CN107202452A - 一种lng动力渔船的lng汽化与制冷系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统及其工作方法。其系统包括LNG制冷系统和冷媒系统。本发明在LNG汽化过程中，设计‑60℃‑0℃不同温度的冷库，采用梯级升压的方式，在LNG流经多温冷库时，冷库盘管与空气只进行无相变的温差传热，依次将冷量释放给多温冷库，实现渔船水产品的冷冻保鲜。同时，利用船舶主辅机中的缸套冷却水作为冷媒系统中的热源之一，实现了缸套冷却水的循环利用，经济环保。船用LNG制冷系统的运行，充分利用LNG在汽化时产生的冷能，解决了LNG汽化过程冷能的利用问题，同时满足了LNG动力渔船航行对动力及制冷系统对冷能的需求。

Description

一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统及其工作方法，具体是利用LNG汽化过程中释放的大量冷能来对船上的水产品进行冷冻和保鲜。在保证LNG动力船LNG汽化量的前提下，只利用LNG汽化释放的冷能而不消耗其他能源，属于LNG冷能利用技术领域。
背景技术
天然气储量丰富，价格便宜，清洁环保。随着我国大力推广天然气，在船舶行业将大规模使用以LNG作为燃料的动力船。
为了保持刚捕捞上来的鱼产品的新鲜度，大型渔船上都设有制冷系统。一般渔船上的制冷装置有氨制冷系统和氟利昂制冷系统两种，两种系统均具有巨大能耗。目前以LNG为主要燃料的动力船，主要采用海水作为热源与-162℃的LNG进行热交换将其汽化。而LNG在汽化时放出的大量冷能直接被海水带走，造成了能源的极大浪费。
申请号为201320524222.4的专利公开了一种液化天然气渔船冷能综合利用设备，该系统由LNG储罐与一级换热器、蓄冷剂、冷却换热器、蓄冷剂泵、低温载冷剂泵和船舱冷库盘管构成冷库的冷能利用系统；一级换热器与二级换热器、低温载冷泵、空调用户、发动机构成第二冷能利用系统；第二冷能系统中二级换热器和发动机构成汽化系统。虽然该系统利用两个回路将冷量梯级用于渔船保鲜和空调用户，但一级换热器和二级换热器是串联关系，这就需要第一冷能利用系统和第二冷能利用系统中LNG的供应量完全匹配，如果第一冷能利用回路中冷库的能冷需求量很大，则第二冷能利用回路中LNG供应量会减小。第二冷能系统中，若空调用户需要的冷量增加，则汽化回路中的LNG供应量减小，可能导致发动机动力不足。因此在此专利中冷库、空调用户和发动机LNG的负荷是相互影响的，三者之一的负荷发生变化必然导致另外两个发生变化。
申请号为201611092107.9的专利公开了一种用于渔船动力LNG冷能梯级装置，该设备由LNG储罐、冷能蓄冷剂和流化冰制冰剂连接构成制取流化冰回路；由LNG储罐与冷能蓄冷剂、NG罐、主机构成供气回路；由LNG储罐半导体发电器、加热器构成冷能发电系统；在半导体发电器不工作的情况下，主机通过水泵将主机的热水通过分支管路二送入加热器进行加热升温。此专利梯级利用LNG冷能进行发电和制取流化冰对海产品保鲜，通过冷能蓄冷剂吸取LNG的冷量，利用冷量制取流化冰，利用冰保存海产品。但是在半导体发电器不工作的情况下，主机通过水泵将主机的热水通过分支管路二送入加热器进行加热升温时，LNG通过冷能蓄冷剂后温度可能仍会很低，热水在加热器和低温LNG换热时会结冰，造成加热器的损坏。
申请号为201110232728.3的专利公开了一种适用于船舶的LNG冷能多级回收利用系统及其使用方法。此专利由LNG储罐、加压泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第一换热器、第二换热器和第三膨胀透平机构成LNG汽化升温膨胀主回路；由第一冷凝器、第一压缩机、第一蒸发器、第一膨胀透平机和第一发电机构成第一级朗肯循环发电单元；由第二冷凝器、第二压缩机、第二蒸发器、第二膨胀透平机和第二发电机构成第二级朗肯循环发电单元；由第一换热器构成的低温供冷单元；由第二换热器、循环泵和热水器构成LNG加热低温供热单元；由第三膨胀透平机和第三发电机构成膨胀发电单元。该系统LNG汽化升温膨胀回路串联，各单元冷能利用互相影响。当第一级朗肯循环发电单元需要发电量很大时，第二级朗肯循环发电单元和低温供冷单元能利用的冷能会减小，导致两者不工作。而且LNG在经过第一冷凝器后，可能有大量LNG汽化，这就导致之后的单元完全利用不到冷能。
