УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2021 года по МПК F25J1/00 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к технологии охлаждения хладагента, используемого, например, для предварительного охлаждения природного газа.

Уровень техники

[0002] В установке для сжижения природного газа (установке для сжижения ПГ), выполненной с возможностью сжижения природного газа (ПГ), в качестве хладагента для предварительного охлаждения ПГ и хладагента для охлаждения сжижающего хладагента, предназначенного для сжижения и переохлаждения предварительно охлажденного ПГ, в некоторых случаях используются пропан или пропилен (далее по тексту иногда именуемые «хладагентом С3»). Хладагент С3, газифицированный после использования для охлаждения, сжимают и охлаждают для повторного сжижения и затем вновь подают на охладитель (С3-охладитель), выполненный с возможностью охлаждения ПГ и сжижающего хладагента.

[0003] При охлаждении хладагента С3 используется теплообменник с воздушным охлаждением (air-cooled heat exchanger, ACHE), выполненный с возможностью охлаждения хладагента С3, протекающего внутри трубы, путем подачи охлаждающего воздуха на внешнюю поверхность указанной трубы с помощью вентилятора.

Теплообменник с воздушным охлаждением, используемый для охлаждения хладагента С3 в данном случае, представляет собой одно из устройств, имеющих наибольшие габариты среди устройств, монтируемых в установке для сжижения ПГ, и также имеется установка для сжижения ПГ, выполненная с возможностью охлаждения хладагента С3 с использованием в общей сложности приблизительно 100 вентиляторов. Вследствие этого усложняется прокладка трубопроводов в теплообменниках с воздушным охлаждением, используемых для охлаждения хладагента С3, и возникает проблема, состоящая в невозможности легкого снижения стоимости монтажных работ.

[0004] В свете вышеизложенного, в патентной литературе 1 описан перегонный аппарат, в котором между вершиной перегонной колонны и сборником орошающей фракции параллельно друг другу расположены теплообменник с воздушным охлаждением и обходная магистраль потока. Теплообменник с воздушным охлаждением выполнен с возможностью охлаждения и конденсации пара, вытекающего из вершины перегонной колонны. Обходная магистраль потока выполнена с возможностью непосредственного введения части пара в сборник орошающей фракции без прохождения пара через теплообменник с воздушным охлаждением.

Список цитирования

Патентная литература

[0005]

[Патентная литература 1] JP 3673565 B2

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

[0006] В перегонном аппарате, описанном в патентной литературе 1, имеющее удовлетворительную скорость отклика регулирование давления на вершине перегонной колонны осуществляется путем регулирования количества конденсируемой жидкости и регулирования площади переноса тепла в теплообменнике с воздушным охлаждением на основе результатов определения давления на вершине перегонной колонны.

Тем не менее, технология, описанная в патентной литературе 1, значительно отличается областью техники от охлаждения хладагента С3 в установке для сжижения ПГ, и в ней не описаны меры по упрощению конфигурации теплообменников с воздушным охлаждением, которые в большом количестве предусмотрены в установках для сжижения ПГ.

[0007] Настоящее изобретение было создано при вышеописанных условиях, и в нем предложена установка для сжижения природного газа, содержащая С3-охладитель, способный охлаждать природный газ, а также охлаждать сжижающий хладагент для сжижения природного газа с помощью простой конфигурации.

Решение проблемы

[0008] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, предложена установка для сжижения природного газа, содержащая С3-охладитель, выполненный с возможностью охлаждения природного газа, а также охлаждения сжижающего хладагента для сжижения природного газа с использованием пропана или пропилена в качестве жидкого хладагента; указанная установка для сжижения природного газа содержит: компрессор, выполненный с возможностью сжатия парообразного хладагента, вытекающего из С3-охладителя в газообразном состоянии после охлаждения природного газа и сжижающего хладагента; пароохладитель, выполненный с возможностью охлаждения парообразного хладагента, температура которого была повышена в результате сжатия с помощью указанного компрессора в газообразном состоянии; комбинированный охладитель, выполненный на основе теплообменника с воздушным охлаждением, содержащего трубу, по которой подается парообразный хладагент, охлаждаемый пароохладителем, и которая выполнена с возможностью охлаждения протекающего внутри нее хладагента с помощью охлаждающего воздуха, подаваемого на ее внешнюю поверхность, причем указанный теплообменник с воздушным охлаждением использует трубу, функционально разделенную на передний участок трубы и задний участок трубы, из которых передний участок трубы функционирует в качестве конденсаторной секции, выполненной с возможностью охлаждения и конденсации газообразного хладагента для получения жидкого хладагента, и задний участок трубы функционирует в качестве переохлаждающей секции для дополнительного охлаждения указанного жидкого хладагента для снижения его температуры; и блок регулирования температуры, выполненный с возможностью регулирования температуры жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя, путем изменения соотношения площадей переноса тепла, представляющего собой соотношение между площадью переноса тепла на переднем участке трубы и площадью переноса тепла на заднем участке трубы.

[0009] Установка для сжижения природного газа может иметь следующие элементы.

(a) Труба комбинированного охладителя имеет конфигурацию, при которой эта труба проходит в поперечном направлении, изогнута вниз в множестве мест изгиба и согнута с образованием зигзагообразной формы;

(b) Блок регулирования температуры содержит: блок определения температуры, выполненный с возможностью определения температуры жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя; регулировочный клапан, выполненный с возможностью регулирования расхода жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя; и регулятор степени открытия, выполненный с возможностью изменения степени открытия регулировочного клапана на основе значения температуры, определяемого блоком определения температуры. Регулятор степени открытия выполнен с возможностью изменения указанного соотношения площадей переноса тепла путем регулирования степени открытия регулировочного клапана для регулирования расхода жидкого охладителя таким образом, чтобы температура жидкого охладителя, определяемая с помощью блока определения температуры, достигла температуры переохлаждения, находящейся в пределах заранее установленного температурного диапазона;

[0010] (c) Блок регулирования температуры содержит: блок определения уровня жидкости, выполненный с возможностью определения положения по высоте уровня жидкого хладагента в указанной трубе; регулировочный клапан, выполненный с возможностью регулирования расхода жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя; и регулятор степени открытия, выполненный с возможностью изменения степени открытия регулировочного клапана на основе положения по высоте уровня жидкости, определяемого блоком определения уровня жидкости. Регулятор степени открытия выполнен с возможностью изменения указанного соотношения площадей переноса тепла путем регулирования степени открытия регулировочного клапана для регулирования расхода жидкого хладагента таким образом, чтобы положение по высоте уровня жидкости, определяемое блоком определения уровня жидкости, достигло высоты, находящейся в пределах заранее установленного диапазона высоты.

(d) В пункте (с) блок регулирования температуры содержит блок определения температуры, выполненный с возможностью определения температуры жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя. Регулятор степени открытия выполнен с возможностью регулирования степени открытия регулировочного клапана путем изменения установочного значения указанного диапазона высоты в случае, если температура жидкого хладагента, определяемая блоком определения температуры, отклонилась от температуры переохлаждения, находящейся в пределах заранее установленного температурного диапазона, и таким образом устанавливает в качестве температуры жидкого хладагента температуру переохлаждения, находящуюся в пределах указанного температурного диапазона.

[0011] В пункте (b) или (d) установка для сжижения природного газа также содержит блок определения давления, выполненный с возможностью определения впускного давления комбинированного охладителя. В блоке регулирования температуры предусмотрен установочный диапазон температуры переохлаждения, устанавливаемый в соответствии с температурой кипения хладагента, соответствующей давлению, определяемому с помощью блока определения давления.

