一种直接利用LNG冷能驱动LNG高压泵进行气化的装置的制作方法

本发明涉及一种直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置，尤其涉及一种以lng冷能为全部动力，在不需要任何外部输入动力的情况下，将lng加压至高压气化器进行气化的装置，属于冷能应用技术领域。

背景技术：

目前，lng接收站将lng加压气化输入天然气管道，lng-cng充装站将lng加压、气化充装到工业钢瓶或cng汽车，都是使用动力电机驱动lng泵加压，输入气化器进行气化。大连中石油lng接收站，lng从罐内由低压泵加压至1mpa，输送至高压泵。高压泵将lng加压至10mpa后，输送至气化器气化外输。其中：低压泵功率310kw，460立方米/h，高压泵功率2069kw，435立方米/h，每年电费达700余万元。普通的lng-cng充装站，将lng加压到20mpa，电机功率30-60kw，每年电费在12万左右。同时，大功率电机在易燃易爆区域，存在重大安全风险。

lng冷能作为绿色环保能源技术已经有相当多的研究和应用，但以lng冷能为全部动力，在不需要任何外部输入动力的情况下，将lng加压至高压气化器进行气化的装置，国内外还没有相关研究成果。

以lng冷能为全部动力，在不需要任何外部输入动力的情况下，将lng加压至气化器进行气化的装置，是将lng加压至高压气化器，吸收大量空气或海水的能量，气化成高压气体，储存有大量动能，有效利用这些动能，直接驱动lng泵，可节约大量电能，减少电力设施和用电安全防护设施投入，大幅降低作业场所的安全风险。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种以lng冷能为全部动力，在不需要任何外部输入动力的情况下，将lng加压至气化器进行气化的装置。

一种直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置，所述装置包括下述设备单元：

一个水平放置的柱塞泵，所述柱塞泵包括柱塞泵缸体、柱塞泵活塞和柱塞杆；所述柱塞泵活塞将柱塞泵缸体分隔为远离气缸的第一腔室和靠近气缸的第二腔室；所述第一腔室通过入口管道连通lng源和通过lng出口管道连通气化器；

一个水平放置的气缸，所述气缸包括气缸套、气缸活塞和气缸连杆；所述气缸活塞将气缸套分隔为靠近柱塞泵的第一气缸室和远离柱塞泵的第二气缸室；所述第一气缸室连通至少一个气体出口管道和一个气体入口管道；所述第二气缸室连通至少一个气体出口管道和一个气体入口管道；所述第一气缸室通过气体入口管道接收来自高压储罐的高压cng，所述第二气缸室通过气体入口管道接收来自高压储罐的高压cng；

所述柱塞泵活塞和气缸活塞左右动作，且柱塞泵活塞与气缸活塞通过固定连接的柱塞泵连杆和气缸连杆进行联动；

一个气化器，所述气化器接收来自柱塞泵的lng；

一个高压储罐，所述高压储罐接收来自气化器经气化后的高压cng；

至少一个cng储罐，所述cng储罐接收来自第一气缸室和第二气缸室cng，且其中一个cng储罐同时接收来自高压储罐的高压cng；

若干连通各个设备单元的管道及控制管道流通性的阀门。

本发明所述“柱塞泵”为现有技术中公开的柱塞泵，其可商业购得或根据现有技术公开的方法组装所得。所述柱塞泵主要包括柱塞泵缸体、柱塞泵活塞和柱塞杆部件，除外还包含其他组件。在本发明所述装置中柱塞泵水平放置，柱塞泵活塞沿水平方向往复运动，柱塞泵活塞在往复运动中，形成位于活塞两侧的两个腔室，分别命名为第一腔室和第二腔室，且两个腔室的体积随活塞的运动不断变化。如，当活塞位于最左侧时，第一腔室体积为零；反之，当活塞位于最右侧时，第二腔室体积为零。

本发明所述“气缸”主要包括气缸套、气缸活塞和气缸连杆，除外还包含其他组件。在本发明所述装置中气缸水平放置，且气缸连杆与柱塞泵连杆在同一水平高度上固定连接，使柱塞泵活塞与气缸活塞可以联动。与柱塞泵相似，所述气缸活塞将气缸套分隔为两个气缸室，分别为第一气缸室和第二气缸室，且两个气缸室的体积随活塞的运动不断变化。

