Способ и устройство для регулирования компрессора для хладагента и их использование в способе охлаждения потока углеводородов

Авторы патента:


Способ и устройство для регулирования компрессора для хладагента и их использование в способе охлаждения потока углеводородов
Способ и устройство для регулирования компрессора для хладагента и их использование в способе охлаждения потока углеводородов
Способ и устройство для регулирования компрессора для хладагента и их использование в способе охлаждения потока углеводородов
Способ и устройство для регулирования компрессора для хладагента и их использование в способе охлаждения потока углеводородов

 

F25B1/053 - Холодильные машины, установки или системы; комбинированные системы для нагрева и охлаждения; системы с тепловыми насосами (теплопередающие, теплообменные или теплоаккумулирующие материалы, например хладагенты, или материалы для получения тепла или холода посредством химических реакций иных, чем горение, C09K 5/00; насосы, компрессоры F04; применение тепловых насосов для отопления жилых и других зданий или для горячего водоснабжения F24D; кондиционирование, увлажнение воздуха F24F; нагреватели текучей среды с тепловыми насосами F24H)

Владельцы патента RU 2490565:

ШЕЛЛ ИНТЕРНЭШНЛ РИСЕРЧ МААТСХАППИЙ Б.В. (NL)

Способ регулирования одного или большего числа компрессоров (12), используемых для сжатия одного или большего количества газовых потоков (10) при нормальной рабочей температуре. По меньшей мере, один компрессор (12) для хладагента снабжен трубопроводом (30) для рециркуляции пара. Исходный поток (10а) для компрессора получают в результате объединения рециркуляционного потока (30) пара из трубопровода (30) для рециркуляции пара и, по меньшей мере, частично испаренного потока (8) хладагента. Исходный поток (10а) для компрессора пропускают через входной сепаратор (11) для получения газового потока (10) для компрессора, который пропускают через компрессор (компрессоры) (12) для хладагента. Определяют входную температуру Т1 газового потока (10) для компрессора, и охлаждение потока хладагента регулируют в зависимости от температуры Т1 для получения газового потока (10) для компрессора при нормальной рабочей температуре, по меньшей мере, одного компрессора (12) для хладагента. Использование изобретения позволит независимо регулировать температуру исходного потока, поступающего в компрессор. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для регулирования компрессора, предназначенного для сжатия хладагента, и к их использованию в способе охлаждения потока углеводородов.

В других аспектах изобретение относится к использованию указанных способа и устройства для того, чтобы избежать явления помпажа в таком компрессоре для хладагента.

Компрессор (компрессоры) для хладагента может быть использован в одном или большем числе контуров с хладагентом, служащих для охлаждения, по усмотрению, включающего сжижение, потока углеводородов, например, потока природного газа. Поэтому согласно другому аспекту изобретение относится к способу охлаждения, по усмотрению включающего сжижение потока углеводородов.

Известны различные способы охлаждения, обычно сжижения, потока природного газа с получением в результате сжиженного природного газа (СПГ). Сжижение природного газа желательно по ряду причин. К примеру, природный газ легче хранить и транспортировать на большие расстояния в виде жидкости, чем в газообразном состоянии, поскольку он занимает меньший объем, и нет необходимости хранить его при высоком давлении.

В качестве примера сжижения природного газа природный газ, содержащий главным образом метан, поступает на СПГ-установку при повышенных давлениях, и его предварительно очищают для получения очищенного исходного сырьевого потока, подходящего для сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывают с помощью ряда ступеней охлаждения, использующих теплообменники, включающих один или большее количество контуров с хладагентом для последовательного снижения температуры газа до тех пор, пока не будет достигнуто сжижение.

Во многих случаях, системах и схемах для сжатия потоков газа используют компрессоры. Обычно имеется трубопроводная линия для возращения или рециркуляции паров обратно в компрессор для того, чтобы избежать помпажа. Говорят, что компрессор находится «в глубоком помпаже», когда основной проходящий через компрессор поток меняет направление своего течения на противоположное. Обычно, в этом случае давление на выходе компрессора меньше, чем давление ниже по потоку от выхода компрессора. Это может привести к быстрым пульсациям в потоке, которые обычно называют «помпажом».

Часто признаками помпажа являются чрезмерные вибрация и шум. Указанное реверсирование направления потока сопровождается весьма резким изменением энергии, что приводит к изменению направления действия осевого усилия. Процесс помпажа может быть циклическим по природе, и если позволить ему продолжаться некоторое время, в компрессоре может произойти невосстановимое повреждение.

В том случае, если компрессор функционирует при температуре газов, соответствующей окружающей, или в других некритических условиях, рециркуляция выходящего газа через трубопровод для рециркуляции паров с тем, чтобы избежать помпажа, является простой и общеизвестной операцией, проводимой без затруднений. При этом какое-либо изменение температуры потока в компрессоре не является особо важным.

При использовании компрессоров в контурах с хладагентом существуют, в частности, связанные с ними проблемы, в особенности, когда компрессоры приводятся в действие посредством приводов с фиксированным числом оборотов, таких, как газовая турбина. Контуры с хладагентом используют в системах сжижения, установках и заводах, например, для производства потока сжиженных углеводородов, например, сжиженного природного газа (СПГ). Для охлаждения потока углеводородов хладагент испаряют в контурах с хладагентом в одной или большем количестве ступеней, и один или большее число компрессоров для хладагента используют для вторичного сжатия испаренного хладагента в одной или большем количеству ступеней. Компрессоры для хладагента, работающие по существу с постоянным числом оборотов, требуют относительно постоянного поступления газового потока к их стороне всасывания. В том случае, если поступление газового потока по каким-либо причинам снижается ниже определенной минимальной величины, может возникнуть помпаж.

Поскольку вход компрессора для хладагента является более холодным по сравнению с температурой возвращаемого обратно или рециркулирующего пара, в режиме рециркуляции существует проблема в использовании обычного способа работы компрессора для хладагента. В системе, использующей хладагент, при открытии клапана рециркуляции происходит быстрое увеличение начального расхода, но затем расход компрессора для хладагента быстро падает до уровня ниже начальной величины, и затем медленно увеличивается по времени до новой более высокой установившейся величины. Однако необходимый для этого период времени является много более продолжительным, чем типичный масштаб времени, в котором происходит явление помпажа.

Фиг.4 поясняет экспериментально полученный результат, который заключается в том, что взаимосвязь между расходом компрессора для хладагента и степенью сжатия в компрессоре для хладагента отличается для различных температур газа на входе.

На фиг.4 начальная рабочая точка системы с хладагентом обозначена треугольником α. Как только открывают клапан рециркуляции, система реагирует на это увеличением начального расхода. Указанное увеличение расхода является следствием быстрого роста давления всасывания, что связано с открытием клапана рециркуляции. Однако открытие клапана рециркуляции приводит к тому, что более нагретый рециркуляционный пар смешивается с исходным холодным паром, протекающим через компрессор для хладагента. Это приводит к увеличению температуры объединенного потока в компрессоре для хладагента, в результате чего компрессор работает при меньшем объемном расходе при заданном отношении давления (степени сжатия), и, таким образом, увеличение температуры всасывания приводит к падению расхода.

