利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)液化天然氣的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及天然氣輸送中壓力能的回收利用領(lǐng)域，尤其涉及了一種利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)液化天然氣的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]液化天然氣(Liquefied Natural Gas,簡(jiǎn)稱LNG)，是天然氣經(jīng)壓縮、冷卻至其沸點(diǎn)(-161.5°C)后變成的液體，其主要成分為甲烷，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，燃燒后空氣污染小，且放熱量大，被公認(rèn)是地球上最干凈的能源。液化天然氣體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，重量?jī)H為同體積水的45 %左右。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外天然氣的大規(guī)模陸上運(yùn)輸主要采用管道運(yùn)輸?shù)姆绞?。長(zhǎng)輸管道采用高壓運(yùn)輸是世界各國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外許多天然氣管道的輸送壓力都在lOMPa以上。我國(guó)目前的長(zhǎng)輸天然氣也步入到了世界先進(jìn)水平，西氣東輸一線工程管道壓力達(dá)到lOMPa，而西氣東輸二線的管道壓力則達(dá)到的12MPa。高壓天然氣無(wú)法直接使用，需要經(jīng)過(guò)調(diào)壓至中低壓后進(jìn)入下游管網(wǎng)。傳統(tǒng)的調(diào)壓站通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流膨脹降壓，不僅白白浪費(fèi)了大量的壓力能，而且由于降壓后天然氣溫度下降，還需要采用換熱器將降壓后的天然氣復(fù)熱到常溫。由于調(diào)壓站每天的過(guò)氣量非?？捎^，回收利用這部分能量，既符合國(guó)家節(jié)能減排政策，又具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]目前，已出現(xiàn)一些利用調(diào)壓站的壓力能制液化天然氣的方案，但是由于天然氣的液化溫度較低，往往需要將部分高壓天然氣減壓至很低的壓力使其變成溫度更低的冷源去液化天然氣，該部分氣體復(fù)熱之后還需要通過(guò)壓縮機(jī)增壓。因此，這些方案不同程度的存在液化率低(均不超過(guò)17%)，產(chǎn)品單耗高，設(shè)備投資高等問(wèn)題；同時(shí)在下游的需求量產(chǎn)生較大范圍的波動(dòng)時(shí)，裝置的運(yùn)行、產(chǎn)量、能耗均會(huì)受到很大影響，運(yùn)行極不穩(wěn)定。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中回收利用壓力能的裝置效率低，單耗高，運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，提供了一種效率高、單耗低、運(yùn)行適應(yīng)性、穩(wěn)定性均良好的利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)液化天然氣的裝置。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決:
[0007]利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)液化天然氣的裝置，包括天然氣液化系統(tǒng)和膨脹機(jī)系統(tǒng)，
[0008]天然氣液化系統(tǒng)包括第一換熱器、第二換熱器、第一分離器、第三分離器和第三控制閥，與待液化天然氣相連的管路經(jīng)過(guò)第一換熱器換熱后，與第三分離器進(jìn)口端相連，第三分離器輕相出口端經(jīng)過(guò)第一換熱器后與第一分離器進(jìn)口端相連，第一分離器的輕相出口端管路經(jīng)過(guò)第一換熱器換熱后與下游管網(wǎng)相連，第一分離器的重相出口端管路經(jīng)過(guò)第二換熱器換熱和第三控制閥后與儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備相連，第三分離器的重相出口端管路連接重?zé)N排出系統(tǒng)；
