LNG气化冷能冷库系统及其冷能回收方法与流程

本发明涉及是LNG冷能回收技术领域，尤其涉及LNG气化冷能冷库系统及其冷能回收方法。

背景技术：

液化天然气(LNG)是天然气经过脱酸、脱水处理，再通过深度冷冻工艺液化而成的低温液体混合物。LNG中蕴含巨大冷能，主要是气化过程中的气化潜热，如果不加以利用是对能源的极大浪费。经可行性研究表明，一个350万吨/年的LNG项目，如果其冷能能够达到充分利用，其总经济效益可达4亿元/年。目前，LNG接收站及气化站中，LNG气化主要使用海水或空气作为热源，同时使用加热炉作为补充热源使之再气化。LNG吸收海水或空气的热量，即释放出冷量给海水或空气，从而气化成为可以燃烧的天然气。在传统的气化过程中不但没有利用LNG的冷能资源而且对环境造成潜在的威胁。随着全球性石油资源的紧缺以及不断加剧的环境污染，使得污染小、燃烧性能好、储量丰富的天然气的应用越来越广泛，LNG冷能的回收利用将有非常好的发展前景。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的冷能回收率低，能耗高，操作复杂等缺点，而提出的LNG气化冷能冷库系统及其冷能回收方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计LNG气化冷能冷库系统，包括潜热回收塔、显热回收塔、复热塔与冷冻装置，且潜热回收塔、显热回收塔与复热塔之间依次连通，所述潜热回收塔连通有进气管，且进气管上依次设置有工艺阀门、第三开关阀与第四压力调节阀，所述第三开关阀通过管道连通在潜热回收塔上，所述潜热回收塔下端通过流量计连通有第一冷媒储罐，所述第一冷媒储罐通过气管连通于冷冻装置，且气管上依次设置有第二开关阀与第一冷媒泵；

所述显热回收塔通过气管连通在冷冻装置上，且显热回收塔与冷冻装置之间的气管上依次设置有第一开关阀与第一压力调节阀，所述第一压力调节阀通过导线连接有压力变送器，且压力变送器设置在气管上，所述显热回收塔下端通过流量计连通于第一冷媒储罐；

所述复热塔一侧连通有两个排出管，其中一个排出管上设置有第二压力调节阀，排出管连接有供气总管压力调节装置上，另外一个排出管上设置有第三压力调节阀，排出管连接在水浴式气化器上，且排出管上还设置有温度变送器，所述复热塔一侧还通过管道连通在冷冻装置上，所述复热塔还通过管道连通有第二冷媒储罐，且第二冷媒储罐通过管道连通在冷冻装置上，所述第二冷媒储罐与冷冻装置之间的管道上设置有工艺阀门与第二冷媒泵；

所述潜热回收塔、显热回收塔与复热塔内均设置有液位开关，所述第一冷媒储罐上还设置有液位计、压力表与带控制的温度变送器，所述第二冷媒储罐与第一冷媒泵上均设置有压力变送器。

优选的，所述冷冻装置包括制冰罐、冷藏罐与多个速冻罐，所述制冰罐、冷藏罐与多个速冻罐上端的管道均设置有工艺阀门，且其下端均设置有开关阀，开关阀上还连接有压力变送器，所述制冰罐与多个速冻罐之间连通，所述制冰罐连接在显热回收塔上，所述冷藏罐连通在复热塔上。

优选的，所述潜热回收塔、显热回收塔及复热塔为低温换热设备，三台设备安装冷箱内，冷箱内填充珠光砂并进行抽真空绝热，避免冷量向空气中的流失及对人体的低温防护。

优选的，所述潜热回收塔、显热回收塔及复热塔采用换热器结构，冷冻装置采用内浮头、U形管、缠绕管等换热管结构形势来保障设备不会因低温温差变化所对设备因热胀冷缩所产生的应力形变危害。

优选的，所述潜热回收塔、显热回收塔、复热塔与第一冷媒储罐形成冷能回收装置，且冷能回收装置内设置有天然气和冷媒介质的安全阀，保证装置系统安全、平稳运行。

本发明还提供了LNG气化冷能冷库系统的冷能回收方法，具体包括以下步骤：

S1.来自LNG储罐的LNG通过管线、截止阀、紧急切断阀和调节阀逐级串联进入潜热回收塔、显热回收塔、复热塔，气化加热后的NG经管线送入下游单元；

S2.所述第一冷媒储罐的第一冷媒进入潜热回收塔和显热回收塔，分别与潜热回收塔和显热回收塔内的NG进行热交换；遇冷后的第一冷媒进入冷冻装置中的制冰和速冻单元内，为其提供冷能，第一冷媒遇热后增压升温后返回第一冷媒储罐；

