專利名稱：用氣旋制冷元件制冷的天然氣液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及天然氣液化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是小型液化裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液化天然氣(LNG)，早已被人們廣泛利用，液化工藝技術(shù)已經(jīng)很成熟，主要有基本 負荷型和調(diào)峰型兩種類型，液化工藝技術(shù)主要有節(jié)流制冷循環(huán)、階式制冷循環(huán)、膨脹機制冷 循環(huán)、混合制冷劑循環(huán)、帶預(yù)冷的混合制冷劑循環(huán)等工藝技術(shù)。根據(jù)我國天然氣產(chǎn)業(yè)的國情需求；a、對于那些邊遠地區(qū)及零散小氣田的天然氣液 化技術(shù)課題項目；b、對于即將在我國廣泛使用的新能源汽車LNG加注站的天然氣液化技術(shù) 課題項目；c、對于目前國內(nèi)還沒有用于城市天然氣管網(wǎng)的小型調(diào)峰裝置的課題項目；目前 國內(nèi)雖然已經(jīng)有了但為數(shù)不多的各種類型的小型液化裝置，但是，都沒能解決如何簡化結(jié) 構(gòu)的技術(shù)問題，上述液化工藝雖然已經(jīng)廣泛運用，但是，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，投資規(guī)模較大， 也不適宜于各類小型場合，而且還有下列不足之處1、節(jié)流制冷每降低一個大氣壓只能降溫0.25°C，需要壓縮機將氣源壓力升高。2、階式制冷；需要丙烷、乙烯、甲烷三套壓縮機系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3、混合制冷劑制冷循環(huán)工藝及帶預(yù)冷的混合制冷劑循環(huán)工藝；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。4、膨脹機結(jié)構(gòu)精密，轉(zhuǎn)速高，比功耗也高，氣密性、動平衡要求高，容易損壞。5、多數(shù)為間接制冷，需要制冷劑，工藝復(fù)雜，相互泄漏問題難以徹底解決。6、壓力高、復(fù)雜，維護和機加工困難，造價不菲，體積龐大，不方便轉(zhuǎn)移。
發(fā)明內(nèi)容為了適應(yīng)我國天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，針對上述技術(shù)課題項目及現(xiàn)有工藝技術(shù)所 存在的不足，本實用新型綜合了各現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，運用另類工藝技術(shù)手段，采用多個氣旋 制冷元件(以下簡稱元件)即利用元件具有的氣旋效應(yīng)制冷、溫度效應(yīng)降溫特性的制冷工 藝技術(shù)，與節(jié)流膨脹閥制冷相結(jié)合制冷的另類制冷工藝，結(jié)合等壓式換熱工藝換熱的多 路、多級串聯(lián)的換熱工藝技術(shù)、能量轉(zhuǎn)換技術(shù)、在常壓下流動換熱的直接冷凝技術(shù)、補助壓 縮機增壓循環(huán)等工藝技術(shù)，使本實用新型產(chǎn)品以少量的設(shè)備、簡單的工藝結(jié)構(gòu)流程，實現(xiàn)了 工藝結(jié)構(gòu)簡化的目標(biāo)，在適用于上述課題項目的同時，彌補了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，解決 了工藝復(fù)雜結(jié)構(gòu)龐大等技術(shù)問題。