必要時(shí)準(zhǔn)順序地執(zhí)行并如有可能同時(shí)執(zhí)行，所述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含相互并行操作的獨(dú)立模塊，由此模塊中的一個(gè)的控制動(dòng)作受一變量的約束，所述變量受另一個(gè)模塊操縱的一個(gè)或更多個(gè)操縱變量的影響。這使得這類模塊網(wǎng)絡(luò)能夠極好地適于諸如低溫?fù)Q熱器在某些限制條件下的冷卻的操作。至少兩個(gè)互連模塊中另外選擇是，一事件信號(hào)在一個(gè)模塊中產(chǎn)生，而該事件信號(hào)由另一個(gè)模塊接收，并引起其他模塊除該模塊起動(dòng)之外的其他操作的變化。例如，當(dāng)引起該事件信號(hào)產(chǎn)生的第一模塊達(dá)到某一狀態(tài)時(shí)，該事件信號(hào)可以觸發(fā)其他模塊中的參數(shù)變化。模塊網(wǎng)絡(luò)可使得標(biāo)記一特定模塊開始執(zhí)行預(yù)定指令的觸發(fā)信號(hào)可以是由該模塊接收的第η個(gè)觸發(fā)信號(hào)，這里η可以是任何自然數(shù)。例如，在選定模塊可以開始執(zhí)行其計(jì)算機(jī)可讀指令序列之前，選定模塊可能需要等待例如其他三個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)它們的目標(biāo)，這時(shí)產(chǎn)生通訊信號(hào)。在這樣的情況下，它可能必須等待，直到其接收到充當(dāng)觸發(fā)信號(hào)的三個(gè)通訊信號(hào)，因而在該例子中，兩個(gè)較早的觸發(fā)信號(hào)早于標(biāo)記一特定模塊開始執(zhí)行預(yù)定指令序列的相關(guān)觸發(fā)信號(hào)。可編程控制器可以嵌入到分布式控制系統(tǒng)(DCS)，其中，例如模塊經(jīng)由接口服務(wù)器提供輸出，例如可以在計(jì)算機(jī)程序和在DCS中存在的各種接口塊(interface blocks)之間傳送的用于過程控制(OPC)的OLE(對(duì)象鏈接與嵌入)。在這樣的配置中，DCS可以撤回操縱變量(例如所選定的閥)的控制，不用等待可編程控制器傳送控制，就像緊急情況等期間所希望的那樣。本專利申請(qǐng)的發(fā)明人已經(jīng)想到，這里披露的這種可編程控制器理想地適于低溫?fù)Q熱器的自動(dòng)冷卻，所述低溫?fù)Q熱器適合于使烴流液化，例如天然氣流。有利地，低溫?fù)Q熱器的自動(dòng)冷卻便于以盡可能高溫度變化率冷卻低溫?fù)Q熱器，不會(huì)超過規(guī)定的最大溫度變化率。在手動(dòng)控制下冷卻低溫?fù)Q熱器時(shí)，操作者通常必須使溫度變化率和規(guī)定最大值之間維持較寬的富余量。此外，經(jīng)驗(yàn)表明，在大約30%的時(shí)間里，會(huì)由于操作復(fù)雜，而無意地超過規(guī)定的最大溫度變化率。而由于這里所述的自動(dòng)化，該百分比預(yù)計(jì)會(huì)大大降低。發(fā)明人估計(jì)，超過最大溫度變化率可以降低至大約12%的時(shí)間(time)，或降低至至少小于15%的時(shí)間。此外，在此披露的方法和設(shè)備也可以用于避免低溫?fù)Q熱器內(nèi)或周圍的一個(gè)或更多個(gè)空間溫度梯度超過推薦的最大值。與用于冷卻并流式低溫?fù)Q熱器相比，在此所述的方法和設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)更顯然用于冷卻逆流式低溫?fù)Q熱器，優(yōu)選使用外部制冷劑，其中蒸發(fā)的制冷劑相對(duì)于在低溫?fù)Q熱器靠蒸發(fā)的制冷劑來冷卻的流逆流流動(dòng)。在此披露的方法和設(shè)備利用了所謂的操縱變量和控制變量。另外，任選地，還存在一個(gè)或更多個(gè)監(jiān)測(cè)變量。在說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語'操縱變量'用來表示受可編程控制器的控制作用的變量，術(shù)語'控制變量'用來表示必須由可編程控制器保持在一預(yù)定值下(以下稱為"設(shè)定點(diǎn)")或保持在一預(yù)定范圍內(nèi)(“設(shè)定范圍")。設(shè)定點(diǎn)或設(shè)定范圍無須是固定存在的(entity)。實(shí)際上，它經(jīng)常可能會(huì)變化(或者在冷卻期間計(jì)算，或者作為隨時(shí)間的預(yù)定順序)。像控制變量一樣，‘監(jiān)測(cè)變量'被測(cè)量并選擇性地記錄，但是與控制變量相比， 它無須由可編程控制器保持在一設(shè)定點(diǎn)或保持在一設(shè)定范圍內(nèi)。但是，監(jiān)測(cè)變量可以充當(dāng)可編程控制器的輸入，使之根據(jù)這些監(jiān)測(cè)變量作出決定，或者產(chǎn)生通訊信號(hào)，或者例如使可編程控制器發(fā)出警報(bào)信號(hào)或暫停和/或放棄自動(dòng)過程。優(yōu)選地，所述一個(gè)或更多個(gè)控制變量包括下列一個(gè)或更多個(gè)的隨時(shí)間的溫度變化率第一 JT閥吸入側(cè)的制冷劑溫度；第一 JT閥排出側(cè)的制冷劑溫度；低溫?fù)Q熱器內(nèi)部某一點(diǎn)處的烴流溫度；和低溫?fù)Q熱器下游的烴流溫度。這提供了一直接顯示，進(jìn)一步便于冷卻低溫?fù)Q熱器，不會(huì)超過規(guī)定的最大溫度變化率。代替或與溫度變化率一起，所述一個(gè)或更多個(gè)控制變量可以包括低溫?fù)Q熱器內(nèi)或周圍的選定的空間溫度梯度。這便于冷卻低溫?fù)Q熱器，不會(huì)超過規(guī)定的最大空間溫度梯度。 保持在預(yù)定最大值之內(nèi)的合適的空間溫度梯度是制冷劑管與外殼壁之間的溫度梯度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，最大溫度變化率和/或最大空間溫度梯度通常取決于進(jìn)行冷卻處理的熱交換器的類型和/或具體結(jié)構(gòu)。有關(guān)這些值的具體推薦可以由制造商提 {共。在低溫?fù)Q熱器包括用于蒸發(fā)制冷劑的殼側(cè)和用于自動(dòng)冷卻制冷劑的管側(cè)的情況下，選定空間溫度梯度可以反映低溫?fù)Q熱器的殼側(cè)與包含制冷劑的管側(cè)之間的溫差。還存在其他優(yōu)選的溫度梯度可使用于例如整套式配置(line-ups)中，其中，在冷卻器的下游和第一 JT閥的上游，一液/汽分離器設(shè)置在制冷劑再循環(huán)回路中，用以接收部分冷凝的制冷劑和將該部分冷凝的制冷劑流分離成液態(tài)重制冷劑部分(fraction)和氣態(tài)輕制冷劑部分，以及用以經(jīng)由液體出口排出液態(tài)重制冷劑部分和經(jīng)由氣體出口排出氣態(tài)輕制冷劑部分，所述液態(tài)重制冷劑部分和氣態(tài)輕制冷劑部分被傳送到低溫?fù)Q熱器，其中第一 JT閥布置成控制這些部分中的一個(gè)的流通，優(yōu)選控制輕制冷劑部分的流通。選定的空間溫度梯度可以在這樣的整套配置中反映下列中的一個(gè)或更多個(gè)消耗的制冷劑與低溫?fù)Q熱器的氣體出口和氣態(tài)制冷劑入口之間的制冷劑之間的溫差；和消耗的制冷劑與低溫?fù)Q熱器的液體出口和液態(tài)制冷劑入口之間的制冷劑之間的溫差。其他可行的控制變量包括表示一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)的工作狀況、例如喘振狀況的變量。所謂的喘振偏差參數(shù)可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)來確定，以量化壓縮機(jī)的喘振與實(shí)際運(yùn)行狀況之間的偏差。被考慮來用于確定喘振偏差參數(shù)的典型傳感器數(shù)據(jù)包括流過相關(guān)壓縮機(jī)級(jí)的流量和相關(guān)壓縮機(jī)級(jí)的入口壓力及排出壓力。為了自動(dòng)冷卻低溫?fù)Q熱器，所述一個(gè)或更多個(gè)操縱變量可以包括下列中的一個(gè)或兩個(gè)表示第一 JT閥的打開量的大小的第一 JT閥設(shè)定；和表示壓縮機(jī)再循環(huán)閥的打開量的大小的壓縮機(jī)再循環(huán)閥設(shè)定。第一 JT閥的打開量直接完全影響低溫?fù)Q熱器的冷卻速率， 因?yàn)樗谴_定JT閥在制冷劑流流過JT閥時(shí)對(duì)其的焦耳-湯姆遜效應(yīng)的因素之一，其決定了制冷劑的冷卻能力。壓縮機(jī)再循環(huán)閥的打開量同樣影響著低溫?fù)Q熱器的冷卻速率，因?yàn)橛捎趬嚎s機(jī)再循環(huán)閥控制制冷劑的壓力和流速一種方式，它也影響著第一 JT閥的JT(焦耳-湯姆遜)效應(yīng)。當(dāng)然，還存在可以控制制冷劑的壓力和/或流量的其他操縱變量，例如壓縮機(jī)速度。因而，壓縮機(jī)速度也可以用作其中一個(gè)操縱變量。但是，與速度相比，閥是非常適于在對(duì)壓力具有相對(duì)更即時(shí)的控制序列中進(jìn)行操縱的零件。在此披露的方法和設(shè)備可用于使烴流液化、例如天然氣流的方法中。