СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОДНОРОДНОСТИ ПАРОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ В ДВУХ ИЛИ БОЛЕЕ ПОТОКАХ И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ПОТОКА Российский патент 2012 года по МПК B01D19/00 F28D3/04 F25J1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству обеспечения однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока смеси пара и жидкости, например потока, участвующего в сжижении углеводородного потока, такого как природный газ.

Согласно другому аспекту, настоящее изобретение относится к способу охлаждения, предпочтительно сжижения, углеводородного потока.

Уровень техники

Известно несколько способов сжижения потока природного газа, то есть получения сжиженного природного газа (СПГ). Сжижать поток природного газа желательно по нескольким причинам. Например, природный газ легче хранить и перемещать на большие расстояния в виде жидкости, а не в газообразной форме, так как в виде жидкости он занимает меньший объем и его не нужно хранить при больших давлениях.

Обычно природный газ, в основном содержащий метан, поступает в установку по производству СПГ при повышенных давлениях и его предварительно обрабатывают с целью получения очищенного исходного сырья, подходящего сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывают в ходе нескольких стадий охлаждения с использованием теплообменников с целью постепенного уменьшения температуры до достижения сжижения. Далее сжиженный природный газ дополнительно охлаждают и расширяют до окончательного атмосферного давления, подходящего для хранения и транспортировки. Пар, выделяемый на каждой стадии расширения, может быть использован как источник газообразного горючего для установки.

В таких установках по производству СПГ, потоки, содержащие смесь паровой и жидкой фаз, встречаются, например, между двумя теплообменниками. Один пример показан на фиг.3 в документе US 6389844 В1.

Документ US 6389844 В1 касается установки по производству сжиженного природного газа. На фиг.3 показан вариант осуществления предварительного охлаждения природного газа, включающий в себя теплообменники 102' и 102 первой и второй стадий. Между этими теплообменниками первой и второй стадий расположены два трубопровода 150 и 151, один - для хладагента и один - для природного газа. Хладагент и иногда природный газ представляют собой потоки смесей пара и жидкости, и такие потоки перемещаются по одному трубопроводу между теплообменниками 102' и 102.

Тем не менее, этот вариант прохождения потоков между двумя теплообменниками может приводить к неравномерному распределению паровой и жидкой фаз потоков, проходящих по трубопроводам 150 и 151. В результате в теплообменник 102 второй стадии может поступать поток с неоднородным распределением паровой и жидкой фаз, что приводит к неравномерному распределению температур и, следовательно, неэффективности теплообменника 102 второй стадии.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в улучшении однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока смеси пара и жидкости.

Другая цель настоящего изобретения состоит в уменьшении потребности в энергии для охлаждающей установки или способа.

Одна или несколько из перечисленных выше или других целей достигается в настоящем изобретении благодаря способу обеспечения однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока смеси пара и жидкости, указанный способ включает в себя следующие этапы:

(а) перемещают поток смеси пара и жидкости из первого теплообменника в распределительный сосуд через один или более входных патрубков, при этом распределительный сосуд содержит два или более выходных патрубка, которые соединены со вторым теплообменником;

(б) дают возможность жидкой части смешанного потока собираться в первой области в распределительном сосуде;

(в) дают возможность паровой части смешанного потока собираться во второй области распределительного сосуда, которая предпочтительно расположена над первой областью из этапа (б);

(г) перемещают жидкость из первой области в выходные патрубки через одно или более отверстий для жидкости, расположенных в каждом выходном патрубке и сообщающихся с первой областью; и

(д) перемещают пар из второй области в выходные патрубки через одно или более отверстий для пара, расположенных в каждом выходном патрубке и сообщающихся со второй областью.

Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложено устройство, предназначенное для обеспечения однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока смеси пара и жидкости, указанное устройство содержит, по меньшей мере, следующее:

распределительный сосуд, содержащий один или более входных патрубков распределительного сосуда и два или более выходных патрубка распределительного сосуда, указанные один или более входных патрубков распределительного сосуда соединены с одним или более выходными патрубками первого теплообменника, а два или более выходных патрубка распределительного сосуда соединены с двумя или более входными патрубками второго теплообменника;

первую область распределительного сосуда, предназначенную для сбора жидкости из смешанного потока;

вторую область распределительного сосуда, предназначенную для сбора паровой части смешанного потока и предпочтительно расположенную выше первой области;

одно или более отверстий для жидкости, расположенных в каждом выходном патрубке и сообщающихся с первой областью, при этом жидкая часть смешанного потока может проходить через указанные отверстия; и

одно или более отверстий для пара, расположенных в каждом выходном патрубке и сообщающихся со второй областью, при этом паровая часть смешанного потока может проходить через указанные отверстия.

Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложен способ охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, указанный способ включает в себя, по меньшей мере, следующие этапы:

(i) пропускают углеводородный поток через стадию охлаждения, при этом используют два или более теплообменника, между которыми проходит поток смеси пара и жидкости; и

(ii) используют описанный здесь распределительный сосуд, расположенный на пути потока смеси пара и жидкости между теплообменниками.

Краткое описание чертежей

Далее только для примера будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения, при этом будем ссылаться на прилагаемые неограничивающие изобретение схематичные чертежи, на которых:

фиг.1 - упрощенный вид двух теплообменников, соединенных согласно одному способу;

фиг.2 - поперечный разрез распределительного сосуда, используемого в одном варианте осуществления настоящего изобретения: и

фиг.3 - упрощенный вид сбоку двух теплообменников, использующих рассматриваемый здесь распределительный сосуд.

В этом описании одной ссылочной позицией будет обозначаться и линия, и поток, текущий в этой линии. Аналогичные компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Осуществление изобретения

Использование распределительного сосуда в пути прохождения потока смеси пара и жидкости обеспечивает более равномерное или однородное распределение паровой и жидкой фаз в потоках из выходных патрубков по сравнению с распределением при использовании обычного способа, например с использованием распределительного кольца. Обеспечение более равномерного распределения паровой и жидкой фаз в потоках из каждого выходного патрубка приводит к более равномерному распределению температур потоков во время следующего этапа или при их использовании.

Варианты осуществления настоящего изобретения могут уменьшить общие потребности в энергии способа или установки, или устройства, которые предназначены для охлаждения, в частности сжижения, углеводородного потока, и/или для того, чтобы сделать способ, установку или устройство более эффективными и соответственно более экономичными.

Варианты осуществления настоящего изобретения распространяются на потоки смесей пара и жидкости, представляющие собой хладагент, предпочтительно смешанный хладагент, используемые для охлаждения другого потока или потоков, таких как углеводородный поток, например природный газ. Известно большое количество хладагентов, в число которых входят, помимо прочего, сам природный газ, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан, пентан и азот, при этом хладагент может состоять как из одного компонента, так и получаться смешиванием двух или более компонентов.

Хотя описанные здесь способы могут быть применены к различным сырьевым углеводородным потокам, особенно они подходят для потока природного газа, подлежащего сжижению. Так как специалист в рассматриваемой области хорошо понимает, как сжижать углеводородный поток, то далее это обсуждаться не будет.

Поток смеси пара и жидкости представляет собой поток из первого теплообменника, а потоки из выходных патрубков поступают во второй теплообменник. Выходные патрубки могут быть непосредственно присоединены к такому второму теплообменнику или могут быть соединены с пучком труб такого теплообменника. Первый и второй теплообменники могут представлять собой кожухотрубные теплообменники, предпочтительно катушечные теплообменники. В одном варианте осуществления изобретения поток природного газа охлаждается следующим образом.

Углеводородный поток может быть охлажден, в частности сжижен, благодаря прохождению двух или более стадий охлаждения. Может быть использовано любое количество стадий охлаждения и на каждой стадии охлаждения может быть использован один или более теплообменников, а также каждая стадия может включаться в себя один или более этапов, уровней или частей. На каждой стадии охлаждения могут быть использованы два или более теплообменников, соединенных или последовательно или параллельно или их соединение представляет собой комбинацию последовательного и параллельного соединения. В технике известны конструкции подходящих теплообменников, способных сжижать углеводородный поток, например природный газ.

В одной конструкции предусмотрено две стадии охлаждения - первая стадия охлаждения и вторая стадия охлаждения, при этом предпочтительно, чтобы первая стадия являлась стадией предварительного охлаждения, а вторая стадия предпочтительно являлась основной стадией криогенного охлаждения.