(f) Пароохладитель выполнен на основе теплообменника с воздушным охлаждением, содержащего трубу, внутри которой обеспечивается протекание парообразного хладагента, сжатого компрессором, и которая охлаждает протекающий внутри нее хладагент с помощью охлаждающего воздуха, подаваемого на ее внешнюю поверхность.

(g) Установка для сжижения природного газа содержит приемный бак, который обеспечен на расположенной дальше по потоку стороне комбинированного охладителя и выполнен с возможностью приема жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя. В этом случае установка для сжижения природного газа содержит блок регулирования разности давлений, выполненный с возможностью поддержания разности между давлением парообразного хладагента на впускной стороне комбинированного охладителя и давлением в пространстве паровой фазы, образованном над жидким хладагентом, поступившим в приемный бак, в пределах заранее установленного диапазона разности давлений.

Полезные эффекты изобретения

[0012] Согласно настоящему изобретению, конденсаторная секция выполнена с возможностью охлаждения и конденсации парообразного хладагента, образующегося на переднем участке трубы, обеспеченной в теплообменнике с воздушным охлаждением, и переохлаждающая секция выполнена с возможностью снижения температуры конденсированного жидкого хладагента, образующегося на заднем участке указанной трубы. Таким образом, конденсатор и переохладитель, которые в предшествующем уровне техники обеспечивались отдельно, объединены друг с другом, и благодаря этому обеспечивается возможность достижения простой конфигурации.

Краткое описание чертежей

[0013] ФИГ. 1 представляет собой пояснительную схему для иллюстрации примера конфигурации установки для сжижения ПГ согласно варианту осуществления.

ФИГ. 2 представляет собой схему конфигурации контура хладагента С3, обеспеченную в установке для сжижения ПГ.

ФИГ. 3 представляет собой вертикальный вид в сечении для схематической иллюстрации конструкции комбинированного охладителя, имеющего функции конденсаторной секции и переохлаждающей секции.

ФИГ. 4 представляет собой вертикальный вид в сечении для иллюстрации примера конструкции трубного пучка, обеспеченного в комбинированном охладителе.

ФИГ. 5 представляет собой схематический вид для иллюстрации состояния компоновки комбинированного охладителя на виде в плане.

ФИГ. 6 представляет собой блок-схему для иллюстрации работы блока регулирования температуры.

ФИГ. 7 представляет собой пояснительную схему контура хладагента С3 в еще одном варианте осуществления.

ФИГ. 8 представляет собой схему конфигурации контура хладагента С3 из предшествующего уровня техники.

ФИГ. 9 представляет собой схему конфигурации контура хладагента С3 в сравнительном примере.

Осуществление изобретения

[0014] Ниже в качестве варианта осуществления настоящего изобретения приведено описание примера конфигурации установки 1 для сжижения природного газа (ПГ), содержащей комбинированный охладитель 22, имеющий функции конденсаторной секции и переохлаждающей секции, со ссылкой на ФИГ. 1.

Установка для сжижения ПГ, показанная на ФИГ. 1, осуществляет предварительное охлаждение ПГ, из которого в результате предварительной обработки удалены примеси, с помощью теплообменников 31 предварительного охлаждения и подвергает ПГ газо-жидкостной сепарации в скруберной колонне 32. После этого установка 1 для сжижения ПГ осуществляет сжижение и переохлаждение полученного продукта с помощью основного криогенного теплообменника (main cryogenic heat exchanger, MCHE) 33 для получения СПГ. Жидкость, полученная в результате газо-жидкостной сепарации в скруберной колонне 32, ректифицируется в блоке 34 ректификации, и легкие компоненты, сепарированные от жидкости во время ректификации, подаются в основной криогенный теплообменник 33 для производства СПГ.

[0015] В качестве сжижающего хладагента для сжижения и переохлаждения ПГ используется, например, смешанный хладагент (СХ), который получают путем смешения охлаждающих исходных материалов различных видов, таких как азот, метан, этан и пропан.

СХ, после его использования для сжижения и переохлаждения ПГ, вытекает из основного криогенного теплообменника 33 в газообразном состоянии. Затем СХ последовательно сжимается с помощью множества СХ-компрессоров 36, приводимых в действие газовыми турбинами (Г/Т) 361 и т.п., и охлаждается с помощью СХ-охладителей 23 (каждый из которых выполнен на основе теплообменника 2 с воздушным охлаждением), соответственно обеспеченных на выпускных сторонах СХ-компрессоров 36. Сжатый и охлажденный СХ повторно подается на основной криогенный теплообменник 33 после дополнительного охлаждения с помощью СХ-охладителей 37.

[0016] В установке 1 для сжижения ПГ согласно данному примеру, в качестве хладагента для предварительного охлаждения ПГ в теплообменниках 31 предварительного охлаждения и хладагента для охлаждения СХ в СХ-охладителях 36 используется хладагент С3, полученный на основе одного компонента, представляющего собой пропан или пропилен. Если исходить из хладагента, то теплообменники 31 предварительного охлаждения и СХ-охладители 37 соответствуют «С3-охладителям 31 и 37» в данном примере.

Хладагент С3 после использования для предварительного охлаждения ПГ и охлаждения СЗ, также повторно подается на теплообменники 31 предварительного охлаждения и СХ-охладители 37 после сжатия и охлаждения.

[0017] Далее приведено описание конфигурации контура хладагента С3 из предшествующего уровня техники, в котором осуществляется использование, сжатие и охлаждение хладагента С3, со ссылкой на ФИГ. 8.

Жидкий хладагент С3 в состоянии пониженного давления и пониженной температуры, которое достигается в результате адиабатического расширения при прохождении через расширительный клапан 356, подается на С3-охладители 31 и 37 для охлаждения каждой из подлежащих охлаждению текучих сред (ПГ и СХ).

[0018] Часть хладагента С3, в которой охлаждены указанные подлежащие охлаждению текучие среды, в газообразном состоянии вытекает из охладителей 31, 37 и через впускной барабан 352 компрессора подается на ступень высокого давления компрессора 35 хладагента С3.

В то же самое время, оставшийся жидкий хладагент С3 вытекает из С3-охладителей 31 и 37 и подвергается адиабатическому расширению со снижением температуры при прохождении через расширительный клапан или т.п. (не показан). Затем результирующий продукт в виде хладагента С3 пониженного давления подается на С3-охладители 31 и 37 следующей ступени для охлаждения указанных подлежащих охлаждению текучих сред.

[0019] В установке для сжижения ПГ, показанной на ФИГ. 1, адиабатическое расширение хладагента С3 и охлаждение подлежащих охлаждению текучих сред повторяются, например, 4 раза. С этой целью в установке 1 для сжижения ПГ обеспечены С3-охладители 31 и 37, каждый из которых имеет ступень высокого давления (ВД), ступень среднего давления (СД), ступень низкого давления (НД) и ступень низкого низкого давления (ННД), имеющие разные уровни давления хладагента С3. Газообразный хладагент С3, вытекающий из каждого из С3-охладителей 31 и 37, подается на ступени сжатия компрессора 35 хладагента С3, соответствующие давлению на каждой из указанных ступеней. Весь газообразный хладагент С3 вытекает из каждого из С3-охладителей 31 и 37 на заключительной ступени ННД.

