СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2021 года по МПК F25J1/02 F25B49/02 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Ряд систем сжижения для охлаждения, сжижения и, при необходимости, переохлаждения природного газа хорошо известны в данной области техники, такие как цикл с одноконтурным охлаждением смешанным хладагентом (SMR) (ОСХ), цикл с охлаждением смешанным хладагентом с предварительным трехуровневым охлаждением пропаном (C3MR) (Ц3СХ), цикл с двухконтурным охлаждением смешанным хладагентом (ДСХ), гибридные циклы с охлаждением азотом (Ц3СХ-Азот) (например, способ AP-X®, с предварительным трехуровневым пропановым циклом), расширительные циклы с азотом или метаном и каскадные циклы. Обычно в таких системах природный газ охлаждают, сжижают и, при необходимости, переохлаждают путем косвенного теплообмена с одним или более хладагентов. Можно использовать различные хладагенты, такие как смешанные хладагенты, чистые компоненты, двухфазные хладагенты, хладагенты в газовой фазе и тому подобное. Смешанные хладагенты (СХ), которые являются смесью из азота, метана, этана/этилена, пропана, бутана и опционно пентана, использовали на многих заводах базовой нагрузки по производству сжиженного природного газа (СПГ). Состав потока СХ обычно оптимизирован на основе состава подаваемого газа и условий эксплуатации.

[0002] Хладагент циркулирует в контуре хладагента, который включает один или более теплообменников и одну или более систем компрессии хладагента. Контур хладагента может быть замкнутым контуром или открытым контуром. Природный газ охлаждается, сжижается и/или переохлаждается путем косвенного теплообмена с хладагентами в теплообменниках.

[0003] Каждая система компрессии хладагента включает контур компрессии для сжатия и охлаждения циркулирующего хладагента и узел привода, чтобы обеспечить мощность, необходимую для привода компрессоров. Хладагент сжимают до высокого давления и охлаждают перед расширением, чтобы получить холодный поток хладагента низкого давления, который обеспечивает тепловую нагрузку, необходимую для охлаждения, сжижения и, при необходимости, переохлаждения природного газа.

[0004] Различные теплообменники можно использовать для охлаждения природного газа и его сжижения. Спиральновитые теплообменники (СВТ) часто используют для сжижения природного газа. СВТ обычно содержат пучки спирально навитых труб, заключенные в алюминиевый или из нержавеющей стали корпус под давлением. Для обслуживания СПГ типичный СВТ включает несколько пучков труб, каждый из которых имеет несколько трубных контуров.

[0005] В процессе сжижения природного газа природный газ, как правило, предварительно обрабатывают для удаления примесей, таких как вода, ртуть, кислые газы, серосодержащие соединения, тяжелые углеводороды и тому подобное. Очищенный природный газ, при необходимости, предварительно охлаждают до сжижения с получением сжиженного природного газа (СПГ).

[0006] Перед началом работы установки в нормальном режиме все рабочие узлы установки необходимо ввести в эксплуатацию. Сюда входит запуск узла предварительной обработки природного газа, если она предусмотрена, компрессоров хладагента, теплообменников предварительного охлаждения и сжижения и других узлов. Первый запуск установки здесь называется «первоначальным запуском». Температура, при которой каждая часть теплообменника работает в режиме нормальной эксплуатации, называется «нормальной рабочей температурой». Нормальная рабочая температура теплообменника, как правило, имеет профиль с теплым концом, имеющим самую высокую температуру, и холодным концом, имеющим самую низкую температуру. Нормальная рабочая температура теплообменника предварительного охлаждения на его холодном конце и теплообменника сжижения на его теплом конце обычно находится в диапазоне между минус 10°C и минус 60°C, в зависимости от типа хладагента, используемого для предварительного охлаждения. При отсутствии предварительного охлаждения нормальная рабочая температура теплообменника сжижения на его теплом конце равна приблизительно температуре окружающей среды. Нормальная рабочая температура теплообменника сжижения на его холодном конце обычно находится в диапазоне между минус 100°C и минус 165°C, в зависимости от используемого хладагента. Таким образом, первоначальный запуск этих типов теплообменников включает охлаждение холодного конца от температуры окружающей среды (или температуры предварительного охлаждения) до нормальной рабочей температуры и создание надлежащих пространственных температурных профилей для последующего наращивания объема производства и нормальной эксплуатации.

[0007] Важным фактором при запуске теплообменников предварительного охлаждения и сжижения является то, что они должны охлаждаться постепенно и контролируемым образом, чтобы предотвратить термические напряжения в теплообменниках. Желательно, чтобы скорость изменения температуры, а также разность температур между горячим и холодным потоками внутри теплообменника находились в допустимых пределах. Эта разность температур может быть измерена между конкретными горячим потоком и холодным потоком. Несоблюдение этой разности может вызвать термические напряжения в теплообменниках, что может оказать влияние на механическую целостность и общий срок службы теплообменников и, в конечном итоге, может привести к нежелательной остановке установки, пониженной технической готовности оборудования, а также увеличению затрат. Поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что охлаждение теплообменника осуществляется постепенно и контролируемым образом.

[0008] Необходимость запуска теплообменников также может иметь место после первоначального запуска установки, например, во время перезапуска теплообменников после временной остановки установки или аварийного отключения. В таком случае теплообменник может быть нагрет от температуры окружающей среды, далее по тексту это называется «теплым перезапуском», или от промежуточной температуры между нормальной рабочей температурой и температурой окружающей среды, далее по тексту это называется «холодным перезапуском». Как холодный, так и теплый перезапуски должны осуществляться постепенно и контролируемым образом. Термины «охлаждение» и «запуск», в целом, относятся к охлаждению теплообменника во время первоначальных запусков, холодных перезапусков, а также теплых перезапусков. На ФИГ. 9 показаны примерные температурные профили теплообменника до и после теплого перезапуска. На ФИГ. 10 показаны примерные температурные профили теплообменника до и после холодного перезапуска.

[0009] Один из подходов заключается в регулировании процесса охлаждения теплообменника вручную. Расходы хладагента и состав регулируют вручную в пошаговом режиме, чтобы охладить теплообменники. Эта операция требует повышенного внимания и умения оператора, что может оказаться сложной задачей для новых объектов и объектов с высокой текучестью кадров-операторов. Любая ошибка со стороны оператора может привести к скорости охлаждения, превышающей допустимые пределы, и нежелательным тепловым напряжениям в теплообменниках. Кроме того, в этой операции скорость изменения температуры часто рассчитывается вручную и может быть неточной. Кроме того, ручной запуск, как правило, является пошаговой операцией и часто включает в себя корректирующие действия, и, следовательно, требует больше времени. В этот период запуска сырьевой природный газ из теплообменника обычно подается на факел, так как он не соответствует требованиям к продукту или не может быть принят в танк СПГ. Поэтому операция охлаждения, регулируемая вручную, будет приводить к большой потере ценного сырьевого природного газа.

[0010] Другой подход заключается в автоматическом регулировании процесса охлаждения с помощью программируемого контроллера. Однако подходы, описанные в предшествующем уровне техники, являются слишком сложными и не включают манипуляции с питательным клапаном до охлаждения теплообменника. Это легко может привести к избыточной подаче хладагента в теплообменник и поэтому является неэффективным. В случае двухфазного хладагента, такого как смешанный хладагент (СХ), это может привести к жидкому хладагенту при всасывании СХ компрессором. Кроме того, этот способ не имеет преимущества из-за тесной взаимосвязи между расходом сырьевого потока и расходом хладагента, которая оказывает непосредственное влияние на температуры теплой и холодной стороны теплообменника. Наконец, этот способ является скорее интерактивным (не автоматическим), поскольку принятие важнейших решений по-прежнему возлагается на оператора. Его уровень автоматизации ограничен.

[0011] После ввода установки СПГ в эксплуатацию различные схемы управления, например, описанные в патенте США № 5791160 или патенте США № 4809154, можно использовать для управления параметрами, такими как температура СПГ, расход, разность температур в теплообменнике и тому подобное. Такие схемы управления отличаются от тех, которые использовались во время запуска и не могут быть легко использованы для целей запуска. Во-первых, температурные профили уже установлены и должны поддерживаться относительно стабильными, расход сырьевого газа и расход хладагента не требуется увеличивать с нуля, как в случае запуска. Это устраняет одну критическую переменную в схеме управления. Кроме того, во время нормальной работы состав хладагента может не требовать совсем или требовать небольшой корректировки, в отличие от периода запуска, где приходится делать существенные корректировки в течение всего процесса запуска. В случае схем со смешанным хладагентом запасы компонентов хладагента могут быть недоступными во время запуска, что еще больше усложняет управление. Кроме того, компрессоры хладагента часто работают в режиме рециркуляции во время запуска, чтобы предотвратить достижение границ помпажа. Для этих рециркуляционных клапанов может потребоваться, чтобы они закрывались постепенно во время охлаждения, что является дополнительной переменной, требующей настройки. Кроме того, во время запуска и охлаждения теплообменника необходимо регулировать давление всасывания, а компоненты хладагента (такие как метан в случае схемы на основе СХ и азот в схеме с рециркуляцией азота) необходимо пополнять для поддержания надлежащего давления всасывания. Это также усложняет операцию запуска.

[0012] Одним из возможных способов автоматизировать процесс охлаждения может быть увеличение расхода природного газа во время подачи при независимом регулировании расхода хладагента, чтобы регулировать скорость охлаждения, измеренную на холодном конце теплообменника. Этот способ оказывается неэффективным, так как регулятор скорости охлаждения может иметь разные и даже противоположные отклики в зависимости от температуры и фазового поведения хладагента. Хладагент не только служит в качестве охлаждающей среды, но и создает тепловую нагрузку в теплообменнике перед клапаном Джоуля-Томсона для расширения. В начале процесса увеличение расхода хладагента может привести к тому, что скорость охлаждения, измеренная на холодном конце, фактически уменьшится до того, как хладагент конденсируется в трубном контуре. Позже при охлаждении, когда хладагент на входе в клапан Джоуля-Томсона конденсируется, увеличение расхода увеличивает скорость охлаждения. Этот противоположный отклик делает автоматизацию такого способа управления очень трудной или неосуществимой.

