CN108870069A - 一种无泵增压工艺系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于液化天然气输送及气化工艺技术领域，具体涉及一种无泵增压工艺系统，包括LNG储罐、至少一个增压罐和至少一个增压单元，增压罐的第一输入端与LNG储罐的输出端连接；增压罐的第一输出端与增压单元的输入端连接；增压罐的第二输入端与增压单元的输出端连接；增压罐的第二输出端连接输出单元的气化器的输入端。本发明提供一种无泵增压工艺系统及其使用方法，仅依靠外部热量输入即可完成增压过程，从而摆脱了花费高昂的进口增压泵方案，整套系统不涉及任何转动设备的使用，安全可靠，并且可应用于过冷液体的增压，工艺简单，有效降低成本和操作费用，具有独特的应用前景和经济价值。

Description

一种无泵增压工艺系统及其使用方法
技术领域
本发明属于液化天然气输送技术及气化工艺领域，具体涉及一种无泵增压工艺系统及其使用方法。
背景技术
液化天然气对于无法使用管输气体的偏远地区是主要气源或过渡气源，对于部分使用管输气的地区是补充气源或调峰气源。目前，大量的低温液化气通过再气化站进行增压、加热气化、调压、加臭和计量后，利用城市输配管网系统，供应到工业或民用终端用户。燃气轮机发电厂做为主要用户之一，其需要的燃料气供气压力通常较高(大于15barg)。现存的传统再气化工艺都需配备低温多级离心增压泵作为增压设备。
增压泵具有运行温度低(-163℃)、扬程高、密封防爆要求高等技术特点。目前应用最广泛的潜液式低温增压泵运行环境严苛，泵体和电机全部浸没在低温液体中。其动力电缆需要特殊设计并采用可靠的材料，使其耐低温，不易老化变形，柔韧性好，且还要求具有良好的绝缘性。
电机的冷却需由低温液体来承担，被输送的液体储存温度都在其饱和温度附近。外部漏热，内部电机散热和入口低压等因素引起的低温液体的温度上升或压力下降极其可能造成低温液体气化并引发气蚀。导致其使用寿命低于罐内低压泵，并需要频繁检修。
所有密封装置采用特殊焊接技术并在电气连接处使用陶瓷气体密封端子，还需设置两道氮气密封保护系统，作用是阻断危险气体可能进人电机接线盒的通道。一旦危险气体沿电缆泄漏到接线盒并遇到电火花，极有可能产生爆炸事故。
在终端用户需求变化时，增压泵输出流量、扬程也应及时调节。因此，往往还需要额外配备变频驱动器调节泵转速实现全运行范围调节，所配套的变压器等电气设备造价高昂，并对防爆、通风等安全设施有特殊要求。
目前全球仅有美国荏原、日本日机装、美国卡特等少数几家公司掌握了潜液式低温增压泵的研发、设计和生产，其中美国荏原公司垄断了大部分市场，国内制造商的力量在关键设备的商业化应用领域尚属空白。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，提供一种无泵增压工艺系统及其使用方法，仅依靠外部热量输入即可完成增压过程，从而摆脱了花费高昂的进口增压泵方案，整套系统不涉及任何转动设备的使用，安全可靠，并且可应用于过冷液体的增压，工艺简单，有效降低成本和操作费用，具有独特的前景和经济价值。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种无泵增压工艺系统，包括LNG储罐、至少一个增压罐和至少一个增压单元，
所述增压罐的第一输入端与LNG储罐的输出端连接；
所述增压罐的第一输出端与增压单元的输入端连接；
所述增压罐的第二输入端与增压单元的输出端连接；
所述增压罐的第二输出端连接输出单元的气化器。
优选的，所述增压罐并联设有两个，分别为第一增压罐和第二增压罐。
优选的，所述第一增压罐的第一输出端和第二增压罐的第一输出端均与增压单元的输入端连接；
所述第一增压罐的第二输入端和第二增压罐的第二输入端均与增压单元的输出端连接；
所述第一增压罐的第二输出端和第二增压罐的第二输出端均与输出单元的气化器连接。
