[发明专利]用于天然气的液化的分离式制冷剂压缩机

说明书

本发明公开了一种压缩机系统(21)，包括：第一压缩机单元(51)，其具有：至少在第一气体压力水平下的第一气体入口(22C)；在第二气体压力水平下的第二气体入口(22B)；以及气体排放部(52)；第二压缩机单元(53)，其具有：至少在第三气体压力水平下的第三气体入口(22D)；在第四气体压力水平下的第四气体入口(22A)；以及气体输送部(22)。第一压缩机单元(51)的气体排放部(52)流体地联接到第二压缩机单元(53)的所述第三气体入口(22D)和第四气体入口(22A)中的一个。

技术领域

本公开涉及用于压缩气态流体(例如制冷回路中的制冷剂)的系统和方法。本文公开的实施例具体涉及使用一个或多个制冷剂回路的用于液化天然气(LNG)的生产的系统。

背景技术

传统燃料的燃烧在若干工业过程中是必不可少的。最近，为了减少传统液体或固体化石燃料(诸如汽油、柴油和碳)的环境影响，天然气的使用已经增加。天然气代表一种更清洁、污染更少的能源。

虽然天然气的使用克服了传统化石燃料的一些缺点和不足，但天然气的储存和运输造成困难。出于运输目的，在没有气体管道可用的情况下，天然气通常被变冷并转化为液化天然气。已经开发了几种热力循环来用于将天然气转化为液化天然气。热力循环通常包括一个或多个压缩机，其处理一种或多种制冷剂流体。制冷剂流体经历循环热力学变换以从天然气中去除热量，直到天然气最终转化为液相。在一些已知的LNG系统中，提供预冷却和冷却回路，其例如以级联或以其它可能的组合来布置。不同的制冷剂流体用于使天然气变冷和/或预冷却另一种制冷剂流体，其继而使天然气变冷。

若干LNG系统提供使制冷剂流体在若干压力水平下被压缩和膨胀，以在不同压力水平下与待液化的天然气和/或与另一种制冷剂气体热交换，以改善热力循环的整体效率。在这种情况下，压缩机在不同压力水平处设有若干入口。在制冷剂气体的吸入压力和输送压力之间的不同压力水平下的气体入口也称为侧流(side stream)。

带有侧流的压缩机的顺序布置的叶轮处理可变的气体流量(flow rate)。通常，一个叶轮布置在压缩机的吸入侧，一个另外的叶轮布置在每个侧流的下游。因此，若干叶轮处理可变的气体流量。由于高流量和低压力比，压缩机的整体性能由压缩机相中的一个限制。通常，在具有吸入侧和三个侧流(即四个压缩机相)的压缩机中，第三相是最关键的一个。已经设计了侧流压缩机的若干种备选布置，目的在于解决或减轻上面提到的问题。然而，现有技术的布置不能令人满意地解决该不足并且受到其它限制和缺点的影响。

图9至12示出了根据现有技术的用于LNG应用的丙烷压缩机系统。

图9示出了根据现有技术的压缩机系统121的示意性实施例。压缩机系统121包括单个压缩机141，其具有处于渐减的压力水平的四个气体入口122A-122D。压缩机系统121的性能由侧流122B下游的第三压缩机级限制。实际上，从流量与切向速度特性图中的该压缩机级的操作点的观点来看，该压缩机级是最关键的一个。

为了提高压缩机系统121的性能，根据现有技术的另一实施例，已提出了如图10所示的并联丙烷压缩机布置。在该布局中，使用两个相同的压缩机141A,141B，并且在每个压力水平下的每个丙烷流量被分成两个相同的子流，输送到两个并联压缩机141A,141B的气体入口122A-122D。从构造的观点来看，这种已知的布置增加了系统的复杂性。

此外，由于所有气体入口的流量相对于总流量降低了50%，因此叶轮中的一些在低于最佳操作点的操作条件下操作。该因素不利地影响压缩机系统121的整体效率。

图11中示出了现有技术的又一布置。在该实施例中，丙烷压缩机系统121包括两个压缩机，再次标记为141A,141B。第一压缩机141A包括低压气体入口122D和高压气体入口122B。第二压缩机141B包括中压气体入口122C和极高压气体入口122A。两个压缩机141A,141B的输送侧彼此组合并会聚到输送器23中。