Как только давление всасывания и давление нагнетания устанавливаются в соответствии с новым равновесным состоянием, получают более высокий расход при более низкой степени сжатия в компрессоре, и, наконец, достигается цель регулирующего действия: увеличение расхода компрессора для хладагента за счет открытия клапана рециркуляции. Однако регулирующее действие клапана рециркуляции, кроме того, приводит к нежелательному эффекту временного уменьшения объемного расхода через компрессор для хладагента. Траектория изменения расхода хладагента при его прохождении через отверстие клапана рециркуляции показана на фиг.4 линией A. и заканчивается в точке, обозначенной на кривой характеристики кружком β, при другой температуре (более высокой, равной - 16,5°C). Изменения, которые происходят вдоль линии A, могут привести к помпажу, а не к его предотвращению.

Отмеченная выше проблема будет иметь место в системах охлаждения, в которых используют как смешанную, так и чистую компоненту (хладагент). Для систем охлаждения с чистой компонентой, в частности, степень сжатия отчасти выбирают по температуре жидкой массы, находящейся в теплообменнике (теплообменниках), на стороне впуска, и по температуре сборного резервуара на стороне нагнетания компрессора для хладагента. Для такой системы степень сжатия в компрессоре системы еще медленнее приспосабливается к изменениям в установках клапана или изменениям расхода через клапан, и, следовательно, эта, проблема для систем с хладагентом, представляющим собой чистую компоненту, является, в особенности, серьезной.

В патентном документе US 4464720 раскрыта система контроля помпажа, которая использует некоторый алгоритм для вычисления желательной разности давления, полученной при прохождении потока через диафрагму, и которая сравнивает результат расчета с фактической разностью давления. Проводят измерения температур и давлений, как на стороне всасывания, так и на стороне нагнетания центробежного компрессора, и полученные данные вводят в систему регулирования с тем, чтобы фактическую разность давления сделать равной желательной разности давления. Измеряют и используют температуру всасывания газа, входящего в центробежный компрессор. Однако сложный алгоритм и выбранные величины, необходимые для вычисления в патентном документе US 4464720, не позволяют решить какую-либо из отмеченных выше проблем.

В патентном документе US 3527059 описан способ согласования работы ряда параллельно работающих компрессоров для хладагента. Известный способ включает рециркуляцию части сжатого газообразного хладагента из последней ступени сжатия в зону первой и в зону второй ступеней сжатия каждого из компрессоров системы. Величину рецикла из последней ступени сжатия в зону первой ступени сжатия регулируют за счет поддержания разности между расходами газообразных хладагентов, поступающих в зону второй ступени сжатия и покидающих эту зону. Количество сжатого газообразного хладагента, направляемого на рециркуляцию из последней ступени сжатия в зону второй ступени сжатия, представляет собой такое количество, которое будет поддерживать, по меньшей мере, минимальный предварительно заданный расход из зоны второй ступени сжатия. Эффективность сжатия повышают за счет охлаждения рециркулирующего хладагента, осуществляемого посредством его пропускания через оросительные или распределительные устройства, находящиеся ниже уровня жидкости в емкости, содержащей жидкий хладагент. Поскольку при этом нагретые пары рециркулирующего хладагента контактируют с жидким хладагентом, указанный рециркулирующий хладагент покидает емкость в виде насыщенного пара при температуре, соответствующей температуре его конденсации.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет независимо регулировать температуру исходного потока, поступающего в компрессор, поскольку температуру рециркуляционного потока устанавливают на уровне температуры конденсации.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении отмеченных выше проблем, присущих известным способам.

Другая задача изобретения заключается в обеспечении улучшенного способа регулирования одного или большего числа компрессоров для хладагента при нормальной рабочей температуре, в частности, двух или более компрессоров для сжатия хладагента, находящегося при многих уровнях давления.

Настоящее изобретение обеспечивает способ регулирования одного или большего числа компрессоров для хладагента, имеющих трубопровод для рециркуляции пара. Указанный способ включает, по меньшей мере, стадии:

(a) получение исходного потока для компрессора в результате объединения рециркуляционного потока пара, поступающего из трубопровода для рециркуляции пара, и, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента;

(b) пропускание исходного потока для компрессора через входной сепаратор с получением газового потока для компрессора;

(c) пропускание газообразного потока для компрессора через компрессор (компрессоры) для хладагента;

(d) измерение температуры T1 газового потока для компрессора на входе, по меньшей мере, в один компрессор для хладагента; и

(e) охлаждение одного или более потоков из группы, включающей: рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газообразный поток для компрессора; при этом указанное охлаждение регулируют в зависимости от температуры T1 с целью получения газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре, по меньшей мере, одного компрессора.

Настоящее изобретение обеспечивает также использование описанного выше способа для охлаждения потока углеводородов, например, потока природного газа. Соответственно, обеспечивается способ охлаждения потока углеводородов, например, потока природного газа. Указанный способ включает, по меньшей мере, стадии:

получение исходного потока углеводородов;

охлаждение исходного потока углеводородов посредством теплообмена с потоком хладагента с получением охлажденного потока углеводородов и, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента;

получение исходного потока для компрессора в результате объединения потока рециркулирующего пара и, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента;

пропускание исходного потока для компрессора через входной сепаратор с получением газового потока для компрессора;

пропускание газового потока для компрессора через один или большее число компрессоров, имеющих трубопровод для рециркуляции пара, с получением сжатого потока хладагента;

определение температуры T1 газообразного потока для компрессора на входе, по меньшей мере, в один компрессор для хладагента; и

охлаждение одного или более потоков из группы, включающей: рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газовый поток для компрессора; при этом указанное охлаждение регулируют в зависимости от температуры T1 с целью получения газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре, по меньшей мере, одного компрессора.

Поток углеводородов может быть частично или полностью сжижен, например, в результате охлаждения или после охлаждения (следующим шагом) с тем, чтобы получить поток сжиженных углеводородов, например, СПГ.

Настоящее изобретение обеспечивает также устройство для регулирования одного или большего числа компрессоров, предназначенных для сжатия одного или более газовых потоков при нормальной рабочей температуре. Указанное устройство, по меньшей мере, включает:

входной сепаратор, служащий для приема исходного потока для компрессора, полученного в результате объединения рециркуляционного потока пара и, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента, и для получения газового потока для компрессора;

по меньшей мере, один компрессор для хладагента, имеющий вход для потока газообразного хладагента и выход для сжатого потока хладагента;

один или большее число путей, обеспечивающих прохождение рециркулирующей части или всего сжатого потока хладагента в виде рециркуляционного потока пара через компрессор для хладагента;

регулятор температуры для определения температуры T1 газового потока на входе в компрессор (12) для хладагента, а также для регулирования:

(i) одного или большего количества охладителей, служащих для охлаждения одного или более потоков из группы, включающих рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газовый поток для компрессора, с целью получения газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре; или

(ii) одного или большего количества потоков, более холодных, чем рециркуляционный поток пара, объединяемых с одним или более потоков из группы, включающей рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газовый поток для компрессора, с целью получения газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре; или

(iii) одного или большего количества, по меньшей мере, частично жидких потоков, объединяемых с одним или большим числом потоков из группы потоков, включающей рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газообразный поток для компрессора, с целью получения газообразного потока для компрессора при нормальной рабочей температуре; или

комбинации из двух или более из (i)-(iii) в зависимости от температуры T1.

Далее будут описаны воплощения и примеры осуществления настоящего изобретения с помощью примера и со ссылками на сопровождающие чертежи.

Фиг.1 - схема, иллюстрирующая способ регулирования компрессора для хладагента в соответствии с различными воплощениями настоящего изобретения.

Фиг.2 - схема, иллюстрирующая способ регулирования ряда компрессоров для хладагента в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения.

Фиг.3 - альтернативная схема по отношению к способу, иллюстрируемому на фиг.2.