优选的，所述增压单元为空浴式气化器。
一种无泵增压工艺系统，包括LNG入口、至少一个增压罐、LNG出口、气体放空口、增压单元和惰性液体储罐，
所述增压罐的第一输入端连接LNG入口；
所述增压罐的第一输出端连接LNG出口；
所述增压罐的第二输入端连接增压单元输出端，所述增压单元输出端还连接惰性液体储罐输入端；
所述增压单元输入端连接惰性液体储罐输出端；
所述增压罐的第二输入端还连接气体放空口。
一种无泵增压工艺系统，包括LNG入口、至少一个增压罐、LNG出口、气体放空口、增压单元、惰性液体储罐和再液化冷凝器，
所述增压罐的第一输入端连接LNG入口；
所述增压罐的第一输出端连接LNG出口；
所述增压罐的第二输入端连接增压单元输出端，所述增压单元输出端还连接惰性液体储罐输入端；
所述增压单元输入端连接惰性液体储罐输出端；
所述增压罐的第二输入端还连接气体放空口；
所述再液化冷凝器设置在惰性液体储罐和增压单元之间，用来将增压后的惰性气体冷凝为液体并回流惰性液体储罐。
一种无泵增压工艺系统的使用方法，包括如下步骤：
(1)加注流程：开启增压罐与LNG储罐之间的阀门，依靠重力将增压罐内充满低温液体后关闭阀门；
(2)增压流程：开启增压罐和增压单元之间的阀门，低温液体经增压单元气化后再次进入增压罐，增压罐内压力不断升高直至输出压力；
(3)输出流程：开启增压罐与输出单元之间的阀门，低温液体在压力作用下进入输出单元；
(4)当步骤(3)中增压罐内低温液体下降到设定值时，输出流程停止，关闭增压罐与增压单元以及输出单元之间的阀门，重新开始加注流程，重复循环上述步骤。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
(1)摆脱了对传统低温液体增压系统核心设备增压泵的依赖，降低了成本。
(2)仅依靠外部热量输入即可完成增压过程，节省电力消耗，降低了项目操作费用。
(3)省去转动设备，延长了系统运行时间，提高了可靠性。
(4)不含电气连接密封装置，消除了连接处危险气体泄漏风险。
(5)对控制监测系统要求低，仅依靠传统的仪表、阀门即可实现对输出压力、流量的调节，无需设置复杂且造价高昂的变频驱动器、变压器、振动监测系统和电机保护系统等。
(6)大型低温高压储罐造价高昂，且随储罐规模扩大，增压泵造价也大幅提高。然而，无泵增压系统所需的增压罐容积较小，系统的造价也不会受储罐规模影响。
(7)在偏远地区，增压泵的操作和维护都因为缺乏具备合格技能的人员而变得非常困难，本系统降低了对操作人员的素质要求。
(8)系统配置简易，极大程度降低了设备维护成本，而增压泵在装置现场特别是海洋浮式环境拆装困难，就地维修很难实现，严重依赖设备制造商的维修服务体系。
(9)加入惰性气体增压系统后，无需等待增压气体与低温液体实现平衡的过程，达到设定输出压力的时间大幅缩短。
(10)没有气蚀风险，无需考虑气蚀余量，低温液体储罐在任何液位都可正常工作。
(11)加入惰性气体液化设施后，可循环利用惰性气体，并实现系统安全吹扫放空。
附图说明
图1为本发明实施例一的简要流程图；
图2为本发明实施例二的工作流程图一；
图3为本发明实施例二的工作流程图二；
图4为本发明实施例二的工作流程图三；
图5为本发明实施例二的工作流程图四；
图6为本发明实施例三的工作流程图。
其中：LNG储罐1、增压罐2、增压单元3、惰性液体储罐4、再液化冷凝器5、气化器6、LNG入口7、LNG出口8、气体放空口9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本实施例的一种无泵增压工艺系统，包括LNG储罐1、增压罐2、增压单元3、液相管道、气相管道、控制阀、安全阀，增压罐2并联设有两个，分别为第一增压罐和第二增压罐，第一增压罐的第一输入端和第二增压罐的第一输入端均与LNG储罐1连接，第一增压罐的第一输出端和第二增压罐的第一输出端均与增压单元的输入端连接，第一增压罐的第二输入端和第二增压罐的第二输入端均与增压单元的输出端连接，所述第一增压罐的第二输出端和第二增压罐的第二输出端均与输出单元的气化器6连接，增压单元3为空浴式气化器。
