自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低溫液化氣體系統，特別是一種把自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統。
【背景技術】
[0002]天然氣作為清潔能源是21世紀消費量增長最快的能源，占一次性能源的比重將越來越大。相對于煤炭和石油，天然氣更環保、更潔凈，而且在同等熱值的情況下，天然氣要更實惠、更經濟。我國是一個幅員遼闊的國家，但是資源分布不均與經濟發展的不平衡現象非常嚴重。西部資源豐富省份經濟相對落后，能源消耗低；而東部經濟發達地區卻缺少能源。所以在我國如何合理的調配和運輸能源顯得尤為重要。城市氣源是我國“西氣東輸”工程的重要組成部分。考慮到部分與氣源距離遠、市場容量較小、采用管道輸送不經濟的中小城市，以及由于各種原因暫時無法使用管輸氣的城市，使用液化天然氣，是解決其天然氣氣源問題的有效方法。現有的液化方法分為級聯式液化方法，帶膨脹機的液化方法和混合制冷劑的液化方法。級聯式液化方法有機組多，流程復雜，附屬設備多，管道與控制系統復雜的缺點；混合制冷劑的液化方法有能耗較高，混合制冷劑的合理配比較為困難等缺點；帶膨脹機的液化方法有液化率低，回流壓力低，換熱面積大，不適合小型化的缺點。本發明是一種把自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統，利用了自動復疊制冷系統逐級冷卻的優勢，結合了脈管制冷機在低溫區具有更高制冷效率的特點，具有較高的液化效率，而且整個液化系統比較靈活，可以小型化，也可以采用并聯系統方案實現中等規模的天然氣液化。
【發明內容】
[0003]本發明是針對級聯式液化方法機組多，流程復雜，附屬設備多，管道與控制系統復雜，混合制冷劑的液化方法能耗較高，混合制冷劑的合理配比較為困難，帶膨脹機的液化方法液化率低，回流壓力低，換熱面積大，較難小型化等問題，提出了一種把自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統，該系統利用自復疊制冷系統逐級冷卻的優勢，結合了脈管制冷機在低溫區具有更高制冷效率的特點，具有較高的液化效率，而且整個液化系統比較靈活，可以小型化，也可以采用并聯系統方案實現中等規模的天然氣液化，可以很好的解決上述問題。
[0004]為了解決上述問題，本發明采用的技術方案是:一種自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統，包括自動復疊制冷系統，脈管制冷機系統，天然氣液化系統，其特征在于:
所述自動復疊制冷系統是一個四級自動復疊制冷系統，包括壓縮機，水冷冷凝器，第一級氣液分離器，第一級節流元件，第一級換熱器，第二級氣液分離器，第二級節流元件，第二級換熱器，第三級氣液分離器，第三級節流元件，第三級換熱器，第四級節流元件、蒸發器；所述脈管制冷機系統包括脈管制冷機、脈管制冷機冷頭、水冷卻器和天然氣冷凝箱； 所述天然氣液化系統包括氣源、穩壓閥、第一級換熱器、第二級換熱器、第三級換熱器、蒸發器、天然氣冷凝箱、脈管制冷機、節流元件、儲存裝置、流量調節閥；
所述的氣源輸出端經穩壓閥和流量調節閥依次連接自復疊制冷循環中的第一級換熱器、第二級換熱器、第三級換熱器，用于氣源在第一、二、三級換熱器中與混合制冷劑換熱進行第一至三次冷卻；所述第三級換熱器5的氣態天然氣輸出端連接自復疊制冷循環中的蒸發器中，用于氣態天然氣在蒸發器中與制冷劑進行換熱進行第四次冷卻；所述蒸發器的氣態天然氣輸出端纏繞在天然氣冷凝箱里的脈管制冷機中的脈管制冷機冷頭上，用于氣態天然氣在天然氣冷凝箱中與脈管制冷機中的脈管制冷機冷頭里的工質氦氣進行換熱，被冷凝為液態天然氣；所述纏繞在脈管制冷機冷頭上的管道通過節流元件連接儲存裝置，用于液態天然氣經過節流元件降壓后流到儲存裝置中被儲存；所述第一、二、三級換熱器、蒸發器、天然氣冷凝箱、脈管制冷機冷頭及連接管道置于絕熱保溫裝置內。
