[发明专利]在分流混合的制冷剂液化系统中平衡功率

说明书

公开分流混合的制冷剂(“MR”)天然气液化系统，其中低压(“LP”)和中压(“MP”)MR压缩机由第一燃气轮机和丙烷压缩机驱动，并且高压(“HP”)MR压缩机由第二燃气轮机驱动。分流MR液化系统被配置为调节HP MR压缩机的特性，以与系统的设计点相比，当功率较小时需要较少的功率，并且当有更多功率时需要更多功率。这种调节允许移动丙烷压缩机和HP MR压缩机之间的功率平衡，以提高LNG生产效率。

背景技术

用于冷却、液化和任选地冷却天然气的许多液化系统是本领域公知的，例如单混合的制冷剂(“SMR”)循环、丙烷预冷却的混合的制冷剂 (“C3MR”)循环、双混合的制冷剂(“DMR”)循环、C3MR-氮杂化(如 AP-X^TM)循环、氮气或甲烷膨胀循环、以及级联循环。通常，在这样的系统中，天然气通过与一种或多种制冷剂的间接热交换而被冷却、液化和任选地进行过冷。可以使用各种制冷剂，例如混合的制冷剂、纯组分、两相制冷剂、气相制冷剂等。混合的制冷剂(“MR”)是氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已用于许多基本负荷液化的天然气(“LNG”) 工厂。通常基于进料气体组成和操作条件优化MR料流的组成。

制冷剂在制冷剂回路中循环，该制冷剂回路包括一个或多个热交换器和一个或多个制冷剂压缩系统。制冷剂回路可以是闭环或开环的。通过与热交换器中的制冷剂进行间接热交换，使天然气冷却、液化和/或过冷。

Gaumer等人的U.S.Patent No.3,763,658教导了一种利用两种制冷剂系统的C3MR天然气液化方法：用于预冷天然气的丙烷，以及用于液化和过冷天然气的混合制冷剂系统。在该方法中，丙烷压缩机的尺寸允许在一个外壳中进行所有多级压缩。相比之下，MR压缩更广泛，通常需要两到三个外壳。结果，MR压缩机所需的功率大约是丙烷压缩机所需功率的两倍。

一些用户更喜欢在两个压缩系统上使用相同的涡轮机驱动器。如果压缩系统布置成使得丙烷压缩机在一个驱动器上并且所有MR压缩在另一个上，则丙烷驱动器上将存在未使用的动力电势，因为MR压缩需要大约是丙烷压缩功率的两倍。当使用相同的驱动器时，两个系统之间的机械负载的这种不平衡导致电力浪费被浪费。为了解决这个问题，一些C3MR天然气液化工艺采用“分流”布置的两个燃气轮机，其中低压(“LP”)和中压 (“MP”)MR压缩机由一个燃气轮机驱动器和丙烷压缩机驱动，并且高压 (“HP”)MR压缩机由第二驱动器驱动。换句话说，丙烷压缩机驱动器产生的一部分功率被转移或“分流”到MR压缩机，这有助于平衡系统上的负载并使LNG产量最大化。这种布置由AirProducts and Chemicals,Inc作为其驱动器/压缩机装置在商业上提供。

分流布置的一个限制是两个驱动器之间的相对功率使用随环境温度而变化。在设计环境温度，可以优化过程和压缩机设计以平衡压缩机功率，从而充分利用来自两个驱动器的功率。但在环境温度比设计更温暖的情况下，丙烷压缩机需要更高的总功率百分比，而驱动器的功率输出更低。这导致丙烷和HP MR压缩机驱动器在温暖的月份通常消耗最大可用的驱动功率。但是，LP和MP MR压缩器驱动器无法完全使用可用功率。因此，对于配置，在这些较热的月份中产量会下降，因为可用功率较低，并且不能充分利用所有可用功率。相反，在环境温度比设计更冷的情况下， LPMR/MP MR压缩机通常消耗最大驱动功率，在丙烷/HP MR压缩机串上留下未使用的功率。在温度范围较大的区域，例如在温带，北极或美国墨西哥湾沿岸气候中发现的区域，其影响可能很大。

当使用航空衍生燃气轮机时，这个问题被放大了。通常，航空衍生燃气轮机在较高的环境温度下具有比工业燃气轮机驱动器更大的功率降低。另外，当使用工业燃气轮机时，也可以使用辅助电动机。因此，对于航空衍生燃气涡轮机驱动器布置，在环境温度较高时，与工业燃气涡轮机驱动器与辅助电动机一起使用时相比，功率降低的百分比更大。

基于前述内容，需要一种液化系统，其能够充分利用分流MR压缩在宽范围的环境温度下的益处。

发明概述