CN106642985A - 一种用于浮式天然气液化装置的快速开车***及其开车方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于浮式天然气液化装置的快速开车***及其开车方法，所述开车***包括：LNG快速混合预冷***，用于使LNG与天然气混合，再进入所述预冷换热器；预冷冷剂循环***，用于原料气和深冷冷剂的预冷，所述预冷循环输入端连接预冷冷剂压缩机出口冷却器的出口,预冷冷剂经过预冷换热器换热后回到预冷冷剂压缩机的入口；深冷冷剂循环***用于提供原料天然气液化所需的冷量，其输入端连接深冷冷剂压缩机出口冷却器的出口，经预冷换热器、深冷换热器后，再次进入深冷冷剂压缩机入口。原料气从原料气管路经过LNG快速混合预冷***、预冷换热器、深冷换热器至LNG输出管线；存储***，用于将冷却后的LNG导入LNG储罐进行储存，同时使未液化的天然气燃烧。

Description

一种用于浮式天然气液化装置的快速开车***及其开车方法
技术领域
本发明涉及液化天然气技术领域，特别涉及一种用于浮式天然气液化装置的快速开车***及其开车方法。
背景技术
我国海上天然气资源十分丰富但分布分散，大部分为深海气田、边际小气田和低品位天然气资源。因此，受限于成本和技术，无法采用传统的海洋固定平台或海底管道进行开采。而浮式天然气液化装置(FLNG)作为新型边际气田开发技术，具有配置灵活、便于迁移、可重复使用等优点而倍受青睐，这对促进我国深海气田、小气田开发具有重大现实意义。
传统天然气液化装置的开车步骤为：1.天然气侧通气；2.开启预冷冷剂压缩机，建立预冷冷剂循环；3.开启深冷冷剂压缩机，并建立深冷冷剂循环。4.在各个压力循环完全建立之后，换热器缓慢降温，直至得到液化天然气(LNG)产品。整个开车过程耗时约为10-12小时，未液化的天然气全部排放火炬。因此，传统的开车方式耗时多且原料气浪费严重。
与陆地天然气液化工厂不同，FLNG在海上作业，经常受到恶劣天气影响，在风、浪、流等海洋环境的共同作用下，FLNG船体运动与不同装载状况下舱内LNG的晃荡之间的共振响应会引起FLNG船体的剧烈运动，从而导致液化装置的停车；另外，由于海上气源不稳定及台风等极端恶劣天气影响也会造成装置开停车相对频繁。因此，减少FLNG装置开车时间成为FLNG装置运行时亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的就是提供一种快速的FLNG装置开车***及其开车方法，从而有效缩短浮式天然气液化装置的开车时间。
为达上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于浮式天然气液化装置的快速开车***，包括：
快速预冷***对原料气进行冷却，主要包括快速预冷管线及相关阀门，其快速预冷管线与原料气管线相连，将储罐中LNG与原料气混合；
预冷冷剂循环***，为原料气和深冷冷剂提供冷量，主要包括预冷换热器、预冷冷剂压缩机入口缓冲罐、预冷冷剂压缩机、预冷冷剂压缩机出口冷却器。预冷冷剂经过预冷换热器放热后成为气相，依次进入预冷冷剂压缩机入口缓冲罐、预冷冷剂压缩机和预冷冷剂压缩机出口冷却器，最后变成液相返回至预冷换热器入口，完成预冷冷剂循环；
深冷冷剂循环***用于提供原料天然气液化所需的冷量，主要包括预冷换热器、深冷换热器、深冷冷剂气液分离罐、深冷冷剂压缩机入口缓冲罐、深冷冷剂压缩机、深冷冷剂压缩机出口冷却器。深冷冷剂在预冷换热器中被冷却后分为气液两相，分别进入深冷换热器，在深冷换热器中分别节流放热后都变成气相，依次进入深冷冷剂压缩机入口缓冲罐、深冷冷剂压缩机、深冷冷剂压缩机出口冷却器，最后回至预冷换热器入口，完成深冷冷剂循环；
存储***，主要包括LNG输出管线、LNG储罐、LNG输出泵和火炬排放管线，液化后的天然气经过LNG输出管线导入进LNG储罐储存，未液化的天然气经过火炬排放管线进入火炬***。
