LNG工厂中使用双流压缩机的并行压缩

IPC分类号 : F25J1/00,F25J1/02,F17C5/02,F17C13/00

申请号

CN201810263859.X

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专利摘要

提供一种通过消除制冷剂压缩系统的瓶颈来提高天然气液化过程的容量和效率的系统和方法。提供包括至少一个双流压缩机的次压缩回路流体流动并联相连主压缩回路的至少一部分。

权利要求

1.一种压缩系统，其被可操作地配置为压缩具有第一压力的第一制冷剂的第一流以产生具有完全压缩压力的第一压缩制冷剂流，所述压缩系统包括：

至少一个预冷却热交换器，所述至少一个预冷却热交换器中的每一个被可操作地配置为通过与所述第一制冷剂间接热交换来冷却烃流体；

主压缩回路，其具有多个主压缩机级和多个部分压缩的流，所述多个压缩机级中的每一个都具有吸入侧和排出侧，所述多个部分压缩的流中的每一个与所述多个主压缩机级中的一个的出口和所述多个主压缩机级中的另一个的入口流体流动相连，所述多个部分压缩的流中的每一个具有高于所述第一压力且低于所述完全压缩压力的压力，所述多个部分压缩的流中的每一个的压力不同于所述多个部分压缩的流中的每个其他的压力，所述多个主压缩机级的最终主压缩机级具有产生第一压缩的制冷剂蒸汽的第一部分的出口；

次压缩回路，其包括双流压缩机，该双流压缩机具有壳体，所述壳体限定内部容积、第一入口、第二入口以及产生所述第一压缩制冷剂流的第二部分的出口，所述第一压缩制冷剂流的第二部分与所述第一压缩制冷剂流的第一部分流体流动相连，所述壳体还包括位于所述内部容积中的第一压缩机级和第二压缩机级，所述第一压缩机级具有第一吸入侧、第一排出侧、至少一个第一叶轮和至少一个第一扩散器，所述第二压缩机级具有第二吸入侧、第二排出侧、至少一个第二叶轮和至少一个第二扩散器，所述第一吸入侧远离所述第二吸入侧，并且所述第一排出侧靠近所述第二排出侧；

位于所述至少一个预冷却热交换器的第一预冷却热交换器的下游并与其流体流动相连的第一侧流，所述第一侧流具有第一侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第一部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第一主压缩机级的入口的上游并与其流体流动相连的第一混合流，所述第一侧流具有与所述双流压缩机的第一入口流体流动相连的第二部分；和

位于所述至少一个预冷却热交换器的第二预冷却热交换器的下游并与其流体流动相连的第二侧流，所述第二侧流具有第二侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第二部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第二主压缩机级的入口的上游并与其流体流动相连的第二混合流，所述第二侧流具有与所述双流压缩机的第二入口流体流动相连的第二部分；

其中所述第一入口位于所述第一压缩机级的第一吸入侧上，所述第二入口位于所述第二压缩机级的第二吸入侧上，并且所述出口位于所述第一排出侧和所述第二排出侧的近侧。

2.权利要求1所述的压缩系统，其中所述多个主压缩机级包含在单独主压缩机壳体内。

3.权利要求1所述的压缩系统，其中所述至少一个第一叶轮由第一数量的叶轮组成，每个叶轮具有第一叶轮几何形状，所述至少一个第二叶轮由第二数量的叶轮组成，每个叶轮具有第二叶轮几何形状，所述至少一个第一扩散器各自具有第一扩散器几何形状，并且所述至少一个第二扩散器具有第二扩散器几何形状；和

其中所述第一压缩机级不同于所述第二压缩机级之处选自以下的组中的至少一种：（a）所述第一数量的叶轮不同于所述第二数量的叶轮；（b）所述第一叶轮几何形状不同于所述第二叶轮几何形状；和（c）所述第一扩散器几何形状不同于所述第二扩散器几何形状。

4.权利要求1所述的压缩系统，其中所述压缩系统还被可操作地配置为在所述主压缩回路的多个主压缩机级中的至少两个之间中间冷却所述第一制冷剂。

5.权利要求1所述的压缩系统，还包括主热交换器，其被可操作地配置为在所述烃流体被至少一个预冷却热交换器冷却之后，通过所述烃流体与第二制冷剂之间的间接热交换进一步冷却和液化所述烃流体。

6.权利要求5所述的压缩系统，其中所述主热交换器被可操作地配置为当所述烃流体和所述第二制冷剂流经所述主热交换器的缠绕管侧时，通过和流经所述主热交换器的壳侧的第二制冷剂间接热交换来液化所述烃流体并冷却所述第二制冷剂。

7.权利要求6所述的压缩系统，其中所述第二制冷剂是混合制冷剂并且所述第一制冷剂是丙烷。

8.权利要求1所述的压缩系统，还包括阀门，其被可操作地配置为控制所述主压缩回路和所述次压缩回路之间的第一制冷剂的流量分布。

9.权利要求1所述的压缩系统，其中所述第一主压缩机级具有第一主头流量比，并且所述双流压缩机的第一压缩机级具有小于所述第一主头流量比的第一次头流量比。

10.权利要求9所述的压缩系统，其中所述次头流量比是所述主头流量比的70-95%。

11.一种压缩方法，其包括：

a. 以包括多个压缩机级的主压缩序列压缩制冷剂的第一低压流和制冷剂的至少一个侧流，以形成处于第一中压的第一部分压缩的主流和处于最终压力的完全压缩的主流，所述最终压力大于所述第一中压；

b. 将所述至少一个侧流的第一侧流和第一部分压缩的制冷剂流合并；

c. 从选自以下的组中的一种分离第一滑流：所述第一低压流和所述第一侧流，所述第一滑流具有第一滑流压力；

d. 在第一次压缩机级中压缩所述第一滑流以形成第一压缩的次流；

e. 从至少一个侧流中的一种分离第二滑流，所述第二滑流具有大于所述第一滑流压力的第二滑流压力；

f. 在第二次压缩机级中压缩所述第二滑流至所述最终压力以形成第二压缩的次流；

g. 将所述第一压缩的次流和第二压缩的次流与所述完全压缩的制冷剂流合并；和

h. 通过与所述制冷剂间接热交换来冷却烃。

12.权利要求11所述的压缩方法，其中步骤a、b和d包括：

a. 以包括多个压缩机级的主压缩序列压缩制冷剂的第一流和制冷剂的至少一个侧流，以形成处于第一中压的第一部分压缩的制冷剂流、处于第二中压的第二部分压缩的制冷剂流和处于最终压力的完全压缩的制冷剂流，所述最终压力大于所述第二中压并且所述第二中压大于所述第一中压；

c. 从所述至少一个侧流的第一侧流分离第一滑流，所述第一滑流具有等于所述第一中压的第一滑流压力；和

d. 从所述至少一个侧流的第二侧流分离第二滑流，所述第二滑流具有等于所述第二中压的第二滑流压力。

13.权利要求11所述的压缩方法，还包括：

i. 在实施步骤f之前将所述第一压缩的次流和所述第二滑流合并。

14.权利要求11所述的压缩方法，还包括在双流压缩机内实施步骤f和g。

15.权利要求14所述的压缩方法，其中步骤f和g还包括：

f. 在具有第一排出侧的第一次压缩机级中压缩所述第一滑流至所述最终压力以形成第一压缩的侧流；和

g. 在具有接近所述第一排出侧的第二排出侧的第二次压缩机级中压缩所述第二滑流至所述最终压力以形成第二压缩的侧流。

16.权利要求14所述的压缩方法，其中步骤f和g还包括：

f. 在第一次压缩机级中压缩所述第一滑流至所述最终压力以形成第一压缩的次流，所述第一次压缩机级包括具有第一叶轮几何形状的至少一个第一叶轮；和

g. 在第二次压缩机级中压缩所述第二滑流至所述最终压力以形成第二压缩的次流，所述第二次压缩机级包括具有第二叶轮几何形状的至少一个第二叶轮，所述第二叶轮几何形状不同于所述第一叶轮几何形状。

