内容简介：: (10)申请公布号 CN 102564056 A(43)申请公布日 2012.07.11CN 102564056 A*CN102564056A*(21)申请号 201110381579.7(22)申请日 2011.11.27F25J 1/02(2006.01)F28D 7/02(2006.01)(71)申请人张周卫地址 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁西路88 号兰州交通大学环境工程学院建环系(72)发明人张周卫汪雅红张小卫庞凤皎吴金群彭光前杨智超张鹏(54) 发明名称LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备(57) 摘要本发明属天然气低温液化技术领域，涉及LNG低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热器及混合制冷剂制冷技术，应用 N2、 CH4、 C2H4、 C3H8、C4H10、异 C4H10混合制冷剂在多股流螺旋缠绕管式换热器内将 36、 6.1MPa 天然气通过三级制冷过程逐步冷却至 164液化并过冷；应用多股流缠绕管式换热器逐步过冷 N2、 CH4、 C2H4、 C3H8、 C4H10、异 C4H10，再分别节流并预冷天然气管束及混合制冷剂管束，达到一级天然气预冷、二级天然气液化及三级天然气过冷目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于 36 164气体带相变低温换热领域，解决 LNG 低温液化技术难题，提高 LNG 系统低温换热效率。(51)Int.Cl.权利要求书 3 页说明书 7 页附图 1 页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 3 页说明书 7 页附图 1 页1/3 页21.LNG低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，包括LNG三级出口1、 LNG三级出口管束 2、 N2CH4三级节流后进口 3、三级筒体 4、耳座 5、 N2CH4三级预冷进口管束6、 N2CH4三级进口7、圆台型过渡筒体8、 C2H4二级节流后进口9、 N2CH4二级预冷出口10、C2H4二级过冷出口 11、 N2CH4二级预冷出口管束 12、二级筒体 13、二级下支撑圈 14、 N2CH4二级预冷进口管束 15、 N2CH4二级预冷进口 16、 C4H10异 C4H10一级混合制冷剂节流后进口 17、 C4H10异 C4H10一级过冷出口 18、 N2CH4C2H4一级预冷出口 19、 C4H10异 C4H10一级过冷出口管束20、 N2CH4C2H4一级预冷出口管束21、一级上支撑圈22、一级中心筒23、C4H10异 C4H10一级过冷进口管束 24、 N2CH4C2H4一级预冷进口管束 25、 N2CH4C2H4一级预冷进口 26、 C4H10异 C4H10一级过冷进口 27、 N2CH4 C2H4C3H8C4H10异 C4H10混合制冷剂一级蒸气出口 28、一级下封头 29、 C3H8一级过冷进口 30、天然气一级预冷进口 31、天然气一级预冷进口管束 32、 C3H8一级过冷进口管束 33、一级下支撑圈 34、一级筒体 35、天然气一级预冷出口管束 36、 C3H8一级过冷出口管束 37、天然气一级预冷出口 38、 C3H8一级过冷出口 39、 C3H8一级节流后进口 40、天然气二级液化进口 41、 C2H4二级过冷进口 42、天然气二级液化进口管束 43、 C2H4二级过冷进口管束 44、二级中心筒 45、二级上支撑圈 46、天然气二级液化出口管束 47、 C2H4二级过冷出口管束 48、 C2H4二级过冷出口管束 48、天然气二级液化出口49、天然气三级过冷进口50、天然气三级过冷进口管束51、三级下支撑圈52、三级中心筒 53、三级上支撑圈 54、 N2CH4三级预冷出口管束 55、 N2CH4三级预冷出口 56、三级上封头 57，其特征在于：天然气一级螺旋管束 32、 N2CH4C2H4一级螺旋管束 25、 C4H10异C4H10一级螺旋管束24、 C3H8一级螺旋管束33绕一级中心筒23缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于一级筒体35内；中心筒35一端安装一级上支撑圈22，一端安装一级下支撑圈34，上支撑圈 