本發(fā)明涉及液化天然氣冷能回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用新型冷能回收塔、循環(huán)制冷裝置及dcs控制工藝制取不同用戶需求冷凍水的lng冷能回收系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

液化天然氣(lng)是天然氣經(jīng)過脫酸、脫水處理，再通過深度冷凍工藝液化而成的低溫液體混合物。lng中蘊(yùn)含巨大冷能，主要是氣化過程中的氣化潛熱，如果不加以利用是對(duì)能源的極大浪費(fèi)。經(jīng)可行性研究表明，一個(gè)350萬噸/年的lng項(xiàng)目，如果其冷能能夠達(dá)到充分利用，其總經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)4億元/年。

目前，lng接收站及氣化站中，lng氣化主要使用海水或空氣作為熱源，同時(shí)使用加熱爐作為補(bǔ)充熱源使之再氣化。lng吸收海水或空氣的熱量，即釋放出冷量給海水或空氣，從而氣化成為可以燃燒的天然氣。在傳統(tǒng)的氣化過程中不但沒有利用lng的冷能資源而且對(duì)環(huán)境造成潛在的威脅。

隨著全球性石油資源的緊缺以及不斷加劇的環(huán)境污染，使得污染小、燃燒性能好、儲(chǔ)量豐富的天然氣的應(yīng)用越來越廣泛，lng冷能的回收利用將有非常好的發(fā)展前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本專利旨在提供一種新型的lng接收站、氣化站中l(wèi)ng的冷能回收系統(tǒng)和方法，采用新型冷能回收塔、循環(huán)制冷裝置及dcs控制，完成lng冷能回收制取不同用戶需求的冷凍水，實(shí)現(xiàn)lng冷能的充分應(yīng)用，解決目前l(fā)ng冷能資源浪費(fèi)及冷能資源對(duì)環(huán)境的潛在威脅問題。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

液化天然氣冷能回收系統(tǒng)，包括用于儲(chǔ)存lng的液化天然氣儲(chǔ)罐，還包括用于將lng冷能利用的冷能回收塔以及冷凍水儲(chǔ)槽；

所述冷能回收塔包括冷凝器和再沸器；所述液化天然氣儲(chǔ)罐與所述冷凝器 相連通，液化天然氣經(jīng)過冷凝器內(nèi)的換熱媒介升溫氣化后排出所述冷能回收塔供用戶使用；所述冷凍水儲(chǔ)槽通過泵與所述再沸器相連通，冷凍水經(jīng)過再沸器內(nèi)的換熱媒介冷卻降溫后排出所述冷能回收塔并回流入冷凍水儲(chǔ)槽內(nèi)循環(huán)冷卻，再沸器內(nèi)的換熱媒介與冷凍水換熱升溫氣化后再次進(jìn)入所述冷凝器內(nèi)與液化天然氣進(jìn)行換熱。

作為優(yōu)選，所述冷能回收塔包含上下兩個(gè)部分，上部為纏繞式冷凝器，lng走殼程，換熱媒介走管程；下部為浮頭式再沸器，冷凍水走殼程，換熱媒介走管程，利于提高設(shè)備換熱效率，使設(shè)備小型化，減少設(shè)備投資。

作為優(yōu)選，所述液化天然氣儲(chǔ)罐與所述冷能回收塔之間還設(shè)置有換熱媒介保安冷凝器，所述換熱媒介保安冷凝器的換熱媒介進(jìn)料管口與冷能回收塔的頂部相連通，所述換熱媒介保安冷凝器的lng出料管與冷能回收塔的冷凝器相連通，所述換熱媒介保安冷凝器換熱媒介出料管口與冷能回收塔的再沸器相連通。