一種用氣旋制冷元件制冷的天然氣液化裝置，包括通過 管路相互連接的預(yù)冷器一(1)、預(yù)冷器二 O)，氣旋制冷元件一 C3)、氣旋制冷元件二(4)、氣 旋制冷元件三(5)，上塔(6)，中塔(7)，氣液分離罐一(8)、氣液分離罐二(9)，下塔(10)， LNG儲罐(11)，車用LNG儲罐(12)，天然氣壓縮機(13)，水冷卻器(14)，火炬燃燒器(15)，調(diào) 節(jié)閥(F-1 F-5)，節(jié)流膨脹閥一(F-6)、節(jié)流膨脹閥二(F-7)，單向閥(F-8)，安全閥(F-9、 F-11)，截止閥(F-10)及保溫層，其特征是兩個圓柱形預(yù)冷器直立串聯(lián)，三個氣旋制冷元 件分別水平安裝在圓柱形上、中、下塔塔外壁下端，三個塔內(nèi)分別是兩串、其截面呈半圓形 的四件熱交換器及兩個氣液分離罐，在中、下塔制冷元件的側(cè)面，裝有兩個節(jié)流膨脹閥。具體實施技術(shù)方案是1、分別在上、中、下塔的外壁下部各設(shè)置一個元件，并在中、下塔的元件的側(cè)面，各 設(shè)置一個節(jié)流膨脹閥，在中、下塔內(nèi)各設(shè)置一個氣液分離罐，在氣源通過兩個預(yù)冷器后，用 三個調(diào)節(jié)閥將各元件的進氣氣源相互隔離。2、在兩個預(yù)冷器內(nèi)，各設(shè)置一件等壓式結(jié)構(gòu)的熱交換器，兩個串聯(lián)連接，并在上、 中下塔內(nèi)，設(shè)置氣源經(jīng)過隔離、采用等壓式換熱工藝換熱的兩路、兩件串聯(lián)的四件熱交換器 及兩個氣液分離罐，使氣源按各自路徑順序在常壓下?lián)Q熱的另類換熱工藝技術(shù)。3、用一套天然氣壓縮機系統(tǒng)，循環(huán)部分沒有被液化的天然氣的另類循環(huán)技術(shù)措 施。4、利用天然氣預(yù)處理后的剩余壓力能或城市天然氣管網(wǎng)壓力能作為本裝置主要 動力能的節(jié)能措施，同時還是另類能量轉(zhuǎn)換工藝技術(shù)。5、用天然氣作制冷工質(zhì)措施，同時也是不用制冷劑循環(huán)的直接制冷工藝技術(shù)。本實用新型產(chǎn)品具有下列工藝技術(shù)特征1、前置元件的制冷量，順序交換給后續(xù)元件進氣氣源的另類階式工藝、另類復(fù)迭 式工藝、另類深制冷循環(huán)工藝技術(shù)，同時也是另類能量轉(zhuǎn)換工藝。2、多個元件制冷輸出串聯(lián)、節(jié)流膨脹閥的液體節(jié)流膨脹相變制冷輸出與元件制冷 輸出相并聯(lián)，在常壓下直接冷凝的另類復(fù)聯(lián)式深制冷工藝技術(shù)。3、多級、分路串聯(lián)的等壓式工藝及在常壓下進行熱交換的另類換熱工藝。4、沒有運動機械的氣旋效應(yīng)制冷、溫度效應(yīng)降溫的另類深制冷液化工藝。5、補助壓縮機增壓的另類循環(huán)工藝。6、利用剩余壓力能或管網(wǎng)壓力能的節(jié)能措施。7、用天然氣作為工質(zhì)在常壓下直接制冷工藝措施。有益效果本實用新型技術(shù)產(chǎn)品以少量的設(shè)備、簡單的工藝結(jié)構(gòu)流程，實現(xiàn)了工藝結(jié)構(gòu)簡化 的目的，在適用于上述a、b、c課題項目的同時，彌補了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，解決了工藝 結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大等技術(shù)問題，由此帶來的有益效果就是1、每降低一個大氣壓，可降溫7 8°C，并有即開機即制冷的效果。