CN103968242B - 一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置，它包括有LNG储存罐（1）和固定在LNG储存罐上的LNG截止阀（11），在LNG截止阀（11）与排空阀（2）之间的连接管上端设置闪蒸气引出管，闪蒸气引出管连接换热器（3），在换热器（3）的出口设置LNG回流管，LNG回流管与LNG储存罐（1）连通，在冷却液储罐（4）上固定的冷却液截止阀（41）出口接入低温液体泵（8），低温液体泵（8）的出口连接换热器（3）的第一级冷却介质流通管（31）的入口，第一级冷却介质流通管（31）的出口处装有第一级降温冷凝器（9）。本发明的优点是：实现了闪蒸气的液化回收储存，重复利用了低温氧气或氮气的冷能，提高了低温氧气或氮气的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种液化天然气闪蒸气回收技术，具体涉及一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置。
背景技术
液化天然气(LNG)作为一种清洁能源，逐渐被推广使用。但是储存在LNG罐内的低温液化天然气，受到环境温度的传热要发生气化，另外，LNG罐在充液过程中也会产生大量的气态天然气，这些气态天然气称为闪蒸气。由于闪蒸气在LNG储存罐内形成较大的压强，为了避免闪蒸气给LNG储存罐带来危险，LNG储存罐上安装有排空阀以释放闪蒸气降低LNG储存罐内压力。这种对闪蒸气进行排空的方法一方面造成了能源的浪费，另一方面给释放地点造成了安全隐患。
中国专利文献CN202561436U公开了一种“液化天然气加气站闪蒸气回收装置”，它在液化天然气储罐与空温式汽化器中间的管线上顺序安装第一级截止阀、第一级放空阀、第一级气动阀，在空温式汽化器与气库中间的管线上顺序安装电加热器、第二级气动阀、压缩机、第三级气动阀、单向阀。当液化天然气罐压力较高时，第一级气动阀打开，闪蒸气依次经过空温式汽化器、电加热器、第二级气动阀进入压缩机进行加压，加压后的闪蒸气通过第三级气动阀和单向阀进入加气站的气库回收；当回收装置出现故障时，打开第一级截止阀和第一级放空阀对闪蒸气放空。该回收装置实现了LNG加气站的闪蒸气回收销售，但不能实现闪蒸气的液化回收储存，特别在LNG的运输和使用过程中，用户没有相应的储气罐，这些闪蒸气无法储存，则只能采取排空措施，仍然存在天然气浪费和安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置，它能实现闪蒸气的液化回收储存，且能重复利用冷却介质的低温冷能，提高低温冷却介质的利用率。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有LNG储存罐和固定在LNG储存罐上的LNG截止阀，在LNG截止阀与排空阀之间的连接管上端设置闪蒸气引出管，闪蒸气引出管连接换热器，在换热器的出口设置LNG回流管，LNG回流管与LNG储存罐连通，在冷却液储罐上固定的冷却液截止阀出口接入低温液体泵，低温液体泵的出口连接换热器的第一级冷却介质流通管的入口，第一级冷却介质流通管的出口处装有第一级降温冷凝器，第一级降温冷凝器的液体导流管与冷却液储罐或者与低温液体泵入口处的冷却介质输送管连通，第一级降温冷凝器的气体导流管与换热器中的第二级冷却介质流通管的入口连接；在换热器的第二级冷却介质流通管的出口处装有第二级降温冷凝器，第二级降温冷凝器的气液导流管与换热器中的第三级冷却介质流通管的入口连接。
优选地，上述冷却液选用液氧或液氮。
由于LNG储存罐内的闪蒸气通过闪蒸气引出管进入换热器，从冷却液储罐放出的液氧或液氮由第一级冷却介质流通管入口进入换热器，闪蒸气在换热器内被液氧或液氮冷却，闪蒸气变为LNG，液态LNG通过LNG回流管流入LNG储存罐内，所以本发明实现了闪蒸气的液化回收储存，避免了天然气闪蒸气浪费，消除了安全隐患。
同时，在第一级冷却介质流通管的出口处装有第一级降温冷凝器，能实现低温氧气或氮气降温和液化，液化氧或氮通过液体导流管回收储存，降温的氧气或氮气通入第二级冷却介质流通管用于冷凝闪蒸气，再重复利用了低温氧气或氮气的冷能，提高了低温氧气或氮气的利用率。
