專利名稱：冷卻烴物流的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻烴物流的方法及其設(shè)備。這種要冷卻的烴物流的重要實例是天然氣物流。冷卻可以包括使烴物流液化以產(chǎn)生液化烴物流，在要冷卻的烴物流是天然氣物流的情況下，液化烴物流為液化天然氣(LNG) 物流。
背景技術(shù)：
天然氣是有用的燃料來源，并且是各種碳?xì)浠衔锏膩碓础３鲇谠S多原因，人們通常希望在位于天然氣物流源處或附近的液化天然氣(LNG)工廠對天然氣進行液化。舉例來說，天然氣在液態(tài)下能夠比氣態(tài)更為容易地進行儲存和長距離運輸，因為它體積小并且無需在高壓下儲存。通常，主要包括甲烷的天然氣在高壓下進入液化天然氣廠，并且進行預(yù)處理以產(chǎn)生適于在深冷溫度下液化的純凈進料物流。凈化氣體利用熱交換器通過多個冷卻階段進行處理，從而逐漸降低氣體溫度，直到完成液化。液化天然氣隨后能夠進一步冷卻和膨脹到適于儲存和運輸?shù)淖罱K大氣壓力。除了甲烷之外，天然氣通常包括一些重質(zhì)烴類和雜質(zhì)，包括但不限于二氧化碳、 硫、硫化氫及其它硫化合物、氮氣、氦、水、其它非烴酸性氣體、乙烷、丙烷、丁烷、C5+烴和芳香族烴。這些或其它任意公知或已知的重質(zhì)烴類和雜質(zhì)會阻礙或妨礙通常已知的液化甲烷的方法，尤其是最經(jīng)濟有效的液化甲烷的方法。最知名或最提倡的使烴類液化，特別是使天然氣液化的方法是基于在液化處理之前盡可能降低至少大部分重質(zhì)烴類和雜質(zhì)的水平。重于甲烷以及通常乙烷的烴類典型地從天然氣物流中以天然氣液態(tài)產(chǎn)物(NGLs) 冷凝和回收。甲烷通常在高壓洗滌塔中與天然氣液態(tài)產(chǎn)物分離，并且天然氣液態(tài)產(chǎn)物隨后在多個專用蒸餾塔中分餾以產(chǎn)生有用的烴類產(chǎn)品，如作為產(chǎn)品流本身或者供液化使用，例如作為制冷劑的組分。同時，來自洗滌塔的甲烷隨后進行液化以提供液化天然氣。美國專利申請No. 2003/0046953公開了一種控制液化天然氣生產(chǎn)的方法，其允許連續(xù)最大程度地利用可用功率驅(qū)動制冷循環(huán)，因為操作人員可以操控制冷劑之一的流量的設(shè)定值以及重混合制冷劑與輕混合制冷劑的流量比。上述方法不能防止熱交換器過冷到低于其最低溫度極限或者不能避免溫度降低過快所引起的熱交換器的過大機械應(yīng)力(熱沖擊)。發(fā)生這種情況時，熱交換器會產(chǎn)生泄漏。本發(fā)明試圖解決與烴物流冷卻相關(guān)的這個及其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了一種在熱交換器中使烴物流冷卻的方法，至少包括步驟(a)提供烴物流；
(b)使烴物流在第一熱交換器中與具有制冷劑物流流量的至少一個制冷劑物流進行熱交換，從而提供具有烴物流流量的烴物流和至少一個返回制冷劑物流；(c)給制冷劑物流流量輸入第一設(shè)定值；和(d)調(diào)節(jié)制冷劑物流流量和烴物流流量，直到達(dá)到設(shè)定值，其中(1)如果第一設(shè)定值大于制冷劑物流流量，則烴物流流量在制冷劑物流流量增大之前增大；(2)如果第一設(shè)定值小于制冷劑物流流量，則制冷劑物流流量在烴物流流量減小之前減?。缓?3)如果烴物流流量減小，則制冷劑物流流量減小。在第二方面，本發(fā)明提供了一種用于操作熱交換器的設(shè)備，至少包括第一熱交換器，具有用于烴物流的第一進口和用于冷卻烴物流的第一出口，用于至少一個制冷劑物流的第二進口和用于返回制冷劑物流的第二出口 ；制冷劑流量控制器，其測量與至少一個制冷劑物流的制冷劑物流流量成比例的信號以提供傳送給高選擇器的制冷劑流量信號，所述制冷劑流量控制器操作制冷劑閥以控制制冷劑物流的流量；烴流量控制器，其測量與烴物流的烴物流流量成比例的信號以提供傳送給低選擇器的烴流量信號，所述烴流量控制器操作烴物流閥以控制烴物流的流量；流量設(shè)定裝置，其輸入設(shè)定值以提供傳送給低選擇器和高選擇器的設(shè)定值信號；所述低選擇器將設(shè)定值信號和烴物流流量信號中的最小值傳送給制冷劑流量控制器；和所述高選擇器將設(shè)定值信號和制冷劑物流流量信號中的最大值傳送給烴物流流量控制器。


