CN106839486A - Lng冷能制冷循环系统 - Google Patents

Abstract

LNG冷能制冷循环系统，包括LNG低温换热器，NG换热器和天然气输出管网，LNG低温换热器的冷媒换热管连接低温冷媒气液分离器构成低温冷媒气液循环系统；低温冷媒气液分离器连接制冷机或冷库构成低温冷媒相变制冷循环系统；低温冷媒气液分离器依次连接冷媒电制冷压缩机组、蒸发式冷凝器和常温冷媒储液器，常温冷媒储液器的液体冷媒与低温冷媒气液分离器相连接构成压缩冷媒气液循环系统。冷媒为冰点接近LNG冰点的R410A混合冷媒。LNG仅用一级换热器进行多次相变循环充分利用冷媒的湿热及相变潜热，提高能源利用率，减少冷媒用量、节省投资。在冷媒气体压缩制冷末端共用低温冷媒气液分离器和制冰机或冷库，可双向切换，使冷媒制冷连续循环运转，提高设备利用率。

Description

LNG冷能制冷循环系统

技术领域

本发明涉及LNG冷能制冷系统装置，尤其是LNG冷能的循环利用装置。

背景技术

LNG 是-162℃的低温液体，蕴含着巨大的冷能资源，一吨LNG经换热气化在理论上可利用的冷量为240KWh。对于一座年接收能力为300万吨LNG的接收终端，年可利用冷能达7.2亿KWh，相当于6个40MW年利用小时数为3000小时的发电厂。从节能环保和经济效益角度出发，LNG冷能的综合利用将使天然气在液化过程中所消耗的能量在气化过程中得到回收，节约能源效果显著，是典型的循环经济模式。已建12座LNG接收站的二期投产量计，LNG进口量约6000万吨/年，年可利用冷能144亿KWh。随着我国LNG产业的迅速发展，LNG卫星气化站正如雨后春笋般建立起来，目前已建成达200多个。对于LNG卫星气化站冷能利用的研究也越来越多。

中国专利201120307627.3，虽然工艺流程简单，无需外加制冷动力源，但其选用的无相变冷媒比相变冷媒流量要大很多，能耗高。在中国专利201320261294.4中压缩机进口端未设置气液分离器，因压缩机只能压缩气体不能压缩液体，所以在实际运用中其压缩机故障率高。在中国专利CN201110242169.4中采用的乙二醇水溶液（60%）凝固点为-50℃在与-162℃的LNG进行换热时会出现冻结现象，从而不具有可操作性。LNG温度一般为-162℃，在此温度下大部份冷媒都会结晶或凝固，一级换热器容易发生堵塞事故，必须采用多级换热方式，造成热效率低、成本高。LNG气化站的供气特点是随使用量而变化，因而使LNG的冷能供给不稳定性和间断性，使制冷系统的生产效率低，故障率高。

发明内容

本发明的目的在于提供LNG冷能制冷循环工作系统，使LNG冷能制冷过程中，能充分回收利用LNG气化冷能，在LNG气化站用气量少，冷能不足时能切换到压缩冷媒气液循环系统，使冷媒制冷能持续运转，提高制冷效率。目前LNG气化方法中海水气化器(ORV)或中间介质气化器(IFV)，均利用海水为加热源，冷能随低温海水排入海中，不仅造成能源的极大浪费，而且对海洋生态环境造成冷污染。本发明同时解决海水冷污染问题。

本发明采用的技术方案是：

LNG冷能制冷循环系统，包括液化天然气低温换热器，天然气换热器和天然气输出管网，所述液化天然气低温换热器的冷媒换热管的输入输出端连接低温冷媒气液分离器构成低温冷媒气液循环系统；所述低温冷媒气液分离器的液体输出端和气体输入端连接制冷机或冷库构成低温冷媒相变制冷循环系统；所述的低温冷媒气液分离器的气体输出端依次连接冷媒电制冷压缩机组、蒸发式冷凝器和常温冷媒储液器，所述常温冷媒储液器的液体冷媒输出端与所述的低温冷媒气液分离器的液体输入端相连接构成压缩冷媒气液循环系统；所述冷媒为R410A混合冷媒。

所述低温冷媒气液循环系统，还包括连接所述低温冷媒气液分离器输出端的气体截止阀、压力安全阀，连接所述低温冷媒气液分离器输入端的液体截止阀和压力表。

所述低温冷媒相变制冷循环系统，还包括连接所述低温冷媒气液分离器液体输出端的离心泵和液体止回阀，连接低温冷媒气液分离器的气体输入端的截止阀。

所述压缩冷媒气液循环系统，还包括连接低温冷媒气液分离器气体输出端的气体截止阀，连接冷媒电制冷压缩机组的输入和输出端的气体截止阀，连接蒸发式冷凝器液体输出端的截止阀，连接常温冷媒储液器输出端的节流阀、压力表和安全阀。

