CN109915682B - 管线预冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种管线预冷系统。管线预冷系统包括低温储罐、传输管线、压缩机、以及增压管线。传输管线的一端与所述低温储罐的容置腔连通，另一端供外部设备连接。所述压缩机具有进气端，所述进气端与所述容置腔连通，所述压缩机用于对自所述进气端输入的气态所述第一介质进行压缩，以形成第二介质；所述增压管线的一端与所述压缩机连接，另一端与所述传输管线连通，所述增压管线用于将所述第二介质传输至所述传输管线内，以对所述传输管线预冷。当高压的第二介质通入所述传输管线内，能够快速汽化，从而在所述传输管线内产生较强的推动力，以克服管线内由于管线路径、液栓等造成的阻力，从而实现预冷传输管线的目的。

Description

管线预冷系统

技术领域

本发明涉及低温介质输送领域，特别涉及一种管线预冷系统。

背景技术

目前在通过海运运送低温介质，例如低温液化烃时，需要通过卸船管线，将船上的低温介质运送到低温储罐内。在对低温介质进行卸船操作时，为了避免卸船时物料的低温对管线造成冲击而导致管线应力过大，卸船前必须进行卸船管线的预冷。卸船管线的预冷操作，直接关系到卸船系统的安全性。

然而在实际应用中，由于低温储罐与卸船码头距离较远，且沿途需经过多个高低落差较大的管架，现有技术卸船管线的预冷工艺是通过将低温储罐中预存的部分低温介质输送至卸船管线内，以预冷卸船管线。但是低温介质在卸船管线流动的过程中，会逐渐汽化，且汽化后的气体集聚在卸船管线的高点，在管线爬高段的立管内形成液柱，从而使卸船管线内形成气液交替的气液柱，这样造成管线内低温介质流动的阻力的增大，从而无法提高预冷流量，进而导致预冷操作的效果不佳。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种管线预冷系统，旨在提高预冷系统的克服流动阻力的能力，以提高预冷效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种管线预冷系统，包括：

低温储罐，具有用于容置第一介质的容置腔；

传输管线，所述传输管线的一端与所述容置腔连通，另一端供外部设备连接，所述传输管线用于在所述低温储罐和所述外部设备之间传输所述第一介质；

压缩机，具有进气端，所述进气端与所述容置腔连通，所述压缩机用于对自所述进气端输入的气态所述第一介质进行压缩，以形成第二介质，所述第二介质的压强高于所述第一介质；及

增压管线，所述增压管线的一端与所述压缩机连接，另一端与所述传输管线连通，所述增压管线用于将所述第二介质传输至所述传输管线内，以对所述传输管线预冷。

可选的，所述管线预冷系统还包括冷凝器和与所述冷凝器连接的凝液罐；

所述冷凝器与所述压缩机连接，以将所述第二介质冷凝成液态；所述凝液罐用于存储液态的所述第二介质。

可选的，所述管线预冷系统还包括预冷管线；所述预冷管线的一端与所述容置腔连通，另一端与所述传输管线连接；所述预冷管线与所述传输管线连通形成预冷通道；

所述增压管线与所述预冷管线连接，所述增压管线、预冷管线、传输管线依次连接以形成增压通道。

可选的，所述预冷泵具有吸入口和排出口，所述吸入口与所述容置腔连通，所述排出口与所述预冷管线连接；

所述预冷泵用于在所述预冷通道打开时，将所述低温储罐内的第一介质泵入所述预冷通道内。

可选的，所述增压管线与所述预冷管线的连接处为第一连接点；

所述预冷管线上设有第一控制阀，且所述第一控制阀位于所述第一连接点与所述低温储罐之间，所述第一控制阀用于控制所述预冷通道的通断；

所述增压管线上设有第二控制阀，所述第二控制阀用于控制所述增压通道的关断；

通过调节所述第一控制阀和所述第二控制阀的工作状态，以使所述预冷通道和所述增压通道交替导通。

可选的，所述管线预冷系统还包括控制器，所述第一控制阀为气动阀或电动阀，所述第二控制阀为电动阀或气动阀；所述控制器与所述第一控制阀、所述第二控制阀均电连接；

所述第一控制阀和所述第二控制阀在所述控制器的控制下交替打开。

可选的，所述管线预冷系统还包括至少一个气压检测装置，所述低温储罐，增压管线、预冷管线中的至少一个设有所述气压检测装置。

可选的，所述增压管线为金属管，且所述增压管线外部包裹有绝热层。

可选的，所述压缩机具有出气口，所述出气口与所述冷凝器连接；

所述管线预冷系统还包括吹扫管线，所述吹扫管线的一端与所述出气口连接，另一端与所述增压管线连接。

可选的，所述吹扫管线与所述增压管线的连接处为第二连接点，所述吹扫管线上设有第三控制阀，所述第三控制阀位于所述第二连接点与所述压缩机出气口之间。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：