現(xiàn)在將參考非限制性附圖僅以舉例方式對本發(fā)明的實施例和實例進行描述，其中圖1示意性地顯示了用于冷卻烴物流的設(shè)備的流程圖，所述設(shè)備設(shè)置有用于執(zhí)行本發(fā)明實施例的裝置；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的冷卻烴物流的方法的控制原理圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的冷卻烴物流的方法的控制原理圖。
具體實施例方式如這里所描述的那樣，通過按照下列方式調(diào)節(jié)制冷劑物流流量和烴物流流量直到達(dá)到設(shè)定值可以防止熱交換器過冷(1)如果第一設(shè)定值大于制冷劑物流流量，則烴物流流量在制冷劑物流流量增大之前增大；(2)如果第一設(shè)定值小于制冷劑物流流量，則制冷劑物流流量在烴物流流量減小之前減??；和(3)如果烴物流流量減小，則制冷劑物流流量減小。
這樣，可以確保在烴物流中始終有足夠的烴接收來自制冷劑物流中的制冷劑的低溫，從而防止熱交換器過冷。優(yōu)選地，這些步驟例如在完全自動化控制系統(tǒng)中自動執(zhí)行，即，在第一設(shè)定值提供之后沒有或只有最低程度的人為干預(yù)。圖1顯示了用于冷卻(優(yōu)選地液化)烴物流45的設(shè)備。烴物流可以是要進行冷卻的任何適當(dāng)?shù)臍怏w物流，但是通常為從天然氣或石油儲層獲得的天然氣物流。可替換地， 天然氣物流還可以從另一來源獲得，同樣包括例如費-托法的人工合成來源。通常，天然氣物流基本上由甲烷組成。優(yōu)選地，烴進料物流包括至少60% (摩爾比)甲烷，更優(yōu)選地，至少80% (摩爾比)甲烷。根據(jù)來源，天然氣可以包含不同數(shù)量的比甲烷更重的烴類，例如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，以及一些芳香族烴。天然氣還可以包含非烴類，例如，H2O, N2, CO2, H2S及其它含硫化合物等。如果必要的話，含有天然氣的烴物流可以在使用之前進行預(yù)處理。該預(yù)處理可以包括去除例如(X)2和H2S的不希望組分或者其它步驟，如預(yù)冷卻、預(yù)加壓等。因為這些步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再對其進行進一步討論。除甲烷之外，天然氣含有不同數(shù)量的乙烷、丙烷和重質(zhì)烴類。組分根據(jù)氣體類型和位置而變。出于一些原因，重于甲烷的烴類通常從天然氣中去除到各種程度，例如就凍結(jié)溫度高于甲烷液化溫度的C5+烴而言，可能導(dǎo)致它們阻塞甲烷液化站的一部分?？梢允褂胏2_4 烴作為液化石油氣(LPG)的來源。因此，烴物流45是指已經(jīng)進行部分、充分或完全處理以減少和/或去除一種或更多種化合物或物質(zhì)(包括但不限于硫、硫化合物、二氧化碳、水和C2+烴)的組分。如果烴物流45包括天然氣，它可以進行預(yù)處理以分離出各種重質(zhì)烴類和雜質(zhì)，例如二氧化碳、氮氣、氦、水、硫以及包括但不限于酸性氣體的硫化合物。烴物流45可以在預(yù)冷卻階段進行預(yù)冷卻以降低烴物流的溫度。在預(yù)冷卻階段進行冷卻為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。預(yù)冷卻可以是液化處理的一部分或者是單獨的處理。冷卻烴進料物流以提供烴物流45可以包括將進料物流的溫度降低到0°C以下，例如為-10°C 到-70°C以提供冷卻的初始烴流。冷卻的烴進料物流可以流到諸如一凝析油穩(wěn)定塔的分離器，其通常以本領(lǐng)域已知的方式在環(huán)境壓力以上運轉(zhuǎn)。凝析油穩(wěn)定塔提供塔頂餾出的混合烴物流(優(yōu)選地具有低于 0°c的溫度)和重凝析油物流。與冷卻的烴進料物流相比，塔頂餾出的混合烴物流是富甲烷物流。當(dāng)在此使用時，術(shù)語〃混合烴物流〃是指這樣的物流，其包括甲烷(C1)和至少5% (摩爾比)的一種或更多種選自乙烷(C2)、丙烷(C3)、丁烷(C4)和C5+烴的烴類。