根据本发明提出的快速开车***，其中，所述快速预冷***包括快速预冷管线、原料气入口管线，所述快速预冷管线从LNG输出泵，与原料气入口管线相连，并且所述快速预冷管线上设置调节阀和流量指示。所述调节阀根据所述流量指示进行手动调节。
根据本发明提出的快速开车***，其中，所述预冷冷剂循环***包括预冷换热器、预冷冷剂压缩机入口缓冲罐、预冷冷剂压缩机、预冷冷剂压缩机出口冷却器。预冷冷剂通过所述预冷换热器的入口进入预冷换换热器换热，从所述预冷换热器的出口依次通过预冷压缩机入口缓冲罐、预冷压缩机和预冷压缩机出口冷却器，经由所述预冷换热器的入口返回预冷换热器完成循环。在预冷换热器中预冷冷剂、深冷冷剂和天然气三种介质发生热交换，其中，预冷冷剂为其他介质提供冷量。
根据本发明提出的快速开车***，其中，所述深冷冷剂循环***包括预冷冷剂换热器、深冷冷剂分离罐、深冷换热器、深冷冷剂压缩机入口缓冲罐、深冷冷剂压缩机、深冷冷剂压缩机出口冷却器。在深冷换热器中，天然气与深冷冷剂发生热交换，深冷冷剂提供冷量，将天然气液化。深冷冷剂经过所述预冷换热器后被部分冷凝，气液两相分别进入深冷换热器，经过减压阀后节流，为天然气液化提供冷量。天然气经过深冷换热器后被液化，进入所述LNG储存***。
根据本发明提出的快速开车***，其中，所述存储***LNG储罐、LNG输出管线、LNG输出泵。所述LNG输出管线连接所述深冷换热器和所述LNG储罐，并设置有压力变送器、温度变送器、流量变送器和控制阀。所述控制阀通过所述流量变送器进行调节。所述火炬排放管线连接在所述LNG输出管线旁路，通过开关阀连接到火炬***。液化后的原料气经过所述LNG输出管线进入所述LNG储罐。未液化原料气经过所述火炬排放管线排到火炬***。储罐内LNG由所述LNG输出泵进入所述快速预冷管线。
根据本发明提出的快速开车***，其中，储罐内LNG经过所述LNG快速预冷管线进入所述天然气入口管线按照质量流量按照1：5～1：15混合。
根据本发明提出的快速开车***，其中，通过调节控制阀开度，将降温速率控制在20～40℃/h
根据本发明提出的快速开车***，其中，预冷换热器和深冷换热器采用绕管式换热器或冷箱中的一种或两种。
本发明还提供一种用于浮式天然气液化装置的快速开车方法，包括：
S1：放空部分预冷冷剂和深冷冷剂；
S2：开启预冷冷剂压缩机及其相关减压阀，建立预冷冷剂循环；
S3：开启深冷冷剂压缩机及其相关减压阀，建立深冷冷剂循环；
S4：补充预冷冷剂和深冷冷剂，所述预冷冷剂压缩机和所述深冷冷剂压缩机的出口压力逐步增加；
S5：天然气进入预冷换热器和深冷换热器，保持天然气液化管线畅通；开启天然气输出管线和火炬排放管线，使未液化的天然气排放至火炬；
S6：开启设置在LNG储罐底部的LNG输出泵，使LNG储罐内的LNG经过快速预冷管线进入天然气入口管线与天然气按照一定比例(质量流量按照1：5～1：15)混合进入预冷换热器；
S7：逐渐增加LNG的流量，使天然气出口稳定的降温速率在20～40℃/h；
S8：当天然气全部被液化时，关闭火炬排放阀；逐渐增加天然气的流量，观察温度变送器的温度指示，保持天然气出液状态；
S9：当出液稳定时，逐渐减小流量控制阀的开度直至关闭。逐渐增加原料气控制阀的开度；当预冷压缩机和深冷压缩机的出口压力及入口温度均达到了设计值时，天然气流量调节到设计值，开车预冷过程结束。与现有技术相比，本发明使用了LNG储罐中LNG的冷量代替部分预冷和深冷冷剂的冷量，减少了建立冷剂循环所需要的时间，进而极大缩短了开车时间，减少了开车期间火炬气排放，且极大提高了装置对海上环境的适应性。
附图说明
图1为本发明的快速开车***一具体实施例的结构示意图。
