УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬЮ КОМПРИМИРОВАНИЯ ХЛАДАГЕНТА В ПРОЦЕССЕ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА
COOLING POWER CAPACITY CONTROL DURING NATURAL GAS LIQUEFACTION

Данное изобретение относится к управлению производством потока продукта сжиженного природного газа, получаемого путем отбора тепла от природного газа в основном теплообменнике, при этом природный газ проходит через один набор трубок, расположенных во внетрубной зоне основного теплообменника. В основном теплообменнике осуществляется косвенный тепловой обмен природного газа с расширенным тяжелым смешанным хладагентом и расширенным легким смешанным хладагентом. Тяжелый смешанный хладагент и легкий смешанный хладагент циркулируют в замкнутом цикле охлаждения, который включает в себя: внетрубную зону основного теплообменника, компрессор, охладитель, сепаратор, дополнительные наборы трубок в основном теплообменнике и два расширительных устройства, выходящих во внетрубную зону теплообменника, при этом тяжелый смешанный хладагент и легкий смешанный хладагент получают из сепаратора в виде сжиженного продукта и газообразного продукта, соответственно. Во внетрубной зоне основного теплообменника расширенный тяжелый смешанный хладагент и расширенный легкий смешанный хладагенты испаряются, отбирая тепло от природного газа, проходящего через один набор трубок, и от тяжелого и легкого смешанного хладагентов, проходящих в основном теплообменнике через два дополнительных набора трубок.
Основной теплообменник может быть выполнен в виде основного теплообменника с барабанной намоткой или основного теплообменника с плоскими ребрами. В описании и в формуле изобретения термин "внетрубная зона теплообменника" используется для обозначения холодной стороны основного теплообменника, а термины «трубка» и «пучок трубок» используется для обозначения горячей стороны основного теплообменника.
В известном уровне техники известны способы управления производством потока продукта сжиженного природного газа.
В соответствии с публикацией европейской заявки на патент № 893665 производится независимое управление скоростью потока продукта сжиженного природного газа и его температурой, а скорость потока всего смешанного хладагента представляет собой зависимую переменную. При этом отсутствуют средства для обеспечения обратной связи с оператором в режиме реального времени по вопросам, касающимся имеющейся мощности от газовой турбины относительно фактически потребляемой мощности. Вследствие этого максимальная доступная мощность турбин, с помощью которых осуществляется привод компрессоров, может быть не полностью использована.
В ЕР1281033 раскрыт способ управления производством потока продукта сжиженного природного газа, в котором осуществляют управление температурой потока продукта сжиженного природного газа и скоростью потока смешанного хладагента, таким образом, чтобы зависимой переменной была скорость потока продукта сжиженного природного газа.
В соответствии с ЕР1281033 предложен способ управления производством потока продукта сжиженного природного газа, получаемого путем отбора тепла от природного газа в теплообменнике, в котором природный газ находится в косвенном тепловом обмене с расширенным тяжелым смешанным хладагентом и расширенным легким смешанным хладагентом, содержащий этапы:
1) измерение температуры и скорости потока продукта сжиженного природного газа и измерение скорости потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента;
2) выбор скорости потока одного из хладагентов (тяжелого смешанного хладагента, легкого смешанного хладагента или всего смешанного хладагента) для получения установленного оператором заданного значения и создание первого выходного сигнала, предназначенного для регулировки скорости потока тяжелого смешанного хладагента, и второго выходного сигнала, предназначенного для регулировки скорости потока легкого смешанного хладагента, с использованием (i) установленного оператором заданного значения для скорости потока одного из хладагентов, (ii) скорости потока тяжелого и легкого смешанных хладагентов и (iii) установленного оператором заданного значения для отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента;
3) регулирование скорости потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента в соответствии с первым и вторым выходными сигналами;
4) определение зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока одного из хладагентов таким образом, чтобы температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживалась на заданном оператором установочном значении, и определение зависимого установочного значения скорости потока продукта сжиженного природного газа с использованием (i) зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока одного из хладагентов и (ii) скорости потока одного из хладагентов; и
5) поддерживание скорости потока продукта сжиженного природного газа на его зависимом установочном значении.
Эта схема управления требует от оператора ввода установочных значений для:
- температуры потока продукта сжиженного природного газа;
- скорости потока одного из: легкого, тяжелого или всего смешанного хладагента; и
- отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента.
Затем способ устанавливает скорости потока тяжелого и легкого смешанных хладагентов и вычисляет скорость потока продукта сжиженного природного газа, при котором может производиться поток продукта сжиженного природного газа с установочным значением для температуры СПГ.
Схема управления обеспечивает непрерывное максимальное использование доступной мощности для привода компрессоров в холодильном цикле, поскольку оператор может управлять скоростью потоков тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента.
Эта схема управления очень хорошо приспособлена для использования в процессах с двойной/двухконтурной схемой охлаждения со смешанным хладагентом (DMR) с использованием механических приводов для компрессорной линии хладагента, которые обеспечивают переменную мощность в течение года в зависимости от изменений температуры окружающей среды.
