一种低温冷能回收装置及供气系统的制作方法

本实用新型涉及能源利用技术领域，具体而言，涉及一种低温冷能回收装置及供气系统。

背景技术：

天然气作为清洁能源，运用越来越广泛，NG燃气电厂及部分采用液态乙烯为原料的化工厂，常采用低温液态汽化方式连续相对稳定供气，供气压力较高，流量也较大，NG或乙烯等不愿意采用压缩机压缩，冷能供应量较大，低温冷能的获得需要消耗更多的能量，合理的冷量回收方式为液化氮，进一步获得低温空分液体产品，且减少冷剂汽化所需的热能消耗，一举两得。虽然近几年很多冷量回收专利问世，但很多并不实用，工业化应用有一定差距。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低温冷能回收装置，旨在提供一种专业的、实用且高效的冷能回收装置，具有节能减排、提高经济效益的作用。

本实用新型的另一目的在于提供一种供气系统，其能够高效回收供气装置中的冷能，起到节能减排的作用。

本实用新型是这样实现的：

一种低温冷能回收装置，包括氮换热器、膨胀机和高压氮输送管路，氮换热器上设置有高压氮放热通道、压力氮返流通道和冷剂输送通道，高压氮输送管路与高压氮放热通道的进口连通，高压氮放热通道的出口分别与氮换热器的高压液氮出口和膨胀机入口连通，膨胀机出口与氮换热器上的压力氮返流通道的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，低温冷能回收装置还包括冷却器，膨胀机的增压输入端与中压氮管网连通，膨胀机的增压输出端与冷却器的进口连通，冷却器的出口通过高压氮输送管路与高压氮放热通道的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，氮换热器还包括中压氮放热通道，中压氮放热通道的进口与中压氮管网连通，中压氮放热通道的出口与膨胀机的增压输入端连通，膨胀机的增压输出端通过高压氮输送管路与高压氮放热通道的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，高压氮放热通道上设置有分离抽口，分离抽口分别与氮换热器的高压液氮出口和膨胀机入口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，高压氮放热通道包括第一高压氮放热通道和第二高压氮放热通道，第一高压氮放热通道和第二高压氮放热通道的进口均与膨胀机的增压输出端连通，第一高压氮放热通道的出口与氮换热器的高压液氮出口连通，第二高压氮放热通道的出口与膨胀机入口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，低温冷能回收装置还包括分离罐，分离罐的入口与膨胀机的出口连通，分离罐的气相出口与氮换热器上的压力氮返流通道连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，低温冷能回收装置还包括液氮过冷系统，液氮过冷系统包括冷源复热通道、第一液氮出口和第二液氮出口；

分离罐的液相出口和氮换热器的高压液氮出口均与液氮过冷系统的进口连通，第二液氮出口与空气分离装置或压力氧液化装置连通；

氮换热器上还设置有低压氮复热通道，冷源复热通道的出口与低压氮复热通道的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，氮换热器上还设置有低压氮输送管路，低压氮输送管路的进口与空气分离装置或压力氧液化装置相连，低压氮输送管路的出口与低压氮复热通道的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，低温冷能回收装置还包括低温压力氮输送管路，低温压力氮输送管路的进口与空气分离装置或压力氧液化装置相连，低温压力氮输送管路的出口与压力氮返流通道相连通。

一种供气系统，包括供气站和上述低温冷能回收装置，氮换热器的冷剂输送通道的进口与供气站相连，供气站为液化天然气供气站或乙烯汽化站。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的低温冷能回收装置，其通过氮换热器上的冷剂输送通道输送低温冷量和主要高温端冷量，将高压氮经过氮换热器的高压氮放热通道进行冷却后得到部分高压液氮，并将大部分的高压氮经过膨胀机膨胀后产生低温冷量，将这部分低温冷量通过氮换热器上的压力氮返流通道提供冷量后返回中压氮管网。本实用新型采用氮作为冷量传递，冷剂不经过外压缩安全可靠。本实用新型还提供了一种供气系统，其包括上述低温冷能回收装置，能够将液化天然气供气站或乙烯汽化站中的冷量回收利用，低温冷能回收装置与常规的直接汽化供气装置并联，装置开停不影响供气，既回收了冷能又减少了汽化供气站对热能的需求，达到一举两得的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的低温冷能回收装置的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的低温冷能回收装置的结构示意图；