22 固定于筒体 35 上部，下支撑圈 34 固定于筒体 35 下部，天然气螺旋管束 32、 N2CH4C2H4螺旋管束 25、 C4H10异 C4H10螺旋管束 24、 C3H8螺旋管束 33 缠绕于上支撑圈 22 与下支撑圈 34 之间；天然气二级螺旋管束 43、 N2CH4二级螺旋管束 15、 C2H4二级螺旋管束 44 绕二级中心筒 45 缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于二级筒体 13 内；中心筒 13 一端安装二级上支撑圈46，一端安装二级下支撑圈14，上支撑圈46固定于二级筒体13上部，下支撑圈14固定于二级筒体 13 下部，天然气螺旋管束 43、 N2CH4螺旋管束 15、 C2H4螺旋管束 44 缠绕于上支撑圈 46 与下支撑圈 14 之间；天然气三级螺旋管束 51、 N2CH4三级螺旋管束 6 绕三级中心筒53缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于三级筒体4内；中心筒53一端安装三级上支撑圈54，一端安装三级下支撑圈 52，上支撑圈 54 固定于三级筒体 4 上部，下支撑圈 52 固定于三级筒体 4 下部，天然气螺旋管束 51、 N2CH4螺旋管束 6 缠绕于上支撑圈 54 与下支撑圈 52之间；一级筒体 35 上部左侧安装 N2CH4C2H4出口 19，右侧安装天然气出口 38，上部中间左下方安装C4H10异C4H10出口18、上部中间左上方安装C4H10异C4H10节流后进口17，上部中间右下方安装 C3H8出口 39，上部中间右上方安装节流后 C3H8进口 40，下部左侧安装 N2CH4C2H4进口 26，下部右侧安装天然气进口 31，下部中间左侧安装 C4H10异 C4H10进口 27，下部中间右侧安装 C3H8进口 30 ；二级筒体 13 上部左侧安装 N2CH4出口 10，右侧安装天然气出口 49，上部中间下方安装 C2H4出口 11、上部中间上方安装 C2H4节流后进口 9，下部左侧安装 N2CH4进口 16，下部右侧安装天然气进口 41，下部中间安装 C2H4进口 42 ；三级筒体 4上部左侧安装 N2CH4节流后进口 3，右侧安装 N2CH4出口 56，下部左侧安装 N2CH4进口16，下部右侧安装天然气进口50，中部安装耳座5 ；混合制冷剂出口28连接封头29、封头29权利要求书CN 102564056 A22/3 页3连接一级筒体 35，一级筒体 35 连接二级筒体 13，二级筒体 13 连接过渡段 8，过渡段 8 连接三级筒体 4，三级筒体 4 连接封头 57，封头 57 连接 LNG 出口 1。2. 根据权利要求 1 所述的 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，其特征在于： C4H10异 C4H10混合制冷剂在 36、 0.9MPa 时进入进口 27，再分配于 C4H10异C4H10过冷管束 24 各支管，管束 24 经螺旋缠绕后在筒体 35 内被节流后的 C4H10异 C4H10、C3H8、 N2CH4C2H4混合气体过冷，温度降低至 53、压力降低至 0.6MPa，再流至出口 18，经安装于出口18与进口17之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为 52.85，再经进口 17 进入筒体 35，与节流后的 C3H8、 N2CH4C2H4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 32、 N2CH4 C2H4管束 25、 C3H8管束 33、 C4H10异 C4H10管束 24 后，在 26、 0.3MPa 时经出口 28 流出一级制冷装置并返回进气压缩机压缩。3. 根据权利要求 1 所述的 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，其特征在于： C3H8制冷剂在 36、 2.18MPa 时进入进口 30，再分配于 C3H8过冷管束 33 各支管，管束 33 经螺旋缠绕后在筒体 35 内被节流后的 C3H8、 C4H10异 C4H10、 N2CH4C2H4混合气体过冷，温度降至 53、压力降至 1.88MPa，再流至出口 39，经安装于出口 39 与进口 40之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至 0.3MPa，温度变为 52.29，再经进口 40进入筒体 35，与节流后的 C4H10异 C4H10、 N2CH4C2H4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 32、 N2CH4 C2H4管束 25、 C3H8管束 33、 C4H10异 C4H10管束 24 后，在 26、0.3MPa 时经出口 28 流出一级制冷装置并返回进气压缩机压缩。