[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2706892C2 - Cryogenic heat exchanger cooling method and device and hydrocarbon flow liquefaction method - Google Patents

Cryogenic heat exchanger cooling method and device and hydrocarbon flow liquefaction method Download PDF

Info

Publication number
RU2706892C2
RU2706892C2 RU2017127006A RU2017127006A RU2706892C2 RU 2706892 C2 RU2706892 C2 RU 2706892C2 RU 2017127006 A RU2017127006 A RU 2017127006A RU 2017127006 A RU2017127006 A RU 2017127006A RU 2706892 C2 RU2706892 C2 RU 2706892C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
cooling
throttle valve
cryogenic heat
Prior art date
Application number
RU2017127006A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017127006A3 (en
RU2017127006A (en
Inventor
Янг Холиджа БАХАРИ
Прееда ДЖАРУВАТТАНАЧАИ
Original Assignee
Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. filed Critical Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Publication of RU2017127006A publication Critical patent/RU2017127006A/en
Publication of RU2017127006A3 publication Critical patent/RU2017127006A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2706892C2 publication Critical patent/RU2706892C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F25J1/0216Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle using a C3 pre-cooling cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0247Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control start-up of the process
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: present invention relates to a method and a device for cooling a cryogenic heat exchanger for liquefying a stream of hydrocarbons, such as a stream of natural gas. Method includes receiving one or more refrigerant temperature readings, providing coolant temperature indication, comparing one or more coolant temperature readings with one or more corresponding predetermined threshold values and selection of one of the procedures for automatic cooling of the cryogenic heat exchanger in the warm state and automatic cooling of the cryogenic heat exchanger in the cold state based on the comparison results.
EFFECT: technical result consists in increase of heat exchanger cooling speed.
15 cl, 7 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для охлаждения криогенного теплообменника. The present invention relates to a method and apparatus for cooling a cryogenic heat exchanger.

В различных вариантах реализации изобретения, конкретно описанных в данном документе, криогенный теплообменник подходит для сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа.In various embodiments of the invention specifically described herein, a cryogenic heat exchanger is suitable for liquefying a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу сжижения такого потока углеводородов.In another aspect, the present invention relates to a method for liquefying such a hydrocarbon stream.

Уровень техникиState of the art

Известно несколько типов криогенных теплообменников. Такие криогенные теплообменники могут быть использованы в способах сжижения потока природного газа для производства сжиженного природного газа (СПГ). В таком случае криогенный теплообменник, как правило, способен принимать поток углеводородов, подлежащих сжижению, осуществлять теплообмен между потоком углеводородов и по меньшей мере частично испаряющимся хладагентом, тем самым по меньшей мере частично сжижая поток углеводородов и выпуская по меньшей мере частично сжиженный поток углеводородов. Several types of cryogenic heat exchangers are known. Such cryogenic heat exchangers can be used in processes for liquefying a natural gas stream to produce liquefied natural gas (LNG). In this case, the cryogenic heat exchanger is generally capable of receiving a stream of hydrocarbons to be liquefied, exchanging heat between the hydrocarbon stream and at least partially evaporating refrigerant, thereby at least partially liquefying the hydrocarbon stream and releasing at least partially liquefied hydrocarbon stream.

В зависимости от типа углеводородов в потоке и уровня давления, при котором поток углеводородов проходит через криогенный теплообменник, типичная температура, при которой, например, начинает сжижаться природный газ, может составлять –135ºC. Depending on the type of hydrocarbon in the stream and the pressure level at which the hydrocarbon stream passes through a cryogenic heat exchanger, the typical temperature at which, for example, natural gas begins to liquefy, can be –135ºC.

Однако при подготовке к нормальному режиму охлаждения и/или сжижения потока углеводородов криогенный теплообменник должен быть охлажден, что может являться, к примеру, частью процедуры пуска установки.However, in preparation for the normal cooling and / or liquefaction of the hydrocarbon stream, the cryogenic heat exchanger must be cooled, which may, for example, be part of the installation start-up procedure.

Чтобы предотвратить повреждение криогенного теплообменника, включая, например, утечки, которые могут произойти в результате неравномерного распределения теплового расширения и сжатия по криогенному теплообменнику, операторы и изготовители таких криогенных теплообменников обычно рекомендуют избегать, насколько это возможно, превышения определенной заданной максимальной скорости изменения температуры во времени.To prevent damage to the cryogenic heat exchanger, including, for example, leaks that may result from the uneven distribution of thermal expansion and contraction over the cryogenic heat exchanger, operators and manufacturers of such cryogenic heat exchangers generally recommend that, as far as possible, exceeding a certain predetermined maximum temperature change rate with time .

С другой стороны, чтобы минимизировать этот непроизводительный или не оптимальный производительный период криогенного теплообменника, операторы обычно хотят охлаждать криогенные теплообменники с наивысшей возможной скоростью.On the other hand, in order to minimize this unproductive or non-optimal production period of the cryogenic heat exchanger, operators usually want to cool the cryogenic heat exchangers at the highest possible speed.

В патенте США 4809154 описывается автоматизированная система управления установками по получению сжиженного природного газа с использованием смешанного хладагента, которая имеет оптимизированные функциональные параметры. Оптимизация осуществляется путем регулировки параметров, таких как наличное количество компонентов, состав, степень сжатия смешанного хладагента, а также скорости турбины компрессора, чтобы добиться наибольшей производительности каждого блока установки, потребляющего электроэнергию.US Pat. No. 4,809,154 describes an automated control system for liquefied natural gas plants using mixed refrigerant, which has optimized functional parameters. Optimization is carried out by adjusting parameters, such as the available number of components, composition, compression ratio of the mixed refrigerant, as well as the compressor turbine speed, in order to achieve the highest performance of each unit of the unit that consumes electricity.

Более подробно, система управления технологическим процессом по патенту '154 США реализуется в компьютерной системе параллельной обработки, позволяющей выполнять параллельные процессы управления на нескольких процессорах, имеющих доступ к общей памяти, где хранятся значения, характеризующие текущее состояние каждого датчика и каждого контроллера, связанного с производственной установкой. Для организации работы параллельных процессов управления поддерживается очередность запросов и очередность ответов, а также таблица приоритетов, которая используется для разрешения конфликтов между параллельными циклами рабочих процессов. In more detail, the process control system of the US '154 patent is implemented in a parallel processing computer system that allows parallel control processes to be performed on several processors with access to shared memory, which stores values that characterize the current state of each sensor and each controller associated with the production installation. To organize the work of parallel control processes, the sequence of requests and the order of responses, as well as the priority table, which is used to resolve conflicts between parallel cycles of work processes, are supported.

Система контроллера технологического процесса по патенту '154 США может надлежащим образом работать для оптимизации или поддержания оптимального количества или качества сжиженного газа, получаемого в процессе сжижения. Однако система контроллера технологического процесса по патенту ’154 США не подходит для управления криогенным теплообменником во время начального охлаждения при пуске, так как для этого необходимо выполнять последовательность этапов, которые не могут быть обработаны с использованием системы таблиц приоритетов и очередностей запросов и ответов.The '154 US patent process controller system may work appropriately to optimize or maintain the optimum amount or quality of liquefied gas produced during the liquefaction process. However, the US 15 154 patent process controller system is not suitable for controlling a cryogenic heat exchanger during initial cooling at start-up, since it requires a series of steps that cannot be processed using a system of priority and request and response tables.

В WO2009/098278 описывается способ и устройство для охлаждения криогенного теплообменника. Охлаждение осуществляется в автоматическом режиме и обеспечивает возможность охлаждения с наивысшей возможной скоростью без превышения заданной максимальной скорости изменения температуры.WO2009 / 098278 describes a method and apparatus for cooling a cryogenic heat exchanger. The cooling is carried out in automatic mode and provides the possibility of cooling at the highest possible speed without exceeding the specified maximum rate of temperature change.

Краткое описаниеShort description

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство и способ, позволяющие более гибко и быстро охлаждать криогенный теплообменник, в частности, в ситуациях, когда работа криогенного теплообменника возобновляется после приостановки, при которой температура хладагента все еще значительно ниже температуры окружающей среды. Такая ситуация может возникнуть, например, в случае, если работа была приостановлена на относительно короткий период времени (например, для проведения технического обслуживания после вынужденного аварийного отключения компрессора, обычного перерыва или останова) или даже после более длительных приостановок (дней), во время которых проводится надлежащая обшивка для поддержания как можно более низкой температуры.The objective of the invention is to provide a device and method that allows more flexible and faster cooling of the cryogenic heat exchanger, in particular in situations where the cryogenic heat exchanger resumes after suspension, at which the refrigerant temperature is still significantly lower than the ambient temperature. Such a situation may occur, for example, if the work was suspended for a relatively short period of time (for example, for maintenance after a forced emergency shutdown of the compressor, a usual break or stop) or even after longer suspensions (days) during which proper sheathing is carried out to keep the temperature as low as possible.

Настоящее изобретение предлагает устройство для охлаждения криогенного теплообменника для сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, причем криогенный теплообменник выполнен с возможностью принимать поток углеводородов, подлежащий сжижению, и хладагент для проведения теплообмена между потоком углеводородов и хладагентом, тем самым по меньшей мере частично сжижая поток углеводородов, а также выпускать по меньшей мере частично сжиженный поток углеводородов и отработанный хладагент, прошедший через криогенный теплообменник, при этом устройство содержит The present invention provides a device for cooling a cryogenic heat exchanger to liquefy a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream, wherein the cryogenic heat exchanger is configured to receive a hydrocarbon stream to be liquefied and a refrigerant for exchanging heat between the hydrocarbon stream and the refrigerant, thereby at least partially liquefying hydrocarbon stream, as well as releasing at least partially liquefied hydrocarbon stream and spent refrigerant passing through cryogenic t an exchanger, while the device contains

- контур рециркуляции хладагента для рециркуляции отработанного хладагента обратно в криогенный теплообменник, причем контур рециркуляции хладагента содержит по меньшей мере компрессор, рециркуляционный клапан компрессора, охладитель и первый дроссельный клапан Джоуля-Томсона;a refrigerant recirculation circuit for recycling the spent refrigerant back to the cryogenic heat exchanger, the refrigerant recirculation circuit comprising at least a compressor, a compressor recirculation valve, a cooler and a first Joule-Thomson throttle valve;

- программируемый контроллер, выполненный с возможностью выполнения этапа (502) сравнения, включающего:- a programmable controller configured to perform a comparison step (502), including:

(i) прием одного или более показаний температуры хладагента, обеспечивая индикацию температуры хладагента, (i) receiving one or more readings of the temperature of the refrigerant, providing an indication of the temperature of the refrigerant,

(ii) сравнение одного или более показаний температуры хладагента с одним или более соответствующими заданными пороговыми значениями, и (ii) comparing one or more readings of the temperature of the refrigerant with one or more corresponding predetermined threshold values, and

(iii) выбор одной из процедур автоматического охлаждения криогенного теплообменника в теплом состоянии и автоматического охлаждения криогенного теплообменника в холодном состоянии на основании результатов сравнения согласно п. (ii).(iii) selection of one of the procedures for automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a warm state and automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a cold state based on the results of comparison in accordance with paragraph (ii).

После этапа (iii) программируемый контроллер выполнен с возможностью выполнения выбранной процедуры охлаждения. Следует отметить, что процедуры охлаждения в теплом и холодном состоянии являются аналогичными процедурами, которые могут включать аналогичные действия, но действия выполняются по-разному, в частности, различаются в одном из следующих аспектов: различные величины шага для открытия/закрытия клапанов, различное время открытия/закрытия клапанов, различные пороговые значения для принятия решения о дальнейшем открытии/закрытии клапанов, в частности, различные значения СИТ. After step (iii), the programmable controller is configured to perform the selected cooling procedure. It should be noted that warm and cold cooling procedures are similar procedures, which may include similar actions, but the actions are performed differently, in particular, they differ in one of the following aspects: different step sizes for opening / closing valves, different opening times / closing of valves, various threshold values for deciding on further opening / closing of valves, in particular, various values of SIT.

В частности, процедура охлаждения в холодном состоянии отличается от процедуры охлаждения в теплом состоянии, так как процедура охлаждения в теплом состоянии включает этап, на котором обеспечивается закрытие дроссельного клапана (закрывается автоматически или оператору выдается указание закрыть дроссельный клапан), в то время как процедура охлаждения в холодном состоянии может начинаться при открытом дроссельном клапане. Процедура охлаждения в холодном состоянии позволяет начать понижение температуры криогенного теплообменника из (все еще) холодного состояния (например, от −80°C до −130°C) до точки получения СПГ (приблизительно −165°C). Более подробно это описано ниже.In particular, the cold cooling procedure is different from the warm cooling procedure, since the warm cooling procedure includes the stage of closing the throttle valve (it closes automatically or the operator is instructed to close the throttle valve), while the cooling procedure when cold, it can start when the throttle valve is open. The cold cooling procedure allows you to start lowering the temperature of the cryogenic heat exchanger from the (still) cold state (for example, from −80 ° C to −130 ° C) to the point of LNG production (approximately −165 ° C). This is described in more detail below.

Термин процедура охлаждения в теплом состоянии используется для описания процедуры охлаждения, в которой начальная температура хладагента относительно высокая, т.е. выше заданного порогового значения, и может требоваться процедура предварительного охлаждения. Пример процедуры охлаждения в теплом состоянии подробно описан в документе WO2009/098278, который включен в данный документ посредством ссылки.The term warm cooling procedure is used to describe a cooling procedure in which the initial temperature of the refrigerant is relatively high, i.e. above a predetermined threshold, and a pre-cooling procedure may be required. An example of a warm cooling procedure is described in detail in document WO2009 / 098278, which is incorporated herein by reference.

Термин процедура охлаждения в холодном состоянии используется для описания процедуры охлаждения, в которой начальная температура хладагента относительно низкая, т.е. ниже заданного порогового значения, и процедура предварительного охлаждения не требуется. The term cold cooling procedure is used to describe a cooling procedure in which the initial temperature of the refrigerant is relatively low, i.e. below a predetermined threshold value, and a pre-cooling procedure is not required.

Процедура охлаждения в теплом состоянии обычно применяется при первом пуске нового устройства или в конце относительно длительного периода технического обслуживания. Однако в течение срока службы устройства должны выполняться относительно непродолжительные работы по техническому обслуживанию, по окончанию которых хладагент остается относительно холодным, то есть значительно ниже температуры окружающей среды. Вместо того, чтобы ожидать, пока хладагент достигнет температуры, позволяющей проводить процедуру охлаждения в теплом состоянии, предлагается использовать процедуру охлаждения в холодном состоянии, которая позволяет охлаждать хладагент из относительно холодной начальной точки. Это является относительно эффективным по времени. Это также повышает гибкость, так как делает возможным автоматическое охлаждение из теплого и холодного состояний.The warm cooling procedure is usually applied at the first start-up of a new device or at the end of a relatively long maintenance period. However, relatively short maintenance work should be performed during the device’s service life, at the end of which the refrigerant remains relatively cold, i.e. well below ambient temperature. Instead of waiting for the refrigerant to reach a temperature that allows the warm cooling procedure, it is proposed to use the cold cooling procedure, which allows the refrigerant to cool from a relatively cold starting point. This is relatively time efficient. It also increases flexibility, as it enables automatic cooling from warm and cold conditions.

После охлаждения криогенного теплообменника посредством описанного выше способа и/или использования описанного выше устройства, поток углеводородов может сжижаться на одном или более этапах, включающих процесс теплообмена для потока углеводородов в криогенном теплообменнике для получения сжиженного углеводородного продукта.After cooling the cryogenic heat exchanger through the method described above and / or using the device described above, the hydrocarbon stream may be liquefied in one or more stages, including a heat exchange process for the hydrocarbon stream in the cryogenic heat exchanger to produce a liquefied hydrocarbon product.

В другом аспекте, изобретение обеспечивает способ охлаждения криогенного теплообменника, предназначенного для сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, включающий этапы, на которыхIn another aspect, the invention provides a method for cooling a cryogenic heat exchanger for liquefying a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream, comprising the steps of:

- предоставляют криогенный теплообменник, выполненный с возможностью приема потока углеводородов, подлежащего сжижению, и хладагента для проведения теплообмена между потоком углеводородов и хладагентом, тем самым по меньшей мере частично сжижая поток углеводородов, а также выпуска по меньшей мере частично сжиженного потока углеводородов и отработанного хладагента, прошедшего через криогенный теплообменник,- provide a cryogenic heat exchanger configured to receive a hydrocarbon stream to be liquefied and a refrigerant to conduct heat exchange between a hydrocarbon stream and a refrigerant, thereby at least partially liquefying a hydrocarbon stream, and also releasing at least partially a liquefied hydrocarbon stream and spent refrigerant, passed through a cryogenic heat exchanger,

- обеспечивают контур рециркуляции хладагента для рециркуляции отработанного хладагента обратно в криогенный теплообменник, содержащий по меньшей мере компрессор, рециркуляционный клапан компрессора, охладитель и первый дроссельный клапан;- provide a refrigerant recirculation loop for recirculating the spent refrigerant back to a cryogenic heat exchanger comprising at least a compressor, a compressor recirculation valve, a cooler and a first throttle valve;

- выполняют этап (502) сравнения, включающий:- perform the comparison step (502), including:

(i) прием входных сигналов, представляющих сигналы датчиков по одному или более показаний температуры хладагента, обеспечивая индикации температуры хладагента, (i) receiving input signals representing sensor signals from one or more readings of a refrigerant temperature, providing indications of a refrigerant temperature,

(ii) сравнение одного или более показаний температуры хладагента с одним или более соответствующими заданными пороговыми значениями, и (ii) comparing one or more readings of the temperature of the refrigerant with one or more corresponding predetermined threshold values, and

(iii) выбор одной из процедур автоматического охлаждения криогенного теплообменника в теплом состоянии и автоматического охлаждения криогенного теплообменника в холодном состоянии на основании результатов сравнения согласно п. (ii).(iii) selection of one of the procedures for automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a warm state and automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a cold state based on the results of comparison in accordance with paragraph (ii).

Краткое описание графических материаловA brief description of the graphic materials

Настоящее изобретение проиллюстрировано здесь только в качестве примера, со ссылкой на варианты реализации и прилагаемые схематические графические материалы, не имеющие ограничительного характера, на которых:The present invention is illustrated here only by way of example, with reference to embodiments and the accompanying schematic graphic materials, not having a restrictive nature, on which:

фиг. 1 схематически иллюстрирует устройство криогенного теплообменника в соответствии с одним вариантом реализации изобретения;FIG. 1 schematically illustrates a cryogenic heat exchanger device in accordance with one embodiment of the invention;

фиг. 2 схематически иллюстрирует устройство криогенного теплообменника в соответствии с другим вариантом реализации изобретения;FIG. 2 schematically illustrates a cryogenic heat exchanger device in accordance with another embodiment of the invention;

фиг. 3 схематически иллюстрирует блок-схему автоматического охлаждения криогенного теплообменника по фиг. 1 или фиг. 2;FIG. 3 schematically illustrates a block diagram of the automatic cooling of the cryogenic heat exchanger of FIG. 1 or FIG. 2;

фиг. 4 схематически иллюстрирует устройство основного криогенного теплообменника в соответствии с другим вариантом реализации изобретения, использованного для проведения испытания;FIG. 4 schematically illustrates the arrangement of a primary cryogenic heat exchanger in accordance with another embodiment of the invention used to conduct the test;

фиг. 5 схематически иллюстрирует схему по фиг. 4 с обозначением точек контроля температур и давлений;FIG. 5 schematically illustrates the circuit of FIG. 4 with designation of temperature and pressure control points;

фиг. 6 иллюстрирует блок-схему автоматического охлаждения криогенного теплообменника по фиг. 4 или фиг. 5FIG. 6 illustrates a block diagram of the automatic cooling of the cryogenic heat exchanger of FIG. 4 or FIG. 5

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В целях настоящего описания, для линии (трубопровода), а также для потока, проходящего по этой линии (трубопроводу), будет присвоен одинаковый ссылочный номер. Одинаковые ссылочные номера обозначают аналогичные компоненты, потоки или линии (трубопроводы). For the purposes of the present description, the same reference number will be assigned for the line (pipeline), as well as for the flow passing along this line (pipeline). The same reference numbers indicate similar components, flows or lines (pipelines).

Описаны способы и устройства, использующие программируемый контроллер, который выполнен с возможностью приема входных сигналов, таких как пользовательский ввод и данные измерений, для обработки входных сигналов и формирования управляющих сигналов, таких как выходные данные и сигналы управления клапанами. Methods and devices are described using a programmable controller that is configured to receive input signals, such as user input and measurement data, for processing input signals and generating control signals such as output data and valve control signals.

Программируемый контроллер может быть выполнен в виде компьютера, содержащего устройство ввода/вывода для приема/передачи сигналов, запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения данных, и процессор, выполненный с возможностью коммуникации с устройством ввода/вывода и запоминающим устройством (считывания, записи). Указанный процессор выполнен с возможностью считывать и исполнять строки программы, например, хранящиеся в запоминающем устройстве, чтобы выполнять описанный способ. Запоминающее устройство также может (частично) располагаться в виде отдельного блока, доступного программируемому контроллеру.The programmable controller can be made in the form of a computer containing an input / output device for receiving / transmitting signals, a storage device configured to store data, and a processor configured to communicate with the input / output device and a storage device (read, write). The specified processor is configured to read and execute program lines, for example, stored in a storage device, to perform the described method. The storage device may also (partially) be located as a separate unit available to the programmable controller.