На ФИГ. 2 и ФИГ. 7-9 показаны С3-охладители 31 и 37 на ступени ВД и компрессор 35 хладагента С3 на соответствующей ей ступени сжатия.

[0020] Возвращаясь к описанию со ссылкой на ФИГ. 8, отметим, что на следующей ступени компрессора 35 хладагента С3 обеспечены пароохладитель 21, конденсатор 22а, приемник (приемный бак) 353 и переохладитель 22b, в этом порядке, начиная со стороны раньше по потоку. Пароохладитель 21 выполнен с возможностью охлаждения газообразного хладагента С3, температура которого была повышена в процессе сжатия, в газообразном состоянии. Конденсатор 22 выполнен с возможностью охлаждения и конденсации газообразного хладагента С3 после его охлаждения пароохладителем 21. Приемник (приемный бак) 353 выполнен с возможностью накопления жидкого хладагента С3, вытекающего из конденсатора 22а. Переохладитель 22b выполнен с возможностью дополнительного охлаждения жидкого хладагента С3 для перевода жидкого хладагента С3 в переохлажденное состояние. Жидкий хладагент С3 после его переохлаждения переохладителем 22b снова подается в С3-охладители 31 и 37 через вышеописанный расширительный клапан 356.

[0021] В вышеуказанном контуре хладагента С3 каждый из пароохладителя 21, конденсатора 22а и переохладителя 22b выполнен на основе теплообменника 2 с воздушным охлаждением.

Теплообменник 2 с воздушным охлаждением, образующий каждый из пароохладителя 21, конденсатора 22а и переохладителя 22b, выполнены с возможностью охлаждения хладагента С3, протекающего внутри трубы 202, в результате подачи охлаждающего воздуха на поверхность трубы 202 путем приведения в действие вентилятора 201.

[0022] При этом на впускной стороне конденсатора 22а обеспечен блок 221 определения давления. На основе результатов, полученных путем определения впускного давления конденсатора 22 в блоке 221 определения впускного давления, блок 211 регулирования выпускной температуры имеет возможность регулирования угла установки (угла наклона) лопаток и скорости вращения вентиляторов 201, обеспеченных в теплообменнике 2 с воздушным охлаждением со стороны пароохладителя 21, и таким образом регулируется выпускная температура пароохладителя 21.

На магистрали 355а рециркуляции потока, соединяющей друг с другом выпускную сторону пароохладителя 21 и впускную сторону впускного барабана 352 компрессора, установлен нормально закрытый противопомпажный клапан 355.

[0023] В контуре С3 хладагента, имеющем вышеописанную конфигурацию, происходит распределение, например, газообразного хладагента С3, вытекающего из компрессора 35 хладагента С3, по большому количеству труб 202 в пароохладителе 21 посредством впускного коллектора (не показан). Газообразный хладагент С3 охлаждается в каждой из труб 202. После этого потоки газообразного хладагента С3 сливаются в общем трубопроводе посредством выпускного коллектора (не показан), и результирующий поток вытекает в конденсатор 22а следующей ступени.

[0024] Аналогичным образом, до и после каждого конденсатора 33а и переохладителя 22b происходит многократное разделение/слияние хладагента С3 между впускным трубопроводом и выпускным трубопроводом хладагента С3 с одной стороны и множеством труб 202 с другой через впускной и выпускной коллекторы.

В контуре хладагента С3, в котором могут быть обеспечены теплообменники 2 с воздушным охлаждением, имеющие крупногабаритную конфигурацию, как описано выше, прокладка трубопроводов для обеспечения протекания через них хладагента С3 с многократным разделением и слиянием, может быть сложной, и проблема состоит в невозможности простого снижения стоимости монтажных работ.

[0025] В дополнение, в установке 1 для сжижения ПГ, теплообменники 2 с воздушным охлаждением во многих случаях обеспечены в верхней части трубного стеллажа, выполненного с возможностью удержания трубопроводов различных видов. При этом верхняя часть трубного стеллажа может быть расположена на высоте от 20 м до 30 м от земли. С целью расположения большого количества теплообменников 2 с воздушным охлаждением на указанном трубном стеллаже, требуется, чтобы каркас, образующий трубный стеллаж, также имел достаточную прочность. Следовательно, проблема также состоит в увеличении размеров трубного стеллажа и повышении стоимости вследствие увеличения прочности конструкционных материалов для трубного стеллажа.

[0026] В качестве одной из мер по решению проблем, связанных с усложнением прокладки трубопроводов и увеличением размера трубного стеллажа, возможно применение способа расположения теплообменников 2 с воздушным охлаждением вблизи земли вместо расположения теплообменников 2 с воздушным охлаждением в верхней части трубного стеллажа.

В сравнительном примере по ФИГ. 9 показана конфигурация, в которой высота расположения теплообменников 2 с воздушным охлаждением, образующих пароохладитель 21, конденсатор 22а и переохладитель 22b, выровнена с высотой, которая является по существу такой же, что и высота расположения приемника 353.

В контуре хладагента С3, показанном на ФИГ. 2, ФИГ. 7 и ФИГ. 9, составляющие элементы, общие с теми, которые описаны со ссылкой на ФИГ. 8, обозначены ссылочными символами, одинаковыми с теми, которые используются на ФИГ. 8.

[0027] Приемник 353 в предшествующем уровне техники размещался в месте, близком к земле, и его верхняя поверхность располагалась на высоте от приблизительно 2 м до приблизительно 10 м от земли, хотя высота варьировалась в зависимости также от размера основного корпуса приемника 353. В свете вышеизложенного, например, если соответствующая высота расположения выпускных отверстий труб 202 теплообменников 2 с воздушным охлаждением выровнена с приемником 353, соответствующие места расположения теплообменников 2 с воздушным охлаждением, используемые в контуре хладагента С3, могут быть значительно опущены, и размеры каркаса, выполняемого с возможностью поддержки теплообменников 2 с воздушным охлаждением, могут быть уменьшены.

[0028] Тем не менее, в случае применения компоновки, показанной на ФИГ. 9, конденсатор 22а располагается в положении по высоте, близком к высоте уровня жидкого хладагента С3 в приемнике. Следовательно, существует риск того, что жидкий хладагент С3 может накапливаться в трубе 202 теплообменника 2 с воздушным охлаждением, образующего конденсатор 22а.

[0029] В этом случае в конденсаторе 22а часть трубы 202 переходит в состояние погружения, и часть поверхности переноса тепла для конденсации газообразного хладагента С3 теряется, результатом чего является невозможность осуществления достаточной конденсации. В результате повышается давление на впускной стороне конденсатора 22а, и повышается нагрузка на стороне пароохладителя 21 и компрессора 35 хладагента С3 на расположенной раньше по потоку стороне, из-за чего возможно снижение эффективности энергопотребления.

[0030] Контур хладагента С3, обеспеченный в установке 1 для сжижения ПГ согласно данному примеру, содержит комбинированный охладитель 22, который решает вышеупомянутые проблемы, является простым и также может быть расположен в сравнительно низком положении относительно земли.

Далее конфигурация контура хладагента С3 в данном варианте осуществления описана со ссылкой на ФИГ. 2 и ФИГ. 3.

[0031] Как показано на ФИГ. 2, в контуре хладагента С3 согласно данному примеру, на впускной стороне приемника 353 обеспечен «комбинированный охладитель 22», в котором объединены друг с другом функции конденсатора 22а и переохладителя 22b, описанных со ссылкой на ФИГ. 8. В дополнение, в отличие от случая, когда теплообменники 2 с воздушным охлаждением обеспечены в верхней части трубного стеллажа, теплообменники 2 с воздушным охлаждением, образующие пароохладитель 21 и комбинированный охладитель 22, расположены в положениях по высоте, близких к приемнику 353.