EP1281033 имеет тот недостаток, что оптимальное использование имеющейся мощности для привода компрессора (компрессоров) в цикле смешанного хладагента зависит от знания доступной мощности. EP1281033 полагается на бдительного оператора, который обладает знаниями об имеющейся мощности и навыками для трансформации этих знаний в эксплуатационные установочные значения для потока тяжелого и легкого смешанного хладагента и температуры СПГ. Для газовой турбины доступная максимальная мощность, которая может быть сгенерирована для привода компрессора (компрессоров), не является фиксированным значением, а изменяется в зависимости от нескольких условий эксплуатации, которые включают в себя, в частности, температуру окружающего воздуха.
Целью изобретения является обеспечение усовершенствованной схемы управления, которая позволяет более надежно оптимизировать доступную мощность для привода компрессора (компрессоров) в циклах смешанного хладагента.
В соответствии с одним аспектом предложен способ управления производством потока (31) продукта сжиженного природного газа, получаемого путем отбора тепла от природного газа в основном теплообменнике (2), в котором природный газ находится в косвенном тепловом обмене с расширенным тяжелым смешанным хладагентом и расширенным легким смешанным хладагентом,
при этом способ включает в себя циркуляцию тяжелого и легкого смешанного хладагента посредством холодильного цикла, а холодильный цикл содержит центробежный компрессор (15), приводимый в действие электрическим двигателем (16),
при этом способ включает в себя выполнение контура управления, который включает в себя:
а) определение зависимого установочного значения (95) для скорости потока (31) продукта сжиженного природного газа на основе заданных оператором установочных значений для (i) скорости потока одного из хладагентов (тяжелого смешанного хладагента (80), легкого смешанного хладагента (81) или всего смешанного хладагента), (ii) отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента и (iii) температуры потока (90) продукта сжиженного природного газа,
определение заданного оператором установочного значения (80) для скорости потока тяжелого смешанного хладагента (60а) и заданного оператором установочного значения (81) для скорости потока легкого смешанного хладагента (65),
при этом определение зависимого установочного значения для скорости потока продукта сжиженного природного газа включает в себя определение зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока одного из хладагентов, так что температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживается при заданном оператором установочном значении для температуры потока (90) продукта сжиженного природного газа,
поддержка скорости потока (31) продукта сжиженного природного газа при его зависимом установочном значении и поддержка скорости потока тяжелого смешанного хладагента (60а) и легкого смешанного хладагента (65) при заданных оператором установочных значениях (80, 81) для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента, соответственно,
при этом способ включает в себя выполнение контура управления переопределением, который содержит:
b) определение остаточной доступной величины мощности электрического двигателя путем определения фактической потребляемой мощности электрического двигателя и сравнения фактического потребления энергии с заранее определенной максимальной потребляемой мощностью электрического двигателя;
c) определение установочного значения (95’) переопределения для скорости потока сжиженного природного газа, если остаточная доступная мощность превышает заранее определенное пороговое значение;
d) вычисление установочного значения (80’) переопределения для скорости потока тяжелого смешанного хладагента и установочного значения (81’), переопределения для скорости потока легкого смешанного хладагента, связанного с установочным значением (95’), переопределения для скорости потока сжиженного природного газа для поддержания управляемого заданного установочного значения для температуры потока продукта сжиженного природного газа,
e) переопределение зависимого установочного значения (95) для скорости потока продукта сжиженного природного газа с установочным значением (95’) переопределения для скорости потока сжиженного природного газа и переопределение заданных оператором установочных значений (80, 81) для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента (80’, 81’) для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента соответственно.
Вышеописанный способ основан на понимании того, что в процессе сжижения с электрическим двигателем, то есть в процессе сжижения, в котором мощность для привода центробежного компрессора (компрессоров) в цикле смешанного хладагента обеспечивается электрическим двигателем, схема управления может быть дополнительно улучшена тем фактом, что электрический двигатель имеет фиксированную максимальную выходную мощность и текущую потребляемую мощность электрического двигателя можно определить относительно легко и точно. Таким образом, необходимость вмешательства оператора устраняется или по меньшей мере уменьшается.
Центробежные компрессоры работают в соответствии с определенной характеристикой отношения давления компрессора к объемному расходу, например, известной как характеристика компрессора. Отношение давления представляет собой отношение выходного давления к входному давлению, а объемный расход представляет собой объем потока, проходящего через всасывающий трубопровод центробежного компрессора.
Для центробежных компрессоров отношение давления существенно обратно пропорционально объемному расходу, конечно, только в рабочей зоне центробежного компрессора, как представлено характеристикой компрессора.
Установочные значения переопределения для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента выше, чем заданные оператором установочные значения для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента в случае наличия положительной остаточной мощности в электрических двигателях.
Фактическая потребляемая мощность электрического двигателя также зависит от отношения давления и скорости потока, но более значительно зависит от скорости потока, чем от отношения давления. В результате переопределения установочных значений для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента отношение давления, создаваемого центробежным компрессором, будет несколько меньше. Однако, поскольку влияние увеличенных скоростей потока больше на фактическую потребляемую мощность, фактическая потребляемая мощность электрического двигателя будет увеличиваться, а остаточная доступная мощность будет уменьшена.