本发明技术方案设置了压缩机和增压管线，其中所述压缩机用于压缩气态的第一介质以产生高压的第二介质；所述增压管线的一端与所述压缩机连接，另一端与所述传输管线连通，所述第二介质自所述增压管线传输至所述传输管线内，以对所述传输管线预冷。由于所述第二介质的压强大于所述第一介质的压强；因此当高压的第二介质通入所述传输管线内，能够快速汽化，从而在所述传输管线内产生较强的推动力，以克服管线内由于管线路径、液栓等造成的阻力，提高了在预冷操作时，液化烃在传输管线中流动的流畅性，进而以提高预冷效果，从而实现预冷传输管线的目的。

附图说明

图1是本发明管线预冷系统一实施例的原理示意图；

图2是基于图1的另一实施例的原理示意图。

附图标记说明如下：

10、低温储罐；20、传输管线；30、压缩机；40、增压管线；31、冷凝器；32、凝液罐；33、闪蒸罐；50、预冷管线；51、预冷泵；60、吹扫管线；52、第一控制阀；41、第二控制阀；61、第三控制阀。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明提出一种管线预冷系统。请参阅图1，管线预冷系统包括低温储罐10、传输管线20、压缩机30、以及增压管线40。低温储罐10具有用于容置第一介质的容置腔；传输管线20的一端与容置腔连通，另一端供外部设备连接，传输管线20用于在低温储罐10和外部设备之间传输第一介质；压缩机30具有进气端，进气端与容置腔连通，压缩机30用于对自进气端输入的气态第一介质进行压缩，以形成第二介质；增压管线40的一端与压缩机30连接，另一端与传输管线20连通，增压管线40用于将第二介质传输至传输管线20内，以对传输管线20预冷。

本方案中，管线预冷系统用于预冷传输管线20，以降低传输管线20的温度，以在后续第一介质在外部设备和低温储罐10之间传输时，减少汽化，也避免过低温度的低温介质对传输管线20造成较大的应力，进而损坏传输管线20。

在本方案中，第一介质是一种低温介质，具体的，第一介质可以呈液态、气态或气液混合态。第一介质在经过压缩机30的压缩后，形成第二介质。可见实质上第二介质为第一介质的在高压状态时的形式。

当第一介质为呈液态时，作为存储第一介质的容器，低温的第一介质在低温储罐10内会出现BOG(Boil-Off Gas，蒸发气体)现象，因此低温储罐10内会具有呈气态的第一介质。压缩机30通过对蒸发形成的气态第一介质进行压缩以形成高压的第二介质。在此需要说明的是，第二介质的高压状态是相对于第一介质的压强来说的。

本方案中利用压缩机30一方面吸收低温储罐10中气态的第一介质，防止低温储罐10中的压力过高；另一方面压缩机30将气态的第一介质进行压缩，以产生第二介质；第二介质的压强高于第一介质。具有较高压强的第二介质经过增压管线40通入到传输管线20中后，会迅速在传输管线20内膨胀，从而产生较大的推动力，这较大的推动力会在传输管线20内流动，从而能够克服管线内由于管线路径、液栓等造成的阻力，并最终沿传输管线20返回至低温储罐10内，实现了对传输管线20的预冷。

在一具体实际的测试中，第一介质为液化烃，低温储罐10内存储的低压液化烃，温度大约-101℃左右，压强不高于0.03MPa。而经过压缩再液化时产生的液态液化烃，温度有-38℃左右，并且压力较高，能够达到1.45-1.6MPa。因此，高压的液态液化烃在进入到传输管线20中时，会迅速汽化，形成气态或气液混合态的液化烃，进而可以在传输管线20中产生较大的推动力，有效的克服传输管线20内多种外界因素造成的流动阻力，提高了在预冷操作时，液化烃在传输管线20中流动的流畅性，进而以提高预冷效果。