[0013] В целом, необходима простая, эффективная и автоматизированная система и способ для запуска теплообменников в установке сжижения природного газа при одновременном сведении к минимуму вмешательства оператора.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Это изложение сущности изобретения предназначено для представления выбранных концепций в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Это изложение сущности изобретения не предназначено для определения ключевых признаков или существенных признаков заявленного предмета изобретения, а также не предназначено для ограничения объема заявленного предмета изобретения.

[0015] Изложенные варианты воплощения изобретения, как описано ниже и как это определено в формуле изобретения, которая изложена далее, включают усовершенствования систем компрессии, используемых как часть производства сжиженного природного газа. Раскрытые варианты воплощения изобретения удовлетворяют потребности в данной области техники путем обеспечения программируемой системы управления и способа регулирования расхода сырьевого газа и расхода хладагента параллельно и независимо друг от друга во время запуска установки по сжижению природного газа, что позволяет заводу осуществлять запуск и охлаждение (MCHE) (ОКТО) (основной криогенный теплообменник) (установлено здесь) эффективно при необходимой скорости охлаждения и с минимальным вмешательством оператора.

[0016] Кроме того, несколько конкретных аспектов систем и способов по настоящему изобретению описаны ниже.

[0017] Аспект 1: Способ управления запуском установки по производству СПГ, имеющей систему теплообмена, включающую теплообменник для охлаждения теплообменника посредством замкнутого контура охлаждения с помощью хладагента, при этом теплообменник содержит по меньшей мере один горячий поток и по меньшей мере один поток хладагента; по меньшей мере один горячий поток содержит сырьевой поток природного газа, и по меньшей мере один поток хладагента используется для охлаждения сырьевого потока природного газа посредством косвенного теплообмена, при этом способ включает следующие этапы:

(а) охлаждение теплообменника от первого температурного профиля в первый момент времени до второго температурного профиля во второй момент времени, при этом первый температурный профиль имеет первую среднюю температуру, которая больше, чем вторая средняя температура второго температурного профиля; и

(б) выполнение следующих этапов параллельно с выполнением этапа (a):

(i) измерение первой температуры в первом местоположении в пределах системы теплообмена;

(ii) расчет первого значения, включающего скорость изменения первой температуры;

(iii) обеспечение первой уставки, представляющей предпочтительную скорость изменения первой температуры;

(iv) управление расходом сырьевого потока природного газа через теплообменник на основе первого значения и первой уставки; и

(v) независимо от этапа (б)(iv), регулирование расхода первого потока по меньшей мере одного потока хладагента, так что расход первого потока хладагента больше во второй момент времени, чем в первый момент времени.

[0018] Аспект 2: Способ аспекта 1, где этапы (б)(i) - (б)(iv) включают:

(i) измерение (1) первой температуры в первом местоположении в пределах системы теплообмена и (2) второй температуры по меньшей мере одного горячего потока во втором местоположении, и третьей температуры по меньшей мере одного потока хладагента в третьем местоположении в пределах системы теплообмена;

(ii) расчет первого значения, включающего скорость изменения первой температуры, и второго значения, включающего разность между второй температурой и третьей температурой;

(iii) обеспечение первой уставки, представляющей предпочтительную скорость изменения первой температуры, и второй уставки, представляющей предпочтительную разность между второй температурой и третьей температурой; и

(iv) регулирование расхода сырьевого потока природного газа через теплообменник на основе первого и второго значений, рассчитанных на этапе (б)(ii), а также первой и второй уставок.

[0019] Аспект 3: Способ по любому из аспектов 1, 2, где этап (a) включает:

(a) охлаждение теплообменника от первого температурного профиля в первый момент времени до второго температурного профиля во второй момент времени, при этом первый температурный профиль имеет первую среднюю температуру, которая больше, чем вторая средняя температура второго температурного профиля; второй температурный профиль в самой холодной позиции характеризуется температурой меньше чем минус 20°C.

[0020] Аспект 4: Способ по Аспекту 3, где этап (a) включает:

(a) охлаждение теплообменника от первого температурного профиля в первый момент времени до второго температурного профиля во второй момент времени, при этом первый температурный профиль в самом холодном участке имеет температуру больше чем минус 45°C, второй температурный профиль в его самом холодном участке по меньшей мере на 20°C холоднее, чем температура в том же участке на первом температурном профиле.

[0021] Аспект 5: Способ по любому из Аспектов 2-4, где этап (б)(i) дополнительно включает:

(i) измерение (1) первой температуры в первом местоположении в пределах системы теплообмена и (2) второй температуры по меньшей мере одного горячего потока во втором местоположении, и третьей температуры по меньшей мере одного потока хладагента в третьем местоположении, при этом третье местоположение находится в межтрубном пространстве теплообменника.

[0022] Аспект 6: Способ по любому из Аспектов 1-5, где этап (б)(iii) дополнительно включает:

(iii) обеспечение первой уставки, представляющей собой предпочтительную скорость изменения первой температуры, при этом первая уставка имеет значение или находится в диапазоне 5-30°С в час.

[0023] Аспект 7: Способ по любому из Аспектов 2-6, где этап (б)(iii) дополнительно включает:

(iii) обеспечение первой уставки, представляющей собой предпочтительную скорость изменения первой температуры, и второй уставки, представляющей собой предпочтительную разность между второй температурой и третьей температурой, при этом вторая уставка включает значение или диапазон, находящийся в пределах 0-30^°С.

[0024] Аспект 8: Способ по любому из Аспектов 1-7, где этап (б)(v) дополнительно включает:

(v) независимо от этапа (б)(iv), увеличение расхода первого хладагента по меньшей мере одного потока хладагента при скорости нарастания потока.

[0025] Аспект 9: Способ Аспекта 8, где этап (б)(v) дополнительно включает:

(v) независимо от этапа (б)(iv), увеличение расхода первого потока хладагента по меньшей мере одного потока хладагента при скорости нарастания потока, которая обеспечивает, в третий момент времени, составляющий от 2 до 8 часов после первого момента времени, расход для первого потока хладагента, равный 20-30% от расхода для первого потока хладагента при нормальной работе завода.

[0026] Аспект 10: Способ по любому из аспектов 8-9, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) измерение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(vii) расчет второго значения, включающего соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(viii) обеспечение второй уставки, представляющей предпочтительное соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента; и

(ix) независимо от этапа (б)(iv), регулирование расхода второго потока хладагента на основе второго значения и второй уставки.

[0027] Аспект 11: Способ по любому из аспектов 1-10, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) измерение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(vii) расчет второго значения, включающего соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(viii) обеспечение второй уставки, представляющей предпочтительное соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(ix) измерение четвертой температуры по меньшей мере одного горячего потока в четвертом местоположении в пределах системы теплообмена и пятой температуры по меньшей мере одного потока хладагента в пятом местоположении в пределах системы теплообмена;

(x) расчет третьего значения, включающего разность между четвертой и пятой температурами;

(xi) обеспечение третьей уставки, представляющей предпочтительную разность температур между четвертой и пятой температурами; и

(xii) независимо от этапа (б)(iv), регулирование расхода второго потока хладагента на основе (1) второго значения и второй уставки, а также (2) третьего значения и третьей уставки.

[0028] Аспект 12: Способ по любому из аспектов 2-11, где этап (б) дополнительно включает:

(v) измерение четвертой температуры по меньшей мере одного горячего потока в четвертом местоположении в пределах системы теплообмена и пятой температуры по меньшей мере одного потока хладагента в пятом местоположении в пределах системы теплообмена; и

(vi) независимо от этапа (б)(iv), регулирование расхода второго потока хладагента на основе (1) разности между четвертой температурой и пятой температурой и (2) соотношения расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

где второе и третье местоположения находятся в первой зоне системы теплообмена, а четвертое и пятое местоположения находятся во второй зоне системы теплообмена.

[0029] Аспект 13: Способ по любому из аспектов 1-12, где этап (б)(i) дополнительно включает:

(i) измерение (1) первой температуры в первом местоположении в пределах системы теплообмена и (2) второй температуры по меньшей мере одного горячего потока во втором местоположении, и третьей температуры по меньшей мере одного потока хладагента в третьем местоположении в пределах системы теплообмена, при этом второе и третье местоположения находятся на теплом конце теплообменника.

[0030] Аспект 14: Способ по любому из аспектов 1-13, где этап (б)(iv) включает:

(iv) регулирование расхода сырьевого потока природного газа через теплообменник, используя автоматизированную систему управления для поддержания первого значения при первой уставке.

[0031] Аспект 15: Способ по любому из аспектов 10-14, где этап (б)(ix) включает:

(ix) независимо от этапа (б)(iv), регулирование расхода второго потока хладагента, используя автоматизированную систему управления, чтобы поддерживать второе значение при второй уставке.

[0032] Аспект 16: Способ по любому из аспектов 1-15, где теплообменник имеет несколько зон, каждая из которых имеет температурный профиль, и этап (б)(v) дополнительно включает:

(v) независимо от этапа (б)(iv), регулирование расхода первого потока по меньшей мере одного потока хладагента, так что расход первого потока хладагента больше во второй момент времени, чем в первый момент времени, при этом первый поток обеспечивает холодоснабжение первой зоны из нескольких зон, причем первая зона имеет температурный профиль с самой низкой средней температурой из всех температурных профилей нескольких зон.

[0033] Аспект 17: Способ по любому из аспектов 1-16, где этап (б)(ii) включает:

(ii) расчет первого значения, состоящего из скорости изменения первой температуры.

[0034] Аспект 18: Способ по любому из аспектов 2-17, где этап (б)(vii) дополнительно включает:

(vii) расчет первого значения, состоящего из скорости изменения первой температуры, и расчет второго значения, включающего разность между второй температурой и третьей температурой.

[0035] Аспект 19: Способ по любому из аспектов 1-18, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) регулирование скорости подпитки по меньшей мере одного из компонентов хладагента на основе измеренного давления всасывания холодильного компрессора и уставки давления всасывания.

[0036] Аспект 20: Способ по любому из аспектов 14-19, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) регулирование скорости подпитки по меньшей мере одного из компонентов хладагента на основе измеренного давления всасывания и уставки давления всасывания, при этом уставка давления всасывания находится в диапазоне 100-500 кПа.

[0037] Аспект 21: Способ по любому из аспектов 14-20, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) регулирование скорости подпитки компонента метана в хладагенте на основе измеренного давления всасывания холодильного компрессора и уставки давления всасывания.

