CN112503389A - 一种液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，包括封闭连接的液态LNG储罐、低温潜液泵、汽化器、换热器以及温度控制装置；液态LNG储罐的出口端通过LNG低温管路a与低温潜液泵的入口端连接，低温潜液泵的出口端通过LNG低温管路b和汽化器与换热器的入口端连接，换热器的出口端通过CNG管路与上端设备连接；温度控制装置通过热媒回口A和热媒出口B与换热器的水介质管路连接。本发明将液态天然气经过换热器进行气化后注入主机；在换热器中将水的热量传递给液态天然气，将水进行不断加热和循环，并且稳定在一个恒定的温度，从而保证进入主机的天然气是恒压，恒温，达到系统稳定可靠、装置简单、降低成本的效果。

Description

一种液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统
技术领域
本发明涉及自动化技术领域的一种水循环温度控制技术，具体地，涉及一种液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统。
背景技术
随着国际航运业及远洋船舶运输的发展，以柴油为燃料的船舶发动机所产生的废气排放已成为海洋尤其是港口地区的主要污染源。船舶柴油机废气排放中的硫氧化物和氮氧化物对大气环境造成的污染已引起国际社会广泛的关注。因此以清洁能源天然气为燃料的动力设备开始走上历史的舞台。双燃料的船舶发动机所使用的燃料为压力稳定，温度稳定且清洁度高的气态天然气。为了可以让船远航，船上需要储存足够液态的天然气，不断地进行气化来供应发动机对于天然气的需求。然而天然气的气化过程就是不断吸热的过程，一旦换热量不够导热气体天然气供应的不足或者天气态天然气温度过低，势必会减少船的对减少发动机的使用寿命。
对于液态将天然气转换为气态的天然气，目前的解决方案是安装空温式气化器，在尽可能小的空间内从大气中获取强大的热能。但是设备依然很庞大，需要占据很多的空间，且不同环境下的换热效率也不一样。无法满足船上对于空间和换热效率的要求。还有一个解决方案是在一个小的气化器后面的管路中增加直接式电加热器，用来保证气化完全和加热天然气，但是电加热器虽然加热效率快，但是由于和天然气直接接触，危险系数太高，流动的天然气可能会对电加热管进行不断冲击，非常危险。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，加热器用以将循环泵输送过来的介质进行加热，通过热媒出口与管道中的天然气进行有效换热，可以将介质温度控制在50℃～200℃，采用模糊PID自适应控制器可以将温度控制精度保证在±0.5℃,加热效率高的同时保证加热精度。
根据本发明的一个方面，提供了一种液态天然气加热用水循环温度控制装置，包括：外置水箱、循环泵、加热器、压力温度监测仪表以及控制器；其中：
所述压力温度检测仪表包括热电偶温度传感器和压力表，所述热电偶温度传感器设置于加热器上和热媒回口过滤器下游，用于实时监测装置的温度数据，并发送至控制器，所述压力表设置于加热器后端，用于实时观测热媒出口管路压力；
所述循环泵设置于热媒出口管路上，并与控制器连接，用于对回路中的液体循环增压；
所述加热器设置于循环泵下游的热媒出口管路上，并与控制器连接，用于将循环泵增压后的液体进行加热；
所述外置水箱用于储存换热介质，其设置有手动补水口和排气/溢油口，用于补充液体和泄放因加热造成的气压；
所述外置水箱上还设置有液位开关，用于实时监测换热介质的液位，并与所述控制器连接；当换热介质的液位低于设定阈值时，液位开关触发报警和急停信号至控制器，所述控制器报警并发出补水信号，同时控制循环泵与加热器延时设定时间后停止工作；
所述外置水箱上还设置有热媒回口和热媒出口，用于与需要热交换的设备进行连接；
所述热媒回口与热媒出口之间设有BY-PASS(旁路)连接管，用于将因换热设备的需求变化导致过多的流量旁通回流；
所述控制器用于接收压力温度监测仪表采集的实时数据、控制循环泵和加热器的启动及关闭以及输出报警及补水信号。
优选地，所述外置水箱采用不锈钢材质。
优选地，所述外置水箱上设有用于安装其他部件的工艺接口。
优选地，所述外置水箱的长ⅹ高ⅹ宽尺寸为：615ⅹ919ⅹ315mm。
优选地，所述控制器采用PID自适应控制器。
优选地，所述控制器集成在电气控制箱中或安装在与电气控制箱连接的非防爆区域。
优选地，所述控制器根据接收到的温度数据，通过模数转换的方法，将电流信号输出为代表工程量的数字信号，并输出浮点型数字信号，并进行显示。
优选地，所述设定阈值为100mm。
优选地，所述设定时间为2分钟。
优选地，所述外置水箱与膨胀筒之间、排水口与循环泵之间以及热媒出口和热媒回口上分别设置有球阀。
根据本发明的另一个方面，提供了一种液态天然气加热用水循环温度控制系统，包括封闭连接的液态LNG储罐、低温潜液泵、汽化器、换热器以及温度控制装置；其中：
所述液态LNG储罐的出口端通过LNG低温管路a与所述低温潜液泵的入口端连接，所述低温潜液泵的出口端通过LNG低温管路b和所述汽化器与所述换热器的入口端连接，所述换热器的出口端通过CNG管路与上端设备连接；所述温度控制装置通过热媒回口A和热媒出口B与所述换热器的水介质管路连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，将水箱式水循环温度控制装置与换热器通过管道经热媒出入口进行连接，形成循环，加热元器件不与天然气直接接触，安全系数高。