附图标记说明：1-开关阀；2-调节阀；3-原料气管线；4-预冷换热器；5-深冷换热器；6-压力变送器；7-温度变送器；8-流量变送器；9-控制阀；10-火炬排放管线；11-开关阀；12-LNG输出管线；13-LNG输出泵；14-LNG储罐；15-开关阀；16-流量指示；17-流量控制阀；18-LNG快速预冷管线；19-预冷冷剂压缩机入口缓冲罐；20-预冷冷剂压缩机；21-预冷冷剂压缩机出口冷却器；22-深冷冷剂压缩机入口缓冲罐；23-深冷冷剂压缩机；24-深冷冷剂压缩机出口冷却器；25-深冷冷剂分离罐；26-减压阀；27-减压阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明的快速开车***一具体实施例的结构示意图。如图1所示，本发明的快速开车***包括预冷换热器4，所述预冷换热器4的输入端通过开关阀1和调节阀2连接原料气，所述预冷换热器4的输出端依次连接预冷压缩机入口缓冲罐19、预冷压缩机20和预冷压缩机出口冷却器21，所述预冷压缩机出口冷却器21的输出端连接至所述预冷换热器4的输入端。
深冷换热器5的输入端连接所述预冷换热器4的输出，所述深冷换热器5的输出端依次连接深冷压缩机入口缓冲罐22、深冷压缩机23和深冷压缩机出口冷却器24，所述深冷压缩机出口冷却器24的输出端连接至所述预冷换热器4的输入端。
所述深冷换热器5的输出端依次相连的压力变送器6、温度变送器7、流量变送器8、控制阀9、火炬排放管线10和LNG输出管线12，所述火炬排放管线10通过一开关阀11连接至火炬；所述LNG输出管线12连接至LNG储罐14。
在所述LNG储罐14的底部设置有LNG输出泵13，所述LNG输出泵13的输出端依次连接流量指示器16、流量控制阀17和LNG快速预冷管线18，所述LNG快速预冷管线18的输出端连接至所述预冷换热器4的输入端。
本发明根据上述快速开车***形成的开车方法的具体流程如下所示：
S1：放空部分预冷冷剂和深冷冷剂；
S2：开启预冷冷剂压缩机20及相关减压阀，建立预冷冷剂循环；
S3：开启深冷冷剂压缩机23、减压阀26和减压阀27，建立深冷冷剂循环；
S4：补充预冷冷剂和深冷冷剂，两台压缩机出口压力逐步增加；
S5：冷剂循环建立后，开启开关阀1，调节阀2的开度为小流量，把天然气引入预冷换热器4和深冷换热器5，并保持天然气液化管线畅通。开启液化天然气输出管线12和火炬排放管线10，使未液化的天然气排放至火炬；
S6：开启LNG输出泵13，关闭阀门15，打开控制阀17，使储罐内的LNG经过快速预冷管线18进入天然气入口管线与天然气按照质量流量1：10的比例混合进入预冷换热器。通过控制阀2和控制阀17调节原料气与LNG的混合比例，控制天然气出口的冷却速率；
S7：随着两个冷剂压缩机出口压力逐步提高，制冷效果逐步增加，预冷换热器和深冷换热器温度逐渐降低。为加快冷却速度，逐步增加控制阀17的开度，增加LNG的流量，维持稳定的降温速率小于30℃/h，且预冷换热器和深冷换热器的冷热物流温差不超过50℃；
S8：当温度变送器7的温度达到设定值(天然气冷却成LNG)时，关闭火炬排放阀11。逐渐减小控制阀17的开度并增加控制阀2的开度，增加天然气的流量，观察温度变送器7的温度指示，保持天然气出液状态；
S9：当出液稳定时，逐渐减小控制阀17的开度，直至关闭。逐渐增加控制阀2的开度。当冷剂压缩机出口压力及入口温度均达到了设计值时，天然气流量调节到设计值。开车预冷过程结束。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的预冷换热器和深冷换热器采用冷箱或者绕管式换热器中的一种，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于浮式天然气液化装置的快速开车***，其特征在于，包括LNG快速预冷***，预冷冷剂循环***、深冷冷剂循环***和储存***；
快速预冷***用来对原料气进行冷却，包括快速预冷管线及相关阀门，其快速预冷管线与原料气管线相连，将储罐中LNG与原料气混合；
预冷冷剂循环***，提供原料气和深冷冷剂进行预冷所需要的冷量，包括预冷换热器、预冷冷剂压缩机、预冷冷剂压缩机入口缓冲罐、预冷冷剂压缩机出口冷却器；预冷冷剂经过预冷换热器放热后变成气相，依次进入预冷冷剂压缩机入口缓冲罐、预冷冷剂压缩机、预冷冷剂压缩机出口冷却器，最后返回预冷换热器入口，完成预冷冷剂循环；
