ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЖИЖЕННОГО ГАЗА
LIQUEFIED GAS PRODUCTION PLANT AND METHOD

Предложенное изобретение относится к технологической установке и способу производства сжиженного газа.
Технологическая установка для производства сжиженного газа может содержать компрессор для сжатия хладагента, связанный посредством всасывающего трубопровода с теплообменником установки. Как вариант, такое компрессорное устройство может содержать, например, два компрессора, которые связаны с теплообменником установки посредством двух всасывающих трубопроводов. В этом случае в известных устройствах всасывающие трубопроводы проходят от теплообменника до тройника, где объединяются в общий трубопровод. Перед компрессорами общий трубопровод с помощью другого тройника может снова разделиться на два трубопровода, связанных с компрессорами.
С учетом описанного уровня техники, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной технологической установки.
Соответственно, предложена технологическая установка для производства сжиженного газа, содержащая теплообменник, первый компрессор, первый всасывающий трубопровод, соединенный только с возможностью передачи текучей среды с первым компрессором и связанный с теплообменником, и второй всасывающий трубопровод, соединенный только с возможностью передачи текучей среды со вторым компрессором и связанный с теплообменником, причем первый всасывающий трубопровод не соединен с возможностью передачи текучей среды со вторым всасывающим трубопроводом.
Компрессоры могут также называться сжимающими машинами. При помощи компрессоров можно сжимать смесь хладагентов (смешанный хладагент). Соответственно, компрессоры могут называться также компрессорами цикла со смесью хладагентов (MRC-компрессорами). В связи с тем, что всасывающие трубопроводы отделены друг от друга по текучей среде, или, иначе говоря, не соединены с возможностью передачи текучей среды друг с другом, следует понимать, что хладагент не может поступать из первого всасывающего трубопровода во второй всасывающий трубопровод и, наоборот, из второго трубопровода в первый. Кроме того, следует понимать, что хладагент, перемещаемый по первому всасывающему трубопроводу, подается исключительно в первый компрессор для сжатия, а хладагент, перемещаемый по второму всасывающему трубопроводу, подается исключительно во второй компрессор. Для каждого компрессора предназначен отдельный всасывающий трубопровод. Под соединением с возможностью передачи текучей среды двух компонентов следует понимать соединение данных компонентов, при котором они гидравлически сообщаются друг с другом. Предложенная технологическая установка может использоваться не только для производства сжиженного газа, но также для других конфигураций, имеющих общую начальную точку, таких как контейнер, колонна, реактор, теплообменный аппарат или другое подобное устройство, и в которых необходима симметричная трубопроводная обвязка для работающих параллельно компрессоров. Способ сжижения углеводородсодержащего потока описан в патентном документе ЕР 0975923 В1. Данный способ может быть реализован с помощью предложенной технологической установки.
В случае если выбранный компрессор не может обеспечить достаточную производительность по сжатию для покрытия полной производительности центрального теплообменника, количество компрессоров следует увеличить соответствующим образом. При этом, в связи с тем, что каждому компрессору назначен свой собственный всасывающий трубопровод, можно отказаться от тройников для объединения всасывающих трубопроводов после теплообменника или, как уже упоминалось, для разделения всасывающих трубопроводов перед компрессорами. Благодаря этому, на всасывающей стороне компрессоров могут быть предотвращены ненужные потери давления, что позволяет либо повысить производительность ожижительной установки, либо уменьшить потребляемую мощность компрессора. Кроме того, вследствие отказа от тройников возможна очень гибкая прокладка всасывающих трубопроводов, что при планировании монтажа всей установки обеспечит столь необходимые степени свободы при проектировании. Соответственно, компрессоры могут быть расположены очень близко к теплообменнику, поскольку не требуется установки каких-либо дорогостоящих колен для распределения тепловых напряжений. Кроме того, благодаря раздельной трассировке всасывающих трубопроводов длинные впускные и выпускные секции для измерения расхода (которые необходимы с точки зрения автоматического управления при параллельной эксплуатации группы компрессоров на всасывающей линии) могут быть встроены напрямую без необходимости укладки петель трубопровода, что позволит включить данные секции при наличии строительных ограничений. Данная проблема актуальна, прежде всего, при увеличенных номинальных диаметрах всасывающих трубопроводов, поскольку длины впускных и выпускных секций задают кратными поперечному сечению трубы. Так, эти впускные и выпускные секции могут составлять десятки метров.
В соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения технологическая установка содержит первую приемную емкость, расположенную между первым компрессором и первым участком первого всасывающего трубопровода, и вторую приемную емкость, расположенную между вторым компрессором и первым участком второго всасывающего трубопровода.
Приемные емкости могут также называться приемными сосудами. Для достижения преимущества приемные емкости выполнены цилиндрическими. Первые участки всасывающих трубопроводов присоединены фланцами к соответствующим приемным емкостям.
В другом варианте выполнения при достаточном перегреве входящей текучей среды приемная емкость отсутствует, что приводит к предотвращению каплеобразования на всасывающей стороне компрессора и, соответственно, делает излишним установку приемной емкости. Этот вариант выполнения является общим вариантом, который, однако, по практическим соображениям не используется в установках для сжижения газов. Прежде всего, важной задачей приемной емкости является сбор хладагента в случае останова.
В соответствии с другим вариантом выполнения между первым компрессором и первой приемной емкостью расположен второй участок первого всасывающего трубопровода, и между вторым компрессором и второй приемной емкостью расположен второй участок второго всасывающего трубопровода.
Вторые участки всасывающего трубопровода могут быть выполнены максимально короткими. Тем самым могут быть предотвращены потери давления.
В соответствии с другим вариантом выполнения второй участок первого всасывающего трубопровода имеет такую же длину, как второй участок второго всасывающего трубопровода.
В результате получают симметричную конструкцию технологической установки. Тем самым, при работе технологической установки оба компрессора подвергаются одинаковой нагрузке.
В соответствии с другим вариантом выполнения второй участок первого всасывающего трубопровода и второй участок второго всасывающего трубопровода выполнены прямыми.
Под прямыми участками следует понимать то, что участки всасывающих трубопроводов выполнены без изгибов и/или искривлений.
В соответствии с другим вариантом выполнения первый участок первого всасывающего трубопровода имеет такую же длину, как и первый участок второго всасывающего трубопровода.
Тем самым, при работе технологической установки оба компрессора испытывают одинаковую нагрузку. Благодаря этому может быть надежно предотвращен повышенный износ или укороченный эксплуатационный ресурс любого из компрессоров, что, в свою очередь, обеспечивает уменьшение затрат на техническое обслуживание. В частности, это предотвращает неравномерное распределение хладагента между компрессорами, что в противном случае могло бы вызвать неустойчивую работу технологической установки.
В соответствии с другим вариантом выполнения первый всасывающий трубопровод и второй всасывающий трубопровод выполнены без устройств, предназначенных для разделения и/или объединения потоков текучей среды, в частности, без тройников.
То есть, ни в первый всасывающий трубопровод, ни во второй всасывающий трубопровод не встроен тройник, выполненный для разделения главных потоков. Поэтому это не повлияет на рециркуляционные потоки внутри компрессорных узлов (во всасывающих трубопроводах, приемных емкостях, ступенях компрессоров, нагнетательных трубопроводах). Под тройником следует понимать участок трубопровода, выполненный с возможностью объединения двух трубопроводов в один трубопровод или для разделения одного трубопровода на два трубопровода. Путем отказа от тройников, в рассчитанном температурном диапазоне, то есть при плюсовых температурах и низких минусовых температурах в рабочем режиме, могут быть снижены возникающие в трубах напряжения, поскольку отсутствует механическое крепление при помощи тройников. Соответственно, это не препятствует расширениям материалов, вызванным температурой.
В соответствии с другим вариантом выполнения первый участок первого всасывающего трубопровода и первый участок второго всасывающего трубопровода выполнены прямыми.
Предпочтительно первый участок всасывающего трубопровода в каждом случае расположен на одной линии со вторым участком всасывающего трубопровода.
В соответствии с другим вариантом выполнения технологическая установка выполнена симметричной относительно центральной оси теплообменника.
В частности, компрессорный узел выполнен зеркально симметричным относительно плоскости симметрии, проходящей через центральную ось. В результате получена крайне простая конструкция технологической установки. Кроме того, тем самым может быть устранен основной фактор, влияющий на неравномерное распределение между различными компрессорами.
В соответствии с другим вариантом выполнения компрессорный узел содержит группу компрессоров и группу всасывающих трубопроводов.
Например, компрессорный узел может содержать по меньшей мере три компрессора, первые участки всасывающих трубопроводов, приемные емкости и вторые участки всасывающих трубопроводов.
В соответствии с другим вариантом выполнения компрессоры и/или всасывающие трубопроводы расположены так, что они равномерно распределены вокруг теплообменника.