Программируемый контроллер может быть встроен в распределенную систему управления (РСУ), в которой, например, модули обеспечивают вывод через интерфейс сервера, такой как OLE (встраиваемых и компонуемых объектов), для управления процессом (OPC), который может осуществлять связь между компьютерной программой и различными интерфейсными блоками, которые могут присутствовать в РСУ. При такой компоновке РСУ может вернуть управление, не дожидаясь передачи управления программируемым контроллером, что может быть необходимо во время чрезвычайных ситуаций или подобных случаев.A programmable controller can be integrated into a distributed control system (DCS), in which, for example, modules provide output through a server interface, such as OLE (embedded and composable objects), for process control (OPC), which can communicate between a computer program and various interface units that may be present in the DCS. With this arrangement, the DCS can return control, without waiting for the transfer of control to the programmable controller, which may be necessary during emergency situations or similar cases.

Автоматическое охлаждение криогенного теплообменника обеспечивает преимущество, состоящее в охлаждении криогенного теплообменника с наивысшей возможной скоростью без превышения заданной максимальной скорости изменения температуры. При охлаждении криогенного теплообменника при ручном управлении оператор обычно должен поддерживать более широкие границы между скоростью изменения температуры и указанным максимумом.Automatic cooling of the cryogenic heat exchanger provides the advantage of cooling the cryogenic heat exchanger at the highest possible speed without exceeding the specified maximum rate of temperature change. When cooling a cryogenic heat exchanger with manual control, the operator usually needs to maintain wider boundaries between the rate of temperature change and the indicated maximum.

Кроме того, благодаря автоматизации, описанной в данном документе, обеспечивается даже еще более эффективное по времени охлаждение.In addition, thanks to the automation described in this document, even more time-efficient cooling is provided.

Кроме того, раскрытые в данном документе способы и устройства могут также быть использованы для устранения ситуации, при которой один или более пространственных градиентов температуры в криогенном теплообменнике или вокруг него превышают рекомендуемое максимальное значение (значения).In addition, the methods and devices disclosed herein can also be used to eliminate a situation in which one or more spatial temperature gradients in or around the cryogenic heat exchanger exceed the recommended maximum value (s).

Преимущества описанных в данном документе способов и устройств более выражены для охлаждения противоточных криогенных теплообменников, предпочтительно с использованием внешнего хладагента, в которых испаряющийся хладагент протекает противотоком по отношению к потоку или потокам, которые должны охлаждаться в криогенном теплообменнике от испаряющегося хладагента, чем для охлаждения прямоточных криогенных теплообменников. The advantages of the methods and devices described herein are more pronounced for cooling counterflow cryogenic heat exchangers, preferably using external refrigerant, in which the evaporating refrigerant flows countercurrently with respect to the flow or flows that must be cooled in the cryogenic heat exchanger from the evaporating refrigerant than for cooling the direct-flow cryogenic heat exchangers.

Как будет понятно специалисту в данной области техники, максимальная скорость изменения температуры и/или максимальный пространственный градиент температуры обычно зависит от типа и/или конкретной конструкции теплообменника, который подвергается охлаждению. Конкретные рекомендации касательно таких значений может предоставить изготовитель.As one skilled in the art will understand, the maximum rate of temperature change and / or the maximum spatial temperature gradient usually depends on the type and / or specific design of the heat exchanger that is being cooled. Specific recommendations regarding these values may be provided by the manufacturer.

Если криогенный теплообменник содержит межтрубное пространство для испарения хладагента и трубное пространство для автоматического охлаждения хладагента, выбранный пространственный градиент температуры может отражать перепад температур между межтрубным пространством криогенного теплообменника и трубным пространством, содержащим хладагент. If the cryogenic heat exchanger contains an annular space for evaporating the refrigerant and a pipe space for automatically cooling the refrigerant, the selected spatial temperature gradient may reflect the temperature difference between the annular space of the cryogenic heat exchanger and the pipe space containing the refrigerant.

Существуют и другие предпочтительные градиенты температуры, которые используются, например, в схемах, в которых ниже по потоку от охладителя и выше по потоку от первого дроссельного клапана предусмотрен жидкостно-паровой сепаратор в контуре рециркуляции хладагента для получения частично сконденсированного хладагента и разделения потока частично сконденсированного хладагента на жидкую тяжелую фракцию хладагента и газообразную легкую фракцию хладагента, а также для выпуска жидкой тяжелой фракции хладагента через выход для жидкости и выпуска газообразной легкой фракции хладагента через выход для газа, причем эти фракции проходят к криогенному теплообменнику, в котором первый дроссельный клапан выполнен с возможностью управления проходом одной из этих фракций, предпочтительно, легкой фракции хладагента.There are other preferred temperature gradients that are used, for example, in circuits in which a liquid-vapor separator is provided downstream of the cooler and upstream of the first throttle valve to produce a partially condensed refrigerant and to separate a partially condensed refrigerant stream to a liquid heavy fraction of a refrigerant and a gaseous light fraction of a refrigerant, as well as to discharge a liquid heavy fraction of a refrigerant through an outlet for liquid and the release of a gaseous light fraction of the refrigerant through the gas outlet, and these fractions pass to the cryogenic heat exchanger, in which the first throttle valve is configured to control the passage of one of these fractions, preferably the light fraction of the refrigerant.

В такой схеме выбранный пространственный градиент температуры может отражать один или более из следующих параметров: перепад температуры в криогенном теплообменнике между отработанным хладагентом на выходе для газа и хладагентом на входе для газообразного хладагента; и перепад температур в криогенном теплообменнике между отработанным хладагентом на выходе для жидкости и хладагентом на входе для жидкого хладагента.In such a scheme, the selected spatial temperature gradient may reflect one or more of the following parameters: the temperature difference in the cryogenic heat exchanger between the spent refrigerant at the gas outlet and the refrigerant at the inlet for gaseous refrigerant; and a temperature difference in the cryogenic heat exchanger between the spent refrigerant at the liquid outlet and the refrigerant at the liquid refrigerant inlet.

Другие возможные управляемые переменные включают переменные, характеризующие рабочие условия одного или более компрессоров, такие как условия помпажа. Так называемый параметр отклонения помпажа может быть определен на основе данных датчиков для количественной оценки отклонения между помпажом и фактическими рабочими условиями компрессора. Типичные данные датчика, которые принимаются во внимание при определении параметра отклонения помпажа, содержат поток через соответствующую ступень компрессора и входное и выпускное давление на соответствующей ступени.Other possible controlled variables include variables characterizing the operating conditions of one or more compressors, such as surge conditions. The so-called surge deviation parameter can be determined based on sensor data to quantify the deviation between surge and actual compressor operating conditions. Typical sensor data that is taken into account when determining the surge deviation parameter contains the flow through the corresponding compressor stage and the inlet and outlet pressure at the corresponding stage.

Для автоматического охлаждения криогенного теплообменника, одна или более регулируемых переменных могут включать в себя один или оба из следующих: настройку первого дроссельного клапана, которая представляет собой значение степени открытия первого дроссельного клапана; и настройку рециркуляционного клапана компрессора, которая представляет собой значение степени закрытия рециркуляционного клапана компрессора. Степень открытия первого дроссельного клапана непосредственно влияет на скорость охлаждения криогенного теплообменника, потому что это один из факторов, определяющих эффект Джоуля-Томсона, возникающий при прохождении потока хладагента через дроссельный клапан, который определяет охлаждающую способность хладагента. Степень закрытия рециркуляционного клапана компрессора также оказывает влияние на скорость охлаждения криогенного теплообменника, так как она также влияет на эффект Джоуля-Томсона в первом дроссельном клапане, поскольку это один из способов регулировки давления и расхода хладагента.For automatic cooling of the cryogenic heat exchanger, one or more of the controlled variables may include one or both of the following: setting the first throttle valve, which is the value of the degree of opening of the first throttle valve; and setting the compressor recirculation valve, which is the value of the degree of closure of the compressor recirculation valve. The degree of opening of the first throttle valve directly affects the cooling rate of the cryogenic heat exchanger, because this is one of the factors determining the Joule-Thomson effect that occurs when the flow of refrigerant passes through the throttle valve, which determines the cooling capacity of the refrigerant. The degree of closure of the compressor recirculation valve also affects the cooling rate of the cryogenic heat exchanger, since it also affects the Joule-Thomson effect in the first butterfly valve, as this is one way of regulating the pressure and flow rate of the refrigerant.

Конечно же, имеются и другие регулируемые переменные, с помощью которых можно регулировать давление и/или скорость потока хладагента, например, частота вращения ротора компрессора. Таким образом, частота вращения ротора компрессора может также использоваться как одна из регулируемых переменных. Однако, в отличие от скорости, клапан, который оказывает относительно непосредственное влияние на давление, является очень удобным элементом для манипулирования управляющей последовательностью.Of course, there are other adjustable variables that can be used to control the pressure and / or flow rate of the refrigerant, for example, the speed of the compressor rotor. Thus, the compressor rotor speed can also be used as one of the controlled variables. However, unlike speed, a valve that has a relatively direct effect on pressure is a very convenient element for manipulating the control sequence.

Способы и устройства, описанные в данном документе, могут использоваться в способах сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа. В таком случае, после охлаждения криогенного теплообменника следует нормальная работа, при которой поток углеводородов до его сжижения охлаждается в криогенном теплообменнике, предпочтительно с последующим переохлаждением в криогенном теплообменнике или в последующем теплообменнике.The methods and devices described herein can be used in methods of liquefying a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream. In this case, after cooling the cryogenic heat exchanger, normal operation follows, in which the hydrocarbon stream is cooled in the cryogenic heat exchanger before liquefaction, preferably followed by supercooling in the cryogenic heat exchanger or in the subsequent heat exchanger.

Поток природного газа желательно сжижать по ряду причин. Например, хранить и транспортировать на большие расстояния природный газ легче в жидком, чем в газообразном состоянии, поскольку он занимает меньший объем и для его хранения не требует высокого давления. It is desirable to liquefy the flow of natural gas for a number of reasons. For example, storing and transporting natural gas over long distances is easier in the liquid than in the gaseous state, since it takes up a smaller volume and does not require high pressure for storage.

Обычно природный газ, содержащий преимущественно метан, поступает на завод по СПГ при повышенных давлениях и предварительно обрабатывается для получения очищенного исходного сырья, подходящего для сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывается посредством множества стадий охлаждения с использованием теплообменников для постепенного снижения его температуры, пока не будет достигнуто сжижение. Затем жидкий природный газ, если требуется, дополнительно охлаждается и расширяется, посредством одного или более этапов расширения до конечного атмосферного давления, подходящего для хранения и транспортировки. Выделяющийся на каждом этапе расширения пар может использоваться в качестве источника заводского топливного газа. Typically, natural gas containing predominantly methane is fed to the LNG plant at elevated pressures and pretreated to produce a purified feedstock suitable for liquefaction at cryogenic temperatures. The purified gas is processed through many stages of cooling using heat exchangers to gradually reduce its temperature until liquefaction is achieved. Then, liquid natural gas, if required, is further cooled and expanded by one or more expansion steps to a final atmospheric pressure suitable for storage and transportation. Steam released at each stage of expansion can be used as a source of factory fuel gas.

Отмечено, что в заявке США 2006/0213223 A1 описывается установка для сжижения и способ получения сжиженного природного газа. Управление установкой может быть полностью или частично автоматизировано, например, с использованием соответствующего компьютера, программируемой логической схемы (ПЛК), с использованием схем с замкнутым контуром и разомкнутым контуром, с использованием пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) управления. Однако в заявке США 2006/0213223 не предложена компьютерная программа или алгоритм, как описано в настоящей заявке.It is noted that US Patent Application 2006/0213223 A1 describes a liquefaction plant and a method for producing liquefied natural gas. The control of the installation can be fully or partially automated, for example, using the appropriate computer, programmable logic circuit (PLC), using circuits with closed loop and open loop, using proportional-integral-differential (PID) control. However, US application 2006/0213223 does not propose a computer program or algorithm as described herein.

Как схематично проиллюстрировано на фиг. 1, предлагается криогенный теплообменник 1, выполненный с возможностью приема, через трубопровод 2 и входное отверстие 7 для потока углеводородов, потока углеводородов, который должен быть сжижен, чтобы обеспечить обмен теплом между потоком углеводородов и по меньшей мере частично испаряющимся хладагентом 3. В результате теплообмена поток углеводородов может быть сжижен по меньшей мере частично. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере частично сжиженный поток углеводородов выпускался через выход 8 для потока углеводородов и подавался в трубопровод 4. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на чертеже, трубопровод 2 и трубопровод 4 соединяются посредством трубного пространства 29. Однако возможны и теплообменники других типов.As schematically illustrated in FIG. 1, there is provided a cryogenic heat exchanger 1 adapted to receive, through a conduit 2 and an inlet 7 for a hydrocarbon stream, a hydrocarbon stream that must be liquefied in order to provide heat exchange between the hydrocarbon stream and at least partially evaporating refrigerant 3. As a result of heat exchange the hydrocarbon stream may be liquefied at least partially. Preferably, the at least partially liquefied hydrocarbon stream is discharged through the hydrocarbon stream outlet 8 and supplied to conduit 4. In the embodiment of the invention illustrated in the drawing, conduit 2 and conduit 4 are connected via pipe space 29. However, other types of heat exchangers are possible.

Криогенный теплообменник 1 содержит входное отверстие 5 для поступающего извне хладагента и выходное отверстие 6 для отработанного хладагента, который прошел через криогенный теплообменник. Контур рециркуляции 10 хладагента предусмотрен для рециркуляции отработанного хладагента обратно к входному отверстию 5. Контур рециркуляции 10 хладагента содержит по меньшей мере компрессор 11, рециркуляционный клапан 12 компрессора, охладитель 13 и первый дроссельный клапан 14 (первый клапан Джоуля-Томсона).The cryogenic heat exchanger 1 contains an inlet 5 for incoming from the outside of the refrigerant and an outlet 6 for the spent refrigerant, which passed through the cryogenic heat exchanger. The refrigerant recirculation circuit 10 is provided for recirculating the spent refrigerant back to the inlet 5. The refrigerant recirculation circuit 10 includes at least a compressor 11, a compressor recirculation valve 12, a cooler 13, and a first throttle valve 14 (first Joule-Thomson valve).

В практических вариантах реализации изобретения дроссельный клапан может использоваться в сочетании с детандером. Однако, в частности в процессе охлаждения теплообменника, для регулирования предпочтительно используют дроссельный клапан.In practical embodiments, a throttle valve may be used in conjunction with an expander. However, in particular during cooling of the heat exchanger, a throttle valve is preferably used for regulation.

В практических вариантах реализации изобретения компрессор может содержать множество ступеней сжатия, например 15 ступеней сжатия или более. Ряд этих ступеней, например 15 из этих ступеней, могут быть выполнены в виде осевого компрессора или центробежного компрессора, размещенного в одном корпусе. Каждая ступень может содержать специальный рециркуляционный клапан и/или один рециркуляционный клапан может совместно использоваться любым количеством последующих ступеней. Несколько компрессоров или компрессорных корпусов могут располагаться последовательно один за другим для образования компрессорной линии. За каждым корпусом (или ступенью компрессора) может следовать любое количество дополнительных охладителей (или промежуточных охладителей) и дополнительных паросепараторов для удаления любой жидкости из сжатого пара перед прохождением сжатого пара к следующей ступени сжатия. После последней ступени сжатия поток сжатого хладагента может быть охлажден.In practical embodiments of the invention, the compressor may comprise a plurality of compression stages, for example 15 compression stages or more. A number of these stages, for example 15 of these stages, can be made in the form of an axial compressor or a centrifugal compressor located in one housing. Each stage may contain a special recirculation valve and / or one recirculation valve can be shared by any number of subsequent stages. Several compressors or compressor housings may be arranged in series one after another to form a compressor line. Each housing (or compressor stage) can be followed by any number of additional coolers (or intercoolers) and additional steam separators to remove any liquid from the compressed steam before passing the compressed steam to the next compression stage. After the last stage of compression, the compressed refrigerant stream can be cooled.

Однако, с целью иллюстрации настоящего изобретения, на фиг. 1 и 2 схематично изображена упрощенная компрессорная схема, только с одним компрессором и одним рециркуляционным клапаном. Далее, со ссылкой на фиг. 4-6, более подробно описан пример, содержащий две ступени сжатия.However, for the purpose of illustrating the present invention, in FIG. 1 and 2 schematically depict a simplified compressor circuit, with only one compressor and one recirculation valve. Next, with reference to FIG. 4-6, an example containing two compression stages is described in more detail.

В процессе работы отработанный (по меньшей мере частично испарившийся) хладагент выходит из теплообменника 1 через выходное отверстие 6 и по меньшей мере часть его поступает к всасывающему отверстию компрессора 11 через трубопровод 25.In the process, the spent (at least partially evaporated) refrigerant leaves the heat exchanger 1 through the outlet 6 and at least part of it enters the suction port of the compressor 11 through the pipe 25.

Газообразная часть потока отработанного хладагента в трубопроводе 25 сжимается, чтобы вырабатывался поток сжатого хладагента 16, который затем охлаждается в одном или более охладителях, проиллюстрированных в данном документе как охладитель 13, тем самым по меньшей мере частично конденсируя поток сжатого хладагента 16 с образованием потока по меньшей мере частично сконденсированного хладагента 17. Поток по меньшей мере частично сконденсированного хладагента 17 расширяется через первый дроссельный клапан 14 и затем подается в теплообменник 1 через входное отверстие 5.The gaseous portion of the spent refrigerant stream in the conduit 25 is compressed to produce a compressed refrigerant stream 16, which is then cooled in one or more coolers, illustrated herein as cooler 13, thereby at least partially condensing the compressed refrigerant stream 16 to form a stream of at least at least partially condensed refrigerant 17. The flow of at least partially condensed refrigerant 17 expands through the first throttle valve 14 and then is supplied to the heat exchanger 1 through the inlet 5.

Как проиллюстрировано на фиг. 1, поток хладагента проходит через теплообменник 1 прямоточно с потоком углеводородов (слева направо). Однако указанный поток может быть направлен противоточно, как, например, проиллюстрировано на фиг. 2.As illustrated in FIG. 1, the flow of refrigerant passes through the heat exchanger 1 straight through with the flow of hydrocarbons (from left to right). However, said flow can be directed countercurrently, as, for example, illustrated in FIG. 2.

На фиг. 2 проиллюстрировано альтернативное устройство криогенного теплообменника, которое содержит те же элементы, что и в варианте реализации по фиг. 1, и, кроме того, содержит трубное пространство 15 хладагента для автоматического охлаждения хладагента. В теплообменнике 1 происходит теплообмен как потока углеводородов 2, так и хладагента, с испаряющимся хладагентом. Поток сжатого хладагента 16 затем охлаждается в одном или более охладителях, проиллюстрированных в данном документе как охладитель 13, с последующим охлаждением в теплообменнике 1, поступая через трубное пространство 15, тем самым по меньшей мере частично конденсируя поток сжатого хладагента 16 с образованием потока по меньшей мере частично сконденсированного хладагента 17. Автоматически охлажденный поток по меньшей мере частично сконденсированного хладагента 17 выходит из теплообменника через выходное отверстие 18 и подается через первый дроссельный клапан 14 до его поступления через входное отверстие 5 в теплообменник 1, где он имеет возможность по меньшей мере частично испаряться.In FIG. 2 illustrates an alternative cryogenic heat exchanger device that contains the same elements as in the embodiment of FIG. 1, and furthermore comprises a refrigerant tube space 15 for automatically cooling the refrigerant. In the heat exchanger 1, heat exchange occurs both of the hydrocarbon stream 2 and of the refrigerant, with the evaporating refrigerant. The compressed refrigerant stream 16 is then cooled in one or more chillers, illustrated herein as cooler 13, followed by cooling in the heat exchanger 1 through the pipe space 15, thereby at least partially condensing the compressed refrigerant stream 16 to form at least a stream partially condensed refrigerant 17. An automatically cooled stream of at least partially condensed refrigerant 17 exits the heat exchanger through the outlet 18 and is supplied through the first rosselny valve 14 before it enters through the inlet 5 to the heat exchanger 1, where it is able to at least partially evaporate.

При необходимости может быть обеспечена система подпитки хладагента, которая способна изменять наличное количество хладагента, в частности, в случае смешанного хладагента.If necessary, a refrigerant make-up system can be provided that is capable of changing the available amount of refrigerant, in particular in the case of mixed refrigerant.