一种无泵增压工艺系统的使用方法，包括如下步骤：
(1)加注流程：开启增压罐与LNG储罐之间的阀门，依靠重力将增压罐内充满低温液体后关闭阀门；
(2)增压流程：开启增压罐和增压单元之间的阀门，低温液体经增压单元气化后再次进入增压罐，增压罐内压力不断升高直至输出压力；
(3)输出流程：开启增压罐与输出单元之间的阀门，低温液体在压力作用下进入输出单元；
(4)当步骤(3)中增压罐内低温液体下降到设定值时，输出流程停止，关闭增压罐与增压单元以及输出单元之间的阀门，重新开始加注流程，重复循环上述步骤。
所述增压罐的第一输入端用来将LNG储罐中的低温液体输进增压罐，第一输出端为增压罐内低温液体输入增压单元，第二输入端为增压单元低温液体气化后的高压气体输入增压罐，第二输出端为增压罐内低温液体增压后进入输出单元，以下实施例均是如此，不作赘述。
两套并联的增压罐2经低温液体管道与气化站的常规低温液体储罐联通，其中一个增压罐在完成输出流程操作后，处于加注流程状态，入口的低温液体加注阀门打开，低温液体从储罐内依靠重力进入增压罐2。
一旦增压罐充液完成加注流程操作，入口的低温液体加注阀关闭，位于增压罐底部的阀门打开，低温液体依靠重力流入增压单元，增压单元3在空气温度适宜的条件下，可选择空浴(空温)式气化器，空气作为热源，低温液体在换热管内受热气化。以LNG为例，LNG气化后的体积膨胀近600倍，经空温式气化器的出口阀门不断进入增压罐顶部，罐内压力不断升高直到设定输出压力，为保证有足够的高度差依靠重力实现自然流动，气化器为卧式。
同时，另一套增压罐经过增压流程操作，处于输出流程状态，罐前的第一输出端低温液体加注阀门关闭，第二输出端低温液体输出阀门打开，高压低温液体经过输出管道送入气化站的气化器6中。当增压罐内液位下降到设定值时，输出操作结束。
如图1所示，第一增压罐处于输出状态，第一输入端低温液体加注阀门关闭，底部第一输出端低温液体阀门打开，低温液体通过重力流入增压单元，受热相变，增压单元出口的气体通过增压罐顶部第二输入端的气体增压阀门进入增压罐并推动低温液体经第二输出端向外输出。
第二增压罐处于加注状态，顶部第二输入端气体增压阀门关闭，出口第二输出端低温液体输出阀门关闭，底部第一输出端低温液体阀门关闭。入口第一输入端低温液体加注阀门打开，罐内压力与低温液体储罐内压力同为P0，低温液体从储罐通过重力自然流入位置较低的增压罐。
两套增压罐轮流进入输出状态，操作不断循环重复，实现连续输出。
实施例二
本实施例的一种无泵增压工艺系统，包括LNG入口7、两套并联的增压罐2、LNG出口8、气体放空口9、增压单元3和惰性液体储罐4，增压罐2的第一输入端连接LNG入口7；增压罐2的第一输出端连接LNG出口8；增压罐2的第二输入端连接增压单元3输出端，增压单元3输出端还连接惰性液体储罐4输入端；增压单元3输入端连接惰性液体储罐4输出端；增压罐2的第二输入端还连接气体放空口9。
加入惰性气体增压系统，利用惰性气体推动低温液体向外输出并实现快速升压，无需等待增压气体与低温液体实现平衡的过程，通过改进优化，可应用于更广泛工程项目。
如图2所示，第一增压罐处于输出状态，入口第一输入端低温液体加注阀门关闭，顶部第二输入端连接的放空阀门关闭，顶部第二输入端连接的气体增压阀门打开，惰性液体储罐4中的惰性液体经由增压单元气化后通过顶部第二输入端增压阀门进入增压罐，推动高压的低温液体通过底部的第一输出端低温液体输出阀门向外输出，罐内压力维持在设定输出压力P1。
第二增压罐处于加注状态，入口第一输入端低温液体加注阀门打开，罐内压力与低温液体储罐内压力同为P0，低温液体从LNG入口7通过重力自然流入位置较低的增压罐。顶部第二输入端连接的放空阀门打开，增压罐内剩余气体通过放空管道排出。出口第一输出端低温液体输出阀门、顶部第二输入端连接的气体增压阀门关闭。