4. 根据权利要求 1 所述的 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，其特征在于： N2CH4C2H4混合气体在 36、 2.18MPa 时进入 N2CH4C2H4预冷进口 26，再分配于预冷管束25各支管，管束25经螺旋缠绕后在一级筒体35内被节流后的C4H10异C4H10、 C3H8、来自二级的 N2CH4C2H4混合气体预冷，预冷后 C2H4被液化，形成 N2CH4气体与C2H4液体的气液两相流，温度降低至53、压力降低至1.88MPa，经出口19后进入气液分离器，分离后的 C2H4与 N2CH4两股流制冷剂分别进入二级预冷段。5. 根据权利要求 1 所述的 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，其特征在于： C2H4制冷剂在 53、 1.88MPa 时通过进口 42 进入二级预冷段，再分配于 C2H4过冷管束44各支管，管束44经螺旋缠绕后在二级筒体13内被节流后的C2H4、来自一级的130、 0.3MPa 的 N2CH4混合制冷剂过冷，温度降低至 120、压力降低至 1.58MPa，再流至出口 11，经安装于出口 11 与进口 9 之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为 119.4，再经进口 9 进入二级筒体 13 与来自三级的 N2CH4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 43、 N2CH4预冷管束 15、 C2H4过冷管束 44 后，在63、 0.3MPa 时离开二级制冷段并进入一级制冷段。6. 根据权利要求 1 所述的 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，其特征在于： N2CH4混合气体在 53、 1.88MPa 时通过进口 16 进入二级预冷段，再分配于预冷管束 15 各支管，管束 15 经螺旋缠绕后在二级筒体 13 内被节流后的 C2H4、来自三级的 N2CH4混合制冷剂预冷，预冷后 CH4被液化并形成 N2气体与 CH4液体两相流，温度降低至 120、压力降低至 1.58MPa，再经出口 10 流出二级预冷段； N2CH4混合制冷剂在120及 1.58MPa 时通过进口 7 进入三级预冷段，再分配于混合制冷剂预冷管束 6 各支管，管束 6 经螺旋缠绕后在三级筒体 4 内被节流后的 N2CH4混合制冷剂预冷并液化；制冷剂权利要求书CN 102564056 A33/3 页4完全液化后流至出口 56，温度降低至 164、压力降低至 1.38MPa，再经安装于出口 56 与进口 3 之间的节流阀节流，节流后压力降低至 0.3MPa，氮温度变为 185，处于气液两相状态，甲烷温度变为163.5，节流后的混合制冷剂为气液两相，经进口5进入三级筒体4并向下流动冷却天然气管束 51、 N2CH4预冷管束 6 后，在 130、 0.3MPa 时 N2CH4混合气流出三级制冷段并进入二级制冷段。7. 根据权利要求 1 所述的 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，其特征在于：天然气在 36、 6.1MPa 时进入天然气进口 31，在进口 31 内分配于天然气螺旋管束 32 各支管，管束 32 经螺旋缠绕后在一级筒体 35 内与节流后 C4H10异 C4H10、 C3H8及来自二级的 N2CH4C2H4混合气体进行换热，温度降至 53、压力降至 5.8MPa 时，再经出口38流出一级预冷段；天然气在53、 5.8MPa时通过进口41进入二级液化段，再分配于天然气螺旋管束 43 各支管，管束 43 经螺旋缠绕后在二级筒体 13 内与节流后的 C2H4、来自一级的 N2CH4混合气体进行换热，温度降至 120、压力降至 5.5MPa 时液化，液化后经出口 49 流出二级液化段；天然气在 120、 5.5MPa 时通过进口 50 进入三级过冷段，再分配于天然气螺旋管束 51 各支管，管束 51 经螺旋缠绕后在三级筒体 4 内与节流后的 N2CH4混合制冷剂进行换热，温度降低至 164、压力降低至 5.3MPa 时完全液化并过冷，过冷后经 LNG 出口 1 流出三级制冷段，节流降压后送入 LNG 贮罐。