CN114087537A - Lng加注用控温装置及lng的加注方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LNG加注用控温装置及LNG的加注方法，控温装置包括用于导入液化天然气的液相主管路、空温式加热器、隔热件以及出液管；空温式加热器用于供液化天然气在其内流动以与外界空气换热；空温式加热器的入口与液相主管路连接；隔热件覆盖空温式加热器外周的部分区域；隔热件至少部分能够相对空温式加热器移动，用于改变空温式加热器的换热面积，以在温控装置中调节天然气的温度，使得天然气的温度符合LNG车辆的预设加注温度。天然气温度的调节在加注站的储罐外进行，加注过程不会对加注站的储罐造成影响，减少了BOG气体的生成和排放，减小了加注站的经济损失，保护了大气环境。

Description

LNG加注用控温装置及LNG的加注方法
技术领域
本发明涉及天然气加注领域，特别涉及一种LNG加注用控温装置及LNG的加注方法。
背景技术
液化天然气(LNG)是一种优质的清洁能源，已成为继汽油、柴油以外的第三大车用燃料。它的主要成分为甲烷，其燃烧热值高、对环境污染轻微。随着提高环境质量的呼声越来越高，LNG日益受到人们的重视，目前LNG已广泛用作工业燃料、民用燃料、轮船与汽车燃料，以及发电用燃料。
天然气经过预处理、液化以后体积缩小为原有体积六百分之一，极大的方便了运输。在运输到目的地之后存储于加注站的储罐内，然后通过低温潜液泵增压加注到LNG汽车罐车。目前通用加注流程包括卸车、调压、调温、加注等流程。但国内外LNG汽车对加注到LNG汽车的LNG要求不尽相同；有的需要低温过冷的深冷液体，有的需要温度略高的饱和液体。
国内目前通用加注装置加注的液体依赖于储罐内LNG的状态，不具备温控能力。当储罐内温度较低时，需要把储罐内全部液体温度升高至接近罐车的理论加注温度后才能达到加注要求。如此一来，当加注量小的时候，储罐内部温度较高且温度升高较快，造成储罐压力升高很快，会使LNG气化产生闪蒸气，这些闪蒸气就是BOG气体。造成BOG气体的排放，浪费了宝贵的资源，给加注站带来直接经济损失，同时又会造成温室气体排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LNG加注用控温装置，能够在储罐外调节天然气的温度，使得加注到LNG车辆中的天然气符合罐车的加注温度，加注过程不会对储罐内的LNG造成影响，减少了BOG气体的生成和排放。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种LNG加注用控温装置，包括液相主管路、空温式加热器、隔热件以及出液管；液相主管路用于导入液化天然气；空温式加热器用于供液化天然气在其内流动以与外界空气换热；所述空温式加热器的入口与所述液相主管路连接；隔热件覆盖所述空温式加热器外周的部分区域；所述隔热件至少部分能够相对所述空温式加热器移动，用于改变所述空温式加热器的换热面积；出液管一端连接所述空温式加热器的出口，另一端连接外围加液机。
在一些实施例中，所述控温装置还包括旁路管、设置于所述旁路管上的调节阀，以及设置于所述出液管上的温度检测仪；所述旁路管与所述空温式加热器并联，所述旁路管两端分别连接所述液相主管路的出口和所述出液管的入口；所述调节阀用于调节所述旁路管的通断和开度；所述调节阀与所述温度检测仪电连接。
在一些实施例中，所述空温式加热器具有换热管，而形成有所述流动通道；所述隔热件套设于所述换热管的一端，并能够沿所述换热管的长度方向相对所述换热管滑动。
在一些实施例中，所述隔热件的一端封闭，另一端与所述换热管的外周密封连接。
在一些实施例中，所述隔热件的内周设置有保温层，该保温层贴合于所述换热管的外周。
在一些实施例中，所述空温式加热器的外表面或所述隔热件上设置有刻度线，该刻度线沿隔热件的移动方向分布。
在一些实施例中，所述隔热件由保冷材料制成。
