一种利用LNG低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置及方法

一种利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置及方法
技术领域
1.本发明属于lng低温蒸发气冷能利用技术领域，尤其涉及一种利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置及方法。


背景技术：

2.液化天然气（liquefied natural gas，lng）是将开采出的天然气进行净化、压缩、冷却至-162℃后形成的低温液体，其能量密度大、储存效率和安全性能高，是天然气储运和使用形式发展的必然趋势，未来发展更迅猛，使用需求更多。lng在储存过程中受周围环境温度的影响会产生大量低温蒸发气，据测算年生产20万吨的lng工厂，在lng生产和储罐存储过程中每天大约会产生约5万方-140℃左右的低温蒸发气，对这些低温蒸发气的处理大多是复温至常温后经压缩机增压送入城市用气管网，在复温过程中lng低温蒸发气能够释放出约148kw的冷量，若将该部分冷量不加以回收利用会造成能源的浪费。
3.随着我国经济的快速发展和人们生品质的不断提高，大冰块被广泛应用在食品、餐饮、卫生、工业等领域，而且需求量在逐步增大，若将上述低温蒸发气冷能用于制冰，不仅解决了低温蒸发气冷量回收和大冰块需求量增加的问题，而且经济效益非常可观。
4.目前大部分现有技术只注重lng冷能的利用，如cn103075250a公开了一种lng冷能梯级朗肯发电系统，再如cn101806293a提出了一种提高液化天然气冷能发电效率的集成优化方法，这些技术忽略了对lng低温蒸发气冷能的回收和利用，即使有也仅专注于工艺的设计与优化。现有的利用lng冷能制冰的技术，如cn108331627a公开了一种单循环双级lng冷能发电与制冰的方法及系统，先让lng与另一种冷媒换热，再让冷媒与水换热制冰，在该过程中由于多次换热，不但花费的时间长、冷能利用率低、设备成本高，还需要额外的动力推动冷媒的循环，另外制得大冰块不仅形状不规则，而且冰与模子粘连，难于脱取。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有lng储存过程中产生的低温蒸发气冷量回收利用率低和lng冷能制冰冷能利用率低及花费时间长等问题，提供一种利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置及方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：本发明的目的之一是提供一种利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置，包括：上箱，所述上箱包括第一内壳、第一冷屏，第一内壳，第一冷屏的下端均固定连接在第一法兰上，第一内壳位于第一冷屏外侧，第一内壳与第一冷屏之间留有第一蒸发气流动腔，第一内壳左侧壁下部设有第一蒸发气流入管、右侧壁下部设有第一蒸发气流出管，第一蒸发气流入管的出气端管口e、第一蒸发气流出管的进气端管口f分别与第一蒸发气流动腔连通；第一冷屏顶部设有水流入管、水量测满管；下箱，所述下箱包括第二内壳、第二冷屏，第二内壳、第二冷屏的上端均固定连接
在第二法兰上，第二内壳位于第二冷屏外侧，第二内壳与第二冷屏之间留有第二蒸发气流动腔，第二内壳左侧壁上部设有第二蒸发气流入管、右侧壁上部设有第二蒸发气流出管，第二蒸发气流入管的出气端管口e
ˊ
、第二蒸发气流出管的进气端管口f
ˊ
分别与第二蒸发气流动腔连通；所述第一法兰与第二法兰通过多个对称设置的紧固件固定连接，第一冷屏与第二冷屏之间形成制冰模腔，第二法兰顶面上位于制冰模腔和紧固件之间的位置开设凹槽，凹槽处设有密封垫。
7.进一步地，所述第一内壳外侧面包覆有第一闭泡弹性泡沫绝热层。第一闭泡弹性泡沫绝热层用于阻止低温蒸发气冷量向周围环境传递。
8.进一步地，所述第二内壳外侧面包覆有第二闭泡弹性泡沫绝热层。第二闭泡弹性泡沫绝热层用于阻止低温蒸发气冷量向周围环境传递。
9.进一步地，所述第一内壳外侧设有第一外壳，第一外壳下端固定连接在第一法兰上，第一外壳与第一内壳之间形成第一真空腔，第一闭泡弹性泡沫绝热层位于第一真空腔内部，第一外壳顶部设有第一抽真空口，第一蒸发气流入管的进气端、第一蒸发气流出管的出气端均伸出第一外壳外。通过第一真空腔进一步提高绝热性能，阻止低温蒸发气冷量向周围环境传递。
10.作为优选，所述第一蒸发气流入管的进气端设有两个管口，分别为管口a、管口b，第一蒸发气流出管的出气端设有两个，分别为管口c、管口d。
11.作为优选，所述第一蒸发气流入管的管口a、管口b及第一蒸发气流出管的管口c、管口d均装有卡套式接头。
12.进一步地，所述第二内壳外侧设有第二外壳，第二外壳上端固定连接在第二法兰上，第二外壳与第二内壳之间形成第二真空腔，第二闭泡弹性泡沫绝热层位于第二真空腔内部，第二外壳底部设有第二抽真空口，第二蒸发气流入管的进气端、第二蒸发气流出管的出气端均伸出第二外壳外。通过第二真空腔进一步提高绝热性能，阻止低温蒸发气冷量向周围环境传递。