权利要求书CN 102564056 A41/7 页5LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备技术领域0001 本发明属天然气低温液化技术领域，涉及 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热器及混合制冷剂制冷技术，应用 N2、 CH4 、 C2H4、 C3H8、 C4H10、异 C4H10混合制冷剂在多股流螺旋缠绕管式换热器内将 36、 6.1MPa 天然气通过三级制冷过程逐步冷却至164液化并过冷；应用多股流缠绕管式换热器逐步过冷 N2、 CH4 、 C2H4、 C3H8、 C4H10、异 C4H10，再分别节流并预冷天然气管束及混合制冷剂管束，达到一级天然气预冷、二级天然气液化及三级天然气过冷目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于 36 164气体带相变低温换热领域，解决 LNG 低温液化技术难题，提高 LNG 系统低温换热效率。背景技术0002 大型混合制冷剂天然气液化流程主要包括三个阶段，第一个阶段是将压缩后的天然气进行预冷，即将 36天然气预冷至 53，第二个阶段是将天然气从 53冷却至 120，为低温液化做准备，第三个阶段是将 120天然气冷却至 164并液化，三个过程可采用不同制冷工艺、不同制冷剂及不同换热设备，换热工艺流程复杂，换热器数量众多，给系统维护管理及过程控制带来严重不便。为了减少混合制冷剂天然气液化系统低温过程中的换热器数量，减少低温绝热防护面积，便于换热器维护，本发明采用整体换热方式，将三段制冷过程主换热器、工艺流程中的回热换热器、各段预冷换热器融合为一整体，延长换热器高度达 60 80 米，通过一个完整的多股流混合制冷剂螺旋缠绕管式换热器直接将天然气从 36冷却至 164液化并过冷，使换热效率得到明显提高，管理过程更加方便。另外，由于普通列管式换热器采用管板连接平行管束方式，结构简单，自收缩能力较差，一般为单股流换热，换热效率较低，体积较大，温差较小，难以将天然气在一个流程内冷却并液化。本发明根据 LNG 混合制冷剂低温液化特点，采用三段式整体螺旋缠绕管式换热器做为主换热设备，应用不同的制冷剂分段制冷再融合为一整体的方法，重点针对 N2、CH4 、 C2H4、 C3H8、 C4H10、异 C4H10制冷剂制冷工艺流程，研究开发温区介于 36 53、 53120、 120164之间的制冷工艺技术及装备，解决混合制冷剂LNG低温液化核心技术问题，即 LNG 低温液化多股流螺旋缠绕管式主换热器结构及混合制冷剂工艺流程问题。发明内容0003 本发明主要针对天然气在 36 53、 53 120、 120 164三级制冷问题，采用具有换热效率高、换热温差大、具有自紧收缩调整功能的多股流螺旋缠绕管式换热器做为主换热设备，应用 N2、 CH4 、 C2H4、 C3H8、 C4H10、异 C4H10混合制冷剂先预冷后节流的制冷工艺流程，控制相变制冷流程，进而控制天然气预冷温度及压力，提高换热效率，解决 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式换热器结构及工艺流程问题。0004 本发明的技术解决方案：LNG低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备，包括LNG三级出口1、 LNG三说明书CN 102564056 A52/7 页6级出口管束 2、 N2CH4三级节流后进口 3、三级筒体 4、耳座 5、 N2CH4三级预冷进口管束 6、N2CH4三级进口 7、圆台型过渡筒体 8、 C2H4二级节流后进口 9、 N2CH4二级预冷出口 10、C2H4二级过冷出口 11、 N2CH4二级预冷出口管束 12、二级筒体 13、二级下支撑圈 14、 N2CH4二级预冷进口管束 15、 N2CH4二级预冷进口 16、 C4H10异 C4H10一级混合制冷剂节流后进口 17、 C4H10异 C4H10一级过冷出口 18、 