本发明所述“气化器”为现有技术中公开的用于lng气化器，可商业购得。

本发明所述“高压储罐”和“cng储罐”为现有技术中可用于cng存储的储罐。优选所述储罐设有内压检测和控制装置，以控制储罐内部压力不超过设定值，保证储罐安全运行。

本发明所述装置包括压力检测装置，用于检测各个设备单元的压力，且该压力检测与设备单元上至少一个阀门控制连接，用于保证设备单元内压力不超过设定的阈值。

本发明所述阀门、管道及其连接件均可商业购得，本领域熟练技术人员可按需要进行装配。

进一步地，所述高压储罐和cng均储罐具有设定的压力阈值，且所述高压储罐设定的压力阈值大于cng储罐设定的压力阈值。更进一步地，当所述装置包括两个以上的cng储罐时，各个储罐的设定的压力阈值不同。

本发明所述目标恒定输出压力p0指cng储罐中cng的压力，如钢瓶目标充装压力等。

优选地，当所述装置包括一个cng储罐时，该cng储罐设定的压力阈值为目标恒定输出压力p0，高压储罐的设定的压力阈值为2p0±40％；当所述装置包括两个以上的cng储罐时，各个储罐的设定的压力阈值不同，且第一cng储罐的设定的压力阈值为目标恒定输出压力p0±40％，高压储罐的设定的压力阈值为2p0±40％；其他cng储罐较第一cng储罐的设定的压力阈值依次减小。

进一步优选地，当所述装置包括两个cng储罐时，第一cng储罐的设定的压力阈值为目标恒定输出压力p0±40％，第二cng储罐的设定的压力阈值为0.5p0±40％；高压储罐的设定的压力阈值为2p0±40％；当所述装置包括三个cng储罐时，第一cng储罐的设定的压力阈值为目标恒定输出压力p0±40％，第二cng储罐的设定的压力阈值为2/3p0±40％；第三cng储罐的设定的压力阈值为1/3p0±40％；高压储罐的设定的压力阈值为2/3p0±40％。

本发明一个优选的技术方案为：一种直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置，所述装置包括下述设备单元：

一个水平放置的柱塞泵，所述柱塞泵包括柱塞泵缸体、柱塞泵活塞和柱塞杆；所述柱塞泵活塞将柱塞泵缸体分隔为远离气缸的第一腔室和靠近气缸的第二腔室；所述第一腔室通过入口管道连通lng源和通过lng出口管道连通气化器；

一个水平放置的气缸，所述气缸包括气缸套、气缸活塞和气缸连杆；所述气缸活塞将气缸套分隔为靠近柱塞泵的第一气缸室和远离柱塞泵的第二气缸室；所述第一气缸室连通至少一个气体出口管道和一个气体入口管道；所述第二气缸室连通至少一个气体出口管道和一个气体入口管道；所述第一气缸室通过气体入口管道接收来自高压储罐的高压cng，所述第二气缸室通过气体入口管道接收来自高压储罐的高压cng；

所述柱塞泵活塞和气缸活塞左右动作，且柱塞泵活塞与气缸活塞通过固定连接的柱塞泵连杆和气缸连杆进行联动；

一个气化器，所述气化器接收来自柱塞泵的lng；

一个高压储罐，所述高压储罐接收来自气化器经气化后的高压cng；

一个cng储罐，所述cng储罐接收来自第一气缸室和第二气缸室cng，且同时接收来自高压储罐的高压cng；

若干连通各个设备单元的管道及控制管道流通性的阀门。

进一步地，所述高压储罐设定的压力阈值为25mpa；所述cng储罐设定的压力阈值10mpa。

本发明另一个优选的技术方案为：一种直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置，所述装置包括下述设备单元：

一个水平放置的柱塞泵，所述柱塞泵包括柱塞泵缸体、柱塞泵活塞和柱塞杆；所述柱塞泵活塞将柱塞泵缸体分隔为远离气缸的第一腔室和靠近气缸的第二腔室；所述第一腔室通过入口管道连通lng源和通过lng出口管道连通气化器；