Настоящее изобретение относится к устройству или способу охлаждения криогенного теплообменника, предназначенного для сжижения потока углеводородов 2, 7, 29, 8, 4, такого как поток природного газа, причем криогенный теплообменник 1 выполнен с возможностью принимать подлежащий сжижению поток углеводородов и хладагент для проведения теплообмена между потоком углеводородов и хладагентом, тем самым по меньшей мере частично сжижая поток углеводородов, а также выпускать по меньшей мере частично сжиженный поток углеводородов и отработанный хладагент, прошедший через криогенный теплообменник, при этом устройство содержит The present invention relates to a device or method for cooling a cryogenic heat exchanger for liquefying a hydrocarbon stream 2, 7, 29, 8, 4, such as a natural gas stream, wherein the cryogenic heat exchanger 1 is adapted to receive a liquefied hydrocarbon stream and a refrigerant for exchanging heat between a hydrocarbon stream and a refrigerant, thereby at least partially liquefying the hydrocarbon stream, and also discharge at least partially a liquefied hydrocarbon stream and spent refrigerant an agent passed through a cryogenic heat exchanger, the device comprising

- контур рециркуляции хладагента для рециркуляции отработанного хладагента обратно в криогенный теплообменник, причем контур рециркуляции хладагента содержит по меньшей мере компрессор 11, рециркуляционный клапан 12 компрессора, охладитель 13 и первый дроссельный клапан 14;- a refrigerant recirculation circuit for recycling the spent refrigerant back to the cryogenic heat exchanger, the refrigerant recirculation circuit comprising at least a compressor 11, a compressor recirculation valve 12, a cooler 13 and a first throttle valve 14;

В контуре рециркуляции хладагента может циркулировать однокомпонентный хладагент, такой как метан, этан, пропан, или азот; или многокомпонентный смешанный хладагент, иногда называемый просто как смешанный хладагент (СХ), на основе двух или более компонентов. Эти компоненты предпочтительно могут выбираться из группы, включающей: азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан и пентан. A single component refrigerant such as methane, ethane, propane, or nitrogen may circulate in the refrigerant recirculation loop; or a multi-component mixed refrigerant, sometimes simply referred to as mixed refrigerant (CX), based on two or more components. These components can preferably be selected from the group consisting of: nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane and pentane.

Контур хладагента может содержать любое количество отдельных линий или потоков хладагента для охлаждения различных потоков углеводородов, а также любое количество общих элементов или признаков, включая компрессоры, охладители, детандеры и т.д. Некоторые потоки хладагента могут быть общими, а некоторые потоки могут быть разделены. The refrigerant circuit may contain any number of separate lines or flows of refrigerant for cooling various hydrocarbon streams, as well as any number of common elements or features, including compressors, coolers, expanders, etc. Some refrigerant flows may be shared, and some flows may be shared.

В конкретном варианте реализации настоящего изобретения, описанный способ охлаждения криогенного теплообменника является частью способа сжижения потока углеводорода, такого как природный газ из сырьевого потока. Аналогично, описанное в данном документе устройство может использоваться в таком способе сжижения потока углеводородов. In a specific embodiment of the present invention, the described method for cooling a cryogenic heat exchanger is part of a method for liquefying a hydrocarbon stream, such as natural gas from a feed stream. Similarly, the apparatus described herein can be used in such a process for liquefying a hydrocarbon stream.

Поток углеводородов может быть любым подходящим углеводородсодержащим, предпочтительно метансодержащим, потоком, который должен сжижаться, но, обычно, извлекается из потока природного газа, полученного из природного газа или нефтяного пласта. В качестве альтернативы, поток природного газа также может быть получен из другого источника, также включающего синтетический источник, такой как процесс Фишера-Тропша. The hydrocarbon stream may be any suitable hydrocarbon-containing, preferably methane-containing, stream that is to be liquefied but typically recovered from a natural gas stream obtained from natural gas or an oil reservoir. Alternatively, the natural gas stream can also be obtained from another source, also including a synthetic source, such as the Fischer-Tropsch process.

Обычно природный газ состоит в основном из метана. Предпочтительно, сырьевой поток содержит по меньшей мере 60 мол.% метана, более предпочтительно, по меньшей мере 80 мол.% метана.Naturally, natural gas consists mainly of methane. Preferably, the feed stream contains at least 60 mol% of methane, more preferably at least 80 mol% of methane.

Сырьевой поток углеводородов может быть сжижен посредством прохода нескольких стадий охлаждения. Может использоваться любое количество стадий охлаждения и на каждой стадии охлаждения может использоваться один или более теплообменников, а также, при необходимости, каждая стадия охлаждения может включать один или более этапов, уровней или секций. На каждой стадии охлаждения могут использоваться два или более теплообменников, соединенных последовательно, параллельно или в их комбинации.The hydrocarbon feed stream may be liquefied through several stages of cooling. Any number of cooling stages can be used and at each cooling stage one or more heat exchangers can be used, and also, if necessary, each cooling stage can include one or more stages, levels or sections. At each cooling stage, two or more heat exchangers can be used connected in series, in parallel or in combination.

В данной области техники известны подходящие теплообменники различных типов, способные охлаждать и сжижать сырьевой поток углеводородов, и настоящее изобретение может быть применено к любому из них. Примерами теплообменников такого типа являются теплообменники, выпускаемые фирмами Air Products and Chemicals Inc. и Linde AG, которые обычно содержат один, два, три или более связок.Suitable heat exchangers of various types are known in the art for cooling and liquefying a feed stream of hydrocarbons, and the present invention can be applied to any of them. Examples of heat exchangers of this type are heat exchangers manufactured by Air Products and Chemicals Inc. and Linde AG, which typically contain one, two, three or more ligaments.

В данной области техники известны различные устройства подходящих теплообменников, способных охлаждать и сжижать сырьевой поток, такой как поток углеводородов, например природный газ, включая устройства с однокомпонентным смешанным хладагентом (ОСХ), устройства с двухкомпонентным смешанным хладагентом (ДСХ), устройства с пропановым смешанным хладагентом (C3-СХ), на основе трех или более циклов, такие как, например, так называемое устройство APX, выпускаемое фирмой Air Products & Chemicals Inc. на основе циклов C3-СХ-N2, и каскадные устройства, включая устройства с циклом переохлаждения. Настоящее изобретение может применяться к любому теплообменнику в любом из таких устройств и других подходящих устройствах с некоторыми незначительными модификациями, доступными специалисту в данной области техники.Various devices are known in the art for suitable heat exchangers capable of cooling and liquefying a feed stream, such as a hydrocarbon stream, for example natural gas, including devices with a single component mixed refrigerant (OCX), devices with a two component mixed refrigerant (DLC), devices with a propane mixed refrigerant (C 3 -CX) based on three or more cycles, such as, for example, the so-called APX device manufactured by Air Products & Chemicals Inc. based on C 3 -CX-N 2 cycles, and cascading devices, including devices with a subcooling cycle. The present invention can be applied to any heat exchanger in any of such devices and other suitable devices with some minor modifications available to a person skilled in the art.

В различных устройствах охлаждение и сжижение сырьевого потока углеводородов включает в себя две (или более) стадии охлаждения, включающие стадию предварительного охлаждения и стадию основного охлаждения. Обычно на стадии предварительного охлаждения поток углеводородов охлаждают до температуры ниже 0°С, например, до температуры в диапазоне от -10°С до -35°С, а на второй стадии, которая может называться основной криогенной стадией, поток углеводородов охлаждают от температуры в диапазоне от -10°С до -35°С до температуры в диапазоне от -145°C до -160°C или даже -170°C для сжижения потока углеводородов. In various devices, the cooling and liquefaction of a hydrocarbon feed stream includes two (or more) cooling steps, including a pre-cooling step and a main cooling step. Typically, in the pre-cooling stage, the hydrocarbon stream is cooled to a temperature below 0 ° C, for example, to a temperature in the range from -10 ° C to -35 ° C, and in the second stage, which may be called the main cryogenic stage, the hydrocarbon stream is cooled from a temperature of the range from -10 ° C to -35 ° C to a temperature in the range from -145 ° C to -160 ° C or even -170 ° C to liquefy the flow of hydrocarbons.

Настоящее изобретение может содержать один или более других или дополнительных контуров хладагента, например, на стадии предварительного охлаждения. Любые другие или дополнительные контуры хладагента могут при необходимости соединяться и/или совмещаться с контуром хладагента для охлаждения потока углеводородов.The present invention may contain one or more other or additional refrigerant circuits, for example, in a pre-cooling step. Any other or additional refrigerant circuits may, if necessary, be coupled and / or combined with the refrigerant circuit to cool the hydrocarbon stream.

Как указано выше, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, для охлаждения теплообменника 1 предусмотрены устройство и способ. Такое охлаждение требуется перед использованием теплообменника для фактического сжижения потока углеводородов. Процедурами охлаждения можно управлять с помощью программируемого контроллера. В зависимости от температуры хладагента могут использоваться различные процедуры охлаждения. As indicated above, in accordance with embodiments of the present invention, a device and method are provided for cooling the heat exchanger 1. Such cooling is required before using the heat exchanger to actually liquefy the hydrocarbon stream. Cooling procedures can be controlled using a programmable controller. Different cooling procedures can be used depending on the temperature of the refrigerant.

Фиг. 3 схематично иллюстрирует блок-схему, представляющую этапы, которые могут быть выполнены. После того, как на этапе 501 генерируется сигнал пуска (см. фиг. 3), выполняется этап сравнения 502, который включает:FIG. 3 schematically illustrates a flowchart representing steps that may be performed. After a start signal is generated in step 501 (see FIG. 3), a comparison step 502 is performed, which includes:

(i) прием одного или более показаний температуры хладагента, обеспечивая индикацию температуры хладагента, (i) receiving one or more readings of the temperature of the refrigerant, providing an indication of the temperature of the refrigerant,

(ii) сравнение одного или более показаний температуры хладагента с одним или более соответствующими заданными пороговыми значениями, и (ii) comparing one or more readings of the temperature of the refrigerant with one or more corresponding predetermined threshold values, and

(iii) выбор одной из процедур автоматического охлаждения криогенного теплообменника в теплом состоянии 503 или автоматического охлаждения криогенного теплообменника в холодном состоянии 504 на основании результатов сравнения согласно п. (ii).(iii) selecting one of the procedures for automatically cooling a cryogenic heat exchanger in a warm state 503 or automatically cooling a cryogenic heat exchanger in a cold state 504 based on the comparison results according to paragraph (ii).

Этап 502 может включать проверку состояния, например, проверку того, что распределенной системой управления (РСУ) генерируется соответствующий сигнал пуска и/или проверку наличия heartbeat-сигнала, то есть проверку того, что все соответствующие программные модули еще активны. Step 502 may include checking a state, for example, verifying that a distributed start-up system (DCS) is generating an appropriate start signal and / or checking for a heartbeat signal, that is, verifying that all relevant program modules are still active.

Этап (i) может включать получение одного или более показаний температуры хладагента, содержащих по меньшей мере одну из индикаций температуры хладагентаStep (i) may include obtaining one or more indications of a refrigerant temperature comprising at least one of the indications of a refrigerant temperature

- на стороне впуска дроссельного клапана 14; - on the inlet side of the throttle valve 14;

- на стороне выпуска дроссельного клапана 14; - on the exhaust side of the throttle valve 14;

- на входной стороне криогенного теплообменника 1; - on the input side of the cryogenic heat exchanger 1;

- в точке внутри криогенного теплообменника 1; - at a point inside the cryogenic heat exchanger 1;

- на стороне выпуска криогенного теплообменника 1.- on the exhaust side of the cryogenic heat exchanger 1.

Для каждого принятого показания температуры хладагента может быть предусмотрен один или более подходящих датчиков температуры, дающих индикацию температуры хладагента в месте своего расположения. For each received refrigerant temperature reading, one or more suitable temperature sensors may be provided to indicate the temperature of the refrigerant at its location.

Показания температуры хладагента могут быть получены путем непосредственного измерения температуры хладагента. Refrigerant temperature readings can be obtained by directly measuring the temperature of the refrigerant.

Этап (i) может дополнительно включать получение показания разности температур между межтрубным пространством и трубным пространством теплообменника и/или температурой внизу теплообменника. Эти температуры могут использоваться в ходе всей процедуры. Все действия могут иметь проверку состояния, включая проверку разности температур. Step (i) may further include obtaining a temperature difference reading between the annulus and the tube space of the heat exchanger and / or the temperature at the bottom of the heat exchanger. These temperatures can be used throughout the procedure. All actions may have a condition check, including a temperature difference check.

Для каждого принятого показания температуры хладагента имеется заданное пороговое значение, и каждое принятое показание температуры хладагента сравнивается с соответствующим пороговым значением. Сравнение заключается в определении того, является ли принятое значение больше или меньше порогового значения. There is a predetermined threshold value for each received refrigerant temperature reading, and each received refrigerant temperature reading is compared with a corresponding threshold value. The comparison is to determine whether the accepted value is greater or less than the threshold value.

Например, температуру хладагента на входной стороне криогенного теплообменника можно сравнить с пороговым значением -50°С, чтобы определить, температура выше или ниже -50°С. В качестве альтернативы, заданное пороговое значение может принимать любое подходящее значение, например, -80°С или -130°С.For example, the refrigerant temperature at the inlet side of a cryogenic heat exchanger can be compared with a threshold value of -50 ° C to determine if the temperature is above or below -50 ° C. Alternatively, the predetermined threshold value may take any suitable value, for example, -80 ° C or -130 ° C.

Если температура ниже порогового значения, выбирается процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии 504, а если температура выше порогового значения, выбирается процедура охлаждения в теплом состоянии 503.If the temperature is below a threshold value, an automatic cold cooling procedure 504 is selected, and if the temperature is above a threshold, a warm cooling procedure 503 is selected.

Согласно еще одному примеру, температуру хладагента можно сравнить с первым и вторым пороговым значением, чтобы определить, находится ли температура между первым и вторым пороговым значением. Например, температуру хладагента на стороне выпуска криогенного теплообменника можно сравнить с первым пороговым значением -15°С и со вторым пороговым значением -55°С, чтобы определить, находится ли температура между -15°С и -55°C или нет. Это нужно для предотвращения появления слишком больших разностей температур между хладагентом и теплообменником. Разумеется, точные значения зависят от типа используемого теплообменника. According to another example, the temperature of the refrigerant can be compared with the first and second threshold value to determine whether the temperature is between the first and second threshold value. For example, the refrigerant temperature on the downstream side of a cryogenic heat exchanger can be compared with a first threshold value of -15 ° C and a second threshold value of -55 ° C to determine whether the temperature is between -15 ° C and -55 ° C or not. This is to prevent too large temperature differences between the refrigerant and the heat exchanger. Of course, the exact values depend on the type of heat exchanger used.

В данном документе процедура охлаждения в теплом состоянии подробно не описывается. Подробное описание процедуры охлаждения в теплом состоянии приведено в документе WO2009/098278. Процедура охлаждения в теплом состоянии включает те же этапы, что и процедура охлаждения в холодном состоянии, но процедуры охлаждения в теплом и холодном состоянии не являются идентичными, о чем более подробно описано ниже.In this document, the warm cooling procedure is not described in detail. A detailed description of the warm cooling procedure is given in document WO2009 / 098278. The warm cooling procedure includes the same steps as the cold cooling procedure, but the warm and cold cooling procedures are not identical, as described in more detail below.

Первым действием процедуры охлаждения в холодном состоянии является действие определения начальных состояний 505, при котором определяются начальные состояния. Это действие может использовать сведения о критических и некритических начальных состояниях, которые могут храниться в памяти, доступной программируемому контроллеру. The first action of the cold cooling procedure is the action of determining the initial states 505, in which the initial states are determined. This action can use information about critical and non-critical initial states that can be stored in memory accessible to the programmable controller.

В случае возникновения критического состояния программируемый контроллер прерывает процедуру. Процедура может быть возобновлена и/или повторно начата после того, как критическое состояние было устранено или подтверждено, а начальные состояния были подтверждены оператором либо вручную, либо путем выполнения процедуры автоматического управления для восстановления начального состояния. В случае некритического начального состояния может выдаваться предупреждение. Это действие 505 может далее инициировать мониторинг критических параметров. Только после того, как все критические параметры находятся в пределах заданных диапазонов, начинается следующее действие (этап начального открытия 506). In the event of a critical condition, the programmable controller interrupts the procedure. The procedure can be resumed and / or re-started after the critical state has been eliminated or confirmed, and the initial states were confirmed by the operator either manually or by performing an automatic control procedure to restore the initial state. In the case of a non-critical initial state, a warning may be issued. This action 505 may further initiate monitoring of critical parameters. Only after all critical parameters are within the specified ranges, the next action begins (initial opening stage 506).

Примерами критических начальных состояний являются состояния, при которых:Examples of critical initial states are states in which:

- первый дроссельный клапан 14 закрыт недостаточно (например, открыт более чем на 0,1% или на другую подходящую величину);- the first throttle valve 14 is not closed sufficiently (for example, it is open by more than 0.1% or another suitable value);

- давление в контуре хладагента ниже, чем давление на выходе из компрессора 11;- the pressure in the refrigerant circuit is lower than the pressure at the outlet of the compressor 11;

- компрессор 11 не находится в режиме «онлайн» и не работает, что определяется путем измерения скорости компрессора (например, компрессор работает по меньшей мере при скорости 3400 об/мин или при другой подходящей скорости) и проверки того, что на компрессорах открыты впускной и выпускной клапаны;- the compressor 11 is not online and does not work, which is determined by measuring the speed of the compressor (for example, the compressor is operating at least at a speed of 3400 rpm or at another suitable speed) and checking that the inlet and exhaust valves;

- давление хладагента слишком высокое (например, выше 20 бар изб. (2 МПа) или другой подходящей величины);- the refrigerant pressure is too high (for example, above 20 bar gage (2 MPa) or another suitable value);

- направляющая заслонка на входе компрессора (НЗВ) открыта.- The guide flap at the compressor inlet (NZV) is open.

Примерами некритических начальных состояний являются состояния, при которых:Examples of non-critical initial states are states in which:

- имеются различия фактических температур, например, температуры хладагента непосредственно выше по потоку и температуры непосредственно ниже по потоку от первого дроссельного клапана 14, и/или перепадов температур;- there are differences in actual temperatures, for example, the temperature of the refrigerant directly upstream and the temperature directly downstream of the first throttle valve 14, and / or temperature differences;

- рециркуляционные клапаны компрессора открыты не полностью (например, открыты менее чем на 99% или менее чем на любую другую подходящую величину);- compressor recirculation valves are not fully open (for example, less than 99% open or less than any other suitable amount);

- давление сжатого хладагента ниже заданной минимальной величины (так как это может слишком замедлить процессы охлаждения). Как правило, подходящая минимальная величина составляет 18 бар изб. (1,8 МПа).- the pressure of the compressed refrigerant is lower than the set minimum value (as this may slow down the cooling processes too much). As a rule, a suitable minimum value is 18 bar. (1.8 MPa).

Процедура охлаждения в теплом и холодном состоянии включает в себя этап начального открытия 506, этап начального открытия 506 включает инициирование начального открытия первого дроссельного клапана 14, при этом этап начального открытия первого дроссельного клапана 14 согласно процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии 503 отличается от этапа начального открытия первого дроссельного клапана 14 согласно процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии 504.The warm and cold cooling procedure includes an initial opening step 506, an initial opening step 506 includes initiating an initial opening of the first throttle valve 14, wherein the initial opening step of the first throttle valve 14 according to the automatic warm cooling procedure 503 is different from the initial opening step the first throttle valve 14 according to the automatic cold cooling procedure 504.

Согласно варианту реализации изобретения начальное открытие первого дроссельного клапана больше в процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии 503, чем в процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии 504.According to an embodiment of the invention, the initial opening of the first throttle valve is more in the automatic warm cooling procedure 503 than in the automatic cold cooling procedure 504.

Например, начальное открытие, инициированное на дроссельном клапане 14 согласно процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии 503, может быть в диапазоне 1 – 2%, при этом начальное открытие, инициированное на дроссельном клапане согласно процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии 504 может быть в диапазоне 3 – 5%. For example, the initial opening initiated on the throttle valve 14 according to the automatic cold cooling procedure 503 may be in the range of 1 - 2%, while the initial opening initiated on the throttle valve according to the automatic cooling cooling procedure 504 may be in the range 3 - 5%.

В процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии 503 дроссельный клапан 14 первоначально открывается относительно сильно, чтобы проверить, возникает ли эффект Джоуля-Томсона. In the automatic warm cooling procedure 503, the throttle valve 14 initially opens relatively tightly to check whether the Joule-Thomson effect occurs.

Открытие клапана выражается в %, которые отражают положение плунжера клапана (подвижной части клапана) относительно его седла клапана (неподвижной части клапана). Понятно, что 0% означает, что клапан полностью закрыт (плунжер клапана на седле клапана), 100% означает, что клапан полностью открыт (плунжер клапана наиболее удален от седла клапана). Понятно, что соотношение между открытием клапана (%) и расходом зависит от типа используемого клапана (например, шарового крана, дискового клапана, клапана типа линейного вентиля, клапана типа быстро открывающегося вентиля) и поэтому может отличаться от соотношения 1:1.Valve opening is expressed in%, which reflects the position of the valve plug (moving part of the valve) relative to its valve seat (fixed part of the valve). It is understood that 0% means that the valve is completely closed (the valve plug on the valve seat), 100% means that the valve is fully open (the valve plug is farthest from the valve seat). It is understood that the ratio between the opening of the valve (%) and the flow rate depends on the type of valve used (for example, ball valve, disk valve, valve type linear valve, valve type quick opening valve) and therefore may differ from the ratio 1: 1.