[0032] На ФИГ. 3 схематически показан теплообменник 2 с воздушным охлаждением, образующий комбинированный охладитель 22. В случае теплообменника 2 с воздушным охлаждением всасывающего типа, труба 202 расположена под вентилятором 201 в каждой из камер 203 давления. При вращении вентилятора 201 с помощью приводного блока (не показан), создается поток охлаждающего воздуха из области, расположенной под вентилятором 201, к области внутри камеры 203 давления. В результате охлаждающий воздух подается на внешнюю поверхность трубы 202, обеспечивая таким образом возможность охлаждения хладагента С3, протекающего внутри трубы 202.

Теплообменник 2 с воздушным охлаждением, образующий комбинированный охладитель 22 в данном примере, не ограничен теплообменниками всасывающего типа, и он может представлять собой теплообменник 2 с воздушным охлаждением вталкивающего типа, в котором труба 202 расположена над вентилятором 201.

[0033] При этом, как показано на ФИГ. 3, теплообменники 2 с воздушным охлаждением расположены сторона к стороне в верхней части каркаса 10, служащего в качестве трубного стеллажа. Как описано выше, каркас 10 в данном примере выполнен с возможностью удержания пароохладителя 21 и комбинированного охладителя 22 в положениях по высоте, которые являются по существу такими же, что и у приемника 353. Если верхнюю поверхность приемника 353 определить как эталонную поверхность, то в качестве примера может быть приведен случай, когда положение по высоте выпускного отверстия трубы 202 в каждом из пароохладителя 21 и комбинированного охладителя 22 находится в пределах диапазона от положения по высоте, составляющего 20 м над указанной верхней поверхностью, предпочтительно 5 м над указанной верхней поверхностью, до положения по высоте, составляющего 5 м под указанной верхней поверхностью.

Каркас 10 выполнен с возможностью удержания теплообменников 2 с воздушным охлаждением, может иметь конфигурацию, при которой обеспечен специализированный каркас 10, и теплообменники 2 с воздушным охлаждением расположены в его верхней части, за исключением случая, когда используется трубный стеллаж.

[0034] В дополнение, как описано выше, положение по высоте верхней поверхности приемника 353 изменяется в пределах диапазона от приблизительно 2 м до приблизительно 10 м от земли. Следовательно, теплообменники 2 с воздушным охлаждением, образующие пароохладитель 21 и комбинированный охладитель 22, обеспечены на высоте менее чем приблизительно 30 м от земли, предпочтительно на высоте менее чем 15 м от земли.

Кроме того, в случае теплообменника 2 с воздушным охлаждением обычного всасывающего типа требуется обеспечение пространства для забора охлаждающего воздуха, которое имеет по существу такую же высоту, что и диаметр вентилятора 201, под трубой 202.

[0035] В то же самое время, как описано в сравнительном примере по ФИГ. 9, если конденсатор 22а расположен в низком положении, внутренняя область трубы 202 переходит в состояние погружения, в результате чего возникает опасность, состоящая в возможности снижения способности к конденсации газообразного хладагента С3.

Комбинированный охладитель 22 в данном варианте осуществления также может быть расположен в низком положении в результате активного перевода участка трубы 202 в состояние погружения. Далее будет подробно описана конкретная конфигурация комбинированного охладителя 22.

[0036] Как показано на ФИГ. 5, комбинированный охладитель 22 выполнен на основе множества теплообменников 2 с воздушным охлаждением, и каждый теплообменник 2 с воздушным охлаждением в данном примере содержит опору 20, которая расположена в верхней части каркаса 10 и на которой в качестве одной группы установлено множество вентиляторов 201. В показанном на ФИГ. 5 примере комбинированного охладителя 22 по три вентилятора 201 расположены сторона к стороне в ряд в качестве одной группы на каждой из опор 20, и опоры 20 в количестве от нескольких штук до нескольких десятков штук расположены сторона к стороне в ряд в направлении, пересекающемся с направлением выравнивания вентиляторов 201.

[0037] В качестве схематической конфигурации, показанной на ФИГ. 3, в комбинированном охладителе 22 в данном примере трубы 202 расположены таким образом, что они проходят в поперечном направлении от стороны одного конца к стороне другого конца каркаса 10 вдоль направления выравнивания вентиляторов 201 на опоре 20 в области под вентиляторами 201. Трубы 202 расположены таким образом, что они изогнуты вниз в месте, расположенном на стороне указанного другого конца каркаса 10, и затем снова изогнуты в поперечном направлении в сторону указанного одного конца каркаса 10.

[0038] Как описано выше, трубы 202 расположены таким образом, что они проходят в поперечном направлении и многократно изогнуты вниз в местах (местах изгиба), достигающих стороны указанного другого конца и стороны указанного одного конца каркаса 10, и в целом они изогнуты зигзагообразно. С целью предотвращения возникновения значительного искривления трубы 202, величина каждого из промежутков между местами изгиба установлена в пределах нескольких десятков метров.

[0039] Пример конфигурации устройства, обеспеченного в области под вентиляторами 201, описан более подробно со ссылкой на ФИГ. 4. В данной области обеспечен трубный пучок 206, содержащий большое количество труб 202 и коллекторы 202а. Каждая из указанного большого количества труб 202 выполнена на основе удлиненной прямолинейной трубы, открытой на обоих концах. Каждый из коллекторов 202а имеет внутри него полость и выполнен с возможностью удержания обоих концов каждой из указанного большого количества труб 202.

[0040] В трубном пучке 206 полость в каждом коллекторе 202а разделена посредством разделительной панели 202b. Если смотреть вдоль направления потока хладагента С3, то пространство, которое обеспечивает возможность сообщения друг с другом трубы 202 на стороне, расположенной раньше по потоку, и трубы 202 на стороне, расположенной дальше по потоку, образует каждое из мест изгиба трубы 202, схематически показанных на ФИГ. 3.

Таким образом, в трубном пучке 206 труба 202 и коллекторы 202а, обеспеченные на обоих концах трубы 202, объединены друг с другом с образованием «трубы», описанной в формуле изобретения.

[0041] В трубном пучке 206 магистраль потока, по которой хладагент С3, вытекающий из коллектора 202а одной стороны протекает в коллектор 202а другой стороны, именуется «трактом». В дополнение, каждый ярус размещения труб 202, расположенных сторона к стороне в вертикальном направлении, именуется «рядом».

[0042] В примере, показанном на ФИГ. 4, трубы 202 расположены в шесть ярусов (шесть рядов) в вертикальном направлении. В общей сложности три тракта обеспечены последовательно, начиная со стороны самого верхнего яруса (при наличии двух мест изгиба), при условии, что трубы 202 двух ярусов определены как одна группа. Фактически трубный пучок 206 выполнен таким образом, что количество трактов достигает заданного значения, например, в пределах диапазона от 1 до 4.

[0043] В трубном пучке 206, обеспеченном на каждой из опор 20, множество комплектов труб 202, каждый из которых имеет вышеописанную конфигурацию (в показанном на ФИГ. 4 примере один комплект содержит шесть ярусов), расположены таким образом, что они являются смежными друг с другом в поперечном направлении. Оба конца каждой из указанного большого количества труб 202 удерживаются с помощью общих коллекторов 202а с образованием трубного пучка 206.

