一種單級混合冷劑天然氣液化流程運行調節(jié)系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工程熱物理與能源利用學科領域，尤其涉及一種單級混合冷劑天然氣液化流程運行調節(jié)系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]單級混合冷劑天然氣液化流程由于其具有較高的效率、結構簡單、投資費用少、冷劑補充方便等優(yōu)點而被廣泛應用于中小型天然氣液化站。該流程一般采用多級壓縮，五種組分混合工質N2/CH4/C2H4/C3H8/iC5H12進行制冷。與所有采用混合冷劑的制冷系統(tǒng)相同，該流程的性能深受混合工質循環(huán)配比的影響，實際運行非常復雜。
[0003]但實際上，單級混合冷劑天然氣液化流程運行時，都不可避免地要受到環(huán)境溫度變化和原料氣負荷變化的影響。
[0004]當環(huán)境溫度變化時，混合冷劑的循環(huán)組分配比要做適當的調整才能適應變化的要求，維持系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行。當原料氣負荷變化時，混合冷劑的流量要做適當的變化才能保持系統(tǒng)的冷量要求。
[0005]環(huán)境溫度變化可表現(xiàn)為季節(jié)性氣候變化和當日氣溫變化。現(xiàn)有的單級混合冷劑天然氣液化流程，在應對環(huán)境溫度變化時，例如在冬天，環(huán)境溫度相對夏天時要低很多，此時，系統(tǒng)需要讓冷劑循環(huán)組分中高沸點組分占比減少才能適應降低的冷凝溫度，否則，過低的冷凝溫度就會導致壓縮機進氣溫度降低到露點溫度，造成濕壓縮，損壞壓縮機。但是該流程由于系統(tǒng)硬件的限制，環(huán)境溫度降低時，系統(tǒng)里的高沸點組分占比是難以減少的?；蛘?，也可以繼續(xù)增加低沸點組分也可以使得冷劑循環(huán)組分中高沸點組分占比相對減少，但是這種做法會使得系統(tǒng)的壓力增大過多。所以實際流程在環(huán)境溫度降低時，系統(tǒng)的冷凝溫度還是維持在較高的溫度下運行，這種運行方案就大大損失了環(huán)境的降溫潛力，增加了大量的能耗。
[0006]原料氣負荷變化是由上游氣源供應不穩(wěn)定引起的，氣田采氣工況異?；蛘吖芫W調壓需求都會導致原料氣負荷發(fā)生變化。當原料氣負荷降低時，如果系統(tǒng)的冷劑流量沒有減小，冷量就會過剩，回熱換熱器出口的冷劑溫度降低，容易達到冷劑循環(huán)組分的露點溫度，造成壓縮機濕壓縮；當原料氣負荷提高時，如果液化系統(tǒng)的冷劑流量沒有增大，冷量就會不足，導致天然氣就無法降低到所需的溫度。在原料氣負荷發(fā)生變化時，通常，運行該流程的操作人員試圖去調節(jié)低溫節(jié)流閥的開度去改變系統(tǒng)的流量，但是這種措施改變系統(tǒng)流量的同時，冷劑組分循環(huán)配比也會發(fā)生變化，由于此時的冷凝溫度沒變，我們并不希望冷劑的配比發(fā)生變化。因此，這種使得冷劑組分循環(huán)配比也發(fā)生變化的調節(jié)方式，增加了系統(tǒng)運行的難度和不穩(wěn)定性。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種單級混合冷劑天然氣液化流程運行調節(jié)系統(tǒng)及方法，使得單級混合冷劑天然氣液化流程在實際運行中應對原料氣流量值變化和環(huán)境溫度值變化時，能夠根據這兩種變化的特點，利用調節(jié)手段，解耦調節(jié)冷劑流量和冷劑組分配比，以實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定和高效運行。
[0008]本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn):
[0009]一種單級混合冷劑天然氣液化流程運行調節(jié)系統(tǒng)，包括三段壓縮機Cl?C3、冷凝冷卻器Al?A3、多股流回熱換熱器4、節(jié)流機構V3、中間節(jié)流閥V4、氣液分離罐B3、緩沖罐B4、可控通路氣相組分調節(jié)單元1、液相組分調節(jié)單元2和控制單元3 ;其中，可控通路氣相組分調節(jié)單元I由可控氣相組分進氣閥V1、可控氣相組分出氣閥V2和冷劑收集罐BI組成；液相組分調節(jié)單元2由氣液分離罐B2和冷劑栗Pl組成；
[0010]所述的三段壓縮機的Cl段的出口連接Al冷凝冷卻器的進口，Al冷凝冷卻器的出口經過緩沖罐B4連接三段壓縮機的C2段的進口 ；所述三段壓縮機的C2段的出口連接A2冷凝冷卻器的進口，A2冷凝冷卻器的出口連接的氣液分離罐B2的氣液相進口 ；
[0011]所述氣液分離罐B2的氣相出口連接三段壓縮機的C3段進口，三段壓縮機的C3段的出口通過A3冷凝冷卻器連接至氣液分離罐B3的氣液相進口 ；氣液分離罐B2的液相出口連接冷劑栗Pl的進口，所述的冷劑栗Pl的出口連接氣液分離罐B3的液相進口 ；
[0012]所述的氣液分離罐B3的液相出口 L連接至多股流回熱換熱器4的進口 a，氣液分離罐B3的氣相出口 Gl通過可控氣相組分進氣閥Vl連接至冷劑收集罐BI ;所述的冷劑收集罐BI的出口通過可控氣相組分出氣閥V2連接至三段壓縮機的Cl段的進口 ；氣液分離罐B3的氣相出口 G2連接多股流回熱換熱器4的進口 b ;
