然而，本发明的一个目的是不用分流气流而减小热力学放射本领 的损失。需要一个改进性能和降低功率要求的更有效的系统。
本发明满足了这一要求，由于本发明提供了一种在汽化再液化设 备中，在压缩之前冷却汽化气体流的方法，在所述设备中，汽化气体 流在压缩后，与包括被压缩的冷却剂的封闭环路制冷系统热交换而被 再液化，之后所述再液化的汽化气体被返回到贮存罐中，其特征在于 包括下面步骤：
把冷却剂供入第一热交换器，
膨胀该热交换后的冷却剂，
把膨胀过的冷却剂供入第二热交换器，
膨胀该热交换后的冷却剂，
把膨胀过的冷却剂供入第三热交换器，
把冷却剂通过热交换器返回到压缩机。
本发明还提供了一种在汽化再液化设备中，在压缩之前冷却汽化 气体流的系统，包括在封闭环路制冷系统热交换前把汽化气体供入压 缩机的管线，所述制冷系统包括压缩机、膨胀器和与汽化气体流进行 热交换的多个热交换器，其特征在于所述膨胀器是串联布置的。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明的一个实施例，图中相同的部件标 以相同的附图标记
图1示出已知的一个膨胀器的Moss RSTM原理；
图2是示出按照本发明的具有两个串联的膨胀器的氮气布雷顿循 环原理流程图；
图3示出具有两个串联的膨胀器(参见图2)氮气布雷顿循环的 组合曲线；
图4示出按照本发明的具有两个串联的膨胀器和氮气预冷的氮气 布雷顿循环的原理流程曲线；
图5示出具有按照本发明方法的布雷顿循环的组合曲线；
图6是按照本发明的一个实施例的原理流程图，示出具有平行的 分流气流的预冷却和中间冷却LD压缩机；
图7是按照本发明的一个实施例的原理流程图，示出具有串联的 分流气流的预冷却和中间冷却LD压缩机；
图8是按照本发明的一个实施例的原理流程图，示出具有中间压 力的氮气的用于预冷却和中间冷却的点。

实施串联的两个膨胀器8、9代替平行的膨胀器，可没用分流气流 而降低热力学放射本领的损失。封闭的冷却剂(氮气)循环将 与图2类似，其中来自储罐(未示出)的汽化气体通过管线10进入压 缩机11。压缩的气流12被送过热交换器5、6、7并相对于封闭环路 的制冷系统(该安排一般称作“冷箱”)进行热交换。在对冷箱仔细地 进行调节的同时，从热交换器出来的流13应是完全再液化的。
选择串联的两个膨胀器，通过引入新的局部温度窄点 (temperature pinch)而减小了热力学放射本领的损失区域。当观看 示出两个膨胀器8、9串联循环的代表性数据的图3的组合曲线时，可 明白上面这点。注意即使从汽化气体侧看，冷却能力和温度/压力水平 保持相等，但是与图1的过程相比，总功率减小也大于1MW。
在大多数情况下，在冷箱前，(由压缩机11)压缩前，汽化气体 被预冷却。预冷却是为了保证在冷箱中合理的温度分布和在合理尺寸 的LD压缩机单元11中更有效的压缩。预冷却这一论点已经在一些其 它专利中说明过，其涉及一些方法，例如：
用一部分冷凝汽化气体流直接冷却；
用一部分冷凝汽化气体流间接冷却；
用一部分冷高压氮气流间接冷却，该部分冷高压氮气流在进入氮 膨胀器前取出并在一个J-T膨胀阀中被调节到一个较低的压力。
为了可用最小的热力学放射能力损失来液化大部分汽化气体成 分，关键的是把尽可能多的氮制冷剂带到冷箱的液化器部分。但是， 在膨胀器前面(也就是上游)取出氮，将是与该原理相对抗地工作。 要用在预冷过程中的涉及再循环液化的汽化气体的方法有同样的问 题。这意味着需要在低温时更高的汽化气体流量，以及因此更多环流 的氮来配合在该温度水平对冷却要求的增加。
