[发明专利]一种基于板翅式换热器的大型天然气液化系统及工艺

权利要求书

1.一种基于板翅式换热器的大型天然气液化系统，其特征在于：包括预冷高压换热器、预冷中压换热器和预冷低压换热器，所述预冷高压换热器、预冷中压换热器和预冷低压换热器均内置浸泡式板翅换热器芯体；所述预冷高压换热器、预冷中压换热器和预冷低压换热器中浸泡式板翅换热器芯体的内部流道顺次连接形成用于流经天然气的天然气预冷通道、用于流经乙烯的乙烯预冷通道和用于流经甲烷的甲烷预冷通道；所述预冷高压换热器的冷剂进口与预冷冷剂缓冲罐的出口连接，所述预冷冷剂缓冲罐的进口通过压缩机后冷却器与预冷冷剂压缩机的出口连接；所述预冷高压换热器的冷剂出口与所述预冷中压换热器的冷剂进口连接，所述预冷中压换热器的冷剂出口与所述预冷低压换热器的冷剂进口连接；所述预冷高压换热器、预冷中压换热器、预冷低压换热器分别通过气相回流管路与所述预冷冷剂压缩机的高压段、中压段、低压段连接；

所述乙烯预冷通道的出口通过乙烯省煤器与乙烯高压换热器的冷剂进口连接，所述乙烯高压换热器的冷剂出口通过所述乙烯省煤器与乙烯中压换热器的冷剂进口连接，所述乙烯中压换热器的冷剂出口与所述乙烯低压换热器的冷剂进口连接，所述乙烯高压换热器的气相冷剂出口通过所述乙烯省煤器与乙烯压缩机的高压段连接，所述乙烯中压换热器的气相冷剂出口通过所述乙烯省煤器与所述乙烯压缩机的中压段连接，所述乙烯低压换热器的气相冷剂出口通过所述乙烯省煤器与所述乙烯压缩机的低压段连接；所述乙烯压缩机的出口通过乙烯压缩机后冷却器与所述乙烯预冷通道的进口连接；

所述乙烯高压换热器、乙烯中压换热器和乙烯低压换热器均采用浸泡式板翅换热器，所述天然气预冷通道的出口与所述乙烯高压换热器的浸泡式板翅换热器芯体内部流道连接，所述乙烯高压换热器的浸泡式板翅换热器芯体内部流道与所述乙烯中压换热器的浸泡式板翅换热器芯体内部流道连接；所述乙烯中压换热器的浸泡式板翅换热器芯体内部流道的出口与重烃分离器的进口连接，所述重烃分离器的一个出口用于排出重烃，另一出口与所述乙烯低压换热器的浸泡式板翅换热器芯体内部流道连接，所述乙烯低压换热器的浸泡式板翅换热器芯体内部流道的出口通过甲烷省煤器与天然气高压气液分离器的进口连接，所述天然气高压气液分离器的液相出口与天然气中压气液分离器的进口连接，所述天然气中压气液分离器的液相出口与天然气低压气液分离器的进口连接；所述天然气高压气液分离器的气相出口通过所述甲烷省煤器与甲烷压缩机的高压段连接，所述天然气中压气液分离器的气相出口通过所述甲烷省煤器与所述甲烷压缩机的中压段连接，所述天然气低压气液分离器的气相出口通过所述甲烷省煤器与所述甲烷压缩机的低压段连接；所述甲烷压缩机的出口通过甲烷压缩机后冷却器与所述甲烷预冷通道的进口连接；所述甲烷预冷通道的出口通过所述甲烷省煤器与所述乙烯低压换热器的浸泡式板翅换热器芯体内部流道连接；

在所述预冷高压换热器的冷剂进口与预冷冷剂缓冲罐之间、所述预冷高压换热器的冷剂出口与所述预冷中压换热器的冷剂进口之间、所述预冷中压换热器的冷剂出口与所述预冷低压换热器的冷剂进口之间、所述乙烯预冷通道的出口与乙烯省煤器之间、所述乙烯省煤器与所述乙烯高压换热器的冷剂进口之间、所述乙烯省煤器与所述乙烯中压换热器的冷剂进口之间、所述乙烯中压换热器的冷剂出口与所述乙烯低压换热器的冷剂进口之间、所述甲烷省煤器与所述天然气高压气液分离器的进口之间、所述天然气高压气液分离器的液相出口与所述天然气中压气液分离器之间、所述天然气中压气液分离器的液相出口与所述天然气低压气液分离器之间分别设置有节流阀。

