Способ и устройство для охлаждения криогенного теплообменника и способ сжижения углеводородного потока

Способ и устройство для охлаждения криогенного теплообменника и способ сжижения углеводородного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для охлаждения криогенного теплообменника.

В различных вариантах осуществления настоящего изобретения, в частности, описанных здесь, криогенный теплообменник приспособлен для сжижения углеводородного потока, например, потока природного газа.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу сжижения такого углеводородного потока.

Известно несколько типов криогенных теплообменников. Указанные криогенные теплообменники могут применяться для получения сжиженного природного газа (СПГ) при использовании известных способов сжижения потока природного газа. В процессе работы криогенный теплообменник, в общем, способен принимать углеводородный поток, который должен быть сжижен, проводить теплообмен между углеводородным потоком и потоком, по меньшей мере, частично испаряющегося хладагента, в результате чего, по меньшей мере, частично сжижается углеводородный поток, и способен выдавать, по меньшей мере, частично сжиженный углеводородный поток.

В зависимости, например, от состава углеводородного потока и давления, при котором углеводородный поток проходит через криогенный теплообменник, типичная температура, при которой, к примеру, природный газ начинает сжижаться, может составлять -135°C.

Однако при подготовке к нормальному режиму охлаждения и/или сжижения углеводородного потока криогенный теплообменник должен быть охлажден, что может являться, к примеру, частью процедуры запуска установки.

Для предотвращения повреждения криогенного теплообменника, включая, например, нарушение герметичности, которое может быть результатом неравномерности распределения термического расширения и сжатия в криогенном теплообменнике, операторы и изготовители таких криогенных теплообменников обычно рекомендуют, насколько возможно, избегать превышения определенной заданной максимальной скорости изменения температуры во времени.

С другой стороны, с целью снижения до минимума непроизводительного или квазиоптимального производственного периода криогенного теплообменника, операторы обычно хотят проводить охлаждение криогенного теплообменника с наивысшей возможной скоростью.

В патенте США №4809154 описывается автоматизированная система регулирования, применяемая для регулировки производственного оборудования для сжижения природного газа с использованием смешанного хладагента, причем функциональные параметры оборудования оптимизированы. Оптимизация осуществляется регулировкой параметров, а именно, регулировкой наличного количества компонентов смешанного хладагента, композиции, степени сжатия и скорости турбины компрессора, что позволяет достигнуть наивысшей производительности каждого блока оборудования, потребляющего энергию.

Подробнее, система технологического контроллера в патенте США '154 осуществлена с использованием параллельной технологической компьютерной системы, позволяющей выполнять параллельные процессы регулировки на нескольких процессорах, имеющих доступ к централизованному накопителю, в котором хранятся данные, характеризующие текущее состояние каждого датчика и каждого контроллера, взаимодействующего с производственным оборудованием. Для управления параллельными процессами регулировки поддерживается очередность запросов и очередность ответов и используется таблица приоритетов для разрешения конфликтов между параллельными функциональными технологическими контурами.

Система технологического контроллера, описанная в патенте США '154 может работать удовлетворительно, оптимизируя или поддерживая оптимальное количество или качество производимого сжиженного газа во время проведения процесса сжижения. Однако система технологического контроллера, описанная в патенте США '154, не подходит для регулировки криогенного теплообменника в процессе начального охлаждения при запуске, так как должна соблюдаться последовательность выполнения этапов, при которой не может использоваться система таблиц приоритетов и очередность запросов и ответов.