发明内容
发明本专利的目的是针对上述现有技术的缺陷和问题，合理地利用LNG汽化时放出大量冷能。以LNG为动力的远洋渔船，需要冷库对捕捞的海产品和生活所需的蔬果进行冷冻冷藏保鲜。将巨大的LNG冷能应用于多温冷库制冷中，在满足船舶动力的同时利用了LNG汽化释放的冷能，提高了LNG的综合利用率，大大降低能耗，减少污染。
本专利设计有-60℃的超低温冷库对金枪鱼等珍贵鱼类冷冻保鲜，-40℃及-20℃的低温冷库和中温冷库对一般水产品冷冻，和0℃以上的高温冷库对蔬果冷藏保鲜。四级冷库分别利用LNG汽化过程中-162℃至-60℃、-60℃至-40℃、-40℃至-20℃、-20℃至0℃的冷能，采用梯级升压方式将LNG压力提升到各级冷库蒸发温度对应的蒸发压力，使LNG流经多温冷库盘管时与空气进行无相变换热，提供一种满足渔船多温冷库制冷需求的系统；在冷媒系统中，利用船舶主辅机的缸套冷却水系统，热水与冷媒换热升高冷媒的温度，保证冷媒在汽化器中循环与LNG换热，而且与冷媒换热后的缸套冷却水温度降低，回到船舶主辅机中冷却发动机温度，循环利用缸套冷却水，提升了渔船整体运行的经济性和环保性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，包括LNG制冷系统和冷媒系统，所述LNG制冷系统由LNG储罐1、第一LNG泵2、第一三通阀3、超低温冷库4、第二三通阀5、第一气液分离器6、第二LNG泵7、低温冷库8、第三三通阀9、第二气液分离器10、第三LNG泵11、中温冷库12、第四三通阀13、高温冷库14、LNG汽化器15和船舶主辅机17的发动机进口r通过管道依次连接构成，其中，所述第一气液分离器6的LNG进口为a、LNG出口为b、NG出口为c，所述第二气液分离器10的LNG进口为d、LNG出口为e、NG出口为f，所述LNG汽化器15的LNG进口为g、NG出口为h；所述的冷媒系统包括由LNG汽化器15、冷媒循环泵19和换热器16通过管路首尾依次连接而成的汽化回路和由船舶主辅机17的缸套冷却水系统、循环水泵18和所述换热器16通过管道首尾依次连接而成的加热回路，其中，所述LNG汽化器15的冷媒入口为j、冷媒出口为k，所述换热器16的冷媒入口为m、冷媒出口为n、冷却水进口为p、冷却水出口为q，所述船舶主辅机17的缸套冷却水进口为t、冷却水出口为s，所述的第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9、所述第四三通阀13的第三出口还通过管路与所述LNG汽化器15的LNG进口g相连，所述第一气液分离器6的NG出口c、所述第二气液分离器10的NG出口f也通过管路与所述LNG汽化器15的LNG进口g相连。
进一步，所述的超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14中安装盘管，将盘管布置在冷库房间顶上，LNG流经所述冷库盘管与空气换热释放冷量。
进一步，所述第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9、所述第四三通阀13皆为电动三通阀，便于随时调整流量和方向。
进一步，所述LNG汽化器15为带中间传热介质的汽化器，所述冷媒为R290或R23，优选R23。
进一步，所述换热器16为板式换热器，冷热流体逆流布置，提高换热效果。
工作方法：
一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统的工作方法：