Настоящее изобретение может быть использовано для любого потока смеси пара и жидкости, в том числе, помимо прочего, для углеводородного потока, подлежащего охлаждению и/или сжижению.

Углеводородный поток, который нужно обработать способом охлаждения и/или сжижения или соответствующей установкой, может представлять собой любой подходящий поток, содержащий углеводороды и подлежащий сжижению, но обычно он является потоком природного газа, полученным из пластов природного газа или нефтяных пластов. В качестве альтернативы поток природного газа также может быть получен из другого источника, в том числе искусственного, такого как процесс Фишера-Тропша.

Обычно природный газ состоит, по существу, из метана. Предпочтительно, чтобы углеводородный поток содержал, по меньшей мере, 60 мол.% метана, более предпочтительно - по меньшей мере, 80 мол.% метана.

В зависимости от источника, природный газ может содержать различные количества углеводородов, более тяжелых по сравнению с метаном, таких как этан, пропан, бутаны и пентаны, а также некоторые ароматические углеводороды. Поток природного газа также может содержать неуглеводороды, такие как Н₂О, N₂, СО₂, H₂S и другие соединения серы и подобные вещества.

При желании углеводородный поток может быть предварительно обработан перед использованием согласно настоящему изобретению. Эта предварительная обработка может включать в себя извлечение любых присутствующих нежелательных компонентов, таких как СО₂, H₂S, или могут присутствовать другие этапы, такие как предварительное охлаждение или предварительное повышение давления или подобные. Так как эти этапы хорошо известны специалистам в рассматриваемой области, далее здесь они обсуждаться не будут.

На фиг.1 показан первый теплообменник 1, который может быть, например, теплообменником высокого давления, предназначенным для использования на первой стадии или стадии предварительного охлаждения способа и установки сжижения углеводородного потока, такого как природный газ. Такие теплообменники хорошо известны в технике и обычно являются «многотрубными» или «кожухотрубными» теплообменниками. Такие теплообменники могут содержать сотни или тысячи (или больше) вертикальных или спиральных реакционных трубок малого диаметра с открытым концом.

Обычно трубки собраны в несколько «пучков», которые имеют единый кожух, камеру, коллектор или магистраль, который предназначен для сбора потоков смесей пара и жидкости из всех трубок этого пучка и перемещения их от верхней части первого теплообменника 1 через выходной патрубок. На фиг.1 показаны шесть выходных патрубков 4, расположенных на верхней части первого теплообменника 1 и содержащих шесть пучков, при этом указанные выходные патрубки 4 подводят свои потоки в собирающее кольцо 6, в котором собираются все потоки смесей пара и жидкости и которое перемещает их в виде объединенного потока в единый трубопровод 3 с целью дальнейшего перемещения в следующий теплообменник 2. Единый трубопровод 3, предназначенный для перемещения всех потоков смесей пара и жидкости в следующий теплообменник 2, до настоящего времени рассматривался как наиболее простая и экономичная конструкция, что объяснялось расстоянием между выходом одного теплообменника и входом другого теплообменника.

Тем не менее, теплообменники обычно не являются такими однородными, чтобы обеспечить одинаковое распределение или отношение потоков смесей паровой и жидкой фаз, выходящих из каждой из его труб. Имеют место отклонения и это ведет к отклонению в распределении жидкой и паровой фаз, выходящих из первого теплообменника 1 и через соединяющий трубопровод 3 попадающих в следующий теплообменник 2. В общем, эта неоднородность распределения и состава потока смеси пара и жидкости, проходящего через трубопровод 3, может привести к неоднородному распределению смешанного потока во втором теплообменнике 2.

Как описано выше для первого теплообменника 1, второй теплообменник 2 обычно содержит сотни или тысячи трубок малого диаметра, которые обычно собраны в некоторое количество «пучков». Одно обычное количество пучков равно шести. У основания теплообменника 2 или рядом с ним каждый пучок содержит единый кожух, камеру, коллектор или магистраль, который предназначен для обеспечения доступа потока материала в каждую трубку из общего источника. Обычно источником для каждого пучка трубок являлся входной патрубок, на фиг.1 показаны шесть входных патрубков 5. Входные патрубки получают свои потоки материала из распределительного кольца 7, которое питается из единого трубопровода 3.