Фиг.4 - иллюстрация изменений объемного расхода в зависимости от величины степени сжатия в компрессоре для хладагента в соответствии с аналогом изобретения и в компрессоре для хладагента, регулируемом в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.

Для целей настоящего описания один ссылочный номер позиции будет использован, как для обозначения трубопровода, так и для потока, транспортируемого по этому трубопроводу. Одинаковые элементы схемы обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными номерами.

В описании приведены ссылки на различные типы «клапанов», включающие клапан регулирования расхода, рециркуляционный (перепускной) клапан и расширительный клапан. Возможно, что некоторые клапаны, необходимые в каком-либо контуре или процессе, здесь конкретно или в общем не упомянуты или не указаны. Специалисту известен тип и устройство клапана или клапанов, необходимых для воздействия на течение в трубопроводе, на поток, циркуляцию, контур и т.п.

Известные в настоящее время способы и устройства позволяют регулировать до различной степени охлаждение одного или более потоков из группы, включающей рециркуляционный поток пара, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газовый поток для компрессора, регулируемые в зависимости от температуры T1 газового потока для компрессора на входе компрессора для хладагента, с целью поддержания газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре. Это обеспечивает более эффективное регулирование температуры потока на входе в компрессор вне зависимости от расхода рециркуляционного потока.

В настоящем описании газообразный поток для компрессора, полученный из исходного потока для компрессора, пропускают через компрессор для хладагента, имеющий трубопровод для рециркуляции потока пара. Рассматриваемые воплощения применяют охлаждение одного или большего числа потоков, включающих рециркуляционный поток пара, поток хладагента, исходный поток для компрессора и газообразный поток для компрессора для поддержания газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре, относящейся к компрессору для хладагента.

За счет поддержания температуры газового потока для компрессора на входе или со стороны всасывания компрессора при нормальной рабочей температуре потока или близкой к ней, рециркуляционный поток пара способен поддерживать расход в компрессоре для хладагента в пределах его рабочего диапазона, и, таким образом, помпаж предотвращается.

Нормальной рабочей температурой компрессора для хладагента является температура газообразного потока для компрессора на входе или на стороне всасывания компрессора для хладагента в том случае, когда рециркуляцию пара не осуществляют (или рециркуляция является минимальным) (т.е. какой-либо клапан для рециркуляции пара закрыт).

В случае использования компрессора, хладагент для которого представляет собой чистую компоненту, нормальной рабочей температурой газового потока для компрессора является температура конденсации. Специалисту в данной области техники понятно, что пар, подводимый в компрессор для хладагента, может быть слегка перегретым (менее чем на несколько градусов Цельсия) благодаря перепаду давления между испарителем хладагента и действующим входом компрессора. В этом случае в соответствии с изобретением предпочтительно поддерживают превышение температуры относительно точки конденсации газообразного потока для компрессора в процессе рециркуляции пара или проведения рециркуляции на уровне менее 10°C, более предпочтительно менее чем 5°C.

В случае компрессора, использующего смешанный хладагент, нормальной рабочей температурой может быть температура конденсации, но она может быть также выше температуры конденсации. В этом случае изобретение позволяет предпочтительно поддерживать какое-либо отклонение температуры газового потока для компрессора на уровне до 10°C выше или ниже нормальной рабочей температуры, более предпочтительно, менее чем на 5°C выше или ниже, в процессе рециркуляции пара или проведения рециркуляции.

Исходный поток для компрессора получают в результате объединения рециркуляционного потока пара, поступающего из трубопровода рециркуляции пара, и, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента. Указанный, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента может вытекать из теплообменника, в котором поток хладагента отбирает теплоту за счет теплообмена с другим потоком (например, охлаждаемым потоком углеводородов) в зоне охлаждения. Трубопровод для рециркуляции байпасирует зону охлаждения, включающую теплообменник, и, таким образом, рециркуляционный поток пара байпасирует зону охлаждения и/или указанный теплообменник.

Настоящее изобретение является подходящим, но не в качестве ограничения, для регулирования одного или большего числа многоступенчатых компрессоров для хладагента, имеющих ряд входов, в которые поступает хладагент при различных уровнях давления.

Соответственно, настоящее изобретение является, в частности, подходящим, но не в качестве ограничения, в тех случаях, когда используют два или большее число компрессоров для хладагента для различных газовых потоков для компрессора, в частности, когда эти газовые потоки находятся при различных уровнях давления. При использовании многоступенчатых компрессоров для хладагента или компрессора (компрессоров) для хладагента, имеющего большое количество секций и большое количество входов для газа с различным давлением, и обычно большое количество рециркуляционных трубопроводов, простое и эффективное поддержание температуры (температур) на стороне всасывания позволяет избежать помпажа для всех компрессоров с хладагентом.

Настоящее изобретение является, в частности, полезным в том случае, если поток хладагента испаряют при различных уровнях давления, но требуется вторичное сжатие каждой испаренной части потока до единого давления с целью повторного ее использования в качестве хладагента.

Так, в одном из воплощений описанный способ включает два или более, предпочтительно два или четыре, компрессора для хладагента, и два, три, четыре или пять газовых потоков для компрессоров.

Предпочтительно, настоящее изобретение обеспечивает способ, включающий использование двух или более газовых потоков для компрессоров, имеющих два или более различных давлений, например, четыре газовых потока для компрессора при четырех различных давлениях, проходящих через два или четыре компрессора для хладагента, которые являются отдельными компрессорами для хладагента, один или большее число компрессоров для хладагента с большим числом секций в одном корпусе, или комбинация указанных типов компрессоров.

Поддержание температуры на стороне всасывания компрессора для хладагента может быть достигнуто в процессе рециркуляции пара, осуществляемой с использованием ряда путей. Например, можно изменять температуру рециркуляционного потока в трубопроводе для рециркуляции пара, обычно охлаждаемого, с тем чтобы регулировать на стороне всасывания компрессора температуру газового потока, который включает рециркуляционный поток.

Предпочтительно температуру на стороне всасывания можно поддерживать за счет добавления одного или более дополнительных потоков к одному или большему числу объектов, выбранных из группы, включающей: один или большее количество, по меньшей мере, потоков частично испаренного хладагента, рециркуляционный поток пара, исходный поток для компрессора, входной сепаратор компрессора, и газовый поток для компрессора. Один или большее количество таких дополнительных потоков или имеет (имеют) более низкую температуру, чем поток, к которому его (их) добавляют, и/или они являются полностью или частично потоками жидкости, за счет чего температура на стороне всасывания газового потока может быть изменена так, как это необходимо. Эти более холодные и/или охлаждающие потоки могут быть непосредственно введены для изменения температуры на стороне всасывания газового потока так, как это необходимо. Источником одного или большего числа дополнительных потоков может быть часть цикла, контура или системы охлаждения, включающей компрессор для хладагента.

Определенным или каждым компрессором для хладагента, используемым в настоящем изобретении, может быть любой подходящий компрессор для хладагента, по усмотрению имеющий две или более ступени сжатия или секции давления. Использование термина «компрессор для хладагента» распространяется здесь на единственный компрессор для хладагента, имеющий ряд секций давления в одном корпусе, способный всасывать два или большее количество газовых потоков при различных давлениях. В установке или на заводе по охлаждению или сжижению углеводородов может также быть использован один или большее число других хладагентов или компрессоров, не включенных в настоящее изобретение и не реализующих режим рециркуляции, в отличие от раскрытых в настоящем изобретении.

