LNG冷能发电装置的发电模式与旁通模式切换控制方法与流程

lng冷能发电装置的发电模式与旁通模式切换控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种lng冷能发电装置的发电模式与旁通模式切换控制方法，属于冷能发电技术领域。


背景技术：

2.天然气经压缩、冷却至其凝点温度后形成液化天然气(liquefiednatural gas,简称lng)，以在存储和运输过程中节省材料和空间。在由液态转变为常温气态的过程中，lng会向外释放大量的冷能，合理回收利用这部分能量的途径之一就是冷能发电。
3.得益于工艺流程成熟简单，系统可靠性高，能耗低，朗肯循环法是现阶段常用的冷能发电技术之一。通过中间传热介质丙烷，lng接收来自海水的热量实现气化。吸收冷能液化后的丙烷经海水加热气化后驱动与发电机组连接的透平，实现冷能发电。
4.现有lng冷能发电装置虽实现了lng的气化和发电功能的结合，但缺少如何实现两种运行模式之间的切换控制流程，因此需要一种详细、合理的发电模式与旁通模式的切换控制方案。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供一种lng冷能发电装置的发电模式与旁通模式切换控制方法，该方法详细描述切换过程中阀门开闭顺序、开度以及重要设备进出口工艺参数，保证了发电模式与旁通模式切换可以顺利安全完成。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.一种lng冷能发电装置的发电模式与旁通模式切换控制方法，包括发电模式切换至旁通模式的控制方法和旁通模式切换至发电模式的控制方法，旁通模式切换至发电模式的控制方法包括如下步骤：
8.s1：确定lng冷能发电装置处于稳定的旁通模式；
9.s2：降低lng进口流量；
10.s3：关闭丙烷泵旁通阀和透平大旁通阀，打开透平小旁通阀；
11.s4：利用透平小旁通阀调节lng气化器e2的壳压力；
12.s5：开启流量调节阀，以最小流量启动丙烷循环泵；
13.s6：阀门切换为pid控制；
14.s7：逐渐打开lng进口流量控制阀，开启透平入口导叶igv和透平启动阀，透平启动阀采用pid控制；
15.s8：全开透平启动阀，缓慢打开透平入口快关阀；
16.s9：关闭透平启动阀和透平小旁通阀；
17.s10：对透平入口导叶igv采用pid控制，等待发电模式运行稳定；
18.发电模式切换至旁通模式的控制方法包括如下步骤：
19.步骤1：确定lng冷能发电装置处于稳定的发电模式下；
20.步骤2：降低lng进口流量；
21.步骤3：缓慢关闭透平入口导叶igv，打开透平小旁通阀；
22.步骤4：关闭透平入口快关阀、中间介质气化器e1的液位调节阀和丙烷循环泵；
23.步骤5：在中间介质气化器e1的液位达到0之前打开丙烷泵旁通阀；
24.步骤6：打开透平大旁通阀，确认阀门全开后，开始关闭透平小旁通阀；
25.步骤7：逐渐打开lng进口流量控制阀；
26.步骤8：等待旁通模式运行稳定。
27.所述的发电模式与旁通模式切换控制方法，优选地，lng冷能发电装置处于稳定的旁通模式是指：lng进口流量控制阀、海水出口流量控制阀、透平大旁通阀和丙烷泵旁通阀开启；透平小旁通阀、透平启动阀、透平入口快关阀、透平入口导叶igv、泄放阀、流量调节阀、丙烷循环泵和中间介质气化器e1的液位调节阀关闭。
28.所述的发电模式与旁通模式切换控制方法，优选地，s3中调节所述透平小旁通阀的开度至5-15％。
29.所述的发电模式与旁通模式切换控制方法，优选地，s4具体包括如下步骤：
30.s41透平小旁通阀的阀门开度保持5-15％，直到lng气化器e2的压力变为0.25-0.75barg；
31.s42当lng气化器e2的压力达到0.25-0.75barg时，控制切换为pid控制，lng气化器e2设定压力为0.1-0.3barg；
32.s43将lng气化器e2设定压力逐渐降低至0.1-0.3barg。