Распределительное кольцо 7 в целом расположено горизонтально, чтобы поток пара и жидкости попадал в каждый из входных патрубков 5 наиболее эффективным способом со всех сторон второго теплообменника 2. Тем не менее, любое горизонтальное перемещение потока смеси пара и жидкости приводит к некоторому расслоению фаз, что происходит из-за большего веса жидкой фазы, из-за которого она опускается вниз, и из-за, в общем, большей скорости пара, из-за чего паровая фаза быстрее течет над опускающейся жидкой фазой. Таким образом, горизонтальное течение потока смеси пара и жидкости, в общем, увеличивает неоднородность паровой и жидкой фаз, при прохождении через распределительное кольцо 7 в каждый из входных патрубков 5. Чем больше такие потоки перемещаются горизонтально, включая перемещение по распределительному кольцу, тем больше этот эффект расслоения.

В результате этого по всей длине второго теплообменника 2 присутствует неравномерное распределение температур жидкой и паровой фаз. Это может приводить к нарушению равновесия потребления энергии, например, между первой стадией (или стадией предварительного охлаждения), которая реализуется сжижающей установкой и на которой используются первый 1 и второй 2 теплообменники, показанные на фиг.1, и основной стадией сжижения. Это может привести к повышению потребления энергии на основной стадии сжижения и, соответственно, к повышению общего количества энергии, нужного для осуществления способа сжижения или работы сжижающей установки.

На фиг.2 показан распределительный сосуд 12, используемый в настоящем изобретении. Распределительный сосуд 12 содержит один входной патрубок 14, предназначенный для приема потока 10 смеси пара и жидкости. Как описано выше, поток 10 смеси пара и жидкости может быть углеводородным потоком, таким как природный газ, или хладагентом, в частности смешанным хладагентом, содержащим два или более компонента, предпочтительно выбранных из группы, содержащей азот, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан и пентан. Такой смешанный хладагент может быть использован на одной или нескольких стадиях осуществления способа, работы устройства или установки, которые предназначены для сжижения углеводородного потока, такого как природный газ.

Один вариант использования смешанного хладагента состоит в его использовании в двух соединенных теплообменниках, при этом обычно один является теплообменником высокого давления, а другой является теплообменником низкого давления. Один вариант конструкции таких двух теплообменников показан на фиг.3 в документе US 6389844 В1. Другой возможный вариант конструкции показан на фиг.1 в документе ЕР 1088192 В1.

Как показано в примере теплообменника высокого давления, которым является первый теплообменник 1, изображенный на фиг.1, смешанному хладагенту дают возможность испариться в теплообменнике высокого давления при «высоком» давлении, а затем выпускают из теплообменника 1 по трубопроводу 3.

Распределительный сосуд 12, соответствующий настоящему изобретению, может быть расположен в трубопроводе 3, показанном на фиг.1, так что его потоком является поток 10 смеси пара и жидкости, показанный на фиг.2. Этот поток 10 поступает в распределительный сосуд 12 через входной патрубок 14.

Входящий поток 10 может быть направлен в основную часть распределительного сосуда 12 с помощью любого устройства или другой конструкции, приспособленной для изменения направления входящего потока 10. Одним примером является отражательная пластинка 22, показанная на фиг.2 и приспособленная для создания потока, перпендикулярного к входящему потоку. Другим примером (не показан) является лопастное устройство впуска и распределения смеси жидкость/пар, которое описано и показано в документе GB 1119699 и включено в настоящий документ посредством ссылки. Такое устройство впуска и распределения может находиться сверху распределительного сосуда при его вертикальной конфигурации или сбоку при горизонтальной конфигурации и предназначено для разделения смеси пара и жидкости по колоннам или другим зонам обработки. Оно содержит несколько изогнутых направляющих лопастей, которые перехватывают и отклоняют часть входящего потока смеси. Такое устройство также называется «Schoepentoeter»™.

