一种LNG液化装置及其控制方法与流程

一种lng液化装置及其控制方法
技术领域
1.本技术涉及制冷技术领域，具体涉及一种lng液化装置及其控制方法。


背景技术：

2.目前国内外的液化天然气(liquefied natural gas，lng)液化装置基本都采用混合冷剂制冷工艺，其特点是混合制冷剂的不同组分在冷箱的不同温度段与天然气的换热，二者间的温差可以保持在一个较低的水平，类似于阶式循环制冷工艺设计无数个单独的循环系统串联，但又避免了阶式系统设备繁多、操作复杂等缺点，主要工艺流程如下：
3.原料气经净化后进入冷箱与混合冷剂换热，分离重烃后节流得到常压下的液化天然气。混合冷剂经冷剂压缩机增压后首先经冷箱预冷后再节流降温进入冷箱为其他热流股提供冷量，出冷箱的常温冷剂回到冷剂压缩机入口继续循环制冷。
4.在lng液化装置运行过程中，由于气相j-t阀故障或者冷箱冷剂配比出现问题等故障导致冷剂压缩机入口流量过低时，冷剂压缩机的防喘振系统会发出指令，冷剂压缩机的防喘阀会瞬时打开，此时冷剂压缩机的入口流量和入口压力会瞬时增大，导致冷剂压缩机的电机负荷超载，电机电流过大，冷剂压缩机自动保护会自动停机，此时冷剂压缩机入口的压力会瞬时增大，导致冷剂压缩机入口的安全阀起跳，大量冷剂放空到火炬，造成冷剂浪费，并且污染环境。
5.由于冷剂压缩机突然停机，还需要操作人员重新启动冷剂压缩机，重新补充冷剂，也延长了lng液化装置重新启车出液的时间，造成电费损失。


技术实现要素：

6.本技术实施例中提供一种lng液化装置及其控制方法，能够防止lng液化装置中的冷剂压缩机过载停机。
7.一方面，本技术提供一种lng液化装置，包括：
8.冷剂压缩机、冷箱、防喘阀、入口分离器、dcs系统、压力变送器、调节阀、气相j-t阀以及液相j-t阀，其中：
9.所述冷剂压缩机包括压缩机、冷水器以及出口分离器，所述防喘阀设置在所述冷水器的出口与所述入口分离器的入口之间；
10.所述压力变送器以及所述调节阀安装在所述入口分离器的出口以及所述压缩机的入口之间，所述压力变送器通过电缆与所述dcs系统中的ai卡件连通，所述调节阀与所述dcs系统中的ao卡件连通；
11.所述出口分离器的出口分别通过液相管道与气相管道与所述冷箱连通，所述液相j-t阀安装在所述液相管道上，所述气相j-t阀安装在所述气相管道上；
12.所述冷箱包括冷剂出口、天然气入口以及lng出口，所述冷剂出口与所述入口分离器的入口连通。
13.在一些实施例中，所述冷剂压缩机包括一级冷剂压缩机以及二级冷剂压缩机，所
述一级冷剂压缩机包括一级压缩机、一级冷水器以及一级出口分离器，所述二级冷剂压缩机包括二级压缩机、二级冷水器以及二级出口分离器，其中，所述一级压缩机、所述一级冷水器、所述一级出口分离器、所述二级压缩机、所述二级冷水器以及所述二级出口分离器依次连通。
14.在一些实施例中，所述防喘阀包括一级防喘阀和二级防喘阀，所述一级防喘阀设置在所述一级冷水器的出口与所述入口分离器的入口之间，所述二级防喘阀设置在所述二级冷水器的出口与所述入口分离器的入口之间。
15.在一些实施例中，所述lng液化装置还包括一级出口分离器增压泵，所述一级出口分离器增压泵安装在所述一级出口分离器的出口及所述二级出口分离器的入口之间。
16.在一些实施例中，所述二级出口分离器的出口分别通过液相管道与气相管道与所述冷箱连通。
17.在一些实施例中，所述压力变送器以及所述调节阀安装在所述入口分离器的出口以及所述一级压缩机的入口之间。
18.在一些实施例中，所述冷箱中设置有冷剂管道，所述液相管道的出口与所述气相管道的出口与冷剂管道的入口连通，所述冷剂管道的出口与所述冷剂出口连通。
19.另一方面，本技术提供一种lng液化装置的控制方法，所述方法应用于上述的lng液化装置，所述方法包括：
20.压力变送器获取冷剂压缩机的入口压力值；
21.压力变送器将所述入口压力值通过ai卡件发送给所述dcs系统中的控制模块；
22.所述控制模块根据所述入口压力值与预设的压力阈值生成调节阀控制指令；
23.所述控制模块通过ao卡件将所述控制指令发送至调节阀；
24.所述调节阀根据所述控制指令进行开度调节。
25.在一些实施例中，所述控制模块根据所述入口压力值与预设的压力阈值生成调节阀控制指令，包括：