在一些实施例中，所述控温装置还包括控制器以及用于驱动所述隔热件移动的驱动单元，所述驱动单元、所述温度检测仪以及所述调节阀均电连接于所述控制器。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了上述控温装置进行LNG加注的加注方法，包括步骤：通过所述液相主管路接收从外部导入的液化天然气，使所述液化天然气依次经过所述空温式加热器和所述出液管后，输送至所述加液机内向外加注；其中，通过调节所述隔热件在所述空温式加热器上的覆盖面积，使所述出液管中天然气温度达到预设加注温度。
在一些实施例中，所述加注方法还包括：检测所述出液管中天然气的实时温度，调节所述隔热件的位置，直至所述出液管中的天然气的实时温度与所述预设加注温度之间的差值达到阈值；调节从所述液相主管路进入所述空温式加热器的液化天然气流量，使一部分液化天然气经所述空温式加热器进入所述出液管，另一部分液化天然气经过与所述空温式加热器并联的旁路管进入所述出液管，两部分天然气在所述出液管中混合，使得所述出液管出口处的温度达到所述预设加注温度。
由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：
本发明中，液相主管路连接加注站的储罐，用于将液化天然气导入控温装置中。空温式加热器用于供液化天然气在其内流动以与外界空气换热；空温式加热器的入口与液相主管路连接，以接收液相主管路内的天然气，并对天然气加热。
隔热件覆盖空温式加热器外周的部分区域；隔热件至少部分能够相对空温式加热器移动，用于改变空温式加热器的换热面积；通过改变隔热件在空温式加热器上的覆盖面积，改变空温式加热器上的换热面积，天然气通过空温式加热器后可以获得不同的温度，从而能够调节空温式加热器出口处天然气的温度。
利用空温式加热器和隔热件的配合使用，改变空温式加热器的换热面积，以在温控装置中调节天然气的温度，使得天然气的温度符合LNG车辆的预设加注温度，天然气温度的调节在加注站的储罐外进行，加注过程不会对加注站的储罐造成影响，减少了BOG气体的生成和排放，减小了加注站的经济损失，保护了大气环境。
附图说明
图1是本发明控温装置实施例的立体结构示意图。
图2本发明控温装置实施例的正面示意图。
图3是本实施例控温装置实施例的控制原理示意图。
附图标记说明如下：
100、液相主管路；200、空温式加热器；300、隔热件；400、出液管；500、旁路管；600、温度检测仪；700、调节阀；800、控制器。
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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1是本发明控温装置实施例的立体结构示意图。图2本发明控温装置实施例的正面示意图。
参阅图1和图2，本实施例提供了一种控温装置，其连接在加注站储罐的输送泵和加注站的加液机之间，以在对LNG车辆加注液化天然气时，用于调节液化天然气的温度，使液化天然气符合LNG车辆预设加注温度。
本实施例中，控温装置包括液相主管路100、入口连接液相主管路100的空温式加热器200、覆盖空温式加热器200外表面部分区域的隔热件300、连接空温式加热器200出口的出液管400，以及与空温式加热器200并联设置的旁路管500。
加注站储罐的输送泵输送来的液化天然气依次经过液相主管路100、空温式加热器200，在液化天然气中加热后输送至出液管400；液相主管路100中的天然气也可以不经过加热，通过旁路管500输送至出液管400，与出液管400中经过加热后的天然气混合，出液管100将其内的天然气输送至加注站的加液机用于给LNG车辆加注液化天然气。
本实施例中，液相主管路100的入口连接加注站储罐的输送泵，其出口连接空温式加热器200的入口和旁路管500的入口，以能够分别向空温式加热器200和旁路管500中导入液化天然气。