图3是本实用新型第三实施例提供的低温冷能回收装置的结构示意图；

图4是本实用新型第四实施例提供的低温冷能回收装置的结构示意图；

图5是本实用新型第五实施例提供的低温冷能回收装置的结构示意图；

图6是本实用新型第六实施例提供的低温冷能回收装置的结构示意图；

图7是本实用新型第七实施例提供的低温冷能回收装置的结构示意图。

图标：100a-低温冷能回收装置；100b-低温冷能回收装置；100c-低温冷能回收装置；100d-低温冷能回收装置；100e-低温冷能回收装置；100f-低温冷能回收装置；100g-低温冷能回收装置；110-氮换热器；111-高压液氮出口；112-冷剂输送通道；113-低压氮输送管路；114-高压氮放热通道；1142-第一高压氮放热通道；1144-第二高压氮放热通道；115-分离抽口；116-压力氮返流通道；117-低压氮复热通道；118-中压氮放热通道；119-低温压力氮输送管路；120-膨胀机；122-膨胀机入口；124-膨胀机出口；126-增压输入端；128-增压输出端；130-高压氮输送管路；140-冷却器；150-分离罐；160-液氮过冷系统；162-冷源复热通道；164-第一液氮出口；166-第二液氮出口。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

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该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一实施例

请参照图1，本实用新型实施例提供了一种低温冷能回收装置100a，包括氮换热器110、膨胀机120和高压氮输送管路130，氮换热器110上设置有高压氮放热通道114、压力氮返流通道116和冷剂输送通道112，高压氮输送管路130与高压氮放热通道114的进口连通，高压氮放热通道114的出口分别与氮换热器110的高压液氮出口111和膨胀机入口122连通，膨胀机出口124与氮换热器110上的压力氮返流通道116的进口连通。

需要说明的是，本实用新型实施例通过氮换热器110上的冷剂输送通道112输送低温冷量和主要高温端冷量，将高压氮经过氮换热器110的高压氮放热通道114进行冷却后得到部分高压液氮，并将大部分的高压氮经过膨胀机120膨胀后产生低温冷量，将这部分低温冷量通过氮换热器110上的压力氮返流通道116提供冷量后返回中压氮管网。本实用新型采用氮作为冷量传递，冷剂不经过外压缩安全可靠，且冷量的回收率高。

具体地，压力氮返流通道116的出口与中压氮管网连通，经压力氮返流通道116升温后的压力氮返回中压氮管网。中压氮管网的形式不限，仅指含有中压氮的系统，具体可以根据实际的工艺情况进行选择。

具体地，高压氮放热通道114的出口与氮换热器110的高压液氮出口111和膨胀机入口122的连通方式不限，可以为本实用新型实施例中提供的任意方式，即可以如本实施例中在氮换热器110内设置抽口，也可以为如第二实施例那样在进入氮换热器110前将高压氮分为两股进入氮换热器110。高压液氮出口111是由高压氮放热通道114降温的高压氮继续降温得到的过冷高压液氮产品。

进一步地，低温冷能回收装置100a还包括冷却器140，膨胀机120的增压输入端126与中压氮管网连通，膨胀机120的增压输出端128与冷却器140的进口连通，冷却器140的出口通过高压氮输送管路130与高压氮放热通道114的进口连通。中压氮经过膨胀机120增压后再经过冷却器140冷却后再进入氮换热器110。

进一步地，高压氮放热通道114上设置有分离抽口115，分离抽口115分别与氮换热器110的高压液氮出口111和膨胀机入口122连通。通过调节膨胀机120的导叶开度，将大部分的高压氮抽去膨胀机120进行膨胀降温，得到低温冷量通过压力氮返流通道116进行复热后进入中压氮管网。

需要说明的是，本实施例中提供的低温冷能回收装置100a，在进入氮换热器110之前用冷却器140进行初步冷却，适用于冷剂量不是很多的供气站。

第二实施例

请参照图2，本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100b，其实现原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。不同之处在于，本实施例中不设置冷却器140，而是通过氮换热器110对中压氮进行初步冷却。

进一步地，氮换热器110还包括中压氮放热通道118，中压氮放热通道118的进口与中压氮管网连通，中压氮放热通道118的出口与膨胀机120的增压输入端126连通，膨胀机120的增压输出端128通过高压氮输送管路130与高压氮放热通道114的进口连通。

具体地，中压氮在进入膨胀机120的增压输入端126之前通过氮换热器110进行初步冷却，然后再进行低温升压得到高压氮进入高压氮放热通道114冷却。本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100b适用于冷剂量较为充足的供气站。

第三实施例

请参照图3，本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100c，其实现原理及产生的技术效果和第二实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第二实施例中相应内容。不同之处在于本实施例增加了分离罐150。

进一步地，低温冷能回收装置100c还包括分离罐150，分离罐150的入口与膨胀机120的出口连通，分离罐150的气相出口与氮换热器110上的压力氮返流通道116连通。膨胀机120的出口带液，设置分离罐150可以进行气液分离，在底部的液相出口得到压力液氮，气相出口在压力氮返流通道116复热后回压力氮管网。本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100c适用于冷剂量充足的供气站。