Определенным или каждым рециркуляционным трубопроводом, который может быть использован в настоящем изобретении, может быть любой подходящий трубопровод, способный транспортировать рециркуляционный поток, который может находиться в жидком, газообразном или двухфазном состоянии, со стороны нагнетания компрессора для хладагента к стороне всасывания. Определенный или каждый рециркуляционный трубопровод может быть разветвлен или разделен известным в уровне техники образом для подачи части или доли рециркуляционного потока к двум или большему числу компрессоров для хладагента.

Поток хладагента может включать единственную компоненту, например, пропан или азот, или может включать смесь из двух или более компонент, выбранных из группы, включающей: азот, метан, этан, пропан, бутаны, пентаны.

По усмотрению, настоящее изобретение, кроме того, включает одну или более из нижеследующих дополнительных стадий:

(f) разделение сжатого потока хладагента, по меньшей мере, на первый постоянный поток и рециркуляционный поток пара;

(g) охлаждение первого постоянного потока с получением, по меньшей мере, частично сконденсированного первого постоянного потока;

(h) разделение, по меньшей мере, частично сконденсированного первого постоянного потока на второй постоянный поток и второй рециркуляционный поток;

(i) обеспечение испарения, по меньшей мере, части второго постоянного потока для получения, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента стадии (a); и

(j) использование второго рециркуляционного потока в качестве одного или большего количества холодных потоков.

На фиг.1 представлена упрощенная и общая схема 2, иллюстрирующая осуществление различных способов регулирования компрессора для сжатия потока хладагента.

Фиг.1 иллюстрирует также способ охлаждения потока углеводородов, например, природного газа. Исходный поток 5 природного газа проходит через зону 21 охлаждения, которая может содержать один или большее количество теплообменников, размещенных последовательно или параллельно или последовательно-параллельно, для получения охлажденного потока 6 углеводородов, например, имеющего температуру ниже 0°C, например, в интервале от -10°C до -70°C, по усмотрению, частично сжиженного.

Исходный поток 6 углеводородов охлаждают посредством теплообмена с потоком 20e хладагента, что обеспечивает, по меньшей мере, частично, обычно большей частью, и предпочтительно полностью испаренный поток 8 хладагента. Далее необходимо, чтобы большей частью испаренный поток 8 хладагента был подвергнут вторичному сжатию для его повторного использования. Соответственно, источник исходного потока 10a для компрессора частично или полностью проходит через входной сепаратор 11 компрессора с целью удаления, в основном, какой-либо жидкости, которая может находиться в исходном потоке 10a для компрессора, и получения тем самым газового потока 10 для компрессора, отводимого с верха сепаратора. (Входной сепаратор 11 может также обеспечивать получение малого потока 10b жидкости, отводимого с низа сепаратора).

Газовый поток 10 для компрессора проходит через вход 14 компрессора 12 для хладагента. В указанном компрессоре 12 для хладагента газовый поток сжимают с получением сжатого потока 20 хладагента, отводимого через выход 16.

При желании используют первый теплообменник 26, обычно теплообменник с охлаждением с помощью окружающей среды, например, один или большее количество водяных и/или воздушных охладителей, размещенный после выхода 16 и предназначенный для охлаждения сжатого потока 20 хладагента и получения более холодного сжатого потока 20a хладагента.

Сжатый поток 20 хладагента (или охлажденный сжатый поток 20a) разделяют с помощью разделительного устройства 18 или делителя потока на постоянный поток 20b хладагента и рециркуляционный поток 30 пара. Разделительным устройством 18 может быть какое-либо устройство, способное разделять поток на две или более части или доли, например, блок коллекторов или специальное устройство или более просто, тройник. Рециркуляционный поток 30 пара предпочтительно по существу полностью находиться в паровой фазе. Постоянный поток 20b хладагента проходит через один или большее количество охладителей 17 и один или большее количество сборных резервуаров 19, перед его расширением при прохождении через расширительный клапан 7 и рециркуляцией через зону 21 рециркуляции.

Вообще, разделение сжатого потока 20 хладагента может обеспечить любой процент, от 0 до 100%, рециркуляционного потока 30 пара. То есть, в процессе работы компрессора 12 для хладагента могут быть случаи, в которых для сохранения минимального расхода на входе 14 компрессора рециркуляция не требуется (т.е. рециркуляционный поток 30 пара соответствует 0%). Возможны альтернативные случаи, в которых 100% сжатого потока 20 хладагента направляют на рециркуляцию в виде рециркуляционного потока 30 пара, например, в процессе запуска компрессора 12 для хладагента.

Для целей настоящего изобретения в рабочем процессе используют рециркуляционный поток 30 и какой-либо другой рециркуляционный поток, и их объединяю, по меньшей мере, с частично испаренным потоком 8 хладагента, поступающим из теплообменника 21. К примеру, рециркуляционный поток 30 пара представляет собой некоторую часть, например, 10 об.% сжатого потока 20 хладагента.

Рециркуляционный поток 30 пара проходит через расширительное устройство, например, рециркуляционный клапан 22, известный в уровне техники, для получения расширенного первого потока 30a, который может быть объединен с, по меньшей мере, частично испаренным потоком 8 хладагента, с помощью объединяющего устройства 24 с получением в результате исходного потока 10a для компрессора.

На фиг.1 показан регулятор температуры T1, который измеряет температуру T1 газового потока 10 на входе 14 компрессора 12 для хладагента. Регулятором температуры T1 может быть любой прибор, известный в уровне техники для этой цели. Фактическая температура газового потока 10 для компрессора на входе 14 компрессора не является существенной для настоящего изобретения. Существенным является только поддержание компрессора 12 для хладагента при нормальной рабочей температуре или близкой к ней, например, ±10°C. Так, в одном воплощении регулятор температуры T1 может определять разность температур между температурой T1 газового потока 10 для компрессора на входе 14 компрессора 12 для хладагента и нормальной рабочей температурой указанного компрессора 12 для хладагента.

В другом воплощении нормальная рабочая температура компрессора 12 для хладагента может быть введена в регулятор температуры T1 в качестве вставки (заданной величины регулируемого параметра), или может быть введен интервал заданной величины, и регулятор температуры T1 стремится поддерживать измеряемую входную температуру Т1 в пределах этого интервала.

На фиг.1 регулятор температуры T1 показан установленным на трубопроводе 10 для газового потока компрессора. Однако он может быть размещен на любом трубопроводе, посредством которого может быть определена температура T1 на входе компрессора.

На фиг.1 показан ряд возможных схем, позволяющих регулировать газовый поток 10 для компрессора для поддержания его желательной входной температуры T1.

В одной схеме первый теплообменник 26 может быть использован для регулирования температуры более холодного сжатого потока 20а хладагента, который, следовательно, будет оказывать влияние на температуру отделенного рециркуляционного потока 30 пара. Такое регулирование температуры может быть использовано вдоль всего рециркуляционного трубопровода 30 и влияет на температуру потока, полученного в результате объединения расширенного рециркуляционного потока 30a пара и, по меньшей мере, частично испаренного потока 8 хладагента, с тем, чтобы поддерживать желательную входную температуру Т1 газового потока 10 для компрессора.

Во второй схеме на пути прохождения исходного потока 10a для компрессора размещен второй теплообменник 28. Этот второй теплообменник 28 может регулировать температуру газового потока 28 для компрессора, поддерживаемого при нормальной рабочей температуре или близкой к ней.