2、元件不需要動力拖動，因此取消了壓縮機、膨脹機等精密復(fù)雜設(shè)備，使結(jié)構(gòu)簡 化。3、元件沒有運動機械的磨損，運行壽命就長，動平衡、氣密性等問題就不復(fù)存在。4、元件及熱交換器的結(jié)構(gòu)都非常簡單，體小量輕，這就給制造、機加工和設(shè)備安 裝、維護、轉(zhuǎn)移等帶來褚多好處，既能簡化裝置的結(jié)構(gòu)，又能便于產(chǎn)業(yè)化、系列化生產(chǎn)。5、液體節(jié)流膨脹相變制冷，可以增加制冷量，提高液化率，防止液體進入元件。6、充分利用剩余壓力能和城市管網(wǎng)用氣低峰時的壓力能，而節(jié)能。7、等壓式熱交換工藝技術(shù)的壓力損耗非常小而節(jié)能，在常壓下流動換熱節(jié)能。8、用天然氣作為制冷工質(zhì)，解決了相互泄露問題，既環(huán)保又能使裝置進一步簡化。9、元件對氣源壓力波動要求不高，于安全運行及簡化更有利，更適應(yīng)調(diào)峰要求。10、既可以調(diào)峰，又可以是LNG加注站，一舉多得，還可省去補助壓縮機系統(tǒng)。11、對于調(diào)峰裝置，啟動時間越短越好，適當(dāng)布局本裝置，于城市管網(wǎng)有利。[0037]12、裝置的啟動(初始)時間短，通氣即冷，制冷量(在一定范圍)可調(diào)節(jié)。13、設(shè)備簡化、量少，就會使操作簡單，故障率降低，前期投入少，運行成本低。理論 依據(jù)經(jīng)實驗測試得知，當(dāng)進氣壓力Pl = 0. 7Mpa，冷氣流質(zhì)量比μ C = 0. 8時，元件的制冷 溫度效應(yīng)八Tc大于50°C (即每降低一個氣壓可降溫7 8°C )。元件有以下關(guān)系式ATc = Tl-Tc.......... (1)式中Δ Tc——是元件的制冷溫度效應(yīng)Tl——是元件的進氣溫度Tc一是元件的冷氣流溫度將(1)式移項得Tc = Tl-ATc.........(2)液化降溫條件，熱平衡方程如下Q1+Q2+Q3+Q4 > Qkl+Qk2式中Q1為元件3+4+5的制冷量kcal/hQl = Gc .Cp .ATc.......... (3)式中Gc為冷氣流量Kg/hCp為天然氣的定壓比熱kcal/kg°CΔ Tc為元件的制冷溫度效應(yīng)Q2為熱交換器回收的冷量kcal/hQ3為節(jié)流膨脹閥(F-6) + (F_7)的液體節(jié)流膨脹相變的制冷量kcal/hQ4為各個元件回冷氣的冷量kcal/hQkl為LNG帶走的熱負荷kcal/hQk2為裝置外傳入的熱量kcal/h計算結(jié)果表明裝置的總制冷量大于總熱負荷，有較多富余量，因此，裝置的啟動 時間短，運行時，可以通過自動調(diào)整調(diào)節(jié)閥(F-2)、(F-3)、(F-4)的給定值來實現(xiàn)裝置的熱 平衡。

圖1是本實用型新型的液化工藝流程結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是氣旋制冷元件一( 、氣旋制冷元件二(4)、氣旋制冷元件三(5)的結(jié)構(gòu)示 意圖。圖2. 1是圖2的部分剖視圖。圖2. 2是圖2. 1的A-A剖面圖。圖3是預(yù)冷器一(1)、預(yù)冷器二 O)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是上塔(6)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是中塔(7)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是下塔(10)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是氣液分離罐一(8)、氣液分離罐二(9)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是天然氣液化溫-熵(T-S)曲線示意圖，左斜線是高壓線，右斜線是低壓線。