S3.所述第二冷媒储罐的第二冷媒从进入复热塔，与复热塔内的NG进行换热，换热后的第二冷媒进入冷冻装置的冷藏单元，为其提供冷能，第二冷媒遇升温后返回第一冷媒储罐；

S4.所述潜热回收塔设置了液化天然气的液位控制回路，回路控制进入潜热回收塔LNG的量不超过设备换热能力，并保证LNG蒸发在潜热回收塔内膜的均匀分布蒸发，避免LNG在潜热塔内的淤积，回路的控制来保证在潜热回收塔内冷凝的液位冷媒迅速回流至冷媒储罐；

S5.在显热回收塔上设置有液位控制回路及温度控制回路，其温度控制回路来控制进入冷能回收装置的LNG量不超过其最大换热能力，出口温度正常，液位控制回路来保证冷媒回流至冷媒储罐，在复热塔出口设置有温度及压力控制回路来保证复热后的CNG温度及压力能满足下游对燃气的需要，冷库设置的温度和压力控制回路保证冷媒冷量在冷库的安全释放；

S6.工艺、设备和控制的特殊性决定进入冷能回收装置的LNG量和下游对燃气的需求量相对应，LNG在气化升温所释放的冷能被冷媒传递到冷库用于食品的冷冻，LNG及冷媒在装置内最小的驻留量也保证工艺及设备的安全，当装置紧急条件下停车时，切断LNG的进料及冷媒进储罐，阻断NG和冷媒的换热，装置能将快速地处于安全状态；

S7.将液化天然气气化时的冷能进行转换第一冷媒和第二冷媒，可以选用氟利昂R404A、R502、R22、液氨和丙烷，通过选用不同的冷媒，调节系统压力可以制备不同用户需求的冷冻装置要求。

优选的，可提供-100～5℃温度范围内的制冷或冷藏温度，建议投资建设低温冷库的温度一般为-35℃～-15℃。

优选的，通过中间介质的沸腾、冷凝进行传热的低温热交换设备，其设备和工艺的专利特点不仅可以避免LNG与热源直接接触带来的结冰问题，而且保持了设备的高效传热特性。

本发明提出的LNG气化冷能冷库系统及其冷能回收方法，有益效果在于：

1、工艺、设备本质安全；

2、冷能全回收；

3、自动循环动力消耗低；

4、全自动运行，操作简单方便；

5、自动控制、安全连锁进一步提高装置安全性；

6、装置操作弹性大，在高、低负荷都能平稳运行。

附图说明

图1为本发明提出的LNG气化冷能冷库系统的结构示意图。

图中：1潜热回收塔、2显热回收塔、3复热塔、4第一冷媒储罐、5第二冷媒储罐、6第一冷媒泵、7第二冷媒泵、8第一开关阀、9第一压力调节阀、10第二开关阀、11冷藏罐、12制冰罐、13第二压力调节阀、14第三压力调节阀、15压力变送器、16速冻罐、17工艺阀门、18温度变送器、19压力表、20流量计、21第三开关阀、22第四压力调节阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，LNG气化冷能冷库系统，包括潜热回收塔1、显热回收塔2、复热塔3与冷冻装置，且潜热回收塔1、显热回收塔2与复热塔3之间依次连通，潜热回收塔1连通有进气管，且进气管上依次设置有工艺阀门17、第三开关阀21与第四压力调节阀22，第三开关阀21通过管道连通在潜热回收塔1上，潜热回收塔1下端通过流量计20连通有第一冷媒储罐4，第一冷媒储罐4通过气管连通于冷冻装置，且气管上依次设置有第二开关阀10与第一冷媒泵6；

显热回收塔2通过气管连通在冷冻装置上，且显热回收塔2与冷冻装置之间的气管上依次设置有第一开关阀8与第一压力调节阀9，第一压力调节阀9通过导线连接有压力变送器15，且压力变送器15设置在气管上，显热回收塔2下端通过流量计20连通于第一冷媒储罐4；

复热塔3一侧连通有两个排出管，其中一个排出管上设置有第二压力调节阀13，排出管连接有供气总管压力调节装置上，另外一个排出管上设置有第三压力调节阀14，排出管连接在水浴式气化器上，且排出管上还设置有温度变送器18，复热塔3一侧还通过管道连通在冷冻装置上，复热塔3还通过管道连通有第二冷媒储罐5，且第二冷媒储罐5通过管道连通在冷冻装置上，第二冷媒储罐5与冷冻装置之间的管道上设置有工艺阀门17与第二冷媒泵7；

潜热回收塔1、显热回收塔2与复热塔3内均设置有液位开关，第一冷媒储罐4上还设置有液位计、压力表19与带控制的温度变送器15，第二冷媒储罐5与第一冷媒泵4上均设置有压力变送器15。