在這樣的情況下，低溫?fù)Q熱器的冷卻之后進(jìn)行正常運(yùn)行，其中烴流在低溫?fù)Q熱器中被冷卻，直到其被液化，優(yōu)選地，此后在低溫?fù)Q熱器或在后面的熱交換器中進(jìn)行過冷卻。因?yàn)楹芏嘣颍夯烊粴饬魇撬Ｍ?。舉例來說，天然氣液體比氣態(tài)形式更容易長(zhǎng)距離儲(chǔ)存和運(yùn)輸，因?yàn)樗紦?jù)了較小的體積，不需要高壓儲(chǔ)存。通常，天然氣，主要包括甲烷，在高壓下進(jìn)入LNG站，并進(jìn)行預(yù)處理，以生成適于在深冷溫度下液化的精煉原料。利用熱交換器使得精煉氣體通過多個(gè)冷卻級(jí)進(jìn)行處理，逐漸減少其溫度，直到實(shí)現(xiàn)液化。然后可選擇進(jìn)一步冷卻液化天然氣，并通過一個(gè)或更多個(gè)膨脹級(jí)膨脹至最終的適于儲(chǔ)運(yùn)的大氣壓力。來自各個(gè)膨脹級(jí)的閃蒸蒸氣可用作工廠燃料氣體源。應(yīng)當(dāng)注意，US 2006/0213223 Al披露了一種用于生產(chǎn)液化天然氣的液化站和方法。該液化站的控制可以完全自動(dòng)化或部分自動(dòng)化，例如通過使用合適的計(jì)算機(jī)、可編程序邏輯回路(PLC)、使用閉環(huán)和開環(huán)方案、使用比例、積分、微分(PID)控制。但是，US 2006/0213223沒有教導(dǎo)如本申請(qǐng)所述的計(jì)算機(jī)程序或算法。如圖1中示意性所示，設(shè)置有一低溫?fù)Q熱器1，其布置成經(jīng)由管路2和烴流入口 7 接收待液化的烴流，以便在烴流和至少部分蒸發(fā)的制冷劑3之間交換熱量。熱交換的結(jié)果是，可以至少部分液化烴流。優(yōu)選地，至少部分液化的烴流經(jīng)由烴流出口 8排至管路4中。 在所畫的實(shí)施例中，管路2和管路4經(jīng)由管側(cè)四連接。但是，其他類型的換熱器也是可行的。
低溫?fù)Q熱器1包括用于外部制冷劑的制冷劑入口 5和用于已經(jīng)流過低溫?fù)Q熱器的所消耗的制冷劑的制冷劑出口 6。設(shè)置一制冷劑再循環(huán)回路10，使所消耗的制冷劑再循環(huán)回到入口 5。制冷劑再循環(huán)回路10至少包括壓縮機(jī)11、壓縮機(jī)再循環(huán)閥12、冷卻器13和第一焦耳-湯普森(第一 JT)閥14。在本發(fā)明的實(shí)施例中，JT閥可以與膨脹器組合使用。但是，尤其是在換熱器冷卻期間，JT閥優(yōu)選用來控制該冷卻。在本發(fā)明的實(shí)施例中，壓縮機(jī)可以由多個(gè)壓縮級(jí)組成，例如15個(gè)壓縮級(jí)或更多個(gè)壓縮級(jí)。若干個(gè)壓縮級(jí)，例如15個(gè)壓縮級(jí)，可以以軸流式壓縮機(jī)或離心式壓縮機(jī)的形式設(shè)置在一個(gè)殼體中。各級(jí)均可以包括一專用再循環(huán)閥，和/或任意數(shù)量的后續(xù)的級(jí)可以共用單個(gè)再循環(huán)閥。一些壓縮機(jī)或壓縮機(jī)殼體可以一個(gè)接一個(gè)地串聯(lián)布置而形成是壓縮機(jī)組。 各殼體(或壓縮機(jī)級(jí))后面可以是任意數(shù)量的可選擇的冷卻器(或中間冷卻器)和可選擇的分離筒，以在被壓縮的蒸汽流到下一壓縮級(jí)之前從被壓縮的蒸汽中移除任何液體。在最后的壓縮級(jí)之后，可以冷卻被壓縮的制冷劑流。但是，為便于說明本發(fā)明，圖1和2用示意圖簡(jiǎn)單描繪了壓縮機(jī)整套配置，其中僅畫了一個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)再循環(huán)閥。在運(yùn)行時(shí)，所消耗的(至少部分蒸發(fā)的)制冷劑從換熱器1經(jīng)由出口 6被抽取，其中至少一部分經(jīng)由管路25傳送到壓縮機(jī)11的吸入口。管路25中的所消耗的制冷劑流的氣態(tài)部分被壓縮，產(chǎn)生被壓縮的制冷劑流16，被壓縮的制冷劑流16隨后在一個(gè)或更多個(gè)冷卻器(這里描繪成冷卻器1 中被冷卻，從而至少部分地冷凝被壓縮的制冷劑流16，以形成至少部分冷凝的制冷劑流17。該至少部分冷凝的制冷劑流17經(jīng)第一 JT閥14膨脹，隨后經(jīng)由入口 5導(dǎo)入換熱器1中。如圖1所示，制冷劑流與烴流(從左到右)并流通過換熱器1。但是，作為替換，該流動(dòng)也可以布置成逆流，諸如圖2的情形。在圖2中，顯示了變形的低溫?fù)Q熱器配置，其包括如圖1的實(shí)施例中相同的元件， 另外還包括用于自動(dòng)冷卻制冷劑的制冷劑管側(cè)15。烴流2和制冷劑兩者都靠換熱器1中的蒸發(fā)的制冷劑進(jìn)行熱交換。被壓縮的制冷劑流16隨后在一個(gè)或更多個(gè)冷卻器(這里描繪成冷卻器13)中被冷卻，接著在換熱器1中經(jīng)由管側(cè)15冷卻，從而至少部分地冷凝被壓縮的制冷劑流16，以形成至少部分冷凝的制冷劑流17。該自動(dòng)冷卻的至少部分冷凝的制冷劑流17在出口 18從換熱器中被抽取，在經(jīng)由入口 5被傳送到換熱器1內(nèi)之前導(dǎo)入第一 JT閥 14，在換熱器1中，使得該制冷劑流至少部分地蒸發(fā)。任選地，可以設(shè)置一制冷劑補(bǔ)給系統(tǒng)，其能夠改變制冷劑的庫(kù)存量，尤其是在混合制冷劑的情況下。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，較好地冷卻低溫?fù)Q熱器的步驟和任務(wù)的順序可以利用在此所述的可編程控制器理想地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其中下列中的一個(gè)或更多個(gè)用作控制變量-第一JT閥吸入側(cè)的制冷劑溫度的變化率；-第一JT閥排出側(cè)的制冷劑溫度的變化率；-低溫?fù)Q熱器內(nèi)部某一點(diǎn)的烴流溫度的變化率；-低溫?fù)Q熱器下游的烴流溫度的變化率；-第一JT閥兩側(cè)的制冷劑流的第一溫差(第一 JT閥吸入側(cè)的制冷劑與第一 JT閥排出側(cè)的制冷劑之間的溫差)；-反映所消耗的制冷劑(出口6或管路25中或附近)與低溫?fù)Q熱器1的入口 5處的制冷劑之間的溫差的溫度梯度；-反映低溫?fù)Q熱器的殼側(cè)3與含有制冷劑的管側(cè)(諸如管側(cè)15)之間的溫差的溫度梯度；-壓縮機(jī)的吸入側(cè)的制冷劑流的吸入壓力；而下述參數(shù)用作操縱變量-第一JT閥設(shè)定，例如表示第一 JT閥的開口量的大小(X14)或流過第一 JT閥的流量的大小的第一 JT閥設(shè)定；和/或-壓縮機(jī)再循環(huán)閥設(shè)定，例如表示壓縮機(jī)再循環(huán)閥的開口量的大小(XU)或流過再循環(huán)閥的流量的大小的壓縮機(jī)再循環(huán)閥設(shè)定當(dāng)設(shè)置有補(bǔ)給系統(tǒng)時(shí)，制冷劑組分的補(bǔ)給閥也可用作操縱變量。另外，下列中的一個(gè)或更多個(gè)可以用作監(jiān)測(cè)變量-低溫?fù)Q熱器中或周圍的一個(gè)或更多個(gè)部位處的一個(gè)或更多個(gè)絕對(duì)溫度；和-壓縮機(jī)排出壓力。圖3顯示了包含在用于自動(dòng)冷卻方法和設(shè)備的可編程控制器中的計(jì)算機(jī)程序的示例性模塊結(jié)構(gòu)的示意性方框圖。第一模塊201限定初始條件。模塊201可以包含帶有警告和信息模式的摘要的圖形接口。它可以包含有關(guān)緊要和非緊要初始條件的信息。在出現(xiàn)臨界狀態(tài)的情況下，模塊終止計(jì)算機(jī)程序，從而停止該過程。在臨界狀態(tài)解決之后，或者通過操作者手動(dòng)，或者通過運(yùn)行自動(dòng)控制控制過程復(fù)位初始條件，可以恢復(fù)和/或重新啟動(dòng)該過程。在非緊要初始條件的情況下，模塊201發(fā)出一警告。這個(gè)模塊還可以啟動(dòng)對(duì)臨界變量的監(jiān)測(cè)。當(dāng)全部臨界變量都在預(yù)定范圍之內(nèi)時(shí)，達(dá)到模塊目標(biāo)。然后可以產(chǎn)生終止觸發(fā)信號(hào)。緊要初始條件的例子包括-第一JT閥14沒有充分關(guān)閉(例如0.1%以上打開或其他適合的量)；-制冷劑回路中的壓力低于壓縮機(jī)11排出；-壓縮機(jī)11沒有在線運(yùn)行，這可以通過測(cè)量壓縮機(jī)速度(例如壓縮機(jī)至少在 3400rpm或其他合適的速度下運(yùn)行)并核實(shí)壓縮機(jī)上的吸入閥和排除閥是打開的來確定；-制冷劑壓力太高(例如高于20barg或其他合適的數(shù)值)；-壓縮機(jī)入口導(dǎo)流葉片(IGV)是打開的。非緊要初始條件的例子包括-各種實(shí)際溫度和/或溫差，所述實(shí)際溫度例如為第一JT閥14直接上游和直接下游的制冷劑溫度；-壓縮機(jī)再循環(huán)閥沒有完全打開(例如小于99%開度或其他任何合適的值)；和-被壓縮的制冷劑壓力低于一預(yù)定最小值(這可能會(huì)不必要地使冷卻流程慢下來)。通常，合適的最小值是18barg。顯然，模塊201可以放在一個(gè)或更多個(gè)其他模塊之前，例如放在與冷卻至中等溫度水平或諸如此類有關(guān)的模塊之前，并且可以在收到一個(gè)或更多個(gè)觸發(fā)信號(hào)時(shí)開始。