CN117146185A - 以空气为热源的液化天然气气化系统 - Google Patents

以空气为热源的液化天然气气化系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种以空气为热源的液化天然气气化系统，包括：液化天然气系统，包括LNG气化器，LNG气化器的冷流体侧入口连接液化天然气输入管线，LNG气化器的冷流体侧出口连接天然气输出管线；中间介质系统，与LNG气化器连接，用于为LNG气化器的热流体侧提供中间介质，且中间介质与液化天然气在LNG气化器内进行热交换，吸收液化天然气释放的冷能，并使液化天然气气化成天然气；空气系统，与中间介质系统连接，空气系统输送的空气与中间介质系统内循环流动的中间介质换热，吸收中间介质的冷能，使中间介质升温。该液化天然气气化系统适用范围广，能耗低，换热效率高，LNG的气化率较高。

Description

以空气为热源的液化天然气气化系统
技术领域
本发明属于天然气技术领域，尤其涉及一种以空气为热源的液化天然气气化系统。
背景技术
海水通常用作LNG(Liquefied Natural Gas，简称LNG，液化天然气)接收站中液化天然气气化和加热的热源，使用海水需要对取水和排水设施进行大量投资，而且海水系统包含海水泵等在内的大功率设备，在日常运行过程中，海水系统会产生较大能耗。此外，与LNG热交换后排放的冷海水必须遵守相关环境法规。与此同时，传统的空温气化器采用空气与LNG自然对流、直接换热的方式，气化率相对较低。
因此，设计一种以空气为热源，以节约能耗及提升运行效率的液化天然气气化系统，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种以空气为热源的液化天然气气化系统。
本发明实施例采用的技术方案是，一种以空气为热源的液化天然气气化系统，包括：
液化天然气系统，包括LNG气化器，所述LNG气化器的冷流体侧入口连接液化天然气输入管线，所述LNG气化器的冷流体侧出口连接天然气输出管线；
中间介质系统，与所述LNG气化器连接，用于为所述LNG气化器的热流体侧提供中间介质，且中间介质与液化天然气在所述LNG气化器内进行热交换，吸收液化天然气释放的冷能，并使液化天然气气化成天然气；
空气系统，与所述中间介质系统连接，所述空气系统输送的空气与所述中间介质系统内循环流动的中间介质换热，吸收中间介质的冷能，使中间介质升温。
可选实施例中，所述液化天然气系统还包括NG补温器，所述NG补温器的第一入口连接所述LNG气化器的冷流体侧的出口，所述NG补温器的第一出口为天然气出口。
可选实施例中，所述空气系统还与所述NG补温器连接，以使所述空气系统输送的空气进入所述NG补温器，与流经所述NG补温器的天然气在所述NG补温器内进行热交换，使天然气升温至满足外输要求的温度。
可选实施例中，所述中间介质循环系统包括中间介质循环管线和设于所述中间介质循环管线上的中间介质蒸发/加热器，且所述中间介质循环管线连通所述中间介质蒸发/加热器的冷流体侧；所述中间介质循环管线的一端与所述LNG气化器的热流体侧的入口连接，所述中间介质循环的另一端与所述LNG气化器的热流体侧的出口连接。
可选实施例中，所述中间介质循环系统还包括设于中间介质循环管线上的所述中间介质储罐和中间介质循环泵，在中间介质的流动方向上，所述中间介质储罐位于所述中间介质循环泵的上游，所述中间介质循环泵位于所述中间介质蒸发/加热器的上游。
可选实施例中，所述空气系统包括空气输入管线、空气输出管线和空气输送装置，所述空气输送装置设于所述空气输入管线上，所述空气输入管线的一端连接所述中间介质蒸发/加热器的热流体侧的入口，所述空气输出管线的一端连接所述中间介质蒸发/加热器的热流体侧的出口。
可选实施例中，所述空气系统还包括空气旁路管线，所述空气旁路管线的一端与所述空气输入管线，所述空气旁路管线的另一端与所述空气输出管线连接，且所述空气旁路管线与所述NG补温器的热流体侧连通，以使由所述空气输入管线输送的空气进入所述NG补温器的热流体侧，与流经所述NG补温器的冷流体侧的天然气换热，吸收天然气的冷能。