Например, компрессоры, первые участки всасывающих трубопроводов, приемные емкости и/или вторые участки всасывающих трубопроводов расположены на окружности, проходящей вокруг теплообменника. В частности, компрессоры, первые участки всасывающих трубопроводов, приемные емкости и/или вторые участки всасывающих трубопроводов расположены с равномерным распределением по окружному периметру теплообменника.
В соответствии с другим вариантом выполнения компрессоры и/или всасывающие трубопроводы расположены звездообразно.
Тем самым, компрессоры могут быть расположены максимально близко к теплообменнику, что, в свою очередь, может предотвращать потери давления. Это повышает КПД технологической установки или может уменьшать потребляемую мощность компрессора.
В соответствии с другим вариантом выполнения первые участки всасывающих трубопроводов равны по длине друг другу, причем вторые участки всасывающих трубопроводов равны по длине друг другу.
Тем самым, при работе технологической установки все компрессоры испытывают одинаковую нагрузку. Благодаря этому может быть надежно предотвращен повышенный износ или укороченный эксплуатационный ресурс любого из компрессоров. Соответственно, уменьшаются затраты на техническое обслуживание, и снижается до минимума опасность неустойчивой работы.
В соответствии с одним вариантом выполнения теплообменник представляет собой спиральный теплообменник.
В частности, теплообменник может представлять собой спирально-змеевиковый теплообменник. Спирально-змеевиковые теплообменники могут применяться во многих областях применения для обработки текучих сред. Данные теплообменники охватывают широкий диапазон температур и давлений и подходят как для однофазных, так и для двухфазных потоков. В змеевиковом теплообменнике вокруг сердечника может быть навита группа трубных слоев теплообменного аппарата, например, три трубных слоя, которые окружены оболочкой.
Кроме того, предложен способ производства сжиженного газа при помощи описанной технологической установки.
Другие возможные реализации предложенной технологической установки и/или способа содержат также явно не указанные комбинации признаков, описанных выше или далее в отношении предпочтительных вариантов выполнения. При этом для специалиста в данной области техники также будут очевидны дополнительные отдельные аспекты в виде улучшений или дополнений соответствующей основной формы предложенной технологической установки и/или предложенного способа.
Другие предпочтительные варианты выполнения и аспекты предложенных технологической установки и/или способа описаны в зависимых пунктах формулы изобретения, а также в описываемых далее предпочтительных вариантах выполнения предложенных технологической установки и/или способа. Кроме того, предложенные технологическая установка и/или способ описаны далее со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает схематичный вид в аксонометрии одного варианта выполнения предложенной технологической установки,
фиг. 2 изображает схематичный вид предложенной технологической установки, показанной на фиг.1,
фиг. 3 изображает схематичный вид другого варианта выполнения предложенной технологической установки и
фиг. 4 изображает вид с местным разрезом одного варианта выполнения теплообменника для технологической установки, показанной на фиг.1 или на фиг.3.
На прилагаемых чертежах одинаковым или выполняющим одинаковые функции элементам присвоены одни и те же номера позиции, если не указано иное.
На фиг. 1 изображен схематичный вид в аксонометрии одного варианта выполнения предложенной технологической установки 1. На фиг. 2 изображен схематичный вид предложенной технологической установки 1. Далее ссылка делается одновременно на фиг. 1 и 2.
Технологическая установка 1 может представлять собой технологическую установку для производства сжиженного газа (СПГ). Под СПГ следует понимать природный газ, сжиженный до температуры от минус 164°С до минус 161°С. Технологическая установка 1 содержит теплообменник 2. Теплообменник 2 может представлять собой так называемый змеевиковый или спиральный теплообменник 2. В этом случае вокруг сердечника навита группа трубных слоев теплообменного аппарата, например, три трубных слоя, которые окружены оболочкой. Теплообменник 2 может быть выполнен симметричным относительно оси вращения, то есть относительно оси М2 симметрии (центральной оси М2).
Технологическая установка 1 может содержать компрессорный узел 3. Компрессорный узел 3 содержит по меньшей мере первую сжимающую машину или компрессор 4 и вторую сжимающую машину или компрессор 5. Компрессорный узел 3 может также содержать по меньшей мере два компрессора 4, 5. Кроме того, компрессорный узел 3 содержит первый приемный сосуд или первую приемную емкость 6, предназначенную для первого компрессора 4, и второй приемный сосуд или вторую приемную емкость 7, предназначенную для второго компрессора 5. Первый компрессор 4 соединен с возможностью передачи текучей среды с теплообменником 2 при помощи первого всасывающего трубопровода 25, и второй компрессор 5 соединен с возможностью передачи текучей среды с теплообменником 2 при помощи второго всасывающего трубопровода 26.