本发明技术方案通过设置压缩机30和增压管线40，其中压缩机30用于压缩气态的第一介质以产生高压的第二介质；增压管线40的一端与压缩机30连接，另一端与传输管线20连通，第二介质自增压管线40传输至传输管线20内，以对传输管线20预冷。由于第二介质的压强大于第一介质的压强；因此当高压的第二介质通入传输管线20内，能够快速汽化，从而在传输管线20内产生较强的推动力，以克服管线内由于管线路径、液栓等造成的阻力，提高了在预冷操作时，液化烃在传输管线20中流动的流畅性，进而以提高预冷效果，从而实现预冷传输管线20的目的。

以下对本申请方案进行更为详细具体的说明。第一介质为低温液态介质，例如可以是液氨、液化烃(如乙烯、乙烷、液化石油气等)、液化天然气等，在以下的实施例中，以第一介质为低温液态的液化烃，第二介质为高压液化烃为例说明。

请参阅图1，传输管线20的一端口供外部设备连接，一端连接低温储罐10。在此需要说明的是，该外部设备可以是停靠在码头上货船内的存储设备，也可以是与该存储设备相连接的管道。具体使用中，传输管线20铺设于码头与低温储罐10之间，传输液化烃的方向可以是自码头传向低温储罐10，也可以是自低温储罐10传输至码头。在以下的实施例中，以对液化烃进行卸船操作(即第一介质自码头传输到低温储罐10)为例说明。

在另一实施例中，压缩机30的进气口不与低温储罐10连接，而是与另一液化烃的储罐连接，特别是当压缩机30和该储罐均可以灵活移动的情况下，该实施例可以使压缩机30相对传输管线20的位置更加灵活，能够提高预冷操作的灵活性。

压缩机30的具体结构和工作原理可以参照现有技术，在此不再赘述。在本实施例中压缩机30的进气端吸收低温储罐10内的气态液化烃，并经过压缩机30的压缩组件的压缩，而形成具有高压气态液化烃。

进一步的，管线预冷系统还包括冷凝器31和与冷凝器31连接的凝液罐32；冷凝器31与压缩机30连接，从压缩机输出的高压气态第二介质经过凝液罐32后，被冷凝成液态的第二介质。凝液罐32还用于存储液态的第二介质。呈液态的第二介质更加便于增压管线40的传输，并且相对于气态来说，呈液态的第二介质具有较小的容积，从而能够减小增压管线40的截面积。

增压管线40在压缩机30和传输管线20之间传输液态高压的液化烃。增压管线40的管径可以相对传输管线20的管径较小。在一可选实施例中，增压管线40为金属管，且增压管线40外部包裹有绝热层。绝热层可以是在增压管线40的外侧包裹有保温材料，或在增压管线40外侧包裹有真空的保温结构等。

基于以上分析可知，高压液化烃在经过增压管线40进入传输管线20后，会成为气态、液态、或气液混合态返回至低温储罐10内。压缩机30进一步吸收并压缩低温储罐10内的液化烃气体，从而形成循环通路。本申请中，为了避免由于低温储罐10内液化烃的量较大，而无法全部通入增压管线40中的情况，设置管线预冷系统还包括闪蒸罐33，闪蒸罐33连接于凝液罐32与低温储罐10之间，因此当凝液罐32存储有较大量的液态烃时，可以通过闪蒸罐33回收至低温储罐10内，以减少能源的浪费。

基于上述实施例，为了进一步提高本申请管线预冷系统的预冷效果，特别是使传输管线20的预冷温度达到更低。因此设置本方案中管线预冷系统还包括预冷管线50。预冷管线50的一端与容置腔连通，另一端与传输管线20连接；预冷管线50与传输管线20连通形成预冷通道；增压管线40与预冷管线50连接，增压管线40、预冷管线50、传输管线20依次连接以形成增压通道。

预冷管线50能够将低温储罐10内的低温液态液化烃传输至传输管线20内，由于来自低温储罐10内的液态液化烃温度非常低，因此能够迅速的降低其所经过管线内的温度。进一步的，为了便于从低温储罐10内导出低温液态液化烃，同时也提高低温液态液化烃进入预冷管线50内的速度。本方案中设置管线预冷系统还包括预冷泵51，预冷泵51可以置于低温储罐10内，也可以置于低温储罐10外侧，所述预冷泵51具有吸入口和排出口，所述吸入口与所述容置腔连通，所述排出口与所述预冷管线50连接，预冷泵51用于在预冷通道打开时，将低温储罐10内的低温液化烃泵入预冷通道内。

