CN107990145A - 一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统 - Google Patents

一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统 Download PDF

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Abstract

一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统，属于液态天然气气化领域。该系统包括：LNG储罐、LNG储罐自带增压器、主空温式气化器涡流管、空温式换热器、加热器、调压装置。当空温式气化器无法使LNG气化加热达到输送温度时，采用涡流管、空温式换热器和加热器构成的组合式加热单元加热低温NG，使其达到输送温度。涡流管使一部分低温天然气升温直接达到输送温度；另一部分天然气经空温式换热器继续从空气中吸收热量，再由加热器加热达到输送温度。本申请极大地降低了水浴式加热器的能耗。

Description

一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化 系统
技术领域
本发明属于液态天然气气化技术领域，涉及到一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统。
背景技术
天然气作为一种高热量、清洁能源，正在迅速地占领全球能源市场。天然气在常压下，冷却至约-162℃时，则由气态变成液态，简称液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)。LNG具有便于贮存和运输、安全性高、投资少和环保性等优点，而随着天然气使用的普及，目前各种大型LNG城市门站已陆续建成。天然气在使用时为气态，所以LNG在城市门站需要被气化才可供下游用户使用。
目前主流的LNG气化站工艺采用空温式气化器，LNG在在气化器中，LNG与空气换热，发生相变，成为气态，并升高温度，非冬季可达到5℃以上，直接经过调压装置降压进入城市管网，送至各类用户。冬季或雨季由于环境温度较低或湿度的影响，空温式气化器效率降低，气化后天然气温度达不到要求时，为防止低温天然气直接进入城市管网导致管道阀门等设施产生低温脆裂，也为防止低温天然气密度大而产生过大的供销差，气化后的低温天然气需要经过加热器加热到允许温度后，最后经加臭、计量后才可进入输配管网送入各类用户。
现有的液化天然气气化系统，主要包括LNG储罐、LNG储罐自带增压器、空温式气化器、加热器和调压装置。槽车、LNG储罐、调压装置相连，LNG储罐中的LNG经空温式气化器气化升温后的天然气温度达到管网允许温度后通入调压装置11。
非工作条件下，储罐内LNG低温，压力为常压；工作条件下，储罐自带增压器将LNG储罐内的LNG增压，并利用压差将LNG送至空温式气化器。LNG在空温式气化器中与空气换热后转化为气态NG。空温式气化器实际使用中为采用两组并联的方式相互切换使用，当一组使用时间过长，气化器结霜严重，导致气化器气化效率降低，出口温度达不到要求时，人工(或自动或定时)切换到另一组使用，本组进行自然化霜。
加热器根据热源不同，可分为热水加热式、燃烧加热式和电加热式等，需要消耗大量的能量来给低温NG加热。
由于在现有的LNG气化工艺中，空温式气化器进行LNG气化时压力较高，而在下游输配管路中压力较低，当LNG气化完毕，这一部分压差直接由调压装置实现降压，并没有得到利用。针对以上问题，本发明提出一种适用于LNG的液化天然气气化系统，回收LNG气化工艺流程中压力能，降低了加热器能耗。
发明内容
本发明提供一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统，该系统采用涡流管、空温式换热器和加热器构成的组合式加热单元代替现有的加热器，通过采用涡流管回收调压装置中压力损耗和空温式换热器以进一步从空气吸收的热量，使进入加热器的低温天然气流量降低，进而达到降低加热器耗能的目的。
本发明解决技术问题采用的方案如下：
一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统，该系统包括：LNG储罐、LNG储罐自带增压器、空温式气化器、组合式加热单元和调压装置。
LNG储罐与空温式气化器相连，储罐自带增压器将LNG储罐内的LNG增压，并利用压差将LNG送至空温式气化器，LNG在空温式气化器中与空气换热后转化为气态天然气；经空温式气化器气化后的天然气温度达到管网允许温度时，直接经管道进入调压装置；而未能达到管网允许温度的气化后的天然气通过组合式加热单元后再经管道进入调压装置；
所述的组合式加热单元由涡流管、空温式换热器和加热器构成，其中，空温式气化器的出口连接涡流管的入口，涡流管的热端出口连接调压装置；涡流管的冷端出口连接空温式换热器的入口，空温式换热器的出口连接加热器的入口，加热器的出口连接调压装置；
气化后的天然气利用涡流管进出口压差，降压分离；其中，一部分天然气通过涡流管的热端将天然气温度调至管网允许温度后，送至调压装置，另一部分天然气经涡流管的冷端进入空温式换热器升温；升温后的天然气进入加热器进一步加热，调至管网允许温度后通入调压装置。
本发明的有益效果：
在当空温式气化器无法使LNG气化加热达到管网允许温度时，采用涡流管和空温式换热器辅助加热器加热低温NG，使其达到允许温度。涡流管作为一种只需要消耗一定压力就可实现自身能量分离的热力装置，回收调节装置中的压力损耗，使一部分低温天然气升温直接达到管网允许温度；另一部分天然气温度进一步下降，可经由空温式换热器继续从空气中吸收热量，这样再由加热器所需处理的低温天然气量将极大程度减少(减少的天然气量即为从涡流管远离入口端流出直接进入管网的那部分)，进而达到降低水浴式加热器耗能的目的。
附图说明
图1是现有液化天然气气化工艺的整体示意图。
图2是本发明的组合式加热单元结构示意图。
图3是采用本发明系统和现有系统的在特定工况下能量消耗对比
图4是采用本发明系统相对于现有系统的节能比
图中：1 LNG储罐；2 LNG储罐自带增压器；3空温式气化器；4加热器；5调压装置；6涡流管；7空温式换热器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如图2所示，本发明的一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统，主要由LNG储罐1、LNG储罐自带增压器2、空温式气化器3、加热器4、调压装置5、涡流管6和空温式换热器7组成。
非工作条件下，储罐1内LNG贮存的温度为-162℃，压力为常压；工作条件下，储罐自带增压器2将LNG储罐1内的LNG增压，并利用压差将LNG送至空温式气化器3。LNG在空温式气化器3中与空气换热后转化为气态NG。空温式气化器3实际使用中为采用两组并联的方式相互切换使用，当一组使用时间过长，气化器结霜严重，导致气化器气化效率降低，出口温度达不到要求时，人工(或自动或定时)切换到另一组使用，本组进行自然化霜。
空温式气化器3皆分别与调压装置5、涡流管6相连，经空温式气化器3气化后的天然气达5℃以上时，直接进入调压装置5；经空温式气化器3气化后的天然气温度低于5℃时，通入涡流管6。
涡流管6两端出口分别与空温式换热器7、调压装置5相连，天然气在涡流管6内利用入口高压的天然气经过自身能量分离、降压后，一部分天然气由于涡流管6内的加热作用升温，并通过热端控制阀将天然气温度调至5℃以上后送至调压装置5；另一部分天然气由于涡流管6内的制冷作用降温，经涡流管6的冷端进入空温式换热器7继续升温，空温式换热器7与加热器4相连，升温后的天然气进入加热器4进一步加热，直至温度达5℃以上后通入调压装置5。经加臭、计量后的天然气最终通入城市管网。
为了定量说明本发明的组合式加热单元相对于现有气化系统的加热器在特定工况下节能效益，设定工况如下：在从空温式气化器3出口天然气流量为10000Nm3/h，工作时间为3000h以及环境温度平均温度为10℃、5℃、0℃、-5℃、-10℃和-15℃下的两系统能量消耗情况。工作流体在空温式气化器和空温式换热器的出口温度可以达到比环境温度低10℃，则为了达到5℃的管网允许温度，本发明所采用的组合式加热单元和现有气化系统采用的加热器需要加热使入口气体升高的平均温度分别为5℃、10℃、15℃、20℃、25℃和30℃。则两系统在3000h工作时间下需要使气体升高温度这些温度下消耗能量如附图3所示，本发明组合式加热单元相对于现有气化系统的加热器消耗能量节能比如附图4所示。可以看出所需加热温度越大时，两系统能耗都相应增加，但本发明节能比逐渐下降，节能比在59％以上。