2.如权利要求1所述的一种基于板翅式换热器的大型天然气液化系统，其特征在于：循环在所述预冷冷剂压缩机、压缩机后冷却器、预冷冷剂缓冲罐、预冷高压换热器、预冷中压换热器和预冷低压换热器之间的冷剂为氟利昂或二氧化碳。

3.如权利要求1所述的一种基于板翅式换热器的大型天然气液化系统，其特征在于：所述预冷高压换热器、预冷中压换热器和预冷低压换热器的外部浸泡壳体均采用卧式布置方式；所述乙烯高压换热器、乙烯中压换热器和乙烯低压换热器的外部浸泡壳体均采用立式布置方式。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的基于板翅式换热器的大型天然气液化系统而实施的天然气液化工艺，其特征在于：

a、将天然气从天然气预冷通道的进口引入，与预冷冷剂进行换热冷却；与此同时，同样与预冷冷剂进行换热的还有从乙烯预冷通道中经过的乙烯和从甲烷预冷通道经过的甲烷；在预冷冷剂的循环中，预冷冷剂首先经过预冷冷剂压缩机，而后经过压缩机后冷却器冷却液化，产生的冷剂进入预冷冷剂缓冲罐，从预冷冷剂缓冲罐出来的冷剂经过节流阀降温降压，产生的气、液两相进入预冷高压换热器，其中的液相浸泡于浸泡式板翅换热器芯体外部，与流经浸泡式板翅换热器芯体内部流道的天然气、乙烯、甲烷进行换热，部分液相吸热气化，产生的气相冷剂反流至预冷冷剂压缩机的高压段；预冷高压换热器内未气化的液相冷剂经过节流阀降温降压后进入预冷中压换热器，其中的液相浸泡于浸泡式板翅换热器芯体外部，与流经浸泡式板翅换热器芯体内部流道的天然气、乙烯、甲烷进行换热，部分液相吸热气化，产生的气相冷剂返流至预冷冷剂压缩机的中压段；未气化的液相冷剂经节流阀降温降压后进入预冷低压换热器，其中的液相浸泡于浸泡式板翅换热器芯体外部，与流经浸泡式板翅换热器芯体内部流道的天然气、乙烯、甲烷进行换热，部分液相气化，产生的气相冷剂返流至预冷冷剂压缩机的低压段；

b、天然气经过预冷后，进入液化段的乙烯高压换热器、乙烯中压换热器进一步冷却，然后进入重烃分离器脱除重烃，脱除重烃后的天然气经过乙烯低压换热器进一步冷却；在液化段的冷剂乙烯的循环中，乙烯经过预冷低压换热器冷却后，经过节流阀降温降压后，进入乙烯省煤器冷却，然后经过节流阀降温降压，进入乙烯高压换热器，其中的液相浸泡于浸泡式板翅换热器芯体外部，与流经浸泡式板翅换热器芯体内部流道的天然气进行换热，部分液相吸热气化，产生的气相乙烯返流至乙烯省煤器，然后进入乙烯压缩机的高压段；未气化的液相冷剂进入乙烯省煤器进一步冷却，然后经过节流阀降温降压后进入乙烯中压换热器，其中的液相浸泡于浸泡式板翅换热器芯体外部，与流经浸泡式板翅换热器芯体内部流道的天然气进行换热，吸热后部分气化，产生的气相冷剂返流至乙烯省煤器，然后进入乙烯压缩机的中压段；未气化的液相乙烯经过节流阀降温降压后进入乙烯低压换热器，其中的液相浸泡于浸泡式板翅换热器芯体外部，与流经浸泡式板翅换热器芯体内部流道的天然气换热，部分液相吸热气化，产生的气相冷剂返流至乙烯省煤器，然后进入乙烯压缩机的低压段；乙烯压缩机将乙烯压缩后，再将乙烯经过乙烯压缩机后冷却器冷却后，送入预冷段的乙烯预冷通道；

c、从乙烯低压换热器出来的天然气首先经过甲烷省煤器进一步冷却，然后经过节流阀节流，进入天然气高压气液分离器，分离后的气相反流至甲烷省煤器，而后进入甲烷压缩机的高压段，液相经过节流阀节流后进入天然气中压气液分离器，分离后的气相反流至甲烷省煤器，而后进入甲烷压缩机的中压段，液相经过节流阀节流后进入天然气低压气液分离器，分离后的气相反流至甲烷省煤器，而后进入甲烷压缩机的低压段，液相产品进入液化天然气储罐进行存储；甲烷压缩机将甲烷压缩，再将甲烷经过甲烷压缩机后冷却器冷却后，送入预冷段的甲烷预冷通道。