本设备包括三级冷能回收：一级LNG潜热冷能回收塔，主要用于回收LNG气化过程中的潜热；二级LNG显热冷能回收塔，主要用于回收LNG气化后的显热；三级复热塔用于将CNG温度上升至5℃以上以满足CNG作为燃气的需要。一级和二级选用合适相变冷媒，冷媒用增压泵输送至冷库，在冷库节流膨胀阀的作用下气化，为冷库提供冷能，增压升温后的气相冷媒循环回冷能回收撬块用于回收LNG气化过程中的冷能，在冷能回收塔内气相冷媒和低温天然气进行热量交换，将气相冷媒液化。三级复热塔选用合适液相冷媒和低温CNG进行换热，可为冷库食品冷藏提供冷能。

冷冻装置包括制冰罐12、冷藏罐11与多个速冻罐16，制冰罐12、冷藏罐11与多个速冻罐16上端的管道均设置有工艺阀门17，且其下端均设置有开关阀，开关阀上还连接有压力变送器15，制冰罐12与多个速冻罐16之间连通，制冰罐12连接在显热回收塔2上，冷藏罐11连通在复热塔3上。

潜热回收塔1、显热回收塔2及复热塔3为低温换热设备，三台设备安装冷箱内，冷箱内填充珠光砂并进行抽真空绝热，避免冷量向空气中的流失及对人体的低温防护。

潜热回收塔1、显热回收塔2及复热塔3采用换热器结构，冷冻装置采用内浮头、U形管、缠绕管等换热管结构形势来保障设备不会因低温温差变化所对设备因热胀冷缩所产生的应力形变危害。

潜热回收塔1、显热回收塔2、复热塔3与第一冷媒储罐4形成冷能回收装置，且冷能回收装置内设置有天然气和冷媒介质的安全阀，保证装置系统安全、平稳运行。

本发明采用中间介质冷媒将液化天然气气化时的冷能用于冷库的冷冻或冷藏，减少了机械制冷造成的大量电能消耗，具有可观的经济和社会效益；采用新型、高效的冷能回收装置，降低能耗，提高冷能利用效率，保证装置工艺本质安全；对整个冷能回收装置进行撬装，同时采用PLC对冷能回收撬进行控制，安全可靠，操作简单，经济环保。

本发明还提供了LNG气化冷能冷库系统的冷能回收方法具体包括以下步骤：

S1.来自LNG储罐的LNG通过管线、截止阀、紧急切断阀和调节阀逐级串联进入潜热回收塔、显热回收塔、复热塔，气化加热后的NG经管线送入下游单元；

S2.第一冷媒储罐的第一冷媒进入潜热回收塔和显热回收塔，分别与潜热回收塔和显热回收塔内的NG进行热交换；遇冷后的第一冷媒进入冷冻装置中的制冰和速冻单元内，为其提供冷能，第一冷媒遇热后增压升温后返回第一冷媒储罐；

S3.第二冷媒储罐的第二冷媒从进入复热塔，与复热塔内的NG进行换热，换热后的第二冷媒进入冷冻装置的冷藏单元，为其提供冷能，第二冷媒遇升温后返回第一冷媒储罐；

S4.潜热回收塔设置了液化天然气的液位控制回路，回路控制进入潜热回收塔LNG的量不超过设备换热能力，并保证LNG蒸发在潜热回收塔内膜的均匀分布蒸发，避免LNG在潜热塔内的淤积，回路的控制来保证在潜热回收塔内冷凝的液位冷媒迅速回流至冷媒储罐；

S5.在显热回收塔上设置有液位控制回路及温度控制回路，其温度控制回路来控制进入冷能回收装置的LNG量不超过其最大换热能力，出口温度正常，液位控制回路来保证冷媒回流至冷媒储罐，在复热塔出口设置有温度及压力控制回路来保证复热后的CNG温度及压力能满足下游对燃气的需要，冷库设置的温度和压力控制回路保证冷媒冷量在冷库的安全释放；

S6.工艺、设备和控制的特殊性决定进入冷能回收装置的LNG量和下游对燃气的需求量相对应，LNG在气化升温所释放的冷能被冷媒传递到冷库用于食品的冷冻，LNG及冷媒在装置内最小的驻留量也保证工艺及设备的安全，当装置紧急条件下停车时，切断LNG的进料及冷媒进储罐，阻断NG和冷媒的换热，装置能将快速地处于安全状态；

S7.将液化天然气气化时的冷能进行转换第一冷媒和第二冷媒，可以选用氟利昂R404A、R502、R22、液氨和丙烷，通过选用不同的冷媒，调节系统压力可以制备不同用户需求的冷冻装置要求。

可提供-100～5℃温度范围内的制冷或冷藏温度，建议投资建设低温冷库的温度一般为-35℃～-15℃。

通过中间介质的沸腾、冷凝进行传热的低温热交换设备，其设备和工艺的专利特点不仅可以避免LNG与热源直接接触带来的结冰问题，而且保持了设备的高效传热特性。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。