N2CH4C2H4一级预冷出口 19、 C4H10异 C4H10一级过冷出口管束20、 N2CH4C2H4一级预冷出口管束21、一级上支撑圈22、一级中心筒23、C4H10异 C4H10一级过冷进口管束 24、 N2CH4C2H4一级预冷进口管束 25、 N2CH4C2H4一级预冷进口 26、 C4H10异 C4H10一级过冷进口 27、 N2CH4 C2H4C3H8C4H10异 C4H10混合制冷剂一级蒸气出口 28、一级下封头 29、 C3H8一级过冷进口 30、天然气一级预冷进口 31、天然气一级预冷进口管束 32、 C3H8一级过冷进口管束 33、一级下支撑圈 34、一级筒体 35、天然气一级预冷出口管束 36、 C3H8一级过冷出口管束 37、天然气一级预冷出口 38、 C3H8一级过冷出口 39、 C3H8一级节流后进口 40、天然气二级液化进口 41、 C2H4二级过冷进口 42、天然气二级液化进口管束 43、 C2H4二级过冷进口管束 44、二级中心筒 45、二级上支撑圈 46、天然气二级液化出口管束 47、 C2H4二级过冷出口管束 48、 C2H4二级过冷出口管束 48、天然气二级液化出口49、天然气三级过冷进口50、天然气三级过冷进口管束51、三级下支撑圈52、三级中心筒 53、三级上支撑圈 54、 N2CH4三级预冷出口管束 55、 N2CH4三级预冷出口 56、三级上封头 57，其特征在于：天然气一级螺旋管束 32、 N2CH4C2H4一级螺旋管束 25、 C4H10异C4H10一级螺旋管束24、 C3H8一级螺旋管束33绕一级中心筒23缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于一级筒体35内；中心筒35一端安装一级上支撑圈22，一端安装一级下支撑圈34，上支撑圈 22 固定于筒体 35 上部，下支撑圈 34 固定于筒体 35 下部，天然气螺旋管束 32、 N2CH4C2H4螺旋管束 25、 C4H10异 C4H10螺旋管束 24、 C3H8螺旋管束 33 缠绕于上支撑圈 22 与下支撑圈 34 之间；天然气二级螺旋管束 43、 N2CH4二级螺旋管束 15、 C2H4二级螺旋管束 44 绕二级中心筒 45 缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于二级筒体 13 内；中心筒 13 一端安装二级上支撑圈46，一端安装二级下支撑圈14，上支撑圈46固定于二级筒体13上部，下支撑圈14固定于二级筒体 13 下部，天然气螺旋管束 43、 N2CH4螺旋管束 15、 C2H4螺旋管束 44 缠绕于上支撑圈 46 与下支撑圈 14 之间；天然气三级螺旋管束 51、 N2CH4三级螺旋管束 6 绕三级中心筒53缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于三级筒体4内；中心筒53一端安装三级上支撑圈54，一端安装三级下支撑圈 52，上支撑圈 54 固定于三级筒体 4 上部，下支撑圈 52 固定于三级筒体 4 下部，天然气螺旋管束 51、 N2CH4螺旋管束 6 缠绕于上支撑圈 54 与下支撑圈 52之间；一级筒体 35 上部左侧安装 N2CH4C2H4出口 19，右侧安装天然气出口 38，上部中间左下方安装C4H10异C4H10出口18、上部中间左上方安装C4H10异C4H10节流后进口17，上部中间右下方安装 C3H8出口 39，上部中间右上方安装节流后 C3H8进口 40，下部左侧安装 N2CH4C2H4进口 26，下部右侧安装天然气进口 31，下部中间左侧安装 C4H10异 C4H10进口 27，下部中间右侧安装 C3H8进口 30 ；二级筒体 13 上部左侧安装 N2CH4出口 10，右侧安装天然气出口 49，上部中间下方安装 C2H4出口 11、上部中间上方安装 C2H4节流后进口 9，下部左侧安装 N2CH4进口 16，下部右侧安装天然气进口 41，下部中间安装 C2H4进口 42 ；三级筒体 4上部左侧安装 N2CH4节流后进口 3，右侧安装 N2CH4出口 56，下部左侧安装 N2CH4进口16，下部右侧安装天然气进口50，中部安装耳座5 ；混合制冷剂出口28连接封头29、封头29连接一级筒体 35，一级筒体 35 连接二级筒体 13，二级筒体 13 连接过渡段 8，过渡段 8 连接说明书CN 102564056 A63/7 页7三级筒体 4，三级筒体 4 连接封头 57，封头 57 连接 LNG 出口 1。