В настоящем изобретении предлагается устройство для охлаждения криогенного теплообменника, приспособленного для сжижения углеводородного потока, например потока природного газа, причем криогенный теплообменник установлен для приема углеводородного потока, который должен быть сжижен, и хладагента для проведения теплообмена между углеводородным потоком и хладагентом, в результате чего, по меньшей мере, частично сжижается углеводородный поток, а также для выгрузки, по меньшей мере, частично сжиженного углеводородного потока и отработавшего хладагента, прошедшего через криогенный теплообменник, при этом устройство содержит:

- контур циркуляции хладагента для передачи циркуляции отработавшего хладагента обратно к криогенному теплообменнику, причем контур циркуляции хладагента содержит по меньшей мере компрессор, циркуляционный клапан компрессора, охладитель и первый дроссельный клапан;

- программируемый контроллер, выполненный с возможностью:

(i) приема входных сигналов, представляющих собой сигналы датчиков, характеризующие один или более управляемых параметров;

(ii) генерирования командных сигналов для регулировки одного или более регулируемых параметров;

(iii) выполнения компьютерной программы причем компьютерная программа составлена для сети, содержащей по меньшей мере три модуля, при этом один или более из этих по меньшей мере трех модулей, принимают представления одного или более входных сигналов и создают представления одного или более командных сигналов;

при этом каждый из этих, по меньшей мере, трех модулей выполнен с возможностью:

(a) ожидать до приема запускающего сигнала; и

(b) начинать исполнение одной или нескольких считываемых компьютером команд в заданной последовательности при получении запускающего сигнала, по меньшей мере, до достижения модулем заданной цели модуля;

причем модули в сети соединены таким образом, что запускающий сигнал, принятый вторым и третьим модулем из указанных по меньшей мере трех модулей, соответствует коммуникационному сигналу, который генерируется, когда первый модуль из указанных по меньшей мере трех модулей достигает заданной цели для этого модуля.

Согласно другому аспекту, в изобретении предлагается способ охлаждения криогенного теплообменника, приспособленного для сжижения углеводородного потока, например потока природного газа, содержащий этапы, на которых:

- обеспечивают криогенный теплообменник, выполненный с возможностью приема углеводородного потока, который должен быть сжижен, и хладагента для проведения теплообмена между углеводородным потоком и хладагентом, в результате чего, по меньшей мере, частично сжижается углеводородный поток, а также с возможностью выгрузки указанного по меньшей мере частично сжиженного углеводородного потока и отработавшего хладагента, прошедшего через криогенный теплообменник,

- обеспечивают контур циркуляции хладагента для передачи отработавшего хладагента обратно к криогенному теплообменнику, причем контур циркуляции хладагента содержит по меньшей мере компрессор, циркуляционный клапан компрессора, охладитель и первый дроссельный клапан;

- активируют программируемый контроллер, который:

(i) принимает входные сигналы, представляющие сигналы датчиков, характеризующие один или более управляемых параметров;

(ii) генерирует командные сигналы для регулировки одного или более регулируемых параметров; и

(iii) выполняет компьютерную программу, причем компьютерная программа составлена для сети, содержащей по меньшей мере три модуля, при этом один или более из этих по меньшей мере трех модулей принимают представления одного или более входных сигналов и формируют представления одного или более командных сигналов;

при этом каждый из этих по меньшей мере трех модулей:

(a) ожидает до поступления запускающего сигнала; и

(b) начинает исполнение одной или более считываемых компьютером команд в заданной последовательности при приеме запускающего сигнала, по меньшей мере, до достижения заданной цели модуля для данного модуля;

причем генерирует коммуникационный сигнал, когда первый модуль из указанных по меньшей мере трех модулей, достигает заданной цели для этого модуля, при этом коммуникационный сигнал проходит ко второму и третьему модулю из указанных трех или более модулей, действуя как запускающий сигнал для второго и третьего модулей.

После охлаждения криогенного теплообменника способом, описанным выше и/или с использованием устройства, описанного выше, сжижение углеводородного потока можно проводить в один или несколько этапов, которые для получения сжиженного углеводородного продукта включают теплообмен углеводородного потока в криогенном теплообменнике.

Настоящее изобретение далее будет проиллюстрировано только на примере вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые неограничительные схематичные чертежи.