一旦產(chǎn)生了通訊信號(hào)，該通訊信號(hào)可被發(fā)出而由模塊202接收，模塊202具有首先打開第一 JT閥14的模塊目標(biāo)。這可能涉及考慮了 JT閥的任何非線性性能的算法。一旦檢測(cè)到冷卻趨勢(shì)，該閥將部分地關(guān)閉，以避免過高的冷卻率。模塊202的通訊信號(hào)(或相應(yīng)的信號(hào))觸發(fā)模塊203，然后模塊203僅僅等待一些時(shí)間就開始。目的是等待所述設(shè)備在模塊202的第一緊要?jiǎng)幼髦蠓€(wěn)定。等待時(shí)間可取決于模塊202的最終狀態(tài)。與模塊203的通訊信號(hào)相應(yīng)的信號(hào)由兩個(gè)模塊204、205接收，因此這兩個(gè)模塊被同時(shí)觸發(fā)。模塊204進(jìn)一步打開第一 JT閥14。尤其在圖2的實(shí)施例中，強(qiáng)的冷卻可能導(dǎo)致制冷劑的冷凝。恰在出現(xiàn)冷凝之前，優(yōu)選減慢閥運(yùn)動(dòng)，一檢測(cè)到冷凝，閥就可以部分地關(guān)閉，以避免過高的冷卻率，另外，過高的冷卻率也可能由冷凝導(dǎo)致的流量突然增大而引起(10秒增加IOOtpd不罕見)。檢測(cè)到冷凝后，校正閥的開度并繼續(xù)，直到閥開度的JT效應(yīng)減弱。 這是模塊目標(biāo)?？梢栽贘T閥進(jìn)一步打開過程中監(jiān)測(cè)JT效應(yīng)，例如基于JT閥上游的制冷劑溫度與 JT閥下游的制冷劑溫度之間的溫差。如果溫差超過8°c，就可以假定存在JT效應(yīng)。通過JT閥的溫度和流量測(cè)量中的一個(gè)或兩個(gè)的暫緩，可以檢測(cè)冷凝。對(duì)于流過第一 JT閥14的制冷劑，可以使用JT閥14下游的制冷劑溫度和/或流過JT閥的流量，這反過來可以通過確定JT閥14兩端的壓差來推算。在優(yōu)選實(shí)施例中，模塊不能比最小開度更進(jìn)一步地關(guān)閉JT閥14，該最小開度對(duì)應(yīng)于該模塊開始時(shí)的開度。進(jìn)一步打開JT閥時(shí)JT效應(yīng)的變化可能很小。但是，同時(shí)，隨著模塊205執(zhí)行它的指令(與此同時(shí)模塊204也執(zhí)行它的指令)，制冷劑壓力增大。模塊205操縱再循環(huán)閥12， 以達(dá)到壓縮機(jī)(或一些壓縮級(jí))的目標(biāo)喘振偏差。該模塊監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)11的喘振偏差，如果喘振偏差超過預(yù)定最大偏差，則關(guān)閉再循環(huán)閥12。合適的預(yù)定最大偏差是0.3。如果有多個(gè)再循環(huán)閥，例如在多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)上，考慮相應(yīng)級(jí)的專用喘振偏差參數(shù)， 可分別(但同時(shí))操縱各個(gè)再循環(huán)閥，各個(gè)特定的再循環(huán)閥通過此控制再循環(huán)。因?yàn)樵傺h(huán)閥12的關(guān)閉影響壓縮機(jī)吸入壓力，所以，該壓力優(yōu)選被模塊205監(jiān)測(cè)以不低于一建議極限，例如l.Sbarg。再循環(huán)閥的關(guān)閉同樣使吸入壓力降低。所以，再循環(huán)閥關(guān)閉的前提條件是避免引起吸入壓力降到預(yù)定目標(biāo)值以下。目標(biāo)是，通過在監(jiān)測(cè)喘振偏差的同時(shí)穩(wěn)定地關(guān)閉再循環(huán)閥，以使排出壓力保持斜坡變化(增大)。當(dāng)喘振偏差低于所認(rèn)為的最小水平(例如0. 1)時(shí)，停止模塊活動(dòng)。但是喘振偏差在整個(gè)最后的冷卻過程始終都是受到監(jiān)測(cè)的，當(dāng)喘振偏差允許并且吸入壓力在預(yù)定范圍之內(nèi)時(shí)，關(guān)閉再循環(huán)閥。當(dāng)?shù)蜏負(fù)Q熱器1的溫度符合其工作溫度時(shí)，模塊204和205中產(chǎn)生通訊信號(hào)，該通訊信號(hào)由模塊206接收。對(duì)于用于冷卻甲烷而使其足以液化的換熱器來說，工作溫度可以是-160°C。在這種情況下，因?yàn)榻K止模塊206之前的兩個(gè)模塊都是響應(yīng)于相同的狀態(tài)產(chǎn)生它們的通訊信號(hào)(即低溫?fù)Q熱器的溫度達(dá)到預(yù)定工作溫度)，標(biāo)記著所述狀態(tài)并傳送至所述模塊的相應(yīng)的單個(gè)觸發(fā)信號(hào)被認(rèn)為是對(duì)應(yīng)于模塊和所述模塊兩者的通訊信號(hào)的信號(hào)。假如喘振偏差沒有使之停止出現(xiàn)，則模塊206盡可能地完全關(guān)閉再循環(huán)閥12。如果喘振偏差阻止進(jìn)一步關(guān)閉再循環(huán)閥，萬一喘振值過低(一般低于0. 1)，則產(chǎn)生一警報(bào)信息，并輸出以警告操作者必須進(jìn)行IGV調(diào)整。IGV運(yùn)動(dòng)具有類似于關(guān)閉再循環(huán)閥12的作用。但是，可以通過流通的制冷劑的摩爾量來抑制IGV運(yùn)動(dòng)，該摩爾量必須超過一預(yù)定最小值。 典型的MR最小摩爾量是Mg/mol。顯而易見，如果所使用的壓縮機(jī)上沒有IGV，該警報(bào)信號(hào)可能不是一個(gè)有效的選擇。因?yàn)镮GV運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是最后的手段，企圖僅僅是警告操作者可能要必須進(jìn)行IGV 運(yùn)動(dòng)，而不是企圖在如上所述的自動(dòng)過程的控制下執(zhí)行任何的IGV運(yùn)動(dòng)。在有些情況下，模塊206可能是多余的，因此可以省略掉，從而完全依靠模塊205。一旦再循環(huán)閥被完全關(guān)閉或充分關(guān)閉，就產(chǎn)生通訊信號(hào)，如圖3所示，對(duì)于該例子來說，該通訊信號(hào)由模塊207接收。模塊207可以是一終止模塊，其可以編程來將控制移交給操作者和/或提供一狀態(tài)輸出或產(chǎn)生操作者警報(bào)信號(hào)，以通知操作者可以進(jìn)行低溫?fù)Q熱器的正常操作，等等。 但是，模塊207也可以是隨后的控制過程的開始模塊，例如正常操作控制，諸如美國(guó)專利 7266975和/或美國(guó)專利6272882所述的超前(advanced)過程控制，或者是任何其他類型的模塊。除了上述用于冷卻換熱器的順序控制之外，還可能嵌入監(jiān)測(cè)變量和/或控制變量中的一個(gè)或更多個(gè)的某些超越界限。監(jiān)測(cè)變量中的一個(gè)或更多個(gè)越過這些界限之一，可能導(dǎo)致發(fā)出警報(bào)信號(hào)，以警告操作者或暫停冷卻或放棄冷卻或這些的組合。這些超越界限的典型例子包括-有關(guān)任何選定溫度的預(yù)定最高溫度變化率，優(yōu)選下列中的一個(gè)或更多個(gè)管側(cè) 29和/或管路4內(nèi)某一位置處的烴產(chǎn)品的溫度；所消耗的制冷劑的溫度；第一 JT閥14排出側(cè)或吸入側(cè)的制冷劑溫度(尤其是在自動(dòng)冷卻之后)；換熱器1中的任何殼側(cè)溫度；-預(yù)定最大空間溫度梯度，其反映換熱器內(nèi)或周圍兩個(gè)空間分開的點(diǎn)之間的規(guī)定溫差，優(yōu)選地，入口 5中和/或第一 JT閥14下游的制冷劑與出口 6中或周圍或管路25中的所消耗的制冷劑之間的溫差；以及管側(cè)中的制冷劑或烴流與換熱器的殼側(cè)中的局部溫度之間的溫差。制冷劑再循環(huán)回路可以循環(huán)單組分制冷劑，諸如甲烷、乙烷、丙烷，或氮；或者循環(huán)基于兩種或以上組分的多組分混合制冷劑，有時(shí)被簡(jiǎn)稱為混合制冷劑(Ml )。這些組分可以優(yōu)選選自氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和戊烷。制冷劑回路可以包含冷卻不同烴流的任意數(shù)量的制冷劑單獨(dú)線或流以及任意數(shù)量的公用元件或特征，包括壓縮機(jī)、冷卻器、膨脹器，等等。有些制冷劑流可以是公用的，而有些可以是單獨(dú)的。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述的冷卻低溫?fù)Q熱器的方法屬于從進(jìn)料流液化烴流(例如天然氣流)的方法的一部分。同樣，在此所述的設(shè)備也可用于使烴流液化的方法中。烴流可以是待液化的任何適合的含烴、優(yōu)選含甲烷的流，但是其通常提取自從天然氣或油儲(chǔ)層中獲得的天然氣流。作為替換，天然氣流也可以從另一個(gè)源獲得，也包括綜合性源，例如Fischer-Tropsch (費(fèi)-托)工藝。通常，天然氣基本上由甲烷構(gòu)成。優(yōu)選地，進(jìn)給流包括至少60% (摩爾比)甲烷， 更優(yōu)選至少80% (摩爾比)甲烷。烴進(jìn)給流可以通過使之流過若干冷卻級(jí)而液化。