[发明专利]LNG低温液化一级制冷四股流螺旋缠绕管式换热装备

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一级低温制冷装备及混合制冷剂制冷技术，应用C₃H₈、C₄H₁₀—异C₄H₁₀制冷剂及LNG二级出口0.3MPa、－63℃的N₂—CH₄—C₂H₄混合气在四股流螺旋缠绕管式换热器内将36℃、6.1MPa天然气冷却至－53℃以便进入二级预冷段；应用缠绕管式换热器首先过冷C₃H₈、C₄H₁₀—异C₄H₁₀，再节流至壳程与N₂—CH₄—C₂H₄混合后预冷天然气管束、N₂—CH₄—C₂H₄管束、过冷C₃H₈管束及C₄H₁₀—异C₄H₁₀管束，达到一级天然气预冷、混合气N₂—CH₄—C₂H₄预冷及C₃H₈、C₄H₁₀—异C₄H₁₀节流前过冷目的；其结构紧凑，换热效率高，可用于36℃～－53℃气体带相变低温换热领域，解决LNG一级制冷技术难题，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。目前，大多混合制冷剂天然气液化系统采用整体换热方式，将三段制冷过程连接为一整体，换热器高度可达60～80米，换热效率得到明显提高，但存在的问题是换热工艺流程过于复杂，换热设备体积过于庞大，给加工制造、现场安装及运输带来严重不便，且一旦出现管道泄漏等问题，难于检测，很容易造成整台换热器报废，成套工艺装备停产。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一级低温液化特点，采用三段各自独立的螺旋缠绕管式换热器做为主要换热设备，分段独立制冷，重点针对第一级C₃H₈、C₄H₁₀—异C₄H₁₀制冷剂制冷工艺流程，研究开发温区介于36℃～－53℃之间的第一级制冷工艺技术及装备，解决第一级天然气低温液化核心技术问题，即LNG低温液化一级制冷四股流螺旋缠绕管式换热器结构及工艺流程问题。

发明内容

本发明主要针对天然气一级36℃～－53℃制冷问题，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四股流螺旋缠绕管式换热器做为主换热设备，应用C₃H₈、C₄H₁₀—异C₄H₁₀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，解决天然气一级预冷问题。

本发明的技术解决方案：