CN108518901A - 一种利用lng气化释放冷能制取固体冰的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置及方法，装置包括并排放置的LNG汽化器2、NG过热器3和水预冷器4，第一低沸点工质分支管路10，第二低沸点工质分支管路11，水预冷器(4)、预冷水管路13和制冰器5，制冰器5还连接有低沸点工质管路，调温器8设置有第一级气液分离器6，第一级气液分离器6连接有第二级气液分离器7，第二级气液分离器7还连接有制冰器5。方法包括七个步骤，本发明充分利用LNG气化放出的冷能制取固体冰，减少了能源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种制取固体冰的装置，更具体的涉及一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置及方法，属于能源综合利用技术领域。
背景技术
LNG是天然气经过净化、液化而形成的低温液体。LNG工业近年来在国内外的发展非常迅速。世界上LNG生产应用以年均20%的速度增长。随着中国经济持续快速发展，我国对LNG的需求量也持续增加。
在LNG接受站，LNG使用前需要进行气化，在气化过程中将释放大量冷能，约为860~830kJ/kg。如果冷量不加以利用，将造成巨大冷能资源的浪费和环境的冷污染。相关研究表明，对于一个300万吨/年的LNG接收站，扣除消耗与高压外输气体的压力能后，可利用的冷功率为65MW，折合电能约10亿kwh/年。这样来说，2020年我国年进口LNG若达到6000万吨，可利用的冷功率折合的电能为200亿kwh/年。
另一方面，传统的制冰系统，都是以消耗电能来获得冷能，对能源造成了大量的浪费，利用LNG气化放出的潜热制冰，不仅能充分利用LNG的冷能，提高能源利用率，还能减少耗电量，减少能源浪费，可谓一举两得。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，减少LNG气化冷能的浪费,利用LNG冷能制取固体冰,提高能源利用率。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，包括并排放置的LNG汽化器、NG过热器和水预冷器，LNG汽化器顶部连通有第一低沸点工质分支管路，其中部与NG过热器的中部连接，NG过热器顶部连通有第二低沸点工质分支管路，其中部还与水预冷器的中部连接，水预冷器的顶部通过预冷水管路与制冰器连接，制冰器还连接有低沸点工质管路，低沸点工质管路包括第一低沸点工质分支管路、第二低沸点工质分支管路和第三低沸点工质管路，第三低沸点工质管路连接有调温器，调温器设置有第一级气液分离器，第一级气液分离器连接有第二级气液分离器，第二级气液分离器还连接有制冰器和低沸点工质储存罐。
进一步地，制冰器上设置有循环水管路，并通过排冰管路外接固体冰收集装置。
进一步地，LNG汽化器和NG过热器底部均连接有同一低沸点工质管路，低沸点工质管路上设置有低沸点工质循环泵。
进一步地，水预冷器外接有常温水入口管路。
进一步地，LNG汽化器采用列管式换热器，列管式换热器的管程为气态氟利昂制冷剂，列管式换热器的壳程为LNG,换热方式为沉浸式换热,换热量由LNG在换热器内的液位高度决定；NG过热器采用列管式换热器，管程为气态低沸点工质，壳程为NG,NG在过热器中加热至过热状态；水预冷器采用翅片管换热器，管程为常温水，壳程为过热NG蒸汽,NG蒸汽在水预冷器中由过热状态降温至使用温度,同时常温水得到初步降温。
进一步地，LNG汽化器下部连接有LNG进口管路。
在装置安装的过程中需注意将LNG汽化器中的液态低沸点工质的液位最高点、NG过热器中的液态低沸点工质的液位最高点以及调温器内液态低沸点工质的液位设置在同一水平线上。
一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置的方法,包括如下步骤：
步骤1、将装置的初始状态设置为NG内充满惰性气体，低沸点工质管路内真空并且水系统中充满空气；转至步骤2；