可以使用任意數(shù)量的冷卻級(jí)，各冷卻級(jí)可以包括一個(gè)或更多個(gè)換熱器以及任選的一個(gè)或更多個(gè)步驟、程度或部分。各冷卻級(jí)可以包括或者串聯(lián)或者并聯(lián)或者串聯(lián)與并聯(lián)組合的兩個(gè)或更多個(gè)換熱器。合適的各種類型的能夠冷卻和液化烴進(jìn)給流的換熱器在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的， 本發(fā)明可以應(yīng)用于其中任何一種。這樣的換熱器類型的例子包括可以從Air Products & Chemicals Inc.和Linde AG獲得的換熱器，通常包括一束、兩束、三束或更多束。合適的能夠冷卻和液化進(jìn)給流(如諸如天然氣的烴流)的換熱器的各種配置在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的，包括單混合制冷劑(SMR)配置、雙混合制冷劑(DMR)配置、丙烷混合制冷劑配置(C3-MR)、基于三個(gè)或更多個(gè)循環(huán)的配置(例如由Air Products & Chemicals Inc.基于C3-MR-N2循環(huán)推出的所謂的APX配置)，和包括那些帶有局部冷卻循環(huán)的格柵 (cascade)配置。本發(fā)明可以應(yīng)用于這樣的配置以及其他合適的配置中的任何配置的任何換熱器，某些微小的改變?cè)诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員力所能及的范圍之內(nèi)。在各種各樣的配置中，烴進(jìn)給流的冷卻和液化包括兩個(gè)(或更多個(gè))冷卻級(jí)，包括預(yù)冷卻級(jí)和主冷卻級(jí)。通常，預(yù)冷卻級(jí)將烴流冷卻至0°C之下，一般在-80°c和-30°c之間， 而第二級(jí)，可被稱為主低溫級(jí)，冷卻至-100°C以下，以使烴流液化。根據(jù)來源的不同，天然氣可以包含變化量的比甲烷重的烴，諸如乙烷，丙烷，丁烷和戊烷以及一些芳香烴。天然氣流還可以包含非烴，諸如H20j2、C02』2S及其他硫化物，等寸。如果需要，烴流可以在用于本發(fā)明之前進(jìn)行預(yù)處理。該預(yù)處理可以包括去除存在的任何不希望的組分，例如(X)2和&S，或其他步驟，例如預(yù)冷卻、預(yù)壓等等。因?yàn)檫@些步驟對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的，所以在此沒有進(jìn)一步地論述。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解，在液化之后，液化天然氣可以根據(jù)需要進(jìn)一步處理。舉例來說，所獲得的液化天然氣可以通過焦耳-湯姆遜閥或通過低溫透平膨脹機(jī)進(jìn)行減壓。本發(fā)明可以包括一個(gè)或更多個(gè)其他或另外的制冷劑回路，例如在預(yù)冷卻級(jí)中。任何其他的或另外的制冷劑回路可以選擇性地與用于冷卻烴流的制冷劑回路相連接和/或相并流(concurrent)。圖4顯示了較大類型的低溫?fù)Q熱器100，其嵌入到具有各種通過另一制冷劑回路工作的預(yù)冷卻換熱器及其他設(shè)備的系統(tǒng)中，這可以在烴液化站中找到。該另一制冷劑回路在下文中被稱為"預(yù)冷卻制冷劑回路"或"預(yù)冷卻制冷劑循環(huán)"。同樣，零部件，例如壓縮機(jī)和制冷劑也可以稱為"預(yù)冷卻制冷壓縮機(jī)"或"預(yù)冷卻制冷劑"。該實(shí)施例中的低溫?fù)Q熱器100在下文中被稱為主低溫?fù)Q熱器100，以使之與該實(shí)施例中出現(xiàn)的任何其他換熱器區(qū)分開來。主低溫?fù)Q熱器100包括溫端33、冷端50和中部位置27。主低溫?fù)Q熱器100的壁限定殼側(cè)110。在殼側(cè)110中坐落有-第一管側(cè)四，其從溫端33延伸至冷端50，優(yōu)選在烴流入口7與烴流出口 8之間延伸；-第二管側(cè)觀，其從溫端33延伸至中部位置27，優(yōu)選從溫端33處的氣態(tài)制冷劑入口 49a延伸至中部位置27 ；和-第三管側(cè)15，其從溫端33延伸至冷端50，優(yōu)選從溫端33處的液態(tài)制冷劑入口 49b延伸至冷端50。提供制冷壓縮機(jī)組用于壓縮制冷劑，如這里所示的，制冷壓縮機(jī)組象征性地包括第一壓縮機(jī)30和第二壓縮機(jī)31。這些壓縮機(jī)中的每一個(gè)都設(shè)置有若干個(gè)再循環(huán)閥，這些再循環(huán)閥在此由一再循環(huán)管線中的再循環(huán)閥130和131示意性表示，所述再循環(huán)管線將相應(yīng)冷卻器下游的壓縮機(jī)排出口連接到低壓吸入口。第一制冷壓縮機(jī)30由合適的馬達(dá)(例如燃?xì)廨啓C(jī)3 驅(qū)動(dòng)，所述燃?xì)廨啓C(jī)35設(shè)置有用于啟動(dòng)的輔助馬達(dá)36，第二制冷壓縮機(jī)31由合適的馬達(dá)(例如燃?xì)廨啓C(jī)37)驅(qū)動(dòng)， 所述燃?xì)廨啓C(jī)37設(shè)置有輔助馬達(dá)(未顯示)。作為選擇，壓縮機(jī)30和31可以在共用馬達(dá)的單個(gè)軸上驅(qū)動(dòng)。在已經(jīng)冷卻主低溫?fù)Q熱器之后的正常運(yùn)行過程中，氣態(tài)的，優(yōu)選富甲烷的烴進(jìn)給流在高壓下通過供給管路20供給至主低溫?fù)Q熱器100的溫端33處的第一管側(cè)四。烴進(jìn)給流流過第一管側(cè)四，在這里，烴進(jìn)給流靠在殼側(cè)110中蒸發(fā)的混合制冷劑(MR)冷卻、液化以及可選地過冷卻，該混合制冷劑形成所消耗的制冷劑。由此形成的液化的烴流在冷端50 從主低溫?fù)Q熱器100通過管路40移除。烴流在系統(tǒng)中的流體可以利用例如設(shè)置在管路40 中的減弱(rundown)閥44進(jìn)行控制。流40可以可選擇流過合適的端部閃蒸系統(tǒng)，其中壓力下降至存儲(chǔ)壓力和/或運(yùn)輸壓力。最后，液化的烴流作為產(chǎn)品流被傳送至儲(chǔ)存部，在這里，作為液化產(chǎn)品存儲(chǔ)，或者可選擇直接運(yùn)輸。在正常運(yùn)行過程中，以及在主低溫?fù)Q熱器的冷卻過程中，所消耗的制冷劑在溫端 33從主低溫?fù)Q熱器100的殼側(cè)110通過管路25，并傳送至分離筒56。制冷劑補(bǔ)給調(diào)節(jié)管路65也進(jìn)料至分離筒56，以可選擇將制冷劑庫(kù)存量添加到所消耗的制冷劑流。各種制冷劑組分的添加可通過一個(gè)或更多個(gè)閥控制，通常每種組分用一個(gè)閥。這里，這些閥示意表示為閥66。從分離筒56的頂部流出的所消耗的制冷劑的蒸發(fā)部分55在制冷壓縮機(jī)30和31 中被壓縮，以獲得被壓縮的制冷劑流，該制冷劑流通過管路32移除。其他制冷壓縮機(jī)配置也是可行的。在兩個(gè)制冷壓縮機(jī)30和31之間，壓縮熱在外界冷卻器23中從流過管路38的流體移除，所述外界冷卻器23可包括空氣冷卻器和/或水冷卻器和/或任何其他類型的外界冷卻器。同樣，可以在壓縮機(jī)的兩個(gè)連續(xù)的壓縮機(jī)級(jí)之間設(shè)置中間冷卻器(未顯示)。管路32中的被壓縮的制冷劑流在空氣冷卻器42中被冷卻，并在一個(gè)或更多個(gè)預(yù)冷卻換熱器(顯示為43和41)靠預(yù)冷卻制冷劑循環(huán)而部分地冷凝，所述預(yù)冷卻循環(huán)將在下文中更加詳細(xì)地描述。預(yù)冷卻換熱器41、31可以在相互不同的壓力下運(yùn)行，和/或使用不同的制冷劑組分。接著，部分冷凝的制冷劑流39被傳送并經(jīng)由一入口裝置進(jìn)入液/汽分離器，這里描繪為分離器容器45和入口裝置46。在分離器容器45中，部分冷凝的制冷劑流被分離成重制冷劑部分(在這里為液態(tài)制冷劑部分(HMIO)和輕制冷劑部分(在這里為氣態(tài)制冷劑部分(LMR))。這些流可以借助于JT閥或類似物、用于控制蒸汽(輕)制冷劑流的第一 JT 閥58和用于控制液態(tài)(重)制冷劑流的第二 JT閥58分別控制。液態(tài)重制冷劑部分通過管路47從分離器容器45移除，氣態(tài)輕制冷劑部分通過管路48移除。重制冷劑部分在主低溫?fù)Q熱器100的第二管側(cè)觀中被過冷卻，以得到過冷的重制冷劑流54。過冷的重制冷劑流通過管路M從主低溫?fù)Q熱器100移除，并被使得經(jīng)過一膨脹裝置膨脹，所述膨脹裝置包括第二 JT閥51。膨脹裝置進(jìn)一步還可包括與第二 JT閥51 串聯(lián)的動(dòng)態(tài)膨脹器(未顯示)，其無須在主低溫?fù)Q熱器的任何冷卻過程期間操作。過冷的重制冷劑流在降低的壓力下通過管路52和噴嘴53在中部位置27引入主低溫?fù)Q熱器100的殼側(cè)110內(nèi)。重制冷劑流在降低的壓力下被允許在殼側(cè)110中蒸發(fā)，從而在管側(cè)四、觀和15中冷卻這些流體。通過管路48從分離器容器45中移除的氣態(tài)制冷劑部分被傳送至主低溫?fù)Q熱器 100的第三管側(cè)15中，在這里，其被冷卻、液化和過冷卻，以得到過冷的輕制冷劑流57。過冷的輕制冷劑流通過管路57從主低溫?fù)Q熱器100移除，并被使得經(jīng)過一膨脹裝置膨脹，所述膨脹裝置包括第一 JT閥58。