预冷泵51可以采用现有的叶片式泵，例如离心泵。在一具体实际的测试中，预冷泵51的出口压力为0.58-0.60MPa，可以看出预冷泵51输出低温液态液化烃的压力要远小于经过压缩冷凝后的高压液态液化烃的压力(1.45-1.6MPa)。

基于背景技术的分析可知，由于自低温储罐10内输出的低温液化烃压强较小，因此在预冷管线50或传输管线20的爬高段容易产生气液交替的气液柱。然而由于本申请方案增压管线40中朝预冷管线50内输出高压液态的液化烃，高压液态的液化烃进入预冷管线50内迅速汽化；一方面可以导通预冷通道内已形成的液栓，克服管线路径造成的阻力；另一方面也能够推动低温液态液化烃在预冷通道内流通的速度，从而提高预冷速度。

在应用本申请的管线预冷系统时，可以先利用预冷通道以及预冷泵51，先泵入一部分的低温液态液化烃进入预冷通道内，使预冷通道内积存一定量的低温液态液化烃，降低传输管线20温度；然后再利用经过压缩机30和冷凝器31的高压液化烃经过增压通道进行高压预冷，提高预冷速度。本申请技术方案减少传输管线20及预冷管线50内所含液化烃的物料量，从而减少压缩机30回收气态液化烃的耗电量；同时管线的预冷时间大大缩短，在不同的环境温度下，均能达到顺利卸船的目的。并且对于长距离高低落差较大的管架附近的管线，本申请方案能够减少交替的气液柱流动，避免管线产生的振动，有效的保证管架的安全性。

基于此，为了达到兼顾预冷效果和预冷速度，本方案中，设置预冷通道和增压通道交替打开。例如，首先打开预冷通道，使预冷泵51泵入一部分低温液态液化烃进入预冷通道内，以预冷传输管路；然后关闭预冷通道，打开增压通道，以输入高压液化烃进入传输管路内。然后再关闭增压通道，打开预冷通道，……以此交替进行，以进一步提高对传输管线20的预冷效果。

请参阅图2，进一步的，为了更方便对预冷通道和增压通道的控制，本申请中增压管线40与预冷管线50的连接处为第一连接点；预冷管线50上设有第一控制阀52，且第一控制阀52位于第一连接点与低温储罐10之间，第一控制阀52用于控制预冷通道的通断；增压管线40上设有第二控制阀41，第二控制阀41用于控制增压通道的关断；通过调节第一控制阀52和第二控制阀41的工作状态，以使预冷通道和增压通道交替导通。

第一控制阀52和第二控制阀41可以是需要人工操作的机械阀，也可以是电动阀、气动阀等。可选的，第一控制阀52和第二控制阀41均是具有多个开度的阀，从而可以实现对第一控制阀52和第二控制阀41的开关控制以及流量大小控制。

进一步的，管线预冷系统还包括控制器，控制器可以为单片机、MCU或采用现有的控制芯片。第一控制阀52为气动阀或电动阀，所述第二控制阀41为电动阀或气动阀；控制器与第一控制阀52、第二控制阀41均电连接；第一控制阀52和第二控制阀41在控制器的控制下交替打开。

管线预冷系统还包括至少一个气压检测装置，低温储罐10，增压管线40、预冷管线50中的至少一个设有气压检测装置。在此以低温储罐10内设置有气压检测装置为例说明，由于增压通道和预冷通道内的气体最终会输出至低温储罐10内，因此当气压检测装置检测到低温储罐10内的压力高于预设值时，此时可以控制第二控制阀41关断，以减少最终进入到低温储罐10中的气体量。

当液化烃卸船完成后，在船上压缩机30对输油臂进行吹扫后，关闭了码头的控制阀，传输管线20内充满了的低温液化烃，相关技术中是靠环境温度加热膨胀该低温液化烃使其气化，进而缓慢返回低温储罐10。然而若低温储罐10与卸船码头距离较远，传输管线20内充满的低温液化烃膨胀或气化回罐的时间会较长，且冷损导致产生的BOG(Boil-OffGas，蒸发气体)量大，进而通过压缩机30压缩冷凝回收低温液体是需要的电能也较多，这样造成了能源的浪费。

