CN116658805A - 一种lng气化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LNG气化系统，在气化系统内设置了喷淋冷却管，喷淋冷却管内设置有喷头，喷头通过旁路管道与LNG管道连接，利用液态LNG自身的冷能喷淋冷却经蒸发器加热的NG气体，从而使NG气体温度能快速降低至工艺需求温度，解决了LNG蒸发器采用加热介质直接加热方式时，气化系统NG出口温度过高的问题，且温度调节响应快；旁路管道的LNG流量可以大范围调节，能够适应各种作业工况下热负荷需求，能使气化系统出口NG温度稳定在设定值；本申请温度控制阀和流量控制阀采用联动调节方式，从而保证气化系统出口NG气体温度一直在设定值附近波动，同时对流量控制的扰动降到最低。

Description

一种LNG气化系统
技术领域
本发明涉及天然气气化装置领域，尤其是涉及一种LNG气化系统。
背景技术
液化天然气(LNG，Liquid Natureal Gas)是一种无色的液体，主要成份为甲烷，是在低温下以液态形式存在的天然气(NG，Natureal Gas)。由于其体积约为气态天然气的六百分之一左右，因而可显著节约储运空间和成本，有利于远距离输送和存储。在国际社会倡导节约型、节能型、低碳环保型经济发展模式背景下，现有的船舶大多采用LNG双燃料动力，将液化天然气(LNG)气化为天然气，与其他燃料混合为船舶提供动力。在现有LNG燃气供气系统中，LNG蒸发器通常采用间接加热方式，即先用水蒸气或热水加热水乙二醇混合液，再将水乙二醇混合液作为LNG蒸发器的加热介质加热LNG，使LNG气化。间接加热方式增加了水乙二醇回路，使得供气系统复杂，设备多，占用空间大，投资费用高。若采用水蒸气直接加热方式使LNG气化，由于来自锅炉的蒸气温度较高，会导致供气系统天然气侧出口温度过高，尤其是在低LNG流量需求工况下，无法满足主机或发电机供气要求。另外，采用直接加热的供气系统在不同运行工况下，天然气出口温度也会随LNG供给流量的变化而无法稳定在需求值。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本申请提供一种LNG气化系统，以解决现有技术中LNG燃气供气系统中采用直接加热液化天然气，供气系统天然气侧出口温度过高、流量不稳定的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种LNG气化系统，包括蒸发器、喷淋冷却管，所述蒸发器上设置有加热介质入口、加热介质出口、LNG入口及NG出口，所述LNG入口通过LNG管道与LNG供液端连接，所述NG出口与所述喷淋冷却管的入口连接，喷淋冷却管的出口与NG管道连接，喷淋冷却管内设置有喷头，喷头通过旁路管道与LNG管道连接。
在一种实施方案中，LNG气化系统还包括控制模块，所述控制模块包括温度控制块和流量控制块，温度控制块控制气化装置生产的NG气体温度，流量控制块控制气化装置生产的NG气体流量。
在一种实施方案中，所述温度控制块包括温度控制阀和温度控制器，所述温度控制阀设置在旁路管道上，所述温度控制器电连接温度控制阀，通过温度控制器调节温度控制阀的开度；所述流量控制块包括流量控制阀和流量控制器，所述流量控制阀设置在LNG入口与旁路管道之间，所述流量控制器电连接流度控制阀。
在一种实施方案中。在所述NG管道上设置有温度传感器和流量传感器，温度传感器与温度控制器电联接，在温度控制器中加载有温度-开度对应表，温度控制器按照温度-开度对应表根据温度传感器测得的温度来控制温度控制阀的开度；流量控制器与温度传感器、流量传感器电连接，在流量控制器内加载有温度-流量开度对应表，流量控制器按照流量-温度开度对应表根据流量传感器测得的流量和温度传感器测得的温度来控制流量控制阀的开度。
在一种实施方案中，所述温度控制器和/或流量控制器为PID控制器，所述蒸发器为卧式管壳式换热器。
