[发明专利]LNG工厂中使用双流压缩机的并行压缩

说明书

提供一种通过消除制冷剂压缩系统的瓶颈来提高天然气液化过程的容量和效率的系统和方法。提供包括至少一个双流压缩机的次压缩回路流体流动并联相连主压缩回路的至少一部分。

背景技术

用于冷却，液化和任选地冷却天然气的液化系统在本领域中是众所周知的，例如单一混合制冷剂(SMR)循环、丙烷预冷混合制冷剂(C3MR)循环、双混合制冷剂(DMR)循环、C3MR-氮混合物(例如AP-X^TM)循环、氮气或甲烷膨胀机循环和级联循环。通常，在这样的系统中，天然气通过与一种或多种制冷剂的间接热交换而被冷却、液化并且可选地被过度冷却。可以使用各种制冷剂，诸如混合制冷剂、纯组分、两相制冷剂、气体二相制冷剂等。混合制冷剂(MR)是氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已被用于许多基础负荷液化天然气(LNG)装置。MR流的组成通常基于进料气体组成和操作条件而优化。

制冷剂在制冷剂回路中循环，其中包括一个或多个热交换器和一个或多个制冷剂压缩系统。制冷剂回路可能是闭环或开环的。天然气通过与热交换器中的制冷剂进行间接热交换而被冷却、液化和/或过冷。

各制冷剂压缩系统包括用于压缩和冷却循环制冷剂的压缩回路，以及提供驱动压缩机所需动力的驱动器组件。制冷剂压缩系统是液化系统的关键组成部分，因为制冷剂需要压缩到高压并在膨胀前冷却，以便产生冷却低压制冷剂流，其提供冷却、液化和任选地冷却天然气所必需的热负荷。

基础型LNG装置中的制冷剂压缩大部分是由动态或动态压缩机，尤其是离心压缩机，由于其具有高容量、可变速、高效率、低维护、小体积等固有特性。其他类型的动态压缩机，如轴流式压缩机和混流式压缩机也有类似的原因。动态压缩机的功能是通过增加受压流体的动量。容积式压缩机也可以使用，虽然它们的容量比典型的动态压缩机低得多，并且通过减少被压缩流体的体积来起作用。

已经有三种主要的用于LNG服务的驱动器类型，即燃气轮机、蒸汽轮机和电动机。

在一些情况下，LNG生产率可能受到所安装的制冷剂压缩机的限制。当压缩机工作点靠近时，就是这样一种情况。-Surge被定义为压缩机达到最大扬程能力和最小体积流量极限的工作点。防喘振线是安全运行的一个工作点，C3MR循环的这种情况的一个例子是在高环境温度下，丙烷预冷却系统的负荷增加，从而导致最大的扬程，从而达到最低的允许流量。因此，制冷剂流量受到限制，从而限制了制冷和LNG的生产率。

LNG生产率受安装的制冷剂压缩机限制的另一种情况是当压缩机靠近石墙或扼流器时。石墙或扼流器被定义为压缩机达到最大稳定体积流量和最小压头能力的工作点。这种情况的一个例子是，当电站满负荷运行时，LNG的最大容量。压缩机不能再承受制冷剂的流量，因此受压缩机运行的限制。

安装的制冷剂压缩机可能会限制液化天然气生产的另一种情况是用于压缩机工作点受压缩机设计限制(例如流量系数、进口马赫数等)限制的大型基本负荷设施。

在某些情况下，LNG生产受限于可用的驱动力。当工厂在高LNG生产率下运行时，可能会发生这种情况。由于可用的燃气轮机功率降低，在高环境温度下的燃气轮机驱动装置也可能发生这种情况。

液化天然气工业中使用的标准动态压缩机由一个或多个进口和一个出口组成的壳体组成。在多入口的情况下，壳体还包括用于将入口流与先前的压缩机级的排出物混合的腔室。例如，具有两个入口流的第二压缩机级需要混合室将入口流与第一压缩机级的排出流混合。

解决制冷剂压缩系统的一种方法是增加一个类似于上述的动态压缩机，如离心压缩机、驱动主压缩机的排放。这有助于在压缩机接近喘振的情况下，为压缩系统建立更多的头脑。当压缩机在靠近石墙运行时，在主压缩机排气口处添加附加的动态压缩机具有有限的益处。因此，增加附加的动态压缩机不能解决最大流量约束的问题。

另一种方法是在主压缩机上并联一台或多台动态压缩机，如离心压缩机。虽然这在某种程度上有助于解除主压缩机的瓶颈，但这可能是不够的或有效的。这种方法消除了主压缩机中不同压缩机等级的瓶颈。