Согласно альтернативному варианту реализации изобретения этап начального открытия 506 первого дроссельного клапана 14 в процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии 503 включает инициирование заданного начального открытия первого дроссельного клапана 14 (например, 3 – 5%), при этом этап начального открытия 506 первого дроссельного клапана 14 в процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии 504 включает определение текущего открытия первого дроссельного клапана 14 и инициирование определенного текущего открытия первого дроссельного клапана 14.According to an alternative embodiment of the invention, the initial opening step 506 of the first throttle valve 14 in the automatic warm cooling procedure 503 includes initiating a predetermined initial opening of the first throttle valve 14 (for example, 3-5%), wherein the initial opening step 506 of the first throttle valve 14 the automatic cold cooling procedure 504 includes determining the current opening of the first throttle valve 14 and initiating a certain current opening of the first throttle valve 14.

Это позволяет начать процедуру охлаждения в холодном состоянии без регулирования уставки первого дроссельного клапана. В любом случае, заданное начальное открытие процедуры охлаждения в холодном состоянии меньше, чем заданное начальное открытие процедуры охлаждения в теплом состоянии.This allows you to start the cold cooling process without adjusting the setting of the first butterfly valve. In any case, the predetermined initial opening of the cold cooling procedure is less than the predetermined initial opening of the warm cooling procedure.

Согласно варианту реализации изобретения этап начального открытия 506 процедуры охлаждения в холодном состоянии 504 также включает открытие рециркуляционного клапана компрессора 12.According to an embodiment of the invention, the initial opening step 506 of the cold cooling procedure 504 also includes opening the recirculation valve of the compressor 12.

В этом заключается отличие от процедуры охлаждения в теплом состоянии 503, в которой рециркуляционный клапан компрессора 12 остается закрытым или быстро закрывается на этапе начального открытия процедуры охлаждения в теплом состоянии. В процедуре охлаждения в холодном состоянии рециркуляционный клапан компрессора 12 может быть уже открытым во время этапа начального открытия 506 процедуры охлаждения в холодном состоянии 504.This is in contrast to the warm cooling procedure 503, in which the compressor recirculation valve 12 remains closed or quickly closes during the initial opening of the warm cooling procedure. In the cold cooling procedure, the recirculation valve of the compressor 12 may already be open during the initial opening 506 of the cold cooling 504.

Открытие рециркуляционного клапана компрессора в качестве части этапа начального открытия 506 будет выполняться, главным образом, в случае непродолжительного аварийного отключения. Обычно рециркуляционный клапан компрессора на этапе начального открытия 506 будет закрыт. Opening the compressor recirculation valve as part of the initial opening phase 506 will be performed mainly in the event of a short emergency shutdown. Typically, the compressor recirculation valve will be closed during the initial opening phase 506.

Согласно варианту реализации изобретения программируемый контроллер выполнен с возможностью выполнения, в качестве части этапа начального открытия 506, этапа СИТ, включающего регулировку открытия первого дроссельного клапана 14 на основании определенной скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый дроссельный клапан 14, в соответствии со схемой регулировки, при этом процедура автоматического охлаждения в теплом состоянии 503 и процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии 504 имеют различные схемы регулировки. According to an embodiment of the invention, the programmable controller is configured to perform, as part of the initial opening step 506, an SIT step including adjusting the opening of the first throttle valve 14 based on the determined rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first throttle valve 14, in accordance with an adjustment circuit, wherein the automatic warm cooling procedure 503 and the automatic cold cooling procedure 504 have different walkings.

Обе процедуры охлаждения в теплом и холодном состоянии 503, 504 включают сравнимые этапы СИТ, но на обоих этапах СИТ используются различные состояния для принятия решения о том, как регулировать открытие дроссельного клапана 14.Both warm and cold cooling procedures 503, 504 include comparable SIT stages, but different states are used in both SIT stages to decide how to control the opening of the butterfly valve 14.

Согласно варианту реализации изобретения, определение скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый дроссельный клапан 14, осуществляется путем сравнения двух показаний температуры хладагента, полученных в соответствующие первый t1 и второй t2 моменты времени, первый и второй моменты времени разделяются заданным интервалом времени, причем заданный интервал времени согласно процедуре охлаждения в холодном состоянии 504 меньше, чем заданный интервал времени согласно процедуре охлаждения в теплом состоянии 503.According to an embodiment of the invention, the determination of the rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first throttle valve 14 is carried out by comparing two readings of the refrigerant temperature obtained at the corresponding first t 1 and second t 2 time points, the first and second time points are separated by a predetermined interval time, and the predetermined time interval according to the cold cooling procedure 504 is less than the predetermined time interval according to the warm cooling procedure 503.

Интервал времени согласно процедуре охлаждения в холодном состоянии может составлять меньше, чем 50% от интервала времени согласно процедуре охлаждения в теплом состоянии.The time interval according to the cold cooling procedure may be less than 50% of the time interval according to the warm cooling procedure.

Интервал времени согласно процедуре охлаждения в холодном состоянии обычно может составлять 2 минуты, при этом интервал времени согласно процедуре охлаждения в теплом состоянии обычно может составлять 5 минут. Следовательно, в соответствии с этим примером, СИТ согласно процедуре охлаждения в теплом состоянии 503 рассчитывается следующим образом: СИТтепл.(t) = (Tt-5-Tt)*12 [°C/ч], где СИТ согласно процедуре охлаждения в холодном состоянии 504 рассчитывается следующим образом: СИТхол.(t) = (Tt-2-Tt)*30 [°C/ч], где ti – время в минутах и Т – температура. The time interval according to the cold cooling procedure can usually be 2 minutes, while the time interval according to the warm cooling procedure can usually be 5 minutes. Therefore, in accordance with this example, SIT according to the warm cooling procedure 503 is calculated as follows: SIT heat. (t) = (T t-5 -T t ) * 12 [° C / h], where SIT according to the cold cooling procedure 504 is calculated as follows: SIT ch. (t) = (T t-2 -T t ) * 30 [° C / h], where t i is the time in minutes and T is the temperature.

Определенная СИТ сравнивается с заданным пороговым значением СИТ для предотвращения слишком быстрого охлаждения. Например, в соответствии с процедурой охлаждения в холодном состоянии 503 заданное пороговое значение СИТ может составлять 28°C. В схеме регулировки может быть прописано, что если значение СИТхол. превышает заданное пороговое значение СИТ, например, составляет выше 28°С, первый дроссельный клапан 14 будет закрыт с определенным заданным значением закрытия (например, 0,5%) и будет инициировано заданное время ожидания (например, 5 минут), прежде чем продолжить открытие первого дроссельного клапана 14 с заданным значением открытия (например, 0,2%), причем заданное значение закрытия больше заданного значения открытия. A specific SIT is compared with a predetermined threshold SIT to prevent cooling too quickly. For example, in accordance with the cold cooling procedure 503, the predetermined SIT threshold value may be 28 ° C. The adjustment scheme may state that if the SIT value is cold. exceeds a predetermined threshold SIT value, for example, is higher than 28 ° C, the first throttle valve 14 will be closed with a certain set closing value (for example, 0.5%) and a predetermined waiting time (for example, 5 minutes) will be initiated before continuing to open the first throttle valve 14 with a predetermined opening value (for example, 0.2%), wherein the predetermined closing value is greater than the predetermined opening value.

Измерения температуры, используемые для определения соответствующей скорости изменения температуры (СИТ), могут быть получены путем измерения температуры хладагента в одном или более следующих местах:Temperature measurements used to determine the appropriate rate of change of temperature (SIT) can be obtained by measuring the temperature of the refrigerant in one or more of the following places:

- на стороне впуска дроссельного клапана 14; - on the inlet side of the throttle valve 14;

- на стороне выпуска дроссельного клапана 14; - on the exhaust side of the throttle valve 14;

- на входной стороне криогенного теплообменника 1; - on the input side of the cryogenic heat exchanger 1;

- в точке внутри криогенного теплообменника 1; - at a point inside the cryogenic heat exchanger 1;

- на стороне выпуска криогенного теплообменника 1.- on the exhaust side of the cryogenic heat exchanger 1.

Согласно варианту реализации изобретения, схема регулировки процедуры охлаждения в холодном состоянии включает ожидание в течение заданного интервала времени между инициированием начального открытия первого дроссельного клапана и началом этапа СИТ. Этап СИТ включает (как было описано выше) регулировку открытия первого дроссельного клапана 14 на основании контролируемой скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый дроссельный клапан 14.According to an embodiment of the invention, the adjustment scheme of the cold cooling procedure includes waiting for a predetermined time interval between the initiation of the initial opening of the first throttle valve and the beginning of the CIT stage. The SIT step includes (as described above) adjusting the opening of the first throttle valve 14 based on the controlled rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first throttle valve 14.

Ожидание в течение заданного интервала времени обеспечивает постепенное уменьшение перепада давления. Большой перепад давления приведет к усилению эффекта Дж.-Т. и дальнейшее слишком быстрое открытие может привести к чрезмерно высокой СИТ. Waiting for a given time interval provides a gradual decrease in pressure drop. A large pressure drop will increase the effect of J.-T. and further too quick opening can lead to an excessively high SIT.

Окончание этапа начального открытия 506 может быть установлено посредством определения СИТ и проверки, что ее величина меньше заданной величины или находится в пределах заданного диапазона. The end of the initial opening phase 506 can be determined by determining the SIT and verifying that its value is less than a predetermined value or is within a predetermined range.

После окончания этапа начального открытия 506 процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии переходит к выполнению этапа регулировки 507, который одновременно включает в себя: After the initial opening phase 506 is completed, the automatic cooling process in the cold state proceeds to the adjustment phase 507, which simultaneously includes:

- регулировку и закрытие рециркуляционного клапана (509) и - adjusting and closing the recirculation valve (509) and

- дополнительную регулировку первого дроссельного клапана (508).- additional adjustment of the first throttle valve (508).

Как будет описано более подробно ниже со ссылкой на фиг. 4-6, действие 509 может включать регулировку и закрытие множества рециркуляционных клапанов (509) и/или действие 508 может включать дополнительную регулировку множества дроссельных клапанов, в частности, первого и второго дроссельного клапана.As will be described in more detail below with reference to FIG. 4-6, act 509 may include adjusting and closing the plurality of recirculation valves (509) and / or act 508 may include further adjusting the plurality of butterfly valves, in particular the first and second butterfly valves.

В действии 508 первый дроссельный клапан 14 дополнительно регулируется. В частности, в варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 2, сильное охлаждение может вызвать конденсацию хладагента. Предпочтительно, непосредственно перед конденсацией движения клапана замедляются, и в момент обнаружения конденсации клапан может частично закрываться, чтобы избежать слишком высокой скорости охлаждения, которая, в противном случае, возникнет из-за резкого увеличения расхода вследствие конденсации (нередко увеличение на 100 т/сут (тонн в сутки) за 10 с). После обнаружения конденсации клапан можно нормально открыть и оставить открытым до тех пор, пока связанный с открытием клапана эффект Дж.-Т. не уменьшится. Эффект Дж.-Т. может контролироваться при дальнейшем открытии дроссельного клапана, например, исходя из разности температур хладагента выше по потоку от дроссельного клапана и хладагента ниже по потоку от дроссельного клапана. Можно предположить, что эффект Дж.-Т. присутствует, если разность температур превышает 8°C.At act 508, the first throttle valve 14 is further adjusted. In particular, in the embodiment of the invention illustrated in FIG. 2, strong cooling can cause condensation of the refrigerant. Preferably, just before the condensation, the valve movements are slowed down, and at the moment condensation is detected, the valve can be partially closed to avoid a too high cooling rate, which otherwise would occur due to a sharp increase in flow due to condensation (often an increase of 100 t / day ( tons per day) for 10 s). After condensation is detected, the valve can be opened normally and left open until the effect of J.-T. will not decrease. Effect J.-T. can be controlled when the throttle valve is opened further, for example, based on the difference in temperature of the refrigerant upstream of the throttle valve and the refrigerant downstream of the throttle valve. It can be assumed that the effect of J.-T. present if the temperature difference exceeds 8 ° C.

Конденсация может быть обнаружена по отклонению от одного или обоих показаний температуры и расхода на дроссельном клапане. Для хладагента, который течет через первый дроссельный клапан 14, может использоваться температура хладагента ниже по потоку от дроссельного клапана 14 и/или расход через дроссельный клапан, который, в свою очередь, может оцениваться по перепаду давлений в дроссельном клапане 14. Condensation can be detected by deviating from one or both of the temperature and flow readings on the butterfly valve. For the refrigerant that flows through the first throttle valve 14, the refrigerant temperature downstream of the throttle valve 14 and / or the flow rate through the throttle valve, which, in turn, can be estimated from the differential pressure in the throttle valve 14, can be used.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения, степень закрытия дроссельного клапана 14 не может быть больше минимальной степени открытия, соответствующей степени открытия при запуске этого модуля.In preferred embodiments of the invention, the degree of closure of the throttle valve 14 cannot be greater than the minimum degree of opening corresponding to the degree of opening when starting this module.

Изменение эффекта Дж.-Т. при дополнительном открытии дроссельного клапана может быть незначительным. Однако в то же время давление хладагента увеличивается, так как одновременно выполняется действие 509 регулировки рециркуляционного клапана 12 для достижения целевого отклонения давления компрессора (или количества ступеней сжатия). Этот модуль контролирует отклонение давления компрессора 11 и закрывает рециркуляционный клапан 12, если отклонение давления превышает заданное максимальное отклонение. Подходящее заданное максимальное отклонение составляет 0,3. Change in the effect of J.-T. additional throttle valve opening may be negligible. However, at the same time, the pressure of the refrigerant increases, since at the same time the action 509 of adjusting the recirculation valve 12 is performed to achieve the target deviation of the compressor pressure (or the number of compression stages). This module monitors the pressure deviation of the compressor 11 and closes the recirculation valve 12 if the pressure deviation exceeds a predetermined maximum deviation. A suitable predetermined maximum deviation is 0.3.

Если имеется множество рециркуляционных клапанов, например, на множестве ступеней компрессора, каждый рециркуляционный клапан можно регулировать отдельно (но одновременно), принимая во внимание специальный параметр отклонения давления для соответствующей ступени, через которую каждый конкретный рециркуляционный клапан регулирует рециркуляцию. If there are many recirculation valves, for example, at multiple compressor stages, each recirculation valve can be adjusted separately (but at the same time), taking into account the special pressure deviation parameter for the corresponding stage through which each particular recirculation valve regulates recirculation.

Поскольку закрытие рециркуляционного клапана 12 влияет на давление всасывания компрессора, предпочтительно, это давление регулируется так, чтобы оно не опускалось ниже рекомендованного предела, например, ниже 1,8 бар изб. (0,18 МПа). Закрытие рециркуляционного клапана также снижает давление всасывания. Поэтому закрытие рециркуляционного клапана является условным во избежание снижения давления всасывания ниже заданного целевого значения. Задача состоит в том, чтобы поддерживать линейное изменение (повышение) выпускного давления за счет постоянного закрытия рециркуляционных клапанов, контролируя при этом отклонение давления. Когда отклонение давления составляет меньше рассмотренного минимального уровня (например, 0,1), действие модуля прекращается. Однако отклонение давления контролируется в ходе всей процедуры окончательного охлаждения и, когда допустимое отклонение давления и давление всасывания находятся в пределах заданного диапазона, рециркуляционные клапаны закрываются.Since closing the recirculation valve 12 affects the suction pressure of the compressor, it is preferable that this pressure be adjusted so that it does not fall below the recommended limit, for example, below 1.8 bar. (0.18 MPa). Closing the recirculation valve also reduces the suction pressure. Therefore, closing the recirculation valve is conditional in order to avoid lowering the suction pressure below a predetermined target value. The task is to maintain a linear change (increase) in the outlet pressure by constantly closing the recirculation valves, while controlling the pressure deviation. When the pressure deviation is less than the considered minimum level (for example, 0.1), the module is terminated. However, the pressure deviation is monitored throughout the final cooling procedure, and when the allowable pressure deviation and suction pressure are within a predetermined range, the recirculation valves close.

Когда температура криогенного теплообменника 1 достигает рабочей температуры, генерируется сигнал окончания. Это может являться частью действий 508 и 509, каждое действие может генерировать отдельный сигнал окончания, или, в качестве части одного из действий или отдельным действием, может генерироваться единичный сигнал окончания (не проиллюстрировано). Когда инициируется сигнал(ы) окончания, программируемый контроллер может завершить процедуру автоматического охлаждения в холодном состоянии (действие 510 на фиг. 3). When the temperature of the cryogenic heat exchanger 1 reaches the operating temperature, an end signal is generated. This can be part of actions 508 and 509, each action can generate a separate end signal, or, as part of one of the actions or a separate action, a single end signal can be generated (not illustrated). When the termination signal (s) is triggered, the programmable controller can complete the automatic cold cooling procedure (step 510 in FIG. 3).

Действие окончания 510 может полностью закрывать рециркуляционный клапан 12, насколько это возможно, при условии, что отклонение давления не препятствует этому. Если отклонение давления препятствует дальнейшему закрытию рециркуляционного клапана, когда величина отклонения давления слишком мала (обычно, ниже 0,1), может генерироваться и выдаваться предупредительное сообщение, чтобы уведомить оператора, что может потребоваться регулировка НЗВ. Перемещение НЗВ дает такой же эффект, что и закрытие рециркуляционного клапана 12. Однако любое перемещение НЗВ может быть ограничено молекулярной массой проходящего хладагента, которая должна превышать заданное минимальное значение. Минимальная молекулярная масса типичного СХ составляет 24 г/моль. Очевидно, что такой предупредительный сигнал не может применяться как дополнительная функция, если на используемом компрессоре отсутствует НЗВ.The action of the end 510 may completely close the recirculation valve 12, as far as possible, provided that the pressure deviation does not prevent this. If the pressure deviation prevents further closure of the recirculation valve when the pressure deviation is too small (usually below 0.1), a warning message may be generated and issued to notify the operator that adjustment of the BOP may be necessary. The movement of the NZV gives the same effect as closing the recirculation valve 12. However, any movement of the NZV can be limited by the molecular weight of the passing refrigerant, which must exceed a predetermined minimum value. The minimum molecular weight of a typical CX is 24 g / mol. Obviously, such a warning signal cannot be used as an additional function if there is no NZV on the compressor used.

Так как перемещение НЗВ считается последним средством, предполагается только уведомлять оператора о возможной необходимости перемещения НЗВ вместо того, чтобы пытаться выполнить какое-либо перемещение НЗВ под управлением автоматической процедуры, как описано в данном документе.Since the movement of the NZV is considered the last resort, it is only intended to notify the operator of the need to move the NZV instead of trying to perform any movement of the NZV under the control of an automatic procedure, as described in this document.

Как только рециркуляционный клапан закрывается полностью или в достаточной степени, управление может передаваться оператору и/или предоставляться выходное состояние или генерироваться сигнал оповещения оператора, чтобы информировать оператора о возможности продолжения нормальной работы криогенного теплообменника, или тому подобное. В качестве альтернативы может быть запущена последующая процедура управления или тому подобное, например, обычное управление работой, такое как расширенное управление производственным процессом, как описано, например, в патенте США 7266975 и/или патенте США 6272882, или любым модулем другого типа.As soon as the recirculation valve closes completely or sufficiently, control can be transferred to the operator and / or an output condition is provided or an alert signal is generated to inform the operator of the possibility of continuing normal operation of the cryogenic heat exchanger, or the like. Alternatively, a subsequent control procedure or the like can be started, for example, conventional operation control, such as advanced process control, as described, for example, in US Pat. No. 7,266,975 and / or US Pat. No. 6,272,882, or any other type of module.

Фиг. 4 иллюстрирует крупногабаритный криогенный теплообменник 100, встроенный в систему различных теплообменников предварительного охлаждения, обслуживаемых таким дополнительным контуром хладагента, а также другое оборудование, которое может применяться в установке по сжижению углеводородов. Дополнительный контур хладагента может в дальнейшем упоминаться как «контур хладагента предварительного охлаждения» или «цикл хладагента предварительного охлаждения». Аналогично, элементы, такие как компрессоры и хладагент, могут также упоминаться как «компрессор хладагента предварительного охлаждения» или «хладагент предварительного охлаждения».FIG. 4 illustrates a large cryogenic heat exchanger 100 integrated in a system of various pre-cooling heat exchangers served by such an additional refrigerant circuit, as well as other equipment that may be used in a hydrocarbon liquefaction plant. An additional refrigerant circuit may hereinafter be referred to as a “pre-refrigerant circuit” or “pre-refrigerant cycle”. Similarly, elements such as compressors and refrigerant may also be referred to as a “pre-refrigerant compressor” or “pre-refrigerant”.

Криогенный теплообменник 100 по этому варианту реализации изобретения в дальнейшем будет называться основным криогенным теплообменником 100, чтобы отличать его от любых других теплообменников, присутствующих в варианте реализации изобретения. Основной криогенный теплообменник 100 содержит теплый конец 33, холодный конец 50 и среднюю часть 27. Стенка основного криогенного теплообменника 100 образует межтрубное пространство 110. В межтрубном пространстве 110 располагается:The cryogenic heat exchanger 100 according to this embodiment of the invention will hereinafter be called the main cryogenic heat exchanger 100 in order to distinguish it from any other heat exchangers present in the embodiment of the invention. The main cryogenic heat exchanger 100 contains a warm end 33, a cold end 50 and a middle part 27. The wall of the main cryogenic heat exchanger 100 forms the annulus 110. In the annulus 110 is located:

- первое трубное пространство 29, проходящее от теплого конца 33 к холодному концу 50, предпочтительно, проходящее между входом для потока углеводородов 7 и выходом для потока углеводородов 8; a first pipe space 29 extending from the warm end 33 to the cold end 50, preferably extending between the inlet for the hydrocarbon stream 7 and the outlet for the hydrocarbon stream 8;

- второе трубное пространство 28, проходящее от теплого конца 33, предпочтительно, от входа для газообразного хладагента 49a на теплом конце 33 к средней части 27; и a second pipe space 28 extending from the warm end 33, preferably from the inlet for gaseous refrigerant 49a at the warm end 33 to the middle portion 27; and

- третье трубное пространство 15, проходящее от теплого конца 33, предпочтительно, от входа для жидкого хладагента 49b на теплом конце 33 к холодному концу 50. a third pipe space 15 extending from the warm end 33, preferably from the inlet for liquid refrigerant 49b at the warm end 33 to the cold end 50.