Первая приемная емкость 6 соединена с возможностью передачи текучей среды с теплообменником 2 при помощи первого участка 8 первого всасывающего трубопровода 25. Вторая приемная емкость 7 соединена с возможностью передачи текучей среды с теплообменником 2 при помощи первого участка 9 второго всасывающего трубопровода 26. То есть, для каждого компрессора 4, 5 предусмотрен отдельный всасывающий трубопровод 25, 26 и отдельная приемная емкость 6, 7. В каждом случае, при помощи второго участка 10 первого всасывающего трубопровода 25 и второго участка 11 второго всасывающего трубопровода 26, компрессоры 4, 5 единены с возможностью передачи текучей среды с предназначенными для них приемными емкостями 6, 7. Всасывающие трубопроводы 25, 26 могут иметь диаметр, например, 40 дюймов (1 метр). Предпочтительно компрессорный узел 3 выполнен симметричным относительно центральной оси М2 и, в частности, зеркально симметричным относительно плоскости Е симметрии. При этом центральная ось М2 лежит в плоскости Е симметрии. Первые участки 8, 9 всасывающих трубопроводов и вторые участки 10, 11 всасывающих трубопроводов выполнены максимально прямыми, то есть без искривлений или изгибов.
В случае если выбранные компрессоры не могут обеспечить достаточную производительность по сжатию для покрытия полной производительности центрального теплообменника 2, количество компрессоров 4, 5 следует увеличить соответствующим образом. При этом вследствие того, что для каждого компрессора 4, 5 предназначен свой собственный всасывающий трубопровод 25, 26, можно отказаться от устройств, предназначенных для разделения и/или объединения потоков текучей среды, в частности, от тройников для объединения всасывающих трубопроводов 25, 26 за теплообменником 2 или, как упоминалось выше, для разделения всасывающих трубопроводов 25, 26 перед компрессорами 4, 5. Благодаря этому, на всасывающей стороне компрессоров 4, 5 могут быть предотвращены ненужные потери давления. Кроме того, вследствие отказа от тройников возможна очень гибкая прокладка всасывающих трубопроводов 25, 26, что при планировании монтажа всей установки обеспечит столь необходимые степени свободы при проектировании. Соответственно, компрессоры 4, 5 могут быть расположены очень близко к теплообменнику 2, поскольку не требуется установки каких-либо дорогостоящих колен для распределения тепловых напряжений. Кроме того, благодаря раздельной трассировке всасывающих трубопроводов 8, 9 длинные впускные и выпускные секции для измерения расхода могут быть встроены напрямую без необходимости укладки петель трубопровода, что позволит включить данные секции в ограниченные конструктивные рамки. Данная проблема актуальна, прежде всего, при увеличенных номинальных диаметрах всасывающих трубопроводов 25, 26, поскольку длины впускных и выпускных секций задают кратными поперечному сечению трубы.
Путем отказа от тройников во всасывающих трубопроводах 8, 9 в рассчитанном температурном диапазоне, то есть при плюсовых температурах в начальном состоянии и низких минусовых температурах в рабочем режиме, могут быть снижены возникающие в трубах напряжения, поскольку отсутствует механическое крепление при помощи тройников. Соответственно, это не препятствует расширениям и усадкам материалов, вызванным температурой. Как указано выше, при помощи компрессорного узла 3 на всасывающей стороне компрессоров 4, 5 могут быть предотвращены потери давления благодаря более гибкой и укороченной трубопроводной трассировке всасывающих трубопроводов 25, 26 и исключены тройники при слиянии и разделении нескольких потоков.
Путем снижения потерь давления на всасывающей стороне компрессоров 4, 5 может быть уменьшена потребляемая мощность компрессоров 4, 5, или может быть повышена производительность по сжижению установки СПГ. Это, с одной стороны, является прямым следствием исключения двух тройников, которые привели бы к ненужной динамической потере давления из-за поворота потока, а с другой - следствием возможности реализации укороченных длин труб при меньшем количестве колен во всасывающих трубопроводах 25, 26. Кроме того, в трубной обвязке всасывающих трубопроводов 25, 26 конструктивно обеспечена большая свобода при трассировке трубопроводов и распределении напряжений в трубах, особенно при увеличенных номинальных диаметрах.