Таким образом, в случае, если заданное остаточное значение полезной мощности электрического двигателя превышает заранее определенное пороговое значение (пороговое значение может быть нулевым), контур управления переопределением переопределяет зависимое установочное значение для скорости потока продукта сжиженного природного газа, определенного в (a). Это приводит к увеличению потоков хладагента (через отношение скорости потока продукта сжиженного природного газа к расходу одного из хладагентов, определенного в (а)) и, следовательно, приводит к тому, что центробежный компрессор производит дополнительную работу, тем самым приводя к тому, что остаточное доступное значение мощности электрического двигателя стремится к нулю.
Таким образом, исключается зависимость от оператора для того, чтобы знать доступную мощность и выполнять ручную настройку процесса для максимального использования.
Метод требует знания заранее определенной максимальной потребляемой мощности электрического двигателя в качестве входного сигнала. Заранее определенная максимальная потребляемая мощность может быть основана на спецификациях, предоставленных производителем или поставщиком электрического двигателя, или может быть значением, определенным оператором. Значение, определенное оператором, может быть, например, в процентах от заранее определенной максимальной потребляемой мощности на основе спецификаций, предоставленных производителем или поставщиком электрического двигателя, обычно 90%, 95%, 98% или 100%.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения этап а) дополнительно включает в себя:
a1) измерение температуры (50) потока (33) продукта сжиженного природного газа.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения этап b) дополнительно включает в себя:
a2) выбор скорости потока одного из хладагентов (тяжелого смешанного хладагента, легкого смешанного хладагента или всего смешанного хладагента) для получения установленного оператором заданного значения и создание первого выходного сигнала, предназначенного для регулировки скорости потока тяжелого смешанного хладагента, и второго выходного сигнала, предназначенного для регулировки скорости потока легкого смешанного хладагента, с использованием (i) установленного оператором заданного значения для скорости потока одного из хладагентов, (ii) скорости потока тяжелого и легкого смешанных хладагентов и (iii) установленного оператором заданного значения для отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента;
a3) регулирование скорости потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента в соответствии с первым и вторым выходными сигналами;
a4) определение зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока одного из хладагентов таким образом, чтобы температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживалась на заданном оператором установочном значении, и определение зависимого установочного значения скорости потока продукта сжиженного природного газа с использованием (i) зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока одного из хладагентов и (ii) скорости потока одного из хладагентов.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения определение фактической потребляемой мощности электрического двигателя включает в себя получение индикации фактического электрического тока (I), потребляемого электрическим двигателем (16).
Фактическая потребляемая мощность электрического двигателя может быть рассчитана на основе измерения электрического тока, потребляемого электрическим двигателем. Вычисление фактического потребления энергии от электрической цепи, потребляемой электрическим двигателем, может осуществляться любым подходящим известным способом и может включать в себя определение фактического электрического напряжения, подаваемого на электрический двигатель. Это позволяет использовать простой способ для расчета остаточной доступной мощности (RAP).
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения производство потока (31) продукта сжиженного природного газа включает в себя отбор тепла от природного газа в теплообменнике предварительного охлаждения, в котором природный газ находится в косвенном тепловом обмене с расширенным предварительно охлажденным хладагентом, для получения предварительно охлажденного потока природного газа,
при этом способ включает в себя циркуляцию предварительно охлажденного хладагента через холодильный цикл предварительного охлаждения, причем холодильный цикл предварительного охлаждения содержит центробежный компрессор центробежного предварительного охлаждения, приводимый в движение электрическим двигателем предварительного охлаждения,
при этом способ включает в себя подачу предварительно охлажденного потока природного газа в основной теплообменник, в котором природный газ находится в косвенном тепловом обмене с расширенным тяжелым смешанным хладагентом и расширенным легким смешанным хладагентом,
при этом контур управления переопределением дополнительно включает:
b1) определение значения остаточной доступной мощности предварительного охлаждения электрического двигателя предварительного охлаждения путем определения фактической потребляемой мощности электрического двигателя предварительного охлаждения и сравнения фактического потребления энергии с заранее определенной максимальной потребляемой мощностью электрического двигателя предварительного охлаждения;
b2) выбор наименьшего из следующего: значение остаточной доступной мощности предварительного охлаждения, и значение остаточной доступной мощности,
и продолжение выполнения этапов с) и d) на основе выбранного одного из следующего: значение остаточной доступной мощности предварительного охлаждения, и значение остаточной доступной мощности.
В этом случае контур управления переопределением учитывает остаточную доступную мощность различных центробежных компрессоров и предотвращает перегрузку более нагруженного центробежного компрессора путем определения зависимого установочного значения переопределения для скорости потока сжиженного природного газа на основе наименьшей остаточной доступной мощности.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения этап c) включает в себя выбор зависимого установочного значения переопределения для скорости потока сжиженного природного газа в соответствии с зависимым установочным значением для скорости потока продукта сжиженного природного газа согласно а), плюс заранее определенный размер шага.
Предпочтительно, заранее определенный размер шага выбирают в зависимости от остаточной доступной мощности, определенной на этапе (b). Заранее определенный размер шага может, например, быть функцией остаточной доступной мощности, или может быть доступна справочная таблица, в которой хранится множество значений остаточной доступной мощности и связанные размеры шага.