Фиг.1 - схема криогенного теплообменника согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Фиг.2 - схема криогенного теплообменника согласно другому варианту осуществления изобретения.

Фиг.3 - блок-схема модулей для автоматического охлаждения криогенного теплообменника, представленного на фиг.1 или фиг.2.

Фиг.4 - основная схема размещения криогенного теплообменника согласно другому варианту осуществления изобретения для проведения испытания.

Фиг.5 - схема размещения криогенного теплообменника, представленная на фиг.4, с обозначением точек контроля температур и давлений.

Фиг.6 - блок-схема модулей для проведения испытания в соответствии со схемой размещения криогенного теплообменника, представленной на фиг.4.

Фиг.7 - схема возможной модульной структуры, которая может быть включена в блок-схему, представленную на фиг.6.

В контексте этого описания одинаковой ссылочной позицией обозначена как линия (трубопровод), так и поток, который проходит по этой линии (трубопроводу). Одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые компоненты, потоки или линии (трубопроводы).

В описанных способах и устройствах применяется программируемый контроллер, который принимает входные сигналы, представляющие собой сигналы датчика, характеризующие один или несколько управляемых параметров в выбранном процессе, и генерирует командные сигналы для выполнения регулировки одного или нескольких регулируемых параметров в выбранном процессе. Программируемый контроллер может выполнять компьютерную программу, которая составлена для сети, состоящей по меньшей мере из трех модулей.

Такое разделение на модули способствует лучшей гибкости и облегчает управление процессом охлаждения и обслуживания программируемого контроллера. Различные модули могут манипулировать одним или несколькими клапанами и имеют по меньшей мере одну ясно определенную цель. Модули могут работать независимо друг от друга, однако несколькими модулями могут управляться общие параметры, которые могут подвергаться воздействию нескольких модулей. При указанном модульном принципе с применением независимых исполнительных модулей изобретение позволяет автоматизировать охлаждение теплообменника любого типа, включая, так называемые, спиральные и ребристо-пластинчатые теплообменники.

Один или несколько из этих по меньшей мере трех модулей принимают представления одного или нескольких входных сигналов и создают представления одного или нескольких командных сигналов. Каждый по меньшей мере из трех модулей выполнен так, чтобы:

(a) ожидать поступления запускающего сигнала;

(b) начать исполнение одной или нескольких считываемых компьютером команд в заданной последовательности при получении запускающего сигнала, по меньшей мере, до достижения данным модулем заданной цели.

Генерируется коммуникационный сигнал, который указывает, что модуль достиг заданной цели или выполнил ее. Коммуникационный сигнал может генерироваться непосредственно модулем, где-либо еще в программируемом контроллере, или он может включать в себя, например, сигнал датчика, который указывает, что заданное состояние в криогенном теплообменнике или вокруг него достигнуто. Для модуля заданная цель может являться промежуточным результатом, в этом случае модуль может продолжать выполнение дополнительных считываемых компьютером команд, например, для достижения дополнительной цели. Альтернативно, коммуникационным сигналом может регистрироваться завершение модулем выполнения программы.

Модули в сети соединены таким образом, что запускающий сигнал, полученный вторым и третьим модулем из этих по меньшей мере трех модулей, соответствует коммуникационному сигналу, который генерируется при достижении заданной цели первым модулем из этих по меньшей мере трех модулей.

При этом способе соединения модулей обеспечивается возможность регулировки многостадийного процесса, причем по меньшей мере одна указанная задача должна быть завершена перед началом решения одной или нескольких других задач и, при этом по меньшей мере две задачи должны быть выполнены одна за другой, в то время как другие задачи должны быть выполнены одновременно.

Нет какой-либо необходимости в управлении приоритетом различных задач, так как каждый модуль до начала выполнения своей задачи ожидает получения запускающего сигнала и генерирует коммуникационный сигнал после завершения своей задачи. Завершение задачи может быть представлено коммуникационным сигналом, который регистрирует достижение заданной цели, связанной с задачей для указанного модуля.