Третья возможная схема, иллюстрируемая на фиг.1, предусматривает добавление первого холодного, предпочтительно содержащего жидкость, потока 32, объединяемого с помощью объединительного устройства 32a с расширенным рециркуляционным потоком 30a пара. Предпочтительным является непосредственный ввод первого холодного, предпочтительно включающего жидкость, потока 32 в расширенный рециркуляционный поток 30a пара. Холодный поток 32 испаряется в контакте с более нагретым рециркуляционным потоком 30a пара с получением первого объединенного рециркуляционного потока 30b, имеющего температуру более низкую, чем рециркуляционный поток 30a пара. Температура указанного последнего потока может быть изменена за счет изменения соотношения между холодным потоком 32 и объединяемым с ним более нагретым рециркуляционным потоком 30a пара. Таким образом, температура первого объединенного рециркуляционного потока 30b может быть такой, чтобы воздействовать на соединение этого потока с, по меньшей мере, частично испаренным потоком 8 хладагента для получения газового потока 10 для компрессора, имеющего желательную входную температуру.

В четвертой возможной схеме, показанной на фиг.1, обеспечивают второй холодный поток 34, объединяемый с исходным потоком 10a для компрессора с помощью объединительного устройства 34a, например, например, путем непосредственного ввода второго холодного потока 34. Температура и/или фаза второго холодного потока 34 может быть также такой, чтобы воздействовать на температуру газового потока 10 для компрессора, имеющего входную температуру, соответствующую его рабочей точке или близкой к ней.

Охлаждение потока посредством его объединения с холодным потоком или охлаждающим потоком, так, как описано выше в третьей и четвертой схемах, может быть названо непосредственным теплообменом. Прохождение этого потока и холодного потока или охлаждающего потока через теплообменник, такой, как в описанных выше первой и второй схемах, может быть названо косвенным теплообменом.

Для воздействия на температуру или для регулирования температуры газового потока 10 для компрессора перед входом 14 компрессора может быть использовано два или большее количество теплообменников, показанных на фиг.1.

Специалист в данной области техники осведомлен об основных свойствах и снабжении потоками первого и второго теплообменников 26, 28, которые могут включать в себя один или большее число теплообменников, размещенных параллельно, последовательно или последовательно-параллельно, а также об основных свойствах и получении первого и второго холодных потоков 32, 43.

Например, второй теплообменник 28 может снабжаться холодным потоком 28a, который сначала проходит через регулирующий/расширительный клапан 28b. Расширение таких потоков и их использование в теплообменниках известны в уровне техники.

Первый и второй холодный потоки 32, 34 могут быть получены из какого-либо подходящего источника, который размещен отдельно или включен в контур с хладагентом общей схемы 2, показанной на фиг.1. Например, после прохождения постоянного потока 20b хладагента через один или большее количество охладителей 17 и через один или большее количество сборных резервуаров 19, его поток 20 с может быть разделен с помощью разделительного устройства 19a или делителя потока на второй постоянный поток 20d (который протекает через клапан 7 и становится потоком 20e хладагента) и второй рециркуляционный поток 40, которым предпочтительно является, по меньшей мере, частично испаренный жидкий рециркуляционный поток 40, протекающий через второй рециркуляционный трубопровод 40. Жидкий рециркуляционный поток 40 предпочтительно включает жидкую фазу или находится в виде смешанной жидкой и паровой фазы, или же по существу представляет собой полностью жидкую фазу.

Источником (исходным потоком) для второго холодного потока 34 может быть подходящая подача, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, жидкого потока 34b.

Предпочтительно первый и второй исходные потоки 40, 34b для первого и второго холодных потоков 32, 34 протекают через соответствующие первый и второй клапаны 40a, 34c регулирования расхода. По усмотрению, один или большее число исходных потоков для холодных потоков 32, 34 могут быть также охлаждены в отдельном теплообменнике (теплообменниках).

Фиг.1, кроме того, показывает, что данные по входной температуре Т1 газового потока 10 компрессора могут быть переданы, например, к одному или большему количеству расширительных устройств, например, клапанов, которые воздействуют на расход и/или охлаждение одного или большего числа потоков в общей схеме 2, показанной на фиг.1. Например, входная температура Т1 может быть передана посредством одной или более линий 9 (показаны пунктиром) к одному или большему числу клапанов 28b, 34c и 40a. Указанные клапаны после этого при своем функционировании регулируют расход расширенного потока, который в результате меняет степень охлаждения одного или более потоков, проходящих через один или большее количество теплообменников, или одного или более потоков, объединяемых с ним.

Настоящее изобретение может, таким образом, обеспечить быстрое регулирование и обратную связь по входной температуре к одному или большему числу клапанов, обеспечивающих поддержание температуры газового потока 10 для компрессора при нормальной рабочей температуре или близкой к ней. Кроме того, сигнал, показывающий положение регулирующего органа рециркуляционного клапана 22, или сигнал, поступающий из регулятора (не показано), который регулирует рециркуляционный клапан 22, может быть направлен к какому-либо из других регулирующих клапанов в схеме, показанной на фиг.1, для увеличения быстродействия регулирования температуры. Это обеспечивает упреждающее регулирование или регулирование соотношения величин.

Таким образом, охлаждение в зависимости от температуры T1 может подходящим образом включать регулирование работы одного или большего числа клапанов. Эти клапаны могут регулировать расход и/или расширение холодного потока или охлаждающего потока, используемого для охлаждения одного или большего количества потоков, определенных на стадии (e) - надлежащим образом за счет непосредственного или косвенного теплообмена между указанными потоками - или в ином случае они могут оказывать влияние на охлаждение одного или большего количества потоков, определенных на стадии (e).

Эффект за счет поддержания температуры T1 газового потока 10 для компрессора на «постоянном» уровне, например, в пределах ±10°C от нормальной рабочей температуры, заключается в том, что рециркуляционный поток пара способен поддерживать требуемый всасываемый расход газового потока 10 компрессора на входе 14 с тем, чтобы избежать помпажа компрессора 12 для хладагента.

При поддержании требуемой входной температуры T1 газового потока 10 для компрессора помпаж компрессора предотвращается за счет временного уменьшения расхода, как показано линией A на фиг.4. При минимальном расходе в рециркуляционном трубопроводе 30 для пара функционирование компрессора 12 для хладагента, кроме того, будет более эффективным за счет уменьшения неоправданно высокой степени рециркуляции. Например, в патентном документе US 4464720 показан центробежный компрессор, имеющий рециркуляционный трубопровод, включенный между сторонами всасывания и нагнетания компрессора. Однако в указанном документе не описано регулирование температуры рециркуляционного трубопровода или проходящего через него потока, так, чтобы открытие и закрытие перепускного антипомпажного клапана, показанного в документе US 4464720, приводило к изменению давления и, следовательно, температуры газа, возвращаемого обратно в центробежный компрессор, так, как это было описано выше в отношении линии A на фиг.4.

При отсутствии какого-либо регулирования по температуре поступающего газа в процессе изменений давления, вызванных изменениями в рециркуляционном трубопроводе (например, при его открытии или перекрытии), в компрессоре для хладагента возможен помпаж. Кроме того, в случае рециркуляции при уменьшенной выходной мощности привода, компрессор принуждают работать в менее эффективном режиме. За счет поддержания входной температуры газового потока 10 для компрессора в точке, соответствующей нормальной работе, например, менее чем на 10°C выше точки конденсации для хладагентов, включающих чистую компоненту, и в пределах 10°C от точки нормальной работы для смешанных хладагентов, настоящее изобретение позволяет избежать таких изменений и, таким образом, поддерживать компрессор 12 для хладагента при изменении расхода газового потока 10 при оптимальной производительности.