[0005]所述第一級換熱器中的混合制冷劑為R290/R23/R14/R50 ;所述第二級換熱器中的混合制冷劑為R23/R14/R50 ;所述第三級換熱器中的制冷劑為R14/R50 ;所述蒸發器中的制冷劑為R50。
[0006]所述天然氣冷凝箱里天然氣液化系統的管道和脈管制冷機的連接方式為天然氣液化系統的管道纏繞在脈管制冷機冷頭上。
[0007]本發明的有益效果是:該天然氣液化系統利用了自復疊制冷系統逐級冷卻的優勢，結合了脈管制冷機在低溫區具有更高制冷效率的特點，具有較高的液化效率，而且整個液化系統比較靈活，可以小型化，也可以采用并聯系統方案實現中等規模的天然氣液化。
[0008]本發明液化的對象不僅局限于天然氣，還可以是甲烷，乙烷等其他氣體。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統的系統圖。
【具體實施方式】
[0010]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
[0011]如圖1所示，一種自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統的系統圖，該種把自動復疊制冷系統與脈管制冷機相結合的天然氣液化系統包括三個子系統，分別為天然氣液化系統、R290/R23/R14/R50自動復疊制冷系統系統和脈管制冷機系統。
[0012]天然氣液化系統主要包括:氣源1、穩壓閥2、第一級換熱器3、第二級換熱器4、第三級換熱器5、蒸發器6、天然氣冷凝箱7、脈管制冷機8、節流元件9、儲存裝置10、流量調節閥21。經過潔凈除濕等操作處理的高壓氣態天然氣，從氣源I輸出，經穩壓閥2穩壓到一定壓力，再經流量調節閥21進行流量調節后流到自復疊制冷循環中的第一級換熱器3，在第一級換熱器3中與自動復疊制冷系統回路中的混合制冷劑R290/R23/R14/R50進行換熱，被第一次冷卻降溫。氣態天然氣從第一級換熱器3中出來以后，又流到了自復疊制冷循環中的第二級換熱器4中，在第二級換熱器4中與自動復疊制冷系統回路中的主要混合制冷劑R23/R14/R50進行換熱，被第二次冷卻降溫。氣態天然氣從第二級換熱器4中出來以后，又流到了自復疊制冷循環中的第三級換熱器5中，在第三級換熱器5中與自動復疊制冷系統回路中的主要混合制冷劑R14/R50進行換熱，被第三次冷卻降溫。氣態天然氣從第三級換熱器5中出來以后，又流到了自復疊制冷循環中的蒸發器6中，在蒸發器6中與自動復疊制冷系統回路中的主要制冷劑R50進行換熱，被第四次冷卻降溫。氣態天然氣從蒸發器6出來以后，又流到了天然氣冷凝箱7中，在天然氣冷凝箱7中與脈管制冷機的冷頭81里的工質氦氣進行換熱，被冷凝為液態天然氣，其溫度為IlOK左右。最后液態天然氣經過節流元件9降壓后流到儲存裝置10中被儲存。上述天然氣整個換熱流程都需要處于絕熱保溫狀
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[0013]R290/R23/R14/R50自動復疊制冷系統主要包括:第一級換熱器3、第二級換熱器4、第三級換熱器5、蒸發器6、壓縮機11、水冷冷凝器12、第一級氣液分離器13、第一級節流元件14、氣液分離器15、第二級氣液分離器16、第二級節流元件17、第三級氣液分離器18、第三級節流元件19、第四級節流元件20。所述的自動復疊制冷系統，混合制冷劑R290/R23/R14/R50經壓縮機11壓縮并排入水冷冷凝器12中，在水冷冷凝器12中進行變溫冷凝，其中冷凝為液體的主要為R290，而R23/R14/R50