[发明专利]LNG低温液化混合制冷剂多股流螺旋缠绕管式主换热装备

说明书

技术领域

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

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℃、－53℃～－120℃、－120℃～－164℃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

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。

本发明的技术解决方案：