Распределительный сосуд 12 с фиг.2 позволяет собирать жидкую часть смешанного потока 10 в первой области 20 распределительного сосуда 12, эта первая область 20 обычно расположена в нижней части распределительного сосуда 12. Паровую часть смешанного потока 10 собирают во второй области 30, которая расположена над первой областью 20. Таким образом, в распределительном сосуде 12 создана область сбора жидкой фазы потока 10 смеси пара и жидкости и область сбора паровой фазы входящего потока 10 смеси пара и жидкости.

Размеры и конструкция распределительного сосуда 12 могут быть любыми, которые подходят для известного или предполагаемого потока 10 смеси жидкости и пара, полученного из блока, сосуда или теплообменника. Предпочтительно, чтобы размеры распределительного сосуда 12 были таковы, чтобы получить постоянный уровень жидкой фазы в первой области 20.

Также распределительный сосуд содержит два или более выходных патрубка, которые предназначены для выпуска материала из распределительного сосуда 12, при этом на фиг.2 только для примера показаны четыре выходных патрубка 16. Тем не менее, описанный здесь распределительный сосуд может содержать от 2 до 20 выходных патрубков, предпочтительно 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 выходных патрубков 16, которые предпочтительно выходят из основания распределительного сосуда 12 или рядом с этим основанием. Предпочтительно, чтобы выходные патрубки 16 проходили через основание распределительного сосуда 12 и были направлены вверх. Величина, на которую выходные патрубки 16 входят в распределительный сосуд 12, зависит от известной или предполагаемой скорости поступления входящего потока 10 смеси жидкости и пара, а также от размеров распределительного сосуда 12. Специалист в рассматриваемой области может рассчитать конструкцию выходных патрубков 16, отражательной пластинки 22 и любых других элементов распределительного сосуда 12.

Вдоль части 24 выходных патрубков 16 в первой области 20 каждый выходной патрубок 16 содержит одно или более отверстий для жидкости, например на фиг.2 показано по одному отверстию 18 для жидкости на один выходной патрубок 16. Отверстия 18 для жидкости дают возможность жидкости из первой области 20 проходить в выходные патрубки 16.

Верх каждой части 26 выходных патрубков 16, расположенный во второй области 30, открыт на конце, так что в каждом выходном патрубке 16 создается отверстие 28 для пара, дающее возможность пару проходить в выходной патрубок 16. На расстоянии от отверстий 28 для пара с открытым концом расположены колпаки или крышки 32, предназначенные для предотвращения прямого попадания материала, особенно жидкого материала, распределительного сосуда 12 в отверстия 28 для пара. Крышки 32 создают непрямые потоки в отверстия 28 для пара, чтобы обеспечить ситуацию, когда только пар может попасть в указанные отверстия.

В одном варианте осуществления изобретения входной патрубок 14 расположен в верхней части распределительного сосуда 12 или рядом с ней. Предпочтительно, чтобы входной патрубок 14 был расположен вертикально, но не обязательно абсолютно вертикально. В качестве альтернативы входной патрубок распределительного сосуда 12 может входить в распределительный сосуд под углом, который может быть любым вплоть до горизонтального расположения входного патрубка. В случае, когда распределительный сосуд 12 содержит более одного входного патрубка, каждый входной патрубок может входить в распределительный сосуд 12 вертикально, горизонтально или под любыми углами между входными патрубками и распределительным сосудом.

Аналогично, выходные патрубки 16, показанные на фиг.2, выходят из распределительного сосуда 12 вертикально, хотя они могут выходить из распределительного сосуда 12 под другими углами.

Предпочтительно, чтобы входной патрубок 14, каждый выходной патрубок 16 и при желании даже сам распределительный сосуд 12 были вертикальны или расположены вертикально с тем, чтобы обеспечить, в основном, вертикальное прохождение через них потоков смеси пара и жидкости.

Также предпочтительно, чтобы распределительный сосуд 12 был расположен в вертикальной части, участке или сегменте трубопровода, такого как промежуточный трубопровод между выходными патрубками первого сосуда, например первого теплообменника, и входными патрубками второго сосуда, например второго теплообменника.

Также предпочтительно, чтобы распределительный сосуд 12 использовался или был расположен так, чтобы уменьшать, а более предпочтительно минимизировать, любое горизонтальное течение или прохождение потоков смеси пара и жидкости через его выходные патрубки, что делается для насколько возможно большой минимизации расслаивания фаз перед их последующим использованием.