Для сжатия хладагента предусмотрена компрессорная линия хладагента, символически проиллюстрированная в данном документе, содержащая первый и второй компрессоры 30 и 31. Каждый из этих компрессоров снабжен несколькими рециркуляционными клапанами, которые в данном документе схематично представлены рециркуляционными клапанами 130 и 131 в рециркуляционной линии, соединяющей выход компрессора, ниже по потоку от соответствующих охладителей, с всасывающим отверстием на стороне низкого давления. To compress the refrigerant, a refrigerant compressor line is provided, symbolically illustrated herein, comprising the first and second compressors 30 and 31. Each of these compressors is equipped with several recirculation valves, which are schematically represented in this document by recirculation valves 130 and 131 in the recirculation line connecting the compressor outlet downstream of the respective coolers, with a suction port on the low pressure side.

Первый компрессор хладагента 30 приводится в действие подходящим двигателем, например, газовой турбиной 35, которая снабжена вспомогательным двигателем 36 для пуска, и второй компрессор хладагента 31 приводится в действие подходящим двигателем, например, газовой турбиной 37, снабженной вспомогательным двигателем (не проиллюстрировано). В качестве альтернативы, компрессоры 30 и 31 могут приводиться в действие на одном валу общим двигателем.The first refrigerant compressor 30 is driven by a suitable engine, for example, a gas turbine 35, which is equipped with an auxiliary engine 36 for starting, and the second refrigerant compressor 31 is driven by a suitable engine, for example, a gas turbine 37, equipped with an auxiliary engine (not illustrated). Alternatively, compressors 30 and 31 may be driven on a single shaft by a common motor.

В процессе нормальной работы, после охлаждения основного криогенного теплообменника, газообразный, предпочтительно, богатый метаном сырьевой поток углеводородов подается при повышенном давлении по питающему трубопроводу 20 к первому трубному пространству 29 теплого конца 33 основного криогенного теплообменника 100. Сырьевой поток углеводородов проходит через первое трубное пространство 29, где он охлаждается, сжижается и, необязательно, переохлаждается смешанным хладагентом (СХ), испаряющимся в межтрубном пространстве 110, образуя отработанный хладагент. Результирующий сжиженный поток углеводородов удаляется из основного криогенного теплообменника 100 на его холодном конце 50 через трубопровод 40. Течением потока углеводородов через систему можно управлять, например, с использованием спускного клапана 44, предусмотренного в трубопроводе 40. During normal operation, after cooling the main cryogenic heat exchanger, a gaseous, preferably methane-rich hydrocarbon feed stream is supplied at elevated pressure through the feed pipe 20 to the first pipe space 29 of the warm end 33 of the main cryogenic heat exchanger 100. The hydrocarbon feed stream passes through the first pipe space 29 where it cools, liquefies and, optionally, is supercooled by mixed refrigerant (CX), evaporating in the annulus 110, forming a waste this refrigerant. The resulting liquefied hydrocarbon stream is removed from the main cryogenic heat exchanger 100 at its cold end 50 through line 40. The flow of hydrocarbon through the system can be controlled, for example, using a drain valve 44 provided in line 40.

Поток 40 может, если требуется, проходить через соответствующую концевую испарительную систему, где давление снижается до давления хранения и/или транспортировки. В конечном счете, сжиженный поток углеводородов подается в виде потока продукта в хранилище, где он хранится в виде сжиженного продукта, или, необязательно, непосредственно направляется на транспортировку. Stream 40 may, if desired, pass through a suitable end evaporator system, where the pressure is reduced to storage and / or transportation pressure. Ultimately, the liquefied hydrocarbon stream is supplied as a product stream to a storage, where it is stored as a liquefied product, or, optionally, directly sent for transportation.

В процессе нормальной работы и во время охлаждения основного криогенного теплообменника отработанный хладагент удаляется из межтрубного пространства 110 основного криогенного теплообменника 100 на его теплом конце 33 через трубопровод 25 и проходит к паросепаратору 56. During normal operation and during cooling of the main cryogenic heat exchanger, the spent refrigerant is removed from the annulus 110 of the main cryogenic heat exchanger 100 at its warm end 33 through a pipe 25 and passes to a steam separator 56.

К паросепаратору 56 также подводится подпиточный регулирующий трубопровод хладагента 65, чтобы, необязательно, добавлять компоненты хладагента к потоку отработанного хладагента. Добавление различных компонентов хладагента регулируется одним или более клапанами, обычно одним клапаном на компонент. В данном документе эти клапаны схематично представлены как клапан 66.A recharge control line of refrigerant 65 is also supplied to the steam separator 56 to optionally add refrigerant components to the waste refrigerant stream. The addition of various refrigerant components is controlled by one or more valves, typically one valve per component. In this document, these valves are schematically represented as valve 66.

Испарившаяся фракция 55 отработанного хладагента, которая выходит из верхней части паросепаратора 56, сжимается в компрессорах хладагента 30 и 31 для получения потока сжатого хладагента, который удаляется через трубопровод 32. Возможны и другие устройства компрессора хладагента.The evaporated spent refrigerant fraction 55, which leaves the top of the steam separator 56, is compressed in the refrigerant compressors 30 and 31 to produce a compressed refrigerant stream that is removed through line 32. Other refrigerant compressor devices are also possible.

Теплота сжатия удаляется из жидкости, проходящей между двумя компрессорами хладагента 30 и 31 по трубопроводу 38 в естественный охладитель 23, который может содержать воздушный охладитель и/или водяной охладитель, и/или естественный охладитель любого другого типа. Аналогично, между двумя последовательными компрессорными ступенями компрессора может быть предусмотрен промежуточный теплообменник (не проиллюстрировано).The heat of compression is removed from the fluid passing between the two refrigerant compressors 30 and 31 through line 38 to a natural cooler 23, which may include an air cooler and / or water cooler, and / or any other type of natural cooler. Similarly, an intermediate heat exchanger (not illustrated) may be provided between two successive compressor stages of the compressor.

Поток сжатого хладагента в трубопроводе 32 охлаждается в воздушном охладителе 42 и частично конденсируется в одном или более теплообменниках предварительного охлаждения (проиллюстрировано ссылочными номерами 43 и 41) за счет цикла хладагента предварительного охлаждения, который будет описан более подробно ниже. Теплообменники предварительного охлаждения 41, 43 могут работать при различных давлениях и/или использовать хладагенты различного состава.The compressed refrigerant stream in line 32 is cooled in the air cooler 42 and partially condensed in one or more pre-cooling heat exchangers (illustrated by reference numerals 43 and 41) due to the pre-cooling refrigerant cycle, which will be described in more detail below. Pre-cooling heat exchangers 41, 43 can operate at different pressures and / or use refrigerants of various compositions.

Поток частично сконденсированного хладагента 39 затем проходит и вводится в сепаратор жидкость/пар через впускное устройство, которые проиллюстрированы в данном документе как сепараторный резервуар 45 и впускное устройство 46. В сепараторном резервуаре 45 поток частично сконденсированного хладагента разделяется на жидкую, тяжелую фракцию хладагента (ТФХ) и на газообразную, легкую фракцию хладагента (ЛФХ). Каждый из этих потоков может отдельно регулироваться дроссельным клапаном или подобным устройством, при этом первый дроссельный клапан 58 регулирует поток парообразного (легкого) хладагента, а второй дроссельный клапан 51 регулирует поток жидкого (тяжелого) хладагента.The partially condensed refrigerant stream 39 then passes and is introduced into the liquid / vapor separator through an inlet device, which are illustrated herein as a separator tank 45 and an inlet 46. In the separator tank 45, the partially condensed refrigerant stream is separated into a liquid, heavy refrigerant fraction (TPC) and on the gaseous, light fraction of the refrigerant (LFH). Each of these flows may be separately controlled by a throttle valve or similar device, wherein the first throttle valve 58 controls the flow of vaporous (light) refrigerant, and the second throttle valve 51 controls the flow of liquid (heavy) refrigerant.

Жидкая тяжелая фракция хладагента удаляется из сепараторного резервуара 45 через трубопровод 47, а газообразная легкая фракция хладагента удаляется через трубопровод 48. Тяжелая фракция хладагента переохлаждается во втором трубном пространстве 28 основного криогенного теплообменника 100 для получения потока переохлажденного тяжелого хладагента 54. Поток переохлажденного тяжелого хладагента удаляется из основного криогенного теплообменника 100 через трубопровод 54 с возможностью расширения в дроссельном устройстве, содержащем второй дроссельный клапан 51. Дроссельное устройство может дополнительно содержать динамический детандер (не проиллюстрировано), соединенный последовательно со вторым дроссельным клапаном 51, которым не нужно управлять во время любой процедуры охлаждения основного криогенного теплообменника.The liquid heavy fraction of the refrigerant is removed from the separator tank 45 through line 47, and the gaseous light fraction of the refrigerant is removed through line 48. The heavy fraction of the refrigerant is supercooled in the second pipe space 28 of the main cryogenic heat exchanger 100 to produce a supercooled heavy refrigerant stream 54. The supercooled heavy refrigerant stream is removed the main cryogenic heat exchanger 100 through the pipe 54 with the possibility of expansion in a throttle device containing a second dros reset valve 51. The throttle device may further comprise a dynamic expander (not illustrated) connected in series with the second throttle valve 51, which does not need to be controlled during any cooling procedure of the main cryogenic heat exchanger.

Поток переохлажденного тяжелого хладагента при пониженном давлении вводится через трубопровод 52 и форсунку 53 в межтрубное пространство 110 основного криогенного теплообменника 100 в его средней части 27. Поток тяжелого хладагента имеет возможность испаряться в межтрубном пространстве 110 при пониженном давлении, тем самым охлаждая жидкости в трубных пространствах 29, 28 и 15. A stream of supercooled heavy refrigerant under reduced pressure is introduced through line 52 and nozzle 53 into the annular space 110 of the main cryogenic heat exchanger 100 in its middle part 27. The heavy refrigerant stream has the ability to evaporate in the annular space 110 under reduced pressure, thereby cooling liquids in the pipe spaces 29 , 28 and 15.

Газообразная легкая фракция хладагента, удаленная из сепараторного резервуара 45 через трубопровод 48, проходит в третье трубное пространство 15 в основном криогенном теплообменнике 100, где она охлаждается, сжижается и переохлаждается для получения потока переохлажденного легкого хладагента 57. Поток переохлажденного легкого хладагента удаляется из основного криогенного теплообменника 100 через трубопровод 57 с возможностью расширения в дроссельном устройстве, содержащем первый дроссельный клапан 58. При пониженном давлении он вводится через трубопровод 59 и форсунку 60 в межтрубное пространство 110 основного криогенного теплообменника 100 на его холодном конце 50. Поток легкого хладагента имеет возможность испаряться в межтрубном пространстве 110 при пониженном давлении, тем самым охлаждая жидкости в трубных пространствах 29, 28 и 15.The gaseous light fraction of the refrigerant removed from the separator tank 45 through line 48 passes into the third pipe space 15 in the main cryogenic heat exchanger 100, where it is cooled, liquefied and supercooled to produce a stream of supercooled light refrigerant 57. The stream of supercooled light refrigerant is removed from the main cryogenic heat exchanger 100 through a pipe 57 expandable in a throttle device containing a first throttle valve 58. At reduced pressure, it is introduced through cutting the pipe 59 and the nozzle 60 into the annular space 110 of the main cryogenic heat exchanger 100 at its cold end 50. The light refrigerant stream can evaporate in the annular space 110 under reduced pressure, thereby cooling liquids in the pipe spaces 29, 28 and 15.

Необязательно (не проиллюстрировано), из потока газообразного легкого хладагента 48 может отбираться дополнительный боковой поток, который может охлаждаться, сжижаться и переохлаждаться за счет одного или более других холодных потоков в одном или более других теплообменниках, отличных от основного криогенного теплообменника 100. Например, он может охлаждаться, сжижаться и переохлаждаться за счет холодного выделяемого пара, образующегося при мгновенном испарении потока 40 в дополнительной концевой системе испарения. Дополнительный переохлажденный боковой поток может повторно объединяться с потоком легкого хладагента в трубопроводе 57 или 59, и в этом случает ему требуются вспомогательные дроссельные средства, такие как первый вспомогательный дроссельный клапан. Более подробное описание такой возможности приведено в патенте США 6272882.Optionally (not illustrated), an additional side stream may be taken from the gaseous light refrigerant stream 48, which may be cooled, liquefied, and supercooled by one or more other cold streams in one or more other heat exchangers other than the main cryogenic heat exchanger 100. For example, it can be cooled, liquefied and supercool due to the cold emitted steam generated during the instantaneous evaporation of stream 40 in an additional terminal evaporation system. The additional supercooled side stream may be re-combined with the light refrigerant stream in line 57 or 59, in which case it requires auxiliary throttle means such as a first auxiliary throttle valve. A more detailed description of this possibility is given in US patent 6272882.

Теплообменники предварительного охлаждения 41, 43 работают с использованием хладагента предварительного охлаждения, который может быть многокомпонентным хладагентом или однокомпонентным хладагентом. В данном примере использовался пропан. Испарившийся пропан сжимается в компрессоре предварительного охлаждения 127, который приводится в действие подходящим двигателем, таким как газовая турбина 128. Также предусмотрен рециркуляционный клапан компрессора хладагента предварительного охлаждения 129, который в данном документе символически проиллюстрирован на линии, соединяющей всасывающее входное отверстие на стороне низкого давления первой ступени компрессора с промежуточным уровнем давления. Однако линия рециркуляции, необязательно, может быть предусмотрена во всех или в выбранных ступенях сжатия.Pre-cooling heat exchangers 41, 43 operate using pre-cooling refrigerant, which may be a multi-component refrigerant or a single-component refrigerant. In this example, propane was used. The vaporized propane is compressed in a pre-cooling compressor 127, which is driven by a suitable engine, such as a gas turbine 128. A recirculation valve for the pre-cooling refrigerant compressor 129 is also provided, which is here symbolically illustrated on the line connecting the suction inlet on the low pressure side of the first compressor stages with intermediate pressure level. However, a recirculation line may optionally be provided at all or at selected compression stages.

Затем сжатый пропан конденсируется в воздушном охладителе 130 и, после этого, конденсированный сжатый пропан при повышенном давлении проходит через трубопроводы 135 и 136 в теплообменники 43 и 41, которые расположены последовательно друг с другом. Перед поступлением в теплообменник 43 конденсированному пропану позволяют расширяться до промежуточного давления посредством дроссельного вентиля 138. Там пропан частично испаряется под действием тепла многокомпонентного хладагента в трубопроводе 32, а результирующая испарившаяся газообразная фракция проходит через трубопровод 141 к впускному отверстию на стороне промежуточного давления компрессора пропана 127. Жидкая фракция проходит через трубопровод 145 к теплообменнику 41. Перед поступлением в теплообменник 41 пропану позволяют расширяться до низкого давления посредством дроссельного вентиля 148. Испарившийся пропан проходит через трубопровод 150 к впускному отверстию на стороне низкого давления компрессора пропана 127. Then, the compressed propane is condensed in the air cooler 130 and, after that, the condensed compressed propane at increased pressure passes through pipelines 135 and 136 to heat exchangers 43 and 41, which are arranged in series with each other. Before entering the heat exchanger 43, the condensed propane is allowed to expand to an intermediate pressure via a throttle valve 138. There, the propane is partially evaporated by the heat of the multi-component refrigerant in line 32, and the resulting vaporized gaseous fraction passes through line 141 to the inlet on the intermediate pressure side of propane compressor 127. The liquid fraction passes through conduit 145 to the heat exchanger 41. Before entering the heat exchanger 41, propane can be expanded yatsya to a low pressure across throttling valve 148. The evaporated propane is passed through conduit 150 to the inlet side of propane at low pressure compressor 127.

Специалисту в данной области техники понятно, что паросепараторы или подобные устройства могут быть предусмотрены в любом трубопроводе, который соединяется с впуском компрессора, чтобы избежать подачи в компрессор негазообразной фазы. Также может быть предусмотрен экономайзер.One skilled in the art will appreciate that steam separators or similar devices can be provided in any pipe that connects to the compressor inlet to avoid supplying a non-gaseous phase to the compressor. An economizer may also be provided.

В настоящем примере проиллюстрированы два теплообменника предварительного охлаждения, работающие при двух уровнях давления. Тем не менее, может использоваться любое количество теплообменников предварительного охлаждения и соответствующих уровней давления.This example illustrates two pre-cooling heat exchangers operating at two pressure levels. However, any number of pre-cooling heat exchangers and corresponding pressure levels can be used.

Для получения потока углеводородов 20 также может использоваться цикл хладагента предварительного охлаждения, например, как описано ниже. Углеводородное сырье, в настоящем примере сырьевой природный газ, проходит при повышенном давлении через питающий трубопровод 90. Сырьевой природный газ, который обычно представляет собой многокомпонентную смесь метана и более тяжелых компонентов, частично конденсируется по меньшей мере в одном теплообменнике 93. A pre-cooling refrigerant cycle may also be used to produce hydrocarbon stream 20, for example, as described below. The hydrocarbon feed, in this example, natural gas feed, passes at elevated pressure through feed line 90. The natural gas feed, which is usually a multi-component mixture of methane and heavier components, partially condenses in at least one heat exchanger 93.

В настоящем примере указанный теплообменник работает примерно при том же уровне давления, как и теплообменник предварительного охлаждения 43, используя боковой поток 137 хладагента предварительного охлаждения, отобранный из трубопровода 135. Хотя это не проиллюстрировано на фиг. 4, трубопровод 137 соединяется с трубопроводом 137a. До поступления в теплообменник 93 хладагент предварительного охлаждения имеет возможность расширяться посредством клапана 139 до, приблизительно, промежуточного давления. Результирующая испарившаяся газообразная фракция проходит через трубопроводы 140a и 140 к трубопроводу 141, где она повторно объединяется с газообразной фракцией, отобранной из теплообменника предварительного охлаждения 43. Жидкая фракция хладагента предварительного охлаждения отбирается из теплообменника 93 в трубопровод 151 и подается в теплообменник 91 после расширения посредством клапана 152 до, приблизительно, низкого давления. Затем испарившийся хладагент предварительного охлаждения по трубопроводам 153a и 153 поступает в трубопровод 150.In the present example, said heat exchanger operates at approximately the same pressure level as the pre-cooling heat exchanger 43, using a side-stream of pre-cooling refrigerant 137 taken from line 135. Although not illustrated in FIG. 4, conduit 137 is connected to conduit 137a. Prior to entering the heat exchanger 93, the pre-cooling refrigerant is able to expand by means of a valve 139 to approximately intermediate pressure. The resulting vaporized gaseous fraction passes through conduits 140a and 140 to conduit 141, where it is re-combined with the gaseous fraction taken from the pre-cooling heat exchanger 43. The liquid fraction of the pre-cooling refrigerant is taken from the heat exchanger 93 into the pipe 151 and supplied to the heat exchanger 91 after expansion by means of a valve 152 to approximately low pressure. Then, the evaporated pre-refrigerant refrigerant through lines 153a and 153 enters line 150.

Отмечено, что теплообменники 43 и 93 и/или теплообменники 41 и 91 могут быть выполнены в виде комбинированных теплообменников, содержащих отдельные пространства для природного газа и для хладагента в трубопроводе 32.It is noted that heat exchangers 43 and 93 and / or heat exchangers 41 and 91 can be made in the form of combined heat exchangers containing separate spaces for natural gas and for refrigerant in the pipe 32.

Частично сконденсированное сырье 92 вводится, например, через впускное устройство 94, в сепаратор газ/жидкость 95, который может быть предусмотрен, например, в виде скрубберной колонны или подобного устройства. В скрубберной колонне 95 частично сконденсированное сырье разделяется для получения обогащенного метаном газообразного верхнего потока 97 и жидкого, обедненного метаном нижнего потока 115. Partially condensed feed 92 is introduced, for example, through an inlet device 94, into a gas / liquid separator 95, which may be provided, for example, in the form of a scrubbing column or the like. In the scrubber column 95, the partially condensed feed is separated to produce a methane-rich gaseous overhead stream 97 and a liquid methane-depleted bottom stream 115.