Предпочтительно, чем меньше остаточная доступная мощность, тем меньше заранее определенный размер шага. Это делается для того, чтобы предотвратить потребление энергии электрического двигателя от превышения заранее определенного максимального энергопотребления электрического двигателя.
Заранее определенный размер шага может быть выражен в процентах или в виде абсолютной величины, представляющей количество скорости потока (например, в литрах в секунду), которое должно быть добавлено к скорости потока продукта сжиженного природного газа.
Этапы (b), (c), (d) и (e) (см. ниже) могут повторяться и функционировать для уменьшения остаточной доступной мощности итерационным способом. Повторение этапов (b), (c), (d) и (e) может выполняться после заранее определенного временного интервала или после того, как было установлено, что ранее выполненный контур управления переопределением (этапы (b), (c), (d) и (e)) привел к стабилизированному рабочему состоянию.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения контур управления переопределением дополнительно содержит
f) после выполнения этапов b), c) d) и e) проведение мониторинга по меньшей мере одного из следующих параметров:
- значение остаточной доступной мощности электрического двигателя,
- фактическая потребляемая мощность электрического двигателя,
- скорость потока продукта сжиженного природного газа,
- скорость потока тяжелого смешанного хладагента,
- скорость потока легкого смешанного хладагента,
- температура потока продукта сжиженного природного газа,
и повторение этапов b), c), d) и e) после того, как контролируемые параметры стабильны.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения контур управления выполнен одним или несколькими контроллерами (C).
Контур управления может быть выполнен одним контроллером. В качестве альтернативы, этап (а) может выполняться первым контроллером, а этапы (b) - (f) могут выполняться вторым контроллером переопределения.
Контроллер (C) может быть выполнен как компьютер. Контроллер может содержать блок обработки, блок запоминающего устройства и блок ввода/вывода, при этом блок обработки выполнен с возможностью считывать и записывать данные и команды из блока запоминающего устройства и в блок запоминающего устройства, а также принимать и передавать данные и команды через блок ввода/вывода от частей установки для производства потока сжиженного природного газа и в такие части. Блок запоминающего устройства может содержать команды, считываемые и исполняемые блоком обработки, чтобы предоставить контроллеру функциональные возможности для выполнения контура управления.
В соответствии с дополнительным аспектом предлагается система для производства потока (31) продукта сжиженного природного газа, содержащая основной теплообменник (2), предназначенный для отбора тепла от природного газа путем косвенного теплового обмена с расширенным тяжелым смешанным хладагентом и расширенным легким смешанным хладагентом, при этом система содержит холодильный цикл, предназначенный для циркуляции тяжелого и легкого смешанного хладагента, причем холодильный цикл включает в себя основной теплообменник (2) и центробежный компрессор (15), приводимый в действие электрическим двигателем (16), при этом система содержит контроллер (С), предназначенный для выполнения любого из способов, описанных выше.
Далее данное изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые графические материалы, при этом:
на фиг. 1 схематично показана технологическая схема установки для сжижения, предусмотренная в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 2 схематически показано альтернативное управление; и
на фиг. 3 схематично показан альтернативный вариант осуществления изобретения.
Рассмотрим теперь фиг. 1. Установка для сжижения природного газа содержит основной теплообменник 2, содержащий внетрубную зону 5. Основной теплообменник 2 также может упоминаться как основной криогенный теплообменник 2. Во внетрубной зоне расположены три пучка 7, 10 и 11 трубок. Установка дополнительно содержит центробежный компрессор 15, приводимый в действие подходящим электрическим двигателем или электрическим приводом 16, охладитель 18 для хладагента и сепаратор 20.
При нормальной работе природный газ подают под давлением сжижения через трубопровод 30 в первый пучок 7 трубок основного теплообменника 2. Это также можно назвать потоком 30 природного газа.
Поток 30 природного газа может быть потоком 30 предварительно охлажденного природного газа, который предварительно охлаждается в теплообменнике предварительного охлаждения, как будет дополнительно описано со ссылкой на фиг. 3.
Природный газ, проходящий по первому пучку 7 трубок, охлаждается, сжижается и дополнительно охлаждается. Дополнительно охлажденный сжиженный природный газ выходит из основного теплообменника 2 через трубопровод 31. Трубопровод 31 содержит расширительное устройство в виде клапана 33 управления потоком (в случае необходимости, перед ним установлена расширительная турбина, не показана) для управления скоростью потока продукта сжиженного природного газа и для обеспечения возможности накопления потока продукта сжиженного природного газа приблизительно при атмосферном давлении.
Смешанный хладагент, используемый для отбора тепла от природного газа в основном теплообменнике 2, циркулирует через замкнутый цикл охлаждения. Замкнутый цикл охлаждения содержит: внетрубную зону 5 основного теплообменника 2, трубопровод 40, центробежный компрессор 15, трубопровод 41, охладитель 18 установленный в трубопроводе 41, сепаратор 20, трубопроводы 42 и 43, два пучка 10, 11 трубок в основном теплообменнике 2, и трубопроводы 44 и 45, выходящие во внетрубную зону 5. Трубопроводы 44 и 45 снабжены расширительными устройствами в виде клапанов 46 и 47 управления потоком. Перед клапанами 46 и 47 управления потоком, в случае необходимости, может быть установлена расширительная турбина, не показана.