Фиг.4 иллюстрирует, линией B, как с помощью настоящего изобретения может быть значительно улучшена характеристика компрессора для хладагента за счет фиксации входной температуры компрессора. В частности, компрессор для хладагента не меняет свою рабочую характеристику. Кроме того, больше не изменяется температура объема жидкости в системе. Как показано на фиг.4, происходит перемещение от первоначального стационарного состояния (показано треугольником a) к новому стационарному состоянию (звездочка γ) вдоль только одной рабочей характеристики компрессора. Таким образом, с уменьшением степени сжатия расход через компрессор непрерывно увеличивается, не следуя при этом описанному выше пути изменения по линии A.

На фиг.1 компрессором 12 для хладагента может быть единственный компрессор для хладагента, предназначенный для сжатия единственного потока хладагента, или же может быть использован ряд компрессоров для хладагента, предназначенных для сжатия одного или большего количества потоков для хладагента, и/или может быть использован один компрессор для хладагента, имеющий два или большее число входов для сжатия одного или большего количества потоков для хладагента при различных давлениях, по усмотрению, заключенных в единственном корпусе.

Фиг.2 иллюстрирует другую схему 3 охлаждения, имеющую зону 41 охлаждения. Указанная зона 41 охлаждения может включать два или более, например, четыре отдельных теплообменника, или она может включать единственный теплообменник, имеющий выходы хладагента при различных уровнях давления. Такие схемы хорошо известны в уровне техники, и например, известны из патентных документов WO 01/44734 A2 и WO 2005/057110 A1.

Зона охлаждения 41 может служить для отвода теплоты от потока, например, от одного или большего количества потоков 5 углеводородов, например, потока сжижаемого природного газа. Примеры способов сжижения природного газа упомянуты в патентных документах US 6389844 и US 6370910, включенных в данное описание посредством ссылки. В этих патентных документах описана установка для сжижения природного газа, содержащая теплообменник предварительного охлаждения, имеющий вход для природного газа, выход для охлажденного природного газа и контур предварительного охлаждения, служащий для отвода теплоты от природного газа в теплообменнике предварительного охлаждения.

Зона 41 охлаждения может быть эквивалентной теплообменнику 21, показанному на фиг.1, или его части. Например, при охлаждении, предпочтительно сжижении, потока 5 углеводородов используют две или большее число ступеней, например, первую ступень для снижения температуры потока 5 углеводородов ниже 0°C, и вторую ступень для дальнейшего снижения температуры углеводородов до температуры ниже -90°C или -100°C, при этом зона 41 охлаждения может служить в качестве охладителя первой ступени.

Так как устройство и функционирование зоны 41 охлаждения хорошо известны, для ясности она показана лишь схематически. Указанная зона охлаждения имеет вход 42 для потока 60 хладагента, находящегося при давлении процесса охлаждения. Может быть использовано более одного входа.

В схеме, показанной на фиг.2, зона 41 охлаждения имеет первый, второй, третий и четвертый выходы 43, 44, 45, 46 соответственно для определенных частей хладагента, который испарился при различных уровнях давления, с уменьшением давления от первого выхода 43 к четвертому выходу 46. Например, первый выход 43 предназначен для газообразного хладагента, отводимого при очень высоком давлении в качестве первого испаренного потока 70, второй выход 44 - для газообразного хладагента, отводимого при высоком давлении в качестве второго испаренного потока 80, третий выход 45 - для газообразного хладагента, отводимого при промежуточном давлении в качестве третьего испаренного потока 90, и четвертый выход 46 служит для газообразного хладагента, отводимого при низком давлении в качестве четвертого испаренного потока 100. Зона охлаждения 41 может также иметь другие выходы.

Каждый испаренный поток 70, 80, 90, 100 направляют в соответствующий входной сепаратор, каждый из которых может быть выполнен в виде газожидкостного сепаратора, например, барабанные сепараторы 48a, 48b, 48c, 48d, с верха которых отводят газовые потоки 70a, 80b, 90c, 100d, направляемые затем к одному или большему числу компрессоров для хладагента.

Газовый поток 100a, выходящий из четвертого барабанного сепаратора, направляют в первый компрессор 58 для хладагента для получения сжатого потока 120, который объединяют с газовым потоком 80а, отведенным из второго барабанного сепаратора, и подают во второй компрессор 56 для хладагента с получением первого объединенного сжатого потока 120. Первый и второй компрессоры 58, 56 могут быть отдельными компрессорами для хладагента, или они могут быть размещены в одном корпусе, имея два входа и одну или два секции для обеспечения различных уровней давления отсепарированных потоков 80a и 100a, отведенных из второго и четвертого барабанных сепараторов

Подобным образом газовый поток 90a из третьего барабанного сепаратора направляют в третий компрессор 54 для хладагента, и сжатый в нем поток 90b объединяют с газовым потоком 70, отведенным из первого барабанного сепаратора, направляют в четвертый компрессор 52 для хладагента и получают второй объединенный сжатый поток 110. Как и в описанном выше случае, третий и четвертый компрессоры 54, 52 для хладагента могут быть отдельными компрессорами для хладагента, или они могут находиться в одном общем корпусе, имеющем два входа и различные секции для отсепарированных газовых потоков, отведенных из первого и третьего барабанных сепараторов.

В каждый компрессор (12, 52, 54, 56, 58) для хладагента может быть направлен рециркуляционный поток (30) пара или часть (150a-d) рециркуляционного потока пара. Подобным образом, каждый из одного или большего числа имеющихся компрессоров для хладагента может быть снабжен трубопроводом для рециркуляции пара и трубопроводом для рециркуляции, по меньшей мере, частично жидкого потока в обход определенного или каждого компрессора для хладагента.

Устройство зоны 41 охлаждения, выходы из нее газовых потоков и компрессоры 52-58 для хладагента известны в уровне техники, и описаны, например, в патентном документе WO 01/44734 A2.

Первый и второй объединяемые сжатые потоки 110 и 120 объединяют друг с другом с образованием общего сжатого потока 130, который охлаждают с помощью первого охладителя, например, использующего в качестве хладагента окружающую среду, например, с помощью водяного и/или воздушного охладителя, известного в уровне техники. Первый охладитель 62 может включать один или большее количество охладителей, соединенных параллельно, последовательно или последовательно-параллельно, и обеспечивает получение охлажденного сжатого потока 140.

Таким же образом, как было описано выше для схемы, показанной на фиг.1, охлажденный сжатый поток 140 с помощью делителя 72 потока может быть разделен на первый постоянный поток 160 и рециркуляционный поток 150 пара. Рециркуляционный поток 150 пара может быть разделен на четыре отдельные части 150a, 150b, 150c, 150d рециркуляционного потока, которые проходят через отдельные соответствующие регулирующие клапаны и объединяются с потоками 70, 80, 90 и 100 испаренного хладагента соответственно.

Первый постоянный поток 160 дополнительно охлаждают и по большей части или полностью конденсируют, например, с помощью второго охладителя 64, представляющего собой один или большее количество охладителей, например, воздушных и/или водяных охладителей, который обеспечивает получение охлажденного первого постоянного потока 170. Охлаждение с помощью указанного второго охладителя 64 предпочтительно полностью конденсирует охлажденный первый непрерывный поток 170. Указанный охлажденный первый постоянный поток 170 поступает в сборный резервуар 66, которым может быть отдельный аппарат, или в обычный делитель первого охлажденного постоянного потока 170.