深冷冷剂循环***，用于提供原料天然气液化所需的冷量，包括深冷换热器、深冷冷剂气液分离罐、深冷冷剂压缩机入口缓冲罐、深冷冷剂压缩机、深冷冷剂压缩机出口冷却器；深冷冷剂在预冷换热器中被冷却后分为气液两相，在深冷换热器中分别节流放热都变成气相，混合后依次进入深冷冷剂压缩机入口缓冲罐、深冷冷剂压缩机、深冷冷剂压缩机出口冷却器，最后返回至预冷换热器入口，完成深冷冷剂循环；
存储***，包括LNG输出管线、LNG储罐、LNG输出泵和火炬排放管线，液化后的天然气经过LNG输出管线导入进LNG储罐储存，未液化的天然气经过火炬排放管线进入火炬***。
2.根据权利要求1所述的快速开车***，其特征在于，所述快速预冷***包括快速预冷管线、原料气入口管线，所述快速预冷管线从LNG输出泵，与原料气入口管线相连，并且所述快速预冷管线上设置调节阀和流量指示；所述调节阀根据所述流量指示进行手动调节。
3.根据权利要求1所述的快速开车***，其特征在于，所述预冷冷剂循环***包括预冷换热器、预冷冷剂压缩机入口缓冲罐、预冷冷剂压缩机、预冷冷剂压缩机出口冷却器；预冷冷剂通过所述预冷换热器的入口进入预冷换换热器换热，从所述预冷换热器的出口依次通过预冷压缩机入口缓冲罐、预冷压缩机和预冷压缩机出口冷却器，经由所述预冷换热器的入口返回预冷换热器完成循环。在预冷换热器中预冷冷剂、深冷冷剂和天然气三种介质发生热交换，其中，预冷冷剂为其他介质提供冷量。
4.根据权利要求1所述的快速开车***，其特征在于，所述深冷冷剂循环***包括预冷冷剂换热器、深冷冷剂分离罐、深冷换热器、深冷冷剂压缩机入口缓冲罐、深冷冷剂压缩机、深冷冷剂压缩机出口冷却器；在深冷换热器中，天然气与深冷冷剂发生热交换，深冷冷剂提供冷量，将天然气液化。深冷冷剂经过所述预冷换热器后被部分冷凝，气液两相分别进入深冷换热器，经过减压阀后节流，为天然气液化提供冷量。天然气经过深冷换热器后被液化，进入所述LNG储存***。
5.根据权利要求1所述的快速开车***，其特征在于，所述存储***LNG储罐、LNG输出管线、LNG输出泵。所述LNG输出管线连接所述深冷换热器和所述LNG储罐，并设置有压力变送器、温度变送器、流量变送器和控制阀；所述控制阀通过所述流量变送器进行调节；所述火炬排放管线连接在所述LNG输出管线旁路，通过开关阀连接到火炬***；液化后的原料气经过所述LNG输出管线进入所述LNG储罐；未液化原料气经过所述火炬排放管线排到火炬***；储罐内LNG由所述LNG输出泵进入所述快速预冷管线。
6.根据权利要求2所述的快速开车***，其特征在于，储罐内LNG经过所述LNG快速预冷管线进入所述天然气入口管线按照质量流量按照1：5～1：15混合。
7.根据权利要求5所述的快速开车***，其特征在于，通过调节控制阀开度，将降温速率控制在20～40℃/h。
8.根据权利要求1所述的快速开车***，其特征在于，预冷换热器和深冷换热器采用绕管式换热器或冷箱中的一种。
9.一种用于浮式天然气液化装置的快速开车方法，其特征在于，包括：
S1：放空部分预冷冷剂和深冷冷剂；
S2：开启预冷冷剂压缩机及其相关减压阀，建立预冷冷剂循环；
S3：开启深冷冷剂压缩机及其相关减压阀，建立深冷冷剂循环；
S4：补充预冷冷剂和深冷冷剂，所述预冷冷剂压缩机和所述深冷冷剂压缩机的出口压力逐步增加；
S5：天然气进入预冷换热器和深冷换热器，保持天然气液化管线畅通；开启天然气输出管线和火炬排放管线，使未液化的天然气排放至火炬；
S6：开启设置在LNG储罐底部的LNG输出泵，使LNG储罐内的LNG经过快速预冷管线进入天然气入口管线与天然气按照一定比例(质量流量按照1：5～1：15)混合进入预冷换热器；
S7：逐渐增加LNG的流量，维持天然气出口稳定的降温速率在20～40℃/h；
S8：当温度变送器的温度达到设定值时，关闭火炬排放阀；逐渐增加天然气的流量，观察温度变送器的温度指示，保持天然气出液状态；
S9：当出液稳定时，逐渐减小流量控制阀的开度直至关闭。逐渐增加原料气控制阀的开度；当预冷压缩机和深冷压缩机的出口压力及入口温度均达到了设计值时，天然气流量调节到设计值，开车预冷过程结束。
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