Газообразный хладагент, который проходит от внетрубной зоны 5 основного теплообменника 2, сжимают с помощью центробежного компрессора 15 до высокого давления. В охладителе 18 производится отбор тепла, образовавшегося при сжатии, и смешанный хладагент частично конденсируется. Охлаждение и частичная конденсация смешанного хладагента также может осуществляться более чем в одном основном теплообменнике. В сепараторе 20 смешанный хладагент разделяют на тяжелый смешанный хладагент и легкий смешанный хладагент, которые представляют собой сжиженный продукт и газообразный продукт, соответственно.
Тяжелый смешанный хладагент проходит через трубопровод 42 во второй пучок 10 трубок, в котором он дополнительно охлаждается. Легкий смешанный хладагент проходит через трубопровод 43 в третий пучок трубок, в котором он сжижается и дополнительно охлаждается.
Дополнительно охлажденный тяжелый смешанный хладагент и легкий смешанный хладагент проходят через клапаны 46 и 47 управления потоком во внетрубную зону 5 теплообменника, где они испаряются при низком давлении, для отбора тепла от природного газа в первом пучке 7 трубок и от хладагентов, проходящих через дополнительные пучки 10 и 11 трубок.
В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения производство потока продукта сжиженного природного газа управляется следующим образом (в соответствии с описанным выше этапом (а)).
Прежде всего, измеряют температуру и скорость потока продукта сжиженного природного газа, проходящего через трубопровод 31. Сигнал измерения температуры, обозначенный ссылочным номером 50, поступает в контроллер 52 температуры. Сигнал измерения скорости потока, обозначенный ссылочным номером 55, поступает в первый контроллер 56 скорости потока.
Кроме того, измеряют скорости потоков тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента, проходящих через трубопроводы 44 и 45, соответственно. Сигналы измерения скорости потока тяжелого смешанного хладагента, обозначенные позициями 60а, 60b и 60с, поступают во второй контроллер 61 скорости потока, в первый контроллер 62 отношения потока и во второй контроллер 63 отношения потока, соответственно. Сигнал измерения скорости потока легкого смешанного хладагента, обозначенный ссылочным номером 65, поступает в третий контроллер 66 скорости потока.
Следующий этап включает в себя управление скоростью потока хладагентов. Вначале выбирают скорость потока одного из хладагентов (тяжелого смешанного хладагента, легкого смешанного хладагента или всего смешанного хладагента) для достижения заданного оператором установочного значения. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 1, выбирают тяжелый смешанный хладагент так, чтобы он имел заданное оператором установочное значение, которое представляет собой сигнал задания установочного значения, обозначенный ссылочным номером 80, который поступает во второй контроллер 61 скорости потока.
Скорость потока тяжелого смешанного хладагента управляется с использованием (i) заданного оператором установочного значения 80 для скорости потока тяжелого смешанного хладагента и (ii) измеренной скорости 60а потока тяжелого смешанного хладагента.
Разность между измеренной скоростью потока 60а тяжелого смешанного хладагента и заданного для нее оператором установочного значения 80 приводит к тому, что второй контроллер 61 скорости потока генерирует выходной сигнал 84, на основании которого осуществляется регулирование положения клапана 46 скорости потока. Регулирование выполняется таким образом, чтобы абсолютное значение разности находилось на уровне ниже заранее определенной нормы.
Скорость потока легкого смешанного хладагента управляется с использованием (i) измеренных скоростей 60b и 65 потока тяжелого и легкого смешанных хладагентов и (ii) заданного оператором установочного значения 81 для отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента.
Первый контроллер 62 отношения потока делит измеренную скорость 60b потока тяжелого смешанного хладагента на заданное оператором установочное значение 81 отношения скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента для генерирования выходного сигнала 85, который представляет собой зависимое установочное значение для третьего контроллера 66 скорости потока. Затем на основе разности между измеренной скоростью 65 потока легкого смешанного хладагента и ее зависимым установочным значением 85 третий контроллер 66 скорости потока генерирует второй выходной сигнал 86, в соответствии с которым регулируют положение клапана 47 скорости потока. Регулирование выполняется таким образом, чтобы абсолютное значение разности находилось на уровне ниже заранее определенной нормы. В альтернативном варианте осуществления изобретения (не представлен) на основе разности между отношением измеренной скорости 60b потока тяжелого смешанного хладагента к измеренной скорости 65 потока легкого смешанного хладагента и заданном оператором установочном значении 81 для этого отношения, первый контроллер 62 отношения потока генерирует выходной сигнал 85, то есть зависимое установочное значение для третьего контроллера 66 скорости потока. Затем на основе разности между измеренной скоростью 65 потока легкого смешанного хладагента и ее зависимым установочным значением 85, третий контроллер 66 скорости потока генерирует второй выходной сигнал 86, в соответствии с которым регулируют положение клапана 47 скорости потока. Регулирование выполняется таким образом, чтобы абсолютное значение разности находилось на уровне ниже заранее определенной нормы.