過冷的輕制冷劑流在降低的壓力下通過管路59和噴嘴60 在冷端50引入主低溫?fù)Q熱器100的殼側(cè)110內(nèi)。輕制冷劑流在降低的壓力下被允許在殼側(cè)110中蒸發(fā)，從而在管側(cè)四、觀和15中冷卻這些流體。任選地(未顯示)，可選擇的側(cè)流可以從氣態(tài)輕制冷劑流48提取，其可以靠除主低溫?fù)Q熱器100之外的一個(gè)或更多個(gè)其他換熱器中的一個(gè)或更多個(gè)其他冷流冷卻、液化和過冷卻。例如，其可以靠從可選擇的端部閃蒸系統(tǒng)中的流40中產(chǎn)生的冷的閃蒸蒸汽冷卻、液化和過冷卻?？蛇x擇的過冷的側(cè)流可以再與管路57或59中的輕制冷劑流結(jié)合，在這樣情況下，需要輔助膨脹器裝置，例如輔助第一 JT閥。這種方案的更加詳細(xì)的說明參見美國(guó)專利 6272882。預(yù)冷卻換熱器41、43使用預(yù)冷卻制冷劑運(yùn)行，預(yù)冷卻制冷劑可以是混合組分制冷劑或單組分制冷劑。對(duì)于該例子，使用了丙烷。蒸發(fā)的丙烷在預(yù)冷卻壓縮機(jī)127中被壓縮， 所述預(yù)冷卻壓縮機(jī)127由合適的馬達(dá)(例如燃?xì)廨啓C(jī)128)驅(qū)動(dòng)。同樣設(shè)置有一預(yù)冷卻制冷壓縮機(jī)再循環(huán)閥129，這里象征性地顯示為處于連接第一級(jí)壓縮機(jī)低壓吸入口與中間壓力水平的管線中。但是，所有或選擇的壓縮級(jí)兩端可以選擇地設(shè)置再循環(huán)管線。被壓縮的丙烷在空氣冷卻器130中冷凝，然后冷凝的被壓縮丙烷在高壓下通過管路135和136傳送至彼此串聯(lián)布置的換熱器43和41。在進(jìn)入換熱器43之前，冷凝的丙烷被允許經(jīng)過膨脹閥138膨脹至一中間壓力。在那里，丙烷靠來自管路32中的多組分制冷劑的熱量部分地蒸發(fā)，由此形成的蒸發(fā)的氣態(tài)部分通過管路141被傳送至丙烷壓縮機(jī)127的中間壓力入口。液態(tài)部分通過管路145被傳送至換熱器41。在進(jìn)入換熱器41之前，丙烷被允許經(jīng)過膨脹閥148膨脹至一低壓。蒸發(fā)的丙烷通過管路150被傳送至丙烷壓縮機(jī)127的吸入口。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以在連接于壓縮機(jī)吸入口的任何管路上設(shè)置分離筒或類似物，以避免向壓縮機(jī)進(jìn)給非氣相。也可以設(shè)置一節(jié)約裝置(economizer)。在本例子中，所示的兩個(gè)預(yù)冷卻換熱器在兩個(gè)壓力水平下運(yùn)行。但是，也可以采用任意數(shù)量的熱預(yù)冷卻換熱器和相應(yīng)的壓力水平。預(yù)冷卻制冷劑循環(huán)也可以用于獲得烴流20，如下所述。烴進(jìn)料(在本例子中為天然氣進(jìn)料)在高壓下流過供給管90。天然氣進(jìn)料(通常為甲烷和重成分的多組分混合物) 在至少一個(gè)換熱器93中被部分地冷凝。在本例子中，該換熱器使用提取自管路135的預(yù)冷卻制冷劑的側(cè)流137，在與預(yù)冷卻換熱器43大約相同的壓力水平下運(yùn)行。雖然在圖4中沒有畫出，但是管路137連接于管路137a。在進(jìn)入換熱器93之前，預(yù)冷卻制冷劑被允許經(jīng)過膨脹閥139膨脹至大約中間壓力。由此形成的蒸發(fā)的氣態(tài)部分通過管路140a和140被傳送至管路141，在這里，其再與提取自預(yù)冷卻換熱器43的氣態(tài)部分結(jié)合。預(yù)冷卻制冷劑的液態(tài)部分在管路151中從換熱器93提取出來，并在經(jīng)過閥152膨脹至適當(dāng)?shù)牡蛪汉蟊贿M(jìn)給至換熱器91中。蒸發(fā)的預(yù)冷卻制冷劑則經(jīng)由管路153a和153被引入管路150。值得注意的是，換熱器43和93和/或換熱器41和91可以在管路32中設(shè)置成包括用于天然氣和用于制冷劑的獨(dú)立側(cè)的組合換熱器的形式。部分冷凝的進(jìn)料92例如經(jīng)由入口裝置94被引入氣/液分離器95，所述氣/液分離器95可以設(shè)置成例如洗滌塔或類似物的形式。在洗滌塔95中，部分冷凝的進(jìn)料被分離， 得到富甲烷的氣態(tài)塔頂流97和貧甲烷的液態(tài)塔底流115。氣態(tài)塔頂流97通過管路97經(jīng)由換熱器91被傳送至塔頂分離器102。在換熱器 100中，氣態(tài)塔頂流靠管路151中的預(yù)冷卻制冷劑部分地冷凝，部分冷凝的塔頂流經(jīng)由入口裝置103被引入塔頂分離器102。在塔頂分離器102中，部分冷凝的塔頂流被分離成氣態(tài)流 20 (其基本上從C5+組分耗盡和/或與進(jìn)料流相比甲烷相對(duì)豐富)和液態(tài)塔底流105。氣態(tài)流20在管路20中形成高壓下的烴進(jìn)料。液態(tài)塔底流105的至少一部分可以通過管路105和噴嘴106引入洗滌塔95作為回流。管路105設(shè)置有流量控制閥(未顯示)和/或泵108。如果所需的回流比部分冷凝的氣態(tài)塔頂流105中的液體少，則富余量可經(jīng)過旁通管路(未顯示)和流量控制閥(未顯示)被傳送至管路20。在得到的回流太少的情況下， 外部回流介質(zhì)(適當(dāng)?shù)貫槎⊥?可以從外部源(未顯示)添加到管路105中。液態(tài)的富C3+的塔底流經(jīng)由管路115從洗滌塔95移除。這里可以從流程中抽取， 以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式送至分餾(fractionation)組和/或儲(chǔ)存部/運(yùn)輸部和 /或再沸器。在如上所述的正常運(yùn)行之前，主低溫?fù)Q熱器必須冷卻至運(yùn)行溫度。本發(fā)明披露的方法和設(shè)備實(shí)現(xiàn)了主低溫?fù)Q熱器的自動(dòng)冷卻。這已經(jīng)根據(jù)下列內(nèi)容得到論證。在冷卻處理期間，通過可編程控制器，可監(jiān)測(cè)主低溫?fù)Q熱器中及其周圍各個(gè)點(diǎn)的一些溫度、溫度變化率以及溫差。這能夠使可編程控制器確定溫度隨時(shí)間變化的曲線演變。 圖5顯示了主低溫?fù)Q熱器100中及其周圍的點(diǎn)，其中，在測(cè)試中，除了其他溫度和溫差傳感器外，設(shè)置有溫度傳感器(TR20 ；TR25 ；TR33 ；TR40 ；TR47 ；TR48 ；TR52 ；TR54 ；TR57 ；TR59)和溫差傳感器(TDR2547 ；TDR2548 ；TDR2715 ；TDR5254 ；TDR5759)，這些其他溫度和溫差傳感器在此沒有進(jìn)一步論述，因?yàn)榭紤]到它們與所述的自動(dòng)化關(guān)系不大。圖5中的整套配置對(duì)應(yīng)于圖4中的整套配置，但是為了強(qiáng)調(diào)對(duì)應(yīng)于所示的各種傳感器的參考數(shù)字，省略了圖5中的整套配置的參考數(shù)字。溫度傳感器標(biāo)記為"TR"，后面是對(duì)應(yīng)于賦予部件、流或設(shè)置了傳感器的管線(管路)的參考數(shù)字的數(shù)字。對(duì)于溫差傳感器， 使用了代碼TDR，后面跟著對(duì)應(yīng)于賦予部件、流或其間設(shè)置有溫差傳感器的管線(管路)的兩個(gè)雙位數(shù)字。溫度傳感器和溫差傳感器產(chǎn)生傳感器信號(hào)，所述傳感器信號(hào)可以由可編程控制器接收和監(jiān)測(cè)，可編程控制器可以使用這些中的一個(gè)或更多個(gè)作為控制變量。在主低溫?fù)Q熱器100的頂部，第一 JT閥58上游和下游的管路57和59的溫度使用溫度傳感器TR57和TR59進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些溫度之間的差也被監(jiān)測(cè)，以用于確定作為在第一 JT閥上的實(shí)際JT效應(yīng)。