Любой сигнал, регистрирующий достижение модулем заданной цели, может быть передан и/или получен одним или несколькими очередными модулями, которые могут затем работать над одной или несколькими очередными задачами многостадийного процесса. Когда два или более очередных модулей получили коммуникационный сигнал, два или более очередных модуля готовы начать выполнение параллельно друг другу считываемых компьютером команд.

С целью разъяснения пунктов формулы настоящего изобретения и описания следует отметить, что после достижения модулем цели может быть генерирован коммуникационный сигнал, это может быть любой сигнал, на основании которого может быть сделано заключение, что модуль достиг заданной цели.

Очевидно, что второй и/или третий коммуникационные сигналы могут быть генерированы при достижении вторым и/или третьим модулем соответствующих целей, причем, второй и третий коммуникационные сигналы могут действовать как запускающие сигналы для одного или нескольких очередных модулей или использоваться в процедуре иным способом.

Выбранный модуль может выполнить задачу при некотором ограничении, налагаемом на один или несколько управляемых параметров, наряду с тем, что этот один или несколько управляемых параметров не регулируются выбранным рассматриваемым модулем, а регулируются, например, другим одновременно действующим модулем. В таком случае, выполнение задачи выбранным модулем будет автоматически задержано, если дальнейшее выполнение этой задачи приводит к нарушению указанного ограничения. Эта задержка может быть завершена, когда другой модуль, который действительно влияет на управляемый параметр, продвинулся в выполнении задачи так, что ограничение снято или переместилось, предоставляя возможность выбранному рассматриваемому модулю далее продвигаться в выполнении своей задачи.

Таким образом, эффект предложенной сетевой модульной структуры, включающей независимые модули, работающие параллельно, состоит в том, что регулирующее действие одного из модулей сдерживается параметром, на который оказывает воздействие другой модуль, регулирующий один или несколько управляемых параметров, т.е. модуль выполняет задачи квазипоследовательно, когда необходимо, и одновременно, если это возможно. В связи с этим, указанная сетевая модульная структура превосходно подходит для таких операций, как охлаждение криогенного теплообменника при определенных ограничениях.

Дополнительная возможность для взаимодействия по меньшей мере двух из модулей состоит в том, что контентный сигнал, генерированный одним модулем, принимает другой модуль, что вызывает изменение в работе другого модуля, кроме запуска этого модуля. В другом модуле контентный сигнал может, например, инициировать изменение параметра после того, как достигнуто определенное состояние первого модуля, при котором генерируется контентный сигнал.

Сеть модулей может быть образована таким образом, что запускающий сигнал, который регистрирует начало выполнения заданных команд для отдельного модуля, может быть «n-ным» запускающим сигналом, принятым этим модулем, при этом «n» может быть любым натуральным числом. Например, выбранному модулю необходимо ожидать пока три других модуля достигнут своих целей, и будет генерирован коммуникационный сигнал, после чего выбранный модуль может начать выполнять последовательно считываемые компьютером команды. При этом он, вероятно, должен ожидать, пока не получит три коммуникационных сигнала, действующих как запускающие сигналы и, таким образом, относящиеся к запускающему сигналу, который отмечает начало выполнения заданной последовательности команд для отдельного модуля, и которому предшествуют два более ранних запускающих сигнала, согласно этому примеру.

Программируемый контроллер может быть встроен в распределенную систему управления (DCS), причем, например, модули обеспечивают выходные данные через интерфейсный сервер, такой как OLE (связывание и встраивание объектов) для управления технологическим процессом (ОРС), который может осуществлять связь компьютерной программы с различными интерфейсными блоками, которые могут присутствовать в распределенной системе управления (DCS). При такой схеме распределенная система управления (DCS) может взять на себя регулировку регулируемых параметров (например, выбранных клапанов), не дожидаясь, пока программируемый контроллер переключит регулировку, что может потребоваться при аварийных или подобных ситуациях.