步骤2、打开LNG进口管路（1），当LNG汽化器内的LNG液位达到最低液位时，关闭第一低沸点工质管路；转至步骤3；
步骤3、在低沸点工质存储罐中将低沸点工质充装至最高位置,LNG汽化器装有液位计，液位计标有低沸点工质充装的液位范围由于存储罐中设有液位计,可以很便捷和直观的观察液位高度;待低沸点工质稳定后打开第一低沸点工质管路，此时LNG开始汽化，并蒸发至饱和状态,气态低沸点工质在LNG汽化器中冷凝至过冷状态;原先的管道内充满的惰性气体逐渐被NG蒸汽替代，位于LNG汽化器管程内的气态氟利昂制冷剂的温度开始降低，使得调温器（8）逐渐达到制冰温度，开始正常制冰过程；
步骤4、 当停止制冰时，关闭LNG进口管路，转至步骤5；
步骤5、逐渐调小低沸点工质循环量，并控制LNG的蒸发量；
步骤6、通入惰性气体吹扫各管路及水泵，直到LNG全部完成蒸发；转至步骤7；
步骤7、放出装置中的低沸点工质，并抽出装置中残留的氟利昂，系统抽至真空。
进一步地，步骤3中的制冰过程如下
（1）LNG在LNG汽化器中气化，释放出冷能，形成饱和NG蒸汽，同时第一低沸点工质分支管路排出的气态低沸点工质在LNG汽化器中冷凝并过冷；
（2）饱和NG蒸汽进入NG过热器，加热到一定的过热状态，形成过热NG蒸汽，同时第二低沸点工质分支管路的液态低沸点工质在NG过热器中冷凝并过冷；
（3）NG过热器中的过热NG蒸汽进入水预冷器，在水预冷器中降热至使用温度，同时常温水在水预冷器中进行初步预冷；
（4）水预冷器中的预冷水与制冰器的循环水混合进入制冰器，冷凝结冰；
（5）LNG汽化器和NG过热器排出的过冷液态低沸点工质与第三低沸点工质分支管路的气态低沸点工质在调温器中混合，并达到制冰装置所需温度；
（6）调温器中排出的气液两相低沸点工质经过第一级气液分离装置后，一部分进入调温器进行循环，另一部分进入第二级气液分离装置；
（7）第二级气液分离装置排出的液态低沸点工质进入制冰器进行蒸发并吸收热量。
进一步地，步骤1中的低沸点工质管路的真空度为1tor，压强小于133.332 帕。
进一步地，步骤2中的最低液位高于LNG进口管路，保证LNG进口管路的水泵不会被汽蚀。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图中：1 LNG入口、2 LNG汽化器、3 NG过热器、4水预冷器、5制冰器、6 第一级气液分离器、7 第二级气液分离器、8 调温器、9 液态低沸点工质管路、10 第一低沸点工质分支管路、11 第二低沸点工质分支管路、12 第三低沸点工质分支管路、13 预冷水管路、14 循环水管路、15排冰管路、16 低沸点工质存储罐。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
本发明提供一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，参见图1 ，包括并排放置的LNG汽化器2、NG过热器3和水预冷器4，LNG汽化器2顶部连通有第一低沸点工质分支管路10，其中部与NG过热器3的中部连接， NG过热器3顶部连通有第二低沸点工质分支管路11，其中部还与水预冷器4的中部连接，水预冷器4的顶部通过预冷水管路13与制冰器5连接，制冰器5还连接有低沸点工质管路，低沸点工质管路包括第一低沸点工质分支管路10、第二低沸点工质分支管路11和第三低沸点工质管路12，第三低沸点工质管路12连接有调温器8，调温器8设置有第一级气液分离器6，第一级气液分离器6连接有第二级气液分离器7，第二级气液分离器7还连接有制冰器5和低沸点工质储存罐。制冰器上设置有循环水管路14，并通过排冰管路15外接固体冰收集装置。LNG汽化器2和NG过热器3底部均连接有同一低沸点工质管路9，低沸点工质管路上设置有低沸点工质循环泵。水预冷器4外接有常温水入口管路，并与用户端连接。LNG汽化器2采用列管式换热器，列管式换热器的管程为气态氟利昂制冷剂，列管式换热器的壳程为LNG；NG过热器3采用列管式换热器，管程为气态低沸点工质，壳程为NG；水预冷器4采用翅片管换热器，管程为常温水，壳程为过热NG蒸汽。LNG汽化器2下部连接有LNG进口管路1。
