CN114893718A - 液氢、lng合建站系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液氢、LNG合建站系统，旨在解决氢气预冷及BOG回收时需单独设置制冷设备为其提供冷能，从而增加了合建站的建设、使用成本及占地面积的技术问题；该系统包括液氢装置及LNG储罐，所述液氢系统包括依次通过输氢管路连通的液氢储罐、柱塞泵、换热器、汽化器、顺序控制盘及加氢机；换热器包括与LNG储罐连通的第一换热器、设置于第一换热器与汽化器之间的第二换热器及设置于顺序控制盘与加氢机之间的第三换热器；所述第二换热器与第三换热器之间设有液冷循环机构，以对经所述顺序控制盘进入加氢机的氢气预冷；本发明通过液氢自身具有的冷能对氢气和BOG进行预冷及回收，大大降低了站内能源消耗及使用成本，减少了增设制冷设备所用占地面积。

Description

液氢、LNG合建站系统
技术领域
本发明涉及液氢、LNG合建站技术领域，具体涉及一种液氢、LNG合建站系统。
背景技术
近年来汽车带来的能源紧张和环境污染问题逐渐突出，目前加氢站的推广是缓解燃油供求矛盾，减少尾气排放，改善大气环境，促进汽车产业技术进步的重要举措和发展趋势。加氢站建设是保障氢能源供应至关重要的一环，国内加氢站稀缺的主要原因是建设加氢站所需的关键部件没有量产的成熟产品，大多依靠进口，加之建设用地、行政审批等原因，使其建设成本较高。加氢站依靠已有加气站而建，被认为是目前比较好的建设方式，因为很多既有的加气站具备合建加氢站的基本条件：有足量的土地、跟周边设施的距离满足加氢站技术规范的要求。
合建站中加氢的气源设备的压力通常为45MPa及以上，由气源设备输出的氢气通过加氢设备为客户储氢容器充装加注压力一般为35MPa及以上，氢气充装加注过程是氢气的压缩过程，气体在客户容器内压缩会产生热量，为了保证充装加注的安全，在氢气充装加注过程中需要对氢气进行预冷却，确保充装加注过程中客户储氢容器内的氢气温度不能大于85°C；合建站中液化天然气加气站的液化天然气（英文缩写LNG），是天然气经压缩、冷却至其凝点温度-161.5°C后变成的液体，通常液化天然气储存在-162°C、0.1～1.0MPa左右的低温储存罐内。然而即使液化天然气储存在低温状态的储罐内，但是在储罐内和通过管道输送过程中，都会因外界环境热量的入侵使LNG气化产生闪蒸气（英文缩写BOG），并且在LNG储罐内泵运行时部分机械能转化为热能，也会使罐内LNG气化产生闪蒸气，这些闪蒸气在常温下形成天然气，如果任其排入空气中，不但危险，会对大气环境造成污染，并且在经济上也有相当损失。
现有合建站一般通过专门设置的制冷设备为氢气和BOG回收进行预冷；制冷设备是采用冷水机组或冷冻机组，该冷水机组或冷冻机组内包含压缩机、冷凝器、水泵等，运行中需消耗大量电能，根据不同制冷量，机组的功率在十几千瓦到几十千瓦不等，电能消耗较大，运营成本高。并且，专门设置制冷设备不仅占地面积大，建设成本也增大，导致合建站的建设投资和运营成本都相对较大，也不利于节约能源和降低运营成本。
公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种液氢、LNG合建站系统，可以通过合建站液氢自身具有的冷能为加氢机氢气和BOG回收提供冷能。
根据本公开的一个方面，提供一种液氢、LNG合建站系统，包括液氢装置及LNG储罐，所述液氢装置包括依次通过输氢管路连通的液氢储罐、柱塞泵、换热器、汽化器、顺序控制盘及加氢机；所述换热器包括与LNG储罐连通的第一换热器、设置于所述第一换热器与汽化器之间的第二换热器及设置于顺序控制盘与加氢机之间的第三换热器；所述第二换热器与第三换热器之间设有液冷循环机构，以对经所述顺序控制盘进入加氢机的氢气预冷。
在本公开的一些实施例中，所述液冷循环机构包括液冷箱、循环液泵及循环管路；所述循环管路包括分别连通于所述液冷箱和第二换热器及所述液冷箱和第三换热器之间的第一循环管路和第二循环管路；所述循环液泵包括对应设置于第一循环管路中的第一循环液泵和设置于第二循环管路中的第二循环液泵。
在本公开的一些实施例中，在所述第二循环管路中设有对应的温度传感器，以实时监测第二循环管路中的液温信息。
在本公开的一些实施例中，在所述汽化器与顺序控制盘之间设有辅热器，以使液氢进入顺序控制盘前全部汽化。
在本公开的一些实施例中，所述第一换热器和第二换热器的两端设有旁通支路，在所述旁通支路上设有球阀及电磁阀。
在本公开的一些实施例中，在所述输氢管路中设有放散支路，所述放散支路中设有安全阀。
在本公开的一些实施例中，在所述LNG储罐与第一换热器之间设有BOG回收机构；所述BOG回收机构包括对应连通在LNG储罐与第一换热器之间的输出管线和回收管线、设置在输出管线中的循环泵、设置在回收管线中的气液分离罐及分别对应设置在输出管线和回收管线中的温度变送器、压力变送器。
在本公开的一些实施例中，在所述LNG储罐中设有压力变送器，用以实时监测LNG储罐内的压力。
在本公开的一些实施例中，所述气液分离罐包括对应的与所述LNG储罐连通的进液管线和进气管线，以使经所述换热器冷凝后的BOG和液化天然气分管线回收至所述LNG储罐内。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：