Каждая из труб 202 может быть расположена в наклонном положении, так что ее положение постепенно понижается к расположенной дальше по потоку стороне в направлении потока хладагента С3.

[0044] С помощью вышеуказанной конфигурации, как схематично показано на ФИГ. 5, газообразный хладагент С3, охлажденный пароохладителем 21 и прошедший внутри общего трубопровода, посредством впускного коллектора 204 распределяется по каждому из трубных пучков 206, после чего через расположенное раньше по потоку пространство внутри каждого из коллекторов 202а поступает в трубы 202. Потоки жидкого хладагента С3 после конденсации в каждой из труб 202 выходят из пространства, расположенного дальше по потоку внутри коллектора 202а, объединяются в общем трубопроводе через выпускной коллектор 205, и результирующий поток вытекает в направлении приемника 353 следующей ступени.

[0045] При этом на виде в плане на ФИГ. 5 схематично показано состояние, в котором газообразный хладагент С3 втекает в опору 20 со стороны одного конца, и жидкий хладагент С3 вытекает со стороны другого конца. В данном случае количество трактов в трубном пучке 206 представляет собой нечетное количество. Если количество трактов в трубном пучке 206 представляет собой четное количество, то жидкий хладагент С3 вытекает с той же самой стороны концевого участка, что и сторона, где находится место втекания газообразного хладагента С3.

[0046] В пароохладителе 21 может использоваться теплообменник 2 с воздушным охлаждением, имеющий по существу такую же конфигурацию, что и теплообменник 2 с воздушным охлаждением, описанный со ссылкой на ФИГ. 3 и ФИГ. 4. Количество устанавливаемых опор 20, количество трактов в трубном пучке 206, количество рядов труб 202, количество комплектов труб 202, обеспечиваемых для одной группы коллекторов 202а, и т.п. надлежащим образом регулируются в соответствии с площадью переноса тепла, необходимой для охлаждения газообразного хладагента С3, и т.п.

[0047] Возвращаясь к описанию комбинированного охладителя 22, отметим, что в общем трубопроводе на выпускной стороне труб 202, например на расположенной дальше по потоку стороне выпускного коллектора 205, обеспечен клапан 222 отбора (регулировочный клапан). Количество жидкого хладагента С3, накапливающегося в трубах 202, может регулироваться путем регулирования расхода жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя, с помощью регулировочного клапана 222.

[0048] Благодаря вышеуказанному регулированию расхода, обеспечивается возможность достижения нижеследующего состояния (состояния погружения). Оно состоит в том, что, как схематично показано на ФИГ. 3, внутренняя поверхность трубы 202 на стороне нижнего яруса в вышеуказанном направлении изгиба, которая представляет собой заднюю область (задний участок трубы) в трубе 202, если смотреть с места втекания газообразного хладагента С3, приводится в контакт с жидким хладагентом С3.

В этом случае внутренняя поверхность трубы 202 на стороне верхнего яруса в направлении изгиба, которая представляет собой переднюю область (передний участок трубы) в трубе 202, если смотреть с места втекания, приводится в контакт с газообразным хладагентом С3.

[0049] При достижении вышеуказанного состояния в общей трубе 202, газообразный хладагент С3 охлаждается и конденсируется на переднем участке трубы, и жидкий хладагент С3 после конденсации охлаждается на заднем участке трубы.

Иначе говоря, в комбинированном охладителе 22 в данном примере передний участок трубы функционирует как конденсаторная секция, выполняющая функцию конденсатора 22а из предшествующего уровня техники, и задний участок трубы функционирует как переохлаждающая секция, выполняющая функцию переохладителя 22b из предшествующего уровня техники.

[0050] Кроме того, установка 1 для сжижения ПГ согласно данному примеру может регулировать температуру жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, с помощью трубы 202, функционально разделенной на конденсаторную секцию и переохлаждающую секцию.

[0051] Как показано на ФИГ. 2, в месте, куда направляется вытекающий из комбинированного охладителя 22 жидкий хладагент С3, обеспечен блок определения температуры (не показан). Например, блок определения температуры обеспечен в приемнике 353. Кроме того, обеспечен также блок 354 регулирования температуры переохлаждения, имеющий функцию регулятора степени открытия, выполненного с возможностью регулирования степени открытия клапана 222 отбора на основе температуры жидкого хладагента С3 в приемнике 353, определяемой с помощью указанного блока определения температуры. Блок 354 регулирования температуры переохлаждения выполнен с возможностью регулирования степени открытия клапана 222 отбора таким образом, чтобы указанная температура (температура переохлаждения) жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, снизилась до значения, находящегося в пределах заранее установленного температурного диапазона.

Блок определения температуры не ограничен случаем, когда он обеспечен на приемнике 353, и он может быть обеспечен на трубопроводной магистрали потока между комбинированным охладителем 22 и расширительным клапаном 356.

[0052] Кроме того, между трубопроводом на впускной стороне комбинированного охладителя 22 и приемником 353 обеспечен блок регулирования разности давлений. Блок регулирования разности давлений выполнен с возможностью регулирования разности между давлением газообразного хладагента С3 на впускной стороне и давлением в пространстве паровой фазы, образованном над жидким хладагентом С3 в приемнике 353.

[0053] Блок регулирования разности давлений содержит обходную магистраль 225 потока, регулятор 224 и клапан 223 регулирования разности давлений. Обходная магистраль 225 потока выполнена с возможностью соединения впускной стороны комбинированного охладителя 22 с пространством паровой фазы в приемнике 353. Регулятор 224 обеспечен на обходной магистрали 225 потока. Клапан 223 регулирования разности давлений имеет степень открытия, которая регулируется с помощью регулятора 224 на основе результатов определения разности давлений между расположенной раньше по потоку стороной и расположенной дальше по потоку стороной регулятора 224 таким образом, что указанная разность давлений поддерживается равной значению, находящемуся в пределах заранее установленного диапазона разности давлений.

[0054] Здесь рассматривается случай, когда высота расположения комбинированного охладителя 22 (высота расположения выпускного отверстия трубы 202) установлена вблизи высоты уровня жидкого хладагента С3, накопленного в приемнике 353. В этом случае возможно уменьшение разности давлений между обоими указанными местами, и такая разность давлений может приводить к состоянию, в котором невозможно легкое создание потока жидкого хладагента С3 из комбинированного охладителя 22 к приемнику 353.

[0055] В этом случае баланс давлений для поддержания потока жидкого хладагента С3 может быть достигнут путем выполнения регулирования для повышения разности давлений между впускной стороной комбинированного охладителя 22 и пространством паровой фазы в приемнике 353 (выполнения регулирования для уменьшения степени открытия клапана 223 регулирования разности давлений) с использованием блока регулирования разности давлений.

Таким образом, даже если выпускное отверстие трубы 202 комбинированного охладителя 22 расположено в более низком продолжении по высоте, чем верхняя поверхность приемника 353, обеспечивается возможность вытекания жидкого хладагента С3 из комбинированного охладителя 22 в приемник 353.

[0056] Помимо вышеизложенного, аналогично примеру, описанному с использованием предшествующего уровня техники по ФИГ. 8, на впускной стороне комбинированного охладителя 22 обеспечен блок 221 определения разности давлений. Блок 211 регулирования выпускной температуры выполнен с возможностью регулирования угла наклона лопаток вентилятора 201 и т.п. на основе результатов определения давления с помощью блока 221 определения разности давлений таким образом, чтобы выпускная температура пароохладителя 21 стала выше на установочную величину разности давлений, чем температура конденсации газа при давлении, определенном с помощью блока 221 определения давления.