[0013]所述的多股流回熱換熱器4的出口 f通過節(jié)流機構V3連接至多股流回熱換熱器4的進口 c ;所述的多股流回熱換熱器4的出口 h通過中間節(jié)流閥V4連接多股流回熱換熱器4的進口 e，所述多股流回熱換熱器4的出口 j通過低壓管路連接至三段壓縮機的Cl段的進口 ；
[0014]所述的控制單元3接收三段壓縮機的Cl段進口壓力值、節(jié)流機構V3出口的溫度/壓力值、環(huán)境溫度值和原料氣流量值，并控制可控通路氣相組分調節(jié)單元I的可控氣相組分進氣閥V1、可控氣相組分出氣閥V2的開啟/關閉及冷劑栗Pl的轉速。
[0015]上述單級混合冷劑天然氣液化流程運行調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)方法，包括如下調節(jié)步驟:
[0016](I)、當原料氣流量值發(fā)生變化時，液相組分調節(jié)單元2的氣液分離罐B2能夠存放系統(tǒng)變化時冷卻下來的液相冷劑，冷劑栗Pl保持定速運行，不做調整；可控通路氣相組分調節(jié)單元I對系統(tǒng)的壓力進行調節(jié)，中間節(jié)流閥V4的開度控制在設定值；具體調節(jié)方法為:當原料氣流量值降低時，可控通路氣相組分調節(jié)單元I的可控氣相組分出氣閥V2關閉，可控氣相組分進氣閥Vl打開，直到系統(tǒng)壓力降低到設定值關閉；原料氣流量值提高時，可控通路氣相組分調節(jié)單元I的可控氣相組分進氣閥Vl關閉，可控氣相組分出氣閥V2打開，直至系統(tǒng)壓力提高到設定值后關閉；
[0017](2)、當只有環(huán)境溫度值發(fā)生變化時，冷劑栗Pl可保持定速運行，不做調整；可控通路氣相組分調節(jié)單元I對系統(tǒng)的壓力進行調節(jié)，中間節(jié)流閥V4的開度控制在設定值；具體調節(jié)方法為:環(huán)境溫度值降低時，可控通路氣相組分調節(jié)單元I的可控氣相組分進氣閥Vl關閉，可控氣相組分出氣閥V2打開，直至系統(tǒng)提高到設定壓力后關閉；環(huán)境溫度值升高時，可控通路氣相組分調節(jié)單元I的可控氣相組分出氣閥V2關閉，可控氣相組分進氣閥Vl打開，直至系統(tǒng)壓力降低到設定值后關閉。
[0018]除了上述情況外，當系統(tǒng)在原料氣流量值和環(huán)境溫度值同時發(fā)生變化時，可調節(jié)模式優(yōu)先選擇原料氣流量值變化調節(jié)模式，即先調節(jié)系統(tǒng)冷劑流量，后調節(jié)冷劑循環(huán)配比。
[0019]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0020]本發(fā)明可以使得單級混合冷劑天然氣液化系統(tǒng)不必采用可變頻的壓縮機，而且極大地提高了系統(tǒng)應對外部變化的能力。當系統(tǒng)面對環(huán)境溫度變化時，本發(fā)明通過不改變冷劑栗Pl的轉速，控制中間節(jié)流閥V4在一定開度實現(xiàn)改變系統(tǒng)工質循環(huán)組分配比以適應環(huán)境的變化，尤其是當環(huán)境溫度降低時，可通過本發(fā)明的調節(jié)充分利用環(huán)境的冷能，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能穩(wěn)定運行；當系統(tǒng)面對原料氣負荷變化時，通過本發(fā)明的可控通路氣相組分調節(jié)單元I可實現(xiàn)調節(jié)系統(tǒng)高低壓和工質流量的目的，這使得系統(tǒng)能快速響應以應對原料氣負荷變化，實現(xiàn)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。
[0021]綜上所述，本單級混合冷劑天然氣液化流程運行調節(jié)系統(tǒng)，能根據負荷變化和環(huán)境溫度變化對流程運行影響的特點，解耦調節(jié)冷劑流量和冷劑組分配比從而保持流程穩(wěn)定尚效運tx。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
[0024]實施例
[0025]如圖1所示。本發(fā)明一種單級混合冷劑天然氣液化流程運行調節(jié)系統(tǒng)，包括三段壓縮機Cl?C3、冷凝冷卻器Al?A3、多股流回熱換熱器4、節(jié)流機構V3、中間節(jié)流閥V4、氣液分離罐B3、緩沖罐B4、可控通路氣相組分調節(jié)單元1、液相組分調節(jié)單元2和控制單元3 ;其中，可控通路氣相組分調節(jié)單元I由可控氣相組分進氣閥V1、可控氣相組分出氣閥V2和冷劑收集罐BI組成；液相組分調節(jié)單元2由氣液分離罐B2和冷劑栗Pl組成；
[0026]所述的三段壓縮機的Cl段的出口連接Al冷凝冷卻器的進口，Al冷凝冷卻器的出口經過緩沖罐B4連接三段壓縮機的C2段的進口 ；所述三段壓縮機的C2段的出口連接A2冷凝冷卻器的進口，A2冷凝冷卻器的出口連接的氣液分離罐B2的氣液相進口 ；
[0027]所述氣