再次参阅图1和图2，空温式加热器200的入口连接液相主管路100的出口，空温式加热器200的出口连接出液管400的入口。
空温式加热器200用于供液化天然气在其内流动以与外界空气换热。液化天然气在加注站储罐的存储温度很低，一般在-161.5℃左右。从加注站储罐从出来的液化天然气进入空温式加热器200内，通过空温式加热器200与外界空气换热，以使得空温式加热器200中的液化天然气升温。
空温式加热器200具有换热管，在换热管内形成天然气流动的流动通道。
本实施例中，换热管为迂回设置的管道结构，以在一定的长度区域内使空温式加热器200的流动通道的路径更长，空温式加热器200上具有足够的换热面积。在一些实施例中，换热管为沿直线延伸的长管。
本实施例中，空温式加热器的流量为200Nm3/h。空温式加热器，选用卧式加热器。
再次参阅图1和图2，隔热件300由保冷材料制成，隔热件300内周设置有保温层。隔热件300覆盖空温式加热器200外周的部分区域，以隔绝空温式加热器200上被覆盖区域与外界空气的热交换。
隔热件300内的保温层由传热系数小的材料制成。
本实施例中，隔热件300覆盖换热管的部分区域，并能够沿换热管的长度方向相对换热管移动。隔热件300设置为多个，多个隔热件300对应于换热管的迂回结构设置。多个隔热件300可以同步移动，也可以分别移动。下述对隔热件300的描述均以单个隔热件300为例。
隔热件300的一端封闭，另一端与空温式加热器200换热管的外周密封连接。隔热件300套设于空温式加热器200换热管的一端，并能够相对空温式加热器200换热管滑动，以改变在空温式加热器200的换热面积，从而改变从空温式加热器200的出口流出的天然气的温度。
在一个实施例中，换热管在每一个迂回结构两个管道处设置一个隔热件300，隔热件300的一端封闭，隔热件300的另一端设置有两个开口，以用于套设在换热管上。
在一些实施例中，隔热件300的两端均开口，隔热件300套设于空温式加热器200换热管的一端，隔热件300内周设置有保温层，该保温层贴合于空温式加热器200换热管的外周，隔热件300移动改变在空温式加热器200的覆盖面积。
在一些实施例中，隔热件300包括两个可相对移动的隔热管，两个隔热管套设为一体。两个隔热管均套设在空温式加热器200换热管的外周，其中一个隔热管相对换热管固定，另一个隔热管能够相对换热管移动，通过一个隔热管的移动改变对空温式加热器200的换热面积，实现隔热件300部分移动来改变空温式加热器200的换热面积。
在另一些实施例中，隔热件300为其它可以伸缩或变形的结构，隔热件300伸缩或变形改变在空温式加热器200上的覆盖面积。
空温式加热器200的外表面或隔热件300上设置有刻度线，该刻度线沿隔热件300的移动方向分布，隔热件300移动到相应的刻度线位置，表示隔热件300在空温式加热器200上的相应的覆盖面积，以对应于不同的换热面积，并对应于空温式加热器200出口处的液化天然气的不同温度。
本实施例中，刻度线设置于空温式加热器200的换热管上。
本实施例中，隔热件300连接于一个驱动单元(图中未示出)。驱动单元用于驱动隔热件300自动移动。驱动单元以步进电机等驱动结构作为动力。
再次参阅图1和图2，出液管400入口连接空温式加热器200的出口和旁路管500的出口。出液管400出口连接外围加液机，以将出液管400中的液化天然气输送至加液机内向外加注。
出液管400上设置有温度检测仪600，用于检测出液管400中液化天然气的实时温度。本实施例中，温度检测仪600为流量变送器。
再次参阅图1和图2，旁路管500两端分别连接液相主管路100的出口和出液管400的入口，以与空温式加热器200并联设置。
旁路管500上设置有调节阀700，用于调节旁路管500的通断和开度。通过旁路管500可使得液相主管路100中未加热的天然气，进入出液管400中，与出液管400中经过空温式加热器200加热后的天然气混合。
本实施例中，调节阀700为线性调节阀，DN15，KV＝3.5。