说明书

背景技术

用于冷却，液化和任选地冷却天然气的液化系统在本领域中是众所周知的，例如单一混合制冷剂(SMR)循环、丙烷预冷混合制冷剂(C3MR)循环、双混合制冷剂(DMR)循环、C3MR-氮混合物(例如AP-X^TM)循环、氮气或甲烷膨胀机循环和级联循环。通常，在这样的系统中，天然气通过与一种或多种制冷剂的间接热交换而被冷却、液化并且可选地被过度冷却。可以使用各种制冷剂，诸如混合制冷剂、纯组分、两相制冷剂、气体二相制冷剂等。混合制冷剂(MR)是氮气、甲烷、乙烷/乙烯、丙烷、丁烷和戊烷的混合物，已被用于许多基础负荷液化天然气(LNG)装置。MR流的组成通常基于进料气体组成和操作条件而优化。

制冷剂在制冷剂回路中循环，其中包括一个或多个热交换器和一个或多个制冷剂压缩系统。制冷剂回路可能是闭环或开环的。天然气通过与热交换器中的制冷剂进行间接热交换而被冷却、液化和/或过冷。

各制冷剂压缩系统包括用于压缩和冷却循环制冷剂的压缩回路，以及提供驱动压缩机所需动力的驱动器组件。制冷剂压缩系统是液化系统的关键组成部分，因为制冷剂需要压缩到高压并在膨胀前冷却，以便产生冷却低压制冷剂流，其提供冷却、液化和任选地冷却天然气所必需的热负荷。

基础型LNG装置中的制冷剂压缩大部分是由动态或动态压缩机，尤其是离心压缩机，由于其具有高容量、可变速、高效率、低维护、小体积等固有特性。其他类型的动态压缩机，如轴流式压缩机和混流式压缩机也有类似的原因。动态压缩机的功能是通过增加受压流体的动量。容积式压缩机也可以使用，虽然它们的容量比典型的动态压缩机低得多，并且通过减少被压缩流体的体积来起作用。

已经有三种主要的用于LNG服务的驱动器类型，即燃气轮机、蒸汽轮机和电动机。

在一些情况下，LNG生产率可能受到所安装的制冷剂压缩机的限制。当压缩机工作点靠近时，就是这样一种情况。-Surge被定义为压缩机达到最大扬程能力和最小体积流量极限的工作点。防喘振线是安全运行的一个工作点，C3MR循环的这种情况的一个例子是在高环境温度下，丙烷预冷却系统的负荷增加，从而导致最大的扬程，从而达到最低的允许流量。因此，制冷剂流量受到限制，从而限制了制冷和LNG的生产率。

LNG生产率受安装的制冷剂压缩机限制的另一种情况是当压缩机靠近石墙或扼流器时。石墙或扼流器被定义为压缩机达到最大稳定体积流量和最小压头能力的工作点。这种情况的一个例子是，当电站满负荷运行时，LNG的最大容量。压缩机不能再承受制冷剂的流量，因此受压缩机运行的限制。

安装的制冷剂压缩机可能会限制液化天然气生产的另一种情况是用于压缩机工作点受压缩机设计限制(例如流量系数、进口马赫数等)限制的大型基本负荷设施。

在某些情况下，LNG生产受限于可用的驱动力。当工厂在高LNG生产率下运行时，可能会发生这种情况。由于可用的燃气轮机功率降低，在高环境温度下的燃气轮机驱动装置也可能发生这种情况。

液化天然气工业中使用的标准动态压缩机由一个或多个进口和一个出口组成的壳体组成。在多入口的情况下，壳体还包括用于将入口流与先前的压缩机级的排出物混合的腔室。例如，具有两个入口流的第二压缩机级需要混合室将入口流与第一压缩机级的排出流混合。

解决制冷剂压缩系统的一种方法是增加一个类似于上述的动态压缩机，如离心压缩机、驱动主压缩机的排放。这有助于在压缩机接近喘振的情况下，为压缩系统建立更多的头脑。当压缩机在靠近石墙运行时，在主压缩机排气口处添加附加的动态压缩机具有有限的益处。因此，增加附加的动态压缩机不能解决最大流量约束的问题。

另一种方法是在主压缩机上并联一台或多台动态压缩机，如离心压缩机。虽然这在某种程度上有助于解除主压缩机的瓶颈，但这可能是不够的或有效的。这种方法消除了主压缩机中不同压缩机等级的瓶颈。

但是，某些阶段可能仍然处于极限，可能需要进一步的解决瓶颈问题。

总的来说，与主压缩机并行的单级动态压缩机可能导致设计不理想。因此，所需要的是在LNG装置中消除负载压缩系统的紧凑和更有效的方法。

发明概述

提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容部分不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

如下面所描述的以及如随后的权利要求所限定的，一些实施例提供了对用作LNG液化工艺的一部分的压缩系统的改进。一些实施例通过在LNG液化装置的一个或多个制冷剂压缩系统中使用与主压缩回路并联的双流压缩机来满足本领域的需要，由此使得装置能够在否则会限制装置容量。

另外，下面概述了这些系统和方法的几个具体方面。

方面1:压缩系统，被可操作地配置为压缩具有第一压力的第一制冷剂的第一流以产生具有完全压缩压力的第一压缩制冷剂流，压缩系统包括：

至少一个预冷却热交换器，所述至少一个预冷却热交换器中的每一个被可操作地配置为通过与所述第一制冷剂间接热交换来冷却烃流体；

主压缩回路，具有多个主压缩机级和多个部分压缩的流，所述多个压缩机级中的每一个都具有吸入侧和排出侧，所述多个部分压缩的流中的每一个与所述多个主压缩机级中的一个的出口和所述多个主压缩机级中的另一个的入口流体流动相连，所述多个部分压缩的流中的每一个具有高于所述第一压力且低于所述完全压缩压力的压力，所述多个部分压缩的流中的每一个的压力不同于所述多个部分压缩的流中的每个其他的压力，所述多个主压缩机级的最终主压缩机级具有产生第一压缩的制冷剂蒸汽的第一部分的出口；