13.作为优选，所述第二蒸发气流入管的进气端设有两个管口，分别为管口a
ˊ
、管口b
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，第二蒸发气流出管的出气端设有两个，分别为管口c
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、管口d
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。
14.作为优选，所述第二蒸发气流入管的管口a
ˊ
、管口b
ˊ
及第二蒸发气流出管的管口c
ˊ
、管口d
ˊ
均装有卡套式接头。
15.进一步地，所述水流入管、水量测满管的上端管口装卡套式接头。
16.进一步地，所述水流入管下端管口与第一冷屏顶部内壁齐平，水量测满管的下端管口穿出第一冷屏顶部内壁。
17.本发明的目的之二是提供一种利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰的方法，是基于上述的利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置实现的，具体包括：（1）从水流入管向制冰模腔内注水，当水量测满管管口有水流出时停止注水；（2）从管口a、管口a
ˊ
注入lng低温蒸发气，分别流入第一蒸发气流动腔、第二蒸发气流动腔，直接与制冰模腔内的水换热复温后从管口c、管口c
ˊ
流出，此时制冰模腔内的水快速凝结制冰，大冰块制成后停止向第一蒸发气流动腔、第二蒸发气流动腔通入lng低温蒸发气；
（3）从管口b、管口b
ˊ
通入少量已复温的lng常温蒸发气，加热第一冷屏和第二冷屏后从管口d、管口d
ˊ
流出，使大冰块与第一冷屏和第二冷屏接触表面融化，易于脱模；（4）大冰块整体脱模后松开紧固件，分离上箱与下箱后直接取出大冰块。
18.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：本发明的利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置使低温蒸发气与水直接换热，快速制大冰块，冷能利用率高、制造成本低、结构简单、拆装方便，低温蒸发气自动流动，无需其他冷媒和提供额外动力，制得大冰块不仅形状规则，而且易于脱模；对推动lng低温蒸发气有效利用，升级传统制冰装置具有十分重要的意义。
附图说明
19.图1为本发明的利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置的结构示意图；附图标记：1-上箱，101-第一法兰，102-第一蒸发气流入管，103-第一外壳，104-第一闭泡弹性泡沫绝热层，105-第一内壳，106-第一抽真空口，107-第一冷屏，108-第一蒸发气流出管，109-水流入管，110-水量测满管，2-下箱，201-第二法兰，202-第二蒸发气流入管，203-第二外壳，204-第二闭泡弹性泡沫绝热层，205-第二内壳，206-第二抽真空口，207-第二冷屏，208-第二蒸发气流出管，3-紧固件，4-密封垫。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
21.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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专利和简化描述，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专利的限制。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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。
22.实施例1如图1所示，本实施例的一种利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰装置，包括：上箱1，所述上箱1包括第一内壳105、第一冷屏107，第一内壳105，第一冷屏107的下端均固定连接在第一法兰101上，第一内壳105位于第一冷屏107外侧，第一内壳105与第一冷屏107之间留有第一蒸发气流动腔，第一内壳105左侧壁下部设有第一蒸发气流入管102、右侧壁下部设有第一蒸发气流出管108，第一蒸发气流入管102的出气端管口e、第一蒸发气流出管108的进气端管口f分别与第一蒸发气流动腔连通；第一冷屏107顶部设有水流
入管109、水量测满管110；下箱2，所述下箱2包括第二内壳205、第二冷屏207，第二内壳205、第二冷屏207的上端均固定连接在第二法兰201上，第二内壳205位于第二冷屏207外侧，第二内壳205与第二冷屏207之间留有第二蒸发气流动腔，第二内壳205左侧壁上部设有第二蒸发气流入管202、右侧壁上部设有第二蒸发气流出管208，第二蒸发气流入管202的出气端管口e
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、第二蒸发气流出管208的进气端管口f