圖中0氣源，1預(yù)冷器一，2預(yù)冷器二，3氣旋制冷元件一，4氣旋制冷元件二，5氣旋制冷元件三，6上塔，7中塔，8氣液分離罐一，9氣液分離罐二，10下塔，IlLNG儲罐，12車用 LNG儲罐，13天然氣壓縮機，14水冷卻器，15火炬燃燒器，F(xiàn)-U F_2、F_3、F_4、F-5調(diào)節(jié)閥， F-6節(jié)流膨脹閥一，F(xiàn)-7節(jié)流膨脹閥二，F(xiàn)-8單向閥，F(xiàn)-9、F-11安全閥，F(xiàn)-IO截止閥，保溫層 敷設(shè)包裹在所有需要保溫的地方。圖中，1 10標(biāo)記設(shè)備，需要另行加工，11 15標(biāo)記設(shè)備及所有閥門，按需要選配 成品。圖1中，實心箭頭示意攜帶壓力為(0.7 O.SMpa)的天然氣氣源的流向及流經(jīng)各設(shè) 備附圖標(biāo)記到液化的全流程，空心箭頭則示意回冷氣流的流向及經(jīng)過各設(shè)備附圖標(biāo)記的換 熱全過程，空心箭頭與實心箭頭的流動方向相反。
具體實施方式
圖1實施例中，預(yù)冷器一(1)、預(yù)冷器二 O)，結(jié)構(gòu)相同，直立安裝，不銹鋼圓柱形 外殼，殼內(nèi)各安裝一件等壓式結(jié)構(gòu)的熱交換器，兩件呈串聯(lián)連接。氣旋制冷元件一(3)、氣 旋制冷元件二 G)、氣旋制冷元件三(5)，結(jié)構(gòu)相同，規(guī)格不同可互換，分別安裝在上、中、下 塔外壁的下端，前、尾端水平設(shè)置，前端向心塔壁，有連接管與尾端自帶的調(diào)節(jié)閥相連通，閥 側(cè)面是各回冷管，主體側(cè)面是各進氣口，能量轉(zhuǎn)換器件鑲嵌在前端主體的凹槽內(nèi)，由帶闊口 的消聲器固定，闊口部分是各元件制冷輸出口。不銹鋼圓柱形結(jié)構(gòu)，上、中、下塔直立連體 安裝，在最上面的稱為上塔(6)，塔內(nèi)是兩件氣源通道相互隔離、橫截面各為半圓形的熱交 換器，分別與中塔中的熱交換器串聯(lián)，塔外壁下端是氣旋制冷元件一(3)。不銹鋼圓柱形結(jié) 構(gòu)，安裝在上、下塔之間，稱為中塔(7)，塔內(nèi)是與上塔中熱交換器串聯(lián)、其橫截面為半圓形、 一短一長兩件氣源相互隔離的熱交換器，短的下端是氣液分離罐一(8)，在塔外壁下端有氣 旋制冷元件二(4)和節(jié)流膨脹閥一(F-6)。不銹鋼圓柱形結(jié)構(gòu)，安裝在中塔下面，稱為下 塔(10)，俗稱液化塔，塔內(nèi)安裝蓄冷物質(zhì)和氣液分離罐二(9)，罐底部有液體出口，由管道 連接，經(jīng)釜底盤旋后引出塔外，與節(jié)流膨脹閥二(F-7)的進氣口相連接，氣液分離罐一(8)、 氣液分離罐二(9)，結(jié)構(gòu)相同，大、小相差1/3，罐形不銹鋼結(jié)構(gòu)，分別安裝在中塔、下塔內(nèi)的 下部，罐內(nèi)有擋液板，進氣口、出氣口，分別與兩個交換器的出氣口、兩個制冷元件的進氣口 相連接，液體出口分別與兩個節(jié)流膨脹閥的進氣口相連接。