一个水平放置的气缸，所述气缸包括气缸套、气缸活塞和气缸连杆；所述气缸活塞将气缸套分隔为靠近柱塞泵的第一气缸室和远离柱塞泵的第二气缸室；所述第一气缸室连通至少一个气体出口管道和一个气体入口管道；所述第二气缸室连通至少一个气体出口管道和一个气体入口管道；所述第一气缸室通过气体入口管道接收来自高压储罐的高压cng，所述第二气缸室通过气体入口管道接收来自高压储罐的高压cng；

所述柱塞泵活塞和气缸活塞左右动作，且柱塞泵活塞与气缸活塞通过固定连接的柱塞泵连杆和气缸连杆进行联动；

一个气化器，所述气化器接收来自柱塞泵的lng；

一个高压储罐，所述高压储罐接收来自气化器经气化后的高压cng；

三个cng储罐，分别为第一cng储罐、第二cng储罐和第三cng储罐，三个cng储罐分别接收来自第一气缸室和第二气缸室cng，且其中第三cng储罐同时接收来自高压储罐的高压cng；

若干连通各个设备单元的管道及控制管道流通性的阀门。

进一步地，所述高压储罐设定的压力阈值为40mpa；所述第一cng储罐设定的压力阈值25mpa，所述第二cng储罐设定的压力阈值15mpa，所述第三cng储罐设定的压力阈值6mpa。

或，所述高压储罐设定的压力阈值为40mpa；所述第一cng储罐设定的压力阈值20mpa，所述第二cng储罐设定的压力阈值12mpa，所述第三cng储罐设定的压力阈值6mpa。

本发明的有益效果为：本发明提供以lng冷能为全部动力，在不需要任何外部输入动力的情况下，持续不断将lng加压至气化器进行气化的装置。

附图说明

图1为实施例1所述直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置。

图2为实施例2所述直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例120mpa工业钢瓶充装

结合附图1进行说明，一种直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置，该装置由气缸、活塞、连杆、阀门、控制阀门、柱塞泵、气化器、安全阀、减压器、管道和储罐组成。

所述气缸包括气缸套1，气缸活塞2，气缸连杆3；所述柱塞泵4，有柱塞泵连杆5，气缸连杆3与柱塞泵连杆5的通过固定连接装置6实现固定连接；

所述气缸套1上安装有阀门7、8、9、10、11、12、13、14，其中：阀门8、9、10，分别连接管道15、16、17，再分别连接储罐23、22、21；阀门11、12、13分别连接管道18、19、20，再分别连接储罐23、22、21；

所述柱塞泵4上连接lng进口管道24，出口管道25；出口管道25连接气化器26，气化所出口连接cng管道27，cng管道27连接储罐28；所述高压储罐28连接出口管道29，出口管道29连接控制阀门30、31，阀门30通过管道与阀门7连接，阀门31通过管道32与阀门14连接；

所述高储罐28连接出口管道34，出口管道34连接安全阀35，安全阀35上连接减压阀36，减压阀36通过管道37与储罐23连接；

所述储罐28、23、22、21分别连接管道38、39、40、41，管道38、39、40、41分别连接控制阀门42、43、44、45，控制阀门42、43、44、45与输出管道46、47、48、49连接，输出压力不同的高压气体。

低压lng经lng管道24进入柱塞泵4，经柱塞泵4加压经高压lng管道25进入气化器26，lng经气化器26气化成高压cng，经管道27进入高压储罐28；

使用时，所述气缸阀门7、8、9、11、12、13关闭，阀门10、14打开，储罐28内的高压气体经管道29，控制阀门31，阀门14，进入气缸套1，推动气缸活塞2移动，气缸活塞2另一侧气体经阀门10排出，经管道17进入储罐21，气缸活塞2通过气缸连杆3、柱塞泵连杆5和固定连接装置6，推动柱塞泵4吸入lng，活塞2到达顶点后，关闭阀门14，打开阀门13，将气体排出，经管道18，进入储罐23，当储罐23中压力与气缸压力差小于5％后然后关闭阀门13，打开阀门12，将气体经管道19，进入储罐22，当储罐22中压力与气缸压力差小于5％后关闭阀门12，打开阀门11，将气体排入储罐21；打开阀门7，高压气体从储罐28，经管道29，控制阀门30、阀门7，进入气缸1推动气缸活塞2移动，气缸活塞2另一侧气体经阀门11排出，经管道20进入储罐21，柱塞泵排出高压lng经管道25进入气化器气化成高压cng；活塞2到达顶点后，关闭阀门7、11，打开阀门8，高压气体经管道15排入储罐23；关闭阀门8，打开阀门9，气体经管道16排入储罐22；关闭阀门9，打开阀门10，气体经管道17排入储罐21；打开阀门14，进入下一个循环。