測(cè)量中部位置27處的殼溫度差，并確定管側(cè)15在中部位置27處的溫度 (TDR2715)。另外，利用TR33，可以測(cè)量溫端33附近的殼溫度以及管路25(TR25)中取自換熱器的所消耗的制冷劑的溫度。重液態(tài)制冷劑部分的入口溫度可以利用TR47測(cè)量，緊挨著主低溫?fù)Q熱器100上游的烴流的入口溫度可以利用TR20測(cè)量，緊挨著主低溫?fù)Q熱器100下游的的減弱烴流的溫度可以利用TR40測(cè)量。當(dāng)存在前進(jìn)流時(shí)，全部的溫度測(cè)量都是穩(wěn)定且可靠的。因而，測(cè)量可能有時(shí)候不可靠，例如在停滯氣體在開始冷卻時(shí)返回到溫度傳感器的時(shí)候。監(jiān)測(cè)取決于初始狀態(tài)，例如壓力狀態(tài)。指示冷卻結(jié)束的溫度是烴產(chǎn)品減弱管線溫度TR40。然而，當(dāng)烴流極小時(shí)，該測(cè)量在冷卻開始時(shí)可能不可靠。所以，在冷卻開始時(shí)，作為替代可以監(jiān)測(cè)另一個(gè)溫度，合適的是第一 JT閥58下游的LMR溫度TR59。然而，在冷卻結(jié)束時(shí)，基準(zhǔn)溫度將是TR40。在冷卻處理期間，通過可編程控制器，可監(jiān)測(cè)整套配置中各個(gè)點(diǎn)的一些壓力和壓差。最相關(guān)的壓力傳感器(PR32 ；PR54 ；PR55 ；PR57 ；PR150)使用I3R表示在圖5中，I3R后面是對(duì)應(yīng)于賦予部件或設(shè)置有傳感器的管線(管路)的參考數(shù)字的數(shù)字。要監(jiān)測(cè)的最重要的壓力包括管路150中預(yù)冷卻壓縮機(jī)吸入壓力PR150、管道55中的混合制冷壓縮機(jī)30吸入壓力(PR55)；和管路32中的混合制冷壓縮機(jī)排出壓力Η 32。這些壓力傳感器產(chǎn)生可以由可編程控制器接收和監(jiān)測(cè)的傳感器信號(hào)，可編程控制器可以使用這些中的一個(gè)或更多個(gè)作為控制變量。整套配置中的壓力在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)之后可能會(huì)影響冷卻過程，尤其是在整套配置已經(jīng)完全再循環(huán)好幾天的情況下。在高壓情況下，小的變化對(duì)主低溫?fù)Q熱器100的總體冷卻也具有大的影響。另外，PR57和PR54(分別在第一 JT閥58和第二 JT閥51上游的LMR和 HMR管壓力)可以在冷卻之前進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果這些壓力太高，任何閥操縱可能具有較快的動(dòng)態(tài)，只要系統(tǒng)具有壓力水平的初始條件低于預(yù)定初始最大壓力值(在本測(cè)試中，我們使用 20barg) 0對(duì)LMR和HMR流，可計(jì)算流量，以便用作控制變量或至少用作待監(jiān)測(cè)的變量。這樣的計(jì)算可基于壓力差以及第一 JT閥58和第二 JT閥51各自的額定閥開度。對(duì)此，可利用對(duì)在LMR和HMR兩個(gè)回路(分別為冊(cè)57和PR54)上的第一和第二 JT閥之前的壓力和在流向壓縮機(jī)之前的制冷劑回路的吸入壓力(PR50進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于較小的JT閥開度的流量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差可能會(huì)相當(dāng)大，如果用作監(jiān)測(cè)變量， 其會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。LMR和HMR流動(dòng)的線性模型已經(jīng)作為較高閥開度的全部測(cè)量的最小二乘方線性模型計(jì)算出?；谠撃Ｐ?，所估算的流量通過如下給出Flme = Klme · X58. V (PR57-PR55)；和Fhme = Khme · X51 · V (PR54-PR55)，其中，F(xiàn)lme(Fhme)表示LMR管路48 (HMR管路47)中的流量；X58 (X51)表示第一(第二)JT閥58、51的打開量；Kw(Khmk)表示相應(yīng)于斜率的最小二乘方線性模型常數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線性最小二乘方模型滿足所要求的精度。但是，也可以采用其他類型的函數(shù)來替代。尤其是，對(duì)于HMR，可以估算二次函數(shù)，而對(duì)于LMR流動(dòng)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)類似于平方根函數(shù)的特征形狀。
在剛要執(zhí)行自動(dòng)冷卻之前，主低溫?fù)Q熱器100首先在手動(dòng)控制下預(yù)冷卻至大約-25°C和大約_35°C之間的溫度。其他任務(wù)在該級(jí)目前已經(jīng)手動(dòng)完成，但是這些任務(wù)也可以自動(dòng)化并結(jié)合到本發(fā)明披露的模塊結(jié)構(gòu)中，所述其他任務(wù)包括-任何在線的NGL(天然汽液，一般由具有比得上丙烷和更高的質(zhì)量的分子構(gòu)成) 萃取塔(例如洗滌塔)中的水平面控制；-流20的溫度控制；-制冷劑回路(特別是管側(cè)15,28)的降壓；-氣體除霜/冷氣混合物控制，用于將制冷劑回路管道冷卻至大約_25°C與大約-35 °C之間的溫度。主低溫?fù)Q熱器進(jìn)一步冷卻至大約_155°C以下的工作溫度，這里冷卻至大約_160°C的工作溫度，是利用自動(dòng)冷卻方法和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步的冷卻在下文中可被成為"最后冷卻"。圖6用示意圖顯示了在測(cè)試中使用的模塊結(jié)構(gòu)。模塊301限定了與上述模塊201 很相同的初始條件。緊要初始條件的例子包括-如果操縱的是烴流(通常容許最大0.08% (摩爾比)的C5+)，在烴進(jìn)料中(例如在管線20中)存在過量的重組分；-第一和第二JT閥(58，51)沒有充分關(guān)閉(在該測(cè)試中，使用超過1 %的開度值)；-制冷回路(LMR和HMR)中的壓力低于壓縮機(jī)31排出；-一個(gè)或更多個(gè)制冷壓縮機(jī)30、31以及預(yù)冷卻制冷壓縮機(jī)127沒有在線運(yùn)行(例如通過壓縮機(jī)速度檢測(cè))；-這些壓縮機(jī)上的吸入閥和排出閥沒有打開；-在壓縮機(jī)31排出處的制冷劑壓力太高(測(cè)試使用最大為20barg)；-預(yù)冷卻制冷壓縮機(jī)127的吸入壓力超出了預(yù)定壓力窗口(合適地，大約0.5barg 周圍的窗口)；-存在的任何IGV閥沒有充分關(guān)閉。非緊要初始條件的例子包括-TDR5759太小(在來自Air Products & Chemicals Inc的盤管式換熱器的情況下，所推薦的典型最小值是25°C)；-一個(gè)或更多個(gè)制冷壓縮機(jī)再循環(huán)閥(例如130、131)沒有完全打開(該測(cè)試中使用小于99%打開度)；-壓縮機(jī)31的排出壓力低于一預(yù)定最小值(該測(cè)試中使用了ISbarg)。一對(duì)應(yīng)于模塊301的通訊信號(hào)的信號(hào)觸發(fā)模塊308。模塊302也由對(duì)應(yīng)于模塊301 的通訊信號(hào)的同一信號(hào)觸發(fā)。模塊302標(biāo)記模塊子網(wǎng)絡(luò)中的第一模塊，這里模塊子網(wǎng)絡(luò)是指模塊303、304、305 以及309至312。因此，下述的模塊的整個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都與模塊308并行操作及并流。如同模塊202首先打開JT閥14 一樣，模塊302本身首先打開第一 JT閥58。模塊303由模塊302觸發(fā)，然后它等待一些時(shí)間，很像如上所述的模塊203。模塊 305、305、309和310收到在相應(yīng)于模塊303的通訊信號(hào)的信號(hào)時(shí)觸發(fā)。
如同模塊204中所述的JT閥14 一樣，模塊304進(jìn)一步還打開第一 JT閥58。模塊305調(diào)節(jié)壓縮機(jī)再循環(huán)閥(或閥)131，很像上述調(diào)節(jié)再循環(huán)閥12的模塊205一樣。但是，另外，還存在模塊309，其在網(wǎng)絡(luò)中在與模塊305相同的水平下運(yùn)行，所述模塊309關(guān)閉壓縮機(jī)再循環(huán)閥130，優(yōu)選響應(yīng)表示主低溫?fù)Q熱器溫度的預(yù)定溫度已經(jīng)達(dá)到預(yù)定值的時(shí)候。壓縮機(jī)再循環(huán)閥130的關(guān)閉由喘振偏差抑制，所述喘振偏差部分地受模塊304 和310至312的影響。因而，實(shí)際上，模塊309使制冷劑壓力盡可能地最大，而同時(shí)維持容許的喘振偏差。優(yōu)選地，預(yù)定溫度是溫度TR57，該預(yù)定值設(shè)計(jì)成，可以肯定的是，在管路57和52中流動(dòng)的自動(dòng)冷卻LMR和HMR部分被完全冷凝，使得再循環(huán)閥的關(guān)閉不會(huì)引起對(duì)冷卻率產(chǎn)生不期望的影響。例如，預(yù)定溫度值可以是-135°C，但是這取決于所使用的多組分制冷劑的成分。當(dāng)然，過低的喘振偏差會(huì)形成對(duì)再循環(huán)閥關(guān)閉的限制?？赡軙?huì)對(duì)操作者產(chǎn)生一信息， 即，必須進(jìn)行IGV移動(dòng)。另外，模塊309可以包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，以在溫度達(dá)到預(yù)定值之前關(guān)閉再循環(huán)閥130，但再循環(huán)閥的關(guān)閉可以由其他緊急情況觸發(fā)。另一個(gè)緊急情況可能出現(xiàn)在例如壓縮機(jī)30的喘振偏差高于預(yù)定最大值(一般為0. 的情況下。過大的喘振偏差可以引起壓縮機(jī)的物理振動(dòng)，因此即使還沒有達(dá)到預(yù)定溫度，也要關(guān)閉再循環(huán)閥130。模塊310控制第二 JT閥51的首次打開。其打開成足以使比僅用第一 JT閥58運(yùn)動(dòng)更快的冷卻趨勢(shì)建立。第二 JT閥51的首次打開涉及考慮了該閥首次打開的任何非線性性能的算法。