1.通过在第二换热器与第三换热器之间设置水冷循环机构及在LNG储罐与第一换热器之间设置BOG回收机构，以液氢自身具有的冷能为上述换热器提供冷量来源，有效解决了现有合建站中需要设置单独的制冷设备对氢气进行预冷和为BOG回收提供冷能，进而实现了降低合建站建造及使用成本。
2. 通过设置输氢旁通支路用于不适宜冷量回收（如BOG及冷媒温度已接近下限，冷能回收效率过低）的工况下，或是冷能回收管路系统出现异常时切换至输氢旁通支路保证液氢加氢站运行。
附图说明
图1为本申请一实施例中液氢、LNG合建站系统结构原理图；
图2为本申请一实施例中液氢冷能利用逻辑控制流程图。
以上各图中，1、液氢储罐；2、液氢柱塞泵；3、第一电磁阀；4、第一换热器；5、第二换热器；6、汽化器；7、辅热器；8、顺序控制盘；9、储氢容器；10、第三换热器；11、加氢机；12、LNG储罐；13、输出管线；14、回收管线；15、循环泵；16；气液分离罐；17、输氢旁通支路；18、第二电磁阀；19、安全阀；20、第一循环管路；21、第二循环管路；22、第一循环水泵；23、第二循环水泵；24、温度变送器；25、压力变送器； 26、水冷箱。
具体实施方式
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“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。本申请所涉及“第一”、“第二”等是用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所涉及“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序，本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。
以下实施例中所涉及的单元模块（零部件、结构、机构）或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。
为了更好的理解本申请技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
本例公开一种液氢、LNG合建站系统，参见图1，包括液氢装置及LNG储罐12；
所述液氢装置包括液氢储罐1、液氢柱塞泵2、第一电磁阀3、第一换热器4、第二换热器5、汽化器6、辅热器7、顺序控制盘8、第三换热器10及加氢机11；所述液氢储罐1、液氢柱塞泵2、第一电磁阀3、第一换热器4、第二换热器5、汽化器6、辅热器7、顺序控制盘8、储氢容器9、第三换热器10及加氢机11依次通过输氢管路连通；并在液氢柱塞泵2与第一电磁阀3之间、第一换热器4与第二换热器5之间、第二换热器5与汽化器6之间、汽化器6与顺序控制盘8之间分别对应设有温度变送器24和压力变送器25，用以分别监测各个阶段液氢汽化所对应的温度值和压力值； 所述辅热器7的作用是防止液氢经过所述汽化器6后未完全汽化，保证液氢进入顺序控制盘8前全部汽化，同时保证氢气的温度不低于储氢容器9的设定值；液氢经所述顺序控制盘8后一路流向加氢机11，另一路流向储氢容器9中进行储存，储氢容器9设置的目的是：一方面可以进行高压氢气储存；另一方面时储氢容器9可做分级，加氢时从所述储氢容器9分级取气，提高综合加注率。
在所述液氢柱塞泵2与第一电磁阀3之间的输氢管路上连通设有输氢旁通支路17，所述输氢旁通支路17的另一端连通设置在第二换热器5与汽化器6之间，所述输氢旁通支路17中设有高压电磁阀，用以控制其管路中液氢的通、断；设置输氢旁通支路17的目的是用于不适应冷量回收（如BOG及冷媒温度已经接近下限，冷能回收效率过低）的工况下，或是液氢经第一换热器4和第二换热器5这条输氢管路出现故障时，切换至输氢旁通支路17以保证加氢机11的正常加氢工作。
在辅热器7后端的输氢管路中设置有放散支路，在放散支路中设置有安全阀19（安全阀19的放散值设定为49.5MPa），并与合建站内的放散总管连通，进行集中放散回收。
在所述第二换热器5与第三换热器10之间设有水冷循环机构；所述水冷循环机构包括水冷箱26、循环泵15及循环管路；所述循环管路包括分别连通于所述水冷箱和第二换热器5及所述水冷箱和第三换热器10之间的第一循环管路20和第二循环管路21；所述循环水泵包括对应设置于第一循环管路20中的第一循环水泵22和设置于第二循环管路21中的第二循环水泵23；第一循环水泵22用以将水冷箱26中的水抽出流入第二换热器5中，将其水温吸收第二换热器5中液氢流经所提供的冷能，降低水温值后流回水冷箱中，所述第二循环水泵23用以将水冷箱26中的水抽出流入第三换热器10中，通过水冷箱26中水的冷能为流经第三换热器10中的氢气进行降温、预冷；在所述第二循环管路21中设有对应的温度变送器24，以实时监测第二循环管路21中的水温信息。