典型地，甲烷在混合烴物流8中的比例為30-50% (摩爾比)，重要部分為乙烷和丙烷，例如均為5-10% (摩爾比)。在天然氣液態(tài)產(chǎn)物回收中，人們希望回收混合烴物流中的甲烷以進一步冷卻，例如液化天然氣廠中的液化，并且提供至少C2+物流，可選地，提供C2物流、C3物流、C4物流和 C5+物流中的一種或更多種?；旌蠠N物流的至少一部分，通常全部都流入天然氣液態(tài)產(chǎn)物回收系統(tǒng)中。天然氣液態(tài)產(chǎn)物回收系統(tǒng)通常包括一個或更多個例如蒸餾塔的氣/液分離器以通常在低壓，例如 20巴到35巴下將混合烴物流分離成至少C1物流和一個或更多個C2+物流。適當(dāng)?shù)牡谝粴?/液分離器的實例為"脫甲烷塔"，其用于提供富含甲烷的塔頂餾出物流，和位于底部或附近的一個或更多個富含C2+烴的液體物流。當(dāng)混合烴物流8通常由高壓40巴到70巴原始烴流提供時，它在第一氣/液分離器之前需要膨脹，例如用于降低溫度。第一氣/液分離器適于分離液相和汽相，從而提供C1塔頂餾出物流(作為隨后使用的烴物流4 和C2+塔底流出物流。C1塔頂餾出物流(其是烴物流4 仍然可以包括少量(< 10 % (摩爾比))C2+烴，但是優(yōu)選地包括> 80 % (摩爾比)，更優(yōu)選地> 95 % (摩爾比)的甲烷。C2+塔底流出物流50可以包括>90%或>95% (摩爾比)的乙烷和重質(zhì)烴類，并且隨后能夠以天然氣液態(tài)產(chǎn)物物流領(lǐng)域已知的方式進行餾分或者以其它方式使用。圖1顯示了用于冷卻(優(yōu)選地液化)烴物流，例如天然氣的流程圖。烴物流45流過具有第一熱交換器50的主要冷卻階段1以提供冷卻的，優(yōu)選地液化烴物流55，其可以是液化天然氣。主要冷卻階段1包括至少一個(優(yōu)選地，低溫)第一熱交換器50。第一熱交換器 50可以是板式和翅式或者管殼式熱交換器，更優(yōu)選地為釜式熱交換器。第一熱交換器50具有殼側(cè)(shell side)51。在殼側(cè)可以布置三個管束53、57、59。主要冷卻階段1還包括制冷劑回路100，其包括制冷壓縮機110、適當(dāng)?shù)闹评鋭?qū)動器120、制冷劑冷卻器130和分離器 140。對于主要冷卻階段1中的烴物流45和制冷劑物流來說存在多種布置方式。這種布置方式在本領(lǐng)域已知。這些可以包括一個或更多個熱交換器50，可選擇地處于不同的壓力等級，并且可選擇地位于例如所示低溫?fù)Q熱器的一個容器內(nèi)。在圖1所示實施例中，烴物流45在第一管束52中流過第一熱交換器50。第一熱交換器50使烴物流45的溫度降低以提供冷卻的，優(yōu)選地液化烴物流55，例如液化天然氣物流，其溫度為_90°C左右或以下，優(yōu)選地低于-120°C。液化烴物流55可以流到膨脹裝置，例如作為流量控制閥的冷卻烴物流閥60，其有選擇地放在膨脹渦輪(未顯示)之后，以控制冷卻烴物流55的流量。冷卻烴物流閥60可以降低冷卻烴物流陽的壓力，例如允許在大約大氣壓力下儲存液化天然氣物流。在第一熱交換器50中使用至少一個制冷劑物流145b、18 去除烴物流45的熱量。制冷劑(優(yōu)選地為混合制冷劑)在制冷劑回路100中循環(huán)。圖1顯示了閉式制冷劑循環(huán)。在本發(fā)明的一個實施例中，用于制冷劑回路100的混合制冷劑包括> 30% (摩爾比)的選自乙烷和乙烯的化合物或其混合物；和>30% (摩爾比)的選自丙烷和丙烯的化合物或其混合物。通常，第二制冷劑可以是包括兩種或更多種氮氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、戊烷等的組分的任何適當(dāng)?shù)幕旌衔?。氣態(tài)制冷劑從第一熱交換器50的殼側(cè)51抽出作為返回制冷劑物流105。它通過制冷壓縮機110進行壓縮以提供壓縮制冷劑物流115。制冷壓縮機110由適當(dāng)?shù)闹评鋲嚎s機驅(qū)動器120驅(qū)動。
壓縮制冷劑物流115流到冷卻器130，例如空氣冷卻器，在該冷卻器中，壓縮熱連同在第一熱交換器50中吸收的熱量一起去除，混合制冷劑因此能夠部分地凝結(jié)以提供冷卻壓縮制冷劑物流135。壓縮制冷劑物流115的冷卻和部分冷凝也可以在多個熱交換器之