[0009]膨脹機(jī)系統(tǒng)包括膨脹機(jī)組的膨脹端和增壓端，膨脹端的進(jìn)口與經(jīng)過(guò)第一換熱器預(yù)冷后的上游凈化后的管網(wǎng)氣相連，膨脹端的出口管路經(jīng)過(guò)第一換熱器換熱后，與增壓端的進(jìn)口相連，增壓端的出口與下游管網(wǎng)相連；
[0010]還包括冷劑循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、冷卻器、第二分離器、第一換熱器、第二換熱器、第一控制閥和第二控制閥，壓縮機(jī)、冷卻器和第二分離器依次相連，第二分離器的重相出口端管路經(jīng)過(guò)第一換熱器換熱后與第一控制閥進(jìn)口端相連，第一控制閥出口端的管路再經(jīng)過(guò)第一換熱器換熱后與壓縮機(jī)進(jìn)口相連;第二分離器的輕相出口端管路依次經(jīng)過(guò)第一換熱器和第二換熱器換熱后與第二控制閥進(jìn)口端相連，第二控制閥出口端管路在依次經(jīng)過(guò)第二換熱器和第一換熱器換熱后與壓縮機(jī)進(jìn)口端相連。
[0011]在常規(guī)的高壓天然氣膨脹提供冷量的基礎(chǔ)上，增加了單獨(dú)的冷劑循環(huán)系統(tǒng)，冷劑循環(huán)系統(tǒng)為冷卻和液化工序提供冷量，液化率更高，同樣產(chǎn)量下產(chǎn)品的單耗更低；由于液化工序主要由混合冷劑提供冷量，因此在調(diào)壓站工況變化時(shí)，具有更好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，此外，待液化的天然氣經(jīng)過(guò)兩級(jí)分離處理，不易堵塞管道，純度高。
[0012]作為優(yōu)選，第一換熱器和第二換熱器均為板翅換熱器。板翅換熱器由于比表面積大具有換熱效率高，設(shè)備緊湊輕巧，冷量散失小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)板翅換熱器適應(yīng)性強(qiáng)，通過(guò)流道的布置和組合能夠適應(yīng)多流股的換熱工況?；旌侠鋮s劑經(jīng)過(guò)第二分離器分離后，輕相經(jīng)過(guò)兩次換熱預(yù)冷到_140°C?_160°C，在經(jīng)過(guò)第二控制閥的節(jié)流，溫度和壓力進(jìn)一步下降，為換熱器提供充足的冷量，保證液化系統(tǒng)的運(yùn)行;混合冷卻劑的重相經(jīng)過(guò)第一換熱器冷卻后，溫度降低至_65°C?_80°C，在經(jīng)過(guò)第一控制閥節(jié)流后，溫度和壓力進(jìn)一步下降，并通過(guò)反流通道返回第一換熱器，為待液化天然氣提供預(yù)冷所需的冷量。
[0013]作為優(yōu)選，壓縮機(jī)為冷劑壓縮機(jī)。由于天然氣進(jìn)入膨脹端入口要求必須無(wú)液體，否則會(huì)損壞膨脹葉輪，因此工藝設(shè)計(jì)上進(jìn)入膨脹端入口的溫度不會(huì)很低，也就是膨脹端出口的冷源溫度相對(duì)較高，還不能滿足液化天然氣的要求。因此常規(guī)壓差制液化天然氣的項(xiàng)目，還需要將一股天然氣降到很低的壓力提供更加低的溫度作為液化天然氣的冷源，這股天然氣進(jìn)入下游管網(wǎng)前還需要壓縮機(jī)增壓。調(diào)壓站實(shí)際運(yùn)作時(shí)，每天的過(guò)氣量都會(huì)因?yàn)橄掠蔚挠脷馇闆r而變化，如冬季用氣高峰、下游用氣量大的工廠檢修、下游用氣規(guī)模還未達(dá)到規(guī)劃程度。這樣的話，實(shí)際日過(guò)氣量會(huì)小于設(shè)計(jì)日過(guò)氣量，這對(duì)于膨脹機(jī)組和低壓氣回收壓縮機(jī)的運(yùn)行效率有較大影響，直接影響工廠的能耗和產(chǎn)量。選用冷劑壓縮機(jī)，一方面可以通過(guò)調(diào)節(jié)各種冷劑的配比優(yōu)化液化，提高換熱效率，降低能耗，相對(duì)于常規(guī)壓差ffjljLNG工廠來(lái)說(shuō)，可操作性增加了；另一方面當(dāng)實(shí)際過(guò)氣量低于設(shè)計(jì)過(guò)氣量時(shí)，可以適當(dāng)減少產(chǎn)量，增加冷劑壓縮機(jī)的做功比例，雖然單耗會(huì)有所增加，但是產(chǎn)量變化幅度較小，對(duì)工廠經(jīng)濟(jì)效益影響小。