33.所述的发电模式与旁通模式切换控制方法，优选地，s6中，调节中间介质气化器e1的液位调节阀开度至30-60％，待阀门开度达到30-60％后，切换阀门控制为pid控制。
34.所述的发电模式与旁通模式切换控制方法，优选地，s7中，透平入口导叶igv的开度设置为5-15％，透平启动阀的开度设置为30-60％。
35.所述的发电模式与旁通模式切换控制方法，优选地，lng冷能发电装置处于稳定的发电模式下是指：lng进口流量控制阀、海水出口流量控制阀、透平入口快关阀、透平入口导叶igv、流量调节阀、中间介质气化器e1液位调节阀和丙烷循环泵开启；透平启动阀、透平小旁通阀、透平大旁通阀、泄放阀和丙烷泵旁通阀关闭。
36.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
37.本发明控制方法的优点在于除了主工艺流程发电和旁通的相应管线及阀门外，还考虑了辅助管线等设备。通过详细描述切换过程中阀门开闭顺序、开度以及重要设备进出口工艺参数，保证了发电模式与旁通模式切换可以顺利安全完成。
附图说明
38.图1为本发明一实施例提供的lng冷能发电装置的系统示意图；
39.图中各标记如下：
40.1-lng入口；2-常温天然气出口；3-海水入口；4-海水出口；5-lng气化器e2；6-中间介质气化器e1+天然气加热器e3；7-发电机；8-透平；9-丙烷循环泵；10-透平入口导叶igv；11-透平入口快关阀；12-泄放阀；13-透平启动阀；14-透平小旁通阀；15-透平大旁通阀；16-流量调节阀；17-e1液位调节阀；18-丙烷泵旁通阀；19-海水出口流量控制阀；20-lng进口流
量控制阀。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
43.本发明针对现有lng冷能发电装置虽实现了lng的气化和发电功能的结合，但缺少如何实现两种运行模式之间的切换控制流程问题，而提出一种lng冷能发电装置的发电模式与旁通模式切换控制方法，该方法通过详细描述切换过程中阀门开闭顺序、开度以及重要设备进出口工艺参数，保证了发电模式与旁通模式切换可以顺利安全完成。
44.如图1所示，应用朗肯循环法的lng冷能发电装置主要包括lng气化器e25，中间介质气化器e1+天然气加热器e36，透平8，发电机7和丙烷循环泵9。
45.lng冷能发电装置中中间介质气化器e1+天然气加热器e36常作为一个整体出现，避免海水多次进出造成温度降低，影响换热效果。
46.lng冷能发电装置具备两种常规运行模式，即发电模式和旁通模式。
47.发电模式下，透平8和丙烷循环泵9运行，系统同时实现发电和lng气化功能。在中间介质气化器e1壳程的液体丙烷由管程海水加热气化，气化后的丙烷蒸汽被送至透平8的进口，驱动透平8发电。丙烷蒸汽膨胀后进入lng气化器e25壳程并由管程lng进行冷凝，冷却成液体后由管线进入丙烷循环泵9，经丙烷循环泵9升压后再次送入中间介质气化器e1壳程。lng在e2中被丙烷加热转变成天然气，随后被送入天然气加热器e3壳程，被管程海水加热至指定温度后向外输出。
48.发电模式下，需对中间介质气化器e1的液位、lng气化器e25壳体压力、丙烷循环泵9和透平8进行控制。
49.旁通模式下，透平8和丙烷循环泵9不运行，系统仅实现lng气化功能。位于中间介质气化器e1壳程的液态丙烷由管程海水加热气化，丙烷蒸汽随后直接进入lng气化器e25壳程并被冷凝，随后液态丙烷直接进入e1壳程完成一次循环。
50.旁通模式下，丙烷通过重力完成从e2到e1的自然循环，因此e2布置的竖直高度要比e1高。丙烷循环回路除紧急停止外不进行控制，仅控制lng和海水流量。
51.现有lng冷能发电装置虽实现了lng的气化和发电功能的结合，但缺少如何实现两种运行模式之间的切换控制流程。
52.本发明针对现有的lng冷能发电装置缺少如何实现两种运行模式之间的切换控制流程问题，而提出一种lng冷能发电装置的发电模式与旁通模式切换控制方法，该方法详细