一中進行。冷卻壓縮制冷劑物流135流向分離器140，其將冷卻壓縮制冷劑物流135分離成一個或更多個部分。圖1顯示了冷卻壓縮制冷劑物流135分成兩個部分，即輸入制冷劑物流 143和第二輸入制冷劑物流147。優(yōu)選地，分離器140將冷卻壓縮制冷劑物流135分離成塔底流出重混合制冷劑(HMR) 143和塔頂餾出輕混合制冷劑(LMR) 147。如果分離器140是氣 /液分離器，重混合制冷劑餾分可以是液體產(chǎn)物，而輕混合制冷劑餾分可以是氣體產(chǎn)品。輸入制冷劑物流143 (其可以是第一混合制冷劑或重混合制冷劑)在使其過冷的第二管束57中流過第一熱交換器50。輸入第二制冷劑物流147 (其可以是第二混合制冷劑或輕混合制冷劑)在使其液化和過冷的第三管束59中流過第一熱交換器50。所述第一混合制冷劑或重混合制冷劑以冷卻制冷劑物流145流出第二管束57。冷卻制冷劑物流145在制冷劑膨脹器150中膨脹以提供膨脹制冷劑物流145a。制冷劑膨脹器 150可以由適當(dāng)?shù)闹评鋭┡蛎浧黩?qū)動器160驅(qū)動。膨脹制冷劑物流14 可以流過制冷劑閥 170 (其可以控制膨脹制冷劑物流14 的流量)以提供制冷劑物流14 (其為受控物流)。 制冷劑物流14 經(jīng)由第二進口 176流向第一熱交換器50的殼側(cè)51以冷卻第一管束53中的烴物流45。類似地，第二混合制冷劑或輕混合制冷劑以冷卻的第二制冷劑物流185流出第三管束59。冷卻的第二制冷劑物流185在第二制冷劑膨脹器190中膨脹以提供膨脹的第二制冷劑物流18fe。第二制冷劑膨脹器190可以由適當(dāng)?shù)牡诙评鋭┡蛎浧黩?qū)動器200驅(qū)動。 膨脹的第二制冷劑物流18 可以流過第二制冷劑閥210(其可以控制膨脹的冷卻第二制冷劑物流18 的流量)以提供第二制冷劑物流18 (其為受控物流)。第二制冷劑物流18 經(jīng)由第三進口 216流向第一熱交換器50的殼側(cè)51以冷卻第一管束53中的烴物流45。按照下列方式控制冷卻所述烴物流45的方法與制冷劑物流14 的流量對應(yīng)的制冷劑物流流量FRl通過制冷劑流量控制器 FCl (340)進行測量。圖1顯示了放置為測量冷卻的制冷劑物流145的流量FRl的制冷劑流量控制器340。然而，制冷劑流量控制器340可以設(shè)置成測量物流143、145、14fe、145b中任意一個的流量，只要流量控制器340提供與流入第一熱交換器50的殼側(cè)51中冷卻所述烴物流45的制冷劑的流量FRl (例如經(jīng)由第二進口 176流向第一熱交換器50的殼側(cè)51以冷卻所述烴物流45的制冷劑物流14 的流量FRl)成比例的信號即可。烴流量控制器FC2 (350)測量與冷卻的烴物流55的流量相對應(yīng)的烴物流流量FR2。 圖1顯示了放置成測量冷卻的烴物流55的流量FR2的冷卻烴流量控制器350。然而，烴流量控制器350可以定位成測量烴物流45或者任意其它烴物流的流量FR2，只要流量控制器 350提供與流過第一熱交換器50的烴物流的流量FR2成比例的信號即可。流量測量可以由本領(lǐng)域已知的各種適當(dāng)?shù)脑O(shè)備、單元或裝置完成。非限制實例包括孔板、文丘里管、流量噴嘴、可變截面流量計、導(dǎo)洞(Pilot tubes)、量熱計、渦輪流量計、 科里奧利(coriolis)流量計、超聲波多普勒流量計和渦流流量計。流量控制器還控制用于調(diào)節(jié)物流流量的裝置的操作，所述裝置優(yōu)選地為閥，例如氣動閥、液壓閥或電動閥。選擇用于制冷劑物流流量FRl的第一設(shè)定值SPl并將其輸入給流量設(shè)定裝置 HC (300)。根據(jù)制冷劑物流流量FRl設(shè)置的第一設(shè)定值SPl對應(yīng)于來自第一熱交換器50的冷卻的烴物流55的希望輸出值，所述冷卻的烴物流優(yōu)選地為液化天然氣流。當(dāng)制冷劑供應(yīng)的冷卻量超出要冷卻的烴所需的冷卻量時，第一熱交換器50會發(fā)生過冷。為了避免第一熱交換器50過冷，根據(jù)下列交叉限制(cross-limiting)控制方法調(diào)節(jié)制冷劑物流流量FRl和烴物流流量FR2。