次压缩回路，包括双流压缩机，该双流压缩机具有限定内部容积的壳体、第一入口、第二入口以及产生所述第一压缩制冷剂流的第二部分的出口，所述第一压缩制冷剂流的第二部分与所述第一压缩制冷剂流的第一部分流体流动相连，所述壳体还包括位于所述内部容积中的第一压缩机级和第二压缩机级，所述第一压缩机级具有第一吸入侧、第一排出侧、至少一个第一叶轮和至少一个第一扩散器，所述第二压缩机级具有第二吸入侧、第二排出侧、至少一个第二叶轮和至少一个第二扩散器，所述第一吸入侧远离所述第二吸入侧，并且所述第一排出侧靠近所述第二排出侧；

位于所述至少一个预冷却热交换器的第一预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第一侧流，所述第一侧流具有第一侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第一部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第一主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第一混合流，所述第一侧流具有与所述双流压缩机的第一入口流体流动相连的第二部分；和

位于所述至少一个预冷却热交换器的第二预冷却热交换器的下游并流体流动相连的第二侧流，所述第二侧流具有第二侧流压力和第一部分，所述第一部分与所述多个部分压缩的流的第二部分压缩的第一制冷剂流流体流动相连，以形成位于所述多个主压缩机级的第二主压缩机级的入口的上游并流体流动相连的第二混合流，所述第二侧流具有与所述双流压缩机的第二入口流体流动相连的第二部分；

方面2：方面1所述的压缩系统，其中所述至少一个第一叶轮由第一数量的叶轮组成，均具有第一叶轮几何形状，所述至少一个第二叶轮由第二数量的叶轮组成，均具有第二叶轮几何形状，所述至少一个第一扩散器均具有第一扩散器几何形状，并且所述第二至少一个第二扩散器具有第二扩散器几何形状；和

其中所述第一压缩机级不同于所述第二压缩机级的选自以下的组中的至少一种：(a)所述第一数量的叶轮不同于所述第二数量的叶轮；(b)所述第一叶轮几何形状不同于所述第二叶轮几何形状；和(c)所述第一扩散器几何形状不同于所述第二扩散器几何形状。

方面3：方面2所述的压缩系统，其中第一数量的叶轮不同于第二数量的叶轮。

方面4：方面2所述的压缩系统，其中第一数量的叶轮不同于第二数量的叶轮。

方面5：方面1-3中任一项所述的压缩系统，其中壳体还包括接近第一和第二排出侧的混合室。

方面6：方面1-4中任一项所述的压缩系统，其中第一制冷剂是丙烷。

方面7：方面1-6中任一项所述的压缩系统，其中压缩系统还被可操作地配置为在所述主压缩回路的多个主压缩机级的至少两个之间中间冷却所述第一制冷剂。

方面8：方面1-7中任一项所述的压缩系统，还包括主热交换器，被可操作地配置为在所述烃流体被至少一个预冷却热交换器冷却之后，通过所述烃流体与第二制冷剂之间的间接热交换进一步冷却和液化所述烃流体。

方面9：方面5所述的压缩系统，其中主热交换器被可操作地配置为当所述烃流体和所述第二制冷剂流经所述主热交换器的线圈绕管侧时，通过和流经所述主热交换器的壳侧的第二制冷剂间接热交换来液化所述烃流体并冷却所述第二制冷剂。

方面10：方面1-9中任一项所述的压缩系统，其中第二制冷剂是混合制冷剂并且第一制冷剂是丙烷。

方面11：方面1-10中任一项所述的压缩系统，其中驱动器组件包括用于主压缩回路的第一驱动器和用于次压缩回路的第二驱动器，第一驱动器独立于第二驱动器。

方面12：方面1-11中任一项所述的压缩系统，还包括阀门，被可操作地配置为控制所述主压缩回路和所述次压缩回路之间的第一制冷剂的流量分布。

方面13：方面1-12中任一项所述的压缩系统，其中所述第一主压缩机级具有第一主头流量比，并且所述双流压缩机的第一压缩机级具有小于所述第一主头流量比的第一次头流量比。

方面14：方面1-13中任一项所述的压缩系统，其中次头流量比是主头流量比的70-90％。

方面15：方面1-14中任一项所述的压缩系统，其中主头流量比是50-95％。

方面16:压缩机，包括：

限定内部容积的壳体、第一入口、第二入口和出口，所述壳体还包括位于所述内部容积中的第一压缩机级和第二压缩机级，所述第一压缩机级具有第一吸入侧、第一排出侧、至少一个第一叶轮和至少一个第一扩散器，所述第二压缩机级具有第二吸入侧、第二排出侧、至少一个第二叶轮和至少一个第二扩散器，所述第一吸入侧远离所述第二吸入侧，所述第一排出侧靠近所述第二排出侧；和

其中所述第一入口位于所述第一压缩机级的第一吸入侧上，所述第二入口位于所述第二压缩机级的第二吸入侧上，并且所述出口位于所述第一压力侧和所述第二压力侧的近侧；

其中所述至少一个第一叶轮由第一数量的叶轮组成，均具有第一叶轮几何形状，所述至少一个第二叶轮由第二数量的叶轮组成，均具有第二叶轮几何形状，所述至少一个第一扩散器均具有第一扩散器几何形状，并且所述第二至少一个第二扩散器具有第二扩散器几何形状；

方面17：方面16所述的压缩机，其中第一数量的叶轮不同于第二数量的叶轮。

方面18：方面16所述的压缩机，其中第一数量的叶轮不同于第二数量的叶轮。

方面19：方面16-18中任一项所述的压缩机，还包括靠近所述第一排出侧、所述第二排出侧和所述出口的混合室。

方面20：方面16-19中任一项所述的压缩机，其中每个至少一个第一叶轮和每个至少一个第二叶轮附接到第一轴柄。

方面21：方法，包括：

a.以包括多个压缩机级的主压缩序列压缩制冷剂的第一低压流和制冷剂的至少一个侧流，以形成处于第一中压的第一部分压缩的主流和处于最终压力的完全压缩的主流，所述最终压力大于所述第一中压；

b.将所述至少一个侧流的第一侧流和第一部分压缩的制冷剂流合并；

c.从选自以下组中的一种分离第一滑流：所述第一低压流和所述第一侧流，所述第一滑流具有第一滑流压力；

d.以第一次压缩机级压缩所述第一滑流以形成第一压缩的次流；

e.从至少一个侧流中的一种分离第二滑流，所述第二滑流具有大于所述第一滑流压力的第二滑流压力；

f.以第二次压缩机级压缩所述第二滑流至所述最终压力以形成第二压缩的次流；

g.将所述第一压缩的次流和第二压缩的次流与所述完全压缩的制冷剂流合并；和

h.通过与所述制冷剂间接热交换来冷却碳氢化合物。

方面22：方面21所述的方法，其中步骤(a)、(b)和(d)包括：

a.以包括多个压缩机级的主压缩序列压缩制冷剂的第一流和制冷剂的至少一个侧流，以形成处于第一中压的第一部分压缩的制冷剂流、处于第二中压的第二部分压缩的制冷剂流、和处于最终压力的完全压缩的制冷剂流，所述最终压力大于所述第二中压并且所述第二中压大于所述第一中压；