所述天然器换热器包括天然气换热管和常温水输入与低温水输出管。

所述冷媒R410A为50%二氯甲烷和50%五氟乙烷混合的制冷剂，凝固温度为-155℃。

本发明的LNG冷能制冷循环系统相对于现有技术具有以下优点 ：

本发明LNG冷能制冷循环系统采用凝固点与LNG温度相接近的相变冷媒（R410A）与 LNG换热的冷能制冷循环系统，相变冷媒在LNG换热器中由气态变为液态，在制冰机中由液态变为气态，充分利用冷媒（R410A）多次相变循环的显热及相变潜热，提高能源利用效率，冷媒使用量大幅减少，节省投资，比单独电压缩冷媒制冷节约能耗80%；

本发明冷能制冷循环系统中LNG冷能制冷与冷媒气体压缩制冷的末端共用低温冷媒气液分离器和制冰机或冷库，并可双向切换，使冷媒制冷连续循环运转，提高设备效率。

附图说明

图1是本发明所述的LNG冷能制冷循环系统的结构原理图。

图中，1 为 LNG 泵，2为调节阀，3为LNG低温换热器，4、5、6、7、8、9、10、11、13 、14、15为截止阀，12为节流阀，16为调压器，17为NG换热器，18为压力表，19为压力安全阀，20为低温冷媒气液分离器，21为离心泵，22为止回阀，23为制冰机或冷库，24为常温冷媒储液器，25为蒸发式冷凝器，26为冷媒电制冷压缩机组。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进一步说明。

参看图1所示，LNG冷能制冷循环系统，包括液化天然气低温换热器，天然气换热器17和天然气输出管网，所述液化天然气低温换热器3的冷媒换热管的输入输出端连接低温冷媒气液分离器20构成低温冷媒气液循环系统；所述低温冷媒气液分离器20的液体输出端和气体输入端连接制冷机23或冷库构成低温冷媒相变制冷循环系统；所述的低温冷媒气液分离器20的气体输出端依次连接冷媒电制冷压缩机组26、蒸发式冷凝器25和常温冷媒储液器24，所述常温冷媒储液器24的液体冷媒输出端与所述的低温冷媒气液分离器20的液体输入端相连接构成压缩冷媒气液循环系统；所述冷媒为R410A混合冷媒。

所述低温冷媒气液循环系统，还包括连接所述低温冷媒气液分离器20输出端的气体截止阀9、5，压力安全阀19，连接所述低温冷媒气液分离器20输入端的液体截止阀4、8和压力表18。

所述低温冷媒相变制冷循环系统，还包括连接所述低温冷媒气液分离器20液体输出端的离心泵21和液体止回阀22，连接低温冷媒气液分离器20的气体输入端的截止阀10。

所述压缩冷媒气液循环系统，还包括连接低温冷媒气液分离器20气体输出端的气体截止阀9、7，连接冷媒电制冷压缩机组26的输入和输出端的气体截止阀14、13，连接蒸发式冷凝器25液体输出端的截止阀11，连接常温冷媒储液器24输出端的节流阀12、压力表18和安全阀19。

所述天然器换热器包括天然气换热管和常温水输入与低温水输出管。

所述冷媒R410A为50%二氯甲烷和50%五氟乙烷的混合制冷剂，凝固温度为-155℃。

所述LNG泵1与调压阀2、LNG低温换热器3的进口依次用保冷管线相连，LNG低温换热器3的出口与NG换热器17的进口用保冷管线相连，再通过常温管线将NG换热器17出口和调压器16进口相连，调压器16出口与城市燃气管网相连 。

LNG低温换热器3的冷媒换热管出口与液体进口截止阀4、8、低温冷媒气液分离器20依次用保冷管线相连，低温冷媒气液分离器20的液体输出端与离心泵21、止回阀22相连，再用保冷管线将制冰机或冷库23、低温冷媒气液分离器20的气体冷媒出口与LNG低温换热器3的进口相连构成气—液—气相变循环。制冰机23进水口与NG换热器17的低温冷却水管道相连。

用保冷三通管件在低温冷媒气液分离器20的冷媒气体出口管线上接出一条保冷管线，这条保冷管线由截止阀14与冷媒电制冷压缩机组26的进气口相连，冷媒电制冷压缩机组26出气口由截止阀13与蒸发式冷凝器25进口相连，蒸发式冷凝器25出口由截止阀11与常温冷媒储液器24进口相连，再用保冷管线将常温冷媒储液器24出口与节流阀12、低温冷媒气液分离器20、离心泵21、止回阀22、制冰机或冷库23的冷媒液体进口相连构成气—液相变循环。

低温冷媒气液分离器20的冷媒出口管线与LNG低温换热器3的进口相连，由LNG低温换热器3为低温气态冷媒气液分离器的冷凝液化提供虹吸动力。

调压器16的出口管线上接出一条常温管线，这条常温管线依次连接调压器16和NG换热器17，管线内常温天然气将输送到城市燃气管网。

低温冷媒气液分离器20是保冷的储罐，低温冷媒气液分离器20中储存的是液态和气态低温混合制冷剂 R410A；常温冷媒储液器24中储存的是液态常温混合制冷剂 R410A。