在用于制冷劑物流流量的第一設(shè)定值SPl大于測量到的制冷劑物流流量FRl的情況下，即，當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器50的冷卻烴輸出量增大時，則烴物流流量FR2在制冷劑物流流量 FRl增大之前增大。只要制冷劑物流的流量FRl隨著烴物流的流量FR2增大而增大，就能夠避免第一熱交換器50的過冷。然而，增大烴物流的流量FR2和增大制冷劑物流的流量FRl之間的任意時間段應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)時間盡可能短，從而避免烴物流過冷。在用于制冷劑物流流量的第一設(shè)定值SPl小于測量到的制冷劑物流流量FRl的情況下，即，當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器50的冷卻烴輸出量減小時，則制冷劑流量FRl在烴物流流量FR2 減小之前減小。只要烴物流的流量FR2隨著制冷劑物流的流量FRl減小而減小，就能夠避免第一熱交換器50的過冷。然而，減小制冷劑物流流量FRl和減小烴物流流量FR2之間的任意時間段應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)時間盡可能短，從而避免烴物流過冷。在烴物流流量FR2減小的情況下，例如在冷卻的烴物流55的使用者退出操作或者烴物流45的供應(yīng)商退出操作的起鉆期間，制冷劑物流流量FRl也應(yīng)當(dāng)減小。優(yōu)選地，制冷劑物流流量FRl與烴物流流量FR2按比例地調(diào)節(jié)，使得冷卻的烴物流 55保持恒溫。制冷劑流量控制器340能夠通過操作制冷劑物流閥170控制制冷劑物流的流量 FRl。在可替換實施例(未顯示)中，制冷劑物流的流量FRl可以通過存在于物流143或 145任意一個中的控制閥而受到控制，只要控制閥影響流入第一熱交換器50的殼側(cè)51中的制冷劑的流量即可。類似地，所述冷卻烴的流量控制器FC2能夠通過操作冷卻烴閥60控制冷卻的烴物流55的流量(從而控制烴物流45的流量)。在可替換實施例(未顯示)中，冷卻的烴物流 55可以通過存在于烴物流45中的控制閥進行控制。從圖1所示系統(tǒng)可以看出，任何第二制冷劑物流的流量FR3也必須受到控制。圖 1顯示了第二制冷劑流量控制器FC3(360)，其操作第二制冷劑流量閥210以便控制第二制冷劑物流18 的流量FR3。第二制冷劑流量閥210所示為在第二制冷劑膨脹器190后面， 但是可以位于另一第二制冷劑物流例如147或185中，只要能夠控制第二制冷劑流入第一熱交換器50的殼側(cè)51的流量即可。相對于制冷劑物流的流量FRl (與其成比例地)調(diào)節(jié)第二制冷劑物流18 的流量 FR3。可以使用制冷劑控制器330根據(jù)提供給第一制冷劑物流流量控制器FCl的指令調(diào)節(jié)第二制冷劑流量閥210的位置。第二制冷劑流量控制器FC3測量第二制冷劑流量FR3，從而確保系統(tǒng)給第一熱交換器50提供正確的冷卻量。
在這里所述方法中使用的交叉限制控制系統(tǒng)可以是自動的。圖1顯示了分別操作流量控制閥170、60、210的流量控制器FCl (340)、FC2 (350)和FC3 (360)。用于第一制冷劑物流流量(FRl)的第一設(shè)定值SPl輸入給流量設(shè)定裝置HC (300)。流量設(shè)定裝置300接收第一設(shè)定值SPl的輸入并且將其傳送給低選擇器310和高選擇器320。低選擇器310接收來自冷卻的烴物流流量控制器350的作為信號的冷卻的烴物流流量。高選擇器320接收來自制冷劑物流流量控制器FCl的作為信號的制冷劑物流流量。現(xiàn)在將參考圖2更詳細(xì)地描述高選擇器320、低選擇器310的性質(zhì)和操作。圖2顯示了如這里描述的烴冷卻方法的控制原理圖。圖1所示的主要冷卻階段1能夠與本實施例一起使用。為簡單起見，圖2只顯示了圖1中的冷卻的烴物流55和相應(yīng)的控制閥60、冷卻的制冷劑物流45、制冷壓縮機150、壓縮制冷劑物流145a、控制閥170和制冷劑物流145b。 然而，還可以具有圖1的附加特征。