可选实施例中，所述空气输送装置包括空气吸入泵或风机。
可选实施例中，所述LNG气化器选用印刷电路板式换热器或者管壳式换热器；所述中间介质蒸发/加热器选用板式换热器或者管壳式换热器；所述NG补温器选用管壳式换热器。
本发明实施例的以空气为热源的液化天然气气化系统的有益效果在于：以空气替代海水为热源，使用空气输送装置替代自然对流，并采用沸点低的中间介质实现空气与LNG的间接换热，同时使用空气对气化后的NG进行补温。适用范围广，还可以降低能耗，提升换热效率，提高LNG的气化率。
应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本发明。
本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。
图1为本发明实施例的以空气为热源的液化天然气气化系统的示意图。
附图标记：
1-LNG气化器；2-NG补温器；3-中间介质储罐；4-中间介质循环泵；5-中间介质蒸发/加热器；6-空气输送装置；7-空气输入管线；8-空气输出管线；9-液化天然气输入管线；10-天然气输出管线；11-中间介质循环管线；12-空气旁路管线。
具体实施方式
为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种以空气为热源的液化天然气气化系统，该液化天然气气化系统包括液化天然气系统、中间介质系统和空气系统。
本发明中，LNG(Liquefied Natural Gas)为液化天然气，NG(Natural Gas)为天然气。
液化天然气系统包括LNG气化器1，LNG气化器1的冷流体侧入口连接液化天然气输入管线9，LNG气化器1的冷流体侧出口连接天然气输出管线10。通过液化天然气输入管线9向LNG气化器1的冷流体侧内送入液化天然气，液化天然气在LNG气化器1内气化成天然气后经由输出管线输出。
中间介质系统与LNG气化器1连接，用于为LNG气化器1的热流体侧提供中间介质，且中间介质与液化天然气在LNG气化器1内进行热交换，吸收液化天然气释放的冷能，并使液化天然气气化成天然气。
空气系统与中间介质系统连接，空气系统输送的空气与中间介质系统内循环流动的中间介质换热，吸收中间介质的冷能，使中间介质升温，以便能够循环利用吸收液化天然气的冷能。
本发明实施了的液化天然气气化系统采用中间介质实现空气与LNG的间接换热方式，相比传统海水作为热源换热的方式，可省略海水取排水设施及海水泵等大功率设备，节约能耗，而且适用范围更广泛，换热效率更高，能够满足液化天然气气化要求。
在一些实施例中，如图1所示，液化天然气系统还包括NG补温器2，NG补温器2的第一入口连接LNG气化器1的冷流体侧的出口，NG补温器2的第一出口为天然气出口。通过设置NG补温器2，可以对气化后的NG进行补温，使其达到外输温度要求
在一些实施例中，继续结合图1，空气系统还与NG补温器2连接，以使空气系统输送的空气进入NG补温器2，与流经NG补温器2的天然气在NG补温器2内进行热交换，为天然气补温，使天然气升温至满足外输要求的温度。
如图1所示，中间介质循环系统包括中间介质循环管线11和设于中间介质循环管线11上的中间介质蒸发/加热器5，且中间介质循环管线11连通中间介质蒸发/加热器5的冷流体侧，以使中间介质流经中间介质蒸发/加热器5的冷流体侧，并与流经中间介质蒸发/加热器5的热流体侧的空气(将在下文介绍)进行换热降温。中间介质循环管线11的一端与LNG气化器1的热流体侧的入口连接，中间介质循环的另一端与LNG气化器1的热流体侧的出口连接，以使中间介质流经LNG气化器1的热流体侧，中间介质在LNG气化器1内与液化天然气换热而降温，液化天然气升温气化成天然气。
继续结合图1，中间介质循环系统还包括设于中间介质循环管线11上的中间介质储罐3和中间介质循环泵4，在中间介质的流动方向上，中间介质储罐3位于中间介质循环泵4的上游，中间介质循环泵4位于中间介质蒸发/加热器5的上游。通过设置中间介质循环泵4可以为中间介质提供动力，使中间介质在中间介质循环管线11内循环流动。中间介质储罐3可以对从LNG气化器1的热流体侧出来升温后的中间介质进行缓存，保证中间介质系统中有足够量的中间介质参与循环流动及换热。中间介质储罐3可以选择设置，即，在中间介质系统能够满足使用需要的情况下，可以取消中间介质储罐3。