调节阀700调节从旁路管500进入出液管400中的天然气的流量，使得未加热的天然气后加热后的天然气混合，从而能够调节出液管400中的天然气的温度。
调节阀700直接或间接与温度检测仪600电连接。
图3是本实施例控温装置实施例的控制原理示意图。
参阅图3，本实施例中，控温装置还包括控制器800。驱动单元、温度检测仪600以及调节阀700均电连接于控制器800。温度检测仪600检测出液管400中天然气的实时温度，并将温度信息发送给控制器800，控制器800控制驱动单元驱动隔热件300移动的一定的距离，并控制调节阀700的开度，以使得出液管400中天然气的实时温度等于LNG车辆的预设加注温度。
本实施例中，控制器为PLC控制器，选用西门子S7-1200。
本发明中，液相主管路100连接加注站的储罐，用于将液化天然气导入控温装置中。空温式加热器200用于供液化天然气在其内流动以与外界空气换热；空温式加热器200的入口与液相主管路100连接，以接收液相主管路100内的天然气，并对天然气加热。
隔热件300覆盖空温式加热器200外周的部分区域；隔热件300至少部分能够相对空温式加热器200移动，用于改变在空温式加热器200的换热面积；通过改变隔热件300在空温式加热器200上的覆盖面积，改变空温式加热器200上的换热面积，天然气通过空温式加热器200后可以获得不同的温度，从而能够调节空温式加热器200出口处天然气的温度。
利用空温式加热器200和隔热件300的配合使用，改变空温式加热器200的换热面积，以在温控装置中调节天然气的温度，使得天然气的温度符合LNG车辆的预设加注温度，天然气温度的调节在加注站的储罐外进行，加注过程不会对加注站的储罐造成影响，减少了BOG气体的生成和排放，减小了加注站的经济损失，保护了大气环境。同时，对天然气加热不需要设置其它的加热结构，节省了电能，节约了资源和成本，以将运营成本降至最低。
减少了BOG气体的蒸发量以及整体的工艺能耗，对经济效益和环境污染问题均有显著的提升和改善。
本实施例还提供了一种用上述温控装置进行LNG加注的加注方法，包括步骤：
通过液相主管路100接收从外部导入的液化天然气，使液化天然气依次经过空温式加热器200和出液管400后，输送至加液机内向外加注。其中，通过调节隔热件300在空温式加热器200上的覆盖面积，使出液管400中天然气温度达到预设加注温度。
在一个实施例中，检测出液管400中天然气的实时温度，调节隔热件300的位置，直至出液管400中的天然气的实时温度与预设加注温度之间的差值达到阈值。具体为，调节阀700关闭，通过温度检测仪600检测出液管400中天然气的实时温度，调节隔热件300的位置，直至出液管400中的天然气的实时温度接近并大于预设加注温度。
调节从液相主管路100进入空温式加热器200的液化天然气流量，使一部分液化天然气经空温式加热器200进入出液管400，另一部分液化天然气经过与空温式加热器200并联的旁路管500进入出液管400，两部分天然气在出液管400中混合，使得出液管400出口处的温度达到预设加注温度。
当出液管400中的实时温度过低时，再次调节隔热件300的位置使出液管400中的液化天然气的实时温度处于预设的温度范围内。当出液管400中的实时温度过高时，调节隔热件300的位置或调节阀700的开度，降低出液管400天然气的温度。通过控制器800的实时在线调温。
利用本控温装置来进行LNG加注时，可以单独控制隔热件300的位置使得温度达到预设温度。也可以利用隔热件300和调节阀700的共同作用，使得温度达到预设温度。利用隔热件300和调节阀700共同调节天然气的温度时，先利用隔热件300使出液管400中的实时温度与预设加注温度之间的差值达到阈值，然后控制调节阀700的开度，使得出液管400达到预设加注温度。通过隔热件300的初步调节和调节阀700的精准调节，使得出液管400中的温度快速调节至预设加注温度，节省时间，提高加注的效率。