26.若所述入口压力值大于预设的第一压力阈值且小于第二压力阈值，则所述控制模块生成第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述调节阀根据预设速度将流量调整至预设开度，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值；
27.若所述入口压力值大于预设的第二压力阈值，则所述控制模块生成第二控制指令，所述第二控制指令用于指示所述调节阀将所述流量直接调整至所述预设开度。
28.在一些实施例中，所述第一压力阈值为0.2mpa，所述第二压力阈值为0.25mpa。
29.相对于现有技术，本技术的有益效果是：本实施例提供的lng液化装置，在入口分离器的出口以及压缩机的入口之间安装有压力变送器以及调节阀，并且压力变送器通过电缆与dcs系统中的ai卡件连通，调节阀与dcs系统中的ao卡件连通，dcs系统可以通过压力变送器获取到冷剂压缩机入口前的压力值，当压力值过大时，可以通过控制调节阀的开度从而降低冷剂压缩机入口的压力，从而防止lng液化装置中的冷剂压缩机因过载而停机，避免由于冷剂放空而导致的环境污染，以及节省由于lng液化装置重新启车出液的时间，节约重启电费。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本技术实施例提供的lng液化装置一个结构示意图；
32.图2是本技术实施例提供的lng液化装置的控制方法的一个流程示意图；
33.图3是本技术实施例提供的计算机设备的一个示意性框图。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本技术中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。
37.针对上述lng液化装置中的冷剂压缩机在正常运行中防喘阀突然打开造成大量冷剂放空，冷剂压缩机停机延长了lng液化装置重新启车出液时间的缺点，本技术提供一种新的安全可靠的lng液化装置，实现lng液化装置冷剂压缩机防喘阀突然打开时不会造成冷剂压缩机过载停机的新技术。
38.本技术实施例提供一种lng液化装置，lng液化装置包括冷剂压缩机、冷箱、防喘阀、入口分离器、dcs系统、压力变送器、调节阀、气相j-t阀以及液相j-t阀，冷剂压缩机包括压缩机、冷水器以及出口分离器，防喘阀设置在冷水器的出口与入口分离器的入口之间。以下分别进行详细说明。
39.请参阅图1，图1是本技术实施例提供的lng液化装置一个实施例结构示意图。如图1所示，本技术实施例中：
40.在一些实施例中，本实施例中的lng液化装置中的冷剂压缩机为离心式压缩机，采用两级压缩，此时，冷剂压缩机包括一级冷剂压缩机以及二级冷剂压缩机，一级冷剂压缩机包括一级压缩机11、一级冷水器12以及一级出口分离器13，二级冷剂压缩机包括二级压缩机21、二级冷水器22以及二级出口分离器23，其中，一级压缩机11、一级冷水器12、一级出口分离器13、二级压缩机21、二级冷水器22以及二级出口分离器23依次连通。
41.压力变送器31以及调节阀41安装在入口分离器51的出口以及一级压缩机11的入口之间，压力变送器31通过电缆与分散控制系统(distributed control system，dcs)61中的模拟量输入(analog input，ai)卡件62连通，调节阀41与dcs系统61中的模拟量输出(analog output，ao)卡件63连通；其中，本实施例中的电缆为仪表电缆，并且为了确保信号传输稳定，压力变送器31及调节阀41与dcs系统61之间不采用无线传输方式。
42.在一些实施例中，入口分离器51为一级冷剂压缩机中的入口部件。
43.二级出口分离器23的出口分别通过液相管道与气相管道与冷箱71连通，液相j-t阀81安装在液相管道上，气相j-t阀91安装在气相管道上；其中，具体地，冷箱中设置有冷剂管道，液相管道的出口与气相管道的出口与冷剂管道的入口连通，冷剂管道的出口与冷剂出口连通。
44.在一些实施例中，液相j-t阀81和气相j-t阀91属于冷箱71的部件。
45.冷箱71包括冷剂出口、天然气入口以及lng出口，冷剂出口与入口分离器的入口连通。