在一种实施方案中，所述喷头包括有第一喷头和第二喷头，所述第一喷头通过所述旁路管道与LNG管道连接，所述第二喷头通过旁路支管与旁路管道连接。
在一种实施方案中，所述喷头喷射雾状的液化天然气，所述喷头的出口正对来流的NG气体。
在一种实施方案中，在所述喷淋冷却管内部在喷淋冷却管出口处安装有除雾滤器。
在一种实施方案中，在所述喷淋冷却管内部在喷淋冷却管入口处安装有防冲板。
在一种实施方案中，喷淋冷却管出口的高度低于喷淋冷却管入口的高度。
在一种实施方案中，在所述加热介质出口处设置有疏水阀组。
在一种实施方案中，在连接加热介质入口与加热介质源的管道上设置有压力控制阀和压力传感器，所述压力传感器可测量连接加热介质入口与加热介质源的管道压力，压力传感器与压力控制器电连接，压力控制器与压力控制阀电连接，在压力控制器中加载有压力-开度对应表，压力控制器按照压力-开度对应表根据压力传感器测的压力来控制压力控制阀的开度。
与现有技术相比，本申请中的有益效果为：
1、本申请在LNG气化系统内设置了喷淋冷却管，喷淋冷却管与气化系统内蒸发器的NG出口连接，喷淋冷却管内设置有喷头，喷头通过旁路管道与LNG管道连接，利用液态LNG自身的冷能喷淋冷却经蒸发器加热的NG气体，从而使NG气体温度能降低至工艺需求温度，解决了LNG蒸发器采用加热介质直接加热方式时，气化系统NG出口温度过高的问题；
2、本申请通过调节旁路管道的LNG流量方式控制蒸发器出口NG温度，由于通过低温液态LNG喷淋雾化直接冷却高温NG气体，冷热介质之间温差大，换热面积也大，能迅速传递热量，使得气化系统出口NG温度快速达到设定值，温度调节响应快；同时由于旁路管道的LNG流量可以大范围调节，因此气化系统可以适应各种作业工况下热负荷需求，能使气化系统出口NG温度稳定在设定值；
3、本申请温度控制阀和流量控制阀采用联动调节方式。通过在温度控制器中预加载开度对应表，当因NG气体出口温度偏离设定值而需调节旁路管道的流量时，根据开度对应表相应调节LNG管道的流量，从而保证气化系统出口NG气体温度一直在设定值附近波动，同时对流量控制的扰动降到最低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例中LNG气化系统示意图；
图2为本申请实施例中喷淋冷却管构示意图。
附图标记：1、蒸发器；2、流量控制阀；3、温度控制阀；4、喷淋冷却管；5、喷头；6、开关阀；7、除雾滤器；8、疏水阀组；9、温度传感器；10、温度控制器；11、流量传感器；12、流量控制器；13、防冲板；14、压力传感器；15、压力控制器；16、压力控制阀。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种LNG气化系统，包括蒸发器1、喷淋冷却管4，蒸发器1上设置有加热介质入口、加热介质出口、LNG入口及NG出口，NG出口与喷淋冷却管4入口连接，喷淋冷却管4出口通过NG管道与未图示的NG需要设备连接，LNG入口通过LNG管道与未图示的LNG供液端连接，喷淋冷却管4内设置有喷头5，喷头通过旁路管道与LNG管道连接，喷头在喷淋冷却管4内喷射雾状的液化天然气。
本实施例中加热介质为水蒸气，水蒸气进入蒸发器1内冷凝放热成为冷凝水从加热介质出口排出，LNG通过LNG管道经过LNG入口进入蒸发器1内，在蒸发器1内LNG与水蒸气进行热交换气化生成温度较高的气态天然气(NG)，温度较高的气态天然气(NG)在喷淋冷却管4内与喷射的低温LNG进行热交换，形成低温气态天然气。
