一种液化天然气冷箱

技术领域

本发明涉及石油天然气技术领域，具体是一种液化天然气冷箱。

背景技术

天然气液化采用液化天然气冷箱。其冷热物流的换热区间大，且需要实现多股物流的流通和热交换；一般布置了两台独立的板翅式换热器，由于板翅式换热器有多个换热通道，可以实现多股物流换热。

现有液化天然气冷箱内的换热器有以下缺点：一是结构复杂（通道多，翅片阻力大且易堵塞），制造周期长（约四个月），设备体积大（单台约1~1.8米宽，0.5~1米厚，3.5~7米高），结构特点使得冷箱必须采用立式安装方式。复杂的内部结构使得设备一旦损坏就无法维修，只能更换（一个通道漏，整体无法使用），造成严重误工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液化天然气冷箱，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种液化天然气冷箱，包括板式换热器，多个所述板式换热器串联连接组成制冷链路，多个制冷链路并联连接组成制冷回路，制冷回路中的部分制冷链路用于液化天然气，剩余的制冷链路用于生成、输送第二状态的冷媒至用于液化天然气的制冷链路，第二状态的冷媒与天然气在两者共占的板式换热器中进行热交换。

作为本发明进一步的方案：所述板式换热器设有高温换热通道、低温换热通道，一组串联的板式换热器的高温换热通道依次接通形成第一制冷通道，低温换热通道依次接通组成第二制冷通道，另一组串联的板式换热器的高温换热通道依次接通形成第三制冷通道，低温换热通道依次接通组成天然气液化通道；所述第一制冷通道分别接通第二制冷通道和第三制冷通道。

作为本发明再进一步的方案：所述第一制冷通道与第二制冷通道和第三制冷通道之间设有节流元件，用于调节冷媒的压力。

作为本发明再进一步的方案：所述制冷回路上设有压缩机、冷凝器，所述压缩机的冷媒出口接通第一制冷通道，冷凝器的冷媒入口接通第二制冷通道，冷凝器的冷媒出口接通压缩机的冷媒入口。

作为本发明再进一步的方案：所述压缩机的冷媒入口处设有气液分离装置，用于去除冷媒中的液体。

作为本发明再进一步的方案：用于液化天然气的制冷链路的两端分别接通天然气储存器和液化天然气储存器或接入天然气输送管道。

作为本发明再进一步的方案：还包括监测模块，所述监测模块监测制冷回路中冷媒或天然气的状态，并控制制冷回路的运行。

作为本发明再进一步的方案：所述监测模块包括单片机和与单片机连接的监测元件、阀门组件，所述监测元件、阀门组件分别安装在制冷回路上，所述监测元件用于监测制冷回路中冷媒或天然气的压力、流量和温度，单片机通过阀门组件控制制冷回路的运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述液化天然气冷箱内部串、并联使用板式换热器实现多通道物流流通，结构简单，单台设备体积小，造价低；使得冷箱整体的安装和维修灵活、快速。

附图说明

图1为本发明实施例中液化天然气冷箱的内部结构示意图。

图2为本发明实施例中液化天然气冷箱的液化过程示意图。

图3为现有技术中板翅式换热器的内部结构示意图。

附图中：100-混合冷剂中冷换热器、101-混合冷剂深冷换热器、102-天然气中冷换热器、103-天然气深冷换热器、200-节流阀。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1-2，本发明实施例中，一种液化天然气冷箱，包括板式换热器，多个所述板式换热器串联连接组成制冷链路，多个制冷链路并联连接组成制冷回路，制冷回路中的部分制冷链路用于液化天然气，剩余的制冷链路用于生成、输送第二状态的冷媒至用于液化天然气的制冷链路，第二状态的冷媒与天然气在两者共占的板式换热器中进行热交换。