46.防喘阀包括一级防喘阀111和二级防喘阀121，一级防喘阀111设置在一级冷水器12的出口与入口分离器51的入口之间，二级防喘阀121设置在二级冷水器22的出口与入口分离器51的入口之间。
47.在一些实施例中，lng液化装置还包括一级出口分离器增压泵14，一级出口分离器增压泵14安装在一级出口分离器的出口及二级出口分离器的入口之间。
48.本实施例中，入口分离器51的入口前安装有冷剂补充线。
49.具体地，本实施例中的各个部件通过管道连通。
50.为了进一步描述本实施例中的lng液化装置，以下对本实施例中的lng液化装置的工作流程进行描述：
51.冷剂压缩机启机时，一级防喘阀111和二级防喘阀121处于全部打开状态，冷箱71的气相j-t阀91和液相j-t阀81处于关闭状态，然后通过图1中的冷剂补充线向冷剂循环系统中补充各种冷剂，在补充冷剂过程中，逐渐关闭一级防喘阀111和二级防喘阀121，逐步打开气相j-t阀91和液相j-t阀81，从而实现冷剂压缩机的逐步加载过程，冷剂系统实现闭式循环过程，天然气逐步降温变为液态lng。
52.其中，lng液化装置中的冷剂采用氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷混合冷剂，混合冷剂中的重组分丙烷和异戊烷在一级出口分离器和二级出口分离器中分离出来，然后进入冷箱，经过液相j-t阀81制冷，再进入冷箱换热后，与气相j-t阀91后的气相冷剂混合，回到入口分离器51，分离混合冷剂中的重组分，防止重组分进入冷剂压缩机。气相冷剂经过入口分离器51分离后再进入冷剂压缩机重复压缩，开始新的循环。
53.需要说明的是，为了解决上述技术问题，本技术中的lng液化装置主要有以下改进：
54.1、安装压力变送器31(pi)以及调节阀41：
55.在入口分离器51和一级压缩机11的入口之间的管道上安装一个调节阀41，在入口分离器出口和新安装的调节阀41之间的管道上装一个压力变送器51，用来监测冷剂压缩机入口压力，压力变送器31的信号通过仪表电缆连接到lng液化装置dcs系统61的ai卡件62上，调节阀41的信号通过仪表电缆连接到lng液化装置dcs系统61上的ao卡件63上，为了确保信号传输稳定，不采用无线传输方式。
56.2、dcs系统组态
57.在lng液化装置的dcs系统61上进行程序组态，组态一个控制逻辑，控制逻辑在dcs系统61上执行，dcs系统61中的数据通过ai卡件62以及ao卡件63进行获取及发送。主要原理是通过冷剂压缩机入口压力变送器31监测的压力来控制新安装的调节阀41。控制逻辑为当冷剂压缩机入口压力超过一个预设的设定值后，调节阀41自动关闭到一个预设的开度，达到控制冷剂压缩机入口流量，防止冷剂压缩机过载超电流停机。
58.在一些实施例中，本技术中的dcs系统61中设置有pid功能控制块以及calc模块，pid功能控制块用于控制调节阀41缓慢关小，calc模块用于控制调节阀41瞬间关小，具体如下：
59.(1)、pid功能控制块：
60.压力变送器31获取到的测量值(meas)和设定值(spt)比对，当压力变送器31获取到的测量值高于设定值后，新增加的调节阀41会按照pid功能控制块中设置的pid参数缓慢关小，从而限制入口分离器51进入一级压缩机11入口的冷剂流量过大，保证冷剂压缩机不出现超负荷停机现象。
61.(2)、calc模块：
62.为了提高新增加调节阀41的反应速度，解决冷剂压缩机防喘阀快速打开，冷剂压缩机一级压缩机11入口压力增加过快，新增加的调节阀41关小速度跟不上一级压缩机11压力上升的速度，在dcs系统61中使用了一个的calc模块(计算块)功能，通过该计算块的逻辑控制，当冷剂压缩机入口压力高于一个预先的设定值后，这个预先的设定值也可以根据需要随意设定，例如设定为0.25mpa。新增加调节阀41会瞬间关小到一个预先设定的开度，这个预先设定的开度可以根据现场具体情况随意设定，例如设定为30％，这样可以使进入到一级压缩机11入口的冷剂瞬间控制在正常的流量范围内，确保冷剂压缩机正常运行，不出现过载停机。