Расположение линий, трубопроводов и потоков в прилагаемых чертежах не ограничивает изобретение, а, в общем, служит примером, предназначенным для лучшего понимания настоящего изобретения.

Распределительный сосуд 12, при использовании, способен обеспечить равномерный или однородный поток жидкой фазы (из первой области 20) и равномерный или однородный поток паровой фазы (из второй области 30) в каждом из выходных патрубков 16, тем самым обеспечивая лучшее качество или однородность распределения или отношение жидкой фазы к паровой фазе в каждом из потоков, выходящих из распределительного сосуда 12 (по сравнению с входящим смешанным потоком 10).

Отношение или распределение потоков жидкости и пара в выходных патрубках 16 зависит от многих параметров, в том числе от размеров выходных патрубков 16, отверстий 18 для жидкости, отверстий 28 для пара и крышек 32. Также оно зависит от размеров самого распределительного сосуда 12 и течения и распределения входящего потока 10 смеси пара и жидкости. Расчет этих и других связанных с ними параметров может быть сделан так, чтобы обеспечить более однородное распределение жидкой и паровой фаз в выходных патрубках 16 по сравнению с распределением начального сырьевого смешанного потока 10.

Таким образом, распределительный сосуд 12 способен сделать более однородным распределение пара и жидкости в двух или более потоках, полученных из потока 10 смеси пара и жидкости. Предпочтительно, чтобы распределительный сосуд 12 разделял поток 10 смеси пара и жидкости на несколько параллельных потоков, отличающихся одинаковым или аналогичным отношением жидкость/пар, и таким образом реализовывал способ управления однородностью паровой и жидкой фаз, проходящих через выходные патрубки 16. Распределение паровой и жидкой фаз в потоке, проходящем по каждому выходному патрубку 16, является более равномерным или однородным, как и в потоках через другие выходные патрубки, по сравнению с распределением паровой и жидкой фаз в смешанном потоке 10, поступающем во входной патрубок 14.

В альтернативной конструкции распределительного сосуда (не показана) один или более входных патрубков расположены сбоку распределительного сосуда. Такие входные патрубки могут входить в распределительный сосуд под углом, который может быть любым вплоть до горизонтального расположения входных патрубков, но исключая вертикальное расположение.

Один или более выходных патрубков проходят через основание распределительного сосуда и направлены в распределительном сосуде вверх. В общем, выходные патрубки аналогичны тем, что описаны выше, но они доходят в распределительном сосуде выше уровня одного или более входных патрубков, так что верх каждого выходного патрубка находится на уровне, расположенном выше самого высокого входного патрубка. Один или более выходных патрубков вертикально выходят из распределительного сосуда (хотя они могут выходить из распределительного сосуда под другими углами) с целью получения, в общем, вертикальных потоков смеси пара и жидкости, проходящих по указанным выходным патрубкам.

На фиг.3 показано расположение распределительного сосуда 12 в трубопроводе 103, соединяющем первый теплообменник 101 и второй теплообменник 102, которые аналогичны теплообменникам, показанным на фиг.1. Распределительный сосуд 12 расположен ниже места выхода потока смеси пара и жидкости из первого теплообменника 101. Предпочтительно, чтобы распределительный сосуд 12 был расположен рядом с концом трубопровода 103 с тем, чтобы первый 101 и второй 102 теплообменники, по меньшей мере, большую часть расстояния были соединены одним трубопроводом.

Также предпочтительно, чтобы распределительный сосуд 12 был расположен рядом со вторым теплообменником 102 для того, чтобы минимизировать любое горизонтальное течение потоков, выходящих из выходных патрубков 16 и поступающих во входные патрубки 105. Это минимизирует любое расслоение выходящих смешанных потоков, что описано выше.

Конструкция распределительного сосуда может быть любой описанной здесь конструкцией, например такой, как в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2.

Шесть выходных патрубков 16 распределительного сосуда 12, показанные на фиг.3, предпочтительно напрямую соединены с каждым из шести входных патрубков 105 теплообменника в основании или нижней части второго теплообменника 102. Благодаря направлению более однородных потоков из пара и жидкости из каждого выходного патрубка 16 во второй теплообменник 102 обеспечивается более равномерное поступление потоков смеси пара и жидкости в теплообменник 102, что приводит к более равномерному распределению температур в потоках и, следовательно, более эффективному использованию или обработке потоков во втором теплообменнике 102.