c.从所述至少一个侧流的第一侧流分离第一滑流，所述第一滑流具有等于所述第一中压的第一滑流压力；和

d.从所述至少一个侧流的第二侧流分离第二滑流，所述第二滑流具有等于所述第二中压的第二滑流压力。

方面23：方面21-22中任一项所述的方法，还包括：

i.在实施步骤(f)之前将所述第一压缩的次流和所述第二滑流合并。

方面24：方面0-22中任一项所述的方法，其中步骤(g)包括混合第一压缩的次流和第二压缩的次流以形成混和的次流，然后将混和的次流和完全压缩的制冷剂流合并。

方面25：方面0-24中任一项所述的方法，还包括在单一压缩机壳体内实施步骤(f)和(g)。

方面26：方面25所述的方法，还包括在双流压缩机的单一压缩机壳体内实施步骤(f)和(g)。

方面27：方面26所述的方法，其中步骤(f)和(g)还包括：

f.以具有第一排出侧的第一次压缩机级压缩所述第一滑流至所述最终压力以形成第一压缩的侧流；和

g.以具有接近所述第一排出侧的第二排出侧的第二次压缩机级压缩所述第二滑流至所述最终压力以形成第二压缩的侧流。

方面28：方面26所述的方法，其中步骤(f)和(g)还包括：

f.以第一次压缩机级压缩所述第一滑流至所述最终压力以形成第一压缩的次流，所述第一次压缩机级包括具有第一叶轮几何形状的至少一个第一叶轮；和

g.以第二次压缩机级压缩所述第二滑流至所述最终压力以形成第二压缩的次流，所述第二次压缩机级包括具有第二叶轮几何形状的至少一个第二叶轮，所述第二叶轮几何形状不同于所述第一叶轮几何形状。

附图简述

图1是依照现有技术C3MR系统的示意性流程图；

图2是依照现有技术C3MR系统的预冷却系统的示意性流程图；

图3是依照现有技术C3MR系统的丙烷压缩系统的示意性流程图；

图4是依照现有技术C3MR系统的丙烷压缩系统的示意性流程图；

图5是依照第一示例性实施方案C3MR系统的丙烷压缩系统的示意性流程图；

图6是依照第二示例性实施方案C3MR系统的丙烷压缩系统的示意性流程图；

图7是适用于第二示例性实施方案的次压缩机的示意图；

图8是依照第三示例性实施方案C3MR系统的混合制冷剂压缩系统的示意性流程图；

图9是适用于第三示例性实施方案的双流压缩机的示意图；和

图10是动态压缩机百分比压力比相对于入口体积流量百分比的图。

发明详述

随后的详细描述仅提供了优选的示例性实施方案，并不意在限制范围，适用性或配置。而是，对优选示例性实施方案的随后详细描述将为本领域技术人员提供用于实施优选示例性实施方案的使能描述。在不脱离其精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置做出各种改变。

在说明书中结合附图引入的附图标记可以在一个或多个后续附图中重复，而无需在说明书中进行额外的描述，以便为其他特征提供上下文。

在权利要求中，字母用于标识要求保护的步骤(例如(a)、(b)和(c))。这些字母用于帮助参考方法步骤，并不意图指示执行所要求的步骤的顺序，除非且仅仅在这样的顺序在权利要求中具体记载的范围内。

在说明书和权利要求书中可以使用方向术语来描述所公开的实施例的部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向术语仅仅旨在帮助描述示例性实施方案，而并不意在限制要求保护的发明的范围。如本文使用的，术语“上游”旨在表示在与参考点的导管中的流体的流动方向相反的方向上。类似地，术语“下游”旨在表示在与参考点处的导管中的流体的流动方向相同的方向上。

除非在此另有说明，否则在说明书、附图和权利要求中确定的任何和所有百分比应该被理解为以重量百分比为基础。除非在此另有说明，否则在说明书、附图和权利要求书中确定的任何和所有压力应理解为表示表压。

在说明书和权利要求书中使用的术语“流体流动相连”是指两种或更多种组分之间的连接性质，其使液体、蒸汽和/或两相混合物以受控方式在组分之间传输(即无泄漏)直接或间接。将两个或更多个部件联接成彼此流体流动相连可以涉及本领域中已知的任何合适的方法，诸如使用焊接、凸缘导管、垫片和螺栓。两个或多个部件也可以通过系统的其他部件连接在一起，这些部件可以将它们分开，例如可以选择性地限制或引导流体流动的阀、闸门或其它装置。

在说明书和权利要求书中使用的术语“导管”是指流体可以通过其在系统的两个或多个部件之间运输的一个或多个结构。例如，导管可以包括输送液体、蒸气和/或气体的管道、导管、通道及其组合。

术语“天然气”，如说明书和权利要求书中所使用的，是指主要由甲烷组成的烃气体混合物。

在说明书和权利要求中使用的术语“烃气”或“烃流体”是指包含至少一种烃的气体/流体，其中烃占整个组合物的至少80％，更优选至少90％的气体/流体。

在说明书和权利要求中使用的术语“混合制冷剂”(缩写为“MR”)是指包含至少两种烃的流体，其中烃占制冷剂总组成的至少80％。

术语“束”和“管束”在本申请中可互换使用并意图是同义的。

术语在说明书和权利要求书中使用的“环境流体”是指在环境压力和温度或接近环境压力和温度下提供给系统的流体。

术语“压缩回路”在本文中用于指代彼此流体连通并且串联布置的部件和管道(下文“系列流体流动相连”)，从第一压缩机或压缩机级的上游开始，并在最后的压缩机或压缩机级的下游结束。术语“压缩序列”旨在指代由构成相关联的压缩回路的部件和管道执行的步骤。

如说明书和权利要求书中所使用的，术语“高-高”、“高”、“中”和“低”旨在表示使用这些术语的元素的特性的相对值。例如，高-高压流旨在表示具有比在本申请中描述或要求的对应的高压流或中压流或低压流更高的压力的流。类似地，高压流旨在表示具有比说明书或权利要求书中描述的相应的中压流或低压流更高的压力但低于本申请中描述或要求保护的相应的高-高压流的流。类似地，中压流旨在表示具有比说明书或权利要求书中描述的相应低压流更高的压力但低于本申请中所述或要求保护的相应高压流的流。

如本文使用的，术语“冷冻剂”或“低温流体”是指温度低于-70摄氏度的液体、气体或混合相流体。冷冻剂的实例包括液氮(LN)、液化天然气(LNG)、液氦、液态二氧化碳和加压混合相低温(例如，LIN和气态氮的混合物)。如本文使用的，术语“低温温度”意指低于-70摄氏度的温度。

如本文使用的，术语“压缩机”旨在表示具有至少一个包含在壳体内的压缩机级并且增加流体流的压力的装置。

如本文使用的，术语“双流压缩机”旨在表示压缩机，其具有包含在单个壳体内的至少两个压缩机级，并具有至少两个入口流和至少一个出口流。另外，入口物流被分开压缩并在出料口处合并以产生出口物流。