63.上面(1)和(2)中所描述的功能都是控制冷剂量流量的，这两个模块可以根据预先的设定值自动选择瞬时关还是缓慢关，调节阀41常规动作组态中的pid功能控制块中冷剂压缩机入口压力设定值为0.2mpa，瞬时关小功能组态中的calc模块(计算块)中冷剂压缩机入口压力设定值为0.25mpa，瞬时关小功能组态中设定值比常规动作组态的设定值要高0.05mpa。这样当冷剂压缩机的防喘阀打开时，冷剂压缩机中一级压缩机11压力升高到常规动作组态的设定值时，新增加的入口调节阀缓慢关小，当一级压缩机11入口压力继续升高，达到瞬时关小功能组态的设定值时，新增加的入口调节阀就瞬时关小，从而达到了防止冷剂压缩机过载停机的现象。
64.此外，如图2所示，本实施例还提供一种lng液化装置的控制方法，方法应用于上述的lng液化装置，方法包括以下步骤：
65.201、压力变送器获取冷剂压缩机的入口压力值。
66.如图1中的lng液化装置所示，lng液化装置通过设置在入口分离器51的出口以及一级压缩机11的入口之间压力变送器，获取冷剂压缩机的入口压力值。
67.202、压力变送器将入口压力值通过ai卡件发送给dcs系统中的控制模块。
68.本实施例中，ai卡件与压力变送器之间通过电缆连接，其中，该控制模块包括上述的pid功能控制块以及calc模块。
69.203、控制模块根据入口压力值与预设的压力阈值生成调节阀控制指令。
70.本实施例中，具体地，若入口压力值大于预设的第一压力阈值且小于第二压力阈值，则控制模块生成第一控制指令，第一控制指令用于指示调节阀根据预设速度将流量调整至预设开度，第二压力阈值大于第一压力阈值；若入口压力值大于预设的第二压力阈值，则控制模块生成第二控制指令，第二控制指令用于指示调节阀将流量直接调整至预设开度。
71.其中，第一压力阈值可以为0.2mpa，第二压力阈值可以为0.25mpa，预设开度可以为30％，预设速度可以为1秒开度减少10％，这些数值均可以根据实际情况进行设定，具体此处不做限定。
72.204、控制模块通过ao卡件将控制指令发送至调节阀。
73.本实施例中，ao卡件与压力变送器之间通过电缆连接。
74.205、调节阀根据控制指令进行开度调节。
75.本实施例中，当为第一控制指令时，此时调节阀根据预设速度将流量调整至预设开度，当为第二控制指令时，此时调节阀将流量直接调整至预设开度。
76.相对于现有技术，本技术的有益效果是：本实施例提供的lng液化装置，在入口分离器的出口以及压缩机的入口之间安装有压力变送器以及调节阀，并且压力变送器通过电缆与dcs系统中的ai卡件连通，调节阀与dcs系统中的ao卡件连通，dcs系统可以通过压力变送器获取到冷剂压缩机入口前的压力值，当压力值过大时，可以通过控制调节阀的开度从而降低冷剂压缩机入口的压力，从而防止lng液化装置中的冷剂压缩机因过载而停机，避免由于冷剂放空而导致的环境污染，以及节省由于lng液化装置重新启车出液的时间，节约重启电费。
77.请参阅图3，图3是本技术实施例提供的一种计算机设备的示意性框图。该计算机设备300可以是lng液化装置中的dcs系统。
78.参阅图3，该计算机设备300包括通过系统总线301连接的处理器302、存储器和网络接口305，其中，存储器可以包括非易失性存储介质303和内存储器304。
79.该非易失性存储介质303可存储操作系统3031和计算机程序3032。该计算机程序3032包括程序指令，该程序指令被执行时，可使得处理器302执行一种lng液化装置的控制方法。
80.该处理器302用于提供计算和控制能力，以支撑整个计算机设备300的运行。
81.该内存储器304为非易失性存储介质303中的计算机程序3032的运行提供环境，该计算机程序3032被处理器302执行时，可使得处理器302执行一种lng液化装置的控制方法。
82.该网络接口305用于与其它设备进行网络通信。本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用
于其上的计算机设备300的限定，具体的计算机设备300可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
83.其中，所述处理器302用于运行存储在存储器中的计算机程序3032，以实现如下步骤：
84.通过压力变送器获取冷剂压缩机的入口压力值；
85.通过压力变送器将所述入口压力值通过ai卡件发送给所述dcs系统中的控制模块；