用于制冷劑物流流量FRl的第一設(shè)定值SPl輸入給流量設(shè)定裝置HC(300)，該流量設(shè)定裝置生成輸送給低選擇器310和高選擇器320的設(shè)定值信號SPS。制冷劑流量控制器340生成與制冷劑物流14 的流量FRl成比例的制冷劑流量信號FS1。制冷劑流量信號FSl傳送給高選擇器320。高選擇器320還接收來自流量設(shè)定裝置300的第一設(shè)定值信號SPS。制冷劑流量控制器340操作制冷劑物流閥170以控制制冷劑物流14 的流量。烴流量控制器350生成與冷卻的烴物流55的流量FR2成比例的烴流量信號FS2。 烴流量信號FS2傳送給低選擇器310。低選擇器310還接收來自流量設(shè)定裝置300的第一設(shè)定值信號SPS。冷卻烴流量控制器350操作冷卻烴物流閥60以控制冷卻的烴物流55的流量。低選擇器310被編程處理以將設(shè)定值信號SPS和烴流量信號FS2中的最小值傳送給第一制冷劑流量控制器340。這樣，第一設(shè)定值信號SPS的增大只導(dǎo)致制冷劑物流的流量 FRl在烴物流流量FR2已經(jīng)增大之后增大。高選擇器320被編程處理以使設(shè)定值信號SPS和制冷劑流量信號FSl中的最大值傳送給烴流量控制器350。這樣，設(shè)定值信號SPS的減小只導(dǎo)致烴物流的流量FR2在制冷劑物流的流量FRl已經(jīng)減小之后減小。因此，本申請?zhí)峁┝死鋮s所述烴物流的方法，其中，在烴物流的流量FR2和制冷劑物流的流量FRl之間存在交叉限制控制，從而避免第一熱交換器50過冷。圖3顯示了如這里描述的烴冷卻方法的控制原理圖，其中，可以通過調(diào)節(jié)制冷劑物流14 (例如重混合制冷劑)的流量FIU與冷卻的烴物流55的流量FR2的比率保持冷卻的烴物流55的溫度TC2。顯而易見的是，在圖1和2所示實施例中，沒有調(diào)節(jié)該比率的裝置，因此其保持固定。冷卻的烴物流55設(shè)置有溫度控制器TC2 (370)。溫度控制器370測量冷卻的烴物流陽的溫度并且傳送與該溫度成比例的信號TS2。冷卻的烴物流TC2的溫度可以通過給溫度控制器370提供溫度設(shè)定值TSP進行調(diào)節(jié)。通過減小冷卻的烴物流55相對于制冷劑物流流量FRl的流量FR2，可以降低冷卻的烴物流55的溫度TC2。類似地，通過增大冷卻的烴物流55相對于恒定制冷劑物流流量FRl的流量FR2，可以提高冷卻的烴物流55的溫度TC2。
來自溫度控制器370的信號TS2可以調(diào)整從高選擇器320到冷卻烴物流控制器 FC2的信號，從而與未調(diào)信號相比增大或減小冷卻的烴物流55的流量。然而，對從冷卻烴物流流量控制器FC2到低選擇器310的信號進行的調(diào)整與對來自高選擇器320的信號進行的調(diào)整相反，使得到達(dá)低選擇器310的冷卻烴物流流量信號FS2對應(yīng)于來自烴流量控制器 FC2的信號，這會在未被冷卻的烴物流溫度控制器TC2調(diào)制的情況下發(fā)生。這樣，低選擇器 310的操作，以及制冷劑流量控制器FCl的操作不受冷卻的烴物流溫度控制器TC2的影響。圖3顯示了來自溫度控制器370的信號TS2可以調(diào)制來自高選擇器320的信號的一種方式。該系統(tǒng)具有冷卻的烴物流(LNG)與制冷劑物流(HMR)的給定流量比，其提供具有指定溫度的冷卻烴物流陽。該比率在圖3中顯示為(LNG/m )。為了能夠調(diào)節(jié)冷卻的烴物流55的溫度，冷卻的烴物流55與制冷劑物流的流量比必須相對于給定比率進行改變。 可以使用源于來自溫度控制器370的信號TS2的參數(shù)b對來自高選擇器320的信號進行標(biāo)定。例如，可以根據(jù)源于來自高選擇器320的信號的參數(shù)a、冷卻烴流量LNG與制冷劑流量HMR之比(即(LNG/m ))以及由源于來自溫度控制器370的信號的參數(shù)b確定的比例系數(shù)(b/100)來確定源于提供給烴流量控制器350的信號的參數(shù)C。當(dāng)參數(shù)b超過100 時，例如當(dāng)參數(shù)b為大于100到150時，提供給烴流量控制器350的信號的參數(shù)c將增大。