如本文使用的，术语“壳体”意在表示压力容纳壳，而不是限定内部容积并且包含至少一个压缩机级。当两个或多个含有压力的壳体通过导管连接时，该布置被认为是两个或更多个壳体。

如本文所使用，术语“压缩机级”旨在表示增加流体压力并具有单个入口、单个出口和一个或多个叶轮及其相关扩散器的装置。

如本文所使用的，术语“叶轮”意在表示旋转装置，其增加了进入其中的流体的压力。

如本文使用的，术语“扩散器”旨在表示位于叶轮的出口处的装置，该装置将流体的动态压力的至少一部分转换为静态压力。扩散器可以可选地包括可调节的导向叶片，其可以被移动以改变与扩散器相关联的压缩机级的操作特性。

表1定义了在整个说明书和附图中使用的缩略词的列表，以帮助理解所描述的实施例。

所描述的实施例为烃流体的液化提供了有效的方法，并且特别适用于天然气的液化。参考图1，示出了现有技术的典型的C3MR工艺。优选天然气的进料流100在预处理段90中通过已知方法进行清洁和干燥，以除去水、酸性气体如CO₂和H₂S、以及其他污染物如汞，从而产生预处理的进料流101。基本上不含水的预处理进料流101在预冷却系统118中被预冷以产生预冷却的天然气105，并且在MCHE 108中进一步冷却、液化和/或被冷却(也被称为主热交换器)来生产LNG流106。通常通过使LNG流106通过阀或涡轮机(未示出)来降低LNG流106的压力，然后将其输送至LNG储罐109。在罐内的压力下降和/或蒸发期间产生的任何闪蒸蒸气由物流107表示，物流107可用作工厂中的燃料，再循环到进料或排出。

经预处理的进料流101被预冷却至10摄氏度以下的温度，优选低于约0摄氏度，并且更优选约-30摄氏度。预冷却的天然气流105液化到约-150摄氏度至约-70摄氏度，优选约-145摄氏度至约-100摄氏度，并随后将其冷却至约-170摄氏度至约-120摄氏度，优选约-170摄氏度至约-140摄氏度。图2所示的MCHE 108是一种带有三束线圈的热交换器。然而，可以使用任何数量的捆绑和任何交换机类型。

术语“基本上不含水”是指经预处理的进料流101中的任何残余水以足够低的浓度存在，以防止在下游冷却和液化过程中与水冻结相关的操作问题。在本文所述的实施方案中，水浓度优选不大于1.0ppm，更优选0.1ppm至0.5ppm。

C3MR工艺中使用的预冷制冷剂是丙烷。如图2所示，将丙烷制冷剂110加热到预处理过的进料物流101上以产生热低压丙烷流114。将温低压丙烷流114在一个或多个丙烷压缩机116中压缩，该丙烷压缩机116可包括四个压缩机级116A、116B、116C、116D。中压水平的三个侧流111、112和113分别在丙烷压缩机116的最后116D、第三116C和第二116B级的吸入口处进入丙烷压缩机116。将压缩的丙烷流115在冷凝器117中冷凝以产生冷高压流，然后降压(放气阀未示出)以产生丙烷制冷剂110，该制冷剂110提供预冷却系统118中冷却预处理的进料流101所需的冷却作用。丙烷液体随着其升温而蒸发以产生热的低压丙烷流114。冷凝器117通常与周围的流体如空气或水交换热量。尽管该图显示了丙烷压缩的四个阶段，但是可以采用任何数量的压缩机级。应当理解的是，当描述或要求多个压缩机级时，这种多级压缩机级可以包括单个多级压缩机、多个压缩机或其组合。压缩机可以在一个壳体或多个壳体中。丙烷制冷剂的压缩过程在本文中通常称为丙烷压缩序列。丙烷压缩序列在图2中更详细地描述。

在MCHE 108中，通过在阀门或涡轮机上减压之后蒸发至少一部分冷冷剂流来提供制冷的至少一部分，优选全部。

低压气态MR流130从MCHE 108的壳侧的底部抽出，通过低压抽吸鼓150送出以分离出任何液体，并且蒸气流131在低压(LP)压缩机151中被压缩以产生中压MR流132。低压气态MR流130通常在丙烷预冷温度或接近丙烷预冷温度，优选约-30摄氏度和小于10bara(145psia)的压力下取出。中压MR流132在在低压冷却器152之后被冷却以产生冷却的中压MR流133，在中压吸鼓153中从中排出任何液体以产生中压蒸气流134，该中压蒸气流134在中压(MP)压缩机154中压缩。所得高压MR流135在中压冷却器155中被冷却以产生冷却的高压MR流136。冷却后的高压MR流136被送到高压抽吸鼓156，在那里任何液体被排出。所得高压蒸汽流137在高压(HP)压缩机157中被进一步压缩，以产生在高压冷却器158后被冷却的高-高压MR流138，以产生冷却的高-高压MR流139。冷却的高-高压MR流139在预冷却系统118中被冷却而不蒸发丙烷，以产生两相MR流140。然后将两相MR流140送到气-液分离器159，从该气-液分离器159获得MRL流141和MRV流143，将其送回到MCHE 108以进一步冷却。离开相分离器的液体流在工业中称为MRL，而离开相分离器的蒸汽流在工业中称为MRV，即使在它们随后液化之后。在MR从MCHE 108的底部抽出并随后以多股流返回到MCHE 108的管侧的过程中，压缩和冷却MR在本文中一般被称为MR压缩序列。

MRL流141和MRV流143都在MCHE 108的两个分开的回路中被冷却。MRL流141在MCHE108的前两个组中被冷却并部分液化，产生冷流，使得压力降低产生冷的两相流142，将其送回MCHE 108的壳侧以提供MCHE的前两束所需的制冷。MRV流143在MCHE 108的第一、第二和第三束中被冷却，在冷高压减压阀两端被减压，并作为流144被引入到MCHE 108中以在过冷、液化和冷却中提供制冷脚步。MCHE 108可以是任何适用于天然气液化的换热器，例如线圈缠绕热交换器、板翅式热交换器和壳管式热交换器。线圈缠绕热交换器是现有技术的天然气液化交换器，包括至少一个管束，所述管束包括用于流动过程的多个螺旋缠绕管和温致冷剂剂流以及用于使冷制冷剂流动的壳空间。

图2示出了图1中所示的预冷却系统118和预冷压缩序列的示例性布置。如图1所述，预处理过的进料流101通过蒸发器178、177、174和171中的间接热交换而被冷却，以分别生产冷却的丙烷流102、103、104和105。在丙烷压缩机116中将温低压丙烷流114压缩，产生压缩的丙烷流115。丙烷压缩机116表示为四级压缩机，侧流113、112、111进入。压缩的丙烷流115典型地通过在冷凝器117中的间接热交换而被完全冷凝以产生丙烷制冷剂110，其可以在丙烷膨胀阀170中压降以产生流120，其在高-高压蒸发器171中部分蒸发以产生两相流121，然后可以在蒸气-液体分离器192中将其分离成蒸气流和液体冷剂剂流122。蒸气流被称为高压侧流111并在丙烷压缩机116的第四压缩机116D的吸入口处引入。液体制冷剂流122在减压阀173中减压以产生物流123，物流123在高压蒸发器174中部分蒸发以产生两相流124，然后其可以在气液分离器175中分离。蒸气部分称为中压侧流112，并在丙烷压缩机116的第三压缩机级116C的吸入处引入。液体制冷剂流125在压力降低阀176中下降以产生流126，其在中压蒸发器177中部分汽化以产生两相流127，其可以在气液分离器193中被相分离。蒸气部分被称为低压侧流113，并且在丙烷压缩机116的第二压缩机级的吸入处引入。液体制冷剂流128在减压阀179中减压以产生物流129，物流129在低压蒸发器178中完全蒸发以产生温低压丙烷流114，温低压丙烷流114送至丙烷压缩机116的第一压缩机级116A的吸入口。