本实施例的无泵增压系统在图2所示的工作状态时，通过利用惰性气体推动低温液体输出，无需等待增压气体与低温液体实现平衡的过程。
如图3所示，第一增压罐处于输出状态，入口低温液体加注阀门关闭，顶部放空阀门关闭。顶部气体增压阀门打开，底部低温液体输出阀门打开，惰性液体储罐中的惰性液体经由增压单元气化后通过顶部增压阀门进入增压罐，推动高压低温液体通过底部的低温液体输出阀门向外输出，罐内压力维持在设定输出压力P1。
第二增压罐处于增压状态，入口低温液体加注阀门关闭，顶部放空阀门关闭，底部低温液体输出阀门关闭。顶部入口气体增压阀门打开，惰性液体储罐中的惰性液体经由增压单元气化后通过顶部增压阀门进入增压罐，罐内压力不断升高至设定值。
本实施例的无泵增压系统在图3所示的工作状态时，通过利用惰性气体推动低温液体向外输出并实现快速升压，无需等待增压气体与低温液体实现平衡的过程。
如图4所示，第一增压罐处于输出即将结束状态，入口低温液体加注阀门关闭，顶部放空阀门关闭。顶部气体增压阀门打开，底部低温液体输出阀门打开，惰性液体储罐中的惰性液体经由增压单元气化后通过顶部增压阀门进入增压罐，增压后的低温液体通过底部的低温液体输出阀门向外输出，罐内压力维持在设定输出压力P1。此时罐内液位不断下降，即将达到设定值。
第二增压罐切换到输出状态，入口低温液体加注阀门关闭，顶部放空阀门关闭，顶部气体增压阀门打开。底部低温液体输出阀门打开，惰性液体储罐中的惰性液体经由增压单元气化后通过顶部增压阀门进入增压罐，推动高压低温液体通过底部的低温液体输出阀门向外输出，罐内压力维持在设定输出压力P1。
本实施例的无泵增压系统在图4所示的工作状态时，通过利用惰性气体推动低温液体向外输出，无需等待增压气体与低温液体实现平衡的过程。
如图5所示，第一增压罐处于减压状态，入口低温液体加注阀门关闭，顶部气体增压阀门关闭，底部低温液体输出阀门关闭。顶部放空阀门打开，罐内剩余气体通过顶部管道放空，直到罐内压力降到与低温液体储罐压力P0相同。
第二增压罐处于到输出状态，入口低温液体加注阀门关闭，顶部放空阀门关闭。顶部气体增压阀门打开，底部低温液体输出阀门打开，惰性液体储罐中的惰性液体经由增压单元气化后通过顶部增压阀门进入增压罐，推动高压低温液体通过底部的低温液体输出阀门向外输出，罐内压力维持在设定输出压力P1。
本实施例的无泵增压系统在图5所示的工作状态时，通过利用惰性气体推动低温液体向外输出，无需等待增压气体与低温液体实现压力平衡的过程。
实施例三
本实施例的一种无泵增压工艺系统，包括LNG入口7、两套并联的增压罐2、LNG出口8、气体放空口9、增压单元3、惰性液体储罐4和再液化冷凝器5，增压罐2的第一输入端连接LNG入口7；增压罐2的第一输出端连接LNG出口8；增压罐2的第二输入端连接增压单元3输出端，增压单元3输出端还连接惰性液体储罐4输入端；增压单元3输入端连接惰性液体储罐4输出端；增压罐2的第二输入端还连接气体放空口9；再液化冷凝器5设置在惰性液体储罐4和增压单元3之间，用来将惰性气体冷凝为液体。
具体的，增压单元3、惰性液体储罐4均各设有两套，并联设置，再液化冷凝器5设置在两套惰性液体增压系统之间。
如图6所示，第一增压罐处于完成减压等待加注状态，入口低温液体加注阀门关闭，底部低温液体输出阀门关闭，顶部放空阀门关闭。顶部气体增压阀门打开，罐内剩余气体通过顶部增压管道倒流进入再液化单元，再液化单元将增压气体冷凝为液体并输送到并联的另一套气化增压单元。
第二增压罐处于到输出状态，入口低温液体加注阀门关闭，顶部放空阀门关闭。顶部气体增压阀门打开，底部低温液体输出阀门打开，惰性液体储罐中和经过再液化单元液化的惰性液体经由增压单元气化后通过顶部增压阀门进入增压罐，推动高压低温液体通过底部的低温液体输出阀门向外输出，罐内压力维持在设定输出压力P1。