Сборный резервуар 66 обеспечивает получение второго постоянного жидкого потока 190, который может быть дополнительно охлажден с помощью третьего охладителя 68, представляющего собой один или большее количество охладителей, например, водяных и/или воздушных охладителей, с получением восстановленного или улучшенного обычно жидкого потока хладагента, готового для прохождения через клапан 77, возвращения и использования в виде потока 60 в зоне 41 охлаждения.

Сборный резервуар 66 обеспечивает, кроме того, удобный источник второго обычно жидкого рециркуляционного потока 180, который является более холодным, чем первый рециркуляционный поток 150. Так, второй рециркуляционный поток 180 может действовать как источник холодного потока 32, показанного на фиг.1. Подобно первому рециркуляционному потоку 150 второй рециркуляционный поток 180 может быть разделен на ряд частичных потоков, например, на четыре частичных потока 180a, 180b, 180c, 180d, показанных на фиг.2, для их пропускания через соответствующие клапаны регулирования расхода и объединения с четырьмя частями 150a, 150b, 150c, 150d потока соответственно перед поступлением объединенного потока в барабанные сепараторы 48a-48d. Более холодные частичные потоки 180a-180d (которые являются жидкими в схеме, представленной на фиг.2, но в других схемах, возможно, двухфазными или даже только газообразными) испаряются при контактировании и объединении с более нагретыми частями 150a-150d рециркуляционного потока пара, например, за счет непосредственного ввода в более нагретые части 150a-150d рециркуляционного потока пара, в результате чего температура объединенных потоков уменьшается перед их поступлением в соответствующие компрессоры 52-58 для хладагента.

Расход и температура второго рециркуляционного потока 180 и четырех частичных потоков 180a, 180b, 180c, 180d могут регулироваться путем регулирования расхода потока, выходящего из сборного резервуара 66, и/или регулирования клапанов, через которые протекают четыре частичных потока 180a, 180b, 180c, 180d перед их объединением с частями 150a, 150b, 150c, 150d рециркуляционного потока. Эти действия являются простыми действиями по регулированию, производимыми так, чтобы они оказывали влияние на температуру только что объединенных различных потоков.

Таким образом, второй рециркуляционный поток 180 обеспечивает получение рециркуляционного потока, имеющего температуру, меньшую, чем температура первого рециркуляционного потока 150, так, что их объединение может быть использовано для регулирования температуры объединенных потоков 70a, 80a, 90a и 100a хладагента перед поступлением объединенных потоков в компрессоры 52-58 для хладагента.

Так, поддержание входных температур, по меньшей мере, первого и третьего компрессоров 58, 54, обозначенных на фиг.2, как входные температуры T2, T3 соответственно может быть осуществлено предпочтительно в пределах ±5°C от их нормальной рабочей температуры. Управление температурой и расходом потока пара 150 и второго рециркуляционного потока 180, а также клапанами для каждой из частей потоков перед их объединением с испаренным потоком 70-100 хладагента, может обеспечить точность оптимального управления компрессорами 52-58 для хладагента и их входными температурами T2 и Т3.

Если желательно или необходимо, входные температуры перед четвертым и вторым компрессорами 52, 56 для хладагента могут поддерживаться подобным образом при их нормальной рабочей температуре или близкой к ней, включая прямое регулирование потоков 70a, 80a и их объединения со сжатыми потоками 90b и 100b.

На фиг.3 представлена вторая схема 4 охлаждения, подобная первой схеме 3 охлаждения, показанной на фиг.2. Однако во второй схеме 4 охлаждения второй поток 80a испаренного хладагента теперь объединяют со вторым сжатым потоком 90b перед подачей указанного объединенного потока в четвертый компрессор 52 для хладагента. При этом первый газообразный испаренный поток 70a объединяют с первым сжатым потоком 100b для направления в третий компрессор 56 для хладагента. Такая схема расположения компрессоров для хладагента и испаренных потоков хладагента, протекающих от зоны охлаждения, представлена в патентном документе WO 2005/057110 A1.

В схеме, подобной представленной на фиг.2, два объединяемых сжатых потока 110a, 120a в дальнейшем объединяют с получением общего сжатого потока 130, сначала охлажденного, при этом получают рециркуляционный поток 150 пара и разделяют его на четыре частичных потока для объединения с каждым из испаренных потоков 70-100 хладагента. Первый постоянный поток 160 затем охлаждают с помощью второго охладителя 64, и направляют в сборный резервуар 66, где получают второй рециркуляционный поток 180, который последовательно разделяют на четыре части 180a-180d их для добавления к соответствующим частям 150a, 150b, 150c и 150d рециркуляционного потока, как это было описано выше.

Опять же управление температурой и расходом первого и второго рециркуляционного потоков 150 и 180, также, как и клапанами для каждой из частей потока перед их объединением с потоками 70-100 хладагента, может обеспечить точность оптимальной работы компрессоров 52-58 для хладагента в схеме, показанной на фиг.3, для поддержания их входных температур T2 и T3 в пределах нормальной рабочей температуры или близкой в ней.

В схемах, показанных на фиг.2 и фиг.3, может быть обеспечена дополнительная рециркуляция потоков и/или различное разделение каждого из рециркуляционных потоков с тем, чтобы оптимизировать регулирование температуры газообразных потоков хладагента, поступающего в каждый компрессор для хладагента или в каждую секцию компрессоров для хладагента таким образом, чтобы поддерживать входную температуру, по меньшей мере, одного компрессора, соответствующей нормальной рабочей температуре, или близкой к ней.

В таблице 1 приведено сопоставление различных потоков в контуре охлаждения, имеющих место в первом случае в схеме, используемой в аналоге, основанной на схеме, иллюстрируемой на фиг.2, но только с единственной рециркуляцией пара, и, во втором случае - согласно демонстрационному примеру схемы контура охлаждения согласно настоящему изобретению, показанной на фиг.2, использующей второй рециркуляционный поток 180.

Таблица 1
Рециркуляции в соответствии с аналогом Рециркуляция посредством потока 180
Поток Расход (кг/с) P (бар) T (°C) Расход (кг/с) P(бар) T (°C)
130 693 21,5 714 23,6
70a 5,5 20,9 5,4 7,8
80a 3,5 15,3 3,0 -8,0
90a 1,4 -5,1 1,2 -33,8
100a 1,1 10,3 0,73 -46,5
180a 20,2
180b 15,4
180c 13,3
180d 11,3
150a 144 93,1
150b 86 56,6
150c 53 26,5
150d 63 15,4

Таблица 1 демонстрирует значительные уменьшения температур потоков 70a, 80a, 90a, 100a, отводимых с верха входных сепараторов компрессора (которые затем являются полнообъемными или дополнительными газовыми потоками для компрессора) в том случае, когда эти потоки представляют собой объединение с частью 180a-180d более холодного второго рециркуляционного потока 180. Указанные уменьшения температуры позволяют поддерживать объединенные потоки 70a, 80a, 90a, 100a (и поэтому также соединение потоков 90+70a и 100b+80a) при нормальных рабочих температурах компрессоров 52-58 хладагента или близких к ней.

Способы и устройства, раскрытые в этом описании, могут быть использованы для предотвращения помпажа в одном или большем количестве компрессоров.