以这种方式，可以在对应于蒸发器压力水平的四个温度水平下供应制冷。也可能有多于或少于四个蒸发器和温度/压力水平。蒸发器171、174、177和178可以使用任何类型的热交换器，例如水壶、芯、板和翅片、壳管、线圈缠绕、水壶中的芯等。在水壶的情况下，热交换器和汽液分离器可以组合成一个共同的单元。

丙烷制冷剂110通常被分成两股物流，被送到两个并联的系统，一个预冷预处理过的进料物流101以产生预冷却的天然气流105，另一个冷却被冷却的高-高压MR流139以产生两相MR流140。为了简单起见，图2中仅示出了进料预冷回路。

图3显示了C3MR系统的丙烷压缩系统。丙烷压缩机116可以是包括四个压缩机级的单个压缩机或四个单独的压缩机。也可以包括多于或少于四个压缩机级/压缩机。压力约为1-5bara的温低压丙烷流114进入第一压缩机级116A，以在压力为约1.5-10bara产生中压丙烷流180。然后将中压丙烷流180与低压侧流113混合，产生中压混合流181，其供给第二压缩机级116B，产生压力约2-15bara的高压丙烷流182。高压丙烷流182再与中压侧流112合并生成高压混合流183，其送至第三压缩机级116C，在压力约2.5-20bara生成高-高压丙烷流184。高-高压丙烷流184与高压侧流111结合生成高-高压混合流185，送至第四级压缩级116D，在的压力下产生压缩的丙烷流115。压缩的丙烷流115然后在图2的冷凝器117中冷凝。

图1-3所示的预冷液化压缩机一般为动态或动力压缩机，尤其是离心式压缩机，具有容量大、转速快、效率高、维护量小、体积小等特点。其他类型的动态压缩机如轴流式和混流式压缩机也被用于类似的原因。

在图1至图3所示的实施例中有两个主压缩回路。第一主压缩回路是C3MR过程的一部分，开始于温低压丙烷流114，终止于压缩的丙烷流115，并且包括四个压缩机级116A、116B、116C、116D。第二主压缩回路是MR压缩系统的一部分，始于蒸气流131，终止于高-高压MR流138，并包括LP压缩机151、低压后冷器152、中压吸鼓153、MP压缩机154、中压后冷器155、高压吸鼓156和HP压缩机157。

图4示出了现有技术的装置，其中第二、第三和第四压缩机级116B、116C和116D限制了设施的整体性能，并且包括第一次压缩机级187和第二次级压缩机压缩机级188与所述级并行地加入。在该实施方案中，低压侧流113分为主低压侧流113A和次低压侧流113B(也称为“滑流”)。主低压侧流113A与中压丙烷流180混合产生中压混合流181，其供给第二压缩机116B，产生高压丙烷流182。次低压侧流113B在第一次压缩机级187和第二次压缩机级188中压缩，产生次出口流186B。这种布置的缺点是它将主压缩机116的三个级中的每一级都消除了相同的量。然而，这些阶段可能受到不同数量的限制，并且跨越所有阶段具有一个流量的单个设备将是不高效的。

图5示出了示例性实施方案，其中次压缩回路与丙烷压缩机116的第二、第三和第四压缩机级116B、116C、116D并联安装。在该实施方案中，低压侧流113被分成主低压侧流113A和次低压侧流113B。主低压侧流113A与中压丙烷流180混合以产生中压混合流181，中压混合流181被送到第二压缩机级116B以在约2-15bara的压力下产生高压丙烷流182。中压侧流112被分成主中压侧流112A和次中压侧流112B。高压丙烷流182与主中压侧流112A混合以产生高压混合流183，高压混合流183被送到第三压缩机级116C以在约2.5-20bara的压力下产生高-高压丙烷流184。高-高压丙烷流184然后与高压侧流111混合以产生高-高压混合流185，高-高压混合流185被送到第四压缩机级116D以产生主出口流186A。

次低压侧流113B送到第一次压缩机级187，次中压侧流112B送到第二次压缩机级188以产生第一次压缩流186D和第二次压缩流186C，第一次压缩流186D和第二次压缩流186C混合以产生次出口流186B。次出口流186B与主出口流186A混合以在约2.5-30bara压力下产生压缩的丙烷流115。压缩的丙烷流115然后在图2的冷凝器117中冷却并冷凝。在可选择的实施方案中，任何侧流都可能在主和次压缩回路之间分开。在另外实施方案中，主和次压缩回路可能有独立的冷凝器热交换器。在又一实施方案中，次低压侧流113B和次中压侧流112B可以从主压缩回路的任何其他位置获得，例如分别从中压混合流181和高压混合流183获得。额外的次压缩机也可以使用。

使用图5所描述的实施例的好处在于它允许主压缩机的多个压缩机级以不同的量去瓶颈。例如，第三和第四压缩机级116C和116D比第二压缩机级116B绕过更多的流量。另外，次低压侧流113B和次中压侧流112B的流量可以根据需要改变。

图6示出了另一个实施例，其中主压缩机的第二、第三和第四压缩机级116B、116C和116D被去瓶颈。在该实施方案中，第一次压缩机级187和第二次压缩机级188被串联排列，次中压侧流112B被引入侧流。

低压侧流113被分成主低压侧流113A和次低压侧流113B。主低压侧流113A与中压丙烷流180混合以产生中压混合流181，中压混合流181被送到第二压缩机级116B以在约2-15bara压力下产生高压丙烷流182。中压侧流112被分成主中压侧流112A和次中压侧流112B。高压丙烷流182与主中压侧流112A混合以产生高压混合流183高压混合流183被送到第三压缩机级116C以在约2.5-20bara压力下产生高-高压丙烷流184。高-高压丙烷流184然后与高压侧流111混合以产生高-高压混合流185，高-高压混合流185被送到第四压缩机级116D以产生主出口流186A。

次低压侧流113B被送到第一次压缩机级187以产生第一次中间流113C，第一次中间流113C与次中压侧流112B混合以产生第二次中间流113D。第二次中间流113D在第二次压缩机压缩以产生次出口流186B。次出口流186B与主出口流186A混合以在约2.5-30bara压力下产生压缩的丙烷流115。压缩的丙烷流115然后在图2的冷凝器117中冷却并冷凝。