[0038] Аспект 22: Способ по любому из аспектов 1-21, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) регулирование скорости подпитки компонента азота в хладагенте на основе по меньшей мере одного условия процесса, где скорость подпитки компонента азота равна нулю, если какое-либо из по меньшей мере одного условия процесса не выполняется.

[0039] Аспект 23: Способ по аспекту 22, где этап (б) дополнительно включает:

(vii) регулирование скорости подпитки компонента азота в хладагенте на основе по меньшей мере одного условия процесса, где скорость подпитки компонента азота равна нулю, если какое-либо из по меньшей мере одного условия процесса не выполняется, при этом по меньшей мере одно условие процесса включает по меньшей мере одно, выбранное из группы, включающей: разность температур на холодном конце системы теплообмена между горячим потоком и по меньшей мере одним потоком хладагента должна быть меньше, чем уставка разности температур; давление всасывания на всасывающей линии входного сепаратора является меньшим, чем уставка давления всасывания; температура на холодном конце системы теплообмена является меньшей, чем уставка температуры на холодном конце; и первое значение является меньшим, чем уставка изменения температуры.

[0040] Аспект 24: Способ по любому из аспектов 1-23, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) регулирование скорости подпитки по меньшей мере одного тяжелого компонента в хладагенте на основе измеренного уровня жидкости в парожидкостном сепараторе и уставки уровня жидкости.

[0041] Аспект 25: Способ по любому из аспектов 1-24, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) регулирование скорости подпитки по меньшей мере одного тяжелого компонента в хладагенте на основе измеренного уровня жидкости в парожидкостном сепараторе и уставки уровня жидкости, при этом уставка уровня жидкости находится в диапазоне 20-50%.

[0042] Аспект 26: Способ по любому из аспектов 1-25, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) добавление по меньшей мере одного тяжелого компонента хладагента на основе первой скорости подпитки, когда никакой жидкости не обнаруживается в парожидкостном сепараторе, и добавление по меньшей мере одного тяжелого компонента на основе второй скорости подпитки, когда жидкость обнаруживается в парожидкостном сепараторе, при этом вторая скорость подпитки больше, чем первая скорость подпитки.

[0043] Аспект 27: Способ по любому из аспектов 1-26, где установка дополнительно включает по меньшей мере один компрессор в сообщении по потоку флюида с по меньшей мере одним потоком хладагента, где этап (б) дополнительно включает:

(vi) регулирование по меньшей мере одной регулируемой переменной для поддержания каждого из по меньшей мере одного компрессора в режиме эксплуатации, то есть по меньшей мере на заданном расстоянии от помпажа, при этом по меньшей мере одна регулируемая переменная включает по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей: скорость компрессора, положение рециркулирующего клапана и положение входной лопатки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0044] ФИГ. 1 является схематической блок-схемой системы Ц3СХ в соответствии с первым иллюстративным вариантом воплощения настоящего изобретения.

[0045] ФИГ. 1A является неполной схематической блок-схемой, на которой показан ОКТО системы Ц3СХ из ФИГ. 1.

[0046] ФИГ. 2 является принципиальной схемой, показывающей первую часть логики управления охлаждением ОКТО системы Ц3СХ из ФИГ. 1.

[0047] ФИГ. 3 является более подробной схематической блок-схемой части системы Ц3СХ в области 3-3 из ФИГ. 1.

[0048] ФИГ. 4 является схематической блок-схемой, показывающей вторую часть логики управления охлаждением ОКТО системы Ц3СХ из ФИГ. 1.

[0049] ФИГ. 5 является графиком, показывающим температуру холодного конца ОКТО при моделируемом охлаждении от теплого перезапуска, сравнивая охлаждения с автоматизированным и ручным управлением.

[0050] ФИГ. 6 является графиком, показывающим температуру холодного конца ОКТО при моделируемом охлаждении от холодного перезапуска, сравнивая охлаждения с автоматизированным и ручным управлением.

[0051] ФИГ. 7 является таблицей, в которой приведены уставки, имеющие отношение к автоматическому охлаждению от теплого и холодного перезапусков, смоделированному на ФИГУРАХ 5-6.

[0052] ФИГ. 8 является таблицей сравнения результатов пяти показателей для автоматического охлаждения и операций охлаждения с управлением вручную, которые показаны на ФИГУРАХ 5-6.

[0053] ФИГ. 9 является графиком, показывающим температурные профили теплообменника до и после теплого перезапуска.

[0054] ФИГ. 10 является графиком, показывающим температурные профили теплообменника до и после холодного перезапуска.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0055] Последующее подробное описание предоставляет только предпочтительные примерные варианты воплощения изобретения и не предназначено для ограничения объема, применимости или конфигурации заявленного изобретения. Скорее, последующее подробное описание предпочтительных примерных вариантов воплощения изобретения обеспечит специалистов в этой области техники описанием, позволяющим реализовать предпочтительные примерные варианты воплощения заявленного изобретения. Различные изменения могут быть внесены в функции и расположение элементов, не выходя за пределы сущности и объема заявленного изобретения.

[0056] Номера позиций, которые вводятся в описание в сочетании с чертежами на фигурах, могут повторяться на одной или более последующих фигур без дополнительного указания в описании, чтобы обеспечить контекст для других характеристик.

[0057] В формуле изобретения буквы используются для идентификации заявленных этапов (например, (a), (б) и (в)). Эти буквы используются для удобства обращения к этапам способа и не предназначены для указания порядка, в котором выполняются заявленные этапы, если не указано иное и только в той степени, в которой такой порядок конкретно изложен в формуле изобретения.

[0058] Термины, указывающие направления, могут быть использованы в описании и формуле изобретения для описания частей настоящего изобретения (например, вверху, внизу, слева, справа и тому подобное). Эти термины направления предназначены только для оказания помощи в описании примерных вариантов воплощения изобретения и не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения. Используемый в данном описании термин «выше по потоку» означает в направлении, противоположном направлению потока текучей среды в канале, считая от точки отсчета. Аналогичным образом термин «ниже по потоку» означает в направлении, которое совпадает с направлением потока текучей среды в канале, считая от точки отсчета.

[0059] Термин «температура» теплообменника может быть использован в описании и формуле изобретения, чтобы представить термальную температуру в конкретном месте внутри теплообменника.

[0060] Термин «температурный профиль» может быть использован в описании, примерах и формуле изобретения для того, чтобы представить пространственный профиль температуры вдоль осевого направления, которое идет параллельно направлению течения потоков внутри теплообменника. Он может быть использован для представления пространственного температурного профиля горячего или холодного потока или металлических материалов теплообменника.

[0061] Если не указано иное, то любой и все проценты, определенные в описании, на чертежах и в формуле изобретения, следует понимать как молярную процентную концентрацию. Если не указано иное, то любое и все давления, определенные в описании, на чертежах и в формуле изобретения, следует понимать как среднее абсолютное давление.

[0062] Термин «сообщение по потоку флюида», используемый в описании и формуле изобретения, относится к характеру связи между двумя или более компонентами, что позволяет транспортировать жидкости, пары и/или двухфазные смеси между компонентами контролируемым образом (то есть без утечки) прямо или косвенно. Соединение двух или более компонентов, так что они находятся в сообщении по потоку флюида друг с другом, может включать любой подходящий способ, известный в данной области техники, например, с использованием сварных швов, фланцевых трубопроводов, прокладок и болтов. Два или более компонентов также могут быть соединены друг с другом с помощью других компонентов системы, которые могут разделять их, например, с помощью клапанов, вентилей или других устройств, которые могут выборочно ограничить или направить поток флюида.

[0063] Термин «канал», используемый в описании и формуле изобретения, относится к одной или более структурам, через которые флюиды можно транспортировать между двумя или более компонентами системы. Например, каналы могут включать трубопроводы, воздуховоды, проходы и их комбинации, посредством которых транспортируют жидкости, пары и/или газы.

[0064] Термин «природный газ», используемый в описании и формуле изобретения, означает углеводородную газовую смесь, состоящую в основном из метана.

[0065] Термины «углеводородный газ» или «углеводородный флюид», используемый в описании и формуле изобретения, означает газ/флюид, содержащий по меньшей мере один углеводород, при этом углеводороды составляют по меньшей мере 80%, а более предпочтительно составляют по меньшей мере 90% от общего состава газа/флюида.

[0066] Термин «смешанный хладагент» (сокращенно «СХ»), используемый в описании и формуле изобретения, означает флюид, содержащий по меньшей мере два углеводорода, составляющие по меньшей мере 80% от общего состава хладагента.

[0067] Термин «тяжелый компонент», используемый в описании и формуле изобретения, означают углеводород, который является компонентом СХ и имеет нормальную температуру кипения выше, чем метан.

[0068] Термины «пучок» и «трубный пучок» используются взаимозаменяемо в данной заявке и являются здесь синонимами.

[0069] Термин «флюид окружающей среды», используемый в описании и формуле изобретения, означает флюид, который подается в систему при или приблизительно при давлении и температуре окружающей среды.

[0070] Термин «контур компрессии» используется здесь для обозначения компонентов и каналов, которые находятся в сообщении по флюиду друг с другом и расположены сериями (в дальнейшем «серии сообщений по флюиду»), начиная вверх по потоку от первого компрессора или ступени сжатия и заканчивая вниз по потоку от последнего компрессора или ступени сжатия. Термин «последовательность сжатия» предназначен для обозначения этапов, выполняемых компонентами и каналами, которые содержат соответствующий контур компрессии.

[0071] Используемые в описании и формуле изобретения термины «очень высокий», «высокий», «средний» и «низкий» предназначены для выражения относительных значений свойства элементов, с которыми эти термины используются. Например, «поток очень высокого давления» предназначен для обозначения потока, имеющего более высокое давление, чем соответствующий поток высокого давления или поток среднего давления, или поток низкого давления, приведенные в описании или формуле изобретения в этой заявке. Аналогично поток высокого давления предназначен для обозначения потока, имеющего более высокое давление, чем соответствующий поток среднего давления или поток низкого давления, приведенные в описании или формуле изобретения в этой заявке, но при этом имеющего более низкое давление, чем соответствующий поток очень высокого давления, приведенный в описании или в формуле изобретения в этой заявке. Аналогично поток среднего давления предназначен для обозначения потока, имеющего более высокое давление, чем соответствующий поток низкого давления, приведенный в описании или формуле изобретения, но ниже, чем соответствующий поток высокого давления, приведенный в описании или формуле изобретения этой заявки.

