CN207881304U - 低温流体冷能利用工艺 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低温流体冷能利用工艺，该工艺包括冷媒循环系统、LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化系统、制冰系统/冷库。本实用新型利用了LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化过程中的冷量来作为制冰冷源或作为冷库冷源。本实用新型在同一设备内实现了制冷剂液化冷却、温度控制、制冷剂循环、系统安全保护等功能。与现有制冰或冷库制冷设备技术相比较，本实用新型没有传统制冰或冷库制冷方法中的制冷系统，无冷剂压缩机、冷凝器等高耗能设备。设备体积小，设备附属管道、管件、阀门大幅减少，工程量少，设备投资低，安装方便，设备不需要消耗仪表风，电力消耗低，操作费用低，运行平稳，能保证装置长期平稳运行，经济效益明显。

Description

低温流体冷能利用工艺

技术领域

应用于LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体需气化时的冷能回收，回收的冷能用于制取冰块或作为冷库冷源。新建、扩建和改建的LNG汽化站/液氧/液氮/液氢等低温流体气化站均可回收冷能用于制取冰块所需的冷源或作为冷库冷源，制冰冷源或作为冷库冷源的冷媒循环系统、低温流体汽化系统、制冰系统均可厂内预制、厂内预装及现场快速施工。

背景技术

目前LNG汽化站/液氧/液氮/液氢等低温流体气化站基本采用空气汽化器汽化LNG/液氧/ 液氮/液氢等低温流体，低温LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体通过汽化器与空气换热被加热至5℃以上。在用天然气生产LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体的过程中需要消耗大量的电能使天然气/氧/氮/氢等流体温度降低并液化。目前绝大部分LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化过程中低温流体的冷量是散发到空气中的，冷量没有得到利用而浪费了。目前LNG/液氧 /液氮/液氢等低温流体的冷能利用技术研究较多，主要包括于空气分离、发电、轻烃分离、冷冻冷藏、海水淡化、干冰制造等

日常生产、生活中需要大量的冰块用于保鲜、储存、运输，各种人造冰已经广泛应用在商业、农业、工业和医疗等行业。目前大量冰块的生产均是采用电动压缩机的制冷机组消耗大量电能来制取冰块，设备多且投资高、能耗高、经济效益差。

随着中国国民经济的快速发展、我国LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体产业迅猛发展，使得LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化站遍地开花，汽化站已成为民众生活中不可或缺的一部分。LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体冷能利用作为制冰冷源或作为冷库冷源有广阔的应用前景。

2、现有技术方案：

制取冰块冷源或作为冷库冷源现有技术方案均为采用制冷系统为制冰设备及冷库提供冷源。制冷系统通常由制冷压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、控制系统等组成。其中制冷过程中制冷压缩机、冷凝器需要消耗大量的电能来获得冷量，通常1kW的电能通过制冷系统能得到3kW左右的冷量。

由于制冰或冷库需要冷量通常在100-1000kW，故制冷系统电能消耗通常在30-300kW，仅制冷消耗的电费每月达1-10万元，由于制冷系统复杂还需配备专业人员维护管理同样增加了运行成本，操作费用高。

制冷压缩机、冷凝器均为转动设备，制冰或为冷库提供冷源不能中断，且制冷压缩机、冷凝器需定期检修维护，故制冷压缩机、冷凝器均需备用，设备投资高。

由于上述原因，现有技术制冰或为冷库提供冷源的设备投资高、操作费用高、流程复杂、可靠性差、经济性差。

发明内容

1、本发明技术方案集成了LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化系统、冷媒循环系统和制冰系统/冷库冷源的所有功能，主要由3部分组成

1)冷媒循环系统

2)LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化系统

3)制冰系统/冷库

2、本发明技术方案各组成部分功能及作用

1)冷媒循环系统

采用R22(二氟一氯甲烷)作为冷媒，R22是一种低温制冷剂，熔点-160℃。R22在常温下为无色，近似无味的气体，不燃烧、不爆炸、无腐蚀，毒性比R12略大，但仍然是安全的制冷剂，安全分类为A1，加压可液化为无色透明的液体。R22的化学稳定性和热稳定性均很高。也可采用R21等低熔点冷媒。

R22与LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体换热后控制在-40℃的液态，换热器R22侧不会结冰而冻堵换热器，采用低温离心泵输送至制冰系统或为冷库提供冷源。-40℃的液态R22在制冰系统中与水换热制冰，为冷库提供冷源时-40℃的液态R22直接进入冷库蒸发盘管或冷风机换热盘管。换热后R22变为气态并返回冷量利用工业换热器与LNG换热又冷却成液态。