在装置安装的过程中需注意将LNG汽化器中的液态低沸点工质的液位最高点、NG过热器中的液态低沸点工质的液位最高点以及调温器内液态低沸点工质的液位设置在同一水平线上。
本发明还提供一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置的方法，包括：
步骤1、将装置的初始状态设置为NG内充满惰性气体，低沸点工质管路内真空并且水系统中充满空气；转至步骤2；
步骤2、打开LNG进口管路1，当LNG汽化器内的LNG液位达到最低液位时，关闭第一低沸点工质管路10；转至步骤3；
步骤3、在低沸点工质存储罐16中将低沸点工质充装至最高位置,由于存储罐中设有液位计,可以很便捷和直观的观察液位高度;待低沸点工质稳定后打开第一低沸点工质管路10，此时LNG开始汽化，原先的管道内充满的惰性气体逐渐被NG蒸汽替代，位于LNG汽化器2管程内的气态氟利昂制冷剂的温度开始降低，使得调温器8逐渐达到制冰温度，开始正常制冰过程；
步骤3中的制冰过程如下：
（1）LNG在LNG汽化器2中气化，释放出冷能，形成饱和NG蒸汽，同时第一低沸点工质分支管路10排出的气态低沸点工质在LNG汽化器中冷凝并过冷；
（2）饱和NG蒸汽进入NG过热器，加热到一定的过热状态，形成过热NG蒸汽，同时第二低沸点工质分支管路11的液态低沸点工质在NG过热器中冷凝并过冷；
（3）NG过热器中的过热NG蒸汽进入水预冷器4，在水预冷器4中降热至使用温度，同时常温水在水预冷器4中进行初步预冷；
（4）水预冷器4中的预冷水与制冰器5的循环水混合进入制冰器5，冷凝结冰；
（5）LNG汽化器2和NG过热器3排出的过冷液态低沸点工质与第三低沸点工质分支管路12的气态低沸点工质在调温器8中混合，并达到制冰装置所需温度；
（6）调温器8中排出的气液两相低沸点工质经过第一级气液分离装置6后，一部分进入调温器进行循环，另一部分进入第二级气液分离装置7；
（7）第二级气液分离装置7排出的液态低沸点工质进入制冰器5进行蒸发并吸收热量。
步骤4、 当停止制冰时，关闭LNG进口管路1，转至步骤5；
步骤5、逐渐调小低沸点工质循环量，并控制LNG的蒸发量；
步骤6、通入惰性气体吹扫各管路及水泵，直到LNG全部完成蒸发；转至步骤7；
步骤7、放出装置中的低沸点工质，并抽出装置中残留的氟利昂，系统抽至真空。
步骤1中的低沸点工质管路的真空度为步骤1中的低沸点工质管路的真空度为133.332帕。步骤2中的最低液位高于LNG进口管路，保证LNG进口管路的水泵不会被汽蚀。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置,包括并排放置的LNG汽化器(2)、NG过热器(3)和水预冷器(4)，其特征在于：所述LNG汽化器(2)顶部连通有第一低沸点工质分支管路(10)，其中部与NG过热器(3)的中部连接，所述NG过热器(3)顶部连通有第二低沸点工质分支管路(11)，其中部还与水预冷器(4)的中部连接，所述水预冷器(4)通过预冷水管路(13)与制冰器(5)连接，所述制冰器(5)还连接有低沸点工质管路，所述低沸点工质管路包括第一低沸点工质分支管路(10)、第二低沸点工质分支管路(11)和第三低沸点工质管路(12)，所述第三低沸点工质管路(12)连接有调温器(8)，所述调温器(8)设置有第一级气液分离器(6)，所述第一级气液分离器(6)连接有第二级气液分离器(7)，所述第二级气液分离器(7)还连接有制冰器(5)和低沸点工质储存罐。
2.根据权利要求1所述的一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，其特征在于：所述制冰器上设置有循环水管路(14)，并通过排冰管路(15)外接固体冰收集装置。
3.根据权利要求1所述的一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，其特征在于：所述LNG汽化器(2)和NG过热器(3)底部均连接有同一低沸点工质管路(9)，所述低沸点工质管路上设置有低沸点工质循环泵。