Авторы изобретения полагают, что программируемый контроллер описанного типа идеально подходит для автоматизации охлаждения криогенного теплообменника, приспособленного для сжижения углеводородного потока, например, потока природного газа.

При автоматизированном охлаждении криогенного теплообменника, предпочтительно, облегчается проведение охлаждения криогенного теплообменника с наибольшей возможной скоростью без превышения определенной максимальной скорости изменения температуры. Когда охлаждение криогенного теплообменника проводится при ручной регулировке, оператор обычно должен поддерживать более широкий интервал между скоростью изменения температуры и указанной максимальной скоростью.

Кроме того, практика показала, что из-за сложности операции в течение примерно 30% времени заданная максимальная скорость изменения температуры непреднамеренно превышена. Благодаря описываемой здесь автоматизации, этот процент, как ожидают, будет значительно снижен. Изобретатели оценивают, что время, в течение которого превышена максимальная скорость изменения температуры, может быть сокращено примерно до 12% времени, или может составлять по меньшей мере менее 15% времени.

Кроме того, способы и устройства, описанные здесь могут также применяться, чтобы исключить один или несколько пространственных температурных градиентов в криогенном теплообменнике или вокруг него, превышающих рекомендованное максимальное значение(я).

Преимущества способов и устройств, описанных здесь, более отчетливо проявляются при охлаждении противоточных криогенных теплообменников, предпочтительно, использующих внешний хладагент, причем, испаряющийся хладагент протекает навстречу потоку или потокам, которые должны быть охлаждены в криогенном теплообменнике противоточным потоком испаряющегося хладагента, по сравнению с охлаждением прямоточных криогенных теплообменников.

В способах и устройствах, описанных здесь, используются, так называемые, регулируемые параметры и управляемые параметры. Кроме того, если требуется, имеется также один или несколько отслеживаемых параметров.

В описании и в пунктах формулы изобретения используется термин «регулируемый параметр», который относится к параметрам, подлежащим регулированию программируемым контроллером, и также используется термин «управляемые параметры», который относится к параметрам, поддерживаемым программируемым контроллером при заданном значении (в дальнейшем называемом «уставка») или в пределах заданного диапазона («установленного диапазона»). Уставка или установленный диапазон не должны быть полностью фиксированными. Фактически, уставка или установленный диапазон будут часто подвергаться изменениям (рассчитанным в процессе охлаждения, или в заданной последовательности во времени). «Отслеживаемый параметр» аналогично управляемому параметру, измеряется и, если требуется, регистрируется, но в отличие от управляемого параметра, он не должен поддерживаться программируемым контроллером как уставка или в пределах установленного диапазона. Вместе с тем отслеживаемые параметры могут служить в качестве входных данных для программируемого контроллера, при этом, основываясь на этих отслеживаемых параметрах, программируемый контроллер может принимать решения или генерировать коммуникационные сигналы, или, например, на основании отслеживаемых параметров программируемый контроллер выдает предупредительный сигнал или останавливает и/или прерывает автоматическую процедуру.

Предпочтительно, один или несколько управляемых параметров включают скорость изменения температуры во времени для одной или более из следующих температур: температура хладагента на стороне впуска первого дроссельного клапана; температура хладагента на стороне выпуска первого дроссельного клапана, температура углеводородного потока в каком-либо месте внутри криогенного теплообменника и температура углеводородного потока ниже по потоку от криогенного теплообменника. Это является прямым показателем того, что дополнительно облегчается охлаждение криогенного теплообменника без превышения определенной максимальной скорости изменения температуры.

Один или несколько управляемых параметров вместо скорости изменения температуры, или в сочетании со скоростью изменения температуры, могут содержать выбранный пространственный температурный градиент в криогенном теплообменнике или вокруг него. Это облегчает охлаждение криогенного теплообменника без превышения определенного максимального пространственного температурного градиента. Подходящим пространственным температурным градиентом для поддержания в пределах заданного максимума является температурный градиент между трубой хладагента и стенкой корпуса.

