一种自动低温预冷装置及方法与流程

本发明涉及一种预冷装置及方法，具体是关于一种可以实现预冷流量、温度及温降速率自动控制与调节的自动低温预冷装置及方法。

背景技术：

lng(液化天然气)液化厂或接收站等场站的低温管道及设备在投产前，需要进行预冷开车作业，对此常采用外接低温冷源(如液氮、lng)经空温气化器气化后注入被预冷系统的预冷方式。但是，该预冷过程中必须严格控制被预冷系统的温降速率，以避免对其造成低温损伤。

目前，被预冷系统的温降速率的传统控制方法主要是通过操作人员根据当前记录的温度监测数据，经人工判断后去调节冷源气化器出口阀门来调整注入的冷源温度及流量，以实现对温降速率的控制。

可见，目前的预冷操作方式自动化水平低且仅通过人工控制冷源流量、冷却速度、冷却温度等，安全性欠佳。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以实现预冷流量、温度及温降速率自动控制与调节的自动低温预冷装置及方法，以提高预冷作业的安全性和自动化水平。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自动低温预冷装置，包括气化器与管道单元、控制单元和仪表单元；其中，所述气化器与管道单元包括孔板流量计、空温式气化器、主管道和旁路管道，所述空温式气化器的入口通过所述孔板流量计和主管道连接外部冷源，所述空温式气化器的出口通过所述主管道连接被预冷系统，所述旁路管道并联连接在所述空温式气化器的上游和下游的所述主管道上；所述控制单元包括：入口调节阀，设置在位于所述孔板流量计和旁路管道之间的所述主管道上，用于调节所述空温式气化器入口冷源的流量；旁路调节阀，设置在所述旁路管道上，用于调节所述空温式气化器出口冷源的温度；出口调节阀，设置在位于所述空温式气化器下游的所述主管道上，用于调节所述空温式气化器出口冷源的流量；流量控制器，所述流量控制器的输入端连接所述孔板流量计，所述流量控制器的输出端连接所述入口调节阀，用于调节所述入口调节阀的开度；plc控制器，所述plc控制器上具有前馈信号接口、反馈信号接口和控制信号接口，所述plc控制器的前馈信号接口连接所述被预冷系统中的dcs系统，所述plc控制器的控制信号接口分别连接所述旁路调节阀、出口调节阀和流量控制器；所述仪表单元包括出口温度变送器，所述出口温度变送器设置在位于所述出口调节阀下游的所述主管道上且与所述plc控制器的反馈信号接口连接。

所述的自动低温预冷装置，优选地，还包括显示单元，所述显示单元为与所述plc控制器连接的人机界面，所述plc控制器将注入点参数、温度监控数据和各控制阀开度输出至所述人机界面进行显示。

所述的自动低温预冷装置，优选地，所述控制单元还包括入口关断阀，所述入口关断阀设置在位于所述孔板流量计上游的所述主管道上且与所述plc控制器的控制信号接口连接。

所述的自动低温预冷装置，优选地，所述仪表单元还包括出口压力变送器和出口流量变送器，所述出口压力变送器和出口流量变送器分别设置在位于所述出口调节阀下游的所述主管道上且与所述plc控制器的反馈信号接口连接。

所述的自动低温预冷装置，优选地，该自动低温预冷装置采用撬装。

所述的自动低温预冷装置，优选地，根据具体预冷方案，设置一组主撬和多组辅撬，并采用多组并联单点注入预冷或多组多点分段注入预冷。

一种自动低温预冷方法，基于上述的自动低温预冷装置，该方法包括以下步骤：

步骤一：plc控制器根据被预冷系统的温度监控数据输出控制信号给流量控制器，并通过流量控制器对入口调节阀进行以下游温降速率为主环、入口冷源流量为副环的串级控制，从而使被预冷系统满足温降速率要求；

步骤二：plc控制器根据温降速率设定值与被预冷系统的起始温度计算得出当前时段下的目标温度；与此同时，plc控制器接收来自出口温度变送器的气化器出口温度监控数据，并与目标温度进行比较，plc控制器输出控制信号给旁路调节阀调整进入空温式气化器出口的液态冷源流量，该液态冷源与空温式气化器出口的气态冷源混合后以控制空温式气化器的出口温度满足当前时段的目标温度要求。

所述的自动低温预冷方法，优选地，在进行上述步骤一时，plc控制器接收来自被预冷系统的dcs系统中需要被重点关注的管道及设备位置的温度监控数据，经plc控制器计算得出各个温度点在一定时间内的温降速率，再取各个温度点的温降速率平均值，将之与温降速率设定值比较：