Таким образом, осуществляют управление скоростью потока тяжелого смешанного хладагента и скоростью потока легкого смешанного хладагента.
Во-вторых, осуществляют управление температурой потока продукта сжиженного природного газа. С этой целью зависимое установочное значение для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока одного из хладагентов (в данном случае тяжелого смешанного хладагента) определяется таким образом, чтобы температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживалась на заданном оператором установочном значении. Заданное оператором установочное значение для температуры потока продукта сжиженного природного газа представляет собой сигнал установочного значения, обозначенный ссылочным номером 90, который поступает на контроллер 52 температуры.
На основе разности между температурой 50 потока продукта сжиженного природного газа и ее заданным оператором установочным значении 90, контроллер 52 температуры генерирует выходной сигнал, который представляет собой зависимое установочное значение 91 для второго контроллера 63 отношения потока. Используя измеренную скорость 60с потока тяжелого смешанного хладагента, второй контроллер 63 отношения потока генерирует выходной сигнал 95, который является зависимым установочным значением для скорости потока продукта сжиженного природного газа. На основе разности между измеренной скоростью 55 потока продукта сжиженного природного газа и ее зависимым установочным значением 95, первый контроллер 56 скорости потока генерирует выходной сигнал 96, на основе которого регулируется положение клапана 33 управления потоком. Регулирование выполняется таким образом, чтобы абсолютное значение разности находилось на уровне ниже заранее определенной нормы.
При этом скорость потока продукта сжиженного природного газа управляется таким образом, чтобы температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживалась на заданном оператором установочном значении.
Существует два альтернативных варианта управления скоростью потока хладагентов. В первом альтернативном варианте для заданного оператором установочного значения выбирают скорость потока легкого смешанного хладагента. Затем, согласно способу, генерируют второй выходной сигнал, предназначенный для регулировки скорости потока легкого смешанного хладагента с использованием заданного оператором установочного значения для скорости потока легкого смешанного хладагента, и генерируют первый выходной сигнал для регулировки скорости потока тяжелого смешанного хладагента, используя: (i) измеренные скорости потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента, и (ii) заданное оператором установочное значение для отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента.
Во втором альтернативном варианте для заданного оператором установочного значения выбирают скорость потока всего смешанного хладагента. Затем, согласно способу, генерируют первый выходной сигнал для регулировки скорости потока тяжелого смешанного хладагента и второй выходной сигнал для регулировки скорости потока легкого смешанного хладагента, используя: (i) заданное оператором установочное значение для скорости потока всего смешанного хладагента, (ii) измеренные значения скоростей потока тяжелого и легкого смешанных хладагентов, и (iii) заданное оператором установочное значение для отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента.
Существует несколько альтернативных вариантов управления температурой потока продукта сжиженного природного газа. В первом альтернативном варианте зависимое установочное значение для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока легкого смешанного хладагента определяется таким образом, чтобы температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживалась на заданном оператором установочном значении. Затем, согласно способу, определяют зависимое установочное значение для скорости потока продукта сжиженного природного газа с использованием (i) зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока легкого смешанного хладагента, и (ii) измеренной скорости потока легкого смешанного хладагента.
Во втором альтернативном варианте зависимое установочное значение для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока всего смешанного хладагента определяют таким образом, чтобы температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживалась на заданном оператором установочном значении. Затем способ включает в себя определение зависимого установочного значения для скорости потока продукта сжиженного природного газа с использованием (i) зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока всего смешанного хладагента и (ii) значения измеренной скорости потока всего смешанного хладагента.
Рассмотрим фиг. 2, на которой представлен дополнительный альтернативный вариант. Части, показанные на фиг. 2 и идентичные частям, показанным на фиг. 1, обозначены одинаковыми ссылочными номерами. В этом альтернативном варианте осуществления изобретения не определяют отношение скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока тяжелого смешанного хладагента для управления температурой, но существует заданное оператором установочное значение 96, которое представляет собой сигнал установочного значения, подаваемый на третий контроллер 97 отношения. Третий контроллер 97 отношения генерирует первый выходной сигнал 98 с использованием (i) заданного оператором установочного значения 96 для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока тяжелого смешанного хладагента и (ii) измеренной скорости 60с потока тяжелого смешанного хладагента. Контроллер 52 температуры генерирует второй выходной сигнал 91 с использованием заданного оператором установочного значения 90 для температуры и измеренной температуры 50. Каждый из выходных сигналов перемножают на отдельный весовой коэффициент, а затем взвешенные сигналы складывают в сумматоре 99 для получения зависимого установочного значения 95 для скорости потока продукта сжиженного природного газа.
В качестве альтернативы используется скорость потока легкого смешанного хладагента или скорость потока всего смешанного хладагента.
Использование, как отношения, так и температуры для управления скоростью потока продукта сжиженного природного газа, является в особенности предпочтительным при невысокой точности измерения скорости потока. Когда не обеспечивается высокая точность измерения сигнала скорости потока, весовой коэффициент для первого выходного сигнала 98 может иметь низкое значение.