在图4中，来自储罐(未示出)的汽化气体流10以通常的方式在 压缩机11中压缩。汽化气体流12如此流过紧凑的热交换器5、6、7、 7B(在图中看到四个分开的热交换器)，并相对于封闭环路冷却系统 热交换，下面将说明，从一个热交换器(或一系列热交换器)出来的 流13是利用仔细调节的制冷系统完全再液化。本专业技术人员明白如 图所示的热交换器5，6，7，7B可结合成一个紧凑的热交换器。
现在转回到冷却系统，图4示出包括三个在线压缩机2、3、4的 压缩机系统。在一个实际应用中，通过包括通过一个公共的齿轮箱连 接的三个压缩轮和两个膨胀轮的压缩单元可实现压缩。压缩机系统包 括冷却剂(制冷剂)，例如氮气，并把该冷却剂流15供入第一级热交 换器级5，在该第一级热交换器级5相对于返回的冷却剂流12热交换。 在第一级热交换器级5之后，在第二级热交换器6中，相对于返回的 冷却剂流20热交换(流17)前，冷却剂流16在膨胀器8中膨胀。在 流18在膨胀器9中膨胀前，热交换后的流17B在第三热交换器7中 热交换。膨胀过的冷却剂流19随后在第四热交换器7B中热交换，随 后(沿线20)通过热交换器7、6、5流回到压缩机系统2、3、4。
如图4所示，在压缩机11的上游，在汽化气体供给管线10中包 含一个预冷却器30。管线33把一部分冷却剂(例如氮)从第二热交 换器级6和第三热交换器级7之间的返回冷却剂流上的一个取出点48 供送到预冷却器30，而(热交换后的)冷却剂通过管线32，在所述取 出点下游的一个再进入点再返回到返回冷却剂流20中。
如此，如本发明，通过使用一部分低压氮预冷汽化气体流，可看 到一些有利的效果：
1、通过冷箱的汽化气体流的流量在正常的操作模式下保持在绝对 最小，当不需要LD压缩机的再循环时，仅仅在再液化系统中处理来 自 船货罐的直接汽化。
2、通过冷箱的低温段的制冷剂(或冷却剂，例如氮)的流量与流 过三个氮气压缩机2、3、4的流量一样，也就是最大。
3、从冷箱取出的这部分低压氮气可设计成最佳的温度，保证在预 冷却器30中的最小的热力学放射能力损失。
4、取出一些低压制冷剂(例如氮)将导致更好地与冷箱组合曲线 相匹配(也就是减小热力学放射能力损失)因为这会导致在温差一般 较大的区域中减小局部温差(见图5)。
作为这些措施的直接结果，本发明方法的功率要求(如图所示) 附额外加地减小100-150kW，这一减小可由冷侧组合曲线(图5中放 大的)小台阶反映出来。
分流低压制冷剂流的另一效果是它不仅可用于预冷进入LD压缩 机30的汽化气体，而且可中间冷却在两个LD压缩级之间的汽化气体。 这潜在地降低所述LD压缩机的功约50kW(在其它方面取决于压缩 机效率)但是对氮气压缩扩展器在功率要求方面的稍微增加将等于当 考虑总的系统时得到的功率的多少。但是，选择如此一个技术方案对 调节进入冷箱的汽化气体的温提供了更多的灵活性。对于不同的操作 模式，这会降低在板-翅片热交换器中的热应力，和打开在各种操作条 件(如平稳航海和带有富氮的LNG的航海)下降低功率的可能性。
因此，在图6中示出用以集成预冷却器和内冷却器两者一个优选 实施例和灵活的技术方案。这里，两支分流保证汽化气体温度可冷到 在预冷却器30’和中间冷却器30”中同样冷的温度。汽化气体预冷却器 30’包含在第一压缩机11”上游的汽化气体供应管线10中，而汽化气体 中间冷却器30”包含在第一压缩机11”下游，并在第一压缩机11“下游 及第二压缩机11’上游的汽化气体供应管线中。管线33’，33”把一部 分冷却剂例如氮分别从第二热交换器级6和第三热交换器级7之间的 返回冷却剂流20上的一个取出点供送到预冷却器30’和中间冷却器 30”，而(热交换后的冷却剂)在所述取出点的下游的再进入点，分别 通过管线32’，32”返回到返回冷却剂流20。