Газообразный верхний поток 97 по трубопроводу 97, через теплообменник 91, проходит к верхнему сепаратору 102. В теплообменнике 100 газообразный верхний поток частично конденсируется за счет хладагента предварительного охлаждения, поступающего по трубопроводу 151, и частично сконденсированный верхний поток вводится в верхний сепаратор 102 через впускное устройство 103. В верхнем сепараторе 102 частично сконденсированный верхний поток разделяется на газообразный поток 20 (который, по существу, обеднен компонентами C5+ и/или относительно обогащен метаном по сравнению с сырьевым потоком) и жидкий нижний поток 105. Газообразный поток 20 образует углеводородное сырье и при повышенном давлении поступает в трубопровод 20. The gaseous overhead stream 97 through line 97, through the heat exchanger 91, passes to the upper separator 102. In the heat exchanger 100, the gaseous overhead stream is partially condensed by the pre-cooling refrigerant entering through line 151, and the partially condensed overhead stream is introduced into the upper separator 102 through the inlet 103. In the upper separator 102, the partially condensed overhead stream is separated into a gaseous stream 20 (which is substantially depleted in C5 + components and / or relatively rich in methane SG compared to the feed stream) and a liquid bottom stream 105. The gaseous stream 20 forms the hydrocarbon feed at elevated pressure and enters the duct 20.

По меньшей мере часть жидкого нижнего потока 105 может вводиться через трубопровод 105 и форсунку 106 в скрубберную колонну 95 в качестве обратного потока. Трубопровод 105 снабжен регулятором расхода (не проиллюстрирован) и/или насосом 108. At least a portion of the liquid bottom stream 105 may be introduced through line 105 and nozzle 106 into the scrub column 95 as a return stream. The pipe 105 is provided with a flow controller (not illustrated) and / or a pump 108.

Если обратный поток должен быть меньше, чем количество жидкости в частично сконденсированном газообразном верхнем потоке 105, то избыток может передаваться в трубопровод 20 через байпасный трубопровод (не проиллюстрирован) и регулятор расхода (не проиллюстрирован). Если же обратный поток слишком малый, то из внешнего источника (не проиллюстрирован) в обратный поток может быть добавлена внешняя среда обратного потока, соответственно, бутан, подходящим образом в трубопровод 105.If the return flow should be less than the amount of liquid in the partially condensed gaseous overhead stream 105, then the excess can be transferred to conduit 20 through a bypass conduit (not illustrated) and a flow regulator (not illustrated). If the return flow is too small, then the external flow of the return flow, butane, respectively, may be added to the return flow from an external source (not illustrated), into a conduit 105.

Жидкий нижний поток, обогащенный C3+, удаляется из скрубберной колонны 95 по трубопроводу 115. Далее он может удаляться из технологического процесса, направляться на линию фракционирования и/или хранение/транспортировку и/или ребойлер любым способом, известным специалисту в данной области техники. The liquid bottom stream enriched in C3 + is removed from the scrubbing column 95 via line 115. It can then be removed from the process, sent to the fractionation line and / or storage / transportation and / or reboiler by any method known to a person skilled in the art.

Перед началом нормальной работы основной криогенный теплообменник, как описано выше, должен быть охлажден до рабочей температуры. Описываемые в данном документе способы и устройства обеспечивают автоматическое охлаждение основного криогенного теплообменника. Это демонстрируется следующим.Before starting normal operation, the main cryogenic heat exchanger, as described above, must be cooled to operating temperature. The methods and devices described herein provide automatic cooling of the main cryogenic heat exchanger. This is demonstrated by the following.

В процессе охлаждения ряд температур, скоростей изменения температуры и перепадов температуры в различных точках в основном криогенном теплообменнике и вокруг него могут контролироваться программируемым контроллером. Это позволяет программируемому контроллеру определять изменение температурного профиля во времени. Фиг. 5 иллюстрирует точки в основном криогенном теплообменнике 100 и вокруг него, где при испытании предусмотрены температурные датчики (TR20, TR25, TR33, TR40, TR47, TR48, TR52, TR54, TR57, TR59) и дифференциальные датчики температуры (TDR2547, TDR2548, TDR2715, TDR5254, TDR5759) в дополнение к другим температурным датчикам и дифференциальным датчикам температуры, которые в данном документе не описываются, поскольку их рассмотрение менее существенно для описанной автоматизации. During cooling, a number of temperatures, rates of temperature changes and temperature changes at various points in and around the main cryogenic heat exchanger can be controlled by a programmable controller. This allows the programmable controller to determine the change in temperature profile over time. FIG. 5 illustrates points in and around the main cryogenic heat exchanger 100, where temperature sensors (TR20, TR25, TR33, TR40, TR47, TR48, TR52, TR54, TR57, TR59) and differential temperature sensors (TDR2547, TDR2548, TDR2715, TDR5254, TDR5759) in addition to other temperature sensors and differential temperature sensors, which are not described in this document, since their consideration is less important for the described automation.

Схема на фиг. 5 соответствует схеме по фиг. 4, но ссылочные номера опущены, чтобы выделить ссылочные номера, соответствующие различным проиллюстрированным датчикам. Температурные датчики обозначены кодом «TR» с последующим числом, соответствующим ссылочному номеру, присвоенному компоненту, потоку или линии (трубопроводу), где предусмотрен датчик. Для дифференциальных датчиков температуры используется код TDR с последующими двумя двузначными числами, соответствующими ссылочным номерам, присвоенным компонентам, потокам или линиям (трубопроводам), между которыми предусмотрен дифференциальный датчик. Температурные датчики и дифференциальные датчики температуры генерируют сигналы датчиков, которые могут приниматься и контролироваться программируемым контроллером, который может использовать один или более сигналов в качестве управляемых параметров.The circuit of FIG. 5 corresponds to the circuit of FIG. 4, but reference numbers are omitted to highlight reference numbers corresponding to the various illustrated sensors. Temperature sensors are indicated by the code “TR” followed by a number corresponding to the reference number assigned to the component, flow or line (pipe) where the sensor is provided. For differential temperature sensors, the TDR code is used, followed by two two-digit numbers corresponding to the reference numbers assigned to the components, flows or lines (pipelines) between which a differential sensor is provided. Temperature sensors and differential temperature sensors generate sensor signals that can be received and monitored by a programmable controller that can use one or more signals as control parameters.

В верхней части основного криогенного теплообменника 100 температуры в трубопроводах 57 и 59 выше по потоку и ниже по потоку от первого дроссельного клапана 58 контролировали с использованием температурных датчиков TR57 и TR59. Также контролировали разность этих температур, что может использоваться для определения фактического эффекта Дж.-Т. в первом дроссельном клапане.In the upper part of the main cryogenic heat exchanger 100, temperatures in conduits 57 and 59 upstream and downstream of the first throttle valve 58 were monitored using temperature sensors TR57 and TR59. The difference in these temperatures was also controlled, which can be used to determine the actual effect of J.-T. in the first butterfly valve.

Измеряли разность температур (TDR2715) межтрубного пространства в средней части 27 основного теплообменника и трубного пространства 15 в средней части 27 основного теплообменника. Кроме того, с использованием датчика TR33 измеряли температуру межтрубного пространства вблизи теплого конца 33, а также температуру отработанного хладагента, отбираемого из теплообменника по трубопроводу 25 (TR25).The temperature difference (TDR2715) of the annulus was measured in the middle part 27 of the main heat exchanger and the tube space 15 in the middle part 27 of the main heat exchanger. In addition, the temperature of the annulus near the warm end 33 was measured using the TR33 sensor, as well as the temperature of the spent refrigerant taken from the heat exchanger through line 25 (TR25).

Температура на входе тяжелой жидкой фракции хладагента может измеряться с использованием датчика TR47, температура на входе потока углеводородов сразу выше по потоку от основного криогенного теплообменника 100 может измеряться с использованием датчика TR20, а температура на выходе потока углеводородов сразу ниже по потоку от основного криогенного теплообменника 100 может измеряться с использованием датчика TR40. The inlet temperature of the heavy liquid fraction of the refrigerant can be measured using a TR47 sensor, the inlet temperature of the hydrocarbon stream immediately upstream from the main cryogenic heat exchanger 100 can be measured using the TR20 sensor, and the inlet temperature of the hydrocarbon stream immediately downstream from the main cryogenic heat exchanger 100 can be measured using a TR40 sensor.

Все измерения температуры стабильны и надежны при наличии прямого потока. Поэтому измерения могут быть время от времени ненадежными, например, в начале охлаждения, когда заторможенный газ возвращается на температурный датчик. Контроль зависит от начальных состояний, к примеру, от режимов давления. Температура, указывающая на окончание охлаждения, представляет собой температуру, измеренную датчиком TR40 на линии отвода углеводородного продукта. Однако в начале охлаждения, когда поток углеводородов чрезвычайно слабый, эти измерения могут быть ненадежными. Поэтому, вместо этого, в начале охлаждения может контролироваться другая температура, соответственно, температура ЛФХ, измеренная датчиком TR59 ниже по потоку от первого дроссельного клапана 58. Однако в конце охлаждения контрольной температурой будет температура, измеренная датчиком TR40. All temperature measurements are stable and reliable with direct flow. Therefore, measurements can be unreliable from time to time, for example, at the beginning of cooling, when the inhibited gas returns to the temperature sensor. The control depends on the initial states, for example, on pressure conditions. The temperature indicating the end of cooling is the temperature measured by the TR40 sensor on the hydrocarbon product discharge line. However, at the beginning of cooling, when the flow of hydrocarbons is extremely weak, these measurements may be unreliable. Therefore, instead, at the beginning of cooling, a different temperature can be controlled, respectively, the LPC temperature measured by the TR59 sensor downstream of the first throttle valve 58. However, at the end of cooling, the control temperature will be the temperature measured by the TR40 sensor.

В процессе охлаждения несколько давлений и перепадов давления в различных точках схемы могут контролироваться программируемым контроллером. На фиг. 5 проиллюстрированы наиболее подходящие датчики давления (PR32, PR54, PR55, PR57, PR150) с использованием кода PR с последующим числом, которое соответствует ссылочному номеру, присвоенному компоненту или линии (трубопроводу), где предусмотрен датчик. Наиболее важные давления, которые должны контролироваться, включают давление всасывания компрессора предварительного охлаждения PR150 в трубопроводе 150, давление всасывания компрессора 30 смешанного хладагента (PR55) в трубопроводе 55; и давление на выходе компрессора смешанного хладагента PR32 в трубопроводе 32. During cooling, several pressures and pressure drops at various points in the circuit can be controlled by a programmable controller. In FIG. 5 illustrates the most suitable pressure sensors (PR32, PR54, PR55, PR57, PR150) using the PR code followed by a number that corresponds to the reference number assigned to the component or line (pipeline) where the sensor is provided. The most important pressures to be controlled include the suction pressure of the PR150 pre-cooling compressor in line 150, the suction pressure of the mixed refrigerant compressor 30 (PR55) in line 55; and the pressure at the outlet of the mixed refrigerant compressor PR32 in the pipe 32.

Эти датчики давления генерируют сигналы датчиков, которые могут приниматься и контролироваться программируемым контроллером, который может использовать один или более сигналов в качестве управляемых параметров.These pressure sensors generate sensor signals that can be received and monitored by a programmable controller that can use one or more signals as control parameters.

После длительного отключения устройства давление в схеме может влиять на процедуру охлаждения, в частности, если схема была в полной рециркуляции в течение нескольких дней. При полном охлаждении основного криогенного теплообменника 100 незначительные изменения высокого давления могут иметь большие последствия. Кроме того, перед охлаждением можно контролировать давления, измеренные датчиками PR57 и PR54 (давление в трубах ЛФХ и ТФХ выше по потоку от первого (58) и второго (51) дроссельных клапанов, соответственно). Если эти давления слишком высокие, любое действие клапана может иметь более быструю динамику, поэтому в качестве начального состояния система должна иметь уровень давления, который меньше заданного начального максимального значения давления (при испытании использовали давление 20 бар изб. (2 МПа)).After a long shutdown of the device, the pressure in the circuit can affect the cooling procedure, in particular, if the circuit has been in full recirculation for several days. When the main cryogenic heat exchanger 100 is completely cooled, minor changes in high pressure can have large consequences. In addition, before cooling, the pressures measured by PR57 and PR54 sensors can be monitored (pressure in the LPC and TPC pipes is upstream from the first (58) and second (51) butterfly valves, respectively). If these pressures are too high, any action of the valve can have faster dynamics, therefore, as the initial state, the system should have a pressure level that is less than the specified initial maximum pressure value (during the test, the pressure was 20 bar gage (2 MPa)).

Для потоков ЛФХ и ТФХ могут быть рассчитаны расходы, чтобы использовать их в качестве управляемых параметров или по меньшей мере параметров, которые будут отслеживаться. Такие расчеты могут быть основаны на разнице в давлении и номинальном открытии первого (58) или второго (51) дроссельных клапанов, соответственно. Для этого могут использоваться измерения давлений до первого и второго дроссельных клапанов как на контуре ЛФХ, так и на контуре ТФХ (датчиками PR57 и PR54, соответственно), и измерения давления всасывания (датчиком PR55) контура хладагента перед подачей к компрессору. For LF and TFC flows, costs can be calculated to use as managed parameters or at least parameters to be monitored. Such calculations can be based on the difference in pressure and the nominal opening of the first (58) or second (51) butterfly valves, respectively. For this purpose, pressure measurements to the first and second throttle valves can be used both on the LPF circuit and on the TPH circuit (by PR57 and PR54 sensors, respectively), and by measuring the suction pressure (PR55 sensor) of the refrigerant circuit before being supplied to the compressor.

Среднеквадратичное отклонение измерений потока при малой степени открытия дроссельного клапана может быть довольно большим, что может привести к ошибкам его использовании в качестве отслеживаемого параметра. Линейная модель потоков ЛФХ и ТФХ была рассчитана как линейная модель с использованием для всех измерений метода наименьших квадратов при значительной степени открытия клапана. Согласно этой модели оценочные потоки будут определяться как: The standard deviation of the flow measurements with a small degree of opening of the throttle valve can be quite large, which can lead to errors in its use as a monitored parameter. The linear model of LF and TFC flows was calculated as a linear model using the least squares method for all measurements with a significant degree of valve opening. According to this model, estimated flows will be determined as:

FЛФХ = KЛФХ·X58·√(PR57 – PR55); и F LFH = K LFH · X 58 · √ (PR57 - PR55); and

FТФХ= KТФХ·X51·√(PR54 – PR55), F TPC = K TPC · X 51 · √ (PR54 - PR55),

где FЛФХ (FТФХ) – расход ЛФХ в трубопроводе 48 (расход ТФХ в трубопроводе 47); Х58 (X51) – степень открытия первого (второго) дроссельного клапана 58 (51), соответственно; и KЛФХ (KТФХ) – константа, соответствующая тангенсу угла наклона в линейной модели, рассчитанной по методу наименьших квадратов. Было обнаружено, что линейная модель, рассчитанная по методу наименьших квадратов, удовлетворяет требуемой точности. Однако вместо этого могут использоваться другие типы функций. В частности, для расчета потока ТФХ может применяться квадратичная функция, в то время как для потока ЛФХ была обнаружена характерная форма, напоминающая функцию квадратного корня.where F LFH (F TFH ) - the consumption of LFH in the pipeline 48 (the consumption of TFH in the pipeline 47); X 58 (X 51 ) - the degree of opening of the first (second) throttle valve 58 (51), respectively; and K LFH (K TFC ) is a constant corresponding to the slope of a linear model calculated using the least squares method. It was found that the linear least squares model satisfies the required accuracy. However, other types of functions may be used instead. In particular, a quadratic function can be used to calculate the TPC flow, while a characteristic shape resembling the square root function was found for the LPC flow.

Непосредственно перед выполнением автоматического охлаждения основной криогенный теплообменник 100 был предварительно охлажден при ручном управлении до температуры между около –25°C и около –35°C. Другие задачи, которые были завершены на данном этапе вручную, но также могут быть автоматизированы и введены в структуру модуля, как описано, включают:Immediately prior to performing automatic cooling, the main cryogenic heat exchanger 100 was pre-cooled by manual control to a temperature between about –25 ° C and about –35 ° C. Other tasks that were completed at this stage manually, but can also be automated and entered into the module structure, as described, include:

- регулировку уровня в любом потоке газоконденсатной жидкости (жидкого природного газа, обычно состоящего из молекул, имеющих массу, сопоставимую с пропаном и выше) в экстракционной колонне (например, скрубберной колонне);- adjusting the level in any stream of gas condensate liquid (liquid natural gas, usually consisting of molecules having a mass comparable with propane and above) in the extraction column (for example, a scrubber column);

- регулировку температуры потока 20;- adjustment of the temperature of the stream 20;

- сброс давления в контуре хладагента, а именно в трубных пространствах 15, 28;- pressure relief in the refrigerant circuit, namely in the pipe spaces 15, 28;

- регулировку оттаивания смеси газ/холодный газ, используемой для охлаждения труб контура хладагента в температурном диапазоне от около –25°C до около –35°C.- adjusting the thawing of the gas / cold gas mixture used to cool the pipes of the refrigerant circuit in the temperature range from about –25 ° C to about –35 ° C.

Дальнейшее охлаждение основного криогенного теплообменника до рабочей температуры, составляющей ниже около -155°C, в данном документе до рабочей температуры около -160°C, было достигнуто с использованием способа и устройства автоматического охлаждения. Дальнейшее охлаждение может далее в описании упоминаться как «окончательное охлаждение».Further cooling of the main cryogenic heat exchanger to a working temperature below about -155 ° C, in this document to a working temperature of about -160 ° C, was achieved using the method and device for automatic cooling. Further cooling may hereinafter be referred to as “final cooling”.

Таким образом, как описано выше, этап (i) может включать получение одного или более показаний температуры хладагента, содержащих по меньшей мере одно из показаний температуры хладагента для жидкой, тяжелой фракции хладагента (ТФХ) и/или для газообразной, легкой фракции хладагента (ЛФХ)Thus, as described above, step (i) may include obtaining one or more readings of the temperature of the refrigerant containing at least one of the readings of the temperature of the refrigerant for the liquid, heavy fraction of the refrigerant (TPC) and / or for the gaseous, light fraction of the refrigerant (LF) )

- на стороне впуска дроссельного клапана 14; - on the inlet side of the throttle valve 14;

- на стороне выпуска дроссельного клапана 14; - on the exhaust side of the throttle valve 14;

- на входной стороне криогенного теплообменника 1; - on the input side of the cryogenic heat exchanger 1;

- в точке внутри криогенного теплообменника 1; - at a point inside the cryogenic heat exchanger 1;

- на стороне выпуска криогенного теплообменника 1.- on the exhaust side of the cryogenic heat exchanger 1.

Таким образом, с учетом варианта реализации изобретения, описанного выше со ссылкой на фиг. 4 и 5, согласно варианту реализации изобретения контур рециркуляции хладагента для рециркуляции отработанного хладагента обратно в криогенный теплообменник содержит множество ступеней сжатия, причем каждая ступень сжатия содержит рециркуляционный клапан компрессора (130, 131) и этап регулировки (507) включает регулировку и закрытие множества рециркуляционных клапанов (509а, 509b).Thus, in view of the embodiment of the invention described above with reference to FIG. 4 and 5, according to an embodiment of the invention, the refrigerant recirculation circuit for recycling the spent refrigerant back to the cryogenic heat exchanger comprises a plurality of compression stages, each compression stage comprising a compressor recirculation valve (130, 131) and the adjustment step (507) includes adjusting and closing the plurality of recirculation valves (509a, 509b).

Таким образом, с учетом варианта реализации изобретения, описанного выше со ссылкой на фиг. 4-6, согласно варианту реализации изобретения ниже по потоку от охладителя 42 и выше по потоку от первого дроссельного клапана предусмотрен сепаратор жидкость/пар 45 в контуре рециркуляции хладагента для получения частично сконденсированного хладагента и разделения потока частично сконденсированного хладагента на жидкую тяжелую фракцию хладагента (ТФХ) и газообразную легкую фракцию хладагента (ЛФХ), а также для выпуска жидкой тяжелой фракции хладагента через выход для жидкости и выпуска газообразной легкой фракции хладагента через выход для газа, причем эти фракции проходят к криогенному теплообменнику, в котором первый дроссельный клапан выполнен с возможностью управления проходом одной из этих фракций, предпочтительно, легкой фракции хладагента и в котором второй дроссельный клапан выполнен с возможностью управления проходом другой из этих фракций, предпочтительно, тяжелой фракции хладагента.Thus, in view of the embodiment of the invention described above with reference to FIG. 4-6, according to an embodiment of the invention, a liquid / vapor separator 45 is provided downstream of the cooler 42 and upstream of the first throttle valve to provide a partially condensed refrigerant and to separate the partially condensed refrigerant stream into a liquid heavy fraction of refrigerant (TFC) ) and the gaseous light fraction of the refrigerant (LF), as well as for discharging the liquid heavy fraction of the refrigerant through the liquid outlet and discharging the gaseous light fraction of the refrigerant through the outlet for gas, moreover, these fractions pass to a cryogenic heat exchanger in which the first throttle valve is configured to control the passage of one of these fractions, preferably a light refrigerant fraction and in which the second throttle valve is configured to control the passage of the other of these fractions, preferably heavy refrigerant fractions.

Далее, со ссылкой на фиг. 6, будет описана блок-схема автоматического охлаждения криогенного теплообменника по фиг. 4 или фиг. 5.Next, with reference to FIG. 6, a block diagram of the automatic cooling of the cryogenic heat exchanger of FIG. 4 or FIG. 5.