本实施例的无泵增压系统运行时，通过利用惰性气体推动低温液体向外输出，无需等待增压气体与低温液体实现平衡的过程。同时，惰性气体可与低温液体一同外输，从而实现增压罐通过放空管道更加安全地减压。再液化单元和一套并联的增压系统的加入改进了本系统的使用性能，使得增压气体可由再液化单元再次循环利用。
综上所述，本发明提供一种无泵增压工艺系统及其使用方法，仅依靠外部热量输入即可完成增压过程，从而摆脱了花费高昂的进口增压泵方案，整套系统不涉及任何转动设备的使用,安全可靠，并且可应用于过冷液体的增压，有效降低工程项目初始投资和操作费用，具有广泛的应用前景和独特的经济价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无泵增压工艺系统，包括LNG储罐(1)、至少一个增压罐(2)和增压单元(3)，其特征在于：
所述增压罐(2)的第一输入端与LNG储罐(1)的输出端连接；
所述增压罐(2)的第一输出端与增压单元(3)的输入端连接；
所述增压罐(2)的第二输入端与增压单元(3)的输出端连接；
所述增压罐(2)的第二输出端连接输出单元的气化器(6)。
2.根据权利要求1所述的一种无泵增压工艺系统，其特征在于：所述增压罐(2)并联设有两个，分别为第一增压罐和第二增压罐。
3.根据权利要求2所述的一种无泵增压工艺系统，其特征在于：
所述第一增压罐的第一输出端和第二增压罐的第一输出端均与增压单元的输入端连接；
所述第一增压罐的第二输入端和第二增压罐的第二输入端均与增压单元的输出端连接；
所述第一增压罐的第二输出端和第二增压罐的第二输出端均与输出单元的气化器(6)连接。
4.根据权利要求1所述的一种无泵增压工艺系统，其特征在于：所述增压单元(3)为空浴式气化器。
5.一种无泵增压工艺系统，包括LNG入口(7)、至少一个增压罐(2)、LNG出口(8)、气体放空口(9)、增压单元(3)和惰性液体储罐(4)，其特征在于：
所述增压罐(2)的第一输入端连接LNG入口(7)；
所述增压罐(2)的第一输出端连接LNG出口(8)；
所述增压罐(2)的第二输入端连接增压单元(3)输出端，所述增压单元(3)输出端还连接惰性液体储罐(4)输入端；
所述增压单元(3)输入端连接惰性液体储罐(4)输出端；
所述增压罐(2)的第二输入端还连接气体放空口(9)。
6.一种无泵增压工艺系统，包括LNG入口(7)、至少一个增压罐(2)、LNG出口(8)、气体放空口(9)、增压单元(3)、惰性液体储罐(4)和再液化冷凝器(5)，其特征在于：
所述增压罐(2)的第一输入端连接LNG入口(7)；
所述增压罐(2)的第一输出端连接LNG出口(8)；
所述增压罐(2)的第二输入端连接增压单元(3)输出端，所述增压单元(3)输出端还连接惰性液体储罐(4)输入端；
所述增压单元(3)输入端连接惰性液体储罐(4)输出端；
所述增压罐(2)的第二输入端还连接气体放空口(9)；
所述再液化冷凝器(5)设置在惰性液体储罐(4)和增压单元(3)之间，用来将增压后的惰性气体冷凝为液体并回流至惰性液体储罐(4)。
7.根据权利要求1所述的一种无泵增压工艺系统的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)加注流程：开启增压罐与LNG储罐之间的阀门，依靠重力将增压罐内充满低温液体后关闭阀门；
(2)增压流程：开启增压罐和增压单元之间的阀门，低温液体经增压单元气化后再次进入增压罐，增压罐内压力不断升高直至输出压力；
(3)输出流程：开启增压罐与输出单元之间的阀门，低温液体在压力作用下进入输出单元；
(4)当步骤(3)中增压罐内低温液体下降到设定值时，输出流程停止，关闭增压罐与增压单元以及输出单元之间的阀门，重新开始加注流程，重复循环上述步骤。
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