圖2實施例中，分別在上塔、中 塔、下塔的下部塔體的外壁上，各安裝一個形狀相同，規(guī)格不同，可以互換的元件，前、尾端 水平設(shè)置，前端向心塔壁，由于氣旋制冷元件一(3)、氣旋制冷元件二 G)、氣旋制冷元件三 (5)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，故以標(biāo)記氣旋制冷元件三(5)說明在扁方形主體的正面，先加 工出凹槽及內(nèi)螺紋，中心以一小孔貫通背面，小孔是能量轉(zhuǎn)換器件之一，凹槽及內(nèi)螺紋用于 鑲嵌和固定能量轉(zhuǎn)換器件，包括用超低溫材料加工成的氣旋室(5-4)、回冷腔(5-5)、噴嘴 (5-6)，并以帶同心闊口的消聲器(5-7)的外螺紋將它們固定在凹槽內(nèi)，消聲器(5-7)的闊 口，是各元件的制冷輸出口(5- ，分別直通上塔內(nèi)、中塔內(nèi)、下塔內(nèi)，主體側(cè)面是各元件的 進氣口(5-1)，內(nèi)通各自的回冷腔(5-5)，外接分別與調(diào)節(jié)閥(F-4)的出口、氣液分離罐的出 氣口(8-幻、(9-幻相連接，在主體的背面，以連接管(5-9)與尾端自帶角型調(diào)節(jié)閥(5-8)相 連通，調(diào)整該閥，可調(diào)節(jié)各元件的冷氣流質(zhì)量比μ c，μ c應(yīng)該控制在0.8為宜，閥側(cè)面的出 口是各元件的回冷管(5-3)，分別并聯(lián)預(yù)冷器二 O)的進氣口 0-3)、(2-2)及進入上塔的 下部。圖3實施例中，在相同兩件、等壓式結(jié)構(gòu)、直立安裝、串聯(lián)連接后相當(dāng)兩倍長的單件換熱器的預(yù)冷器的圓柱形不銹鋼外殼內(nèi)，設(shè)置由橫截面呈圓形排列、上有散熱片的支氣 管與主氣管構(gòu)成的熱交換器(1-3)、0-3)，其進氣口(1-1)與調(diào)節(jié)閥(F-I)單向閥(F-8) 的出口并連接，出氣口(1-2)串接預(yù)冷器二 O)的進氣口 0-1)，出氣口(2-2)與調(diào)節(jié)閥 (F-2)、(F-3)、(F-4)的進氣口并聯(lián)連接，回冷氣流從預(yù)冷器的進氣口 04)進入，出下端與 預(yù)冷器一(1)的進氣口(1-4)連接，出氣口(1-5)與調(diào)節(jié)閥(F-5)的進氣口連接。圖4實施例中，用不銹鋼制作成圓柱形上塔(6)塔體，直立安裝在中塔上面，三塔 連體，塔間相隔，留有回冷氣通道(6-3)、(6-4)，塔內(nèi)安裝了兩件氣源通道各自獨立的、支氣 管橫截面呈半圓形排列，支氣管上有散熱片的等壓式結(jié)構(gòu)型兩件熱交換器(6-1)和(6-2)， 進氣口(6-1-1)、(6-2-1)，分別與調(diào)節(jié)閥(F-3、F-2)的出氣口相連接，出氣口(6_1_2)、 (6-2-2)分別串聯(lián)中塔中的熱交換器的進氣口(7-1-1)、(7-2-1)，在塔體外壁的下部，安裝 有氣旋制冷元件一(3)，其進氣口(3-1)與調(diào)節(jié)閥(F-4)的出口相連接，制冷輸出口(3-2) 直接進入塔內(nèi)，回冷管(3-3)并連接預(yù)冷器下端的回冷氣入口 0-3)，在元件的側(cè)面，預(yù)留 一個與回冷管(5- 相連接的回冷氣入口。圖5實施例中，用不銹鋼制作成圓柱形中塔(7)塔體，直立安裝在上塔和下塔中 間，三塔連體，塔間相隔，留有回冷氣通道(7-3)、(7-4)，塔內(nèi)安裝一個氣液分離罐和一長 一短、氣源通道各自獨立、其橫截面各為半圓形、支氣管上有散熱片的兩件熱交換器(7-1)、 (7-2)，下端的氣液分離罐一出氣口(7-1-2)、(7-2-2)分別連接安裝在(7_1)短的下端的氣 液分離罐一的進氣口(8-1)及下塔中的氣液分離罐二的進氣口(9-1)相連接，在塔外壁上 安裝熱力膨脹閥一(F-6)，閥一的進氣口連接罐一的液體出口(8-4)，閥的側(cè)面，安裝氣旋 制冷元件二 G)，其進氣口 與氣液分離罐一出氣口(8-2)相連接，制冷輸出口(4-2) 直接進入塔內(nèi)，回冷管G-3)并連接預(yù)冷器二的回冷氣入口 0-4)。