Установка для сжижения снабжена средствами (не показаны) для измерения или определения фактической потребляемой мощности электрического двигателя 16. Определение фактической потребляемой мощности также включает в себя определение параметра, который формирует индикацию фактической потребляемой мощности.
В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 1, первый контроллер 62 отношения потока управляет зависимым установочным значением 85 третьего контроллера 66 скорости потока с использованием измеренной скорости потока тяжелого смешанного хладагента и заданного оператором установочного значения 80, для получения отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента. В качестве альтернативы, это отношение представляет собой соотношение отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока всего смешанного хладагента или отношение скорости потока легкого смешанного хладагента к скорости потока всего смешанного хладагента.
В приведенном выше описании со ссылкой на фиг. 1 показан способ управления производством потока (31) продукта сжиженного природного газа, получаемого путем отбора тепла от природного газа в основном теплообменнике (2), в котором природный газ находится в косвенном тепловом обмене с расширенным тяжелым смешанным хладагентом и расширенным легким смешанным хладагентом. Способ включает в себя циркуляцию тяжелого и легкого смешанного хладагента посредством холодильного цикла, причем холодильный цикл включает в себя центробежный компрессор (15), приводимый в действие электрическим двигателем (16).
Способ включает в себя выполнение контура управления, который содержит:
а) определение зависимого установочного значения (95) для скорости потока (31) продукта сжиженного природного газа на основе заданных оператором установочных значений для (i) скорости потока одного из хладагентов (тяжелого смешанного хладагента (80), легкого смешанного хладагента (81) или всего смешанного хладагента), (ii) отношения скорости потока тяжелого смешанного хладагента к скорости потока легкого смешанного хладагента, и (iii) температуры потока (90) продукта сжиженного природного газа,
определение заданного оператором установочного значения (80) для скорости потока тяжелого смешанного хладагента (60а) и заданного оператором установочного значения (81) для скорости потока легкого смешанного хладагента (65),
при этом определение зависимого установочного значения для скорости потока продукта сжиженного природного газа включает в себя определение зависимого установочного значения для отношения скорости потока продукта сжиженного природного газа к скорости потока одного из хладагентов, так что температура потока продукта сжиженного природного газа поддерживается при заданном оператором установочном значении для температуры потока (90) продукта сжиженного природного газа,
поддержка скорости потока (31) продукта сжиженного природного газа при его зависимом установочном значении и поддержка скорости потока тяжелого смешанного хладагента (60а) и легкого смешанного хладагента (65) при заданных оператором установочных значениях (80, 81) для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента и легкого смешанного хладагента, соответственно.
Далее, со ссылкой на фиг. 1, будет более подробно описан контур управления переопределением. На фиг. 1 схематически изображен контроллер C, который может использоваться для выполнения контура управления переопределением, возможно, в дополнение к выполнению этапа (a).
Как схематично изображено на фиг. 1, электрический двигатель 16 запитан электричеством через электрическое соединение 161.
Контроллер С принимает результаты измерения электрического тока I, подаваемого на электрический двигатель 16, и определяет фактическую потребляемую мощность электрического двигателя 16 на основе измеренного электрического тока.
Затем контроллер определяет значение остаточной доступной мощности электрического двигателя 16 путем сравнения, в частности, вычитания фактического потребления энергии из заранее определенного максимального потребления мощности электрического двигателя 16 (этап (b)).
Значение остаточной доступной мощности может быть выражено в процентах от заранее определенного максимального потребления мощности. В соответствии с примером, значение остаточной доступной мощности может составлять 4%, что означает, что используется 96% заранее определенного максимального потребления мощности.
На следующем этапе (этап (с)) значение остаточной доступной мощности сравнивается с заранее определенным пороговым значением. Пороговое значение может составлять 0%, но также может быть установлено на положительное значение, близкое к 0%. Это делается для предотвращения небольших временных колебаний фактического потребления энергии, которые могут инициировать цикл переопределения.
Если значение остаточной доступной мощности превышает заранее определенное пороговое значение, для скорости потока сжиженного природного газа, устанавливается установочное значение 95’ переопределения.
Установочное значение 95’ переопределения для скорости потока сжиженного природного газа может быть, например, установлено путем увеличения зависимого установочного значения для скорости потока 95 сжиженного природного газа согласно а), на заранее определенный размер шага.
Затем контроллер (C) вычисляет установочное значение 80’ переопределения для скорости потока тяжелого смешанного хладагента и установочное значение 81’ переопределения для легкого смешанного хладагента, связанного с установочным значением 95’ переопределения для скорости потока сжиженного природного газа для поддержания управляемого заданного установочного значения для температуры потока продукта сжиженного природного газа.
Затем на этапе (e) установочные значения переопределения 80’, 81’, 95’ используются для переопределения:
- зависимого установочного значения 95 для скорости потока продукта сжиженного природного газа с установочным значением 95’ переопределения для скорости потока сжиженного природного газа;
- заданного оператором установочного значения 80 для скоростей потока тяжелого смешанного хладагента с установочным значением 80’ переопределения для скорости потока тяжелого смешанного хладагента, и
- заданного оператором установочного значения 81 для скоростей потока легкого смешанного хладагента с установочным значением 81’ переопределения для скорости потока легкого смешанного хладагента.