因为液氧或液氮的温度比液化天然气(LNG)的温度低，且液氧或液氮的生产成本比LNG的成本低，利用液氧或液氮的低温冷能来液化LNG储存罐的闪蒸气，完成了闪蒸气的低成本回收，且液氧或液氧气或氮气化后排放进入大气中，没有污染，实现了节能环保。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为超声速冷凝分离器的结构示意图。
图中：1.LNG储存罐；11.LNG截止阀；2.排空阀；3.换热器；31.第一级冷却介质流通管；32.第二级冷却介质流通管；33.第三级冷却介质流通管；4.冷却液储罐；41.冷却液截止阀；8.低温液体泵；9.第一级降温冷凝器；91.旋流器；92.收缩管；93.冷凝管；94.气液分离器；95.扩散器；10.第二级降温冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明的原理图包括有LNG储存罐1和固定在LNG储存罐上的LNG截止阀11，在LNG截止阀11与排空阀2之间的连接管上端设置闪蒸气引出管，闪蒸气引出管连接换热器3，在换热器3的出口设置LNG回流管，LNG回流管与LNG储存罐1连通，在冷却液储罐4上固定的冷却液截止阀41出口接入低温液体泵8，低温液体泵8的出口连接换热器3的第一级冷却介质流通管31的入口，第一级冷却介质流通管31的出口处装有第一级降温冷凝器9，第一级降温冷凝器9的液体导流管与冷却液储罐4或者与低温液体泵8入口处的冷却介质输送管连通，第一级降温冷凝器9的气体导流管与换热器3中的第二级冷却介质流通管32的入口连接。第二级冷却介质流通管32的出口与大气相通。
上述LNG回流管可以接在LNG截止阀11与排空阀2之间的连接管下端，如图1的实线所示；也可以接在LNG储存罐1的进液口，如图1虚线所示。
当LNG储存罐1内闪蒸气压力达到给定值时，启动本发明的液化天然气闪蒸气回收装置。此时，LNG截止阀11打开，排空阀2关闭，LNG储存罐1内释放出的闪蒸气通过闪蒸气引出管进入换热器3，从冷却液储罐4上安装的冷却液截止阀41放出的液氧或液氮，由低温液体泵8经第一级冷却介质流通管31的入口进入换热器3，闪蒸气在换热器3内被液氧或液氮冷却，闪蒸气变为LNG，液态LNG通过LNG回流管流入LNG储存罐1内，同时液氧或液氮吸热气化，气化的低温氧气或氮气从换热器3的第一级冷却介质流通管31出口进入第一级降温冷凝器9。
在天然气闪蒸气的量太多，无法全部处理或本发明因故障不能正常使用时，打开排空阀2，对天然气闪蒸气直接排空，从而维持LNG储存罐1的安全。
由于换热器3的第一级冷却介质流通管31的出口处安装了第一级降温冷凝器9，这样，从换热器3第一级冷却介质流通管31出来的氧气或氮气通过第一级降温冷凝器9冷凝后能够回收一部分液氧或液氮；同时，高压气体通过第一级降温冷凝器9之后，气体的温度也会降低，所以将第一级降温冷凝器9的气体导流管与换热器3中的第二级冷却介质流通管32的入口连接，将低温的氧气或氮气引入换热器3中，用于降温冷凝闪蒸气，这样提高了低温氧气或氮气的利用率。通过换热器3中的第二级冷却介质流通管32的低温氧气或氮气从出口排入空气中。
为了进一步增加回收利用排空的低温氧气或氮气，还可作如下改进：
如图2所示，在换热器3的第二级冷却介质流通管32的出口处装有第二级降温冷凝器10，第二级降温冷凝器10的气液导流管与换热器3的第三级冷却介质流通管33的入口连接。第三级冷却介质流通管33的出口与大气相通。
由于从换热器3中的第二级冷却介质流通管32的出口释放的低温氧气或氮气还具有适当的气压，这样利用第二级降温冷凝器10对氧气或氮气降温和降压，获得降温后氧气或氮气或者气液混合物，通过换热器3的第三级冷却介质流通管33导入换热器3中，用于冷却闪蒸气，进一步提高了低温氧气或氮气的利用率。
以此类推，在换热器3的第三级冷却介质流通管33出口再装第三级降温冷凝器，第三级降温冷凝器的气液导流管接入换热器3中，实现低温氧气或氮气多层次回收利用，直到换热器3的最后一级降温冷凝器的冷却介质流通管出口的氧气或氮气气压接近大气压为止。