在一些实施例中，如图1所示，空气系统包括空气输入管线7、空气输出管线8和空气输送装置6，空气输送装置6设于空气输入管线7上，空气输入管线7的一端连接中间介质蒸发/加热器5的热流体侧的入口，空气输出管线8的一端连接中间介质蒸发/加热器5的热流体侧的出口，空气系统将空气输送至中间介质蒸发/加热器5的热流体侧，与流经中间介质蒸发/加热器5的冷流体侧的中间介质换热，使中间介质降温能够循环用于在LNG气化器1内与液化天然气换热，吸收液化天然气的冷能，使液化天然气气化成天然气。
空气系统还包括空气旁路管线12，空气旁路管线12的一端与空气输入管线7，空气旁路管线12的另一端与空气输出管线8连接，且空气旁路管线12与NG补温器2的热流体侧连通，以使由空气输入管线7输送的空气进入NG补温器2的热流体侧，与流经NG补温器2的冷流体侧的天然气换热，吸收天然气的冷能。
本发明不仅使用空气替代海水作为热源，且以并联的方式输送进入中间介质系统的中间介质蒸发/加热器5和液化天然气系统的NG补温器2。LNG通过与中间介质换热气化，后经空气补温达到外输温度要求输出，冷却后的中间介质被空气的热量加热，然后继续用于气化液化天然气。设计合理，换热效率高，液化天然气的气化率较高。
进一步的，空气输送装置6可以包括空气吸入泵或风机。通过空气吸入泵或风机为空气的流动提供动力。
可选的，LNG气化器1、中间介质蒸发/加热器5和NG补温器2的形式包括但不限于印刷电路板式换热器、绕管式换热器、管壳式换热器或夹套式换热器，其他可用换热器亦可。例如LNG气化器1选用印刷电路板式换热器或者管壳式换热器；中间介质蒸发/加热器5选用板式换热器或者管壳式换热器；NG补温器2选用管壳式换热器。
可选的，中间介质可以为丙烷、乙二醇的水溶液或者乙烯、丙烯和丙烷三者的混合物。根据换热介质差异，中间介质在系统循环过程中可出现相变利用中间介质的潜热，亦可无相态变化，仅利用中间介质的显热实现系统中LNG的气化。当中间介质为丙烷时，LNG气化器1的热流体侧入口的中间介质的状态为气相，热流体侧出口的中间介质的状态为液相；NG补温器2的冷流体侧入口的天然气和冷流体侧出口的天然气均为气相，非两相状态。
当空气系统提供的空气温度较高时，液化天然气气化系统可采用单独空气作为热源，当空气温度较低无法满足液化天然气气化要求时，空气可通过水蒸汽等其他热源进行加热，以满足换热要求。
本发明的液化天然气气化系统的运行过程如下：
高压LNG通过液化天然气输入管线9依次进入LNG气化器1和NG补温器2，在LNG气化器1内高压LNG与中间介质换热气化为NG，然后进入NG补温器2，在NG补温器2内进一步与空气换热升温，达到对外输送需求的温度后输出；
空气作为热源在空气输送装置6的动力驱动下，分两路分别进入中间介质蒸发/加热器5和NG补温器2；中间介质循环泵4将中间介质储罐3中的中间介质泵送至中间介质蒸发/加热器5，中间介质被一路空气加热蒸发/加热后进入LNG气化器1并对其中的液化天然气进行气化，换热后的中间介质返回至中间介质储罐3中，实现中间介质的循环，换热后的空气返回至空气输出管线8；另一路空气进入NG补温器2，与低温NG换热，将低温NG加热至要求的温度后排放，空气则返回至空气输出管线8。
本发明实施例的以空气为热源的液化天然气气化系统，以空气替代海水作用，使用空气输送装置6替代自然对流，并采用沸点低的中间介质(例如：丙烷、乙二醇水溶液))实现空气与LNG的间接换热，同时使用空气对气化后的NG进行补温。其中，LNG通过中间介质的显热气化。冷却后的中间介质被输送来的空气的热量加热，然后再用于气化液化天然气。
本发明实施例的以空气为热源的液化天然气气化系统的适用范围较广，并具有以下技术优势：
1.用空气作为热源，相比传统海水热源，可省略海水取排水设施及海水泵等大功率设备，节约能耗；
2.选用空气作为热源，相比冷海水的排放限制，以空气为热源的液化天然气气化系统具有更广泛的适用范围；
3.空气以并联方式进入中间介质蒸发/加热器5和NG补温器2，相比串联方式可提高换热器传热温差，降低换热器换热面积；