LNG气化系统还包括控制模块，控制模块包括温度控制块和流量控制块，温度控制块控制气化装置生产的NG气体温度，流量控制块控制气化装置生产的NG气体流量。温度控制块包括温度控制阀3和温度控制器10，温度控制阀3设置在旁路管道上，温度控制器10电连接温度控制阀3，通过温度控制器10调节温度控制阀3的开度，以此控制喷淋冷却管4出口处NG温度保持在恒定值；流量控制块包括流量控制阀2和流量控制器12，流量控制阀2设置在LNG入口与旁路管道之间，流量控制器12电连接流量控制阀2，通过流量控制器12调节流量控制阀2的开度，通过流量控制器12调节流量控制阀2的开度可以控制LNG流量以满足工艺对LNG流量的需求。
在本实施例中，在NG管道上设置有温度传感器9和流量传感器11，温度传感器9与温度控制器10电联接，在温度控制器10中加载有温度-开度对应表，温度控制器10按照温度-开度对应表根据温度传感器9测得的温度来控制温度控制阀3的开度，流量控制器12与温度传感器9、流量传感器11电连接，在流量控制器12内加载有温度-流量开度对应表，流量控制器12按照流量-温度开度对应表根据流量传感器11测得的流量和温度传感器9测得的温度来控制流量控制阀2的开度，可以使气化系统NG气体出口温度一直在设定值附近波动，同时将对气化系统NG气体流量的扰动降到最低。其中，温度控制器10和/或流量控制器12为PID控制器(Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分控制器)，蒸发器为卧式管壳式换热器。
如图1和2所示，喷淋冷却管4内设置有第一喷头和第二喷头，第一喷头通过旁路管道与LNG管道连接，第二喷头通过旁路支管与旁路管道连接，且在旁路支管上设置有开关阀6以控制旁路支管内LNG流量，当在流入旁路管道的LNG大流量工况下，打开开关阀6启用另一个喷头。为了使雾化的LNG液滴能与NG气体更充分换热，喷头出口正对来流NG气体。在喷淋冷却管4内部在喷淋冷却管出口处安装有除雾滤器7，以将未气化的LNG雾滴从气流中分离，防止未气化的LNG雾滴从出口排出。为了防止未气化的LNG液体回流至蒸发器1，喷淋冷却管4出口的高度低于喷淋冷却管4入口的高度，在喷淋冷却管4内部在喷淋冷却管4入口处安装有防冲板13，防止未气化的LNG雾滴冲出喷淋冷却管4入口。喷淋冷却管4两端通过可拆卸的法兰与NG管道相连密封。
如图1所示，在加热介质出口处设置有疏水阀组8，疏水阀组8可以自动排出冷凝水，同时可以阻止未冷凝的蒸气逸出，使蒸发器均匀给热，充分利用蒸汽潜热。在连接加热介质入口与加热介质源的管道上设置有压力控制阀16和压力传感器14，压力传感器14可测量连接加热介质入口与加热介质源的管道的压力，压力传感器14与压力控制器15电连接，压力控制器15与压力控制阀16电连接，在压力控制器15中加载有压力-开度对应表，压力控制器15按照压力-开度对应表根据压力传感器14得到的压力来控制压力控制阀16的开度，以控制连接管道中的压力，以保证加热介质的供给量满足蒸发器的需求。本实施例中压力控制器15同样为PID控制器。
本实施例中液化天然气(LNG)气化系统具体实施方式如下：
系统在设计工况下运行时，温度控制阀3关闭，旁路管道的LNG喷淋流量为零，开关阀6关闭，此时蒸发器处于最大加热能力，当气化系统出口NG温度高于设定值时，温度调节阀3开度增大，旁路管道的LNG流量逐渐增加，液态低温LNG通过喷头5雾化为小液滴，使得传热面积大大增加并且能均匀换热，LNG小液滴在喷淋冷却管4内通过气化吸热冷却经蒸发器气化的高温NG气体，从而使蒸发器1的出口NG温度降低。同时流量控制阀2根据流量控制器12内预设的温度-流量开度对应表减小主路的LNG流量，从而使气化系统NG出口的流量保持恒定，以满足主机或发电机供气要求。当旁通管道LNG流量大于单个喷头5允许流量时，开关阀6打开，另一个喷头投入使用。由于LNG管道的LNG流量减少，蒸发器1所需的水蒸气加热介质也减少，疏水阀8组排水阻气，过量的未冷凝的水蒸气无法通过疏水阀组排放掉，连接加热介质入口与加热介质源的管道压力增大，压力控制器15控制压力控制阀16的开度减小，减小水蒸气流量，从而将水蒸气的供给量自动降至蒸发器需求流量。