4.根据权利要求1所述的一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，其特征在于：所述水预冷器(4)外接有常温水入口管路。
5.根据权利要求1所述的一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，其特征在于：所述LNG汽化器(2)采用列管式换热器，所述列管式换热器的管程为气态氟利昂制冷剂，所述列管式换热器的壳程为LNG；所述NG过热器(3)采用列管式换热器，管程为气态低沸点工质，壳程为NG；所述水预冷器(4)采用翅片管换热器，管程为常温水，壳程为过热NG蒸汽。
6.根据权利要求1所述的一种利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置，其特征在于：所述LNG汽化器(2)下部连接有LNG进口管路(1)。
7.一种如权利要求1所述的利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、将装置的初始状态设置为管路内充满惰性气体，低沸点工质管路内真空并且水系统中充满空气；转至步骤2；
步骤2、打开LNG进口管路(1)，当LNG汽化器内的LNG液位达到最低液位时，关闭第一低沸点工质管路(10)；转至步骤3；
步骤3、在低沸点工质存储罐(16)中将低沸点工质充装至最高位置,LNG汽化器装有液位计，液位计标有低沸点工质充装的液位范围,由于存储罐中设有液位计,可以很便捷和直观的观察液位高度；待低沸点工质稳定后打开第一低沸点工质管路(10)，此时LNG开始汽化，并蒸发至饱和状态,气态低沸点工质在LNG汽化器中冷凝至过冷状态；原先的管道内充满的惰性气体逐渐被NG蒸汽替代，位于LNG汽化器(2)管程内的气态氟利昂制冷剂的温度开始降低，使得调温器(8)逐渐达到制冰温度，开始正常制冰过程；
步骤4、当停止制冰时，关闭LNG进口管路(1)，转至步骤5；
步骤5、逐渐调小低沸点工质循环量，并控制LNG的蒸发量；
步骤6、通入惰性气体吹扫各管路及水泵，直到LNG全部完成蒸发；转至步骤7；
步骤7、放出装置中的低沸点工质，并抽出装置中残留的氟利昂，系统抽至真空。
8.根据权利要求7所述的所述的利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置的方法，其特征在于：所述步骤3中的制冰过程如下：
(1)LNG在LNG汽化器(2)中气化，释放出冷能，形成饱和NG蒸汽，同时第一低沸点工质分支管路(10)排出的气态低沸点工质在LNG汽化器中冷凝并过冷；
(2)饱和NG蒸汽进入NG过热器，加热到一定的过热状态，形成过热NG蒸汽，同时第二低沸点工质分支管路(11)的液态低沸点工质在NG过热器中冷凝并过冷；
(3)NG过热器中的过热NG蒸汽进入水预冷器(4)，在水预冷器(4)中降热至使用温度，同时常温水在水预冷器(4)中进行初步预冷；
(4)水预冷器(4)中的预冷水与制冰器(5)的循环水混合进入制冰器(5)，冷凝结冰；
(5)LNG汽化器(2)和NG过热器(3)排出的过冷液态低沸点工质与第三低沸点工质分支管路(12)的气态低沸点工质在调温器(8)中混合，并达到制冰装置所需温度；
(6)调温器(8)中排出的气液两相低沸点工质经过第一级气液分离装置
(6)后，一部分进入调温器进行循环，另一部分进入第二级气液分离装置(7)；
(7)第二级气液分离装置(7)排出的液态低沸点工质进入制冰器(5)进行蒸发并吸收热量。
9.根据权利要求7所述的所述的利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置的方法，其特征在于：所述步骤1中的低沸点工质管路的真空度为1tor。
10.根据权利要求7所述的所述的利用LNG气化释放冷能制取固体冰的装置的方法，其特征在于：所述步骤2中的最低液位高于LNG进口管路，保证LNG进口管路的水泵不会被汽蚀。
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