LNG冷能制冷循环系统中，LNG冷能制冷与冷媒电制冷压缩机组26共用低温冷媒气液分离器20、离心泵21、止回阀22、制冰机或冷库23。LNG冷能制冷循环系统与冷媒电制冷压缩机组26可分别独立运行，相互切换，安全可靠。

制冰机或冷库23、低温冷媒气液分离器20的冷媒出口与LNG低温换热器3进口之间的保冷管线上设有截止阀9和5。

制冰机或冷库23、低温冷媒气液分离器20的冷媒出口与冷媒电制冷压缩机组26的进气口之间的保冷管线上设有截止阀9和7。

本发明的LNG冷能制冷循环系统的工作原理简述如下 ：

（1）LNG储罐中0.3MPa、-162℃的液化天然气经LNG泵1加压到7MPa后再经过调节阀2在LNG低温换热器3中与温度为-16～-10℃、压力为0.3～0.45MPa 的气态混合制冷剂 R410A换热，换热后的天然气温度为-20～-15℃、压力为7MPa，再经过NG换热器17与常温水换热升温为常温后，经调压器16调压后送入城市燃气管网。

（2）在 LNG低温换热器3中与LNG换热后的混合制冷剂 R410A 变为液态，温度降为-35～-28℃，然后将液态制冷剂R410A送入低温冷媒气液分离器20中，再经离心泵21增压至0.6～0.8MPa后进入制冰机或冷库中与水或空气换热，水凝结为冰，将冰以块冰的形式产出，冷库内空气温度降低，以维持冷库内的低温状态。在制冰机或冷库中与水或空气换热后的制冷剂 R410A 将变为气态，温度升高为-16～-10℃，压力为0.3～0.45MPa，气态制冷剂R410A 经过调节阀9、5后进入 LNG低温换热器3中与LNG换热，构成循环系统。

（3）在LNG停止气化后，该LNG冷能制冷系统可手或自动切换为压缩制冷程序：在制冰机或冷库23中与水或空气换热后的制冷剂 R410A 将变为气态，温度升高为-16～-10℃，压力为0.3～0.45MPa，气态制冷剂 R410A 经过截止阀7、14后进入冷媒电制冷压缩机组26压缩至压力为1.7～2.5MPa，再进入蒸发式冷凝器25中与冷却水换热，换热后的冷媒R410A液化为25～40℃的液体，液化后的冷媒R410A送入常温冷媒储液器24中，再经节流阀12节流后，温度为-35～-28℃压力为0.3～0.45MPa液体进入低温冷媒R410A低温冷媒气液分离器20中，再经离心泵21增压至0.6～0.8MPa，-35～-28℃，液体经止回阀22进入制冰机23或冷库中构成循环系统。

Claims (6)

1.LNG冷能制冷循环系统，包括液化天然气低温换热器（3），天然气换热器（17）和天然气输出管网，其特征在于所述液化天然气低温换热器（3）的冷媒换热管的输入输出端连接低温冷媒气液分离器（20）构成低温冷媒气液循环系统；所述低温冷媒气液分离器（20）的液体输出端和气体输入端连接制冷机（23）或冷库构成低温冷媒相变制冷循环系统；所述的低温冷媒气液分离器（20）的气体输出端依次连接冷媒电制冷压缩机组（26）、蒸发式冷凝器（25）和常温冷媒储液器（24），所述常温冷媒储液器（24）的液体冷媒输出端与所述的低温冷媒气液分离器（20）的液体输入端相连接构成压缩冷媒气液循环系统；所述冷媒为R410A混合冷媒。

2.根据权利要求1所述的LNG冷能制冷循环系统，其特征是所述低温冷媒气液循环系统，还包括连接所述低温冷媒气液分离器（20）输出端的气体截止阀（9、5），压力安全阀（19），连接所述低温冷媒气液分离器（20）输入端的液体截止阀（4、8）和压力表（18）。

3.根据权利要求1所述的LNG冷能制冷循环系统，其特征是所述低温冷媒相变制冷循环系统，还包括连接所述低温冷媒气液分离器（20）液体输出端的离心泵（21）和液体止回阀（22），连接低温冷媒气液分离器（20）的气体输入端的截止阀（10）。

4.根据权利要求1所述的LNG冷能制冷循环系统，其特征是所述压缩冷媒气液循环系统，还包括连接低温冷媒气液分离器（20）气体输出端的气体截止阀（9、7），连接冷媒电制冷压缩机组（26）的输入和输出端的气体截止阀（14、13），连接蒸发式冷凝器（25）液体输出端的截止阀（11），连接常温冷媒储液器（24）输出端的节流阀（12）、压力表（18）和安全阀（19）。

5.根据权利要求1所述的LNG冷能制冷循环系统，其特征是所述冷媒R410A为50%二氯甲烷和50%五氟乙烷的混合制冷剂，凝固温度为-155℃。

6.根据权利要求1所述的LNG冷能制冷循环系统，其特征是所述天然器换热器（17）包括天然气换热管和常温水输入与低温水输出管。