利用天然气管网压力能生产液化天然气的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及天然气输送中压力能的回收利用领域，尤其涉及了一种利用天然气管网压力能生产液化天然气的装置。
【背景技术】
[0002]液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)，是天然气经压缩、冷却至其沸点(-161.5°C)后变成的液体，其主要成分为甲烷，无色、无味、无毒且无腐蚀性，燃烧后空气污染小，且放热量大，被公认是地球上最干净的能源。液化天然气体积约为同量气态天然气体积的1/625，重量仅为同体积水的45 %左右。
[0003]目前，国内外天然气的大规模陆上运输主要采用管道运输的方式。长输管道采用高压运输是世界各国的发展趋势，国外许多天然气管道的输送压力都在lOMPa以上。我国目前的长输天然气也步入到了世界先进水平，西气东输一线工程管道压力达到lOMPa，而西气东输二线的管道压力则达到的12MPa。高压天然气无法直接使用，需要经过调压至中低压后进入下游管网。传统的调压站通过节流阀进行节流膨胀降压，不仅白白浪费了大量的压力能，而且由于降压后天然气温度下降，还需要采用换热器将降压后的天然气复热到常温。由于调压站每天的过气量非常可观，回收利用这部分能量，既符合国家节能减排政策，又具有较好的经济效益。
[0004]目前，已出现一些利用调压站的压力能制液化天然气的方案，但是由于天然气的液化温度较低，往往需要将部分高压天然气减压至很低的压力使其变成温度更低的冷源去液化天然气，该部分气体复热之后还需要通过压缩机增压。因此，这些方案不同程度的存在液化率低(均不超过17%)，产品单耗高，设备投资高等问题；同时在下游的需求量产生较大范围的波动时，装置的运行、产量、能耗均会受到很大影响，运行极不稳定。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型针对现有技术中回收利用压力能的装置效率低，单耗高，运行不稳定等缺点，提供了一种效率高、单耗低、运行适应性、稳定性均良好的利用天然气管网压力能生产液化天然气的装置。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决:
[0007]利用天然气管网压力能生产液化天然气的装置，包括天然气液化系统和膨胀机系统，
[0008]天然气液化系统包括第一换热器、第二换热器、第一分离器、第三分离器和第三控制阀，与待液化天然气相连的管路经过第一换热器换热后，与第三分离器进口端相连，第三分离器轻相出口端经过第一换热器后与第一分离器进口端相连，第一分离器的轻相出口端管路经过第一换热器换热后与下游管网相连，第一分离器的重相出口端管路经过第二换热器换热和第三控制阀后与储运设备相连，第三分离器的重相出口端管路连接重烃排出系统；
[0009]膨胀机系统包括膨胀机组的膨胀端和增压端，膨胀端的进口与经过第一换热器预冷后的上游净化后的管网气相连，膨胀端的出口管路经过第一换热器换热后，与增压端的进口相连，增压端的出口与下游管网相连；
[0010]还包括冷剂循环系统，包括压缩机、冷却器、第二分离器、第一换热器、第二换热器、第一控制阀和第二控制阀，压缩机、冷却器和第二分离器依次相连，第二分离器的重相出口端管路经过第一换热器换热后与第一控制阀进口端相连，第一控制阀出口端的管路再经过第一换热器换热后与压缩机进口相连;第二分离器的轻相出口端管路依次经过第一换热器和第二换热器换热后与第二控制阀进口端相连，第二控制阀出口端管路在依次经过第二换热器和第一换热器换热后与压缩机进口端相连。
[0011]在常规的高压天然气膨胀提供冷量的基础上，增加了单独的冷剂循环系统，冷剂循环系统为冷却和液化工序提供冷量，液化率更高，同样产量下产品的单耗更低；由于液化工序主要由混合冷剂提供冷量，因此在调压站工况变化时，具有更好的适应性和稳定性，此外，待液化的天然气经过两级分离处理，不易堵塞管道，纯度高。
