利用天然氣管網壓力能生產液化天然氣的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及天然氣輸送中壓力能的回收利用領域，尤其涉及了一種利用天然氣管網壓力能生產液化天然氣的裝置。
【背景技術】
[0002]液化天然氣(Liquefied Natural Gas,簡稱LNG)，是天然氣經壓縮、冷卻至其沸點(-161.5°C)后變成的液體，其主要成分為甲烷，無色、無味、無毒且無腐蝕性，燃燒后空氣污染小，且放熱量大，被公認是地球上最干凈的能源。液化天然氣體積約為同量氣態天然氣體積的1/625，重量僅為同體積水的45 %左右。
[0003]目前，國內外天然氣的大規模陸上運輸主要采用管道運輸的方式。長輸管道采用高壓運輸是世界各國的發展趨勢，國外許多天然氣管道的輸送壓力都在lOMPa以上。我國目前的長輸天然氣也步入到了世界先進水平，西氣東輸一線工程管道壓力達到lOMPa，而西氣東輸二線的管道壓力則達到的12MPa。高壓天然氣無法直接使用，需要經過調壓至中低壓后進入下游管網。傳統的調壓站通過節流閥進行節流膨脹降壓，不僅白白浪費了大量的壓力能，而且由于降壓后天然氣溫度下降，還需要采用換熱器將降壓后的天然氣復熱到常溫。由于調壓站每天的過氣量非常可觀，回收利用這部分能量，既符合國家節能減排政策，又具有較好的經濟效益。
[0004]目前，已出現一些利用調壓站的壓力能制液化天然氣的方案，但是由于天然氣的液化溫度較低，往往需要將部分高壓天然氣減壓至很低的壓力使其變成溫度更低的冷源去液化天然氣，該部分氣體復熱之后還需要通過壓縮機增壓。因此，這些方案不同程度的存在液化率低(均不超過17%)，產品單耗高，設備投資高等問題；同時在下游的需求量產生較大范圍的波動時，裝置的運行、產量、能耗均會受到很大影響，運行極不穩定。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型針對現有技術中回收利用壓力能的裝置效率低，單耗高，運行不穩定等缺點，提供了一種效率高、單耗低、運行適應性、穩定性均良好的利用天然氣管網壓力能生產液化天然氣的裝置。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型通過下述技術方案得以解決:
[0007]利用天然氣管網壓力能生產液化天然氣的裝置，包括天然氣液化系統和膨脹機系統，
[0008]天然氣液化系統包括第一換熱器、第二換熱器、第一分離器、第三分離器和第三控制閥，與待液化天然氣相連的管路經過第一換熱器換熱后，與第三分離器進口端相連，第三分離器輕相出口端經過第一換熱器后與第一分離器進口端相連，第一分離器的輕相出口端管路經過第一換熱器換熱后與下游管網相連，第一分離器的重相出口端管路經過第二換熱器換熱和第三控制閥后與儲運設備相連，第三分離器的重相出口端管路連接重烴排出系統；
[0009]膨脹機系統包括膨脹機組的膨脹端和增壓端，膨脹端的進口與經過第一換熱器預冷后的上游凈化后的管網氣相連，膨脹端的出口管路經過第一換熱器換熱后，與增壓端的進口相連，增壓端的出口與下游管網相連；
[0010]還包括冷劑循環系統，包括壓縮機、冷卻器、第二分離器、第一換熱器、第二換熱器、第一控制閥和第二控制閥，壓縮機、冷卻器和第二分離器依次相連，第二分離器的重相出口端管路經過第一換熱器換熱后與第一控制閥進口端相連，第一控制閥出口端的管路再經過第一換熱器換熱后與壓縮機進口相連;第二分離器的輕相出口端管路依次經過第一換熱器和第二換熱器換熱后與第二控制閥進口端相連，第二控制閥出口端管路在依次經過第二換熱器和第一換熱器換熱后與壓縮機進口端相連。
[0011]在常規的高壓天然氣膨脹提供冷量的基礎上，增加了單獨的冷劑循環系統，冷劑循環系統為冷卻和液化工序提供冷量，液化率更高，同樣產量下產品的單耗更低；由于液化工序主要由混合冷劑提供冷量，因此在調壓站工況變化時，具有更好的適應性和穩定性，此外，待液化的天然氣經過兩級分離處理，不易堵塞管道，純度高。