[0072] Используемый здесь термин «теплый поток» или «горячий поток» означает поток флюида, который охлаждается путем косвенного теплообмена при нормальных условиях эксплуатации описываемой системы. Аналогичным образом термин «холодный поток» означает поток флюида, который нагревается путем косвенного теплообмена при нормальных условиях эксплуатации описываемой системы.

[0073] В Таблице 1 приведен список сокращений, используемых в описании и чертежах в качестве вспомогательного средства для понимания описанных вариантов воплощения изобретения.

[0074] Таблица 1

ОСХ Одноконтурное охлаждение смешанным хладагентом ОКТО Основной криогенный теплообменник ДСХ Двухконтурное охлаждение смешанным хладагентом СХ Смешанный хладагент C3MR Охлаждение смешанным хладагентом с предварительным охлаждением пропаном на трех уровнях ЖСХ Жидкий смешанный хладагент СПГ Сжиженный природный газ ПСХ Пар смешанного хладагента

[0075] Описанные варианты воплощения изобретения предлагают эффективный автоматизированный способ запуска процесса сжижения углеводородов и, в частности, применимы для сжижения природного газа. На ФИГ. 1 показан первый вариант воплощения настоящего изобретения. Этот вариант воплощения изобретения включает типичный процесс Ц3СХ, известный в данной области техники. Сырьевой поток 100, которым предпочтительно является природный газ, очищают и сушат известными способами в секции предварительной обработки 90, чтобы удалить воду, кислые газы, такие как CO₂ и H₂S, а также другие примеси, такие как ртуть, в результате чего получают предварительно обработанный сырьевой поток 101. Предварительно обработанный сырьевой поток 101, который является существенно обезвоженным, предварительно охлаждают в системе предварительного охлаждения 118, чтобы получить поток предварительно охлажденного природного газа 105, и дополнительно охлаждают, сжижают и/или переохлаждают в ОКТО 108, чтобы получить поток СПГ 106. Регулирующий клапан расхода 103 можно использовать для регулирования расхода потока СПГ 106. Давление потока СПГ 106, как правило, сбрасывается путем прохождения его через клапан или турбину (не показана), и затем поток направляют в емкость для хранения СПГ 109 как поток 104. Любой мгновенно испарившийся пар, образующийся при сбросе давления и/или испарения в емкости, считается потоком 107, который можно использовать в качестве топлива на заводе, вернуть в цикл в качестве питающего или выбросить в атмосферу.

[0076] Термин «существенно обезвоженный» означает, что любая остаточная вода в предварительно обработанном сырьевом потоке 101 присутствует в достаточно низкой концентрации, что исключает оперативные вопросы, связанные с вымораживанием воды на последующих этапах охлаждения и сжижения.

[0077] Предварительно обработанный сырьевой поток 101 предварительно охлаждают до температуры ниже 10°С, предпочтительно ниже примерно 0°С и более предпочтительно до около минус 30°С. Поток предварительно охлажденного природного газа 105 сжижают до температуры в диапазоне между примерно минус 150°С и примерно минус 70°С, предпочтительно в диапазоне между примерно минус 145°С и примерно минус 100°С, и последовательно переохлаждают до температуры в диапазоне между примерно минус 170°С и примерно минус 120°С, предпочтительно в диапазоне между примерно минус 170°С и примерно минус 140°С. ОКТО 108, показанный на ФИГ. 2, является спиральновитым теплообменником с тремя пучками. Однако можно использовать любое количество пучков и любой тип теплообменника.

[0078] Хладагентом для предварительного охлаждения в этом цикле Ц3СХ является пропан. Пропановый хладагент 110 нагревают предварительно обработанным сырьевым потоком 101, чтобы получить теплый пропановый поток низкого давления 114. Теплый пропановый поток низкого давления 114 сжимается в одном или более пропановых компрессоров 116, которые могут включать четыре ступени сжатия. Три боковых потока 111, 112, 113 на промежуточных уровнях давления поступают в пропановые компрессоры 116 на всасывание последней, третьей и второй ступени пропанового компрессора 116, соответственно. Компримированный пропановый поток 115 конденсируют в конденсаторе 117 с получением холодного потока высокого давления, который затем дросселируется (клапан с понижением давления не показан), с образованием пропанового хладагента 110, что обеспечивает холодопроизводительность, необходимую для охлаждения предварительно обработанного сырьевого потока 101 в системе предварительного охлаждения 118. Жидкий пропан испаряется по мере нагревания с образованием теплого пропанового потока низкого давления 114. Конденсатор 117, как правило, обменивается теплом с флюидом окружающей среды, таким как воздух или вода. Хотя на фигуре показаны четыре ступени сжатия пропана, можно использовать любое количество ступеней сжатия. Следует понимать, что когда описано или заявлено несколько ступеней сжатия, то такие несколько ступеней сжатия могут включать один многоступенчатый компрессор, несколько компрессоров или их комбинацию. Компрессоры могут быть в одном корпусе или в нескольких корпусах. Сжатие пропанового хладагента, как правило, называется здесь последовательностью сжатия пропана.

[0079] В ОКТО 108 по меньшей мере часть, а предпочтительно все холодоснабжение обеспечивается путем испарения и нагрева по меньшей мере части потоков хладагента после снижения давления через клапаны или турбины. Поток газообразного СХ низкого давления 130 отводят из нижней части со стороны кожуха ОКТО 108, направляя его через входной сепаратор низкого давления 150, чтобы отделить любые жидкости, а поток пара 131 сжимают в компрессоре низкого давления (НД) 151 с образованием потока СХ (среднего давления) 132. Поток газообразного СХ низкого давления 130 обычно отводят при температуре, примерно равной температуре предварительного охлаждения или примерно равной температуре окружающей среды, если предварительное охлаждение отсутствует.

[0080] Поток СХ среднего давления 132 охлаждают во вторичном охладителе низкого давления 152, чтобы получить охлажденный поток СХ среднего давления 133, из которого какие-либо жидкости удаляют дренажем во входном сепараторе среднего давления 153 с образованием потока пара среднего давления 134, который дополнительно сжимают в компрессоре среднего давления (СД) 154. Полученный поток СХ высокого давления 135 охлаждают во вторичном охладителе среднего давления 155, чтобы получить охлажденный поток СХ высокого давления 136. Охлажденный поток СХ высокого давления 136 направляют во входной сепаратор высокого давления 156 для отделения любых жидкостей путем дренажа. Полученный поток пара высокого давления 137 дополнительно сжимают в компрессоре высокого давления (ВД) 157 с образованием потока СХ очень высокого давления 138, который охлаждают во вторичном охладителе высокого давления 158 с образованием охлажденного потока СХ очень высокого давления 139. Охлажденный поток СХ очень высокого давления 139 затем охлаждают испарившимся пропаном в системе предварительного охлаждения 118, чтобы получить двухфазный поток СХ 140. Двухфазный поток СХ 140 затем направляют в парожидкостной сепаратор 159, из которого выходят жидкий поток смешанного хладагента СХЖ 141 и поток пара смешанного хладагента СХП 143, которые направляют обратно в ОКТО 108 для дополнительного охлаждения. Потоки жидкости, выходящие из фазовых сепараторов, называются в этой отрасли СХЖ, а потоки пара, выходящие из фазовых сепараторов, называются в этой отрасли СХП, даже после последовательного их сжижения. Процесс сжатия и охлаждения СХ, после того как он удаляется из нижней части ОКТО 108, а затем возвращается в трубное пространство ОКТО 108 в виде нескольких потоков, как правило, называется здесь как последовательность сжатия СХ.

[0081] Как поток СХЖ 141, так и поток СХП 143 охлаждают в двух отдельных контурах ОКТО 108. Поток СХЖ 141 охлаждают и частично сжижают в первых двух пучках ОКТО 108 с получением холодного потока, который направляют для сброса давления СХЖ в редуцирующий клапан снижения давления 161, чтобы получить двухфазный поток СХЖ 142, который направляют обратно в межтрубное пространство ОКТО 108, чтобы обеспечить холодоснабжение, требуемое в первых двух пучках ОКТО. Поток СХП 143 охлаждают в первом и втором пучках ОКТО 108, снижают давление путем пропускания через редуцирующий клапан снижения давления СХП 160 и вводят в ОКТО 108 как двухфазный поток СХП 144, чтобы обеспечить холодоснабжение на этапах переохлаждения, сжижения и охлаждения. Следует отметить, что потоки СХЖ и СХП 143, 142 не всегда могут быть двухфазными во время процесса охлаждения.

[0082] ОКТО 108 может быть любым теплообменником, который подходит для сжижения природного газа, таким как спиральновитой теплообменник, ребристый и пластинчатый теплообменник или кожухо-трубный теплообменник. Спиральновитые теплообменники являются современными теплообменниками для сжижения природного газа и включают по меньшей мере один пучок труб, содержащий множество спиральных навитых труб для протекания технологических и теплых потоков хладагента и межтрубное пространство для протекания холодного потока хладагента. На фиг. 1 и 1А показан ОКТО 108, являющийся спиральновитым теплообменником, в котором общее направление течения потоков СХП и СХЖ 143,142, а также потока предварительно охлажденного природного газа 105 параллельно оси 120 и идет в показанном на чертеже направлении. Термин «участок», используемый в описании и формуле изобретения в отношении ОКТО 108, означает область вдоль осевого направления течения потоков, протекающих через ОКТО 108, представленного на фиг. 1А осью 120.

[0083] Используемый в описании и формуле изобретения термин «система теплообмена» означает все из компонентов ОКТО 108, включая внешнюю поверхность корпуса ОКТО 108, и любой канал, который проходит через ОКТО 108, плюс любые каналы, которые находятся в сообщении по потоку флюида с ОКТО 108 или с каналами, которые проходят через ОКТО 108.