1. Способ регулирования одного или большего числа компрессоров для хладагента, предназначенных для сжатия одного или большего количества газовых потоков при нормальной рабочей температуре, причем, по меньшей мере, один из компрессоров для хладагента снабжен трубопроводом для рециркуляции пара, при этом указанный способ включает, по меньшей мере, стадии:
(a) получение исходного потока для компрессора в результате объединения рециркуляционного потока пара, поступающего из трубопровода для рециркуляции пара, и, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента;
(b) пропускание исходного потока для компрессора через входной сепаратор с получением газового потока для компрессора;
(c) пропускание газового потока для компрессора через компрессор (компрессоры) для хладагента;
(d) определение температуры Т1 газообразного потока для компрессора на входе, по меньшей мере, в один компрессор для хладагента; и
(e) охлаждение одного или более потоков из группы, включающей: рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газовый поток для компрессора; при этом указанное охлаждение регулируют в зависимости от температуры Т1 с целью получения газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре, по меньшей мере, одного компрессора.

2. Способ по п.1, включающий два или более, предпочтительно два или четыре компрессора для хладагента и два, три, четыре или пять газовых потоков для компрессора.

3. Способ по п.2, в котором два или большее количество газовых потоков для компрессора имеют различные по отношению друг к другу давления.

4. Способ по п.3, в котором четыре газовых потока для компрессоров при четырех различных давлениях проходят через два или четыре компрессора для хладагента.

5. Способ по п.1, в котором поток хладагента включает, главным образом, пропан.

6. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один из компрессоров имеет большое количество секций давления.

7. Способ по п.1, в котором указанное регулирование включает поддержание температуры Т1 газового потока для компрессора в пределах ±10°С, предпочтительно в пределах ±5°С от нормальной рабочей температуры компрессора для хладагента.

8. Способ по п.1, в котором указанное охлаждение на стадии (е) включает охлаждение с помощью холодного потока или охлаждающего потока в теплообменнике.

9. Способ по п.1, в котором указанное охлаждение на стадии (е) включает добавление одного или большего количества более холодных потоков или охлаждающих потоков к одному или большему количеству потоков из указанной группы потоков.

10. Способ по п.9, кроме того, включающий стадии:
(f) разделение сжатого потока хладагента, по меньшей мере, на первый постоянный поток и рециркуляционный поток пара;
(g) охлаждение первого постоянного потока с получением, по меньшей мере, частично сконденсированного первого постоянного потока;
(h) разделение, по меньшей мере, частично сконденсированного первого постоянного потока на второй постоянный поток и второй рециркуляционный поток;
(i) обеспечение испарения, по меньшей мере, части второго постоянного потока для получения, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента стадии (а); и
(j) использование второго рециркуляционного потока в качестве одного или большего количества холодных потоков или охлаждающих потоков.

11. Способ по п.10, в котором второй рециркуляционный поток добавляют к рециркуляционному потоку пара.

12. Способ по п.1, в котором стадия (е) включает охлаждение рециркуляционного потока пара.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором указанное охлаждение, регулируемое в зависимости от температуры Т1, включает регулирование функционирования одного или большего числа клапанов, которое оказывает влияние на охлаждение одного или большего количества потоков, указанных на стадии (е).

14. Способ по п.13, в котором один или большее число клапанов регулируют расход и/или расширение холодного потока или охлаждающего потока, используемого для охлаждения одного или большего количества потоков, охарактеризованных на стадии (е).

15. Использование способа по одному из предшествующих пунктов для охлаждения потока углеводородов, в соответствии с которым
обеспечивают исходный поток углеводородов;
охлаждают исходный поток углеводородов за счет теплообмена с потоком хладагента, который проходит через один или большее число компрессоров для хладагента с получением охлажденного потока углеводородов и, по меньшей мере, части, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента стадии (а).

16. Использование по п.15, кроме того, включающее стадию сжижения исходного потока углеводородов с получением в результате сжиженного потока углеводородов.

17. Использование по п.16, в котором сжиженный поток углеводородов является потоком СПГ.

18. Использование по любому из пп.15-17, в котором поток углеводородов является потоком природного газа.

19. Устройство для регулирования одного или большего числа компрессоров для хладагента, предназначенных для сжатия одного или большего числа газообразных потоков при нормальной рабочей температуре, содержащее, по меньшей мере:
входной сепаратор, служащий для приема исходного потока для компрессора, образованного в результате объединения рециркуляционного потока пара и, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента, и для получения газообразного потока для компрессора;
по меньшей мере, один компрессор для хладагента, имеющий вход для потока газообразного хладагента и выход для получения сжатого потока хладагента;
один или большее количество путей, обеспечивающих прохождение рециркулирующей части или всего сжатого потока хладагента в виде рециркуляционного потока пара через компрессор для хладагента;
регулятор температуры для определения температуры Т1 газообразного потока для компрессора на входе в компрессор для хладагента, и для регулирования или:
(i) одного или большего количества охладителей, служащих для охлаждения одного или более потоков из группы, включающей рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газовый поток для компрессора, с целью получения газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре; или
(ii) одного или большего количества потоков, более холодных, чем рециркуляционный поток пара, объединяемых с одним или более потоков из группы, включающей рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газовый поток для компрессора, с целью получения газового потока для компрессора при нормальной рабочей температуре;
(iii) одного или более, по меньшей мере, частично жидких потоков, объединяемых с одним или большим числом потоков из группы потоков, включающей рециркуляционный поток пара, по меньшей мере, частично испаренный поток хладагента, исходный поток для компрессора и газообразный поток для компрессора, с целью получения газообразного потока для компрессора при нормальной рабочей температуре; или
(iv) комбинации двух или более из (i)-(iii) в зависимости от температуры Т1.

20. Использование устройства по п.19 для охлаждения потока углеводородов, включающее охлаждение исходного потока углеводородов за счет теплообмена с потоком хладагента, который проходит через один или большее число компрессоров для хладагента с получением охлажденного потока углеводородов и, по меньшей мере, части, по меньшей мере, частично испаренного потока хладагента.

21. Использование по п.20, в котором поток углеводородов является потоком природного газа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области переработки природного газа и может быть использовано для охлаждения и разделения углеводородного потока, например природного газа.

Изобретение относится к области переработки природного газа. .

Изобретение относится к способу сжижения газа с высоким содержанием метана, содержащему этапы, при которых создают поток газа; отбирают часть газа из потока для использования в качестве хладагента; сжимают этот хладагент; охлаждают полученный сжатый хладагент охлаждающей текучей средой, имеющей температуру окружающей среды; подвергают охлажденный сжатый хладагент дополнительному охлаждению и расширяют, подают хладагент в зону теплообмена), пропускают поток газа через указанную зону теплообмена для охлаждения по меньшей мере части потока газа путем косвенного теплообмена с расширенным, дополнительно охлажденным хладагентом, тем самым формируя поток охлажденной жидкости.

Изобретение относится к способу бесперебойной работы установки сжижения газа. .

Изобретение относится к холодильной технике. .

Изобретение относится к кондиционеру, который может предотвращать слишком большое повышение температуры хладагента, даже когда хладагент нагревается при помощи способа электромагнитного индукционного нагрева.

Изобретение относится к системам кондиционирования. .

Изобретение относится к системам кондиционирования. .

Изобретение относится к мобильным холодильным установкам, в частности к управлению скоростью их двигателей-генераторов. .

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к компрессионным холодильникам с конденсаторами принудительного воздушного охлаждения, используемым на предприятиях химической, нефтегазовой, пищевой и других отраслей промышленности, а также в кондиционерах промышленного и бытового назначения.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к малым компрессионным холодильным машинам, и может быть использовано при эксплуатации компрессионной холодильной техники для дополнительного охлаждения конденсатора путем его принудительного обдува маломощным вентилятором.
Наверх