[0012]作為優選，第一換熱器和第二換熱器均為板翅換熱器。板翅換熱器由于比表面積大具有換熱效率高，設備緊湊輕巧，冷量散失小的優點，同時板翅換熱器適應性強，通過流道的布置和組合能夠適應多流股的換熱工況。混合冷卻劑經過第二分離器分離后，輕相經過兩次換熱預冷到_140°C?_160°C，在經過第二控制閥的節流，溫度和壓力進一步下降，為換熱器提供充足的冷量，保證液化系統的運行;混合冷卻劑的重相經過第一換熱器冷卻后，溫度降低至_65°C?_80°C，在經過第一控制閥節流后，溫度和壓力進一步下降，并通過反流通道返回第一換熱器，為待液化天然氣提供預冷所需的冷量。
[0013]作為優選，壓縮機為冷劑壓縮機。由于天然氣進入膨脹端入口要求必須無液體，否則會損壞膨脹葉輪，因此工藝設計上進入膨脹端入口的溫度不會很低，也就是膨脹端出口的冷源溫度相對較高，還不能滿足液化天然氣的要求。因此常規壓差制液化天然氣的項目，還需要將一股天然氣降到很低的壓力提供更加低的溫度作為液化天然氣的冷源，這股天然氣進入下游管網前還需要壓縮機增壓。調壓站實際運作時，每天的過氣量都會因為下游的用氣情況而變化，如冬季用氣高峰、下游用氣量大的工廠檢修、下游用氣規模還未達到規劃程度。這樣的話，實際日過氣量會小于設計日過氣量，這對于膨脹機組和低壓氣回收壓縮機的運行效率有較大影響，直接影響工廠的能耗和產量。選用冷劑壓縮機，一方面可以通過調節各種冷劑的配比優化液化，提高換熱效率，降低能耗，相對于常規壓差ffjljLNG工廠來說，可操作性增加了；另一方面當實際過氣量低于設計過氣量時，可以適當減少產量，增加冷劑壓縮機的做功比例，雖然單耗會有所增加，但是產量變化幅度較小，對工廠經濟效益影響小。
[0014]作為優選，冷劑循環系統中的冷劑包括氮氣、甲烷、乙烯、丙烷和異戊烷。冷劑循環系統中采用混合冷劑，混合冷劑具有單位制冷量大的優點，可以降低裝置能耗，減小壓縮機設備成本。
[0015]作為優選，膨脹機系統中與上游管網相連的管路先經過第一換熱器冷卻后與膨脹端的進口相連。
[0016]本實用新型由于采用了以上技術方案，具有顯著的技術效果:
[0017]1.節約能耗，采用本實用新型取代原有的天然氣調壓工藝，回收了壓力能，節約了原有的調壓工藝中需要外部供熱提升調壓后天然氣溫度所耗費的能量和設備。
[0018]2.運行穩定，本實用新型利用冷劑壓縮機代替常規的增壓壓縮機，上游管網壓力和過氣量變化時，可以確保裝置的液化率，實現穩定生產及裝置效益。
[0019]3.裝置投資成本低，本實用新型采用常用的天然氣生產設備，設備投資略有增加，但是由于產量也增加了，而且實際產量受過氣量的影響小了，因而實際經濟效益更好了。
[0020]4.工藝流程簡單可控，本實用新型的設備為本領域常規設備，應用成熟，選型方便，流程簡單，維修成本低，系統運行安全穩定。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0022]附圖中各數字標號所指代的部位名稱如下:1一膨脹機組、2—第一換熱器、3—第二換熱器、4一第一分離器、5—第二分離器、6—第三分離器、7—第一控制閥、8—第二控制閥、9一壓縮機、10—冷卻器、11一膨脹端、12一增壓端、13—閥、14一第二控制閥、15一閥、21
?48—管道。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0024]實施例1
[0025]利用天然氣管網壓力能生產液化天然氣的裝置，如圖1所示，包括天然氣液化系統、膨脹機系統和冷劑循環系統。
[0026]天然氣液化系統包括第一換熱器2、第二換熱器3、第一分離器4、第三分離器6和第三控制閥14，與待液化天然氣相連的管路經過第一換熱器2換熱后，與第三分離器6進口端相連，第三分離器6輕相出口端經過第一換熱器2換熱后與第一分離器4進口端相連，第一分離器4輕相出口端管路經過第一換熱器2換熱后與下游管網相連，第一分離器4重相出口端管路經過第二換熱器3換熱和第三控制閥14后與儲運設備相連，第三分離器6重相出口端管路連接重烴管線排出系統。
[0027]待液化天然氣管路出口與管道26相連，管道26另一端連接第一換熱器2的流體通道，該流體通道出口連有管道27，管道27又與第三分離器6進口相連，第三分離器6輕相出口端通過管道28與第一換熱器2流體通道相連，與該流體通道出口相連的管道29連接閥13，閥13出口端又連有管道30，管道30與第一分離器4進口相連，第一分離器4輕相出口端連接管道31，管道31又與第一換熱器2的反流通道相連，該反流通道出口通過管