当plc控制器计算得出的温降速率平均值大于温降速率设定值时，plc控制器输出控制信号给流量控制器调节入口调节阀的开度以减少进入空温式气化器的冷源流量；

反之，则plc控制器输出控制信号给流量控制器调节入口调节阀的开度以增加进入空温式气化器的冷源流量。

所述的自动低温预冷方法，优选地，在进行上述步骤二时，plc控制器同时还接收出口压力变送器和出口流量变送器的数据，用以记录和监控空温式气化器出口的压力和流量，以便操作人员辅助判断该自动低温预冷装置和被预冷系统的工作状态。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明具备外接预冷源(如液氮、lng)、气化、预冷自动控制的功能，将被预冷对象的工艺参数数据经采集后传入dcs系统，通过dcs组态与plc控制调节预冷流量与温度，实现预冷温降速率的控制，同时监控和记录预冷过程数据，较大程度提高了预冷作业的自动化水平。2、本发明装置可撬装，既可实现多组并联单点注入预冷方式又可实现多组多点分段注入预冷方式，具有可拓展性，操作弹性较大，对助力lng液化厂、接收站等项目预冷开车工作具备较强适用性和便利性。本发明可以广泛应用于设计温度不低于-196℃的低温系统的预冷，如液化天然气接收站、液化厂等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1所示，本发明提供的自动低温预冷装置包括气化器与管道单元、控制单元和仪表单元。

其中，气化器与管道单元包括孔板流量计2、空温式气化器5、主管道14和旁路管道15，空温式气化器5的入口通过孔板流量计2和主管道14连接外部冷源(如lng或液氮等)，空温式气化器5的出口通过主管道14连接被预冷系统，旁路管道15并联连接在空温式气化器5的上游和下游的主管道14上。

控制单元包括：入口调节阀3，设置在位于孔板流量计2和旁路管道15之间的主管道14上，用于调节空温式气化器5入口冷源的流量；旁路调节阀4，设置在旁路管道15上，用于调节空温式气化器5出口冷源的温度；出口调节阀7，设置在位于空温式气化器5下游的主管道14上，用于调节空温式气化器5出口冷源的流量；流量控制器11，流量控制器11的输入端连接孔板流量计2，流量控制器11的输出端连接入口调节阀3，用于调节入口调节阀3的开度；plc控制器13，plc控制器13上具有前馈信号接口、反馈信号接口和控制信号接口，plc控制器13的前馈信号接口连接被预冷系统中的dcs系统，plc控制器13的控制信号接口分别连接旁路调节阀4、出口调节阀7和流量控制器11。

仪表单元包括设置在位于出口调节阀7下游的主管道14上且与plc控制器13的反馈信号接口连接的出口温度变送器8。

在上述实施例中，优选地，该自动低温预冷装置还包括显示单元，该显示单元为与plc控制器13连接的人机界面12，plc控制器13将注入点参数、温度监控数据和各控制阀开度输出至人机界面12进行显示。

在上述实施例中，优选地，控制单元还包括入口关断阀1，该入口关断阀1设置在位于孔板流量计2上游的主管道14上且与plc控制器13的控制信号接口连接，用于关断整个自动低温预冷装置。

在上述实施例中，优选地，仪表单元还包括设置在位于出口调节阀7下游的主管道14上且与plc控制器13的反馈信号接口连接的出口压力变送器9和出口流量变送器10。

在上述实施例中，优选地，该自动低温预冷装置可撬装，并且可根据具体预冷方案，设置一组主撬和多组辅撬，采用多组并联单点注入预冷或多组多点分段注入预冷。同时，辅撬与主撬间有信息传输，辅撬既可独立工作，又可受主撬统一控制。

基于上述实施例提供的自动低温预冷装置，本发明还提出了一种自动低温预冷方法，包括以下步骤：

步骤一：plc控制器13根据被预冷系统的温度监控数据输出控制信号给流量控制器11，并通过流量控制器11对入口调节阀3进行以下游温降速率为主环、入口冷源流量为副环的串级控制，从而使被预冷系统满足温降速率要求；

步骤二：plc控制器13根据温降速率设定值与被预冷系统的起始温度计算得出当前时段下的目标温度。与此同时，plc控制器13接收来自出口温度变送器8的气化器出口温度监控数据，与目标温度进行比较，plc控制器13输出控制信号给旁路调节阀4调整进入空温式气化器5出口的液态冷源流量，该液态冷源与空温式气化器5出口的气态冷源混合后以控制空温式气化器5的出口温度满足当前时段的目标温度要求。例如：起始温度为20℃，给定的温降速率为12℃/h，则第一个10分钟的时段的目标温度为(20-(12/60*10)*1＝18℃)。

在上述实施例中，优选地，在进行步骤一时，plc控制器13接收来自被预冷系统的dcs系统中需要被重点关注的管道及设备位置的温度监控数据，经plc控制器13计算得出各个温度点在一定时间(例如10分钟)内的温降速率，再取各个温度点的温降速率平均值，将之与温降速率设定值(根据不同预冷方案给定)比较：当plc控制器13计算得出的温降速率平均值大于温降速率设定值时，plc控制器13输出控制信号给流量控制器11调节入口调节阀3的开度以减少进入空温式气化器5的冷源流量；反之，则plc控制器13输出控制信号给流量控制器11调节入口调节阀3的开度以增加进入空温式气化器5的冷源流量。

在上述实施例中，优选地，在进行步骤二时，plc控制器13同时还接收出口压力变送器9和出口流量变送器10的数据，用以记录和监控空温式气化器5出口的压力和流量，以便操作人员辅助判断该自动低温预冷装置和被预冷系统的工作状态。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。