Переопределение различных установочных значений с соответствующим установочным значением переопределения может выполняться различными подходящими способами. В качестве примера на фиг. 1 показаны переключатели 180, 181, 195 переопределения, которые расположены так, чтобы обеспечивать передачу в установочные значения (80, 81, 95) пока не обеспечено установочное значение (80’, 81’, 95’) переопределения. Однако могут быть предложены альтернативные способы выполнения фактического переопределения. В частности, когда контроллер С также выполнен с возможностью выполнения контура управления согласно этапу (а), переопределение может просто выполняться внутри контроллера С.
На фиг. 2 также показано установочное значение 95’ переопределения для скорости потока сжиженного природного газа.
На фиг. 3 дополнительно показана аналогичная технологическая схема аналогичной установки для сжижения, которая теперь дополнительно содержит (закрытый) холодильный цикл 100 предварительного охлаждения.
Холодильный цикл 100 предварительного охлаждения содержит теплообменник 102 предварительного охлаждения, в котором поток 29 подачи природного газа находится в косвенном тепловом обмене с расширенным предварительно охлажденным хладагентом для получения предварительно охлажденного потока 30 природного газа. Предварительно охлажденный поток 30 природного газа проходит в основной теплообменник 2 по трубопроводу 30, как описано выше со ссылкой на фиг. 1.
Предварительно охлажденный хладагент может представлять собой, например, пропан или смешанный хладагент.
Теплообменник 102 предварительного охлаждения показан как одинарный теплообменник, но следует понимать, что на практике теплообменник 102 предварительного охлаждения может быть образован одним или несколькими теплообменниками, расположенными последовательно и/или параллельно. Теплообменник 102 предварительного охлаждения может также содержать охладитель 18 (хладагента), как описано выше со ссылкой на фиг. 1.
Холодильный цикл 100 предварительного охлаждения содержит замкнутый контур хладагента, содержащий: теплообменник 102 предварительного охлаждения, трубопровод 112, центробежный компрессор 103 предварительного охлаждения, трубопровод 113, конденсатор 104 предварительного охлаждения, трубопровод 114, клапаны 105 управления потоком предварительного охлаждения (необязательно им предшествует расширительная турбина (не показана)) и трубопровод 115.
При использовании хладагент предварительного охлаждения циркулирует в цикле предварительного охлаждения хладагента. Центробежный компрессор 103 предварительного охлаждения приводится в движение электрическим двигателем 116 предварительного охлаждения.
При использовании поток 29 подачи природного газа проходит через теплообменник 102 предварительного охлаждения для получения предварительно охлажденного потока 30 природного газа, который подается в основной теплообменник, в котором природный газ находится в косвенном тепловом обмене с расширенным тяжелым смешанным хладагентом и расширенным легким смешанным хладагентом.
В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения контур управления переопределением дополнительно включает:
b1) определение значения остаточной доступной мощности предварительного охлаждения электрического двигателя 116 предварительного охлаждения путем определения фактической потребляемой мощности электрического двигателя 116 предварительного охлаждения и сравнения фактического потребления энергии с заранее определенной максимальной потребляемой мощностью электрического двигателя предварительного охлаждения, и
b2) выбор наименьшего из следующего: значение остаточной доступной мощности предварительного охлаждения, и значение остаточной доступной мощности,
и продолжение выполнения этапов с) и d) на основе выбранного одного из следующего: значение остаточной доступной мощности предварительного охлаждения, и значение остаточной доступной мощности.
Определение значения остаточной доступной мощности предварительного охлаждения электрического двигателя 116 предварительного охлаждения может быть выполнено таким же образом, как определение значения остаточной доступной мощности электрического двигателя 16, как описано со ссылкой на фиг. 1.
Целесообразно, чтобы установка для сжижения дополнительно снабжалась контуром управления переопределением предотвращения энергоперегрузки, который выполнен с возможностью измерения мощности, подаваемой электрическим двигателем 116, и, необязательно, электрическим двигателем 116 предварительного охлаждения, при этом контур управления переопределением превышения тока может переопределять контур управления (этап (а) и контур управления переопределением (этапы (b) - (f)), описанные выше, если мощность, подаваемая электрическим двигателем 16 или, необязательно, электрическим двигателем 116 предварительного охлаждения достигла заданного максимального значения. Переопределение предотвращения перегрузки по току гарантирует, что заданное оператором установочное значение 80 для скорости потока тяжелого смешанного хладагента больше не может быть увеличено, а заданное установочное значение для скорости потока сжиженного природного газа контура управления переопределением больше не может быть увеличено.
В качестве альтернативы, когда легкий смешанный хладагент или весь смешанный хладагент имеет заданное оператором установочное значение, приспособления выполнены с возможностью переопределения одного из последних установочных значений.
Специалист в данной области техники легко поймет, что множество модификаций можно осуществить не выходя за границы объема данного изобретения. Например, когда используется слово «этап» или «этапы», то понятно, что это делается не для обозначения конкретного порядка. Этапы могут применяться в любом подходящем порядке, в том числе могут применяться одновременно.