图1和图2中，低温液体泵8可选用潜液泵或低温液体柱塞泵。低温液体泵8能提供第一级降温冷凝器9至最后一级降温冷凝器工作所需的气体压强。
第一级降温冷凝器9、第二级降温冷凝器10及以下各级降温冷凝器可选择超声速冷凝分离器、膨胀机制冷分离器或J-T阀。其中，超声速冷凝分离器如图3所示，它包括旋流器91、收缩管92、冷凝管93、气液分离器94和扩散器95。高压氧气或氮气进入旋流器91内经由旋转机构发生旋转，获得旋流，该旋流在收缩管92内增速，且在收缩管92入口表面的切线方向产生一个或多个气体射流，在收缩管92出口达到声速，从而进入冷凝管93入口，在冷凝管93内的气流达到超音速，实现降压和降温。气流速度大于1马赫(Ma)，根据公式T＝T0/(1+(γ-1)Ma2/2)，其中T为气体的静温，T0为气体进入旋流器前的温度，γ为比热容比，天然气的比热容比大于1，当Ma大于1或更大时，气体的静温T会降低很多，此时低温的氧气或氮气足以达到液化温度，液化氮在强烈的旋转下被甩到冷凝管93后段的内壁上，在气液分离器94内为气液混合物，液态氮经过气液分离后导出，没有液化的氧气或氮气进入扩散器95减速、增压和升温再导出。
为了提高排空的氧气或氮气温度，实现液氧或液氮冷能的充分利用，可将换热器3内的冷却介质流通管分级排列，与最后一级降温冷凝器相连的冷却介质流通管(简称最后一级冷却介质流通管)置于闪蒸气入口处，最后一级冷却介质流通管首先与闪蒸气接触，并进行热交换；紧邻最后一级冷却介质流通管的是与最后第二级降温冷凝器相连的冷却介质流通管(简称最后第二级级冷却介质流通管)，闪蒸气进入最后第二级冷却介质流通管进行热交换，最后，第一级冷却介质流通管31设置于换热器3中闪蒸气液化出口处。这样有利于提高低温氧气或氮气与闪蒸气的传热效率，最大限度地提高液氧或液氮的利用率。
Claims (5)
1.一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置，包括有LNG储存罐(1)和固定在LNG储存罐上的LNG截止阀(11)，在LNG截止阀(11)与排空阀(2)之间的连接管上端设置闪蒸气引出管，闪蒸气引出管连接换热器(3)，在换热器(3)的出口设置LNG回流管，LNG回流管与LNG储存罐(1)连通，在冷却液储罐(4)上固定的冷却液截止阀(41)出口接入低温液体泵(8)，低温液体泵(8)的出口连接换热器(3)第一级冷却介质流通管(31)的入口，第一级冷却介质流通管(31)的出口处装有第一级降温冷凝器(9)，第一级降温冷凝器(9)的液体导流管与冷却液储罐(4)或者低温液体泵(8)入口处的冷却介质输送管连通，第一级降温冷凝器(9)的气体导流管与换热器(3)中的第二级冷却介质流通管(32)的入口连接；其特征是：在换热器(3)的第二级冷却介质流通管(32)的出口处装有第二级降温冷凝器(10)，第二级降温冷凝器(10)的气液导流管与换热器(3)中的第三级冷却介质流通管(33)的入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置，其特征是：在第三级冷却介质流通管(33)出口再装第三级降温冷凝器，第三级降温冷凝器的气液导流管接入换热器(3)中。
3.根据权利要求2所述的一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置，其特征是：第一级降温冷凝器(9)、第二级降温冷凝器(10)和第三级降温冷凝器为超声速冷凝分离器、膨胀机制冷分离器或J-T阀。
4.根据权利要求1或2所述的一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置，其特征是：换热器(3)内的冷却介质流通管分级排列，最后一级冷却介质流通管置于闪蒸气入口处，紧邻最后一级冷却介质流通管的是最后第二级级冷却介质流通管，第一级冷却介质流通管(31)设置于换热器(3)中闪蒸气液化出口处。
5.根据权利要求1或2所述的一种节能型液化天然气闪蒸气回收装置，其特征是：所述冷却液为液氧或液氮。
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