類似地，可以根據(jù)源于來自烴流量控制器350的信號的參數(shù)d、制冷劑流量HMR與冷卻烴流量LNG之比(即(HMR/LNG))以及由源于來自溫度控制器370的信號的參數(shù)b確定的比例系數(shù)(b/100)的倒數(shù)即(100/b)來確定源于提供給低選擇器310的信號的參數(shù)e。第二制冷劑物流FR3的流量可以與制冷劑物流的流量FRl成比例地變化，從而保持制冷劑與第二制冷劑之比，例如HMR與LMR之比。在進一步的實施例中，圖3顯示了制冷劑旁通物流225，其從制冷劑膨脹器150繞過。制冷劑旁通物流225由制冷劑旁通閥230 控制以提供受控的制冷劑旁通物流22fe。受控的制冷劑旁通物流22 可以與制冷劑物流 145b混合以提供混合制冷劑物流M5。制冷劑旁通閥230可以由來自制冷劑流量控制器 340的信號操作以使冷卻的制冷劑物流145能夠從制冷劑膨脹器150繞過。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地認(rèn)識到，本發(fā)明在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下可以在許多方面進行改變。
權(quán)利要求
1.一種使烴物流在熱交換器中冷卻的方法，至少包括如下步驟(a)提供烴物流；(b)使烴物流在第一熱交換器中與具有制冷劑物流流量的至少一個制冷劑物流進行熱交換，從而提供具有烴物流流量的冷卻的烴物流，以及至少一個返回制冷劑物流；(c)給制冷劑物流流量輸入第一設(shè)定值；和(d)調(diào)節(jié)制冷劑物流流量和烴物流流量直到達(dá)到所述設(shè)定值，其中(dl)如果第一設(shè)定值大于制冷劑物流流量，則烴物流流量在制冷劑物流流量增大之前增大；(d2)如果第一設(shè)定值小于制冷劑物流流量，則制冷劑物流流量在烴物流流量減小之前減?。缓?d3)如果烴物流流量減小，則制冷劑物流流量減小。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(d)中的調(diào)節(jié)制冷劑物流流量和烴物流流量是自動完成的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，比率[制冷劑物流流量]/[烴物流流量]在步驟(d)期間保持在預(yù)定水平或以下。
4.如在先任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中制冷劑物流流量由生成傳送給高選擇器的制冷劑流量信號的制冷劑流量控制器測量， 所述制冷劑流量控制器操作制冷劑物流閥以控制制冷劑物流的流量；烴物流流量由生成傳送給低選擇器的烴流量信號的烴流量控制器測量，所述烴流量控制器操作烴物流閥以控制烴物流的流量；第一設(shè)定值輸入給生成設(shè)定值信號的流量設(shè)定裝置，所述設(shè)定值信號傳送給低選擇器和高選擇器；低選擇器將所述設(shè)定值信號和烴流量信號中的最小值傳送給制冷劑流量控制器；和高選擇器將所述設(shè)定值信號和制冷劑流量信號中的最大值傳送給冷卻的烴物流流量控制器。
5.如在先任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中，制冷劑物流選自重混合制冷劑物流和輕混合制冷劑物流，優(yōu)選地為重混合制冷劑物流。
6.如在先任意一項權(quán)利要求所述的方法，進一步包括，在步驟(b)中，使烴物流與具有第二制冷劑物流流量的第二制冷劑物流在第一熱交換器中進行熱交換。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，第二制冷劑物流流量與制冷劑物流流量成比例地確定。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，進一步包括第二制冷劑流量控制器，其操作第二制冷劑物流閥以改變第二制冷劑物流的流量；和制冷劑控制器，其接收來自低選擇器的設(shè)定值信號和冷卻烴流量信號中的最小值，并且通過將制冷劑控制器信號傳送給第二制冷劑流量控制器而調(diào)節(jié)第二制冷劑物流相對于制冷劑物流流量的流量。
9.如權(quán)利要求6-8中任意一項所述的方法，其中，第二制冷劑物流在制冷劑物流是重混合制冷劑物流時為輕混合制冷劑物流，或者第二制冷劑物流在制冷劑物流是輕混合制冷劑物流時為重混合制冷劑物流。