[0057] В дополнение, площадь переноса тепла в комбинированном охладителе 22 функционально разделена на конденсаторную секцию, расположенную с передней стороны, и переохлаждающую секцию, расположенную с задней стороны, как описано выше. Необходимо надлежащим образом регулировать соотношение разделения (соотношение площадей переноса тепла).

[0058] В свете вышеизложенного, блок 354 регулирования температуры переохлаждения в данном примере выполнен с возможностью определения давления с помощью блока 221 определения впускного давления и с возможностью приема указаний по изменению вышеуказанного установочного диапазона температуры переохлаждения в соответствии с температурой конденсации газообразного хладагента С3 (температурой кипения жидкого хладагента С3).

[0059] Установочный диапазон температуры переохлаждения может быть изменен способом, описанным ниже. Например, множество групп установочных диапазонов температуры переохлаждения, определенных на основе связи между впускным давлением комбинированного охладителя 22 и температурой кипения жидкого хладагента С3, заранее сохраняют в системе управления установки 1 для сжижения ПГ. Если впускное давление изменилось на заданную величину или более, автоматически выполняется операция выбора установочного температурного диапазона, соответствующего новому впускному давлению, из указанного множества групп установочных температурных диапазонов.

[0060] В дополнение, может быть выполнено нижеследующее. Оператор с помощью компьютера выполняет моделирование в режиме «офлайн» связи между давлением и температурой кипения жидкого хладагента С3 и задает установочный температурный диапазон, полученный на основе результатов моделирования, в блоке 354 регулирования температуры переохлаждения. Помимо вышеизложенного, может быть также выполнено нижеследующее. В систему управления установки 1 для сжижения ПГ включают средство моделирования, выполненное с возможностью осуществления аналогичных вычислений, и автоматически изменяют установочный температурный диапазон на основе результатов моделирования.

[0061] Ниже приведено описание работы вышеописанного контура хладагента С3.

Газообразный хладагент С3, после его сжатия с помощью компрессора 35 хладагента С3 и повышения его давления до заданного давления, охлаждается в газообразном состоянии с помощью пароохладителя 21. Затем выпускная температура пароохладителя 21 повышается вследствие повышения температуры атмосферного воздуха, и выпускная температура пароохладителя 21 (выпускное давление пароохладителя 21) снижается в результате выполнения регулирования по увеличению угла наклона лопаток и скорости вращения вентилятора 201 с помощью блока 211 регулирования выпускной температуры.

[0062] В случае подачи газообразного хладагента С3 после его охлаждения на комбинированный охладитель 22, газообразный хладагент С3 охлаждается и конденсируется с образованием жидкого хладагента С3 на переднем участке трубы 202 (в конденсаторной секции), как показано на ФИГ. 3 (на ФИГ. 3 жидкий хладагент С3 обозначен точечной штриховкой).

[0063] В дополнение, расход жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, регулируется с помощью клапана 222 отбора, результатом чего является накопление сконденсированного жидкого хладагента С3 на заднем участке трубы (в переохлаждающей секции). В результате, на заднем участке трубы жидкий хладагент С3 дополнительно охлаждается с достижением температуры переохлаждения, которая является более низкой, чем температура конденсации.

[0064] В этом случае, на любом из переднего участка трубы и заднего участка трубы каждая из подлежащих охлаждению текучих сред (газообразного хладагента С3 и жидкого хладагента С3) охлаждается посредством внутренней поверхности стенки трубы 202. Таким образом, в случае уменьшения площади контакта (площади переноса тепла) между каждой из подлежащих охлаждению текучих сред и внутренней поверхностью стенки трубы 202, происходит повышение температуры подлежащей охлаждению текучей среды в месте расположенного дальше по потоку конца переднего участка трубы или заднего участка трубы. В то же самое время, при увеличении площади переноса тепла температура подлежащей охлаждению текучей среды снижается.

[0065] В данном варианте осуществления блок 354 регулирования температуры переохлаждения выполнен с возможностью регулирования температуры жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, с использованием вышеуказанного принципа изменения соотношения площадей переноса тепла, представляющего собой соотношение между площадью переноса тепла на переднем участке трубы и площадью переноса тепла на заднем участке трубы в трубе 202.

Далее приведено описание операций, относящихся к регулированию температуры жидкого хладагента С3, со ссылкой также на ФИГ. 6.

[0066] В состоянии, при котором на переднем участке трубы обеспечена достаточная площадь переноса тепла, которая обеспечивает возможность конденсации всего газообразного хладагента С3, подаваемого на комбинированный охладитель 22, в случае, если температура (температура переохлаждения) жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, снизилась, и температура жидкого хладагента С3 в приемнике 353 стала ниже, чем нижнее предельное значение заранее установленного температурного диапазона (шаг S101; ДА), блок 354 регулирования температуры переохлаждения выполняет регулирование в направлении увеличения степени открытия клапана 222 отбора (шаг S103).

[0067] В результате уменьшается вытекающее количество жидкого хладагента С3 и снижается положение по высоте уровня жидкого хладагента С3 в трубе 202, что приводит к уменьшению относительной площади переноса тепла на заднем участке трубы, функционирующем в качестве переохлаждающей секции. Благодаря этому, уменьшается количество тепла, отбираемого от жидкого хладагента С3, и повышается температура жидкого хладагента. Вышеуказанную операцию (шаг S101; ДА_→ S103) повторяют до тех пор, пока температура жидкого хладагента С3 в приемнике 353 не стабилизируется до температуры, находящейся в пределах установочного температурного диапазона.

[0068] В то же самое время, в случае, если температура жидкого хладагента С3 в приемнике 353 выше, чем нижнее предельное значение установочного температурного диапазона (этап S101; НЕТ), и при этом в результате повышения температуры жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, жидкий хладагент С3 в приемнике 353 достигает более высокой температуры, чем верхнее предельное значение установочного температурного диапазона (этап S102; ДА), блок 354 регулирования температуры переохлаждения выполняет регулирование в направлении уменьшения степени открытия клапана 222 отбора (этап S104).

[0069] В результате уменьшается выпускное количество жидкого хладагента С3 и повышается положение по высоте уровня жидкого хладагента С3 в трубе 202, вследствие чего увеличивается указанная относительная площадь на заднем участке трубы, функционирующем в качестве переохлаждающей секции. Благодаря этому, увеличивается количество тепла, отбираемого от жидкого хладагента С3, и снижается температура жидкого хладагента С3. Вышеуказанную операцию (этап S101; НЕТ _→ S102; ДА _→ S103) повторяют до тех пор, пока температура жидкого хладагента С3 в приемнике 353 не стабилизируется на уровне, находящемся в пределах установочного температурного диапазона.

[0070] При этом в случае, если в результате чрезмерного уменьшения относительной площади переноса тепла на переднем участке трубы стало невозможным обеспечение соотношения площадей переноса тепла, позволяющего конденсировать весь объем газообразного хладагента С3, поданного в комбинированный охладитель 22, и при этом вследствие повышения температуры атмосферного воздуха и т.п. снизилась охлаждающая способность пароохладителя 21, вследствие чего стало невозможным охлаждение газообразного хладагента С3 до заранее установленной температуры, температура конденсации газообразного хладагента С3 повышается.