该实施例的好处在于，与图5类似，允许主压缩机116的差分去瓶颈。次低压侧流113B和次中压侧流112B可以具有不同的流量并且在不同压力和温度。

本实施例的另外一个优点是第一次压缩机级187和第二次压缩机级188可以容纳在一个单独的压缩机壳体内，降低了设备成本和设备占地面积。图7示出了压缩机700，其中图6的第一次压缩机级187和第二次压缩机级188被提供为第一次压缩机级787和第二次压缩机级788，包含在一个单一的壳体791内。流入和流出第一次压缩机级787和第二次压缩机级788的物流与图6所示的相同。次低压侧流113B、次中压侧流112B、第一次中间流113C、第二次中间流113D、次出口流186B的位置如图7所示。

在图7所示的实施例中，第一次压缩机级787包含第一叶轮701，第二次压缩机级788包含两个叶轮：第二叶轮702和第三叶轮703。任何数量的叶轮可以用于每个压缩机级。在优选实施方案中，第一次压缩机级787的叶轮比第二次压缩机级788多。

通常在第二压缩机级788的吸入侧787A处设置内部混合室710，以允许第一次中间流113C与次中压侧流112B有效地混合以产生次中间流113D。

图8示出了一个优选实施例，其中压缩回路与丙烷压缩机116的第二、第三和第四压缩机级116B、116C、116D并行安装。在该实施方案中，低压侧流113被分成主低压侧流113A和次低压侧流(滑流)113B。主低压侧流113A与中压丙烷流180混合以产生中压混合流181，中压混合流181被送到第二压缩机级116B以在约2-15bara压力下产生高压丙烷流182。中压侧流112被分成主中压侧流112A和次中压侧流112B。高压丙烷流182与主中压侧流112A混合以产生高压混合流183，高压混合流183被送到压缩机级116C以在约2.5-20bara压力下产生高-高压丙烷流184。高-高压丙烷流184然后与高压侧流111混合以产生高-高压混合流185，高-高压混合流185被送到第四压缩机级116D以产生主出口流186A。

次低压侧流113B和次中压侧流112B被送到双流压缩机190，双流压缩机190由两个压缩段组成，即第一次压缩机级187和第二次压缩机级188。次低压侧流113B在第一次压缩机级187中压缩以产生第一次中间流113C。次中压侧流112B在第二次压缩机级188中压缩以产生第二次中间流112C。第一和第二次中间流112C、113C(见图9，图8中未显示)在双流压缩机190中混合以产生次出口流186B。通常情况下，第一次中间流113C和第二次中间流112C压力相同。在该实施方案中，次出口流186B与主出口流186A混合以在约2.5-30bara压力下产生压缩的丙烷流115。压缩的丙烷流115然后在图2的冷凝器117中冷却并冷凝。

在可选择的实施方案中，图5、图6和图8中所示的不同的侧流可以在主和次压缩回路之间分开。例如，滑流可以从流114分离并被引导至压缩机级187，并且来自侧流113、112、111中的任何一个的滑流可以被引导至压缩机级188。在其他实施方案中，主和次压缩回路可能有独立的冷凝器热交换器。在其他实施方案中，次低压侧流113B和次中压侧流112B可以分别从主压缩回路的另一个位置例如从中压混合流181和高压混合流183获得。可以利用在该过程中压缩多个流的多个双流压缩机。

图9示出了双流压缩机900的示意图，并示出了第一次压缩机级987、第二次压缩机级988、次低压侧流113B、次中压侧流112B、第一次中间流113C、第二次中间流112C、次出口流186B。每个次压缩机级987、988包括一个或多个叶轮，并且两个级987、988都包含在单个壳体991内。在该实施方案中，第一次压缩机级987包含三个叶轮901、902、903以及其相关的上和下扩散器901A和901B、902A和902B以及903a和903B。第二次压缩机级988包含两个叶轮904、905及其相关联的相应的上扩散器904A和下扩散器904B以及905B和905B。两个次压缩机级987、988的所有叶轮都固定在单个轴柄920上，轴柄920又由单个动力源(未示出)驱动。在其他实施方案中，每个压缩机级可以使用任意数量的叶轮及其相关的扩散器。

如上所述，“双流压缩机”是压缩机，其具有包含在单个壳体内的至少两个级，并具有至少两个入口流和至少一个出口流。另外，如图9的双流压缩机900所示，两个入口流被分别压缩并在排出时结合以产生出口流。这导致次压缩机级987、988各自的吸入侧彼此远离并且压力侧近侧。双流压缩机可以包括任何已知类型的压缩机，例如动态或正位移。

现有技术的双流压缩机本质上是对称的，并且两个入口流在流量、压力和温度上是相同的。结果，压缩机级的几何形状和叶轮数在空气动力学上是相同的。压缩机级的几何形状包括叶轮几何形状和扩散器几何形状。叶轮几何形状和扩散器几何形状包括但不限于，叶片数量、叶片长度和叶片角度。然而，在图8-9所示的实施例中，两个入口流112B、113B可以以必须组合成单次出口流186B(具有单一压力和流率)的不同压力和/或流量提供。在这种操作条件下使用现有技术的双流压缩机是不现实的。

如图9所示，双流压缩机900是不对称的，这意味着(a)叶轮的数量和/或(b)叶轮的几何形状在第一次压缩机级987中不同于第二次压缩机级988。

使用图8-9所示的实施方案的好处在于，它允许压缩在单个压缩机本体内以不同条件(例如流量、温度和压力)提供的两股流，以产生两种中间产物(出口)流(也称为“压力”侧)。另外，它可以在双流压缩机的出口处混合两股中间产品物流，以生产单一的产品物流，这样就可以在压缩机吸力的情况下改善混合进口物流(如图6-7中所示)。如上所述，这可以通过压缩机级187、188以它们各自的吸入侧910、911相互远离并且它们各自的排出(也称为“压力”)侧912、913彼此接近的布置来实现。

在图6-7中混合入口物流需要内部混合室710并且涉及两个入口物流112B、113C的匹配压力。双流压缩机900出口处的两股流体均为第一次中间流113C和第二中间次流112C均为相同的压力。因此，压力匹配不是问题。图8-9中所示的实施方案还克服了由于在不同温度下的混合流而导致的任何混合效率低下和操作问题。图8-9中所描述的实施方案消除了第二次压缩机级788的吸入侧上的内部混合室710，并且消除了混合效率低下的问题。

图10中的虚线示出了图8的压缩机级116B的相对入口体积流量(相对于固定参考点的两个值)曲线的示例性杆头上升。主压缩回路中最常用的动态压缩机，通常在高进口体积流量下运行，并具有高的制冷剂流量，这对于基本负荷的LNG服务是有利的。如图10所示，压缩机级116B等动态压缩机的典型流量曲线是逐渐平缓的。渐变曲线通常是有利的，因为它允许压缩机级在宽范围的流量和压力下操作，并使其适用于各种操作场景，例如调节和变化的环境温度。