圖6實施例中，用不銹鋼制作成圓柱形下塔(10)塔體，也稱液化塔，比上、中塔矮 1/2，直立安裝在中塔下面，三塔連體，塔間相隔，留有回冷氣通道(10-1)，塔內(nèi)安裝一些蓄 冷物質(zhì)和氣液分離罐二(9)，罐底部的液體出口(9-4)，由管道連接，經(jīng)釜底盤旋后引出塔 外，與安裝在塔外壁上的節(jié)流膨脹閥二(F-7)的進氣口相連接，閥的出口直接進入塔內(nèi)，在 塔體外壁的下部安裝氣旋制冷元件三(5)，進氣口與氣液分離罐二的出口(9- 相連接，制 冷輸出口(5-2)，直接進入塔內(nèi)，回冷管(5-3)引至上塔的回冷氣預(yù)留的入口進入塔內(nèi)。圖7實施例中，氣液分離罐一(8)、氣液分離罐二(9)，用雙封頭不銹鋼制作，兩罐 結(jié)構(gòu)相同，在罐形體外殼上，焊接有部分翅片，罐一(8)比罐二(9)小1/3，壓力容器，需經(jīng) 過耐壓檢驗，分別安裝在中塔內(nèi)和下塔內(nèi)的下部，靠近氣旋制冷元件的一側(cè)，罐內(nèi)有擋液 板(8-3)、(9-3)，進氣口(8-1)、(9-1)，分別與交換器的出氣口 (7+2)、(7-2-2)相連接， 液體出口(8-4)、(9-4)，其后者由管道連接，在釜底盤旋后再引出塔外，分別與塔外壁上的 節(jié)流膨脹閥一(F-6)節(jié)流膨脹閥二(F-7)的入口相連接，閥與元件呈60°夾角安裝，閥一 (F-6)、閥二(F-7)的出口，直接引入中塔內(nèi)、下塔內(nèi)。實施例中，各個塔間回冷氣通道、回冷管等應(yīng)能滿足常壓回冷氣通暢。所有設(shè)備、 管路，必須耐壓檢驗，低壓設(shè)備、管路的耐壓，應(yīng)該取壓力均衡后的上線值。停機、正常停機 關(guān)閉各閥門，事故停機自動開啟低壓安全閥(F-Il)點燃火炬燃燒器(15)。儲罐中的LNG產(chǎn) 品，可用于調(diào)峰，可用車用LNG儲罐或LNG槽車裝載，運送到目的地。以下結(jié)合各附圖對本實用新型的工藝流程進一步說明。[0078]天然氣經(jīng)過天然氣處理工廠處理后，就是清潔環(huán)保的潔凈氣源，其剩余壓力及城 市天然氣管網(wǎng)的輸送壓力，都高于本裝置所需的運行壓力，基于節(jié)能的原則，充分利用這兩 種壓力能，以其作為本實用新型的原料氣源和主要動能。上述氣源從(0)符號引來，經(jīng)調(diào)節(jié)閥(F-I)進入預(yù)冷器一(1)、預(yù)冷器二( 預(yù)冷 后，出口溫度為-10°C左右，待于調(diào)節(jié)閥(F-2)、(F-3)、(F-4)前，調(diào)節(jié)各閥，使與各閥連通相 對應(yīng)元件的進氣壓力上、下限給定值為0. 8 0. 7Mpa，調(diào)節(jié)各元件尾端的調(diào)節(jié)閥(5_8)，使 冷氣流質(zhì)量比μ c = 0. 8后鎖緊，此時氣源分三路進入后續(xù)流程1路、氣源從調(diào)節(jié)閥(F-4)的出口輸出，進入氣旋制冷元件一(3)的進氣口(3-1)， 在元件中產(chǎn)生氣旋效應(yīng)而制冷，冷量直接進入上塔下部，為塔內(nèi)交換器(6-1)、(6-2)所吸 收并再交換給交換器中的氣源，使氣源的出口溫度達到-60°C左右。2路、氣源從調(diào)節(jié)閥(F-3)的出口輸出，順序進入上塔、中塔，在熱交換器(6-1)、 (7-1)中吸收冷量后，進入氣液分離罐一(8)，液體部分從液體出口(8-4)引出，連接塔外的 熱力膨脹閥一(F-6)的入口，通過該閥的液體節(jié)流膨脹相變制冷后噴射入中塔，為塔內(nèi)提 供冷量；氣體部分則穿過擋液板(8- 從出氣口(8- 引出，進入塔外的氣旋制冷元件二 (4)中制冷，其產(chǎn)生的制冷量和閥一(F-6)產(chǎn)生的制冷量相并聯(lián)，由塔內(nèi)的熱交換器(7-1)、 (7-2)中的氣源和氣液分離罐一(8)所吸收，氣液分離罐所吸收的部分冷量，疊加于氣源， 使元件的進氣溫度更低，熱交換器(7-2)內(nèi)的氣源，把在中塔內(nèi)所吸收的冷量帶入下塔。