由于R22在制冰过程中存在相变，相变热达到了233.5kJ/kg，相同制冷量R22循环量比乙二醇冷媒少47％。

2)LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化系统

LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化系统由管路系统和冷量利用工业换热器组成。R22 通过管路系统进入冷量利用工业换热器高温侧，LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体通过管路系统进入冷量利用工业换热器低温侧，高、低温介质通过换热器管壁或板片进行热交换，LNG/ 液氧/液氮/液氢等低温流体吸热汽化变为气态低温天然气，低温天然气出冷量利用工业换热器后进入空温式天然气汽化器进一步升温至5℃以上后至外输管道。由于冷量利用工业换热器换出了LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体的大部分冷量，故空温式天然气汽化器换热负荷大幅降低，故空温式天然气汽化器设备投资相应降低，且最大降限度降低了空温式天然气汽化器在气温变化时气化能力不足、空气冷凝形成浓雾影响环境等不利因素。

管路系统主要有LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体低温切断阀、管线及管路附件、R22 管线及管路附件等。

冷量利用工业换热器可采用管壳式换热器、板式换热器、板壳式换热器等结构形式的换热器。因LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体操作温度在-40℃以下，换热器材料通常选用不锈钢材料。考虑到采用较高换热效率的设备及方便成橇，本发明采用工业换热器，材料选用不锈钢S30408。

3)制冰系统/冷库

本发明利用回收的LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体冷能用于制冰冷源或作为冷库冷源，没有传统制冰或冷库制冷方法中的制冷系统，无冷剂压缩机、冷凝器等高耗能设备，设备投资低、能耗低、经济效益非常好。

温度控制在-40℃的液态R22采用低温离心泵输送至制冰系统，R22在制冰系统中与水换热制冰，换热后R22变为气态并返回冷量利用工业换热器与LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体换热又冷却成液态。

制冰系统中R22与用于制冰的水换热有两种方式。一种是采用R22与用于制冰的水直接换热制冰，如管冰机制冰、板冰机制冰、片冰机制冰、壳冰机制冰等，由于LNG/液氧/液氮/ 液氢等低温流体汽化站冷量较大，故R22与用于制冰的水直接换热通常采用板冰机制冰。另一种方式是采用R22与用于制冰的水间接换热制冰，如盐水制冰。R22在制冰盐水池中的蒸发器内与蒸发器外的盐水换热，R22吸收热量后升温汽化，盐水被冷却降温，低温盐水通过搅拌器流动到冰桶与冰桶内用于制冰的水换热后再流动至蒸发器完成盐水循环。盐水通常为氯化钠或氯化钙溶液，氯化钠溶液最低凝固温度是-21.2℃，氯化钙溶液最低凝固温度是 -55℃。由于R22与盐水换热由液态变为气态，有相变发生，相变提高了换热系数，蒸发器的换热面积大大低于常规乙二醇冷媒的显热换热。相同换热面积的蒸发器则采用R22冷媒换热效率远高于采用乙二醇冷媒。

为冷库提供冷源时，-40℃的液态R22直接进入冷库蒸发盘管或冷风机换热盘管。换热后 R22变为气态并返回冷量利用工业换热器与LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体换热又冷却成液态。

3、本发明的用途

本发明可广泛用于已建或新建LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化站冷能回收，回收的冷能用于制冰冷源或为冷库提供冷源。冷媒循环系统、LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体汽化系统、制冰系统均可厂内预制、厂内预装及现场快速施工。

本发明可大幅降低空温式天然气汽化器换热负荷，降低空温式天然气汽化器设备投资，降低气温变化对空温式天然气汽化器气化能力的影响、避免空气冷凝形成浓雾影响环境等。

本发明利用回收的LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体冷能用于制取冰块或为冷库提供冷源，没有传统制冰及冷库制冷方法中的制冷系统，无冷剂压缩机、冷凝器等高耗能设备，设备投资低、能耗低、操作费用低、经济效益明显。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型的一种实施例原理示意图；

图中1-LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体切断阀；2-冷量利用工业换热器；3-冷剂缓冲罐； 4-安全阀；5-温度调节阀；6-低温离心泵；7-制冰系统/冷库。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例一

LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体冷能利用工艺，参见附图1所示，该系统包括LNG/液氧 /液氮/液氢等低温流体切断阀1；冷量利用工业换热器2；冷剂缓冲罐3；安全阀4；温度调节阀5；低温离心泵6；制冰系统/冷库7。

当LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体通过管路系统经LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体切断阀1进入冷量利用工业换热器2的低温侧，高、低温介质通过换热器管壁或板片进行热交换，LNGLNG/液氧/液氮/液氢等低温流体吸热汽化变为气态低温天然气，低温天然气/氧/氮/ 氢出冷量利用工业换热器2后进入空温式汽化器进一步升温至5℃以上后至外输管道。

通过温度调节阀5近控制液态R22出冷量利用工业换热器温度为-40℃。-40℃的液态R22 经冷剂缓冲罐3分离不凝气，-40℃的液态R22相采用低温离心泵5输送至制冰系统/冷库7， -40℃的液态R22在制冰系统中与水换热制冰；为冷库提供冷源时，-40℃的液态R22直接进入冷库蒸发盘管或冷风机换热盘管。换热后R22变为气态并返回冷量利用工业换热器与LNG/ 液氧/液氮/液氢等低温流体换热又冷却成液态。

冷剂缓冲罐3主要作用是分离不凝气及进泵缓冲，避免低温离心泵5气蚀及抽空，保护低温离心泵5。冷剂缓冲罐3上设置了安全阀4，其作用是当系统长时间停机后R22温度上升、系统压力相升高，因火灾等不可预见因素导致系统压力超过设计压力后有序放空，保护设备、管道系统。

-40℃的液态R22在氯化钠/氯化钙制冰盐水池中的蒸发器内与蒸发器外的氯化钠/氯化钙盐水换热，R22吸收热量后升温汽化，氯化钠/氯化钙盐水被冷却降温，低温盐水通过搅拌器流动到冰桶与冰桶内用于制冰的水换热后再流动至蒸发器完成盐水循环。-40℃的液态R22 为冷库提供冷源时，-40℃的液态R22直接进入冷库蒸发盘管或冷风机换热盘管。换热后R22 变为气态并返回冷量利用工业换热器与LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体换热又冷却成液态。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.低温流体冷能利用工艺，其特征在于：工艺系统包括LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体切断阀、冷量利用工业换热器、冷剂缓冲罐、安全阀、温度调节阀、低温离心泵、制冰系统/冷库；低温流体通过冷量利用工业换热器时与气态R22进行热交换，低温流体吸热汽化，出工业换热器再进入空温式汽化器进一步升温至5℃以上后进入外输管道，气态R22换热冷凝后，温度控制在-40℃的液态R22出冷量利用工业换热器，经冷剂缓冲罐采用低温离心泵输送至制冰系统/冷库，为制冰系统/冷库提供冷源，液态R22冷能利用后变为气态的R22并返回冷量利用工业换热器，完成冷媒循环。

2.根据权利要求1所述的低温流体冷能利用工艺，其特征在于：冷媒采用R22，采用R22可避免冷媒结冰而冻堵换热器，从而使换热器因结冰膨胀而损坏，换热流程无法长期运行；也可采用R21等低熔点冷媒。

3.根据权利要求1所述的低温流体冷能利用工艺，其特征在于：采用自力式温度调节阀，将R22出冷量利用工业换热器的温度控制在-40℃，采用自力式温度调节阀根据出冷量利用工业换热器的液态R22的温度调节冷量利用工业换热器旁通的LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体流量，从而控制进冷量利用工业换热器的LNG/液氧/液氮/液氢等低温流体流量来实现对出冷量利用工业换热器的R22的温度控制；温度控制简单、准确。

4.根据权利要求1所述的低温流体冷能利用工艺，其特征在于：采用低温离心泵输送R22冷媒，液化后的R22冷媒体积小，比采用压缩机增压相同质量流量的气态R22大幅降低了电能消耗及设备投资。

5.根据权利要求1所述的低温流体冷能利用工艺，其特征在于：设置了冷剂缓冲罐，冷剂缓冲罐主要作用是分离不凝气及起到进泵缓冲作用，避免低温离心泵气蚀及抽空，保护低温离心泵；冷剂缓冲罐上设置了安全阀，其作用是当系统长时间停机后R22温度上升气化、系统压力升高，或因火灾等不可预见因素导致系统压力超过设计压力后有序放空，保护设备、管道系统。