Настоящее изобретение обеспечивает еще одно преимущество: не требуется наличия распределительного кольца (такого как распределительное кольцо 7, показанное на фиг.1), расположенного вокруг второго теплообменника 102. Непосредственный проход потоков от выходных патрубков 16 до входных патрубков 105 второго теплообменника 102 уменьшает длину участка, когда потоки текут горизонтально, что минимизирует расслоение, причиной которого является горизонтальное течение потоков.

Распределительный сосуд 12 можно использовать между любыми двумя теплообменниками. На некоторых стадиях охлаждения в установке по сжижению углеводородов может использоваться 3, 4, 5 или 6 теплообменников, которые соединены последовательно и между которыми могут присутствовать потоки смесей пара и жидкости. Например, могут присутствовать теплообменники с разными уровнями давления. Распределительный сосуд 12 может быть использован в разных местах между такими теплообменниками.

Также распределительный сосуд 12 может быть использован для обеспечения большей равномерности и однородности паровой и жидкой фаз в потоках, которые получены из потока смеси пара и жидкости и которые направляются к двум или более разным теплообменникам, по сравнению с ситуацией, когда все потоки направляются к одному теплообменнику. В качестве примера, один или более выходных патрубков распределительного сосуда могут направлять поток или потоки к одному теплообменнику, а один или более других выходных патрубков могут направлять поток или потоки к другим теплообменникам.

Настоящее изобретение распространяется на способ обеспечения однородности или обеспечения большей равномерности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока смеси пара и жидкости на первой стадии предварительного охлаждения процесса, состоящего из трех стадий и использующего двойной смешанный хладагент, такого как процесс, описанный в ЕР 1088192 А1, на первой стадии процесса или стадии предварительного охлаждения, которая описана в US 6389844 В1, и/или на стадии сжижения любого другого процесса сжижения, в частности такого процесса, в котором используется многофазный смешанный хладагент и два криогенных теплообменника.

Специалисту в рассматриваемой области ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено различными способами, не выходя при этом за границы объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Способ обеспечения однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока (10) смеси пара и жидкости, в котором поток (10) смеси пара и жидкости проходит из первого теплообменника (101) в распределительный сосуд (12) через один или более входных патрубков (14). Распределительный сосуд (12) содержит два или более выходных патрубка (16), которые соединены со вторым теплообменником (102). При этом обеспечивают возможность жидкой части смешанного потока (10) собираться в первой нижней области в распределительном сосуде (12) и дают возможность паровой части смешанного потока (10) собираться в верхней области распределительного сосуда (12), которая предпочтительно расположена над первой областью. Жидкость из первой нижней области проходит в выходные патрубки (16) через одно или более отверстий для жидкости, расположенных в каждом выходном патрубке (16) и сообщающихся с первой нижней областью. Пар из второй верхней области проходит в выходные патрубки (16) через одно или более отверстий для пара, расположенных в каждом выходном патрубке (16) и сообщающихся со второй верхней областью. При этом каждый из двух или более выходных патрубков распределительного сосуда соединен с пучком труб во втором теплообменнике (102). Устройство для осуществления способа по изобретению содержит несколько теплообменников, связанных через распределительный сосуд посредством пучков труб. Технический результат, достигаемый при использовании способа и устройства по изобретениям, заключается в том, что обеспечивается увеличение поверхности теплового обмена внутри теплообменника. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обеспечения однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока смеси пара и жидкости, который включает в себя следующие этапы:
(а) перемещают поток смеси пара и жидкости из первого теплообменника в распределительный сосуд через один или более входных патрубков распределительного сосуда, при этом распределительный сосуд содержит два или более выходных патрубка распределительного сосуда, которые соединены со вторым теплообменником;
(б) дают возможность жидкой части смешанного потока собираться в первой области в распределительном сосуде;
(в) дают возможность паровой части смешанного потока собираться во второй области распределительного сосуда, которая предпочтительно расположена над первой областью из этапа (б);
(г) перемешают жидкость из первой области в выходные патрубки распределительного сосуда через одно или более отверстий для жидкости, расположенных в каждом выходном патрубке распределительного сосуда и сообщающихся с первой областью; и
(д) перемещают пар из второй области в выходные патрубки распределительного сосуда через одно или более отверстий для пара, расположенных в каждом выходном патрубке распределительного сосуда и сообщающихся со второй областью;
при этом каждый из двух или более выходных патрубков распределительного сосуда соединен с пучком труб во втором теплообменнике.