[0014]作為優(yōu)選，冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的冷劑包括氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷和異戊烷。冷劑循環(huán)系統(tǒng)中采用混合冷劑，混合冷劑具有單位制冷量大的優(yōu)點(diǎn)，可以降低裝置能耗，減小壓縮機(jī)設(shè)備成本。
[0015]作為優(yōu)選，膨脹機(jī)系統(tǒng)中與上游管網(wǎng)相連的管路先經(jīng)過(guò)第一換熱器冷卻后與膨脹端的進(jìn)口相連。
[0016]本實(shí)用新型由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果:
[0017]1.節(jié)約能耗，采用本實(shí)用新型取代原有的天然氣調(diào)壓工藝，回收了壓力能，節(jié)約了原有的調(diào)壓工藝中需要外部供熱提升調(diào)壓后天然氣溫度所耗費(fèi)的能量和設(shè)備。
[0018]2.運(yùn)行穩(wěn)定，本實(shí)用新型利用冷劑壓縮機(jī)代替常規(guī)的增壓壓縮機(jī)，上游管網(wǎng)壓力和過(guò)氣量變化時(shí)，可以確保裝置的液化率，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)及裝置效益。
[0019]3.裝置投資成本低，本實(shí)用新型采用常用的天然氣生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備投資略有增加，但是由于產(chǎn)量也增加了，而且實(shí)際產(chǎn)量受過(guò)氣量的影響小了，因而實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益更好了。
[0020]4.工藝流程簡(jiǎn)單可控，本實(shí)用新型的設(shè)備為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備，應(yīng)用成熟，選型方便，流程簡(jiǎn)單，維修成本低，系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖中各數(shù)字標(biāo)號(hào)所指代的部位名稱如下:1一膨脹機(jī)組、2—第一換熱器、3—第二換熱器、4一第一分離器、5—第二分離器、6—第三分離器、7—第一控制閥、8—第二控制閥、9一壓縮機(jī)、10—冷卻器、11一膨脹端、12一增壓端、13—閥、14一第二控制閥、15一閥、21
?48—管道。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024]實(shí)施例1
[0025]利用天然氣管網(wǎng)壓力能生產(chǎn)液化天然氣的裝置，如圖1所示，包括天然氣液化系統(tǒng)、膨脹機(jī)系統(tǒng)和冷劑循環(huán)系統(tǒng)。
[0026]天然氣液化系統(tǒng)包括第一換熱器2、第二換熱器3、第一分離器4、第三分離器6和第三控制閥14，與待液化天然氣相連的管路經(jīng)過(guò)第一換熱器2換熱后，與第三分離器6進(jìn)口端相連，第三分離器6輕相出口端經(jīng)過(guò)第一換熱器2換熱后與第一分離器4進(jìn)口端相連，第一分離器4輕相出口端管路經(jīng)過(guò)第一換熱器2換熱后與下游管網(wǎng)相連，第一分離器4重相出口端管路經(jīng)過(guò)第二換熱器3換熱和第三控制閥14后與儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備相連，第三分離器6重相出口端管路連接重?zé)N管線排出系統(tǒng)。
[0027]待液化天然氣管路出口與管道26相連，管道26另一端連接第一換熱器2的流體通道，該流體通道出口連有管道27，管道27又與第三分離器6進(jìn)口相連，第三分離器6輕相出口端通過(guò)管道28與第一換熱器2流體通道相連，與該流體通道出口相連的管道29連接閥13，閥13出口端又連有管道30，管道30與第一分離器4進(jìn)口相連，第一分離器4輕相出口端連接管道31，管道31又與第一換熱器2的反流通道相連，該反流通道出口通過(guò)管