在所述LNG储罐12与第一换热器4之间设有BOG回收机构，所述BOG回收机构包括连通设置于第一换热器4与LNG储罐12之间用于输送LNG储罐12内BOG的输出管线13、设置于第一换热器4与LNG储罐12之间用于将冷凝后的液化天然气及未完全液化的BOG回收至LNG储罐12的回收管线14、设置在输出管线13上用于将LNG储罐12内BOG送入第一换热器4中的循环泵15、设置于回收管线14上用于将液化天然气和BOG回收至LNG储罐12中的气液分离罐16及分别对应设置在输出管线13中和回收管线14中的温度变送器24、压力变送器25；所述气液分离罐16包括与LNG储罐12连通的进气管线和进液管线，用以将液化天然气和BOG分管线回收至LNG储罐12中；在所述LNG储罐12中设置有对应的压力变送器25，用以实时检测LNG储罐12内的压力。
上述液氢、LNG合建站系统的操作使用原理如下：参见图2，
LNG储罐12的BOG回收流程如下：所述液氢储罐1与液氢柱塞泵2相连，当液氢柱塞泵2已启动且LNG储罐12中的压力变送器25值≥0.4MPa时，启动循环泵15；当BOG经第一换热器4换热后的温度回收管线14中温度变送器24的值＞-162℃时，自动降低BOG循环泵15的频率，减小BOG的循环量，降低BOG的换热温度；当回收管线14上的温度变送器24值＜-162℃时，自动升高BOG循环泵15的频率，增大BOG的循环量，升高BOG的换热温度；当回收管线14上的温度变送器24值=-162℃时，BOG液化流程正常进行；当液氢柱塞泵2停止运行或关闭BOG液化功能或LNG储罐12中的压力变送器25值＜0.4MPa或输出管线13中的压力变送器25值减去LNG储罐12中的压力变送器25值＞0.2MPa（判断BOG变为固体堵塞输出管线13）或收管线上的温度变送器24值＜-175℃（BOG温度过低，存在固化可能）时，循环泵15停止工作，BOG液化流程结束。
加氢机11换热系统流程：按下加氢机11循环水换热系统的启动按钮，启动液氢柱塞泵2，第二循环水泵也随之启动，且第二循环管路21中的温度变送器24值＞-40℃时，自动启动第一循环水泵22，目的是设备首次次启用，保证预冷温度；当第二循环管路21中的温度变送器24值＜-42℃时，自动停止第一循环水泵22的，第二循环水泵23保持运行；当第二循环管路21中的温度变送器24值＞-38℃时，再次启动第一循环水泵22，自动循环执行；当液氢柱塞泵2停止运行或按下停止按钮，第一循环水泵22和第二循环水泵23停止工作，加氢机11循环水换热系统停机。
尽管已描述了本发明的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本实发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种液氢、LNG合建站系统，包括液氢装置及LNG储罐，其特征在于，所述液氢装置包括依次通过输氢管路连通的液氢储罐、柱塞泵、换热器、汽化器、顺序控制盘及加氢机；所述换热器包括与LNG储罐连通的第一换热器、设置于所述第一换热器与汽化器之间的第二换热器及设置于顺序控制盘与加氢机之间的第三换热器；所述第二换热器与第三换热器之间设有液冷循环机构，以对经所述顺序控制盘进入加氢机的氢气预冷。
2.根据权利要求1所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，所述液冷循环机构包括液冷箱、循环液泵及循环管路；所述循环管路包括分别连通于所述液冷箱和第二换热器及所述液冷箱和第三换热器之间的第一循环管路和第二循环管路；所述循环液泵包括对应设置于第一循环管路中的第一循环液泵和设置于第二循环管路中的第二循环液泵。
3.根据权利要求2所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，在所述第二循环管路中设有对应的温度变送器，以实时监测第二循环管路中的液温信息。
4.根据权利要求1所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，在所述汽化器与顺序控制盘之间设有辅热器，以使液氢进入顺序控制盘前全部汽化。
5.根据权利要求1所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，所述第一换热器和第二换热器的两端设有旁通支路，在所述旁通支路上设有球阀及电磁阀。
6.根据权利要求1所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，在所述输氢管路中设有放散支路，所述放散支路中设有安全阀。
7.根据权利要求1所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，在所述LNG储罐与第一换热器之间设有BOG回收机构；所述BOG回收机构包括对应连通在LNG储罐与第一换热器之间的输出管线和回收管线、设置在输出管线中的循环泵、设置在回收管线中的气液分离罐及分别对应设置在输出管线和回收管线中的温度变送器、压力变送器。
8.根据权利要求7所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，在所述LNG储罐中设有压力变送器，用以实时监测LNG储罐内的压力。
9.根据权利要求7所述的液氢、LNG合建站系统，其特征在于，所述气液分离罐包括对应与所述LNG储罐连通的进液管线和进气管线，以使经所述换热器冷凝后的BOG和液化天然气分管线回收至所述LNG储罐内。
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