0005 C4H10异C4H10混合制冷剂在36、 0.9MPa时进入进口27，再分配于C4H10异C4H10过冷管束 24 各支管，管束 24 经螺旋缠绕后在筒体 35 内被节流后的 C4H10异 C4H10、 C3H8、N2CH4C2H4混合气体过冷，温度降低至 53、压力降低至 0.6MPa，再流至出口 18，经安装于出口18与进口17之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为52.85，再经进口 17 进入筒体 35，与节流后的 C3H8、 N2CH4C2H4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 32、 N2CH4 C2H4管束 25、 C3H8管束 33、 C4H10异 C4H10管束 24后，在 26、 0.3MPa 时经出口 28 流出一级制冷装置并返回进气压缩机压缩。0006 C3H8制冷剂在36、 2.18MPa时进入进口30，再分配于C3H8过冷管束33各支管，管束 33 经螺旋缠绕后在筒体 35 内被节流后的 C3H8、 C4H10异 C4H10、 N2CH4C2H4混合气体过冷，温度降至53、压力降至1.88MPa，再流至出口39，经安装于出口39与进口40之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为52.29，再经进口40进入筒体 35，与节流后的 C4H10异 C4H10、 N2CH4C2H4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 32、 N2CH4 C2H4管束 25、 C3H8管束 33、 C4H10异 C4H10管束 24 后，在 26、 0.3MPa时经出口 28 流出一级制冷装置并返回进气压缩机压缩。0007 N2CH4C2H4混合气体在 36、 2.18MPa 时进入 N2CH4C2H4预冷进口 26，再分配于预冷管束 25 各支管，管束 25 经螺旋缠绕后在一级筒体 35 内被节流后的 C4H10异C4H10、 C3H8、来自二级的 N2CH4C2H4混合气体预冷，预冷后 C2H4被液化，形成 N2CH4气体与C2H4液体的气液两相流，温度降低至53、压力降低至1.88MPa，经出口19后进入气液分离器，分离后的 C2H4与 N2CH4两股流制冷剂分别进入二级预冷段。0008 C2H4制冷剂在 53、 1.88MPa 时通过进口 42 进入二级预冷段，再分配于 C2H4过冷管束 44 各支管，管束 44 经螺旋缠绕后在二级筒体 13 内被节流后的 C2H4、来自一级的130、 0.3MPa 的 N2CH4混合制冷剂过冷，温度降低至 120、压力降低至 1.58MPa，再流至出口 11，经安装于出口 11 与进口 9 之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至0.3MPa，温度变为 119.4，再经进口 9 进入二级筒体 13 与来自三级的 N2CH4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 43、 N2CH4预冷管束 15、 C2H4过冷管束 44 后，在63、 0.3MPa 时离开二级制冷段并进入一级制冷段。0009 N2CH4混合气体在 53、 1.88MPa 时通过进口 16 进入二级预冷段，再分配于预冷管束 15 各支管，管束 15 经螺旋缠绕后在二级筒体 13 内被节流后的 C2H4、来自三级的N2CH4混合制冷剂预冷，预冷后CH4被液化并形成N2气体与CH4液体两相流，温度降低至120、压力降低至 1.58MPa，再经出口 10 流出二级预冷段； N2CH4混合制冷剂在 120及 1.58MPa 时通过进口 7 进入三级预冷段，再分配于混合制冷剂预冷管束 6 各支管，管束 6经螺旋缠绕后在三级筒体 4 内被节流后的 N2CH4混合制冷剂预冷并液化；制冷剂完全液化后流至出口 56，温度降低至 164、压力降低至 1.38MPa，再经安装于出口 56 与进口 3之间的节流阀节流，节流后压力降低至 0.3MPa，氮温度变为 185，处于气液两相状态，甲烷温度变为 163.5，节流后的混合制冷剂为气液两相，经进口 5 进入三级筒体 4 并向下流动冷却天然气管束 51、 N2CH4预冷管束 6 后，在 130、 0.3MPa 时 N2CH4混合气流出三级制冷段并进入二级制冷段。