4.空气通过管道进行出入输送，相比自然对流，可控制空气流速及轨迹，提升运行效率及可控性。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。而且上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。

Claims (9)

1.一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，包括：
液化天然气系统，包括LNG气化器，所述LNG气化器的冷流体侧入口连接液化天然气输入管线，所述LNG气化器的冷流体侧出口连接天然气输出管线；
中间介质系统，与所述LNG气化器连接，用于为所述LNG气化器的热流体侧提供中间介质，且中间介质与液化天然气在所述LNG气化器内进行热交换，吸收液化天然气释放的冷能，并使液化天然气气化成天然气；
空气系统，与所述中间介质系统连接，所述空气系统输送的空气与所述中间介质系统内循环流动的中间介质换热，吸收中间介质的冷能，使中间介质升温。
2.根据权利要求1所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述液化天然气系统还包括NG补温器，所述NG补温器的第一入口连接所述LNG气化器的冷流体侧的出口，所述NG补温器的第一出口为天然气出口。
3.根据权利要求2所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述空气系统还与所述NG补温器连接，以使所述空气系统输送的空气进入所述NG补温器，与流经所述NG补温器的天然气在所述NG补温器内进行热交换，使天然气升温至满足外输要求的温度。
4.根据权利要求2所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述中间介质循环系统包括中间介质循环管线和设于所述中间介质循环管线上的中间介质蒸发/加热器，且所述中间介质循环管线连通所述中间介质蒸发/加热器的冷流体侧；所述中间介质循环管线的一端与所述LNG气化器的热流体侧的入口连接，所述中间介质循环的另一端与所述LNG气化器的热流体侧的出口连接。
5.根据权利要求4所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述中间介质循环系统还包括设于中间介质循环管线上的所述中间介质储罐和中间介质循环泵，在中间介质的流动方向上，所述中间介质储罐位于所述中间介质循环泵的上游，所述中间介质循环泵位于所述中间介质蒸发/加热器的上游。
6.根据权利要求4所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述空气系统包括空气输入管线、空气输出管线和空气输送装置，所述空气输送装置设于所述空气输入管线上，所述空气输入管线的一端连接所述中间介质蒸发/加热器的热流体侧的入口，所述空气输出管线的一端连接所述中间介质蒸发/加热器的热流体侧的出口。
7.根据权利要求6所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述空气系统还包括空气旁路管线，所述空气旁路管线的一端与所述空气输入管线，所述空气旁路管线的另一端与所述空气输出管线连接，且所述空气旁路管线与所述NG补温器的热流体侧连通，以使由所述空气输入管线输送的空气进入所述NG补温器的热流体侧，与流经所述NG补温器的冷流体侧的天然气换热，吸收天然气的冷能。
8.根据权利要求7所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述空气输送装置包括空气吸入泵或风机。
9.根据权利要求4所述的一种以空气为热源的液化天然气气化系统，其特征在于，所述LNG气化器选用印刷电路板式换热器或者管壳式换热器；所述中间介质蒸发/加热器选用板式换热器或者管壳式换热器；所述NG补温器选用管壳式换热器。
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