[0071] В случае повышения температуры, при которой происходит конденсация газообразного хладагента С3, впускное давление комбинированного охладителя повышается, и температура жидкого хладагента С3, подаваемого на задний участок трубы, служащий в качестве переохлаждающей секции, также повышается. В результате температура переохлаждения жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, также показывает тенденцию к повышению.

В то же самое время, блок 354 регулирования температуры переохлаждения, описанный со ссылкой на ФИГ. 6, выполняет регулирование в направлении дальнейшего закрытия клапана 222 отбора таким образом, что температура достигает значения, находящегося в пределах установочного температурного диапазона. Тем не менее, при выполнении данного регулирования относительная площадь переноса тепла на переднем участке трубы дополнительно уменьшается, и увеличивается недостаточность площади переноса тепла для конденсации газообразного хладагента С3.

[0072] В свете вышеизложенного, как описано выше, если давление, определяемое блоком 221 определения впускного давления, изменилось таким образом, что оно превысило заранее установленный диапазон колебаний, в соответствии с температурой кипения жидкого хладагента С3 при вышеуказанных условиях по давлению вычисляют установочный диапазон температуры переохлаждения и устанавливают его в блоке 354 регулирования температуры переохлаждения.

В случае повышения впускного давления в комбинированном охладителе 22, установочный температурный диапазон изменяют в направлении увеличения указанной относительной площади переноса тепла на переднем участке трубы, т.е. в направлении повышения температуры переохлаждения. В дополнение, в случае снижения впускного давления комбинированного охладителя 22 установочный температурный диапазон изменяют в направлении снижения указанной относительной площади переноса тепла на переднем участке трубы, служащем в качестве конденсаторной секции, т.е. в направлении снижения температуры переохлаждения.

[0073] С помощью установки 1 для сжижения ПГ согласно данному варианту осуществления достигаются следующие эффекты. На переднем участке трубы 202, обеспеченной в теплообменнике 2 с воздушным охлаждением, обеспечена конденсаторная секция, выполненная с возможностью охлаждения и конденсации газообразного хладагента С3, и на заднем участке трубы 202 обеспечена переохлаждающая секция, выполненная с возможностью снижения температуры конденсированного жидкого хладагента С3.

Благодаря этому, обеспечивается возможность объединения друг с другом конденсатора 22а и переохладителя 22b, которые в предшествующем уровне техники обеспечивались отдельно, и возможность исключения монтажа коллекторов и трубопроводов между конденсатором 22а и переохладителем 22b для получения простой конфигурации.

[0074] В дополнение, обеспечивается возможность размещения комбинированного охладителя 22 в положении по высоте, близком к приемнику 353, благодаря тому, что расход жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя, регулируется с помощью клапана 22 отбора и, кроме того, разность между впускным давлением комбинированного охладителя 22 и давлением в пространстве паровой фазы в приемнике 353 регулируется с помощью блока регулирования разности давлений (включающего обходной тракт 225, клапан 223 регулирования разности давлений и контроллер 224). В результате обеспечивается возможность уменьшения размеров (уменьшения высоты) каркаса 10, выполняемого с возможностью удержания теплообменника 2 с воздушным охлаждением комбинированного охладителя 22, что приводит к снижению затрат.

[0075] Далее, на ФИГ. 7 показан пример, в котором обеспечен блок 357 регулирования уровня жидкости, служащий в качестве регулятора степени открытия, выполненного с возможностью изменения степени открытия клапана 222 отбора на основе результатов, полученных путем определения положения по высоте уровня жидкого хладагента С3 в трубе 202 с помощью датчика 357а уровня жидкости (блока определения уровня жидкости).

Не существует конкретных ограничений на конфигурацию датчика 357а уровня жидкости при условии, что он способен определять положение по высоте уровня жидкости в трубе 202 (в трубном пучке 206, показанном на ФИГ. 4).

[0076] Блок 357 регулирования уровня жидкости выполнен с возможностью осуществления регулирования степени открытия клапана 222 отбора таким образом, чтобы положение по высоте жидкого хладагента С3, определяемое с помощью датчика 357а уровня жидкости, достигло высоты, находящейся в пределах заранее установленного диапазона высоты. В результате обеспечивается возможность регулирования расхода жидкого хладагента С3 и возможность изменения соотношения между площадями переноса тепла на переднем участке трубы и на заднем участке трубы. С этой точки зрения, блок 357 регулирования уровня жидкости соответствует блоку регулирования температуры, выполненному с возможностью регулирования температуры жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22.

В отличие от случая, когда степень открытия клапана 222 отбора регулируется на основе изменения температуры хладагента С3 в приемнике 353, регулирование расхода (регулирование температуры), характеризующееся высокой скоростью реакции, может выполняться путем непосредственного определения положения по высоте уровня жидкости и регулирования степени открытия клапана 222 отбора (регулирования указанного соотношения площадей переноса тепла).

[0077] В то же самое время, если температура жидкого хладагента С3, вытекающего из комбинированного охладителя 22, не контролируется, то имеет место вытекание жидкого хладагента С3, имеющего температуру ниже, чем целевая температура переохлаждения, например, в случае повышения впускного давления комбинированного охладителя 22.

В свете вышеизложенного, в контуре хладагента С3, показанном на ФИГ. 7, обеспечен блок 354 регулирования температуры переохлаждения, выполненный с возможностью изменения установочного значения указанного диапазона высоты, если температура жидкого хладагента С3, определяемая блоком определения температуры (не показан), обеспеченным в приемнике 353, отклонилась от температуры переохлаждения, находящейся в пределах заранее установленного температурного диапазона.

[0078] Блок 354 регулирования температуры переохлаждения выполнен с возможностью изменения диапазона по высоте, устанавливаемого в блоке 357 регулирования уровня жидкости, таким образом, чтобы температура жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя 22, достигла температуры переохлаждения, находящейся в пределах указанного температурного диапазона. Блок 354 регулирования температуры переохлаждения вместе с вышеописанным блоком 357 регулирования уровня жидкости также образует блок регулирования температуры в данном примере.

[0079] В случае повышения температуры жидкого хладагента С3 в приемнике 353, указанный диапазон высоты изменяют в направлении увеличения указанной относительной площади переноса тепла на заднем участке трубы, функционирующем в качестве переохлаждающей секции, т.е. в направлении снижения температуры переохлаждения. В дополнение, в случае снижения температуры жидкого хладагента С3, указанный диапазон высоты изменяют в направлении уменьшения указанной относительной площади переноса тепла на заднем участке трубы, функционирующем в качестве переохлаждающей секции, т.е. в направлении повышения температуры переохлаждения.

[0080] Кроме того, труба 202 теплообменника 2 с воздушным охлаждением, образующего комбинированный охладитель 22 или т.п., не ограничена случаем, когда труба 202 изогнута зигзагообразно. Например, может использоваться теплообменник 2 с воздушным охлаждением, содержащий трубный пучок 206, имеющий конфигурацию «с одним трактом и множеством рядов». В данном трубном пучке 206 множество труб 202, каждая из которых проходит в поперечном направлении, расположены в вертикальном направлении, и оба конца каждой из труб 202 удерживаются посредством коллекторов 202а, внутреннее пространство каждого из которых не разделено.

[0081] Как описано выше, в случае трубного пучка 206 с одним трактом, весь трубный пучок 206 может быть расположен с наклоном таким образом, чтобы положение трубы 202 постепенно понижалось к стороне, расположенной дальше по потоку, в направлении потока хладагента С3. Благодаря такой компоновке, жидкий хладагент С3 накапливается в донной части коллектора 202а, со стороны выпускного отверстия которого жидкий хладагент С3 вытекает, и в задней области (заднем участке трубы) внутри трубы 202, и таким образом образована переохлаждающая секция. В то же самое время, передняя область (передний участок трубы), с которой не контактирует жидкий хладагент С3, служит в качестве конденсаторной секции.