0010 天然气在 36、 6.1MPa 时进入天然气进口 31，在进口 31 内分配于天然气螺旋管说明书CN 102564056 A74/7 页8束 32 各支管，管束 32 经螺旋缠绕后在一级筒体 35 内与节流后 C4H10异 C4H10、 C3H8及来自二级的 N2CH4C2H4混合气体进行换热，温度降至 53、压力降至 5.8MPa 时，再经出口38 流出一级预冷段；天然气在 53、 5.8MPa 时通过进口 41 进入二级液化段，再分配于天然气螺旋管束 43 各支管，管束 43 经螺旋缠绕后在二级筒体 13 内与节流后的 C2H4、来自一级的 N2CH4混合气体进行换热，温度降至 120、压力降至 5.5MPa 时液化，液化后经出口 49 流出二级液化段；天然气在 120、 5.5MPa 时通过进口 50 进入三级过冷段，再分配于天然气螺旋管束51各支管，管束51经螺旋缠绕后在三级筒体4内与节流后的N2CH4混合制冷剂进行换热，温度降低至 164、压力降低至 5.3MPa 时完全液化并过冷，过冷后经LNG 出口 1 流出三级制冷段，节流降压后送入 LNG 贮罐。0011 方案所涉及的原理问题：首先，传统的 LNG 低温液化系统一般采用多个独立的制冷系统，应用多个不同的换热器对各个温区进行独立换热并逐步冷却天然气，如级联式 LNG 液化系统，换热器数量较多，液化工艺流程分级独立，各个制冷系统按温区独立运行，管理系统庞大，各系统容易出现问题，影响成套工艺流程的运行。为解决这一问题，本发明将主换热器内天然气温度变化过程分为 36 53、 53 120、 120 164三个区间，采用三段式整体多股流螺旋缠绕管式换热器，完成三个温度区间由高至低的换热过程，并重点研究开发36 53、 53 120、 120 164三个区间低温换热工艺流程及换热器总体结构与进出口参数，并采用 N2、 CH4 、 C2H4、 C3H8、 C4H10、异 C4H10混合制冷剂制冷工艺，解决三段式整体多股流螺旋缠绕管式换热器的结构及换热工艺流程问题。三段制冷过程相对独立但又有机结合成为整体，与整体式主换热器换热原理一致，便于主换热器分拆后运输及现场拼装。其次，一段采用近 1 ： 1 的 C4H10异 C4H10混合制冷剂制冷工艺，节流前过冷至 53，可使一段制冷温度低于其饱和蒸发温度 26，产生较进口低 10的传热温差推动力。 C4H10异C4H10冷剂进口为0.9MPa、 36时， C2H4处于液相状态，当压力达到0.6MPa、温度达到 53时， C4H10异 C4H10过冷并具有较大显热，再节流后可得到更大制冷量。另外，一段还采用 C3H8制冷剂制冷工艺，即 C3H8节流前过冷至 53，节流至 0.3 MPa 时饱和蒸发温度为 14，使一级制冷过程中具有 14与 26两个蒸发温度，可降低传热过程熵增量。N2CH4C2H4混合制冷剂主要用于二、三段制冷过程，节流前须经 36 53、 53 120、 120 164三段低温预冷过程，在一级制冷过程中， N2CH4C2H4混合制冷剂预冷过程与天然气液化、 C3H8过冷、 C4H10异 C4H10过冷同时进行，所以一段须采用四股流低温换热过程。二段采用C2H4制冷剂制冷工艺后，节流前须对C2H4进行过冷，冷剂进口为 1.88MPa、 53时， C2H4处于液相状态，当压力达到 1.58MPa、温度达到 120时，C2H4过冷并具有较大显热，再节流后可得到更大制冷量。N2CH4混合制冷剂主要用于三段制冷过程，节流前须经53120、 120164两段低温预冷过程，在二段制冷过程中， N2CH4混合制冷剂预冷过程与天然气液化及 C2H4过冷过程同时进行，所以须采用三股流低温换热过程。三段采用N2CH4混合制冷剂制冷工艺后，节流前须对制冷剂进行预冷并液化，冷剂进口为1.58MPa、 120时， N2CH4混合制冷剂中甲烷已经被液化，氮仍未达到饱和，处于气相状态，当压力达到 1.38MPa、预冷温度达到 164时，氮达到饱和并被液化，液化后再节流可得到更大的制冷量，预冷过程与天然气液化及过冷过程同时进行，所以，须采用两股流低温换热过程。采用非共沸 N2CH4混合制冷剂后，可使饱和液氮节流说明书CN 102564056 A85/7 页9后冷剂进口温度达到 185，产生足够的传热温差推动力，同时，甲烷在过冷状态下节流至 163.5过冷状态，可继续利用其显热，达到饱和温度 146时再蒸发，使三级液化过程具有三个低温换热温度，包括两个蒸发温度，以此降低传热过程熵增量，减少传热过程损失。