Специалистам в данной области техники понятно, что максимальная скорость изменения температуры и/или максимальный пространственный температурный градиент обычно зависит от типа и/или определенной конструкции теплообменника, подвергающегося охлаждению. Определенные рекомендации относительно таких величин могут быть предоставлены изготовителем.

Если криогенный теплообменник содержит межтрубное пространство для испарения хладагента и трубное пространство для автоматического охлаждения хладагента, выбранный пространственный температурный градиент может отражать перепад температур между межтрубным пространством криогенного теплообменника и трубным пространством, содержащим хладагент.

Имеются другие предпочтительные температурные градиенты, которые используются, например, в схемах, в которых ниже по потоку от охладителя и выше по потоку от первого дроссельного клапана предусмотрен сепаратор жидкость/пар в циркуляционном контуре хладагента для получения частично сконденсированного хладагента и разделения потока частично сконденсированного хладагента на жидкую тяжелую фракцию хладагента и газообразную легкую фракцию хладагента, при этом через выход для жидкости выгружается жидкая тяжелая фракция хладагента и через выход для газа выгружается газообразная легкая фракция хладагента, указанные фракции проходят к криогенному теплообменнику, причем установлен первый дроссельный клапан для регулировки прохода одной из этих фракций, предпочтительно, легкой фракции хладагента.

В такой схеме выбранный пространственный температурный градиент может отражать один или более из следующих параметров: перепад температуры в криогенном теплообменнике между отработавшим хладагентом на выходе для газа и хладагентом на входе для газообразного хладагента; и перепад температур в криогенном теплообменнике между отработавшим хладагентом на выходе для жидкости и хладагентом на входе для жидкого хладагента.

Другие возможные управляемые параметры включают параметры, характеризующие эксплуатационные режимы одного или нескольких компрессоров, например, режим помпажа. Так называемый параметр отклонения давления, может быть определен на основе данных датчика, чтобы подсчитать отклонение давления при режиме помпажа и при фактическом эксплуатационном режиме компрессора. Типичные данные датчика, которые принимаются во внимание для определения параметра отклонения давления, включают поток через соответствующую ступень компрессора и входное и выходное давление на соответствующей ступени.

Для автоматического охлаждения криогенного теплообменника одним или более регулируемыми параметрами могут быть один или два следующих параметров: уставка первого дроссельного клапана, определяющая степень открытия первого дроссельного клапана; и любая уставка давления, посредством которой регулируется давление хладагента выше по потоку от первого дроссельного клапана. Примером такой уставки давления является уставка циркуляционного клапана компрессора, определяющая степень открытия циркуляционного клапана компрессора. Степень открытия первого дроссельного клапана непосредственно влияет на скорость охлаждения криогенного теплообменника, потому что эта величина является одним из факторов, определяющих эффект Джоуля-Томпсона, который возникает при прохождении потока хладагента через дроссельный клапан и определяет холодопроизводительность хладагента. Одним из способов регулировки давления и расхода хладагента является изменение степени открытия циркуляционного клапана, так как степень открытия циркуляционного клапана компрессора оказывает влияние на скорость охлаждения криогенного теплообменника и также влияет на эффект Джоуля-Томпсона в первом дроссельном клапане.

Само собой разумеется, что имеются и другие регулируемые параметры, с помощью которых можно регулировать давление и/или расход хладагента, например, скорость компрессора. Таким образом, скорость компрессора может также использоваться как один из регулируемых параметров. Однако в отличие от регулировки скорости компрессора, клапан, который оказывает непосредственное влияние на давление, весьма подходит для последовательного регулирования.