储罐28超压时，超压气体经管道34、安全阀35、减压器36，管道37，排入储罐23。

储罐21、22、23、28，分别储存气体压力由低到高，储罐21气压最低，储罐28气压最高，储罐28为高压储罐，储罐23为第一cng储罐，储罐22为第二cng储罐，储罐21为第三cng储罐。设定储罐28压力为40mpa，储罐23压力为25mpa，储罐22压力为15mpa，储罐21压力为6mpa，当储罐23、储罐21超压时，关闭控制阀门30、31，停止储罐28输出高压气体。

储罐21、22、23、28，在进行钢瓶充装时，通过打开控制阀门45，经管道49，先充装储罐21内的低压气体；然后关闭控制阀门45，打开控制阀门44，经管道48，充装储罐22内的气体；然后关闭控制阀门44，打开控制阀门43，经管道47，充装储罐23内的气体；然后关闭控制阀门43，打开控制阀门42，经管道46，充装储罐28内的气体；可实现20mpa以上的高压cng充装。

通过调整控制阀门30、31大小，可调节高压气体出气速度，从而实现活塞往复运动速度。

上述工艺进行时，其阀门的开启及关闭可机械控制，也可利用控制系统进行电气控制。

实施例2lng接收站将lng升压至10mpa，气化后输入天然气高压管道

结合附图2进行说明，一种直接利用lng冷能驱动lng高压泵进行气化的装置，其与实施例1的差别在于该装置包括一个cng储罐，具体如下：

设定储罐28压力为25mpa，储罐21压力为10mpa，储罐28超压时，超压气体排入储罐23，当储罐21超压时，关闭控制阀门30、31，停止储罐28输出高压气体。

气缸套1上有4个进出气口上安装有阀门7、8、13、14，其中：阀门8连接管道15，再连接储罐23；阀门13，连接管道18，再连接储罐23；

柱塞泵4上连接lng进口管道24，出口管道25；出口管道25连接气化器26，气化器出口连接cng管道27，cng管道27连接储罐28，储罐28连接出口管道29，出口管道29连接控制阀门30、31，阀门30通过管道与阀门7连接，阀门31通过管道32与阀门14连接；

储罐28连接出口管道34，出口管道34连接安全阀35，安全阀35上连接减压阀36，减压阀36通过管道37与储罐23连接；

储罐28、23分别连接管道38、39、40、41，管道38、39分别连接控制阀门42、43，控制阀门42、43与输出管道46、47连接，输出压力不同的高压气体。

低压lng经lng管道24进入柱塞泵4，经柱塞泵4加压经高压lng管道25进入气化器26，lng经气化器26气化成高压cng，经管道27进入储罐28；

气缸阀门7、13关闭，阀门8、14打开，储罐28高压气体，经管道29，控制阀门31，阀门14，进入气缸套1，推动气缸活塞2移动，气缸活塞2另一侧气体经阀门8排出，经管道17进入储罐21，气缸活塞2通过气缸连杆3、柱塞泵连杆5和固定连接装置6，推动柱塞泵4吸入lng，活塞2到达顶点后，关闭阀门14，打开阀门13，将气体排出，经管道18，进入储罐23；打开阀门7，高压气体从储罐28，经管道29，控制阀门30、阀门7，进入气缸1推动活塞2移动，活塞2另一侧气体经阀门13排出，经管道18进入储罐23，柱塞泵排出高压lng经管道25进入气化器气化成，高压cng；活塞2到达顶点后，关闭阀门7、13，打开阀门8、14，高压气体经管道15排入储罐23，进入下一个循环。

储罐28超压时，超压气体经管道34、安全阀35、减压器36，管道37，排入储罐23。

储罐23内的10mpa天然气，经处理后，进入高压天然气管道。

储罐28内的25mpa高压cng，可以装车销往cng加气站。

通过调整控制阀门30、31大小，可调节高压气体出气速度，从而实现活塞往复运动速度。

上述工艺进行时，其阀门的开启及关闭可机械控制，也可利用控制系统进行电气控制。