作為優(yōu)選，所述冷能回收塔與所述冷凍水儲(chǔ)槽之間還設(shè)置有氣體復(fù)熱器，所述冷能回收塔的lng出口管路與氣體復(fù)熱器的吸熱程相連通，所述冷能回收塔的冷凍水出口管路與氣體復(fù)熱器的放熱程相連通；所述冷能回收塔排出的液化天然氣經(jīng)氣體復(fù)熱器進(jìn)一步升溫后滿足用戶用氣需求，所述冷能回收塔排出的冷凍水經(jīng)氣體復(fù)熱器進(jìn)一步冷卻后回流入冷凍水儲(chǔ)槽內(nèi)。

作為優(yōu)選，還包括空溫式汽化器，所述液化天然氣儲(chǔ)罐通過管線、截止閥、緊急切斷閥和調(diào)節(jié)閥分別與換熱媒介保安冷凝器和空溫式汽化器相連通。

作為優(yōu)選，所述換熱媒介保安冷凝器設(shè)置安全調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)換熱媒介壓力，控制換熱媒介溫度。

作為優(yōu)選，所述氣體復(fù)熱器和空溫式汽化器的天然氣出口管線分別設(shè)置溫度變送器。

作為優(yōu)選，所述冷凍水儲(chǔ)槽設(shè)置有冷凍水用水系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的dcs控制，所述冷能回收塔塔頂冷凝器設(shè)置lng液位變送器，并與lng進(jìn)料管線上調(diào)節(jié)閥、冷凍水進(jìn)料泵相控制連鎖，控制進(jìn)入系統(tǒng)中l(wèi)ng和冷凍水的進(jìn)料量；所述冷能回收塔設(shè)置換熱媒介液位變送器，并與冷凍水進(jìn)料泵相控制連鎖，保證冷能回收塔中換熱媒介液化量；所述冷能回收 塔設(shè)置溫度變送器，實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置運(yùn)行條件，確保工藝安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

作為優(yōu)選，所述冷能回收塔頂部低溫天然氣出口管線設(shè)置溫度變送器、壓力變送器和調(diào)節(jié)閥，控制和調(diào)節(jié)天然氣管道的壓力和流量，而后送至氣體復(fù)熱器進(jìn)行進(jìn)一步的升溫，以保證液化天然氣升溫后滿足用戶用氣需求。

作為優(yōu)選，所述換熱媒介保安冷凝器設(shè)置安全調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)換熱媒介壓力控制換熱媒介溫度，當(dāng)換熱媒介無法及時(shí)冷凝，裝置系統(tǒng)壓力過高時(shí)，調(diào)節(jié)閥開啟，將部分換熱媒介排出裝置系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

作為優(yōu)選，所述冷能回收系統(tǒng)采用循環(huán)制冷方式制取冷凍水，所述冷凍水儲(chǔ)槽設(shè)置冷凍水溫度變送器，并與冷凍水進(jìn)冷能回收塔進(jìn)料泵和冷凍水用戶泵相控制連鎖，根據(jù)儲(chǔ)槽冷凍水溫度控制進(jìn)入系統(tǒng)的冷凍水量，同時(shí)在冷凍水儲(chǔ)槽處設(shè)置補(bǔ)水和用水系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述低溫氣化天然氣余冷回收氣體復(fù)熱器和空溫式汽化器的天然氣出口管線分別設(shè)置溫度變送器，確保天然氣出口溫度滿足用戶用氣要求。

作為優(yōu)選，將液化天然氣氣化時(shí)的冷能進(jìn)行轉(zhuǎn)換用于制備冷凍水的中間換熱媒介介質(zhì)，可以選用氟利昂r404a、r502、r22、液氨和丙烷等，通過選用不同的換熱媒介，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力可以制備不同用戶需求的冷凍水。

作為優(yōu)選，所述冷能回收系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一套天然氣和換熱媒介介質(zhì)的安全閥，保證裝置系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)設(shè)置低溫放散介質(zhì)加熱器和放散塔，以滿足安全放散要求。

作為優(yōu)選，還包括換熱媒介儲(chǔ)罐，所述換熱媒介儲(chǔ)罐設(shè)置壓力表和安全閥，并應(yīng)用壓縮氮?dú)鉃槔淠芑厥障到y(tǒng)補(bǔ)充換熱媒介介質(zhì)，同時(shí)設(shè)置換熱媒介回收管線，以回收停車后系統(tǒng)內(nèi)的換熱媒介介質(zhì)。