2. Способ но п.1, в котором поток смеси пара и жидкости является потоком хладагента.

3. Способ по п.1, в котором поток смеси пара и жидкости является углеводородным потоком.

4. Способ по п.1, в котором один или более входных патрубков распределительного сосуда, два или более выходных патрубка распределительного сосуда и распределительный сосуд обеспечивают вертикальное протекание потоков.

5. Способ по п.1, в котором распределительный сосуд расположен ниже места выхода потока смеси пара и жидкости из первого теплообменника.

6. Способ по п.1, в котором первый и второй теплообменники охлаждают углеводородный поток.

7. Способ по п.1, в котором первый и второй теплообменники являются кожухотрубными теплообменниками.

8. Способ по п.1, в котором распределительный сосуд содержит один входной патрубок распределительного сосуда, расположенный в верхней части распределительного сосуда или рядом с ней.

9. Способ по п.1, в котором распределительный сосуд содержит от 2 до 20 выходных патрубков распределительного сосуда.

10. Способ по п.1, в котором каждый выходной патрубок распределительного сосуда направлен вверх в распределительном сосуде и, по меньшей мере, одно отверстие для жидкости расположено на стороне каждого выходного патрубка распределительного сосуда, находящейся рядом с основанием распределительного сосуда.

11. Способ по любому из пп.1-10, в котором один конец каждого выходного патрубка распределительного сосуда расположен в распределительном сосуде, при этом указанный конец является открытым и служит в качестве отверстия для пара.

12. Способ по любому из пп.1-10, в котором конец каждого выходного патрубка распределительного сосуда, расположенный внутри распределительного сосуда, содержит крышку, размещенную на некотором расстоянии от этого конца.

13. Способ по любому из пп.1-10, в котором распределительный сосуд содержит отражательную пластинку, расположенную рядом с каждый входным патрубком распределительного сосуда для того, чтобы помочь распределить поток смеси пара и жидкости от каждого входного патрубка распределительного сосуда по распределительному сосуду.

14. Устройство, предназначенное для обеспечения однородности паровой и жидкой фаз в двух или более потоках, полученных из потока смеси пара и жидкости, содержащее, по меньшей мере, следующее:
распределительный сосуд, содержащий один или более входных патрубков распределительного сосуда и два или более выходных патрубка распределительного сосуда, указанные один или более входных патрубков распределительного сосуда соединены с одним или более выходными патрубками первого теплообменника, а два или более выходных патрубка распределительного сосуда соединены с двумя или более входными патрубками второго теплообменника;
первую область распределительного сосуда, предназначенную для сбора жидкости из смешанного потока;
вторую область распределительного сосуда, предназначенную для сбора паровой части смешанного потока;
одно или более отверстий для жидкости, расположенных в каждом выходном патрубке и сообщающихся с первой областью, при этом жидкая часть смешанного потока может проходить через указанные отверстия; и
одно или более отверстий для пара, расположенных в каждом выходном патрубке и сообщающихся со второй областью, при этом паровая часть смешанного потока может проходить через указанные отверстия;
при этом каждый из двух или более выходных патрубков распределительного сосуда соединен с пучком труб во втором теплообменнике.

15. Устройство по п.14, в котором указанная вторая область расположена над указанной первой областью.

16. Способ охлаждения углеводородного потока, такого как природный газ, включающий в себя, по меньшей мере, следующие этапы:
(i) пропускают углеводородный поток через стадию охлаждения, при этом используют два или более теплообменника, между которыми проходит поток смеси пара и жидкости; и
(ii) используют способ по любому из пп.1-13 или устройство по любому из пп.14-15, в которых распределительный сосуд расположен на пути потока смеси пара и жидкости между теплообменниками.

17. Способ по п.16, предназначенный для сжижения углеводородного потока с целью получения сжиженного углеводородного потока, предпочтительно сжиженного природного газа.