3路、氣源從調(diào)節(jié)閥(F-2)的出口輸出，在熱交換器(6-2)、(7-2)中吸收冷量后出 口溫度為-120°C左右，進入氣液分離罐二(9)，罐內(nèi)的液體部分，在罐內(nèi)壓力推動下，從液 體出口(9-4)下行，經(jīng)管路在釜底盤旋，使其在釜底LNG中過冷后引出塔外，連接塔外的熱 力膨脹閥二(F-7)的入口，通過閥的液體節(jié)流膨脹相變制冷后噴射入下塔內(nèi)，為下塔內(nèi)提 供更多的冷量；氣體部分則穿過擋液板(9- 從出氣口(9- 引出，進入塔外的氣旋制冷元 件三(5)中制冷，其產(chǎn)生的制冷量直接進入下塔，由氣液分離罐二(9)和LNG及塔內(nèi)蓄冷物 質(zhì)所吸收并逐步使塔內(nèi)的飽和氣體逐漸冷凝凝聚，在重力作用下下沉到釜底，成為LNG產(chǎn) 品，之后可通過截止閥(F-10)注入LNG儲罐(11)儲存，再用車用LNG儲罐(12)或用LNG 槽車運送到目的地。下塔內(nèi)一部分沒有被冷凝液化的氣體，攜帶冷量從塔間通道口上升，經(jīng)中塔、上 塔、向預(yù)冷器二 O)、預(yù)冷器一(1)方向流動，并在流動過程中，將其所攜帶的全部冷量逐步 交換給氣源，完成它們的熱交換使命后，以常溫狀態(tài)經(jīng)(F-幻排出，同樣，2路、1路及各回冷 管的回冷氣流也分別加入上述路徑；排出后一、可以輸送回城市低壓管網(wǎng)；二、補助壓縮 機增壓后再繼續(xù)液化；其流程是壓縮機的入口連接調(diào)節(jié)閥(F-5)的出口，經(jīng)壓縮后，從壓 縮機的出口經(jīng)過水冷卻器(14)冷卻到常溫后，經(jīng)單向閥(F-8)，再與氣源并聯(lián)，進入重新液 化流程。壓縮機的進氣流量，需要根據(jù)回冷氣的流量決定，由調(diào)節(jié)閥(F-5)自動調(diào)節(jié)控制， 應(yīng)該始終保證預(yù)冷器一(1)內(nèi)上端的回冷氣壓力為正。本裝置在自動控制下運行，系列化生產(chǎn)，可使裝置具有更加廣泛的應(yīng)用范圍。
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權(quán)利要求1.一種用氣旋制冷元件制冷的天然氣液化裝置，包括通過管路相互連接的預(yù)冷器一 (1)、預(yù)冷器二(2)，氣旋制冷元件一(3)、氣旋制冷元件二(4)、氣旋制冷元件三(5)，上塔 (6)，中塔(7)，氣液分離罐一(8)、氣液分離罐二(9)，下塔(10)，LNG儲罐(11)，車用LNG儲 罐(12)，天然氣壓縮機(13)，水冷卻器(14)，火炬燃燒器(15)，調(diào)節(jié)閥(F-1 F-5)，節(jié)流 膨脹閥一(F-6)、節(jié)流膨脹閥二(F-7)，單向閥(F-8)，安全閥(F-9、F-11)，截止閥(F-IO)及 保溫層，其特征是兩個圓柱形預(yù)冷器直立串聯(lián)，三個氣旋制冷元件分別水平安裝在圓柱形 上、中、下塔塔外壁下端，三個塔內(nèi)分別是兩串、其截面呈半圓形的四件熱交換器及兩個氣 液分離罐，在中、下塔制冷元件的側(cè)面，裝有兩個節(jié)流膨脹閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化裝置，其特征是預(yù)冷器一(1)、預(yù)冷器二(2)，結(jié)構(gòu)相 