2、本发明提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，可以做成一个小型的橇装产品，直接在现场固定使用，节约大量的施工时间。
3、本发明提供的本发明提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，智能化程度大大提高，通过配备显示屏可以用于显示设定温度和测量温度，按键操作输入温度并可以实施记录温度曲线；同时具有自诊断功能，液位开关、过载继电器、热保护装置等多种安全保障功能。
4、本发明提供的本发明提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，还配备有多种与其他系统通讯的接口，配备的RS485接口可以采用Modbus RTU与其他系统共享数据，通讯地址可在线更改。
5、本发明提供的本发明提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，克服现有船舶用液态天然气气化加热系统的不足，对以上的气化加热方案进行改良，是一种更具竞争性的基于加热用水循环温度控制装置及系统，将液态天然气经过一个小的换热器进行气化后直接注入主机；在换热器中可以将水的热量传递给液态天然气，将水进行不断加热和循环，并且稳定在一个恒定的温度，从而保证进入主机的天然气是恒压，恒温，达到系统稳定可靠、装置简单、降低成本的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明优选实施例中所提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置示意图。
图2为本发明优选实施例中所提供的液态天然气加热用水循环温度控制系统结构示意图。
图中：1为液态LNG储罐，2为低温潜液泵，3为换热器，4为双燃料主机/燃气轮机，5为温度控制装置。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明一实施例提供了一种液态天然气加热用水循环温度控制装置，如图1所示，包括：外置水箱、循环泵、加热器、压力温度监测仪表以及控制器；其中：
压力温度检测仪表包括热电偶温度传感器和压力表，热电偶温度传感器设置于加热器上和热媒回口过滤器下游，用于实时监测装置的温度数据，并发送至控制器，压力表设置于加热器后端，用于实时观测热媒出口管路压力；
循环泵设置于热媒出口管路上，并与控制器连接，用于对回路中的液体循环增压；
加热器设置于循环泵下游的热媒出口管路上，并与控制器连接，用于将循环泵增压后的液体进行加热；
外置水箱用于储存换热介质，其设置有手动补水口和排气/溢油口，用于补充液体和泄放因加热造成的气压；
外置水箱上还设置有液位开关，用于实时监测换热介质的液位，并与控制器连接；当换热介质的液位低于设定阈值时，液位开关触发报警和急停信号至控制器，控制器报警并发出补水信号，同时控制循环泵与加热器延时设定时间后停止工作；
外置水箱上还设置有热媒回口和热媒出口，用于与需要热交换的设备进行连接；
热媒回口与热媒出口之间设有BY-PASS(旁路)连接管，用于将因换热设备的需求变化导致过多的流量旁通回流；
控制器用于接收压力温度监测仪表采集的实时数据、控制循环泵和加热器的启动及关闭以及输出报警及补水信号。
作为一优选实施例，外置水箱采用不锈钢材质。
作为一优选实施例，外置水箱上设有用于安装其他部件的工艺接口。
作为一优选实施例，外置水箱的长ⅹ高ⅹ宽尺寸为：615ⅹ919ⅹ315mm。
作为一优选实施例，控制器采用PID自适应控制器。
作为一优选实施例，控制器集成在电气控制箱中或安装在与电气控制箱连接的非防爆区域。
作为一优选实施例，控制器根据接收到的温度数据，通过模数转换的方法，将电流信号输出为代表工程量的数字信号，并输出浮点型数字信号，并进行显示。
作为一优选实施例，外置水箱与膨胀筒之间、排水口与循环泵之间以及热媒出口和热媒回口上分别设置有球阀。
作为一优选实施例，设定阈值为100mm
作为一优选实施例，设定时间为2分钟。
在本发明部分实施例中，外置水箱用以储存换热介质(水)，该水箱配备有液位开关、手动补水口和排气/溢油口，保证不锈钢水箱中的水稳定在一个合适的液位。装置在运行中不会因为高温使压力上升，低温自动补充导热介质量。外置水箱上设有热媒回口和热媒出口。
在一具体应用实例中，PID自适应控制器采用西门子1200系列型号的控制器。
在一具体应用实例中，PID自适应控制器的工作方法为：基于比例积分微分计算方法，以实现精确控温。
根据本发明另一实施例，提供了一种液态天然气加热用水循环温度控制系统，如图2所示，包括封闭连接的液态LNG储罐1、低温潜液泵2、汽化器、换热器3以及温度控制装置5；其中：
液态LNG储罐1的出口端通过LNG低温管路a与低温潜液泵2的入口端连接，低温潜液泵2的出口端通过LNG低温管路b和汽化器与换热器3的入口端连接，换热器3的出口端通过CNG管路与上端设备4连接；温度控制装置5通过热媒回口A和热媒出口B与换热器3的水介质管路连接。
本实施例中提供的液态天然气加热用水循环温度控制系统，其工作原理为：
请参阅图2，当上端设备4(例如双燃料主机/燃气轮机)工作时，需要不断燃烧消耗CNG，汽化器需要将低温潜液泵2输出的LNG汽化后输入至换热器3，经过换热器3不断吸热变成CNG；低温潜液泵2将液态LNG储罐1中的LNG输送至换热器3；通过温度控制装置5控制进入换热器3的热水与LNG在换热器进行换热后，通过换热器3出口得到CNG。