Claims (1)

1.一种可实现从低温空气环境下持续吸热的液化天然气气化系统，所述的液化天然气气化系统包括LNG储罐(1)、LNG储罐自带增压器(2)、空温式气化器(3)、调压装置(5)，其特征在于，还包括组合式加热单元；
LNG储罐(1)与空温式气化器(3)相连，储罐自带增压器(2)将LNG储罐(1)内的LNG增压，并利用压差将LNG送至空温式气化器(3)，LNG在空温式气化器(3)中与空气换热后转化为气态天然气；经空温式气化器(3)气化后的天然气温度达到管网允许温度时，直接经管道进入调压装置(5)；而未能达到管网允许温度的气化后的天然气通过组合式加热单元后再经管道进入调压装置(5)；
所述的组合式加热单元由涡流管(6)、空温式换热器(7)和加热器(4)构成，其中，空温式气化器(3)的出口连接涡流管(6)的入口，涡流管(6)的热端出口连接调压装置(5)；涡流管(6)的冷端出口连接空温式换热器(7)的入口，空温式换热器(7)的出口连接加热器(4)的入口，加热器(4)的出口连接调压装置(5)；
气化后的天然气利用涡流管(6)进出口压差，降压分离；其中，一部分天然气通过涡流管(6)的热端将天然气温度调至管网允许温度后，送至调压装置(5)，另一部分天然气经涡流管(6)的冷端进入空温式换热器(7)升温；升温后的天然气进入加热器(4)进一步加热，调至管网允许温度后通入调压装置(5)。
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