Способы и устройства, описанные здесь, могут использоваться в способах сжижения углеводородного потока, например, потока природного газа. В таком случае, после охлаждения криогенного теплообменника следует нормальная операция, при которой углеводородный поток охлаждают в криогенном теплообменнике до его сжижения, предпочтительно, с последующим переохлаждением в криогенном теплообменнике или в дополнительном теплообменнике.

Желательно сжижать поток природного газа по ряду причин. Например, легче хранить и транспортировать на большие расстояния природный газ в жидком состоянии, чем в газообразном состоянии, поскольку он занимает меньший объем и для его хранения не требуется высокое давление.

Обычно природный газ, содержащий, главным образом, метан, поступает на завод по сжижению природного газа при повышенном давлении и предварительно обрабатывается для производства очищенного исходного сырья, подходящего для сжижения при криогенных температурах. Очищенный газ обрабатывают посредством охлаждения в несколько стадий, в которых используются теплообменники для постепенного снижения его температуры до достижения сжижения. Затем жидкий природный газ, если требуется, дополнительно охлаждают и дросселируют, используя одну или несколько стадий дросселирования, до конечного атмосферного давления, подходящего для хранения и транспортировки. Выделяющийся пар на каждой стадии дросселирования может использоваться как заводское газовое топливо.

Отмечено, что в заявке США 2006/0213223 A1 описывается ожижительная установка и способ получения сжиженного газа. Регулировка установки может быть полностью или частично автоматизированной, например, при использовании соответствующего компьютера с программируемой логической схемой (PLC), при использовании схемы с обратной связью и схемы без обратной связи, при использовании пропорционально-интегрально-дифференциального (PID) регулирования. Однако в заявке США 2006/0213223 не сообщается компьютерная программа или алгоритм, как описано в настоящей заявке.

Как схематично показано на фиг.1, предусмотрен криогенный теплообменник 1, в который через трубопровод 2 и входное отверстие 7 для углеводородного потока, поступает углеводородный поток, который должен быть сжижен благодаря теплообмену между углеводородным потоком и по меньшей мере частично испаряющимся хладагентом 3. В результате теплообмена углеводородный поток может быть сжижен по меньшей мере частично. Предпочтительно, по меньшей мере частично сжиженный углеводородный поток выгружается через выходное отверстие 8 для углеводородного потока и подается в трубопровод 4. В одном из вариантов осуществления изобретения, как показано на чертеже, трубопровод 2 и трубопровод 4 соединяются посредством трубного пространства 29. Однако возможны теплообменники других типов.

Криогенный теплообменник 1 содержит входное отверстие 5 для поступающего извне хладагента и выходное отверстие 6 для отработавшего хладагента, который прошел через криогенный теплообменник. Контур 10 циркуляции хладагента предусмотрен для циркуляции отработавшего хладагента назад к входному отверстию 5. Контур 10 циркуляции хладагента содержит по меньшей мере компрессор 11, циркуляционный клапан 12 компрессора, охладитель 13 и первый дроссельный клапан 14 (первый клапан Джоуля-Томпсона).

На практике, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, дроссельный клапан может использоваться в сочетании с расширителем. Однако, в частности, в процессе охлаждения теплообменника для регулировки охлаждения предпочтительно используют дроссельный клапан.

На практике, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, компрессор может содержать несколько ступеней сжатия, например 15 ступеней сжатия или более. Ряд этих ступеней, например 15 из этих ступеней, могут образовывать осевой компрессор или центробежный компрессор, размещенный в одном кожухе. Каждая ступень может содержать специальный циркуляционный клапан и/или один циркуляционный клапан может использоваться любым количеством последующих ступеней. Несколько компрессоров или компрессорных кожухов могут быть расположены последовательно один за другим, образуя компрессорную линию. За каждым кожухом (или ступенью компрессора) может следовать любое количество дополнительных охладителей (или промежуточных охладителей) и дополнительных каплеуловителей для удаления любой жидкости из сжатого пара перед прохождением сжатого пара к следующей ступени сжатия. После последней ступени сжатия поток сжатого хладагента может быть охлажден.