本发明上述实施例提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，可以将管道中的液态天然气(LNG)进行加热汽化为设备需要的温度范围之内的气态天然气(CNG),从而进行燃烧带动燃气轮机或者天然气发动机进行运转；不锈钢水箱用以储存换热介质(水)，该水箱配备有液位开关、手动补水口和排气/溢油口，保证不锈钢水箱中的水稳定在一个合适的液位。
本发明上述实施例提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，将汽化后的天然气送入换热器进行换热，经过换热器升温后的气态天然气进入上端设备进行工作。整个温度控制装置完成介质存储、加热、循环输送、监测并配备热媒回口和热媒出口。整个温度控制系统为全密闭系统，高温时不会有油污、低温不吸收空气中水分。系统在运行中不会因为高温使压力上升，低温自动补充导热介质。换热器通过连接热媒回口和热媒出口，将水介质的热能交换给管道天然气，保证天然气的出口温度。
本发明上述实施例提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，加热器用以将循环泵输送过来的介质进行加热，通过热媒出口与管道中的天然气进行有效换热，可以将介质温度控制在50℃～200℃，采用模糊PID自适应控制器可以将温度控制精度保证在±0.5℃,加热效率高的同时保证加热精度。
本发明上述实施例提供的液态天然气加热用水循环温度控制装置及系统，适用于装备双燃料主机/燃气轮机的船只，供气系统的所有低温液体天然气进入换热器与水进行换热，从而气化给双燃料主机提供能量；通过循环泵让水进行循环，源源不断的让水将热量传递给需要吸热气化的液体LNG。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，包括：外置水箱、循环泵、加热器、压力温度监测仪表以及控制器；其中：
所述压力温度检测仪表包括热电偶温度传感器和压力表，所述热电偶温度传感器设置于加热器上和热媒回口过滤器下游，用于实时监测装置的温度数据，并发送至控制器，所述压力表设置于加热器后端，用于实时观测热媒出口管路压力；
所述循环泵设置于热媒出口管路上，并与控制器连接，用于对回路中的液体循环增压；
所述加热器设置于循环泵下游的热媒出口管路上，并与控制器连接，用于将循环泵增压后的液体进行加热；
所述外置水箱用于储存换热介质，其设置有手动补水口和排气/溢油口，用于补充液体和泄放因加热造成的气压；
所述外置水箱上还设置有液位开关，用于实时监测换热介质的液位，并与所述控制器连接；当换热介质的液位低于设定阈值时，液位开关触发报警和急停信号至控制器，所述控制器报警并发出补水信号，同时控制循环泵与加热器延时设定时间后停止工作；
所述外置水箱上还设置有热媒回口和热媒出口，用于与需要热交换的设备进行连接；
所述热媒回口与热媒出口之间设有旁路连接管，用于将因换热设备的需求变化导致过多的流量旁通回流；
所述控制器用于接收压力温度监测仪表采集的实时数据、控制循环泵和加热器的启动及关闭以及输出报警及补水信号。
2.根据权利要求1所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述外置水箱采用不锈钢材质；和/或
所述外置水箱上设有工艺接口。
3.根据权利要求1所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述外置水箱的长ⅹ高ⅹ宽尺寸为：615ⅹ919ⅹ315mm。
4.根据权利要求1所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述控制器采用PID自适应控制器。
5.根据权利要求1所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述控制器集成在电气控制箱中或安装在与电气控制箱连接的非防爆区域。
6.根据权利要求1所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述控制器根据接收到的温度数据，通过模数转换的方法，将电流信号输出为代表工程量的数字信号，并输出浮点型数字信号，并进行显示。
7.根据权利要求1所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述设定阈值为100mm。
8.根据权利要求1所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述设定时间为2分钟。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的液态天然气加热用水循环温度控制装置，其特征在于，所述外置水箱与膨胀筒之间、排水口与循环泵之间以及热媒出口和热媒回口上分别设置有球阀。
10.一种液态天然气加热用水循环温度控制系统，其特征在于，包括封闭连接的液态LNG储罐、低温潜液泵、汽化器、换热器以及权利要求1至9中任一项所述的温度控制装置；其中：
所述液态LNG储罐的出口端通过LNG低温管路a与所述低温潜液泵的入口端连接，所述低温潜液泵的出口端通过LNG低温管路b和所述汽化器与所述换热器的入口端连接，所述换热器的出口端通过CNG管路与上端设备连接；所述温度控制装置通过热媒回口A和热媒出口B与所述换热器的水介质管路连接。
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