Список ссылочных обозначений

[0082] 1 Установка для сжижения ПГ

2 Теплообменник с воздушным охлаждением (ACHE)

201 Вентилятор

202 Труба

21 Пароохладитель

211 Блок регулирования выпускной температуры

22 Комбинированный охладитель

221 Блок определения впускного давления

222 Клапан отбора

31 Теплообменник для предварительного охлаждения (С3-охладитель)

35 Компрессор хладагента С3

353 Приемник

354 Блок регулирования температуры хладагента С3

357 Блок регулирования уровня жидкости

37 Охладитель смешанного хладагента (С3-охладитель)

Предложена установка для сжижения природного газа, содержащая С3-охладитель, способный охлаждать природный газ, и сжижающий хладагент, предназначенный для сжижения природного газа, с помощью простой конфигурации. Установка (1) для сжижения природного газа содержит охладители (31) и (37), использующие пропан или пропилен в качестве хладагента, и компрессор (35) для сжатия парообразного хладагента, вытекающего из С3-охладителей (31) и (37). Пароохладитель (21) выполнен с возможностью охлаждения парообразного хладагента. Комбинированный охладитель (22) выполнен с возможностью использования переднего участка трубы (202) теплообменника (2) с воздушным охлаждением в качестве конденсаторной секции для конденсации хладагента. Комбинированный охладитель (22) выполнен с возможностью использования заднего участка трубы в качестве переохлаждающей секции для дополнительного охлаждения сконденсированного жидкого хладагента. Блок (354) регулирования температуры выполнен с возможностью регулирования температуры жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя 22, путем изменения соотношения площадей переноса тепла, представляющего собой соотношение между площадью переноса тепла на переднем участке трубы и площадью переноса тепла на заднем участке трубы. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Установка для сжижения природного газа, содержащая С3-охладитель, выполненный с возможностью охлаждения природного газа и охлаждения сжижающего хладагента, предназначенного для сжижения природного газа, с использованием пропана или пропилена в качестве жидкого хладагента,

причем установка для сжижения природного газа содержит:

компрессор, выполненный с возможностью сжатия парообразного хладагента, вытекающего из С3-охладителя в газообразном состоянии, после охлаждения природного газа и сжижения хладагента;

пароохладитель, выполненный с возможностью охлаждения парообразного хладагента, температура которого повышена в результате сжатия компрессором в газообразном состоянии;

комбинированный охладитель, выполненный на основе теплообменника с воздушным охлаждением, содержащего трубу, по которой подается парообразный хладагент, охлажденный пароохладителем, и которая выполнена с возможностью охлаждения протекающего внутри нее хладагента с помощью охлаждающего воздуха, подаваемого на ее внешнюю поверхность, причем в указанном теплообменнике с воздушным охлаждением использована труба, функционально разделенная на передний участок трубы и задний участок трубы, из которых передний участок трубы функционирует в качестве конденсаторной секции, выполненной с возможностью охлаждения и конденсации газообразного хладагента для получения жидкого хладагента, а задний участок трубы функционирует в качестве переохлаждающей секции для дополнительного охлаждения указанного жидкого хладагента для снижения его температуры; и

блок регулирования температуры, выполненный с возможностью регулирования температуры жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя, путем изменения соотношения площадей переноса тепла, представляющего собой соотношение между площадью переноса тепла на переднем участке трубы и площадью переноса тепла на заднем участке трубы.

2. Установка для сжижения природного газа по п. 1, в которой

труба комбинированного охладителя имеет конфигурацию, при которой она проходит в поперечном направлении, изогнута вниз в множестве мест изгиба и согнута с образованием зигзагообразной формы.

3. Установка для сжижения природного газа по п. 1, в которой блок регулирования температуры содержит:

блок определения температуры, выполненный с возможностью определения температуры жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя;

регулировочный клапан, выполненный с возможностью регулирования расхода жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя; и

регулятор степени открытия, выполненный с возможностью изменения степени открытия регулировочного клапана на основе значения температуры, определенного блоком определения температуры,

причем указанный регулятор степени открытия выполнен с возможностью изменения указанного соотношения площадей переноса тепла путем регулирования степени открытия регулировочного клапана, предназначенного для регулирования расхода жидкого хладагента, таким образом, чтобы температура жидкого хладагента, определяемая блоком определения температуры, достигла температуры переохлаждения, находящейся в пределах заранее установленного температурного диапазона.

4. Установка для сжижения природного газа по п. 1, в которой блок регулирования температуры содержит:

блок определения уровня жидкости, выполненный с возможностью определения положения по высоте уровня жидкого хладагента в трубе;

регулировочный клапан, выполненный с возможностью регулирования расхода жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя; и

регулятор степени открытия, выполненный с возможностью изменения степени открытия регулировочного клапана на основе положения по высоте уровня жидкости, определенного блоком определения уровня жидкости,

причем регулятор степени открытия выполнен с возможностью изменения указанного соотношения площадей переноса тепла путем регулирования степени открытия регулировочного клапана для регулирования расхода жидкого хладагента таким образом, чтобы положение по высоте уровня жидкости, определяемое блоком определения уровня жидкого хладагента, достигло высоты, находящейся в пределах заранее установленного диапазона высоты.

5. Установка для сжижения природного газа по п. 4, в которой

блок регулирования температуры содержит блок определения температуры, выполненный с возможностью определения температуры жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя,

причем регулятор степени открытия выполнен с возможностью регулирования степени открытия регулировочного клапана путем изменения установочного значения указанного диапазона высоты в случае, если температура жидкого хладагента, определенная блоком определения температуры, отклонилась от температуры переохлаждения, находящейся в пределах заранее установленного температурного диапазона, и таким образом установки в качестве температуры жидкого хладагента температуры переохлаждения, находящейся в пределах указанного температурного диапазона.

6. Установка для сжижения природного газа по п. 3 или 5, также содержащая:

блок определения давления, выполненный с возможностью определения впускного давления комбинированного охладителя,

причем в блоке регулирования температуры предусмотрен установочный диапазон температуры переохлаждения, устанавливаемый в соответствии с температурой кипения хладагента, соответствующей давлению, определяемому с помощью блока определения давления.

7. Установка для сжижения природного газа по п. 1, в которой

пароохладитель выполнен на основе теплообменника с воздушным охлаждением,

причем указанный теплообменник с воздушным охлаждением содержит трубу, по которой обеспечено протекание парообразного хладагента, сжатого компрессором, и которая выполнена с возможностью охлаждения протекающего внутри нее хладагента с помощью охлаждающего воздуха, подаваемого на ее внешнюю поверхность.

8. Установка для сжижения природного газа по п. 1, также содержащая:

приемный бак, который обеспечен на расположенной дальше по потоку стороне комбинированного охладителя и выполнен с возможностью приема жидкого хладагента, вытекающего из комбинированного охладителя.

9. Установка для сжижения природного газа по п. 8, также содержащая:

блок регулирования разности давлений, выполненный с возможностью поддержания разности между давлением парообразного хладагента на впускной стороне комбинированного охладителя и давлением в пространстве паровой фазы, образованном над жидким хладагентом, заключенным в приемном баке, в пределах заранее установленного диапазона разности давлений.