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分别与第二蒸发气流动腔连通；所述第一法兰101与第二法兰201通过多个对称设置的紧固件3固定连接，第一冷屏107与第二冷屏207之间形成制冰模腔，第二法兰201顶面上位于制冰模腔和紧固件3之间的位置开设凹槽，凹槽处设有密封垫4。本实施例中紧固件3由双头螺柱、螺母、平垫圈和弹簧垫圈组成。
23.具体的，为了阻止低温蒸发气冷量向周围环境传递，所述第一内壳105外侧面包覆有第一闭泡弹性泡沫绝热层104；所述第二内壳205外侧面包覆有第二闭泡弹性泡沫绝热层204。
24.具体的，为了进一步提高绝热性能，阻止低温蒸发气冷量向周围环境传递，所述第一内壳105外侧设有第一外壳103，第一外壳103下端固定连接在第一法兰101上，第一外壳103与第一内壳105之间形成第一真空腔，第一闭泡弹性泡沫绝热层104位于第一真空腔内部，第一外壳103顶部设有第一抽真空口106，第一蒸发气流入管102的进气端、第一蒸发气流出管108的出气端均伸出第一外壳103外；所述第二内壳205外侧设有第二外壳203，第二外壳203上端固定连接在第二法兰201上，第二外壳203与第二内壳205之间形成第二真空腔，第二闭泡弹性泡沫绝热层204位于第二真空腔内部，第二外壳203底部设有第二抽真空口206，第二蒸发气流入管202的进气端、第二蒸发气流出管208的出气端均伸出第二外壳203外。通过第一抽真空口106、第二抽真空口206分别连接抽真空设备，便于将第一真空腔、第二真空腔抽真空。
25.具体的，为了便于切换管路或通入不同温度的lng低温蒸发气，所述第一蒸发气流入管102的进气端设有两个管口，分别为管口a、管口b，第一蒸发气流出管108的出气端设有两个，分别为管口c、管口d；所述第二蒸发气流入管202的进气端设有两个管口，分别为管口a
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、管口b
ˊ
，第二蒸发气流出管208的出气端设有两个，分别为管口c
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、管口d
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。
26.具体的，为了便于快速装配连接lng低温蒸发气气源及存储设备，所述第一蒸发气流入管102的管口a、管口b及第一蒸发气流出管108的管口c、管口d均装有卡套式接头；所述第二蒸发气流入管202的管口a
ˊ
、管口b
ˊ
及第二蒸发气流出管208的管口c
ˊ
、管口d
ˊ
均装有卡套式接头。
27.具体的，为了便于快速装配连接水源及收集溢出水流，所述水流入管109、水量测满管110的上端管口装卡套式接头。
28.具体的，所述水流入管109下端管口与第一冷屏107顶部内壁齐平，水量测满管110的下端管口穿出第一冷屏107顶部内壁。
29.实施例2本实施例提供一种利用lng低温蒸发气冷能快速制冰和脱冰的方法，利用实施例1的装置实现，具体包括：（1）从水流入管109向制冰模腔内注水，当水量测满管110管口有水流出时停止注水；
（2）从管口a、管口a
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注入lng低温蒸发气，分别流入第一蒸发气流动腔、第二蒸发气流动腔，直接与制冰模腔内的水换热复温后从管口c、管口c
ˊ
流出，此时制冰模腔内的水快速凝结制冰，大冰块制成后停止向第一蒸发气流动腔、第二蒸发气流动腔通入lng低温蒸发气；（3）从管口b、管口b
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通入少量已复温的lng常温蒸发气，加热第一冷屏107和第二冷屏207后从管口d、管口d
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流出，使大冰块与第一冷屏107和第二冷屏207接触表面融化，易于脱模；（4）大冰块整体脱模后松开紧固件3，分离上箱1与下箱2后直接取出大冰块。
30.由于水量测满管110的下端管口穿出第一冷屏107顶部内壁一定长度，这样使制冰模腔内留有一定空间，一方面防止水凝结成大冰块时体积增大挤压第一冷屏107和第二冷屏207形成的模子，另一方面保证大冰块具有规则的形状。管口e、管口f靠近第一法兰101，管口e
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、管口f
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靠近第二法兰201，这样使第一蒸发气流动腔、第二蒸发气流动腔内尽量填充满lng蒸发气，提高lng蒸发气制冰和脱冰效果；，便于实现lng低温蒸发气冷量回收利用和快速制大冰块及脱取。
31.最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明列举的实施例并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。