传统的列管式换热器由于采用了两块大管板连接平行管束结构，体积较大，换热温差较小，易分区，管间距较大，自收缩能力较差，一般适用于单股流换热，换热效率较低，难以将天然气在一个流程内冷却并液化，不易完成多股流均匀换热过程。本发明开发了可承受压力6.1MPa、温度185的9Ni钢多股流螺旋缠绕管式低温换热器，可完成高压低温工况下多股流换热过程及 LNG 低温液化过程。0012 本发明的技术特点：本发明主要针对 LNG 低温液化多股流螺旋缠绕管式换热装备，采用具有体积小、换热效率高、换热温差大、具有自紧收缩调整功能的多股流螺旋缠绕管式换热器做为主换热设备，应用 N2、 CH4 、 C2H4、 C3H8、 C4H10、异 C4H10混合制冷剂先预冷后节流的制冷工艺流程，控制相变制冷流程，进而控制天然气液化温度及压力，提高换热效率，解决天然气在 36164间三段制冷问题；三段式多股流螺旋缠绕管式换热器具有结构紧凑，多种介质带相变传热，传热系数大，可解决大型 LNG 低温液化过程中分段式混合制冷剂预冷、天然气低温液化技术难题，提高系统换热及液化效率；应用三段式 LNG 低温液化过程后， LNG 主换热器可分为三个独立的换热区间，分段进行加工制造、运输及现场拼装； LNG 低温液化多股流螺旋缠绕管式主换热器可合理分配液化段及过冷段的热负荷，使液化段和过冷段相对协调，可结合大型换热器的载荷分配以及换热管强度特性，采用辅助中心筒缠绕螺旋盘管的方式，从理论上保证缠绕过程均匀且强度符合设计要求；合理选择了换热器进出口位置及物料、采用多个小管板侧置的方法可使换热器结构更加紧凑，换热过程得到优化；螺旋缠绕管式换热器管外介质逆流并横向交叉掠过缠绕管，换热器层与层之间换热管反向缠绕，即使雷诺数较低，其依然为湍流形态，换热系数较大；由于是多种介质带相变换热过程，对不同介质之间的压差和温差限制要求较小，生产装置操作难度降低，安全性得以提高；螺旋缠绕管式换热器耐高压且密封可靠、热膨胀可自行补偿，易实现大型 LNG 液化作业。附图说明0013 图 1 所示为 LNG 低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备的主要部件结构及位置关系。具体实施方式0014 将混合制冷剂压缩机中段冷凝中分离出的 36、 0.9MPa C4H10异 C4H10混合制冷剂打入进口 27，再分配于 C4H10异 C4H10过冷管束 24 各支管，管束 24 经螺旋缠绕后在筒体35内被节流后的C4H10异C4H10、 C3H8、 N2CH4C2H4混合气体过冷，温度降低至53、压力降低至 0.6MPa，再流至出口 18，经安装于出口 18 与进口 17 之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至 0.3MPa，温度变为 52.85，再经进口 17 进入筒体 35，与节流后的 C3H8、N2CH4C2H4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 32、 N2CH4 C2H4管束 25、C3H8管束 33、 C4H10异 C4H10管束 24 后，在 26、 0.3MPa 时经出口 28 流出一级制冷段并返回进气压缩机压缩。说明书CN 102564056 A96/7 页100015 将混合制冷剂压缩机末段冷凝中分离出的 36、 2.18MPa C3H8制冷剂打入进口30，再分配于 C3H8过冷管束 33 各支管，管束 33 经螺旋缠绕后在筒体 35 内被节流后的 C3H8、C4H10异C4H10、 N2CH4C2H4混合气体过冷，温度降至53、压力降至1.88MPa，再流至出口 39，经安装于出口 39 与进口 40 之间的节流阀节流为过冷液体，节流后压力降至 0.3MPa，温度变为 52.29，再经进口 40 进入筒体 35，与节流后的 C4H10异 C4H10、 N2CH4C2H4混合气体混合，混合后向下流动冷却天然气管束 32、 N2CH4 C2H4管束 25、 C3H8管束 33、C4H10异 C4H10管束 24 后，在 26、 0.3MPa 时经出口 28 流出一级制冷段并返回进气压缩机压缩。0016 将混合制冷剂压缩机末段冷凝器中分离出的 36、 2.18MPa N2CH4C2H4混合气体打入 N2CH4C2H4预冷进口 26，再分配于预冷管束 25

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。