当气化系统出口NG温度低于设定值时，温度控制器10控制温度调节阀3开度减小，旁路支管的LNG流量逐渐降低，进入喷淋冷却管4内通过气化吸热冷却高温NG气体的LNG减少，从而使气化系统的出口NG温度升高。同时流量控制器12根据预设的温度-流量开度对应表控制流量控制阀2的开度增大，以增加LNG管道的LNG流量，从而使气化系统出口NG总的流量保持恒定，以满足主机或发电机供气要求。当旁路支管LNG流量小于单个喷头允许流量时，关闭开关阀6，只有一个喷头投入使用。由于LNG管道的LNG流量增加，蒸发器1换热量增大，水蒸气加热介质快速冷凝，疏水阀组8排水量增大，管路压力降低，压力控制器15控制压力控制阀16的开度增大，水蒸气流量增大，从而将水蒸气的供给量自动增至蒸发器需求流量。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种LNG气化系统，包括蒸发器，其特征在于，还包括喷淋冷却管，所述蒸发器上设置有加热介质入口、加热介质出口、LNG入口及NG出口，所述LNG入口通过LNG管道与LNG供液端连接，所述NG出口与所述喷淋冷却管的入口连接，喷淋冷却管的出口与NG管道连接，喷淋冷却管内设置有喷头，喷头通过旁路管道与LNG管道连接。
2.根据权利要求1所述的LNG气化系统，其特征在于，LNG气化系统还包括控制模块，所述控制模块包括温度控制块和流量控制块，温度控制块控制气化装置生产的NG气体温度，流量控制块控制气化装置生产的NG气体流量。
3.根据权利要求2所述的LNG气化系统，其特征在于，所述温度控制块包括温度控制阀和温度控制器，所述温度控制阀设置在旁路管道上，所述温度控制器电连接温度控制阀，通过温度控制器调节温度控制阀的开度；所述流量控制块包括流量控制阀和流量控制器，所述流量控制阀设置在LNG入口与旁路管道之间，所述流量控制器电连接流量控制阀。
4.根据权利要求3所述的LNG气化系统，其特征在于，在所述NG管道上设置有温度传感器和流量传感器，温度传感器与温度控制器电联接，在温度控制器中加载有温度-开度对应表，温度控制器按照温度-开度对应表根据温度传感器测得的温度来控制温度控制阀的开度；流量控制器与温度传感器、流量传感器电连接，在流量控制器内加载有温度-流量开度对应表，流量控制器按照流量-温度开度对应表根据流量传感器测得的流量和温度传感器测得的温度来控制流量控制阀的开度。
5.根据权利要求3所述的LNG气化系统，其特征在于，所述温度控制器和/或流量控制器为PID控制器，所述蒸发器为卧式管壳式换热器。
6.根据权利要求1所述的LNG气化系统，其特征在于，所述喷头包括有第一喷头和第二喷头，所述第一喷头通过所述旁路管道与LNG管道连接，所述第二喷头通过旁路支管与旁路管道连接。
7.根据权利要求1所述的LNG气化系统，其特征在于，所述喷头喷射雾状的液化天然气，所述喷头的出口正对来流的NG气体。
8.根据权利要求1所述的LNG气化系统，其特征在于，在所述喷淋冷却管内部在喷淋冷却管出口处安装有除雾滤器。
9.根据权利要求1所述的LNG气化系统，其特征在于，在所述喷淋冷却管内部在喷淋冷却管入口处安装有防冲板。
10.根据权利要求1所述的LNG气化系统，其特征在于，喷淋冷却管出口的高度低于喷淋冷却管入口的高度。
11.根据权利要求1所述的LNG气化系统，其特征在于，在所述加热介质出口处设置有疏水阀组。
12.根据权利要求11所述的LNG气化系统，其特征在于，在连接加热介质入口与加热介质源的管道上设置有压力控制阀和压力传感器，所述压力传感器可测量连接加热介质入口与加热介质源的管道压力，压力传感器与压力控制器电连接，压力控制器与压力控制阀电连接，在压力控制器中加载有压力-开度对应表，压力控制器按照压力-开度对应表根据压力传感器测的压力来控制压力控制阀的开度。
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