也可以选择仅仅一支分流，如图7所示。在这里，冷却剂从类似 如上述的管线20中的取出点通过管线37供送到预冷却器30’，随后 在通过管线38返回到冷箱前，冷却剂通过管线36从预冷却器30’供 送到中间冷却器30“。该实施例仅仅在中间冷却器比后冷却器允许更 高的温度的情况下才是可能的。然后，可达到中间冷却器的温度水平 与预冷却器的温度水平接近，但是这意味着高的氮气流量，因此高的 预冷却和中间冷却的热力学放射本领的损失。
一个替换方案亲是把冷的氮气流从两个膨胀器级之间的中间压力 的氮气流供送到预冷却器。在原理上，可在两个膨胀器中的任意点(如 图8中示出的点A、B、C)做到。在点A，局部温度较小，作为这一 点的结果，氮气流量必须稍微增加，但是另一方面，点A和C使板- 翅片热交换器的设计比点B稍微不复杂。作为经济的考虑，控制程序、 和不同的LNG船货成分的能量要求的综合结果，选出三点中最适合 的。对于已讨论的两个膨胀器的方案，这将保证一些膨胀功用于再流 到预冷却器的氮气流。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、一种在汽化再液化设备中在由至少一个压缩机(11；11’，11”) 压缩之前冷却液化天然气汽化气体流(10)的方法，在所述设备中， 至少一部分汽化气体流在压缩之后与一封闭环路制冷系统中的冷却剂 进行热交换而被再液化，所述封闭环路制冷系统包括具有至少两级的 一热交换单元(5，6，6B，7)，其特征在于，
-把一部分所述冷却剂从所述封闭环路制冷系统中的一取出位置 (48)供送到在所述至少一个压缩机(11；1l’，11”)上游的至少一 个热交换位置(30；30’，30”)；
-在所述至少一个热交换位置(30；30’，30”)使所述冷却剂和汽 化气体流成热交换的关系；
-把冷却剂从所述至少一个热交换位置(30；30’，30”)供送到在 所述取出位置(48)下游的、在所述封闭环路制冷系统中的一再进入 位置(49)。
2、按照权利要求1的方法，其特征在于对所述汽化气体流的压 缩包括位于一第二汽化气体压缩级(11’)上游的一第一汽化气体压缩 级(11”)。
3、按照权利要求1和2的方法，其特征在于在第一汽化气体压 缩级(11”)上游的一第一热交换位置(30’)和在第二汽化气体压缩 级(11’)上游的一第二热交换位置(30”)处，使所述冷却剂成热交 换关系。
4、按照权利要求1和2的方法，其特征在于包括下面的步骤：
-把一部分所述冷却剂从在所述封闭环路制冷系统中的取出位置 (48)供送到(37)在第一汽化气体压缩级(11’)上游的一第一热交 换位置(30’)；
-在所述第一热交换位置(30’)使冷却剂和汽化气体流成热交换 关系；
-把冷却剂从所述第一热交换位置(30’)供送到(36)在第二汽 化气体压缩级(11’)上游的一第二热交换位置(30”)；
-在所述第二热交换位置(30”)使冷却剂和汽化气体流成热交换 关系；
-把冷却剂从第二热交换位置(30”)供送到(38)在所述封闭环 路制冷系统中的再进入位置(49)，
5、按照权利要求1的方法，其特征在于将所述一部分冷却剂从 在热交换单元中的一第三热交换器级(6B)和一第二热交换器级(6) 之间的一取出位置(48)供出，并且将所述冷却剂供送到在热交换单 元中的所述第三热交换器级(6B)和第二热交换器级(6)之间的一 个再进入位置(49)。
6、按照权利要求1和5的方法，其特征在于所述取出位置(48) 和所述再进入位置(49)位于在所述封闭环路制冷系统的热交换单元 中的所述第三热交换器级(6B)的下游。
7、按照权利要求1的方法，其特征在于所述一部分冷却剂从一 个取出位置(48)供出，并返回到再进入位置(49)，这两个位置均位 于所述封闭环路制冷系统中的一第一区(A)，该第一区位于热交换单 元中的一第一热交换器级(5)的下游及一第二热交换器级(6)的上 游。