На фиг. 3 изображен сильно упрощенный схематичный вид другого варианта выполнения технологической установки 1. Технологическая установка 1, показанная на фиг. 3, отличается от технологической установки 1, изображенной на фиг. 1 и 2, по существу тем, что компрессорный узел 3 содержит не два компрессора 4, 5, два всасывающих трубопровода 25, 26 и две приемные емкости 6, 7, а пять компрессоров 4, 5, 13, 14, 15, пять всасывающих трубопроводов 25-29 с первыми участками 8, 9, 19, 20, 21 и пять приемных емкостей 6, 7, 16, 17, 18, соединенных с возможностью передачи текучей среды, посредством пяти вторых участков 10, 11, 22, 23, 24, с компрессорами 4, 5, 13, 14, 15. Количество компрессоров 4, 5, 13, 14, 15 является произвольным, и может быть предусмотрено также наличие трех, шести, восьми или десяти компрессоров 4, 5, 13, 14, 15. В частности, приемные емкости 6, 7, 16, 17, 18 и/или компрессоры 4, 5, 13, 14, 15 расположены с равномерным распределением по окружному периметру теплообменника 2. Благодаря этому, предпочтительно получают симметричную конструкцию технологической установки 1, в которой все всасывающие трубопроводы 25-29 имеют одинаковую длину. В частности, технологическая установка 1 может при этом иметь звездообразную компоновку.
Компрессорный узел 3 и, в частности, обвязка всасывающих трубопроводов 25-29 может использоваться также для других конфигураций, имеющих общую начальную точку, таких как контейнер, колонна, реактор, теплообменный аппарат или другое подобное устройство, и в которых необходима симметричная трубная обвязка для работающих параллельно компрессоров.
На фиг. 4 изображен вид с местным разрезом одного варианта выполнения спирального теплообменника 2 для технологической установки 1. Теплообменник 2 содержит оболочку 30, в которой размещен сердечник 31. На сердечнике 31 намотана группа слоев 32 труб теплообменника, причем на фиг. 4 только один из слоев труб обозначен номером позиции. Смешанный хладагент (смесь хладагентов) подают в теплообменник 2 через трубопровод 33, после чего данный хладагент стекает вниз в направлении силы тяжести g, и при этом происходит испарение хладагента и охлаждение природного газа, проходящего через трубы 32 теплообменника. На фиг. 4 поток хладагента обозначен стрелками 34, 35. Через группу трубопроводов 36 или трубопровод 36 смешанный хладагент отводят и подают к компрессорам 4, 5. Природный газ, который на фиг. 4 обозначен стрелками 37, 38, проводят через теплообменник 2 против направления силы тяжести g. На фиг. 4 изображено стандартное исполнение спирального теплообменника, при этом отдельно не показан вариант с группой трубопроводов 36 на выпуске. Такие трубопроводы расположены по окружному периметру, чтобы можно было получить обеспечиваемые предложенным изобретением преимущества для присоединенных компрессорных станций.
Несмотря на то, что предложенное изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения, оно может быть модифицировано различным образом.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПОЗИЦОННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Технологическая установка
2 Теплообменник
3 Компрессорный узел
4 Компрессор
5 Компрессор
6 Приемная емкость
7 Приемная емкость
8 Участок всасывающего трубопровода
9 Участок всасывающего трубопровода
10 Участок всасывающего трубопровода
11 Участок всасывающего трубопровода
13 Компрессор
14 Компрессор
15 Компрессор
16 Приемная емкость
17 Приемная емкость
18 Приемная емкость
19 Участок всасывающего трубопровода
20 Участок всасывающего трубопровода
21 Участок всасывающего трубопровода
22 Участок всасывающего трубопровода
23 Участок всасывающего трубопровода
24 Участок всасывающего трубопровода
25 Всасывающий трубопровод
26 Всасывающий трубопровод
27 Всасывающий трубопровод
28 Всасывающий трубопровод
29 Всасывающий трубопровод
30 Оболочка
31 Сердечник
32 Труба теплообменника
33 Трубопровод для впуска текучей среды
34 Указатель направления впуска текучей среды
35 Указатель направления выпуска текучей среды
36 Трубопровод для выпуска текучей среды
37 Стрелка
38 Стрелка
Е Плоскость симметрии
g Направление силы тяжести
М2 Центральная ось