該模塊企圖使初始冷卻率保持在最大極限值以下，在此冷卻不快于/h。 然而，由于JT閥在最初打開(如上所述)時(shí)的非線性特性，這是不可能的。在這種情況下， 該過程盡可能地繼續(xù)最小冷卻率，其對(duì)應(yīng)于JT閥在最小可見打開時(shí)達(dá)到的冷卻率。該模塊開始時(shí)的狀態(tài)存在于清楚的溫度分布圖中，該溫度分布圖可理解為TRM的溫度變化率規(guī)范化并冷卻的分布圖。所以，該模塊與模塊304同時(shí)被激活。與模塊311(其由下述的模塊 310觸發(fā))合起來，該模塊組合在網(wǎng)絡(luò)中與模塊304在同一水平下運(yùn)行。為了建立增大的冷卻趨勢(shì)，模塊310在預(yù)定時(shí)間間隔，例如每分鐘，打開第二 JT 閥，直到檢測(cè)到冷卻溫度變化(在該測(cè)試中，直到檢測(cè)到冷卻率快于ο. rc /h)。然后少量地關(guān)閉閥51。然后再次核對(duì)該冷卻，以確信第二 JT閥51沒有再關(guān)閉或者冷卻不是太快。 如果太快，則將進(jìn)一步關(guān)閉第二 JT閥。如果冷卻趨勢(shì)停止，則打開該閥，直到冷卻趨勢(shì)再次建立。在達(dá)到預(yù)定范圍之內(nèi)的穩(wěn)定冷卻趨勢(shì)時(shí)，產(chǎn)生通訊信號(hào)。來自模塊310的通訊信號(hào)由模塊311接收，并且該通訊信號(hào)還觸發(fā)模塊312。模塊 311使第二 JT閥51進(jìn)一步移動(dòng)。要考慮三種情況i)在冷凝范圍以上，控制第二 JT閥位置；ii)臨到管路M中的重制冷劑出現(xiàn)冷凝，任何JT閥運(yùn)動(dòng)都放慢下來；iii)在檢測(cè)到冷凝時(shí)，第二 JT閥51關(guān)閉一點(diǎn)點(diǎn)，以避免由冷凝流動(dòng)引起的高冷卻率。在檢測(cè)到管路M中的重制冷劑冷凝之后，將重制冷劑的流量控制在利用流量控制器設(shè)定的遠(yuǎn)程設(shè)定點(diǎn)上。TRM的溫度變化率和TR25的溫度將確定流量控制器設(shè)定點(diǎn)的步長(zhǎng) (step)。TRM和TR25兩者的最終溫度目標(biāo)將停止閥動(dòng)作。當(dāng)例如TR57或TR40的最高溫度已經(jīng)達(dá)到其目標(biāo)值時(shí)，模塊311完成。從重制冷劑到冷卻任務(wù)的任何貢獻(xiàn)從那時(shí)起減少，除非要調(diào)節(jié)制冷劑補(bǔ)給。補(bǔ)給調(diào)節(jié)由模塊312控制，如上所述，基于模塊310產(chǎn)生的通訊信號(hào)而觸發(fā)模塊 312，以與模塊311同時(shí)開始。模塊操縱補(bǔ)給以·沿著朝向目標(biāo)工作壓力(在該測(cè)試中，為30barg)的斜度增大壓縮機(jī)31排出壓力； 朝著目標(biāo)組成(target composition)，移動(dòng)制冷劑組成，所述目標(biāo)組成可以是主低溫?fù)Q熱器100正常運(yùn)行的結(jié)束目標(biāo)或中間目標(biāo)。在冷卻過程期間，制冷劑目標(biāo)組成可以改變。在控制變量達(dá)到預(yù)定值時(shí)，制冷劑目標(biāo)組成可以逐漸或以步長(zhǎng)方式變化。例如，一旦溫度TR57降到_135°C或-140°C的預(yù)定值以下，就可以改變。在測(cè)試過程中，氮是補(bǔ)給的特定部分。氮補(bǔ)給優(yōu)選僅在有機(jī)會(huì)時(shí)進(jìn)行，例如在MR 壓縮機(jī)30吸入壓力低(例如低于2. Obarg)的時(shí)候。這是因?yàn)闇y(cè)試期間氮供給壓力僅為大約 2barg。模塊312在對(duì)MR流中的甲烷總量獲得可靠測(cè)量失效的情況下具有一定的耐久性 (robustness)(例如由于儀器與DCS之間的通訊故障，或者由于傳感器故障)，這是相當(dāng)普遍的。在這樣的情況下，不是直接測(cè)量，而是通過假定其余是甲烷，根據(jù)C2 (乙烷)、C3 (丙烷)和隊(duì)的組成估算甲烷組成。如上所述的整個(gè)子網(wǎng)絡(luò)(包含模塊303、304、305和309至31 作為一個(gè)整體與模塊308并行執(zhí)行，模塊308調(diào)節(jié)預(yù)冷卻制冷壓縮機(jī)再循環(huán)閥中的一個(gè)或更多個(gè)，這里以第一級(jí)再循環(huán)閥129的形式調(diào)節(jié)，所述第一級(jí)再循環(huán)閥1 控制通過壓縮機(jī)127的第一壓縮級(jí)的再循環(huán)流。模塊目標(biāo)是使有關(guān)預(yù)冷卻制冷劑吸入壓力(圖4的管路150中)的吸入壓力保持在一預(yù)定范圍之內(nèi)，例如0. 25-0. 50barg，但不會(huì)使喘振偏差減小得太靠近控制線。低壓能夠確保進(jìn)入主低溫?fù)Q熱器100(例如經(jīng)由管路20)的烴進(jìn)氣的溫度具有一合理值。所以，管路20中的溫度本身不需要監(jiān)測(cè)或用作該模塊中用于控制的條件。另外，預(yù)冷卻制冷壓縮機(jī)127的排出溫度(管路135中)也沒有受到監(jiān)測(cè)，因?yàn)樵跍y(cè)試中使用的自動(dòng)冷卻過程沒有提供能夠操縱可用于改善預(yù)冷卻制冷壓縮機(jī)127的高排出溫度的情形的任何變量的能力。但是，實(shí)施該監(jiān)測(cè)也不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。可以嵌入用于監(jiān)測(cè)變量中的一個(gè)或更多個(gè)的某些超越界限。監(jiān)測(cè)變量中的一個(gè)或更多個(gè)越過這些界限之一(即超過預(yù)定最大和/或最小值)，可能導(dǎo)致發(fā)出警報(bào)信號(hào)，以警告操作者暫停冷卻或放棄冷卻或兩者組合。這些超越界限的典型例子包括-有關(guān)任何選定溫度的預(yù)定最高溫度變化率(例如AirProducts低溫?fù)Q熱器所規(guī)定的/小時(shí))，優(yōu)選下列中的一個(gè)或更多個(gè)管側(cè)四和/或排出管路40內(nèi)某一位置處的烴產(chǎn)品的溫度；所消耗的制冷劑的溫度(例如殼側(cè)33的底部溫端中或管路25中)；第一 JT閥58或第二 JT閥51排出側(cè)或吸入側(cè)的制冷劑溫度；換熱器1中的任何殼側(cè)溫度；-預(yù)定最大空間溫度梯度，其反映換熱器內(nèi)或周圍兩個(gè)空間分開的點(diǎn)之間的規(guī)定最大溫差(例如的最大溫差)，優(yōu)選主低溫?fù)Q熱器100上游的輕制冷劑與所消耗的制冷劑之間的溫差TDR2M7(還可以是TDR3347，未顯示)；主低溫?fù)Q熱器100上游的重制冷劑與所消耗的制冷劑之間的溫差TDR2M8(還可以是TDR3348，未顯示)；TDR2715 ；和TDR5759 ；-烴進(jìn)料流中會(huì)在主低溫?fù)Q熱器100中凍結(jié)的重組分的預(yù)定最大含量(0.08% (摩爾比))；-制冷壓縮機(jī)上的吸入閥和排出閥關(guān)閉；-主低溫?fù)Q熱器冷端的最大規(guī)定殼頂壓力Gbarg)；-檢測(cè)事故停機(jī)(trip)；-控制系統(tǒng)中存在通訊誤差。顯然，也可以使用其他超越界限，例如在使用其他類型的低溫?fù)Q熱器的情況下。下表I顯示了在該測(cè)試中用作操縱變量的全部變量，而下表II顯示了在該測(cè)試中用作用于決策的控制變量或監(jiān)測(cè)變量的全部變量。表I 操縱變量
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻低溫?fù)Q熱器的設(shè)備，所述低溫?fù)Q熱器適用于使烴流液化，例如使天然氣流液化，所述低溫?fù)Q熱器布置成能夠接收待液化的烴流和制冷劑，并能夠使烴流與制冷劑進(jìn)行熱交換，從而至少部分地使烴流液化，以及能夠排出至少部分液化的烴流和已經(jīng)通過低溫?fù)Q熱器的所消耗的制冷劑，該設(shè)備包括-使所消耗的制冷劑再循環(huán)回到低溫?fù)Q熱器的制冷劑再循環(huán)回路，所述制冷劑再循環(huán)回路至少包括有壓縮機(jī)、壓縮機(jī)再循環(huán)閥、冷卻器和第一焦耳-湯普森閥； -可編程控制器，其布置成(i)接收輸入信號(hào)，所述輸入信號(hào)表示一個(gè)或更多個(gè)控制變量的傳感器信號(hào)； ( )生成控制信號(hào)以控制一個(gè)或更多個(gè)操縱變量；和(iii)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括具有至少三個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少三個(gè)模塊中的一個(gè)或更多個(gè)接收輸入信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)，并生成控制信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)；以及其中所述至少三個(gè)模塊均布置成(a)等待，直到接收一觸發(fā)信號(hào)；和(b)在收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，開始執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令的預(yù)定順序，至少直到達(dá)到該模塊的預(yù)定模塊目標(biāo)；以及，網(wǎng)絡(luò)中的這些模塊互連，使得由所述至少三個(gè)模塊中的第二和第三模塊接收的觸發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)在所述至少三個(gè)模塊中的第一模塊達(dá)到該模塊的預(yù)定目標(biāo)時(shí)所產(chǎn)生的通訊信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，第二和第三模塊相互并行操作，由此，這些模塊中的一個(gè)的控制作用受一變量的約束，該變量受由第二模塊和第三模塊中的至少另一個(gè)操縱的一個(gè)或更多個(gè)操縱變量影響。