本实施例还提供了一种利用上述空温装置进行LNG加注的加注方法，包括注液步骤、粗调步骤以及精调步骤。
注液步骤为：输送泵抽取加注站储罐内的液化天然气，液化天然气依次经过液相主管路100、温式加热器200和出液管400，输送至加液机，以通过加液机向LNG车辆的钢瓶中加注液化天然气。
粗调步骤为：当出液管400中的液化天然气的实时温度过低时，需要对天然气粗调升温，滑动隔热件300，增大空温式加热器200的换热面积，对液态天然气加热升温，当出液管400中的液化天然气的实时温度接近或等于预设加注温度时，锁定隔热件300。
当出液管400中的液化天然气的实时温度过高时，需要对天然气粗调降温，滑动隔热件300，增大空温式加热器200的换热面积，对液态天然气降温，当出液管400中的液化天然气的实时温度接近或等于预设加注温度时，锁定隔热件300。
精调步骤为：当出液管400中的液化天然气的实时温度略高度或略低于预设加注温度时，需要对天然气粗调升温或降温，控制调节阀700的开度，从而调节出液管400自动达到预设值。
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 (10)

1.一种LNG加注用控温装置，其特征在于，包括：
液相主管路，用于导入液化天然气；
空温式加热器，用于供液化天然气在其内流动以与外界空气换热；所述空温式加热器的入口与所述液相主管路连接；
隔热件，其覆盖所述空温式加热器外周的部分区域；所述隔热件至少部分能够相对所述空温式加热器移动，用于改变所述空温式加热器的换热面积；
出液管，其一端连接所述空温式加热器的出口，另一端连接外围加液机。
2.根据权利要求1所述的控温装置，其特征在于，所述控温装置还包括旁路管、设置于所述旁路管上的调节阀，以及设置于所述出液管上的温度检测仪；所述旁路管与所述空温式加热器并联，所述旁路管两端分别连接所述液相主管路的出口和所述出液管的入口；所述调节阀用于调节所述旁路管的通断和开度；所述调节阀与所述温度检测仪电连接。
3.根据权利要求2所述的控温装置，其特征在于，所述空温式加热器具有换热管；所述隔热件套设于所述换热管的一端，并能够沿所述换热管的长度方向相对所述换热管滑动。
4.根据权利要求3所述的控温装置，其特征在于，所述隔热件的一端封闭，另一端与所述换热管的外周密封连接。
5.根据权利要求4所述的控温装置，其特征在于，所述隔热件的内周设置有保温层，该保温层贴合于所述换热管的外周。
6.根据权利要求2所述的控温装置，其特征在于，所述空温式加热器的外表面或所述隔热件上设置有刻度线，该刻度线沿隔热件的移动方向分布。
7.根据权利要求2所述的控温装置，其特征在于，所述隔热件由保冷材料制成。
8.根据权利要求2所述的控温装置，其特征在于，所述控温装置还包括控制器以及用于驱动所述隔热件移动的驱动单元，所述驱动单元、所述温度检测仪以及所述调节阀均电连接于所述控制器。
9.一种利用如权利要求1-8中任一项所述的控温装置进行LNG加注的加注方法，其特征在于，包括步骤：
通过所述液相主管路接收从外部导入的液化天然气，使所述液化天然气依次经过所述空温式加热器和所述出液管后，输送至所述加液机内向外加注；其中，通过调节所述隔热件在所述空温式加热器上的覆盖面积，使所述出液管中天然气温度达到预设加注温度。
10.根据权利要求9所述的加注方法，其特征在于，还包括：
检测所述出液管中天然气的实时温度，调节所述隔热件的位置，直至所述出液管中的天然气的实时温度与所述预设加注温度之间的差值达到阈值；
调节从所述液相主管路进入所述空温式加热器的液化天然气流量，使一部分液化天然气经所述空温式加热器进入所述出液管，另一部分液化天然气经过与所述空温式加热器并联的旁路管进入所述出液管，两部分天然气在所述出液管中混合，使得所述出液管出口处的温度达到所述预设加注温度。
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