具体的，所述冷媒采用混合冷剂，分别有四组各三个板式换热器串联作为混合冷剂中冷换热器100、混合冷剂深冷换热器101、天然气中冷换热器102及天然气深冷换热器103，混合冷剂中冷换热器100接通混合冷剂深冷换热器101，天然气中冷换热器102与天然气深冷换热器103接通。开始液化天然气时，制冷回路的混合冷剂中冷换热器100、混合冷剂深冷换热器101、天然气中冷换热器102及天然气深冷换热器103开始工作，用于液化天然气的天然气中冷换热器102及天然气深冷换热器103还接通天然气输送通道，第一状态的冷媒（混合冷剂）经过混合冷剂中冷换热器100、混合冷剂深冷换热器101后成为第二状态的冷媒，第二状态的冷媒分两路，一路经过混合冷剂中冷换热器100、混合冷剂深冷换热器101后回收，另一路被输送至天然气中冷换热器102及天然气深冷换热器103，与天然气进行热交换，使天然气液化为液化天然气（LNG）。所述液化天然气冷箱内部串、并联使用板式换热器实现多通道物流流通，完成对天然气的液化，且结构简单，单台设备体积小，造价低；其中部分板式换热器损坏后，其功能由相邻的板式换热器代替，使得冷箱整体的安装和维修灵活、快速，减少了因设备故障造成的额外损失。

另外，分别有四组各两个板式换热器串联作为混合冷剂中冷换热器100、混合冷剂深冷换热器101、天然气中冷换热器102及天然气深冷换热器103，混合冷剂中冷换热器100接通混合冷剂深冷换热器101，天然气中冷换热器102与天然气深冷换热器103接通；可以应用于较小的液化天然气场景。或分别有六组各两个板式换热器串联作为混合冷剂预冷换热器、混合冷剂中冷换热器100、混合冷剂深冷换热器101、天然气预冷换热器、天然气中冷换热器102及天然气深冷换热器103，混合冷剂中冷换热器100接通混合冷剂深冷换热器101，天然气中冷换热器102与天然气深冷换热器103接通。相比于上述的连接方式，六组各两个板式换热器的换热过程更加平滑和稳定，控制精度更高。

综上所述，所述板式换热器的串联数量不局限于三个，在本发明实施例的实际应用中，可根据天然气的液化效率进行灵活的配设，以满足市场的复杂化应用场景，提高液化天然气冷箱的兼容性和可推广性。

请参阅图2，本发明的另一个实施例中，所述板式换热器设有高温换热通道、低温换热通道，一组串联的板式换热器的高温换热通道依次接通形成第一制冷通道，低温换热通道依次接通组成第二制冷通道，另一组串联的板式换热器的高温换热通道依次接通形成第三制冷通道，低温换热通道依次接通组成天然气液化通道；所述第一制冷通道分别接通第二制冷通道和第三制冷通道。

具体的，所述第一制冷通道与第二制冷通道和第三制冷通道之间设有节流元件，所述节流元件采用节流阀200，用于调节第二状态的冷媒的压力，如图2所示，第一状态的冷媒（混合冷剂）经其中一路第一制冷链路的首端流至末端成为第二状态的混合冷剂，混合冷剂参数由2MPa，-5℃（第一状态）变为1.9MPa，-160℃，经节流阀200调节后为0.2MPa，-165℃（第二状态）；第二状态的混合冷剂分两路，其中一路经第二制冷链路的末端回流至首端，另一路经另一第一制冷链路的末端回流至首端成为第三状态（0.2MPa，-15℃）的混合冷剂，-5℃的天然气经所述的另一路第二制冷链路的天然气中冷换热器102降温至-65℃，再经过天然气深冷换热器103吸收所述的另一路第一制冷链路流通的第二状态的混合冷剂的冷量形成-165℃的液化天然气（LNG）。