在其他实施例中，高压液氮出口111也可以通过节流阀与分离罐150的入口连通。

第四实施例

请参照图4，本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100d，其实现原理及产生的技术效果和第三实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第三实施例中相应内容。不同之处在于本实施例高压氮在氮换热器110设置两个入口。

进一步地，高压氮放热通道114包括第一高压氮放热通道1142和第二高压氮放热通道1144，第一高压氮放热通道1142和第二高压氮放热通道1144的进口均与膨胀机120的增压输出端128连通，第一高压氮放热通道1142的出口与氮换热器110的高压液氮出口111连通，第二高压氮放热通道1144的出口与膨胀机入口122连通。

具体地，本实施例中设置两个高压氮输送管路130进行进料，通过第一高压氮放热通道1142和第二高压氮放热通道1144分别进行冷却后一个作为产品输出，另一个进入膨胀机120进行膨胀。

第五实施例

请参照图5，本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100e，其实现原理及产生的技术效果和第三实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第三实施例中相应内容。不同之处在于，本实施例增加了低温压力氮输送管路119。

进一步地，低温冷能回收装置100e还包括低温压力氮输送管路119，低温压力氮输送管路119的进口与空气分离装置或压力氧液化装置相连，低温压力氮输送管路119的出口与压力氮返流通道116相连通。

具体地，空气分离装置或压力氧液化装置抽取一股低温压力氮气并入氮换热器110的压力氮返流通道116复热。进一步减少空气分离装置或压力氧液化装置的热端温差，高效回收冷量。

第六实施例

请参照图6，本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100f，其实现原理及产生的技术效果和第三实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第三实施例中相应内容。不同之处在于，本实施例增加了液氮过冷系统160。

进一步地，低温冷能回收装置100f还包括液氮过冷系统160，液氮过冷系统160包括冷源复热通道162、第一液氮出口164和第二液氮出口166；分离罐150的液相出口和氮换热器110的高压液氮出口111均与液氮过冷系统160的进口连通，第二液氮出口166与空气分离装置或压力氧液化装置连通；氮换热器110上还设置有低压氮复热通道117，冷源复热通道162的出口与低压氮复热通道117的进口连通。低温冷能回收装置100f可以在氮换热系统获得液氮产品。

具体地，分离罐150的液相出口及高压液氮出口111输出的液氮进入液氮过冷系统160，在第一液氮出口164获得产品液氮，第二液氮出口166输出的液氮进入空分装置或氧液化装置；作为过冷液氮冷源复热后的低压氮通过低压氮复热通道117复热到常温后放空或去低压氮管网。

此外，高压液氮出口111输出的液氮也可根据需要部分或全部进入分离罐。

第七实施例

请参照图7，本实用新型实施例所提供的低温冷能回收装置100g，其实现原理及产生的技术效果和第六实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第六实施例中相应内容。不同之处在于，低温冷能回收装置100g增加了低温压力氮输送管路119和低压氮输送管路113，低温压力氮输送管路119请参照上述介绍内容。

进一步地，氮换热器110上还设置有低压氮输送管路113，低压氮输送管路113的进口与空气分离装置或压力氧液化装置相连，低压氮输送管路113的出口与低压氮复热通道117的进口连通。采用本实例，可以回收部分空分装置或氧液化装置的冷量，可以通过低温压力氮输送管路119或低压氮输送管路113进行接入，优选为通过低温压力氮输送管路119接入。

需要说明的是，本实用新型中提及的空分装置或氧液化装置为一般的能源系统，是将能源系统中的冷量进行利用，系统的具体结构和工作原理与现有的装置大致相同，在此不做过多赘述。

本实用新型还提供了一种供气系统，包括供气站和上述低温冷能回收装置，氮换热器的冷剂输送通道的进口与供气站相连，供气站为液化天然气供气站或乙烯汽化站。能够将液化天然气供气站或乙烯汽化站中的冷量回收利用，低温冷能回收装置与常规的直接汽化供气装置并联，装置开停不影响供气。

综上所述，本实用新型提供了一种低温冷能回收装置，其通过氮换热器上的冷剂输送通道输送低温冷量和主要高温端冷量，将高压氮经过氮换热器的高压氮放热通道进行冷却后得到部分高压液氮，并将大部分的高压氮经过膨胀机膨胀后产生低温冷量，将这部分低温冷量通过氮换热器上的压力氮返流通道提供冷量后返回中压氮管网。本实用新型采用氮作为冷量传递，冷剂不经过外压缩安全可靠。本实用新型还提供了一种供气系统，其包括上述低温冷能回收装置，能够将液化天然气供气站或乙烯汽化站中的冷量回收利用，低温冷能回收装置与常规的直接汽化供气装置并联，装置开停不影响供气。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。