基于此，为了在卸船完成后，清除传输管线20、预冷管线50内的液化烃时所造成的能源浪费以及时间长。请参阅图1，本申请实施例中压缩机30具有出气口，出气口与冷凝器31连接；管线预冷系统还包括吹扫管线60，吹扫管线60的一端与出气口连接，另一端与增压管线40连接。压缩机30的二段出气口排出的高压液化烃气体，具体压力值需要根据所选用的压缩机30种类和型号确定。因此高压的液化烃气体经过吹扫管线60对增压管线40、预冷管线50、传输管线20进行吹扫，从而减少或清除增压管线40、预冷管线50、传输管线20中液化烃的残余量。

请参阅图2，为了方便控制吹扫管线60，本实施例中，设置吹扫管线60与增压管线40的连接处为第二连接点，吹扫管线60上设有第三控制阀61，第三控制阀61位于第二连接点与压缩机30出气口之间。因此通过控制第三控制阀61，即可以控制增压管线40的通断。

通过引入压缩机30二段出口气体用于对预冷管线50、传输管线20内增压，从而为其内的液化烃提供动力，加速回罐时间，同时有效的减少冷损，减少由此产生的BOG量，从而减少压缩机30压缩冷凝回收液化烃的电耗，因此本实施例进一步降低了运行成本。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种管线预冷系统，其特征在于，包括：

低温储罐，具有用于容置第一介质的容置腔；

传输管线，所述传输管线的一端与所述容置腔连通，另一端供外部设备连接，所述传输管线用于在所述低温储罐和所述外部设备之间传输所述第一介质；

压缩机，具有进气端，所述进气端与所述容置腔连通，所述压缩机用于对自所述进气端输入的气态所述第一介质进行压缩，以形成第二介质，所述第二介质的压强高于所述第一介质；及

增压管线，所述增压管线的一端与所述压缩机连接，另一端与所述传输管线连通，所述增压管线用于将所述第二介质传输至所述传输管线内，以对所述传输管线预冷；

所述管线预冷系统还包括冷凝器和与所述冷凝器连接的凝液罐；

所述冷凝器与所述压缩机连接，以将所述第二介质冷凝成液态；所述凝液罐用于存储液态的所述第二介质；

所述管线预冷系统还包括预冷管线；所述预冷管线的一端与所述容置腔连通，另一端与所述传输管线连接；所述预冷管线与所述传输管线连通形成预冷通道；

所述增压管线与所述预冷管线连接，所述增压管线、预冷管线、传输管线依次连接以形成增压通道；

所述增压管线与所述预冷管线的连接处为第一连接点；

所述预冷管线上设有第一控制阀，且所述第一控制阀位于所述第一连接点与所述低温储罐之间，所述第一控制阀用于控制所述预冷通道的通断；

所述增压管线上设有第二控制阀，所述第二控制阀用于控制所述增压通道的关断；

通过调节所述第一控制阀和所述第二控制阀的工作状态，以使所述预冷通道和所述增压通道交替导通。

2.如权利要求1所述的管线预冷系统，其特征在于，所述管线预冷系统还包括预冷泵，所述预冷泵具有吸入口和排出口，所述吸入口与所述容置腔连通，所述排出口与所述预冷管线连接；

所述预冷泵用于在所述预冷通道打开时，将所述低温储罐内的第一介质泵入所述预冷通道内。

3.如权利要求1所述的管线预冷系统，其特征在于，所述管线预冷系统还包括控制器，所述第一控制阀为气动阀或电动阀，所述第二控制阀为电动阀或气动阀；所述控制器与所述第一控制阀、所述第二控制阀均电连接；

所述第一控制阀和所述第二控制阀在所述控制器的控制下交替打开。

4.如权利要求1所述的管线预冷系统，其特征在于，所述管线预冷系统还包括至少一个气压检测装置，所述低温储罐，增压管线、预冷管线中的至少一个设有所述气压检测装置。

5.如权利要求1所述的管线预冷系统，其特征在于，所述增压管线为金属管，且所述增压管线外部包裹有绝热层。

6.如权利要求2至5任意一项所述的管线预冷系统，其特征在于，所述压缩机具有出气口，所述出气口与所述冷凝器连接；

所述管线预冷系统还包括吹扫管线，所述吹扫管线的一端与所述出气口连接，另一端与所述增压管线连接。

7.如权利要求6所述的管线预冷系统，其特征在于，所述吹扫管线与所述增压管线的连接处为第二连接点，所述吹扫管线上设有第三控制阀，所述第三控制阀位于所述第二连接点与所述压缩机出气口之间。