综上所述，如图2、3所示，传统板翅式换热器的冷箱内布置了两台独立的换热器，由于板翅式换热器有多个换热通道，可以实现多股物流换热。但这种换热器体积大，单台换热器加工周期长（约3~4个月）。使用过程中一旦某个通道损坏，则整台换热器将无法使用，导致整个生产线的停工。耽误时间较长；采用板式换热器，每台换热器体积小，加工周期短（约3~5天）。如图2所示的三股物流换热，低温混合冷剂为高温混合冷剂和天然气的降温同时提供冷量；两组换热器并联形成两路换热器，一路为低温混合冷剂和高温混合冷剂之间的换热，一路为低温混合冷剂和天然气之间的换热。同时每一路换热器又由多台换热器串联起来，解决单台板式换热器由于体积较小，不能实现大跨度的温差换热的问题。结构简单，安装和维修方便快捷；也能实现天然气的液化工艺。

本发明的另一个实施例中，所述制冷回路上设有压缩机、冷凝器，所述压缩机的冷媒出口作为冷媒输出端，冷凝器的冷媒入口作为冷媒回收端，冷凝器的冷媒出口接通压缩机的冷媒入口；且所述压缩机的冷媒入口处设有气液分离装置，用于去除冷媒中的液体。

所述压缩机为冷却回路提供高压的冷媒，冷凝器为冷却回路回收的冷媒提供所需热量；通过设置的气液分离装置分离回收的冷媒中的液体，避免液体进入冷却回路，损坏冷却回路中的压缩机、冷凝器及其他部件。所述气液分离装置包括一个或多个串联连接的气液分离器。用于液化天然气的制冷链路的两端分别接通天然气储存器和液化天然气储存器。

可选的，之间将用于液化天然气的制冷链路的两端接入天然气输送管道。对天然气的液化的过程进行动态的输送，提高液化天然气的输送效率。所述气液分离器根据实际需要灵活设置。

请参阅图1，本发明的另一个实施例中，还包括监测模块，所述监测模块监测制冷回路中冷媒或天然气的状态，并控制制冷回路的运行。

所述监测模块包括单片机和与单片机连接的监测元件、阀门组件，所述监测元件、阀门组件分别安装在制冷回路上，所述监测元件用于监测制冷回路中冷媒或天然气的压力、流量和温度，并将监测数据发送给单片机，所述单片机通过阀门组件控制制冷回路的运行。

所述监测元件包括温度传感器和压力传感器，具体的是所述温度传感器和压力传感器安装在制冷回路上的多个节点上，用于监测冷却回路的运行状态；天然气的液化过程中，节点a处的监测数据为2MPa，-5℃，节点b处的监测数据为2MPa，-65℃，节点c处的监测数据为1.9MPa，-160℃，节点d处的监测数据为0.2MPa，-165℃，节点e处的监测数据为0.2MPa，-165℃，节点f处的监测数据为0.2MPa，-15℃；节点g处的监测数据为-5℃，节点h处的监测数据为-65℃，节点i处的监测数据为-160℃。单片机通过监测元件的监测数据判断各节点的状态，进而推断各部件的工作状态，并进行调节，以使天然气液化过程稳定高效的运行。

本发明的工作原理：第一状态的冷媒（混合冷剂）经其中一路第一制冷链路的首端流至末端成为第二状态的混合冷剂，混合冷剂参数由2MPa，-5℃（第一状态）变为1.9MPa，-160℃，经节流阀200调节后为0.2MPa，-165℃（第二状态）；第二状态的混合冷剂分两路，其中一路经第二制冷链路的末端回流至首端，另一路经另一第一制冷链路的末端回流至首端成为第三状态（0.2MPa，-15℃）的混合冷剂，-5℃的天然气经所述的另一路第二制冷链路的天然气中冷换热器102降温至-65℃，再经过天然气深冷换热器103吸收所述的另一路第一制冷链路流通的第二状态的混合冷剂的冷量形成-165℃的液化天然气（LNG）。

需要说明的是，本发明所采用的单片机、温度传感器和压力传感器均为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。