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)控制變量包括隨時(shí)間的溫度變化率。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，隨時(shí)間的溫度變化率包括下列中的一個(gè)或更多個(gè) 第一焦耳-湯普森閥吸入側(cè)的制冷劑溫度；第一焦耳-湯普森閥排出側(cè)的制冷劑溫度；低溫?fù)Q熱器內(nèi)部某一點(diǎn)處的烴流溫度；低溫?fù)Q熱器下游的烴流溫度。
5.如前述權(quán)利要求中任一所述的設(shè)備，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)控制變量包括低溫?fù)Q熱器內(nèi)或周圍的選定的空間溫度梯度。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，選定的空間溫度梯度反映下列溫差中的一個(gè)或更多個(gè)消耗的制冷劑與低溫?fù)Q熱器的制冷劑入口處的制冷劑之間的溫差；第一焦耳-湯普森閥吸入側(cè)的制冷劑與排出側(cè)的制冷劑之間的溫差。
7.如前述權(quán)利要求中任一所述的設(shè)備，其中，低溫?fù)Q熱器包括用于蒸發(fā)制冷劑的殼側(cè)和用于自動(dòng)冷卻制冷劑的管側(cè)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述選定的空間溫度梯度反映低溫?fù)Q熱器的殼側(cè)與包含制冷劑的管側(cè)之間的溫差。
9.如前述權(quán)利要求中任一所述的設(shè)備，其中，在冷卻器的下游和第一焦耳-湯普森閥的上游，一液/汽分離器設(shè)置在制冷劑再循環(huán)回路中，用以接收部分冷凝的制冷劑和將該部分冷凝的制冷劑流分離成液態(tài)重制冷劑部分和氣態(tài)輕制冷劑部分，以及用以經(jīng)由液體出口排出液態(tài)重制冷劑部分和經(jīng)由氣體出口排出氣態(tài)輕制冷劑部分，所述液態(tài)重制冷劑部分和氣態(tài)輕制冷劑部分被傳送到低溫?fù)Q熱器，其中第一焦耳-湯普森閥布置成控制這些所述液態(tài)重制冷劑部分和氣態(tài)輕制冷劑部分中的一個(gè)的流通，優(yōu)選控制輕制冷劑部分的流通。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，選定的空間溫度梯度反映下列中的一個(gè)或更多個(gè)消耗的制冷劑與低溫?fù)Q熱器的氣體出口和氣態(tài)制冷劑入口之間的制冷劑之間的溫差； 消耗的制冷劑與低溫?fù)Q熱器的液體出口和液態(tài)制冷劑入口之間的制冷劑之間的溫差。
11.如前述權(quán)利要求中任一所述的設(shè)備，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)控制變量包括下列中的一個(gè)或兩個(gè)第一焦耳-湯普森閥兩側(cè)的制冷劑流的第一溫差；和壓縮機(jī)的吸入側(cè)的制冷劑流的吸入壓力。
12.如前述權(quán)利要求中任一所述的設(shè)備，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)操縱變量至少包括下列中的一個(gè)或兩個(gè)表示第一焦耳-湯普森閥的打開量的大小的第一焦耳-湯普森閥設(shè)定； 和控制第一焦耳-湯普森閥上游的制冷劑壓力的任何壓力設(shè)定。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，壓力設(shè)定包括表示壓縮機(jī)再循環(huán)閥的打開量的大小的壓縮機(jī)再循環(huán)閥設(shè)定。
14.如前述權(quán)利要求中任一所述的設(shè)備，其中，低溫?fù)Q熱器包括用于烴流的烴流入口和烴流出口，以及分別用于制冷劑和所消耗的制冷劑的一個(gè)或更多個(gè)分離的制冷劑入口和制冷劑出口。
15.一種用于冷卻低溫?fù)Q熱器的方法，所述低溫?fù)Q熱器適用于使烴流液化，例如使天然氣流液化，該方法包括以下步驟-提供一低溫?fù)Q熱器，所述低溫?fù)Q熱器布置成能夠接收待液化的烴流和制冷劑，并能夠使烴流與制冷劑之間進(jìn)行熱交換，從而使烴流至少部分地液化，以及能夠排出至少部分液化的烴流和已經(jīng)通過低溫?fù)Q熱器的所消耗的制冷劑，-提供一使所消耗的制冷劑再循環(huán)回到低溫?fù)Q熱器的制冷劑再循環(huán)回路，所述制冷劑再循環(huán)回路至少包括有壓縮機(jī)、壓縮機(jī)再循環(huán)閥、冷卻器和第一焦耳-湯普森閥； -激活一可編程控制器，所述可編程控制器 (i)接收表示一個(gè)或更多個(gè)控制變量的傳感器信號(hào)的輸入信號(hào)； ( )生成控制信號(hào)以控制一個(gè)或更多個(gè)操縱變量；和(iii)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括具有至少三個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)，其中所述至少三個(gè)模塊中的一個(gè)或更多個(gè)接收輸入信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)，并生成控制信號(hào)中的一個(gè)或更多個(gè)的表達(dá)；以及，其中所述至少三個(gè)模塊中的每一個(gè)(a)等待，直到接收一觸發(fā)信號(hào)；和(b)在收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，開始執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令的預(yù)定順序，至少直到達(dá)到該模塊的預(yù)定模塊目標(biāo)；以及其中，所述至少三個(gè)模塊中的第一模塊達(dá)到該模塊的預(yù)定目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生一通訊信號(hào)，所述通訊信號(hào)傳遞給所述三個(gè)或更多個(gè)模塊中的第二和第三模塊，在那里，通訊信號(hào)充當(dāng)?shù)诙偷谌K的觸發(fā)信號(hào)。
16.一種用于使烴流液化的方法，所述烴流為例如天然氣流，其包括以下步驟-依照權(quán)利要求15所述的方法，冷卻一低溫?fù)Q熱器，所述低溫?fù)Q熱器適用于使烴流液化；-隨后在一個(gè)或更多個(gè)步驟使烴流液化，包括至少使烴流在低溫?fù)Q熱器中進(jìn)行熱交換。
17. 一種用于使烴流液化的方法，所述烴流為例如天然氣流，其包括步驟 -使用權(quán)利要求1到14中任一所述的設(shè)備，冷卻一低溫?fù)Q熱器，所述低溫?fù)Q熱器適用于使烴流液化；-隨后在一個(gè)或更多個(gè)步驟使烴流液化，包括至少使烴流在低溫?fù)Q熱器中進(jìn)行熱交換。
全文摘要
用于冷卻低溫?fù)Q熱器的方法和設(shè)備，其采用了一可編程控制器，所述可編程控制器接收表示所選定的工序中的一個(gè)或更多個(gè)控制變量的傳感器信號(hào)的輸入信號(hào)，并生成控制信號(hào)以控制所選定的工序中的一個(gè)或更多個(gè)操縱變量。可編程控制器可以執(zhí)行一計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括具有至少三個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的這些模塊互連，使得由所述至少三個(gè)模塊中的第二和第三模塊接收的觸發(fā)信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述至少三個(gè)模塊中的第一模塊達(dá)到該模塊的預(yù)定目標(biāo)時(shí)所產(chǎn)生的通訊信號(hào)。
文檔編號(hào)F25J1/02GK102405389SQ200980104368
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者C·畢比, M·I·帕拉-卡爾瓦切 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司