压缩机级设计处理的最高和最低流量分别定义为Fmax和Fmin。压缩机设计处理的最高和最低压头在此分别定义为Hmax和Hmin。Hmax出现在Fmin并且是浪涌操作点12。Hmin出现在Fmax处并且是石墙操作点14。Fmax与Fmin的比被定义为Fratio，并且Hmax与Hmin的比被定义为Hratio。这些操作点在图10的图表中标出。“头流量比”定义为Hratio除以Fratio。高头流量比意味着陡峭的头流量曲线，而低头流量比意味着逐渐的头流量曲线。

优选地，压缩机级在次压缩回路(无论是单级压缩机壳体、多级压缩机级还是多级压缩机壳体)都具有比主压缩回路更大的顶部流量曲线。图8的压缩机级187的示例性头部流率曲线由图10的点划线以及其喘振点12'和石墙点14'示出。

包括压缩机116B在内的主压缩回路压缩机级典型的头流量比在50-95％的范围内。在次压缩回路中的每个压缩机级的头流量比优选地低于主压缩回路中的压缩机级的头流量比(更优选地70％-95％)，该主压缩回路紧靠滑流与其侧流分离的点的下游。例如，在图8中，压缩机级187的顶部流量比最好小于压缩机级116B的头流量比(更好的是70-95％)。

为次压缩回路提供更陡峭的头流量比的好处是使得主和次压缩回路更容易操作。主和次压缩回路的压缩机级是针对不同的流量设计的，但总压比通常是相同的，以保证出口处的相同条件。两个压缩回路并不相同，第二压缩回路通常具有比主压缩回路小得多的容量。例如，在接近喘振的C3MR装置中，随着环境温度降低、浪涌的方法增加，并且需要通过次压缩回路的更低的流量。利用陡峭的头流曲线设计次压缩回路的压缩级，可以根据需要改变流量。因此，这种改进以最有效的方式克服了主压缩回路的瓶颈问题。这个实施例导致较低的资本成本、绘图空间，并且使设计对于操作变化更加灵活并且更容易控制。

在此讨论的所有实施例中，主压缩回路和次压缩回路可以包括任何类型的压缩机。在可选择的实施方案中，次压缩回路可以与主压缩回路的任何数量的压缩机级并联。在大多数应用中，最好使次压缩回路与主压缩回路的压缩机或压缩机级平行排列，压缩机或压缩机级的压力高于压缩机或压缩机级的压力，而压缩机或压缩机级不与次压缩回路平行。

尽管在此讨论的实施例是指C3MR液化循环的丙烷预冷压缩机，但是本文公开的发明构思可应用于任何其他制冷剂类型，包括但不限于两相制冷剂、气相制冷剂、混合制冷剂、纯组分制冷剂(如氮气)等。此外，它们还可应用于任何用于LNG工厂的冷冻剂，包括预冷、液化或过冷。它们可应用于天然气液化装置中的压缩系统，利用任何工艺循环，包括SMR、DMR、氮气膨胀机循环、甲烷膨胀机循环、级联和任何其他合适的液化循环。另外，它们可以应用于开环和闭环液化循环。

另一个示例性实施方案适用于其中LNG生产受可用驱动功率限制的情况，例如由于燃气轮机驱动器的可用功率降低而在高生产率或高环境温度下。在这种情况下，可以提供额外的驱动器来驱动次压缩机。这将增加压缩系统的可用功率，同时提供一种方便的方式将额外的功率分配给压缩系统，并消除限制阶段。当进行改造设计以增加现有LNG装置的容量时，这是特别有利的。

本文所述的实施例适用于任何压缩机设计，包括任何数量的压缩机、压缩机壳体、压缩机级、中间或后冷却的存在、进口导叶的存在等。此外，压缩机在主或次压缩回路中的速度可以改变以优化性能。次压缩回路可以串联或并联多个压缩机或压缩机级。另外，本文描述的方法和系统可以作为新工厂设计的一部分或者作为对现有LNG工厂去瓶颈的改进来实施。

例子

以下是示例性实施方案的操作示例。示例过程和数据基于模拟工厂中的C3MR过程，该工厂名义上产生6MTPA的LNG。本例具体参照图8所示的实施例。为了简化对该例子的描述，将使用关于图8中所示的实施例描述的元件和附图标记。

在该示例中，设备性能受到丙烷压缩机116的第二和第三压缩机级116B和116C的限制，丙烷压缩机116是在最大可能的头处操作的离心压缩机。如图8所示添加双流压缩机900。暖低压丙烷流114以1.2bara(18.1psia)、-34.2℃(-29.6华氏度)和144,207立方米/小时(5,092,606立方英尺/小时)的制冷剂流量进入第一压缩机级116A，并在2.1bara(30.3psia)、-12.7℃(9.2华氏度)的压力下作为中压丙烷流180离开。低压侧流113在2.1bara(30.3psia)、-22.4℃(-8.4华氏度)和118,220立方米/小时(4,174,916立方英尺/小时)的流量下被分为主低压侧流113A和次低压侧流113B。次低压侧流113B的流量为40,000立方米/小时(1,412,587立方英尺/小时)。主低压侧流113A与中压丙烷流180混合产生中压混合流181，其被送入第二压缩机级116B，以在约3.8bara(54.5psia)的压力、6.3℃(43.4华氏度)和125,855立方米/小时(4,444,515立方英尺/小时)的流量下产生高压丙烷流182。中压侧流112在3.8bara(54.5psia)、-5.3℃(22.4华氏度)和103,857立方米/小时(3,667,683立方英尺/小时)的流量下被分为主中压侧流112A和次中压侧流112B。次中压侧流112B的流量为28,284立方米/小时(998,857立方英尺/小时)。高压丙烷流182与主中压侧流112A混合以产生高压混合流183，高压混合流183被送到第三压缩机级116C，以在6.6bara(95.9psia)和26.3℃(79.4华氏度)下产生高-高压丙烷流184。高-高压丙烷流184在6.6bara(95.9psia)、13℃(55.5华氏度)、33,459立方米/小时(1,181,598立方英尺/小时)下与高压侧流111混合，以产生高-高压混合流185,高-高压混合流185被送到第四压缩机级116D以在14.3bara(207psia)、59.2℃(138.5华氏度)和73,605立方米/小时(2,599,353立方英尺/小时)产生主出口流186A。

次低压侧流113B和次中压侧流112B送入双流压缩机900，产生两个压缩的次中间流112C、113C，在双流压缩机内混合，产生14.3bara的次出流186B(207psia)和15,383立方米/小时(543,242立方英尺/小时)。次出口流186B与主出口流186A混合，在14.3bara(207psia)、60摄氏度(140.1华氏度)和88,954立方米/小时(3,141,374立方英尺/小时)下产生压缩的丙烷流115。然后在冷凝器117中冷却并冷凝压缩的丙烷流115。与没有双流压缩机900的相同系统相比，工厂的整体LNG产量增加了约10％。因此，本例配置成功解除了丙烷压缩机的瓶颈，并提高了工厂的生产能力和效率。

已经根据优选实施例及其替代实施例公开了本发明。当然，本领域技术人员可以从本发明的教导中想到各种改变、修改和变化而不脱离其预期的精神和范围。意图是本发明仅由所附权利要求限制。

LNG工厂中使用双流压缩机的并行压缩专利购买费用说明