[0084] Система теплообмена имеет две зоны, теплую зону 119а и холодную зону 119b, с теплым пучком 102а, расположенным в теплой зоне 119а, и холодным пучком 102b, расположенным в холодной зоне 119b. В альтернативные варианты воплощения изобретения могут быть включены дополнительные пучки. В этом контексте «зоны» являются областями ОКТО 108, простирающимися вдоль оси 120 и разделенными участком, в котором жидкость выводится или вводится в ОКТО 108. Каждая зона также включает в себя любые каналы, которые находятся с ней в сообщении по потоку флюида. Например, теплая зона 119а заканчивается, а холодная зона 119b начинается там, где поток 142 выходит из ОКТО 108, расширяется и снова вводится со стороны корпуса ОКТО 108.

[0085] В контексте ОКТО 108 или его части термин «теплый конец», предпочтительно, обозначает конец рассматриваемого элемента, который имеет самую высокую температуру при нормальных условиях эксплуатации и, в случае ОКТО 108, включает в себя любые каналы входа или выхода из ОКТО 108 на теплом конце. Например, теплый конец 108а ОКТО 108 расположен на его нижнем конце на ФИГ. 1А и включает каналы 105, 143 и 141. Аналогичным образом термин «холодный конец», предпочтительно, предназначен для обозначения конца рассматриваемого элемента, который имеет самую низкую температуру при нормальных условиях эксплуатации и, в случае ОКТО 108, включает любые каналы входа или выхода из ОКТО 108 на холодном конце. Например, холодный конец 108b ОКТО 108 расположен на его верхнем конце на ФИГ. 1А и включает каналы 106 и 144.

[0086] Когда элемент описывается как «на» холодном конце или теплом конце, это означает, что элемент расположен в пределах 20% от общей осевой длины самого холодного (или самого теплого, в зависимости от описываемого конца) рассматриваемого элемента или в каналах, входящих или выходящих из части рассматриваемого элемента. Например, если осевая высота ОКТО 108 (т.е. в направлении оси 120) составляет 10 метров, а показание температуры описывается как температура «на теплом конце» ОКТО 108, тогда показание температуры приписывают температуре на всем расстоянии 2 метра от теплого конца 108а ОКТО 108 или в любом из каналов 105, 143 и 141, входящих или выходящих из этой части ОКТО 108.

[0087] Следует понимать, что настоящее изобретение может быть реализовано в других типах схем сжижения природного газа. Например, в схемах с помощью другого хладагента предварительного охлаждения, такого как смешанный хладагент, двуокись углерода (СО₂), гидрофторуглерод (ГФУ), аммиак (NH₃), этан (С₂Н₆) и пропилен (C₃H₆). Кроме того, настоящее изобретение также может быть реализовано в схемах, которые не используют предварительное охлаждение, например, в схеме с одноконтурным охлаждением смешанным хладагентом (ОСХ). Альтернативные конфигурации можно использовать для холодоснабжения ОКТО 108. Предпочтительно, чтобы такое холодоснабжение обеспечивалось охлаждением с замкнутым контуром, например, как в схеме, используемой в этом варианте воплощения изобретения. Используемая в описании и формуле изобретения схема «охлаждения с замкнутым контуром» предназначена для включения схем холодоснабжения, в которых хладагент или компоненты хладагента могут добавляться к системе («подпитывать») во время охлаждения.

[0088] Этот вариант воплощения изобретения включает систему управления 200, которая регулирует множество переменных процесса, каждая из которых основана по меньшей мере на одной измеряемой переменной процесса и по меньшей мере на одной уставке. Такое регулирование выполняется во время запуска процесса. Входы датчиков и управляющие выходы системы управления 200 схематично показаны на ФИГ. 1, а логика управления схематично показана на ФИГ. 2. Следует отметить, что система управления 200 может быть любым типом известной системы управления, способной выполнять технологические этапы, описанные в настоящем документе. Примеры подходящих систем управления включают программируемые логические контроллеры (ПЛК), распределенные системы управления (РСУ) и интегрированные регуляторы. Следует также отметить, что система управления 200 схематически представлена как расположенная в одном месте. Вполне возможно, что компоненты системы управления 200 могут быть расположены в разных местах в пределах завода, особенно если используется распределенная система управления. Используемый в данном описании термин «автоматизированная система управления» предназначен для обозначения любого из типов систем управления, описанных выше, в которых набор регулируемых переменных автоматически управляется системой управления на основе множества уставок и переменных процесса. Хотя настоящее изобретение предусматривает систему управления, которая способна обеспечить полностью автоматизированное управление каждой из регулируемых переменных, может быть желательным предусмотреть вариант для оператора вручную переопределить одну или более регулируемых переменных.

[0089] Используемый в описании и формуле изобретения термин «уставка» может относиться к одному значению или диапазону значений. Например, уставка, которая представляет собой предпочтительную скорость изменения температуры, может быть одним показателем (например, 2°С в минуту) или диапазоном (например, 1-3°С в минуту). Является ли уставка только одним значением или диапазоном часто зависит от типа используемой системы управления. Для целей данной заявки система управления с использованием уставки, состоящей из одного значения в сочетании с величиной интервала, считается эквивалентной уставке, включающей диапазон, охватывающий одно значение и величину интервала. Например, система управления с уставкой 2°С в минуту и интервалом 1 градус будет корректировать регулируемую переменную только в случае, если разность между измеренным значением переменной и уставкой больше, чем значение интервала, который был бы эквивалентен уставке, имеющей диапазон от 1 до 3°С в минуту.

[0090] Регулируемыми переменными в данном варианте воплощения изобретения являются расходы предварительно охлажденного сырьевого потока природного газа 105 (или в любом другом месте вдоль сырьевого потока), потока СХЖ 142 (или в любом другом месте вдоль потока СХЖ) и потока СХП 144 (или в любом другом месте вдоль потока СХП). Контролируемыми переменными в данном варианте воплощения изобретения являются разность температур между горячим и холодным потоками в одном или более местоположений в системе теплообмена, а также скорость изменения температуры в одном или более местоположений в системе теплообмена.

[0091] Несмотря на то, что температура ОКТО 108 может быть измерена в любом местоположении в системе теплообмена, температуру ОКТО 108 обычно измеряют на выходе сырьевого потока из ОКТО (поток СПГ 106) или на выходе из редуцирующего клапана давления СХП 160 (поток СХП 144), однако, она может быть измерена на холодном конце одного или более пучков в ОКТО 108 или в любом другом местоположении в ОКТО 108. Кроме того, она может быть измерена в одном или более потоков в трубном пространстве в ОКТО 108. Температуру также можно принять в качестве усредненного значения на основе измеренных значений во всех вышеуказанных местоположениях. Скорость изменения температуры ОКТО 108 должна быть рассчитана из изменения температурных данных во времени.

[0092] Измеренный расход предварительно охлажденного сырьевого потока природного газа 105 передается через сигнал 274 регулятору технологического расхода 271, который сравнивает измеренное значение расхода с уставкой расхода сырьевого потока У1. В качестве альтернативы расход сырьевого потока может быть измерен в другом месте, например, в сырьевом потоке 100, в потоке СПГ 106 до регулирующего клапана СПГ 103 или в потоке СПГ 104 после регулирующего клапана СПГ 103.

[0093] В описании и формуле изобретения, когда температура, давление или расход указаны в качестве измерения в конкретном рассматриваемом месте, следует понимать, что фактическое измерение может быть выполнено в любом месте, которое находится в прямом сообщении по потоку флюида с рассматриваемым местом и где температура или давление, или расход, по существу, такие же, как в рассматриваемом месте. Например, температура хладагента 253 на теплом конце теплообменника на ФИГ. 1 может быть измерена внутри теплообменника (как показано) или измерена на выходе потока из межтрубного пространства в потоке 130, во входном сепараторе 150 или в потоке 131, поскольку эти места, по сути, имеют одну и ту же температуру. Часто выполнение таких измерений в различных местах обусловлено тем, что другие места расположены удобнее для доступа, чем рассматриваемое.

[0094] В этом варианте воплощения изобретения существует два главных фактора, которые влияют на уставку расхода сырьевого потока У1: скорость изменения температуры ОКТО 108 и разность температур между холодным и горячим потоками СХ. Уставкой 2 является предпочтительная скорость изменения температуры на холодном конце ОКТО 108. Во время первоначального запуска уставка скорости изменения температуры У2 предпочтительно является значением из диапазона между приблизительно 5 и 20°С в час. В период последующих запусков, таких как теплые и холодные перезапуски, уставка скорости изменения температуры У2 предпочтительно является значением из диапазона между приблизительно 20 и 30°С в час. Оба диапазона предназначены предотвращать избыточные термические напряжения на ОКТО 108. Уставку скорости изменения температуры У2 посылают через сигнал уставки 275 регулятору 270, который сравнивает рассчитанную скорость изменения температуры, переданную сигналом 284, с уставкой скорости изменения температуры У2. Скорость изменения температуры рассчитывается калькулятором производной по времени 283, который считывает температуру ОКТО 108 от сигнала 276 и генерирует сигнал 284. Регулятор 270 генерирует сигнал 277 в регулятор коррекции производительности 272, который затем выполняет интегрирование, чтобы преобразовать скорость изменения расхода сырьевого потока в значение расхода сырьевого потока (У1). В качестве альтернативы интегрирование может быть выполнено в регуляторе 270, и сигнал 277 будет послан в регулятор коррекции производительности 272.

[0095] В этом варианте воплощения изобретения уставкой разности температур У3 является разность температур между межтрубным потоком СХ и одним из трубных потоков (предпочтительно предварительно охлажденным сырьевым потоком природного газа 105 или потоком СХП 143) в холодном пучке 102b. Уставка разности температур У3 предпочтительно меньше, чем 30°С, и, более предпочтительно, меньше чем 10°С. Уставку разности температур У3 посылают через сигнал уставки 281 регулятору 282, который сравнивает уставку разности температур У3 с разностью между измеренными значениями, подаваемыми сигналами 295 и 299. Разность температур определяют калькулятором для вычитания 273, который вычитает измеренную температуру трубного потока СХ в данный момент времени (полученную через сигнал 295) из измеренной температуры межтрубного потока СХ в тот же момент времени (полученной через сигнал 299). Датчики температуры, используемые для измерения температуры трубного потока СХ и температуры межтрубного потока СХ предпочтительно расположены в холодной зоне 119b и, более предпочтительно, на теплом конце холодного пучка 102b. В других вариантах воплощения изобретения они могут быть расположены на теплом конце теплого пучка 102а или в любом другом месте в ОКТО 108, предпочтительно обе температуры измеряются на примерно одинаковом расстоянии от теплого или холодного концов 108а, 108b ОКТО 108.