描述切换过程中阀门开闭顺序、开度以及重要设备进出口工艺参数，保证了发电模式与旁通模式切换可以顺利安全完成。
53.图1为本发明一实施例提供的lng冷能发电装置的系统结构示意图，在本实施例中，lng冷能发电装置具备两种工作模式，即发电模式和旁通模式。
54.本具体实施方式提供一种在某案例工艺值情况下，采用上述lng冷能发电装置的从旁通模式切换至发电模式的控制方案，具体流程如下：
55.1、确保冷能发电装置处于旁通模式下的稳定状态，即确定如下阀门的开闭状态：lng进口流量控制阀20、海水出口流量控制阀19、透平大旁通阀15和丙烷泵旁通阀18开启；透平小旁通阀14、透平启动阀13、透平入口快关阀11、透平入口导叶igv10、泄放阀12、流量调节阀16、丙烷循环泵9和中间介质气化器e1的液位调节阀17关闭。
56.2、调整lng流量由205.2吨/小时降至80吨/小时。
57.3、关闭丙烷泵旁通阀18。
58.4、完全关闭透平大旁通阀15，调节透平小旁通阀14开度至10％。
59.5、由透平小旁通阀14分3级调节lng气化器e2壳压力：
60.a、透平小旁通阀14的阀门开度保持10％，直到lng气化器e2压力变为0.5barg；
61.b、当lng气化器e2压力达到0.5barg时，控制切换为pid控制；设定lng气化器e2的压力为0.2barg；
62.c、设定lng气化器e2的压力逐渐降低至0.2barg。
63.6、开启流量调节阀16，以最小流量启动丙烷循环泵9。
64.7、调节中间介质气化器e15的液位调节阀17开度至50％，待阀门开度达到50％后，切换阀门控制为pid控制。
65.8、逐渐打开lng进口流量控制阀20，调整流量为205.2吨/小时；
66.9、开启透平入口导叶igv10，开度设置为10％；开启透平启动阀13，开度设置为50％。
67.10、透平启动阀13采用pid控制：
68.a、控制透平启动阀13以保持第1档速度；
69.b、控制透平启动阀13以保持第2档速度。
70.11、全开透平启动阀13，透平入口快关阀11缓慢打开。
71.12、关闭透平启动阀13和透平小旁通阀14。
72.13、透平入口导叶igv10采用pid控制，控制lng气化器e2的压力为0.2barg。
73.14、等待发电模式运行稳定。
74.本具体实施方式还提供一种采用上述lng冷能发电装置的从发电模式切换至旁通模式的控制方案，具体流程如下：
75.1、确保冷能发电装置处于发电模式下的稳定状态，即确定如下阀门的开闭状态：lng进口流量控制阀20、海水出口流量控制阀19、透平入口快关阀11、透平入口导叶igv10、流量调节阀16、中间介质气化器e1的液位调节阀17和丙烷循环泵9开启；透平启动阀13、透平小旁通阀14、透平大旁通阀15、泄放阀12和丙烷泵旁通阀18关闭。
76.2、调整lng流量由205.2吨/小时降至100吨/小时。
77.3、缓慢关闭透平入口导叶igv10，打开透平小旁通阀14。为避免lng气化器e2壳变
成真空状态，需平衡透平入口导叶igv10和透平小旁通阀14的开度。
78.4、关闭透平入口快关阀11。
79.5、关闭中间介质气化器e1的液位调节阀17，关闭丙烷循环泵9，在中间介质气化器e1的液位达到0之前打开丙烷泵旁通阀18。
80.6、打开透平大旁通阀15，确认阀门全开后，开始关闭透平小旁通阀14。
81.7、逐渐打开lng进口流量控制阀20，在lng气化器e2的液位达到0之前，使流量达到205.2吨/小时。
82.8、等待旁通模式运行稳定。
83.本发明控制方法的优点在于除了主工艺流程发电和旁通的相应管线及阀门外，还考虑了辅助管线等设备。通过详细描述切换过程中阀门开闭顺序、开度以及重要设备进出口工艺参数，保证了发电模式与旁通模式切换可以顺利安全完成。
84.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。