同，直立安裝，不銹鋼圓柱形外殼，殼內(nèi)各安裝一件等壓式結(jié)構(gòu)的熱交換器，兩件呈串聯(lián)連 接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化裝置，其特征是氣旋制冷元件一(3)、氣旋制冷元件 二(4)、氣旋制冷元件三(5)，結(jié)構(gòu)相同，規(guī)格不同可互換，分別安裝在上、中、下塔外壁的下 端，前、尾端水平設(shè)置，前端向心塔壁，有連接管與尾端自帶的調(diào)節(jié)閥相連通，閥側(cè)面是各回 冷管，主體側(cè)面是各進氣口，能量轉(zhuǎn)換器件鑲嵌在前端主體的凹槽內(nèi)，由帶闊口的消聲器固 定，闊口部分是各元件制冷輸出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化裝置，其特征是不銹鋼圓柱形結(jié)構(gòu)，上、中、下塔直立連 體安裝，在最上面的稱為上塔(6)，塔內(nèi)是兩件氣源通道相互隔離、橫截面各為半圓形的熱 交換器，分別與中塔中的熱交換器串聯(lián)，塔外壁下端是氣旋制冷元件一(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化裝置，其特征是不銹鋼圓柱形結(jié)構(gòu)，安裝在上、下塔之 間，稱為中塔(7)，塔內(nèi)是與上塔中熱交換器串聯(lián)、其橫截面為半圓形、一短一長兩件氣源 相互隔離的熱交換器，短的下端是氣液分離罐一(8)，在塔外壁下端有氣旋制冷元件二(4) 和節(jié)流膨脹閥一(F-6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化裝置，其特征是不銹鋼圓柱形結(jié)構(gòu)，安裝在中塔下面， 稱為下塔(10)，俗稱液化塔，塔內(nèi)安裝蓄冷物質(zhì)和氣液分離罐二(9)，罐底部有液體出口， 由管道連接，經(jīng)釜底盤旋后引出塔外，與節(jié)流膨脹閥二(F-7)的進氣口相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化裝置，其特征是氣液分離罐一(8)、氣液分離罐二(9)， 結(jié)構(gòu)相同，大、小相差1/3，罐形不銹鋼結(jié)構(gòu)，分別安裝在中塔、下塔內(nèi)的下部，罐內(nèi)有擋液 板，進氣口、出氣口，分別與兩個交換器的出氣口、兩個制冷元件的進氣口相連接，液體出口 分別與兩個節(jié)流膨脹閥的進氣口相連接。
專利摘要一種用氣旋制冷元件制冷的天然氣液化裝置，適應(yīng)我國天然氣產(chǎn)業(yè)的國情需求，綜合現(xiàn)有產(chǎn)品工藝技術(shù)之優(yōu)點，利用天然氣預(yù)處理后的剩余壓力能或城市管網(wǎng)壓力能，兩個圓柱形預(yù)冷器直立串聯(lián)，三個氣旋制冷元件分別水平安裝在圓柱形上、中、下塔塔外壁下端，三個塔內(nèi)分別是兩串、其截面呈半圓形的四件熱交換器及兩個氣液分離罐，在中、下塔制冷元件的側(cè)面，裝有兩個節(jié)流膨脹閥。本裝置以少量的設(shè)備、簡單的工藝流程，適用于邊遠地區(qū)及零散小氣田的天然氣液化、城市LNG加注站、小型調(diào)峰站，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡化的預(yù)期目標(biāo)，彌補了現(xiàn)有工藝的不足，尤其是既可以調(diào)峰，又是加注站。
文檔編號F25J1/02GK201885512SQ20102060060
公開日2011年6月29日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者文崇銈, 蔣富國 申請人:蔣富國