[0096] Регуляторы 270 и 282, каждый, генерируют сигнал 277, 280 на регулятор коррекции производительности 272, который определяет уставку производительности (расход сырьевого потока) У1. В этом варианте воплощения изобретения регулятор коррекции производительности 272 является калькулятором логики выбора высшего значения, который определяет более высокое значение расхода сырьевого потока из поступивших двух сигналов 280 и 277. Например, если сигнал 277 показывает более высокое значение, то калькулятор логики выбора высшего значения будет использовать значение сигнала 277, чтобы определить значение уставки расхода сырьевого потока У1. Конфигурация калькулятора логики выбора высшего значения не ограничивается конкретным вариантом воплощения изобретения, обсуждаемым здесь, поскольку это можно сделать с помощью других известных способов выполнения этого расчета логики.

[0097] Регулятор технологического потока 271 затем сравнивает уставку расхода сырьевого потока У1 с измеренным расходом сырьевого потока, который передается сигналом 274, и посылает управляющий сигнал MV1, чтобы сделать необходимые корректировки в положение регулирующего клапана расхода 103. Например, если измеренное значение расхода сырьевого потока ниже, чем значение, указанное уставкой сырьевого потока У1, то управляющий сигнал MV1 дополнительно откроет регулирующий клапан расхода 103, чтобы увеличить поток.

[0098] Независимо от вышеописанной настройки логики расхода сырьевого потока, расход хладагента увеличивается в период запуска на заданную скорость нарастания. В этом варианте воплощения изобретения расход потока СХП увеличивается на заданную скорость нарастания и называется уставкой У4 скорости нарастания СХП. Измеренный расход СХП посылают через сигнал 287 на регулятор расхода СХП 296, который сравнивает его с уставкой расхода СХП 286, которая рассчитана на калькуляторе 297 путем интегрирования по времени уставки скорости нарастания У4, и передает корректировку, если она имеет место, которую необходимо внести в положение регулирующего клапана СХП 160 посредством управляющего сигнала MV2, чтобы привести фактический расход СХП в соответствие с уставкой У4 расхода СХП. Требуемый расход СХП в заданный момент времени определяется путем интегрирования сигнала 279 с использованием калькулятора интегрирования по времени 297, который генерирует сигнал 286.

[0099] Уставку У4 скорости нарастания СХП предпочтительно устанавливают, чтобы добиться запуска за 6-8 часов от начала процесса запуска и добиться расхода СХП в диапазоне 20%-30% от расхода СХП в период нормальной эксплуатации. В этом варианте воплощения изобретения уставка У4 скорости нарастания СХП сохраняет постоянное значение, так что уставка расхода СХП 286 для регулятора расхода СХП 296 линейно увеличивается во времени. Однако уставку У4 скорости нарастания СХП можно регулировать в ходе запуска, если это окажется необходимым. Например, уставку У4 скорости нарастания СХП можно установить на более высокое значение в теплом запуске или теплом перезапуске, чем в холодном запуске, поскольку СХП в случае теплого запуска изначально находится в паровой фазе.

[00100] В этом варианте воплощения изобретения расход СХЖ устанавливают на основе расчета логики выбора высшего значения, исходя из соотношения расходов СХЖ/СХП и разности температур между потоком СХ в межтрубном пространстве и одним из потоков в трубном пространстве в теплом пучке 102a.

[00101] Расход СХП посылают через сигнал 287 калькулятору 289, который умножает расход СХП на уставку У10 соотношения СХП/СХЖ (посылают через сигнал 285). Результат расчета представляет собой расход СХЖ (напрямую или через положение клапана 161). Предпочтительно, чтобы уставка У10 соотношения расходов СХЖ/СХП поддерживалась при фиксированном значении, чтобы теплый и холодный пучки остывали со сравнимыми скоростями. Соотношение расходов СХЖ/СХП в ходе запуска предпочтительно должно быть ниже, чем в ходе нормальной эксплуатации. Для этого варианта воплощения изобретения, который является схемой сжижения Ц3СХ, соотношение предпочтительно находится в диапазоне 0-2 для первоначального запуска или теплого перезапуска и предпочтительно находится в диапазоне 0-1 для холодного перезапуска.

[00102] Уставку разности температур У5 посылают через сигнал уставки 256 регулятору 257, который сравнивает уставку разности температур У5 с разностью между измеренными значениями, подаваемыми сигналами 253 и 252, и генерирует сигнал 258. Разность температур вычисляют калькулятором для вычитания 254, который вычитает измеренную температуру трубного потока СХ (полученную через сигнал 252) из измеренной температуры межтрубного потока СХ (полученной через сигнал 253) и передает разность регулятору 257 через сигнал 255. Датчики температуры, используемые для измерения температуры трубного потока СХ и температуры межтрубного потока СХ, предпочтительно расположены в теплой зоне 119а и, более предпочтительно, на теплом конце теплого пучка 102а. В период запуска уставка разности температур предпочтительно равна не более чем 15^°C и, более предпочтительно, не более чем 10^°C.

[00103] Сигнал 292 от калькулятора 289 и сигнал 258 от регулятора 257 посылают на селектор нижнего уровня СХЖ 290. Селектор нижнего уровня СХЖ 290 определяет управляющий входной сигнал на основе расчета логики выбора низшего значения и использует более низкое значение из двух как уставку для регулятора потока СХЖ 288 через сигнал 294. Например, если расход, поступивший от сигнала 258, ниже, чем от сигнала 292, то селектор нижнего уровня СХЖ 290 выберет значение, представленное сигналом 258, чтобы передать через сигнал 294. Регулятор потока СХЖ 288 сравнивает сигнал 294 с текущим расходом СХЖ (сигнал 293) и делает необходимую корректировку в работе регулирующего клапана расхода СХЖ 161 через регулирующий сигнал MV3.

[00104] В альтернативных вариантах воплощения изобретения расход СХЖ мог бы нарастать в соответствии с постоянной скоростью нарастания (то есть уставкой расхода СХЖ), а не регулироваться на основе соотношения СХП/СХЖ. В таких вариантах воплощения изобретения уставка У10 должна быть скоростью нарастания расхода, а калькулятор 289 должен быть калькулятором интегрирования, чтобы преобразовать уставку скорости нарастания расхода в сигнал расхода СХЖ 292. Уставка расхода СХЖ для регулятора расхода СХЖ 288 должна определяться на основе расчета логики выбора высшего значения, исходя из расхода, указанного сигналом 292, и расхода, требуемого регулятором разности температур горячего участка и холодного участка потока 257. Расходы СХП и СХЖ могут быть измерены в любом месте, например, выше по потоку от ОКТО 108 или выше по потоку от регулирующих клапанов хладагента 160, 161 (как показано на ФИГ. 1), или в местоположении в пределах ОКТО 108.

[00105] Существенным преимуществом этих схем является то, что они позволяют расход сырьевого природного газа изменять независимо от расхода одного из потоков хладагента. Расход хладагента изменяется с заданной скоростью нарастания, в то время как расход сырьевого природного газа регулируют так, чтобы охлаждение ОКТО 108 происходило с требуемой скоростью для предотвращения термических напряжений на ОКТО 108.

[00106] На ФИГ. 3 показан другой Аспект изобретения применительно к установке сжижения Ц3СХ. Регулируемые переменные, показанные на этой фигуре, могут включать скорость компрессора СХ, открытие входной направляющей лопатки, антипомпажное открытие клапана рециркуляции СХ, состав хладагента и скорости подпитки для каждого из основных компонентов СХ. Эти переменные можно регулировать вместе или по отдельности.

[00107] Скорость компрессора СХ, открытие входной направляющей лопатки, антипомпажное открытие клапана рециркуляции СХ предпочтительно устанавливают и регулируют посредством обычной системы управления компрессором 300, которая обычно используется в схеме сжижения Ц3СХ для управления работой системы компрессора во время нормальной эксплуатации. Одна из функций системы управления компрессора 300 заключается в том, чтобы поддерживать работу компрессоров 151, 154, 157 дальше от антипомпажной границы. «Помпаж» определяется как состояние, при котором расход через каждый компрессор 151, 154, 157 ниже, чем требуется для обеспечения стабильной работы компрессора. Антипомпажная граница определяется как минимально допустимое расстояние от помпажа, например, 10%. В некоторых вариантах воплощения изобретения скорость компрессора СХ и/или открытие входной направляющей лопатки могут быть нерегулируемыми, оставляя антипомпажное открытие клапана рециркуляции СХ как единственную переменную, подлежащую регулированию, чтобы поддерживать работу компрессоров 151, 154, 157 выше антипомпажной границы.

[00108] В этом варианте воплощения изобретения предполагается, что логическое управляющее устройство системы управления компрессором 300 будет работать так же, как при нормальной эксплуатации, кроме конкретно описанного здесь. Соответственно, логические схемы управления не предусмотрены для системы управления компрессором 300.

[00109] Примерная группа управляющих сигналов показана на ФИГ. 3 в соединении с компрессором 151, клапаном рециркуляции 343, потоком рециркуляции 330. Сигнал 315 показывает расход СХ посредством потока рециркуляции 330, сигнал 311 указывает давление на выходе из компрессора 151, и сигнал 313 указывает это давление на входе компрессора 151. Управляющий сигнал 314 регулирует положение клапана рециркуляции 343, которое определяется уставкой клапана рециркуляции. Управляющий сигнал 310 регулирует скорость работы компрессора 151, которая определяется уставкой скорости компрессора. Управляющий сигнал 312 регулирует положение входных лопаток, что определяется уставкой входной лопатки. Следует понимать, что эта же группа управляющих сигналов предусмотрена для компрессоров 154, 157, клапанов рециркуляции 344, 345 и потоков рециркуляции 333, 335. Кроме того, можно использовать различные конфигурации управления.