[0012]作为优选，第一换热器和第二换热器均为板翅换热器。板翅换热器由于比表面积大具有换热效率高，设备紧凑轻巧，冷量散失小的优点，同时板翅换热器适应性强，通过流道的布置和组合能够适应多流股的换热工况。混合冷却剂经过第二分离器分离后，轻相经过两次换热预冷到_140°C?_160°C，在经过第二控制阀的节流，温度和压力进一步下降，为换热器提供充足的冷量，保证液化系统的运行;混合冷却剂的重相经过第一换热器冷却后，温度降低至_65°C?_80°C，在经过第一控制阀节流后，温度和压力进一步下降，并通过反流通道返回第一换热器，为待液化天然气提供预冷所需的冷量。
[0013]作为优选，压缩机为冷剂压缩机。由于天然气进入膨胀端入口要求必须无液体，否则会损坏膨胀叶轮，因此工艺设计上进入膨胀端入口的温度不会很低，也就是膨胀端出口的冷源温度相对较高，还不能满足液化天然气的要求。因此常规压差制液化天然气的项目，还需要将一股天然气降到很低的压力提供更加低的温度作为液化天然气的冷源，这股天然气进入下游管网前还需要压缩机增压。调压站实际运作时，每天的过气量都会因为下游的用气情况而变化，如冬季用气高峰、下游用气量大的工厂检修、下游用气规模还未达到规划程度。这样的话，实际日过气量会小于设计日过气量，这对于膨胀机组和低压气回收压缩机的运行效率有较大影响，直接影响工厂的能耗和产量。选用冷剂压缩机，一方面可以通过调节各种冷剂的配比优化液化，提高换热效率，降低能耗，相对于常规压差ffjljLNG工厂来说，可操作性增加了；另一方面当实际过气量低于设计过气量时，可以适当减少产量，增加冷剂压缩机的做功比例，虽然单耗会有所增加，但是产量变化幅度较小，对工厂经济效益影响小。
[0014]作为优选，冷剂循环系统中的冷剂包括氮气、甲烷、乙烯、丙烷和异戊烷。冷剂循环系统中采用混合冷剂，混合冷剂具有单位制冷量大的优点，可以降低装置能耗，减小压缩机设备成本。
[0015]作为优选，膨胀机系统中与上游管网相连的管路先经过第一换热器冷却后与膨胀端的进口相连。
[0016]本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果:
[0017]1.节约能耗，采用本实用新型取代原有的天然气调压工艺，回收了压力能，节约了原有的调压工艺中需要外部供热提升调压后天然气温度所耗费的能量和设备。
[0018]2.运行稳定，本实用新型利用冷剂压缩机代替常规的增压压缩机，上游管网压力和过气量变化时，可以确保装置的液化率，实现稳定生产及装置效益。
[0019]3.装置投资成本低，本实用新型采用常用的天然气生产设备，设备投资略有增加，但是由于产量也增加了，而且实际产量受过气量的影响小了，因而实际经济效益更好了。
[0020]4.工艺流程简单可控，本实用新型的设备为本领域常规设备，应用成熟，选型方便，流程简单，维修成本低，系统运行安全稳定。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的结构示意图。
[0022]附图中各数字标号所指代的部位名称如下:1一膨胀机组、2—第一换热器、3—第二换热器、4一第一分离器、5—第二分离器、6—第三分离器、7—第一控制阀、8—第二控制阀、9一压缩机、10—冷却器、11一膨胀端、12一增压端、13—阀、14一第二控制阀、15一阀、21
?48—管道。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0024]实施例1
[0025]利用天然气管网压力能生产液化天然气的装置，如图1所示，包括天然气液化系统、膨胀机系统和冷剂循环系统。
[0026]天然气液化系统包括第一换热器2、第二换热器3、第一分离器4、第三分离器6和第三控制阀14，与待液化天然气相连的管路经过第一换热器2换热后，与第三分离器6进口端相连，第三分离器6轻相出口端经过第一换热器2换热后与第一分离器4进口端相连，第一分离器4轻相出口端管路经过第一换热器2换热后与下游管网相连，第一分离器4重相出口端管路经过第二换热器3换热和第三控制阀14后与储运设备相连，第三分离器6重相出口端管路连接重烃管线排出系统。
[0027]待液化天然气管路出口与管道26相连，管道26另一端连接第一换热器2的流体通道，该流体通道出口连有管道27，管道27又与第三分离器6进口相连，第三分离器6轻相出口端通过管道28与第一换热器2流体通道相连，与该流体通道出口相连的管道29连接阀13，阀13出口端又连有管道30，管道30与第一分离器4进口相连，第一分离器4轻相出口端连接管道31，管道31又与第一换热器2的反流通道相连，该反流通道出口通过管