Подобно описанному выше варианту реализации изобретения со ссылкой на фиг. 3, после того, как на этапе 501 генерируется сигнал пуска, выполняется этап сравнения 502, который включает:Similar to the embodiment described above with reference to FIG. 3, after a start signal is generated in step 501, a comparison step 502 is performed, which includes:

(i) прием одного или более показаний температуры хладагента, обеспечивая индикацию температуры хладагента, (i) receiving one or more readings of the temperature of the refrigerant, providing an indication of the temperature of the refrigerant,

(ii) сравнение одного или более показаний температуры хладагента с одним или более соответствующими заданными пороговыми значениями, и (ii) comparing one or more readings of the temperature of the refrigerant with one or more corresponding predetermined threshold values, and

(iii) на основании результатов сравнения согласно п. (ii), выбор одной из процедур автоматического охлаждения криогенного теплообменника в теплом состоянии 503 или автоматического охлаждения криогенного теплообменника в холодном состоянии 504.(iii) based on the comparison results according to paragraph (ii), the selection of one of the procedures for automatically cooling a cryogenic heat exchanger in a warm state 503 or automatically cooling a cryogenic heat exchanger in a cold state 504.

В данном документе процедура охлаждения в теплом состоянии 503 более подробно не описывается. Дается ссылка на документ WO2009/098278, в котором приведено подробное описание процедуры охлаждения в теплом состоянии. In this document, the warm cooling procedure 503 is not described in more detail. Reference is made to document WO2009 / 098278, which provides a detailed description of the warm cooling procedure.

Процедура охлаждения в холодном состоянии 504 начинается с определения начальных состояний в ходе действия 505, преимущественно таким же образом, как описано выше. Примерами критических начальных состояний являются состояния, при которых:The cold cooling procedure 504 begins by determining the initial states during step 505, preferably in the same manner as described above. Examples of critical initial states are states in which:

- присутствует избыток тяжелых компонентов в углеводородном сырье (например, в линии 20) при регулировке потока углеводородов (обычно допускается максимальное содержание C5+ в количестве 0,08 мол.%);- there is an excess of heavy components in the hydrocarbon feed (for example, in line 20) when adjusting the flow of hydrocarbons (usually a maximum C5 + content of 0.08 mol% is allowed);

- первый и второй дроссельные клапаны (58, 51) закрыты недостаточно (при испытании степень открытия клапанов составляла более 1%);- the first and second throttle valves (58, 51) are not closed sufficiently (during testing, the degree of opening of the valves was more than 1%);

- давление в контуре хладагента (ЛФХ и ТФХ) ниже, чем давление на выходе из компрессора 31;- the pressure in the refrigerant circuit (LFH and TFC) is lower than the pressure at the outlet of the compressor 31;

- один или более компрессоров хладагента 30, 31 и компрессор хладагента предварительного охлаждения 127 не находятся в режиме «онлайн» и не работают (что, например, контролируется по скорости компрессора);- one or more refrigerant compressors 30, 31 and pre-cooling refrigerant compressor 127 are not online and do not work (which, for example, is controlled by the speed of the compressor);

- впускной и выпускной клапаны на этих компрессорах не открыты;- the inlet and outlet valves on these compressors are not open;

- давление хладагента на выходе из компрессора 31 слишком высокое (при испытании использовалось максимальное давление 20 бар изб. (2 МПа));- the refrigerant pressure at the outlet of the compressor 31 is too high (the test used a maximum pressure of 20 bar g. (2 MPa));

давление всасывания компрессора хладагента предварительного охлаждения 127 находится вне заданного диапазона давления (соответственно диапазон составляет примерно 0,5 бар изб. (0,05 МПа));the suction pressure of the pre-cooling refrigerant compressor 127 is outside the specified pressure range (correspondingly, the range is about 0.5 bar g. (0.05 MPa));

- любая имеющаяся НЗВ закрыта недостаточно.- any existing NZV is closed insufficiently.

Примерами некритических начальных состояний являются состояния, при которых:Examples of non-critical initial states are states in which:

- показания датчика TDR5759 являются слишком небольшими (обычная минимальная величина, рекомендованная для спирального теплообменника фирмы Air Products and Chemicals Inc, составляет 25°C);- TDR5759 sensor readings are too small (the usual minimum value recommended for a spiral heat exchanger from Air Products and Chemicals Inc is 25 ° C);

- один или более рециркуляционных клапанов компрессора хладагента (например, 130, 131) открыты недостаточно (при испытании использовали степень открытия менее 99%);- one or more recirculation valves of the refrigerant compressor (for example, 130, 131) is not open enough (during the test, an opening degree of less than 99% was used);

- давление на выходе компрессора 31 ниже заданного минимального значения (при испытании использовали давление 18 бар изб. (1,8 МПа)).- the pressure at the outlet of the compressor 31 is below a predetermined minimum value (during the test, a pressure of 18 bar g.

Когда определены начальные состояния и устранены причины появления возможных предупреждений, инициируются действия 506 и 511.When the initial conditions are determined and the causes of possible warnings are eliminated, actions 506 and 511 are triggered.

В ходе действия начального открытия 506 первый дроссельный клапан 58 для управления потоком парообразного (легкого) хладагента и второй дроссельный клапан 51 для управления потоком жидкого (тяжелого) хладагента устанавливаются на начальное открытие (506а), причем начальное открытие согласно процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии 503 отличается от этапа начального открытия первого дроссельного клапана 14 согласно процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии 504. Предпочтительно, начальные открытия дроссельных клапанов больше в процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии 503, чем в процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии 504. During the initial opening action 506, the first throttle valve 58 for controlling the flow of vaporous (light) refrigerant and the second throttle valve 51 for controlling the flow of liquid (heavy) refrigerant are set to the initial opening (506a), the initial opening according to the automatic warm cooling procedure 503 different from the initial opening stage of the first throttle valve 14 according to the automatic cold cooling procedure 504. Preferably, the initial opening of the throttle valve to apani more in procedure automatic cooling in the warm state 503 than in the procedure of the automatic cooling in a cold state 504.

Следуя за действием 506a, действие 506b инициирует время ожидания, как описано выше. Following step 506a, step 506b initiates a timeout, as described above.

Этап начального открытия может включать инициирование начального открытия первого и второго дроссельного клапана, при этом этап начального открытия первого и второго дроссельных клапанов (51, 58) согласно процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии отличается от этапа начального открытия первого и второго дроссельных клапанов (51, 58) согласно процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии.The initial opening step may include initiating the initial opening of the first and second throttle valves, while the initial opening step of the first and second throttle valves (51, 58) according to the automatic warm cooling procedure is different from the initial opening step of the first and second throttle valves (51, 58 ) according to the automatic cold cooling procedure.

В частности, начальное открытие первого и второго дроссельных клапанов больше в процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии, чем в процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии.In particular, the initial opening of the first and second throttle valves is more in the procedure of automatic cooling in the warm state than in the procedure of automatic cooling in the cold state.

Начальное открытие может дополнительно включать выполнение этапа СИТ, включающего регулировку открытия первого и второго дроссельных клапанов 51, 58 на основании определенной скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый и второй дроссельные клапаны 51, 58, в соответствии со схемой регулировки, при этом процедура автоматического охлаждения в теплом состоянии 503 и процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии 504 имеют различные схемы регулировки.The initial opening may further include performing an SIT step, including adjusting the opening of the first and second throttle valves 51, 58 based on the determined rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first and second throttle valves 51, 58, in accordance with the adjustment scheme, wherein the automatic warm cooling procedure 503 and the automatic cold cooling procedure 504 have various adjustment schemes.

В частности, схема регулировки процедуры охлаждения в холодном состоянии может включать ожидание в течение заданного интервала времени между инициированием начального открытия первого и второго дроссельных клапанов 51, 58 и инициированием регулировки открытия первого и второго дроссельных клапанов 51, 58 на основании контролируемой скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый и второй дроссельные клапаны 51, 58.In particular, the adjustment scheme of the cold cooling procedure may include waiting for a predetermined time interval between initiating the initial opening of the first and second throttle valves 51, 58 and initiating the adjustment of the opening of the first and second throttle valves 51, 58 based on a controlled temperature change rate (SIT) ) refrigerant flowing through the first and second throttle valves 51, 58.

Далее, после завершения действия 506, процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии включает выполнение этапа регулировки (507), который одновременно включает в себя: Further, after completing step 506, the automatic cold cooling procedure includes performing an adjustment step (507), which simultaneously includes:

- регулировку и закрытие рециркуляционного клапана (509) и - adjusting and closing the recirculation valve (509) and

- дополнительную регулировку первого и второго дроссельных клапанов (508a, 508b).- additional adjustment of the first and second throttle valves (508a, 508b).

Как описано выше, может иметься множество ступеней сжатия, причем каждая ступень сжатия содержит рециркуляционный клапан компрессора (130, 131), и действие 509, таким образом, может включать регулировку и закрытие множества рециркуляционных клапанов 130, 131.As described above, there may be a plurality of compression stages, each compression stage containing a compressor recirculation valve (130, 131), and act 509, thus, may include adjusting and closing the plurality of recirculation valves 130, 131.

Регулировка подпитки управляется действием 512, которое выполняется одновременно с действием 507 и регулирует подпитку, чтобы:The feed adjustment is controlled by act 512, which is performed simultaneously with act 507 and adjusts the feed so that:

• увеличивать давление на выходе компрессора 31 при линейном изменении до целевого рабочего давления (при испытании использовали 30 бар изб. (3 МПа));• increase the pressure at the outlet of the compressor 31 with a linear change to the target operating pressure (during the test, 30 bar gage (3 MPa) was used);

• изменять состав хладагента до получения целевого состава, который может быть конечной целью для нормальной работы основного криогенного теплообменника 100 или промежуточной целью.• change the composition of the refrigerant to obtain the target composition, which may be the ultimate goal for the normal operation of the main cryogenic heat exchanger 100 or an intermediate goal.

В ходе процедуры охлаждения целевой состав хладагента может изменяться. Он может изменяться постепенно или ступенчато при достижении управляемым параметром заданной величины. Например, он может измениться, как только температура, измеренная датчиком TR57, опустится ниже заданного значения -135°C или -140°C. During the cooling procedure, the target composition of the refrigerant may change. It can change gradually or stepwise when the controlled parameter reaches a predetermined value. For example, it can change as soon as the temperature measured by the TR57 sensor falls below a set value of -135 ° C or -140 ° C.

Одновременно с действиями 506 и 507 выполняется действие 511, которое регулирует один или более рециркуляционных клапанов компрессора хладагента предварительного охлаждения, представленный в данном документе в виде рециркуляционного клапана первой ступени 129, который управляет потоком, рециркулирующим через первую ступень сжатия компрессора 127. Целью модуля является поддержание давления всасывания хладагента предварительного охлаждения (в трубопроводе 150 на фиг. 4) в пределах заданного диапазона, например, 0,25 – 0,50 бар изб. (0,025 – 0,05 МПа), но без приближения отклонения давления слишком близко к контрольной границе. Низкое давление гарантирует, что температура углеводородного сырьевого газа, входящего в основной криогенный теплообменник 100 (например, по трубопроводу 20) имеет приемлемое значение. Поэтому температуру в трубопроводе 20 не нужно контролировать или использовать в качестве условия для управления в этом модуле.Simultaneously with steps 506 and 507, step 511 is executed that controls one or more of the recirculation valves of the pre-refrigerant compressor, presented in this document as a first stage 129 recirculation valve, which controls the flow recirculated through the first compression stage of compressor 127. The purpose of the module is to maintain the suction pressure of the pre-cooling refrigerant (in line 150 in FIG. 4) within a predetermined range, for example, 0.25-0.50 bar g. (0.025 - 0.05 MPa), but without approaching the pressure deviation, it is too close to the control boundary. Low pressure ensures that the temperature of the hydrocarbon feed gas entering the main cryogenic heat exchanger 100 (for example, via pipe 20) is of acceptable value. Therefore, the temperature in the pipe 20 does not need to be controlled or used as a condition for control in this module.

Кроме того, температуру на выходе компрессора хладагента предварительного охлаждения 127 (в трубопроводе 135) не контролировали, поскольку в автоматической процедуре охлаждения, использованной при испытании, не предусматривалась возможность управления любым параметром, который мог бы использоваться для улучшения ситуации с высокой температурой на выходе компрессора хладагента предварительного охлаждения 127. Однако это может быть реализовано без отступления от объема изобретения.In addition, the temperature at the outlet of the pre-cooling refrigerant compressor 127 (in line 135) was not controlled, since the automatic cooling procedure used in the test did not provide for the possibility of controlling any parameter that could be used to improve the situation with a high temperature at the outlet of the refrigerant compressor pre-cooling 127. However, this can be implemented without departing from the scope of the invention.

Для одного или более отслеживаемых параметров могут быть заданы некоторые предельные границы. Пересечение одной из таких границ (т.е. превышение заданного максимального и/или минимального значения) одним или более отслеживаемыми параметрами может приводить к выдаче предупредительного сигнала для оповещения оператора, или приостановке охлаждения, или аварийному прекращению охлаждения, или комбинации этих действий.For one or more monitored parameters, some limit values may be set. Crossing one of these boundaries (i.e., exceeding a predetermined maximum and / or minimum value) by one or more monitored parameters can lead to an alert to alert the operator, or to stop cooling, or to abort cooling, or a combination of these actions.

Типичными примерами таких предельных границ являются:Typical examples of such boundary limits are:

- заданная максимальная скорость изменения температуры (например, 28°С/час, как указано для криогенного теплообменника фирмы Air Products) при любой выбранной температуре, соответственно при одной или более температурах углеводородного продукта в месте расположения в трубном пространстве 29 и/или в выпускном трубопроводе 40; температура отработанного хладагента (например, в нижнем теплом конце межтрубного пространства 33 или в трубопроводе 25); температура хладагента на стороне выпуска первого дроссельного клапана 58 или второго дроссельного клапана 51, или на его стороне впуска; любая температура межтрубного пространства в теплообменнике 1;- the specified maximum rate of temperature change (for example, 28 ° C / hour, as indicated for the cryogenic heat exchanger of Air Products) at any selected temperature, respectively, at one or more temperatures of the hydrocarbon product at a location in the pipe space 29 and / or in the exhaust pipe 40; the temperature of the spent refrigerant (for example, in the lower warm end of the annulus 33 or in the pipe 25); refrigerant temperature on the exhaust side of the first throttle valve 58 or the second throttle valve 51, or on its inlet side; any annulus temperature in the heat exchanger 1;

- заданный максимальный пространственный градиент температуры, отражающий определенную максимальную разность температур между двумя пространственно разделенными точками в теплообменнике или вокруг него (например, максимальную разность температур 28°С), соответственно разность температур TDR2547 между легким хладагентом выше по потоку от основного криогенного теплообменника 100 и отработанным хладагентом (также возможно: TDR3347, не проиллюстрировано); разность температур TDR2548 между тяжелым хладагентом выше по потоку от основного криогенного теплообменника 100 и отработанным хладагентом (также возможно: TDR3348, не проиллюстрировано); TDR2715; и TDR5759;- the specified maximum spatial temperature gradient, reflecting a certain maximum temperature difference between two spatially separated points in or around the heat exchanger (for example, a maximum temperature difference of 28 ° C), respectively, the temperature difference TDR2547 between the light refrigerant upstream from the main cryogenic heat exchanger 100 and the spent refrigerant (also possible: TDR3347, not illustrated); the temperature difference TDR2548 between the heavy refrigerant upstream of the main cryogenic heat exchanger 100 and the spent refrigerant (also possible: TDR3348, not illustrated); TDR2715; and TDR5759;

- заданное максимальное содержание (0,08 мол.%) тяжелых компонентов в сырьевом потоке углеводородов, который будет заморожен в основном криогенном теплообменнике 100;- the specified maximum content (0.08 mol.%) of heavy components in the feed stream of hydrocarbons, which will be frozen in the main cryogenic heat exchanger 100;

- впускной и выпускной клапаны компрессора хладагента закрыты;- the inlet and outlet valves of the refrigerant compressor are closed;

- максимальное заданное давление межтрубного пространства (5 бар изб. (0,5 МПа)) на холодном конце основного криогенного теплообменника;- the maximum specified annular pressure (5 bar gage (0.5 MPa)) at the cold end of the main cryogenic heat exchanger;

- обнаружение аварийного отключения;- emergency shutdown detection;

- наличие ошибок связи в системе управления.- the presence of communication errors in the control system.

Очевидно, что могут использоваться другие предельные границы, например, при использовании криогенных теплообменников других типов.Obviously, other limiting boundaries can be used, for example, when using other types of cryogenic heat exchangers.

Хотя это и не реализовано при испытании, предполагается, что описанные выше блок-схемы (по фиг. 6 или аналогичные для другой схемы или теплообменника) будут дополнительно включены в более крупную структуру, содержащую другие предшествующие или последующие действия или и то, и другое. Пример проиллюстрирован на фиг. 7.Although this was not realized during the test, it is assumed that the above-described block diagrams (as shown in Fig. 6 or similar for another circuit or heat exchanger) will be further included in a larger structure containing other previous or subsequent actions, or both. An example is illustrated in FIG. 7.

Фиг. 7 иллюстрирует пример с некоторыми задачами, выполняющимися после охлаждения. Например, это могут быть промежуточные задачи, которые должны быть завершены до того, как автоматическая система управления технологическим процессом может взять на себя управление для нормальной работы. Например, модуль 401 регулирует спускной клапан 44 с целью постепенного увеличения потока углеводородов через трубопроводы 20 и 40 и трубное пространство 29. FIG. 7 illustrates an example with some tasks performed after cooling. For example, these may be intermediate tasks that must be completed before an automatic process control system can take control for normal operation. For example, module 401 controls the drain valve 44 to gradually increase the flow of hydrocarbons through pipelines 20 and 40 and pipe space 29.

Следовательно, другие модули могут работать параллельно с модулем 401. В качестве примера проиллюстрирован модуль 402, но также может иметься модуль для наращивания любой секции фракционирования, которая может быть предусмотрена ниже по потоку от любой экстракционной колонны природного газоконденсата для приема и дальнейшего фракционирования экстрагированных газоконденсатных жидкостей. Специалист в данной области техники сможет определить, какие регулируемые и управляемые параметры могут использоваться, в зависимости от типа применяемой схемы и оборудования.Therefore, other modules can operate in parallel with module 401. As an example, module 402 is illustrated, but there may also be a module for building up any fractionation section, which can be provided downstream of any natural gas condensate extraction column to receive and further fractionate the extracted gas condensate liquids. . A person skilled in the art will be able to determine which adjustable and controllable parameters can be used, depending on the type of circuitry and equipment used.

Устройства и способы, описанные в данном документе, могут применяться к криогенным теплообменникам всякий раз, когда криогенный теплообменник необходимо охладить перед работой. Например, это может быть начальное охлаждение или охлаждение после операции технического обслуживания, или после аварийного отключения: причина, по которой температура теплообменника превышала рабочую температуру, не относится к объекту изобретения, описанному в данном документе.The devices and methods described herein can be applied to cryogenic heat exchangers whenever a cryogenic heat exchanger needs to be cooled before operation. For example, it can be initial cooling or cooling after a maintenance operation, or after an emergency shutdown: the reason why the heat exchanger temperature exceeded the operating temperature does not belong to the subject matter described in this document.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть выполнено многими различными способами, без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. Изобретение было описано подробно, включая целевые значения для определенных управляемых параметров. Тем не менее, специалисту в данной области техники будет понятно, что эти целевые значения были выбраны в соответствии с определенной схемой и оборудованием, используемым для проведения испытания. Может потребоваться оптимизация таких целевых значений, когда изобретение должно осуществляться на другой схеме с использованием другого оборудования, и поэтому они не должны рассматриваться как ограничение объема настоящего изобретения.One skilled in the art will understand that the present invention can be carried out in many different ways, without departing from the scope of the attached claims. The invention has been described in detail, including target values for certain controlled parameters. However, one skilled in the art will understand that these target values were selected in accordance with the specific circuitry and equipment used to conduct the test. Optimization of such target values may be required when the invention is to be carried out on a different circuit using different equipment, and therefore should not be construed as limiting the scope of the present invention.