10.如在先任意一項權(quán)利要求所述的方法，還包括如下步驟(i)在第一熱交換器中冷卻輸入制冷劑物流以提供冷卻的制冷劑物流；( )使所述冷卻的制冷劑物流在制冷劑膨脹器中膨脹以提供膨脹的制冷劑物流；(iii)使所述膨脹的制冷劑物流流過制冷劑閥以提供制冷劑物流；和(iv)使制冷劑物流流向第一熱交換器的第二進口。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括如下步驟(ν)使返回制冷劑物流流向制冷壓縮機以提供壓縮的制冷劑物流；(vi)使壓縮的制冷劑物流在冷卻器中冷卻以提供冷卻的壓縮制冷劑物流；和(vii)使冷卻的壓縮制冷劑物流在分離器中分離以提供至少一個輸入制冷劑物流。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使冷卻的壓縮制冷劑物流在步驟(vii)中分離還產(chǎn)生第二輸入制冷劑物流，該方法還包括如下步驟(viii)使第二輸入制冷劑物流在第一熱交換器中冷卻以提供冷卻的第二制冷劑物流；( χ)使冷卻的第二制冷劑物流在第二制冷劑膨脹器中膨脹以提供膨脹的第二制冷劑物流；(χ)使膨脹的第二制冷劑物流流過第二制冷劑閥以提供第二制冷劑物流；和 (Xi)使該第二制冷劑物流流向第一熱交換器的第三進口。
13.如在先任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中，烴物流是天然氣物流，冷卻的烴物流是液化天然氣物流。
14.用于操作熱交換器的設(shè)備，至少包括第一熱交換器，具有用于烴物流的第一進口和用于冷卻的烴物流的第一出口 ；用于至少一個制冷劑物流的至少一個第二進口和用于返回制冷劑物流的第二出口 ；制冷劑流量控制器，其測量與至少一個制冷劑物流的制冷劑物流流量成比例的信號以提供傳送給高選擇器的制冷劑流量信號，所述制冷劑流量控制器操作制冷劑閥以控制制冷劑物流的流量；冷卻的烴物流流量控制器，其測量與冷卻的烴物流的流量成比例的信號以提供傳送給低選擇器的冷卻的烴物流流量信號，所述冷卻的烴物流流量控制器操作冷卻烴物流閥以控制冷卻的烴物流的流量；流量設(shè)定裝置，其輸入設(shè)定值以提供傳送給低選擇器和高選擇器的設(shè)定值信號； 所述低選擇器將所述設(shè)定值信號和冷卻的烴物流流量信號中的最小值傳送給制冷劑流量控制器；和所述高選擇器將所述設(shè)定值信號和制冷劑物流流量信號中的最大值傳送給冷卻烴流量控制器。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括用于第一熱交換器中的第二制冷劑物流的第三進口；第二制冷劑流量控制器，其操作第二制冷劑物流閥以改變第二制冷劑物流的流量；和制冷劑控制器，其接收來自低選擇器的所述設(shè)定值信號和冷卻烴流量信號中的最小值，并且通過將制冷劑控制器信號傳送給第二制冷劑流量控制器來調(diào)節(jié)第二制冷劑物流相對于制冷劑物流流量的流量。
全文摘要
在冷卻烴物流的方法和設(shè)備中，要冷卻的烴物流(45)在第一熱交換器(50)中與具有第一制冷劑物流流量(FR1)的至少一個制冷劑物流(145b、185b)進行熱交換，從而提供具有冷卻的烴物流流量(FR2)的冷卻的烴物流(55)，和至少一個返回制冷劑物流(105)。第一制冷劑物流流量(FR1)和冷卻的烴物流流量(FR2)按照下列方式調(diào)節(jié)，直到達(dá)到用于第一制冷劑物流流量(FR1)的輸入第一設(shè)定值(SP1)。如果第一設(shè)定值(SP1)大于第一制冷劑物流流量(FR1)，則冷卻的烴物流流量(FR2)在第一制冷劑物流流量(FR1)增大之前增大；如果第一設(shè)定值(SP1)小于第一制冷劑物流流量(FR1)，則第一制冷劑物流流量(FR1)在冷卻的烴物流流量(FR2)減小之前減??；以及如果冷卻的烴物流流量(FR2)減小，則第一制冷劑物流流量(FR1)減小。
文檔編號F25J1/02GK102265104SQ200980136524
公開日2011年11月30日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者F·J·范迪克, P·T·阿勒斯 申請人:國際殼牌研究有限公司