[00110] Открытие клапанов рециркуляции хладагента 343, 344, 345, каждого, помогает удерживать соответствующий один из компрессоров 151, 154, 157 от помпажа через рециркуляцию части СХ. Перед охлаждением ОКТО 108 клапаны рециркуляции хладагента 343, 344 и 345, как правило, по меньшей мере частично открыты. Открытие клапанов рециркуляции, как правило, определяется системой управления компрессора 300, чтобы избежать помпажа в работе компрессора, и, как правило, в тот же период происходит охлаждение ОКТО, как при нормальной эксплуатации. Однако уставка минимально допустимого расстояния от помпажа может быть отрегулирована в период охлаждения ОКТО 108, чтобы поддерживать требуемое холодоснабжение за счет увеличения степени сжатия и повышения давления нагнетания. Например, если скорость охлаждения ОКТО 108 относительно низкая, то открытие клапана рециркуляции может быть уменьшено, чтобы увеличить степень сжатия и давление нагнетания, и, следовательно, скорость охлаждения. Степень сжатия является отношением выходного давления ко входному давлению каждого компрессора 151, 154, 157.

[00111] Если компрессоры 151, 154, 157 являются компрессорами с переменной скоростью, то система управления компрессором 300 может иметь уставку для скорости компрессоров 151, 154, 157, вместе или отдельно. Уставка скорости компрессора может поддерживаться постоянной в течение всего процесса охлаждения ОКТО 108 или может быть отрегулирована в процессе охлаждения. Например, если желательную скорость охлаждения ОКТО 108 поддерживать постоянной трудно, то уставка скорости компрессора может быть увеличена, чтобы повысить степень сжатия и, следовательно, добиться необходимой скорости охлаждения ОКТО 108. Местоположение входных направляющих лопаток компрессора (не показаны), если имеются, может быть адаптирована к скорости компрессора.

[00112] Для систем хладагента СХ может возникнуть необходимость отрегулировать состав СХ в период запуска. Это особенно актуально для первоначальных ситуаций запуска, где перечень всех компонентов хладагента не установлен в системе. И наоборот, во время теплых или холодных перезапусков, где уже существует перечень всех компонентов хладагента, регулирование состава СХ может оказаться необязательным.

[00113] На ФИГ. 3 показан метановый подпиточный поток 353, азотный подпиточный поток 352, этановый подпиточный поток 351 и пропановый подпиточный поток 350 с клапанами 317, 319, 322 и 325, которые регулируют расход каждого соответствующего потока. Также можно вводить подпиточные потоки дополнительных компонентов. На ФИГ. 4 показана примерная логика управления для таких подпиточных потоков.

[00114] Наличие метана в СХ влияет на давление газообразного потока СХ низкого давления 130. При охлаждении ОКТО 108 давление газообразного потока СХ низкого давления 130, а также давление во входном сепараторе 150 уменьшается. Для того чтобы поддерживать давление всасывания, метан может подаваться во входной сепаратор низкого давления 150. Давление этого входного сепаратора 150 измеряется и посылается в регулятор давления 302 с помощью сигнала 316. Регулятор давления 302 сравнивает измеренное давление с уставкой У6 давления СХ, которая передается в регулятор давления 302 посредством управляющего сигнала 301. Уставка У6 давления СХ предпочтительно равна значению в диапазоне 1 бар абс. (15 фунт/кв. дюйм абс. или 0,1 МПа) - 5 бар абс. (73 фунт/кв. дюйм абс.или 0,5 МПа) и, более предпочтительно, равна значению в диапазоне 2 бар абс. (29 фунт/кв. дюйм абс. или 0,2 МПа) - 3 бар абс. (44 фунт/кв.дюйм абс. или 0,3 МПа).

[00115] Регулятор давления 302 отправляет сигнал уставки скорости подпитки метана 318 регулятору подпиточного расхода метана 303. Измеренный расход подпиточного потока метана 353 посылают регулятору подпиточного расхода метана 303 с помощью сигнала 320. Затем регулятор подпиточного расхода метана 303 регулирует открытие клапана подпиточного метана 317 через управляющий сигнал MV4 для поддержания расхода подпиточного метана на уровне уставки, заданной сигналом 318.

[00116] В процессе охлаждения азот, как правило, не требуется до тех пор, пока холодный конец 108b ОКТО 108 не достигнет относительно низкой температуры, например, минус 120°С. Поскольку разность температур до и после регулирующего клапана потока СХП 160 на ФИГ. 1 уменьшается, подпиточный азот может потребоваться для завершения процесса охлаждения. Уставку расхода азота и измеренный подпиточный расход азота 352 передают в регулятор потока азота 305 посредством сигналов 334 и 326, соответственно. Затем регулятор расхода азота 305 регулирует открытие клапана подпиточного азота 319 с помощью управляющего сигнала MV7. Уставку подпиточного расхода азота У9 обычно устанавливают таким образом, чтобы она была достаточной для увеличения содержания азота в системе от 0% до 10% приблизительно в течение 1-2 часов.

[00117] Существует несколько технологических параметров, влияющих на подпиточный расход, переданный сигналом 326. В этом варианте воплощения изобретения рассматриваются четыре технологических параметра, которые влияют на подпиточный расход азота: (1) разность температур между межтрубным и трубным потоками СХ на холодном конце 108b ОКТО 108 (передаваемая сигналом 285) предпочтительно меньше, чем заданное число градусов (например, 10°С); (2) давление всасывания (сигнал 316) на входном сепараторе 150 предпочтительно меньше, чем заданное давление (например, 5 бар абс. (0,5 МПа)); (3) температура холодного конца 108b ОКТО 108 (сигнал 276) предпочтительно меньше, чем заданная температура (например, минус 120°C); и (4) скорость охлаждения ОКТО 108 (сигнал 284) предпочтительно меньше, чем заданная скорость изменения температуры (например, 25 градусов в час). Параметры используются по отдельности или в сочетании, чтобы определить входной сигнал технологического параметра 327.

[00118] Эти четыре технологических параметра схематично показаны как один входной сигнал на ФИГ. 4 и единственный управляющий сигнал 327. Калькулятор 328 генерирует сигнал уставки 326 на основе уставки подпиточного азота У9 и данных, полученных посредством сигнала 327. Выполнение расчета будет зависеть от того, какие технологические параметры находятся под наблюдением. В этом варианте воплощения изобретения, если какой-либо из этих четырех технологических параметров, указанных выше, не выполняется, подпиточный расход азота (сигнал уставки 326) равен нулю. Если все четыре технологических параметра выполняются, то калькулятор 328 устанавливает сигнал 326 равным сигналу 304. В других вариантах воплощения настоящего изобретения технологические параметры могут иметь другие значения и/или может использоваться меньше технологических параметров. Например, подпиточный расход азота может быть установлен только исходя из поддержания температуры холодного конца 108b ОКТО 108 (сигнал 276) ниже заданной температуры.

[00119] Этановый и пропановый компоненты вводят для подпитки в систему путем открытия подпиточного клапана этана 322 и подпиточного клапана пропана 325, соответственно. Состав из этих компонентов оказывает непосредственное влияние на давление нагнетания компрессоров СХ, которые, в свою очередь, влияют на скорость охлаждения ОКТО 108, которая может быть достигнута. Компоненты этан и пропан могут вводиться для подпитки независимо друг от друга или вместе. Уставка подпитки этаном У7 передается регулятору расхода этана 307 через управляющий сигнал 306. Регулятор расхода этана 307 регулирует открытие подпиточного клапана этана 322. Аналогично уставка подпитки пропаном У8 передается регулятору расхода пропана 309 через сигнал 308, который регулирует открытие подпиточного клапана пропана 325. Уставки подпитки этаном и пропаном У7, У8, как правило, выбирают таким образом, чтобы они были достаточными для накопления значительного уровня жидкости в сепараторе СХ 159 в течение 5-6 часов.

[00120] Эти компоненты могут вводиться для подпитки при заданной скорости до достижения уровнем жидкости в парожидкостном сепараторе 159 необходимого значения, такого как 30% (предпочтительно в диапазоне 20% - 60% и более предпочтительно в диапазоне 25% - 35%). Сигнал 329 передает значение уровня жидкости с датчика (не показан) в парожидкостном сепараторе 159 калькуляторам 336 и 331, которые определяют сигналы уставок расходов этана и пропана 323, 324 на основе уставок подпитки этаном и пропаном У7, У8 и данных, полученных посредством сигнала 329. Например, если измеренное значение уровня жидкости 329 меньше, чем 30%, то калькуляторы 331 и 336 должны установить их соответствующие выходные сигналы 323 и 324 равными сигналам 306 и 308, соответственно. Если измеренное значение уровня жидкости 329 больше, чем 30%, то калькуляторы 331 и 336 должны установить их соответствующие выходные сигналы 323 и 324 равными нулю. Регуляторы 307, 309 сравнивают сигналы уставок этана и пропана 323, 324 с сигналами 321, 332 (представляющие расходы этана и пропана, соответственно) и генерируют управляющие сигналы MV5 и MV6, которые определяют положение клапанов 322, 325, соответственно.

[00121] Хотя Фигуры 1-4 и соответствующее описание выше относятся к циклу сжижения Ц3СХ, настоящее изобретение применимо к любому другому типу хладагента, включая, но не ограничиваясь, двухфазные хладагенты, газофазные хладагенты, смешанные хладагенты, хладагенты из одного компонента (например, азота) и тому подобное. Кроме того, оно потенциально может использоваться для хладагента, который используется в любой операции на заводе СПГ, в том числе для предварительного охлаждения, сжижения или переохлаждения. Настоящее изобретение может быть применено к системе компрессии на заводе по производству сжиженного природного газа с использованием любого технологического цикла, включая ОСХ, ДСХ, расширительный цикл с азотом, расширительный цикл с метаном, AP-X, каскадный и любой другой подходящий цикл сжижения.

[00122] В случае газофазного расширительного цикла с азотом, хладагентом является чистый азот и, следовательно, нет необходимости в регуляторе подпитки тяжелого компонента СХ. Расход азотного хладагента может быть увеличен в соответствии с заданной скоростью. Расход сырья может независимо меняться, чтобы предотвратить термические напряжения на теплообменнике. Давление всасывания компрессора азота может поддерживаться путем добавления азота аналогично тому, как добавляют метан в цикле Ц3СХ.