Claims (47)

1. Устройство для охлаждения криогенного теплообменника, предназначенного для сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, причем криогенный теплообменник выполнен с возможностью принимать подлежащий сжижению поток углеводородов и хладагент для проведения теплообмена между потоком углеводородов и хладагентом, тем самым по меньшей мере частично сжижая поток углеводородов, а также выпускать по меньшей мере частично сжиженный поток углеводородов и отработанный хладагент, прошедший через криогенный теплообменник, содержащее 1. A device for cooling a cryogenic heat exchanger designed to liquefy a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream, wherein the cryogenic heat exchanger is adapted to receive a hydrocarbon stream and a refrigerant to be liquefied to conduct heat exchange between the hydrocarbon stream and the refrigerant, thereby at least partially liquefying the stream hydrocarbons, and also produce at least partially liquefied hydrocarbon stream and spent refrigerant passing through a cryogenic heat exchanger, with possessive - контур рециркуляции хладагента для рециркуляции отработанного хладагента обратно в криогенный теплообменник, при этом контур рециркуляции хладагента содержит по меньшей мере компрессор, рециркуляционный клапан компрессора, охладитель и первый дроссельный клапан (Джоуля-Томсона);- a refrigerant recirculation circuit for recycling the spent refrigerant back to the cryogenic heat exchanger, wherein the refrigerant recirculation circuit comprises at least a compressor, a compressor recirculation valve, a cooler and a first throttle valve (Joule-Thomson); - программируемый контроллер, выполненный с возможностью выполнения этапа сравнения (502), включающего:- a programmable controller configured to perform a comparison step (502), including: (i) прием одного или более показаний температуры хладагента, обеспечивая индикацию показаний температуры хладагента, (i) receiving one or more readings of the temperature of the refrigerant, providing an indication of the readings of the temperature of the refrigerant, (ii) сравнение одного или более показаний температуры хладагента с одним или более соответствующими заданными пороговыми значениями и (ii) comparing one or more refrigerant temperature readings with one or more corresponding predetermined threshold values; and (iii) выбор одной из: процедуры автоматического охлаждения криогенного теплообменника в теплом состоянии и процедуры автоматического охлаждения криогенного теплообменника в холодном состоянии на основании результатов сравнения по п. (ii),(iii) the choice of one of: procedures for automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a warm state and procedures for automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a cold state based on the results of comparison according to item (ii), причем процедура охлаждения в теплом и холодном состоянии включает этап начального открытия, включающий инициирование начального открытия первого дроссельного клапана, при этом этап начального открытия первого дроссельного клапана согласно процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии отличается от этапа начального открытия первого дроссельного клапана согласно процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии,moreover, the cooling procedure in the warm and cold state includes an initial opening step comprising initiating an initial opening of the first throttle valve, wherein the initial opening step of the first throttle valve according to the automatic cooling cooling procedure differs from the initial opening step of the first throttle valve according to the automatic cold cooling procedure condition программируемый контроллер выполнен с возможностью, в качестве части этапа начального открытия (506), выполнения этапа СИТ, включающего регулировку открытия первого дроссельного клапана (14) на основании определенной скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый дроссельный клапан (14), в соответствии со схемой регулировки, при этом процедура автоматического охлаждения в теплом состоянии (503) и процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии (504) включают различные схемы регулировки,the programmable controller is configured to, as part of the initial opening step (506), perform the SIT step, including adjusting the opening of the first throttle valve (14) based on the determined rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first throttle valve (14), according to the adjustment scheme, wherein the automatic warm cooling procedure (503) and the automatic cold cooling procedure (504) include various adjustment schemes, при этом процедура охлаждения в холодном состоянии отличается от процедуры охлаждения в теплом состоянии, так как процедура охлаждения в теплом состоянии включает этап, на котором первый дроссельный клапан закрыт, тогда как процедура охлаждения в холодном состоянии может начинаться при открытом первом дроссельном клапане.however, the cold cooling procedure is different from the warm cooling procedure, since the warm cooling procedure includes a step where the first throttle valve is closed, while the cold cooling procedure may begin when the first throttle valve is open. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что одно или более показаний температуры хладагента содержат по меньшей мере одну из индикаций температуры хладагента2. The device according to p. 1, characterized in that one or more readings of the temperature of the refrigerant contain at least one of the indications of the temperature of the refrigerant - на стороне впуска дроссельного клапана; - on the inlet side of the throttle valve; - на стороне выпуска дроссельного клапана; - on the exhaust side of the throttle valve; - на входной стороне криогенного теплообменника; - on the inlet side of the cryogenic heat exchanger; - в точке внутри криогенного теплообменника; - at a point inside the cryogenic heat exchanger; - на стороне выпуска криогенного теплообменника.- on the discharge side of the cryogenic heat exchanger. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что начальное открытие первого дроссельного клапана является большим в процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии, чем в процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии.3. The device according to claim 1, characterized in that the initial opening of the first throttle valve is larger in the procedure of automatic cooling in the warm state than in the procedure of automatic cooling in the cold state. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что этап начального открытия первого дроссельного клапана в процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии включает инициирование заданного начального открытия первого дроссельного клапана, при этом этап начального открытия первого дроссельного клапана в процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии включает определение текущего открытия первого дроссельного клапана и назначение определенного текущего открытия первого дроссельного клапана.4. The device according to claim 1, characterized in that the step of initially opening the first throttle valve in the automatic cooling process in the warm state includes initiating a predetermined initial opening of the first throttle valve, the step of the initial opening of the first throttle valve in the automatic cooling process in the cold state determining the current opening of the first butterfly valve; and the purpose of determining a specific current opening of the first butterfly valve. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором этап начального открытия процедуры охлаждения в холодном состоянии дополнительно включает открытие рециркуляционного клапана компрессора.5. The device according to any one of paragraphs. 1-4, in which the initial opening step of the cold cooling procedure further includes opening the compressor recirculation valve. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что определение скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый дроссельный клапан, осуществляется путем сравнения двух показаний температуры хладагента, полученных в первый и второй момент времени соответственно, при этом первый и второй момент времени разделены заданным временным интервалом, причем заданный интервал времени согласно процедуре охлаждения в холодном состоянии является меньшим, чем заданный интервал времени согласно процедуре охлаждения в теплом состоянии.6. The device according to p. 1, characterized in that the determination of the rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first throttle valve is carried out by comparing two readings of the temperature of the refrigerant obtained at the first and second time, respectively, while the first and second moment times are separated by a predetermined time interval, the predetermined time interval according to the cold cooling procedure being smaller than the predetermined time interval according to the warm cooling procedure. 7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что схема регулировки процедуры охлаждения в холодном состоянии включает ожидание в течение заданного интервала времени между инициированием начального открытия первого дроссельного клапана и инициированием регулировки открытия первого дроссельного клапана на основании контролируемой скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый дроссельный клапан.7. The device according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the scheme for adjusting the cold cooling procedure includes waiting for a predetermined time interval between initiating the initial opening of the first throttle valve and initiating adjustment of the opening of the first throttle valve based on the controlled rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first throttle valve. 8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии включает выполнение этапа регулировки (507), который одновременно включает 8. The device according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the automatic cooling process in the cold state includes performing an adjustment step (507), which simultaneously includes - регулировку и закрытие рециркуляционного клапана (509) и - adjusting and closing the recirculation valve (509) and - дальнейшую регулировку дроссельного клапана (508).- further adjustment of the throttle valve (508). 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что контур рециркуляции хладагента для рециркуляции отработанного хладагента обратно в криогенный теплообменник содержит множество ступеней сжатия, причем каждая ступень сжатия содержит рециркуляционный клапан компрессора (130, 131) и этап регулировки (507) включает регулировку и закрытие множества рециркуляционных клапанов (509а, 509b).9. The device according to p. 8, characterized in that the refrigerant recirculation circuit for recycling the spent refrigerant back to the cryogenic heat exchanger contains many compression stages, each compression stage contains a compressor recirculation valve (130, 131) and the adjustment step (507) includes adjustment and closing a plurality of recirculation valves (509a, 509b). 10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, 10. The device according to any one of the preceding paragraphs, отличающееся тем, что ниже по потоку от охладителя и выше по потоку от первого дроссельного клапана в контуре рециркуляции хладагента предусмотрен жидкостно-паровой сепаратор для получения частично сконденсированного хладагента и разделения потока частично сконденсированного хладагента на жидкую тяжелую фракцию хладагента (ТФХ) и газообразную легкую фракцию хладагента (ЛФХ), а также для выпуска жидкой тяжелой фракции хладагента через выход для жидкости и выпуска газообразной легкой фракции хладагента через выход для газа, причем эти фракции проходят к криогенному теплообменнику, в котором первый дроссельный клапан выполнен с возможностью управления проходом одной из этих фракций, предпочтительно легкой фракции хладагента, и в котором второй дроссельный клапан выполнен с возможностью управления проходом другой из этих фракций, предпочтительно тяжелой фракции хладагента.characterized in that a liquid-steam separator is provided downstream of the cooler and upstream of the first throttle valve in the refrigerant recirculation loop to produce partially condensed refrigerant and to separate the partially condensed refrigerant stream into a liquid heavy fraction of refrigerant (TPC) and a gaseous light fraction of refrigerant (LF), as well as for discharging a liquid heavy fraction of a refrigerant through a liquid outlet and discharging a gaseous light fraction of a refrigerant through a gas outlet, fractions pass to a cryogenic heat exchanger in which the first throttle valve is configured to control the passage of one of these fractions, preferably a light refrigerant fraction, and in which the second throttle valve is configured to control the passage of another of these fractions, preferably a heavy refrigerant fraction. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что этап начального открытия включает инициирование начального открытия первого и второго дроссельного клапана, при этом этап начального открытия первого и второго дроссельных клапанов (51, 58) согласно процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии отличается от этапа начального открытия первого и второго дроссельных клапанов (51, 58) согласно процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии.11. The device according to p. 10, characterized in that the initial opening step includes initiating the initial opening of the first and second throttle valves, the initial opening step of the first and second throttle valves (51, 58) according to the automatic warm cooling procedure differs from the stage initial opening of the first and second throttle valves (51, 58) according to the procedure for automatic cooling in the cold state. 12. Устройство по п. 10, 12. The device according to p. 10, отличающееся тем, что процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии включает выполнение этапа регулировки (507), который одновременно включает characterized in that the automatic cold cooling procedure involves performing an adjustment step (507), which simultaneously includes - регулировку и закрытие рециркуляционного клапана (509) и - adjusting and closing the recirculation valve (509) and - дальнейшую регулировку первого и второго дроссельных клапанов (508a, 508b).- further adjustment of the first and second throttle valves (508a, 508b). 13. Способ охлаждения криогенного теплообменника, предназначенного для сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, включающий этапы, на которых13. A method of cooling a cryogenic heat exchanger for liquefying a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream, comprising the steps of: - предоставляют криогенный теплообменник, выполненный с возможностью приема потока углеводородов, подлежащего сжижению, и хладагента для проведения теплообмена между потоком углеводородов и хладагентом, тем самым по меньшей мере частично сжижая поток углеводородов, а также для выпуска по меньшей мере частично сжиженного потока углеводородов и отработанного хладагента, прошедшего через криогенный теплообменник,- provide a cryogenic heat exchanger configured to receive a hydrocarbon stream to be liquefied and a refrigerant to conduct heat exchange between a hydrocarbon stream and a refrigerant, thereby at least partially liquefying a hydrocarbon stream, and also to discharge at least a partially liquefied hydrocarbon stream and spent refrigerant passing through a cryogenic heat exchanger, - обеспечивают контур рециркуляции хладагента для рециркуляции отработанного хладагента обратно в криогенный теплообменник, при этом контур рециркуляции хладагента содержит по меньшей мере компрессор, рециркуляционный клапан компрессора, охладитель и первый дроссельный клапан;- provide a refrigerant recirculation loop for recirculating the spent refrigerant back to the cryogenic heat exchanger, wherein the refrigerant recirculation loop comprises at least a compressor, a compressor recirculation valve, a cooler and a first throttle valve; - выполняют этап сравнения (502), включающий:- perform the comparison step (502), including: (i) прием от датчиков входных сигналов, представляющих сигналы одного или более показаний температуры хладагента, обеспечивающих индикацию температуры хладагента, (i) receiving from the sensors input signals representing the signals of one or more readings of the temperature of the refrigerant, providing an indication of the temperature of the refrigerant, (ii) сравнение одного или более показаний температуры хладагента с одним или более соответствующими заданными пороговыми значениями и (ii) comparing one or more refrigerant temperature readings with one or more corresponding predetermined threshold values; and (iii) выбор одной из процедур автоматического охлаждения криогенного теплообменника в теплом состоянии и автоматического охлаждения криогенного теплообменника в холодном состоянии на основании результатов сравнения согласно п. (ii),(iii) the selection of one of the procedures for automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a warm state and automatic cooling of a cryogenic heat exchanger in a cold state based on the results of comparison in accordance with paragraph (ii), причем процедура охлаждения в теплом и холодном состоянии включает этап начального открытия, включающий инициирование начального открытия первого дроссельного клапана, при этом этап начального открытия первого дроссельного клапана согласно процедуре автоматического охлаждения в теплом состоянии отличается от этапа начального открытия первого дроссельного клапана согласно процедуре автоматического охлаждения в холодном состоянии,moreover, the cooling procedure in the warm and cold state includes an initial opening step comprising initiating an initial opening of the first throttle valve, wherein the initial opening step of the first throttle valve according to the automatic cooling cooling procedure differs from the initial opening step of the first throttle valve according to the automatic cold cooling procedure condition программируемый контроллер выполнен с возможностью, в качестве части этапа начального открытия (506), выполнения этапа СИТ, включающего регулировку открытия первого дроссельного клапана (14) на основании определенной скорости изменения температуры (СИТ) хладагента, текущего через первый дроссельный клапан (14), в соответствии со схемой регулировки, при этом процедура автоматического охлаждения в теплом состоянии (503) и процедура автоматического охлаждения в холодном состоянии (504) включают различные схемы регулировки,the programmable controller is configured to, as part of the initial opening step (506), perform the SIT step, including adjusting the opening of the first throttle valve (14) based on the determined rate of change of temperature (SIT) of the refrigerant flowing through the first throttle valve (14), according to the adjustment scheme, wherein the automatic warm cooling procedure (503) and the automatic cold cooling procedure (504) include various adjustment schemes, при этом процедура охлаждения в холодном состоянии отличается от процедуры охлаждения в теплом состоянии, так как процедура охлаждения в теплом состоянии включает этап, на котором первый дроссельный клапан закрыт, тогда как процедура охлаждения в холодном состоянии может начинаться при открытом первом дроссельном клапане.however, the cold cooling procedure is different from the warm cooling procedure, since the warm cooling procedure includes a step where the first throttle valve is closed, while the cold cooling procedure may begin when the first throttle valve is open. 14. Способ сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, включающий следующие этапы: 14. A method of liquefying a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream, comprising the following steps: - охлаждение криогенного теплообменника, предназначенного для сжижения потока углеводородов в соответствии со способом по п. 13;- cooling a cryogenic heat exchanger designed to liquefy a hydrocarbon stream in accordance with the method of claim 13; - последующее сжижение потока углеводородов на одном или более этапах, включающих по меньшей мере теплообмен потока углеводородов в криогенном теплообменнике.- subsequent liquefaction of the hydrocarbon stream at one or more stages, including at least heat transfer of the hydrocarbon stream in a cryogenic heat exchanger. 15. Способ сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа, включающий следующие этапы:15. A method of liquefying a hydrocarbon stream, such as a natural gas stream, comprising the following steps: - охлаждение криогенного теплообменника, предназначенного для сжижения потока углеводородов с использованием устройства по любому из пп. 1-12;- cooling a cryogenic heat exchanger designed to liquefy a hydrocarbon stream using a device according to any one of paragraphs. 1-12; - последующее сжижение потока углеводородов на одном или более этапах, включающих по меньшей мере теплообмен потока углеводородов в криогенном теплообменнике.- subsequent liquefaction of the hydrocarbon stream at one or more stages, including at least heat transfer of the hydrocarbon stream in a cryogenic heat exchanger.
RU2017127006A 2014-12-29 2015-12-24 Cryogenic heat exchanger cooling method and device and hydrocarbon flow liquefaction method RU2706892C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14200463 2014-12-29
EP14200463.9 2014-12-29
PCT/EP2015/081233 WO2016107822A1 (en) 2014-12-29 2015-12-24 Method and apparatus for cooling down a cryogenic heat exchanger and method of liquefying a hydrocarbon stream

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017127006A RU2017127006A (en) 2019-01-31
RU2017127006A3 RU2017127006A3 (en) 2019-06-11
RU2706892C2 true RU2706892C2 (en) 2019-11-21

Family

ID=52278463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017127006A RU2706892C2 (en) 2014-12-29 2015-12-24 Cryogenic heat exchanger cooling method and device and hydrocarbon flow liquefaction method

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20180017320A1 (en)
AU (2) AU2015373431C1 (en)
CA (1) CA2971646C (en)
RU (1) RU2706892C2 (en)
WO (1) WO2016107822A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780915C1 (en) * 2022-05-06 2022-10-04 Общество с ограниченной ответственностью "КРИОИНЖИНИРИНГ" (ООО "КРИОИНЖИНИРИНГ") Method for producing liquefied natural gas and installation for its implementation (options)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10393429B2 (en) * 2016-04-06 2019-08-27 Air Products And Chemicals, Inc. Method of operating natural gas liquefaction facility
CA3109908A1 (en) * 2018-08-22 2020-02-27 Exxonmobil Upstream Research Company Primary loop start-up method for a high pressure expander process
FR3099818B1 (en) * 2019-08-05 2022-11-04 Air Liquide Refrigeration device and installation and method for cooling and/or liquefaction
US20220074654A1 (en) * 2020-09-04 2022-03-10 Air Products And Chemicals, Inc. Method to control the cooldown of main heat exchangers in liquefied natural gas plant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060431C1 (en) * 1992-07-24 1996-05-20 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Gas fluidizing process control method
RU2142605C1 (en) * 1997-07-24 1999-12-10 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Method and device for controllable monitoring of yield and temperature in equipment with combined cooling intended for liquefaction of natural gas
DE102005010051A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-07 Linde Ag Process for vaporizing a hydrocarbon-rich stream
US20100126215A1 (en) * 2007-04-13 2010-05-27 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method For Cooling A Cryogenic Exchange Line
US20100326133A1 (en) * 2008-02-08 2010-12-30 Clive Beeby Method and apparatus for cooling down a cryogenic heat exchanger and method of liquefying a hydrocarbon stream

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5931021A (en) * 1997-06-24 1999-08-03 Shnaid; Isaac Straightforward method and once-through apparatus for gas liquefaction
US6578373B1 (en) * 2000-09-21 2003-06-17 William J. Barbier Rate of change detector for refrigerant floodback
DE102006048993B4 (en) * 2005-10-17 2021-09-02 Thermo King Corp. Method of operating a cryogenic control device
US7798107B2 (en) * 2007-11-14 2010-09-21 Honeywell International Inc. Temperature control system for a water heater
AU2013203120B2 (en) * 2012-09-18 2014-09-04 Woodside Energy Technologies Pty Ltd Production of ethane for startup of an lng train
US10393429B2 (en) * 2016-04-06 2019-08-27 Air Products And Chemicals, Inc. Method of operating natural gas liquefaction facility

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060431C1 (en) * 1992-07-24 1996-05-20 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Gas fluidizing process control method
RU2142605C1 (en) * 1997-07-24 1999-12-10 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Method and device for controllable monitoring of yield and temperature in equipment with combined cooling intended for liquefaction of natural gas
DE102005010051A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-07 Linde Ag Process for vaporizing a hydrocarbon-rich stream
US20100126215A1 (en) * 2007-04-13 2010-05-27 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method For Cooling A Cryogenic Exchange Line
US20100326133A1 (en) * 2008-02-08 2010-12-30 Clive Beeby Method and apparatus for cooling down a cryogenic heat exchanger and method of liquefying a hydrocarbon stream

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780915C1 (en) * 2022-05-06 2022-10-04 Общество с ограниченной ответственностью "КРИОИНЖИНИРИНГ" (ООО "КРИОИНЖИНИРИНГ") Method for producing liquefied natural gas and installation for its implementation (options)

Also Published As

Publication number Publication date
AU2015373431C1 (en) 2019-04-04
AU2019201738A1 (en) 2019-04-04
US20210278130A1 (en) 2021-09-09
CA2971646A1 (en) 2016-07-07
CA2971646C (en) 2023-05-23
US20180017320A1 (en) 2018-01-18
RU2017127006A3 (en) 2019-06-11
RU2017127006A (en) 2019-01-31
AU2015373431B2 (en) 2018-12-13
AU2019201738B2 (en) 2020-09-10
WO2016107822A1 (en) 2016-07-07
AU2015373431A1 (en) 2017-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2495343C2 (en) Cryogenic heat exchanger cooling method and device, and hydrocarbon flow liquefaction method
US20210278130A1 (en) Method and apparatus for cooling down a cryogenic heat exchanger and method of liquefying a hydrocarbon stream
DK178396B1 (en) Process and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
CA2963210C (en) Method of operating natural gas liquefaction facility
AU2008313765B2 (en) Method and apparatus for controlling a refrigerant compressor, and use thereof in a method of cooling a hydrocarbon stream
EA002008B1 (en) Processof liquifying a gaseous, methane-rich feed to obtain liquefied natural gas
NO317035B1 (en) Process and apparatus for regulating production and temperature in a mixed refrigerant LNG plant
AU2018200096A1 (en) Continuous mixed refrigerant optimization for the production of liquefied natural gas (lng)
EP2449325A2 (en) Method and apparatus for producing a cooled hydrocarbon stream
CA2735884C (en) Method of cooling a hydrocarbon stream and an apparatus therefor
AU2019204704B2 (en) System and method for operating a liquefaction train
WO2012125018A1 (en) A method and system for controlling the temperature of liquefied natural gas in a liquefaction process
NL2015933B1 (en) Method and system for producing a cooled hydrocarbons stream.
AU2021225175B2 (en) Method to control the cooldown of main heat exchangers in liquefied natural gas plant
AU2009294697B2 (en) Method of cooling a hydrocarbon stream and an apparatus therefor

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200317

Effective date: 20200317

QB4A Licence on use of patent

Free format text: SUB-LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200327

Effective date: 20200327

QB4A Licence on use of patent

Free format text: SUB-LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200831

Effective date: 20200831