86.通过所述控制模块根据所述入口压力值与预设的压力阈值生成调节阀控制指令；
87.通过所述控制模块通过ao卡件将所述控制指令发送至调节阀，使得所述调节阀根据所述控制指令进行开度调节。
88.在一实施例中，处理器302在实现所述控制模块根据所述入口压力值与预设的压力阈值生成调节阀控制指令步骤时，具体实现如下步骤：
89.若所述入口压力值大于预设的第一压力阈值且小于第二压力阈值，则通过所述控制模块生成第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述调节阀根据预设速度将流量调整至预设开度，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值；
90.若所述入口压力值大于预设的第二压力阈值，则通过所述控制模块生成第二控制指令，所述第二控制指令用于指示所述调节阀将所述流量直接调整至所述预设开度。
91.应当理解，在本技术实施例中，处理器302可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器302还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
92.本领域普通技术人员可以理解的是实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。该计算机程序包括程序指令，计算机程序可存储于一存储介质中，该存储介质为计算机可读存储介质。该程序指令被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现上述方法的实施例的流程步骤。
93.因此，本技术还提供一种存储介质。该存储介质可以为计算机可读存储介质。该存储介质存储有计算机程序，其中计算机程序包括程序指令。该程序指令被处理器执行时使处理器执行如下步骤：
94.通过压力变送器获取冷剂压缩机的入口压力值；
95.通过压力变送器将所述入口压力值通过ai卡件发送给所述dcs系统中的控制模块；
96.通过所述控制模块根据所述入口压力值与预设的压力阈值生成调节阀控制指令；
97.通过所述控制模块通过ao卡件将所述控制指令发送至调节阀，使得所述调节阀根据所述控制指令进行开度调节。
98.在一实施例中，所述处理器在执行所述程序指令而实现所述控制模块根据所述入口压力值与预设的压力阈值生成调节阀控制指令步骤时，具体实现如下步骤：
99.若所述入口压力值大于预设的第一压力阈值且小于第二压力阈值，则通过所述控
制模块生成第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述调节阀根据预设速度将流量调整至预设开度，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值；
100.若所述入口压力值大于预设的第二压力阈值，则通过所述控制模块生成第二控制指令，所述第二控制指令用于指示所述调节阀将所述流量直接调整至所述预设开度。
101.所述存储介质可以是u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机可读存储介质。
102.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
103.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
104.本技术实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本技术实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。
105.该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，终端，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
106.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。