8、按照权利要求1的方法，其特征在于所述一部分冷却剂从一 个取出位置(48)供出，并返回到再进入位置(49)，这两个位置均位 于所述封闭环路制冷系统中的一第二区(B)，该第二区位于热交换单 元中的一第二热交换器级(6)的下游及一第三热交换器级(6B)的 上游。
9、按照权利要求1的方法，其特征在于所述一部分冷却剂从一 个取出位置(48)供出，并返回到再进入位置(49)，这两个位置均位 于所述封闭环路制冷系统中的一第三区(C)，该第三区位于热交换单 元中一第三热交换器级(6B)的下游及一第四热交换器级(7)的上 游。
10、一种在汽化再液化设备中在由至少一个压缩机(11；11’，11”) 压缩之前来冷却流入汽化气体管道(10)中的液化天然气汽化气体的 装置，其中至少一部分汽化气体流在压缩之后与一封闭环路制冷系统 中的冷却剂进行热交换而被再液化，所述封闭环路制冷系统包括具有 至少两级的一热交换单元(5，6，6B，7)，其特征在于包括：
-在所述至少一个压缩机(11；11’，11”)上游、与汽化气体管道 (10)流体连接的至少一个热交换器(30；30’，30”)；
-第一管线(33；33’，33”；37)，用于把一部分所述冷却剂从封 闭环路制冷系统中的一取出位置(48)供送到所述至少一个热交换器 (30；30’，30”)；
-第二管线(32，32’，32”，38)，用于把冷却剂从所述至少一个 热交换器(30；30’，30”)供送到在取出位置(48)下游的所述封闭 环路制冷系统中的一再进入位置(49)。
11、按照权利要求10的装置，其特征在于所述至少一个压缩机包 括在一第二汽化气体压缩机(11’)上游安排在汽化气体管道中的第一 汽化气体压缩机(11”)。
12、按照权利要求10和11的装置，还包括在第一汽化气体压缩 机(11”)上游的第一热交换器(30’)和在第二汽化气体压缩机(11’) 上游的第二热交换器(30”)。
13、按照权利要求10、11和12的装置，其特征在于
-所述第一管线(37)把所述封闭环路制冷系统中的冷却剂取出位 置(48)与第一热交换器(30’)的冷却剂入口流体连接起来；
-一中间管线(36)把第一热交换器(30’)的冷却剂出口与第二 热交换器(30”)的冷却剂入口流体连接起来；
-所述第二管线(38)把第二热交换器(30”)的冷却剂出口与所 述封闭环路制冷系统中的再进入位置(49)流体连接起来。
14、按照权利要求10的装置，其特征在于所述取出位置(48)位 于热交换单元中的一第三热交换器级(6B)和一第二热交换器级(6) 之间的一管线(20’)中，而所述再进入位置(49)在取出位置(48) 的下游，位于热交换单元中的第三热交换器级(6B)和第二热交换器 级(6)之间的所述管线(20’)中。
15、按照权利要求10的装置，其特征在于所述取出位置(48)和 再进入位置(49)在热交换单元中的一第一热交换器级(5)的下游及 一第二热交换器级(6)的上游，位于所述封闭环路制冷系统中的一部 分(17)的一第一区(A)中。
16、按照权利要求10的方法，其特征在于所述取出位置(48)和 再进入位置(49)在热交换单元中的一第二热交换器级(6)的下游及 一第三热交换器级(6B)的上游，位于所述封闭环路制冷系统中的一 部分(17)的一第二区(B)中。
17、按照权利要求10的方法，其特征在于所述取出位置(48)和 再进入位置(49)在热交换单元中的一第三热交换器级(6B)的下游 及一第四热交换器级(7)的上游，位于所述封闭环路制冷系统中的一 部分(18)的一个第三区(C)。
18、一种在汽化再液化设备中对液化天然气的汽化气体进行充分 再液化的装置，包括汽化气体供给管线(10)和与热交换器(5，6，7) 流体连接的压缩机(11)、连接到热交换器的最终出口的用于再液化的 汽化气体的返回管线(13)，在所述热交换器中，汽化气体与包括冷却 剂的封闭环路制冷系统热交换，所述装置的特征在于：