Однако с целью иллюстрации настоящего изобретения на фиг.1 и 2 схематично изображена упрощенная компрессорная линия, включающая только один компрессор и один циркуляционный клапан.

В процессе работы отработавший (по меньшей мере частично испарившийся) хладагент выходит из теплообменника 1 через выходное отверстие 6 и по меньшей мере одна его часть проходит к всасывающему отверстию компрессора 11 через трубопровод 25.

Газообразная часть потока отработавшего хладагента находится в трубопроводе 25 в сжатом состоянии, чтобы вырабатывался поток 16 сжатого хладагента, который впоследствии охлаждается в одном или нескольких охладителях, изображенных на чертеже как охладитель 13, таким образом, по меньшей мере, из потока 16 сжатого частично сконденсированного хладагента формируется, по меньшей мере, поток 17 частично сконденсированного хладагента. По меньшей мере, поток 17 частично сконденсированного хладагента дросселируется посредством первого дроссельного клапана 14 и впоследствии поступает в теплообменник 1 через входное отверстие 5.

Как показано на фиг.1, поток хладагента проходит через теплообменник 1 параллельно углеводородному потоку (слева направо). Однако указанный поток может быть направлен противоточно, как, например, показано на фиг.2.

На фиг.2 представлена схема альтернативного криогенного теплообменника, который содержит аналогичные элементы, что и в варианте осуществления изобретения, представленном на фиг.1, и, кроме того, включает трубное пространство 15 хладагента для автоматического охлаждения хладагента. В теплообменнике 1 происходит теплообмен как углеводородного потока 2, так и хладагента, с противоточным испаряющимся хладагентом. Поток 16 сжатого хладагента впоследствии охлаждается в одном или нескольких охладителях, изображенных на чертеже как охладитель 13, с последующим охлаждением в теплообменнике 1, поступая через трубное пространство 15, таким образом, по меньшей мере, из потока 16 сжатого частично сконденсированного хладагента формируется, по меньшей мере, поток 17 частично сконденсированного хладагента. Автоматически охлажденный, по меньшей мере, поток 17 частично сконденсированного хладагента, выходит через выход 18 теплообменника и проходит через первый дроссельный клапан 14 до его поступления через входное отверстие 5 в теплообменник 1, где он имеет возможность, по меньшей мере, частично испаряться.

Если требуется, может быть предусмотрена система подпитки хладагента, которая способна изменять наличие компонентов хладагента, в частности, в случае смешанного хладагента.

Изобретатели обнаружили, что, в идеале, можно автоматизировать выполнение последовательности этапов и задач, посредством которых лучше всего обеспечивается охлаждение криогенного теплообменника, с использованием программируемого контроллера, как описывалось ранее, причем, один или несколько из перечисленных далее параметров являются управляемыми параметрами:

- скорость изменения температуры хладагента стороне впуска первого дроссельного клапана;

- скорость изменения температуры хладагента на стороне выпуска первого дроссельного клапана;

- скорость изменения температуры углеводородного потока в каком-либо месте внутри криогенного теплообменника;

- скорость изменения температуры углеводородного потока ниже по ходу криогенного теплообменника;

- первый перепад температур потока хладагента в первом дроссельном клапане (разность температур хладагента на стороне впуска первого дроссельного клапана и хладагента на стороне выпуска первого дроссельного клапана);

- температурный градиент, отражающий перепад температур между отработавшим хладагентом (на выходе 6 или вблизи него или в трубопроводе 25) и хладагентом на входе 5 криогенного теплообменника 1;

- температурный градиент, отражающий перепад температур между межтрубным пространством криогенного теплообменника 3 и трубным пространством, в котором содержится хладагент (например, трубным пространством 15);

- давление всасывания в потоке хладагента на стороне всасывания компрессора; наряду с тем, регулируемыми параметрами являются параметры:

- первая уставка дроссельного клапана, например, определяющая степ