[00123] Примеры

[00124] Вышеизложенное представляет собой примеры моделируемого применения способа охлаждения в настоящем изобретении к теплому первоначальному перезапуску и холодному перезапуску системы Ц3СХ, показанным на ФИГУРАХ 1-4. Теплые начальные перезапуски обычно выполняют, когда завод запускается в первый раз после строительства или когда завод перезапускают после длительной остановки, в течение которой вся система хладагента полностью освобождается. ОКТО находится при температуре предварительного охлаждения (например, в диапазоне от минус 35 до минус 45°С) в случае системы Ц3СХ, и контур СХ заполнен метаном, возможно, с некоторыми остаточными тяжелыми компонентами. Холодные перезапуски обычно выполняют после остановки работы завода на короткий период времени. Холодный перезапуск отличается от теплого начального перезапуска начальным температурным профилем ОКТО и начальными запасами СХ. Для холодного перезапуска, хотя температура теплого конца 108a ОКТО 108 равна температуре предварительного охлаждения, температура холодного конца может иметь любое значение между температурой предварительного охлаждения и температурой при нормальной эксплуатации (например, минус 160°C). Также при холодном перезапуске существуют установленные запасы СХ, включая некоторую жидкость в СХ сепараторе высокого давления.

[00125] В примерах, показанных на ФИГ. 7, смоделированный ОКТО предназначен для производства номинальных 5 миллионов тонн в год СПГ. Заданные уставки для автоматизированных регуляторов охлаждения разработаны на основе проектно-конструкторской информации, касающейся конкретного процесса и оборудования. В обоих примерах скорости компрессора поддерживали постоянными, а расстояние от помпажа составляло 5%. Точное динамическое моделирование было проведено для оценки процесса охлаждения.

[00126] На Фигурах 5 и 6 показана температура холодного конца ОКТО как функция от времени, полученная путем динамического моделирования, и сравнение с ожидаемыми операциями охлаждения в ручном режиме. Процесс охлаждения можно оценить, используя 5 показателей:

1. Поддержание средней скорости охлаждения приблизительно 25^°C/час;

2. Поддержание стабильной скорости охлаждения (низкое стандартное отклонение скорости охлаждения);

3. Смягчение быстрого падения температуры при конденсации СХ;

4. Сведение к минимуму сжигания на факеле некондиционного СПГ; и

5. Возможность избежать «гашения» ОКТО (чрезмерная подача холодоснабжения).

Результаты автоматического охлаждения сравнены с операциями в ручном режиме, используя пять вышеописанных показателей, как показано на ФИГ. 8.

[00127] Как видно из этих результатов, автоматизированный способ охлаждения эффективен для достижения желаемой скорости охлаждения со значительно меньшими колебаниями температуры и сокращением факельного газа. Способ также помогает смягчить резкое падение температуры при конденсации СХ и избежать явления гашения ОКТО.

Изобретение раскрыто, используя термины предпочтительных вариантов воплощения изобретения и альтернативных вариантов воплощения изобретения. Конечно, различные изменения, модификации и изменения положений настоящего изобретения могут быть рассмотрены специалистами в данной области техники без отступления от его сущности и объема. Предполагается, что настоящее изобретение ограничено только выражениями прилагаемой формулы изобретения.

Способ управления запуском установкой по производству сжиженного природного газа (СПГ). Охлаждают теплообменник от первого температурного профиля в первый момент времени до второго температурного профиля во второй момент времени на этапе (а), при этом первый температурный профиль имеет первую среднюю температуру, которая больше, чем вторая средняя температура второго температурного профиля. Выполняют следующие этапы (б) параллельно с выполнением этапа (a). (i) Измеряют первую температуру в первом местоположении в пределах системы теплообмена. (ii) Рассчитывают первое значение, включающее скорость изменения первой температуры. (iii) Обеспечивают первую уставку – предпочтительную скорость изменения первой температуры. (iv) Управляют расходом сырьевого потока через теплообменник (108) на основе первого значения и первой уставки. (v) Независимо от этапа (б)(iv) управляют расходом первого потока хладагента (142, 144), так что расход первого потока хладагента больше во второй момент времени, чем в первый момент времени. Техническим результатом является повышение эффективности и уровня автоматизации работы установки. 14 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

1. Способ управления запуском установки по производству сжиженного природного газа (СПГ), имеющей систему теплообмена, включающую в себя теплообменник (108) для достижения охлаждения теплообменника посредством замкнутого контура охлаждения с помощью хладагента, причем теплообменник содержит по меньшей мере один горячий поток (105) и по меньшей мере один поток (142, 144) хладагента, при этом по меньшей мере один горячий поток содержит сырьевой поток природного газа и по меньшей мере один поток хладагента используют для охлаждения сырьевого потока природного газа посредством косвенного теплообмена, при этом способ включает в себя следующие этапы:

(а) охлаждение теплообменника от первого температурного профиля в первый момент времени до второго температурного профиля во второй момент времени, при этом первый температурный профиль имеет первую среднюю температуру, которая больше, чем вторая средняя температура второго температурного профиля; и

(б) выполнение следующих этапов параллельно с выполнением этапа (a):

(i) измерение первой температуры в первом местоположении в пределах системы теплообмена;

(ii) расчет первого значения, включающего скорость изменения первой температуры;

(iii) обеспечение первой уставки, представляющей предпочтительную скорость изменения первой температуры;

и отличающийся тем, что этап (б) дополнительно содержит этапы:

(iv) управление расходом сырьевого потока природного газа через теплообменник (108) на основе первого значения и первой уставки; и

(v) независимо от этапа (б)(iv) управление расхода первого потока по меньшей мере одного потока хладагента (142, 144), так что расход первого потока хладагента больше во второй момент времени, чем в первый момент времени.

2. Способ по п. 1, в котором этап (б) дополнительно содержит:

(а) второй температурный профиль в самом холодном участке имеет температуру меньше чем минус 20°С.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап (б)(v) дополнительно содержит: (v) независимо от этапа (б)(iv), увеличение расхода первого хладагента по меньшей мере одного потока хладагента (142, 144) при скорости нарастания потока.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором этапы от (б)(i) до (б)(iv) дополнительно содержат:

(i) измерение второй температуры по меньшей мере одного горячего потока во втором местоположении и третьей температуры по меньшей мере одного потока хладагента в третьем местоположении в пределах системы теплообмена;

(ii) расчет второго значения, включающего разность между второй температурой и третьей температурой;

(iii) обеспечение второй уставки, представляющей предпочтительную разность между второй температурой и третьей температурой; и

(iv) управление расходом сырьевого потока природного газа через теплообменник (108) на основе первого и второго значений, рассчитанных на этапе (б)(ii), а также первой и второй уставок.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что этап (б)(i) дополнительно включает:(i) третье местоположение находится в межтрубном пространстве теплообменника (108).

6. Способ по п. 4 или 5, в котором этап (б)(iii) дополнительно содержит:

(iii) вторая уставка содержит значение или диапазон в пределах между 0 и 30°C.

7. Способ по любому из пп. 4-6, в котором этап (б) дополнительно содержит:

измерение четвертой температуры по меньшей мере одного горячего потока (105) в четвертом местоположении в пределах системы теплообмена и пятой температуры по меньшей мере одного потока (142, 144) хладагента в пятом местоположении в пределах системы теплообмена; и

независимо от этапа (б)(iv) управление расходом второго потока хладагента на основе разности между четвертой температурой и пятой температурой и соотношения расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

при этом второе и третье местоположения находятся в первой зоне системы теплообмена, а четвертое и пятое местоположения находятся во второй зоне системы теплообмена.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором этап (б)(iv) содержит:

(iv) регулирование расхода сырьевого потока (105) природного газа через теплообменник (108), используя автоматизированную систему управления (200), для выборочного поддержания первого значения при первой уставке.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором этап (б) дополнительно содержит: (vi) измерение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента; (vii) расчет третьего значения, содержащего соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента; (viii) обеспечение третьей уставки, представляющей предпочтительное соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента; и (ix) независимо от этапа (b)(iv) управление расходом второго потока хладагента на основе третьего значения и третьей уставки.

10. Способ по любому из пп. 1-8, в котором этап (б) дополнительно содержит:

(vi) измерение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(vii) расчет третьего значения, включающего соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(viii) обеспечение третьей уставки, представляющей предпочтительное соотношение расхода второго потока хладагента и расхода первого потока хладагента;

(ix) измерение четвертой температуры по меньшей мере одного горячего потока (105) в четвертом местоположении в пределах системы теплообмена и пятой температуры по меньшей мере одного потока хладагента (142, 144) в пятом местоположении в пределах системы теплообмена;

(x) расчет четвертого значения, включающего разность между четвертой и пятой температурами;

(xi) обеспечение четвертой уставки, представляющей предпочтительную разность температур между четвертой и пятой температурами; и

(xii) независимо от этапа (б)(iv) регулирование расхода второго потока хладагента на основе третьего значения и третьей уставки, а также четвертого значения и четвертой уставки.

11. Способ по п. 9 или 10, в котором этап (б)(ix) из п. 9 или этап (б)(xii) из п. 10 содержит:

независимо от этапа (б)(iv) управление расходом второго потока хладагента, используя автоматизированную систему (200) управления, для выборочного поддержания третьего значения при третьей уставке.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором этап (б)(i) дополнительно содержит:

(i) измерение второй температуры по меньшей мере одного горячего потока (105) во втором местоположении, и третьей температуры по меньшей мере одного потока (142, 144) хладагента в третьем местоположении в пределах системы теплообмена, при этом второе и третье местоположения находятся на теплом конце (108а) теплообменника (108).

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором теплообменник имеет множество зон (119a, 119b), каждая из которых имеет температурный профиль, и этап (б)(v) дополнительно содержит:

(v) первый поток обеспечивает холодоснабжение первой зоне (119b) из множества зон (119a, 119b), при этом первая зона (119b) имеет температурный профиль с самой низкой средней температурой из всех температурных профилей множества зон.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором этап (б) дополнительно содержит:

управление скоростью подпитки по меньшей мере одного из компонентов хладагента на основе измеренного давления всасывания холодильного компрессора и уставки давления всасывания.

15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором установка дополнительно содержит по меньшей мере один компрессор (151) в сообщении по потоку текучей среды с по меньшей мере одним потоком хладагентов (142, 144), причем этап (б) дополнительно содержит:

регулирование по меньшей мере одной регулируемой переменной для поддержания каждого из по меньшей мере одного компрессора (151) в режиме эксплуатации, то есть по меньшей мере на заданном расстоянии от помпажа, при этом по меньшей мере одна регулируемая переменная содержит по меньшей мере одно, выбранное из группы, включающей: скорость компрессора, положение рециркулирующего клапана и положение входной лопатки.