-用于压缩所述冷却剂的压缩单元(2，3，4)；
-把所述压缩单元与一第一热交换器(5)的第一冷却剂通道(51) 的入口流体连接起来的冷却剂管线(15)，所述第一热交换器还具有第 二冷却剂通道(52)和汽化气体通道(53)；
-把第一热交换器(5)的第一冷却剂通道(51)的出口与一第一 膨胀器(8)流体连接起来的冷却剂管线(16)；
-把第一膨胀器(8)的出口与一第二热交换器(6)的第一冷却剂 通道(61)的入口流体连接起来的冷却剂管线(17)，所述第二热交换 器(6)还具有第二冷却剂通道(62)和汽化气体通道(63)；
-把第二热交换器的第一冷却剂通道(61)的出口与第二膨胀器(9) 流体连接起来的冷却剂管线(18)；
-把第二膨胀器(9)的出口与第四热交换器(7)的第二冷却剂通 道(72)的入口流体连接起来的冷却剂管线(19)，所述第四热交换器 (7)还包括汽化气体通道(73)；
-第四热交换器(7)的第二流体通道(72)的出口与所述第二热 交换器(6)的第二流体通道(62)的入口流体连接：
-第二热交换器(6)的第二流体通道(62)的出口与所述第一热 交换器(5)的第二流体通道(52)的入口流体连接：
-第一热交换器(5)的第二流体通道(52)的出口与所述压缩单 元(2，3，4)的入口流体连接。
19、一种在汽化再液化设备中对液化天然气的汽化气体进行充分 再液化的装置，包括汽化气体供给管线(10)和与热交换器(5，6，7) 流体连接的压缩机(11)、连接到热交换器最终出口的用于再液化的汽 化气体的返回管线(13)，在所述热交换器中，汽化气体与包括冷却剂 的封闭环路制冷系统进行热交换，所述装置的特征在于：
-用于压缩所述冷却剂的压缩单元(2，3，4)：
-把所述压缩单元与一第一热交换器(5)的第一冷却剂通道(51) 的入口流体连接起来的冷却剂管线(15)，所述第一热交换器还具有第 二冷却剂通道(52)和汽化气体通道(53)：
-把第一热交换器(5)的第一冷却剂通道(51)的出口与一第一 膨胀器(8)流体连接起来的冷却剂管线(16)；
-把第一膨胀器(8)的出口与一第二热交换器(6)的第一冷却剂 通道(61)的入口流体连接起来的冷却剂管线(17)，所述第二热交换 器(6)还具有第二冷却剂通道(62)和汽化气体通道(63)：
-把第二热交换器(6)的第一冷却剂通道(61)的出口与一第三 热交换器(6B)的第一冷却剂通道(61B)的入口流体连接起来的冷 却剂管线(17B)；
-把第三热交换器的第一冷却剂通道(61B)的出口与第二膨胀器 (9)流体连接起来的冷却剂管线(18)；
-把第二膨胀器(9)的出口与一第四热交换器(7)的第二冷却剂 通道(72)的入口流体连接起来的冷却剂管线(19)，所述第四热交换 器(7)还包括汽化气体通道(73)；
-第四热交换器(7)的所述第二流体通道(72)的出口与所述第 三热交换器(6B)的第二流体通道(62B)的入口流体连接(20)；
-第三热交换器(6B)的所述第二流体通道(62B)的出口与所述 第二热交换器(6)的第二冷却剂通道(62)的入口流体连接(20’)；
-第二热交换器(6)的所述第二流体通道(62)的出口与所述第 一热交换器(5)的第二流体通道(52)的入口流体连接；
-第一热交换器(5)的所述第二流体通道(52)的出口与所述压 缩单元(2，3，4)的入口流体连接。
20、按照权利要求10-19的装置，其特征在于所述冷却剂包括氮 气。
21、按照权利要求10-19的装置，用于浮船。
22、按照权利要求1-9的方法，其特征在于所述冷却剂包括氮。
23、按照权利要求1-9的方法，用于浮船。