当所述超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14需要制冷时，打开所述的第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9和所述第四三通阀13，所述LNG储罐1内的LNG经所述第一LNG泵2加压达到0.4MPa进入所述超低温冷库4，此时LNG的蒸发温度为-60℃，LNG在所述超低温冷库4中与空气进行无相变换热，然后LNG经过所述第一气液分离器6将存在其中的NG分离，接着通过所述第二LNG泵7加压达到0.8MPa进入所述低温冷库8，此时LNG的蒸发温度为-40℃，LNG在所述低温冷库8中与空气进行无相变换热，然后LNG经过所述第二气液分离器10将存在其中的NG分离，接着通过所述第三LNG泵11加压达到1.46MPa进入所述中温冷库12，此时LNG的蒸发温度为-20℃，LNG在所述中温冷库12中与空气进行无相变换热，然后进入所述高温冷库14中与空气进行换热，最后进入所述LNG汽化器15经过所述冷媒系统加热完全汽化最终通过所述船舶主辅机17发动机进口r进入发动机燃烧。
进一步，当所述超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14所需的冷负荷不同时，通过分别控制所述的第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9和所述第四三通阀13的开度，改变经过所述超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14的LNG流量，实现不同冷负荷冷量匹配。
LNG经过所述超低温冷库4、所述低温冷库8换热后，一些LNG会汽化，由于LNG泵不能有气体进入，因此在所述第二三通阀5和第三三通阀9后分别设置所述第一气液分离器6和所述第二气液分离器10，将LNG中的NG(汽化后的LNG)收集后送入所述LNG汽化器。
冷媒系统：冷媒进入所述LNG汽化器15的冷媒入口j后，与LNG换热，从所述LNG汽化器15的冷媒出口k流出、从所述换热器16的冷媒入口m进入所述换热器16与冷却水换热，再经所述换热器16的冷媒出口n流出，并经所述冷媒循环泵19加压后重新通过所述LNG汽化器15的冷媒入口j进入形成循环回路，同时船舶主辅机17的缸套冷却水由所述船舶主辅机17的缸套冷却水出口s流出，经所述循环水泵18从所述换热器16的冷却水进口p进入所述换热器16，并与冷媒换热，然后从所述换热器16的冷却水出口为q，经所述船舶主辅机17的缸套冷却水进口t回到所述船舶主辅机17对发动机降温，形成闭合循环回路。
本发明的主要功能是将渔船燃料LNG汽化过程释放的大量冷量完全用于多温冷库系统的制冷，LNG在冷库盘管中与空气换热释放冷量，能够利用LNG在汽化过程中释放的90％的冷能。免去中间介质和制冷机组的建造使用，系统简单，控制方便。冷媒系统中，冷媒和LNG汽化换热、冷媒和缸套冷却水换热过程的能量达到80％的利用。既满足渔船多温冷库制冷需求，又完全利用缸套冷却水的热量，提出了一种低能耗和高能效的LNG动力渔船汽化与制冷系统。
附图说明
图1为本发明实施例结构原理示意图；
图中：1、LNG储罐，2、第一LNG泵，3、第一三通阀，4、超低温冷库，5、第二三通阀，6、第一气液分离器，7、第二LNG泵，8、低温冷库，9、第三三通阀，10、第二气液分离器，11、第三LNG泵，12、中温冷库，13、第四三通阀，14、高温冷库，15、LNG汽化器，16、换热器，17、船舶主辅机，18、循环水泵，19、冷媒循环泵。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本专利发明作进一步的详细说明。
如图1所示：为本发明的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，包括LNG制冷系统和冷媒系统，所述LNG制冷系统由LNG储罐1、第一LNG泵2、第一三通阀3、超低温冷库4、第二三通阀5、第一气液分离器6、第二LNG泵7、低温冷库8、第三三通阀9、第二气液分离器10、第三LNG泵11、中温冷库12、第四三通阀13、高温冷库14、LNG汽化器15和船舶主辅机17的发动机进口r通过管道依次连接构成，其中，所述第一气液分离器6的LNG进口为a、LNG出口为b、NG出口为c，所述第二气液分离器10的LNG进口为d、LNG出口为e、NG出口为f，所述LNG汽化器15的LNG进口为g、NG出口为h；所述的冷媒系统包括由LNG汽化器15、冷媒循环泵19和换热器16通过管路首尾依次连接而成的汽化回路和由船舶主辅机17的缸套冷却水系统、循环水泵18和所述换热器16通过管道首尾依次连接而成的加热回路，其中，所述LNG汽化器15的冷媒入口为j、冷媒出口为k，所述换热器16的冷媒入口为m、冷媒出口为n、冷却水进口为p、冷却水出口为q，所述船舶主辅机17的缸套冷却水进口为t、冷却水出口为s，所述的第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9、所述第四三通阀13的第三出口还通过管路与所述LNG汽化器15的LNG进口g相连，所述第一气液分离器6的NG出口c、所述第二气液分离器10的NG出口f也通过管路与所述LNG汽化器15的LNG进口g相连。
所述的超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14中安装盘管，将盘管布置在冷库房间顶上，LNG流经所述冷库盘管与空气换热释放冷量。
所述第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9、所述第四三通阀13皆为电动三通阀。
所述LNG汽化器15为带中间传热介质的汽化器，所述冷媒为R23。
所述换热器16为板式换热器，冷热流体逆流布置。
工作方法：
一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统的工作方法：
当所述超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14需要制冷时，打开所述的第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9和所述第四三通阀13，所述LNG储罐1内的LNG经所述第一LNG泵2加压达到0.4MPa进入所述超低温冷库4，此时LNG的蒸发温度为-60℃，LNG在所述超低温冷库4中与空气进行无相变换热，然后LNG经过所述第一气液分离器6将存在其中的NG分离，接着通过所述第二LNG泵7加压达到0.8MPa进入所述低温冷库8，此时LNG的蒸发温度为-40℃，LNG在所述低温冷库8中与空气进行无相变换热，然后LNG经过所述第二气液分离器10将存在其中的NG分离，接着通过所述第三LNG泵11加压达到1.46MPa进入所述中温冷库12，此时LNG的蒸发温度为-20℃，LNG在所述中温冷库12中与空气进行无相变换热，然后进入所述高温冷库14中与空气进行换热，最后进入所述LNG汽化器15经过所述冷媒系统加热完全汽化最终通过所述船舶主辅机17发动机进口r进入发动机燃烧。
当所述超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14所需的冷负荷不同时，通过分别控制所述的第一三通阀3、所述第二三通阀5、所述第三三通阀9和所述第四三通阀13的开度，改变经过所述超低温冷库4、所述低温冷库8、所述中温冷库12和所述高温冷库14的LNG流量，实现不同冷负荷冷量匹配。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方法，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的发明范围内。

Claims (8)

1.一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，其特征在于：包括LNG制冷系统和冷媒系统，所述LNG制冷系统由LNG储罐(1)、第一LNG泵(2)、第一三通阀(3)、超低温冷库(4)、第二三通阀(5)、第一气液分离器(6)、第二LNG泵(7)、低温冷库(8)、第三三通阀(9)、第二气液分离器(10)、第三LNG泵(11)、中温冷库(12)、第四三通阀(13)、高温冷库(14)、LNG汽化器(15)和船舶主辅机(17)的发动机进口r通过管道依次连接构成，其中，所述第一气液分离器(6)的LNG进口为a、LNG出口为b、NG出口为c，所述第二气液分离器(10)的LNG进口为d、LNG出口为e、NG出口为f，所述LNG汽化器(15)的LNG进口为g、NG出口为h；所述的冷媒系统由LNG汽化器(15)、冷媒循环泵(19)和换热器(16)通过管路首尾依次连接而成的汽化回路和由船舶主辅机(17)的缸套冷却水系统、循环水泵(18)和所述换热器(16)通过管道首尾依次连接而成的加热回路，其中，所述LNG汽化器(15)的冷媒入口为j、冷媒出口为k，所述换热器(16)的冷媒入口为m、冷媒出口为n、冷却水进口为p、冷却水出口为q，所述船舶主辅机(17)的缸套冷却水进口为t、冷却水出口为s，所述的第一三通阀(3)、所述第二三通阀(5)、所述第三三通阀(9)、所述第四三通阀(13)的第三出口还通过管路与所述LNG汽化器(15)的LNG进口g相连，所述第一气液分离器(6)的NG出口c、所述第二气液分离器(10)的NG出口f也通过管路与所述LNG汽化器(15)的LNG进口g相连。
2.根据权利要求1所述的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，其特征在于：所述的超低温冷库(4)、所述低温冷库(8)、所述中温冷库(12)和所述高温冷库(14)中安装盘管，将盘管布置在冷库房间顶上，LNG流经所述冷库盘管与空气换热释放冷量。
3.根据权利要求1所述的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，其特征在于：所述第一三通阀(3)、所述第二三通阀(5)、所述第三三通阀(9)和所述第四三通阀(13)皆为电动三通阀。
4.根据权利要求1所述的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，其特征在于：所述LNG汽化器(15)为带中间传热介质的汽化器。
5.根据权利要求1所述的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，其特征在于：所述冷媒为R290或R23。
6.根据权利要求1所述的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统，其特征在于：所述换热器(16)为板式换热器，冷热流体逆流布置。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统的工作方法，其特征在于：当所述超低温冷库(4)、所述低温冷库(8)、所述中温冷库(12)和所述高温冷库(14)需要制冷时，打开所述的第一三通阀(3)、所述第二三通阀(5)、所述第三三通阀(9)和所述第四三通阀(13)，所述LNG储罐(1)内的LNG经所述第一LNG泵(2)加压达到0.4MPa进入所述超低温冷库(4)，此时LNG的蒸发温度为-60℃，LNG在所述超低温冷库(4)中与空气进行无相变换热，然后LNG经过所述第一气液分离器(6)将存在其中的NG分离，接着通过所述第二LNG泵(7)加压达到0.8MPa进入所述低温冷库(8)，此时LNG的蒸发温度为-40℃，LNG在所述低温冷库(8)中与空气进行无相变换热，然后LNG经过所述第二气液分离器(10)将存在其中的NG分离，接着通过所述第三LNG泵(11)加压达到1.46MPa进入所述中温冷库(12)，此时LNG的蒸发温度为-20℃，LNG在所述中温冷库(12)中与空气进行无相变换热，然后进入所述高温冷库(14)中与空气进行换热，最后进入所述LNG汽化器(15)经过所述冷媒系统加热完全汽化最终通过所述船舶主辅机(17)发动机进口r进入发动机燃烧。
8.根据权利要求7所述的一种LNG动力渔船的LNG汽化与制冷系统的工作方法，其特征在于：当所述超低温冷库(4)、所述低温冷库(8)、所述中温冷库(12)和所述高温冷库(14)所需的冷负荷不同时，通过分别控制所述的第一三通阀(3)、所述第二三通阀(5)、所述第三三通阀(9)和所述第四三通阀(13)的开度，改变经过所述超低温冷库(4)、所述低温冷库(8)、所述中温冷库(12)和所述高温冷库(14)的LNG流量，实现不同冷负荷冷量匹配。
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