本發(fā)明還提供了采用上述系統(tǒng)的液化天然氣冷能回收方法，包括如下步驟：

s1.液化天然氣儲(chǔ)罐中的lng通過管路、截止閥、緊急切斷閥和調(diào)節(jié)閥送至換熱媒介保安冷凝器，與冷能回收塔中出來的不凝換熱媒介氣進(jìn)行第一級(jí)換熱，然后將lng送入冷能回收塔塔頂冷凝器殼程中；在換熱媒介保安冷凝器上設(shè)置安全調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)換熱媒介壓力控制換熱媒介溫度，當(dāng)換熱媒介無法及時(shí)冷凝，裝置系統(tǒng)壓力過高時(shí)，調(diào)節(jié)閥開啟，將部分換熱媒介排出裝置系統(tǒng)，確保 系統(tǒng)的安全運(yùn)行；

s2.冷能回收塔包含上下兩個(gè)部分，上部為纏繞式的冷凝器，lng走殼程，換熱媒介走管程；下部為浮頭式的再沸器，冷凍水走殼程，換熱媒介走管程；在冷能回收塔上部殼程的lng(約-142℃)與管程中氣化后的換熱媒介(-20℃至-60℃)進(jìn)行換熱，氣態(tài)的換熱媒介經(jīng)冷凝液化后流入冷能回收塔塔底再沸器，液化天然氣經(jīng)換熱升溫氣化后，在冷能回收塔頂部經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力后送至余熱回收氣體復(fù)熱器進(jìn)行進(jìn)一步的升溫，以保證天然氣升溫后滿足用氣需求；

s3.換熱媒介在冷能回收塔和換熱媒介保安冷凝器中以氣液轉(zhuǎn)換且循環(huán)利用的形式存在，換熱媒介在冷能回收塔底部再沸器中與冷凍水進(jìn)行換熱，通過選用不同換熱媒介和設(shè)定不同的壓力可得到不同適用范圍的冷凍水(-35℃至7℃)；換熱媒介(-20℃至-60℃)在塔底再沸器中升溫氣化，以鼓泡的形式匯集至再沸器頂部后進(jìn)入上部纏繞式冷凝器中；

s4.設(shè)置換熱媒介儲(chǔ)罐，在裝置開車時(shí)通過壓縮氮?dú)鈱Q熱媒介壓入冷能回收塔中，通過冷能回收塔底部換熱媒介液位變送器控制進(jìn)入制冷系統(tǒng)的換熱媒介量，同時(shí)在換熱媒介管線中設(shè)置截止閥和緊急切斷閥，以實(shí)現(xiàn)在制冷過程中和停車時(shí)換熱媒介的補(bǔ)充和回收；

s5.冷凍水儲(chǔ)槽中的冷凍水經(jīng)泵送入冷能回收系統(tǒng)的塔底再沸器，泵與冷凍水儲(chǔ)槽的液位變送器控制連鎖，控制進(jìn)入系統(tǒng)的冷凍水的量；冷凍水與液化后的換熱媒介(-30℃至-60℃)進(jìn)行一級(jí)換熱，而后送入氣體復(fù)熱器中進(jìn)行二級(jí)換熱，冷卻后的冷凍水(-35℃至7℃)再送入冷凍水儲(chǔ)槽循環(huán)制冷；同時(shí)在冷凍水儲(chǔ)槽處設(shè)置補(bǔ)水系統(tǒng)和用水系統(tǒng)，冷凍水經(jīng)泵送至需用冷凍水區(qū)域；

s6.設(shè)置一備用空溫式汽化器，與冷能回收裝置一用一備，在系統(tǒng)檢修時(shí)不影響用氣的需要；

s7.在液化天然氣和換熱媒介管線中設(shè)置一套安全閥，保證裝置系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行，并滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求；同時(shí)設(shè)置低溫放散介質(zhì)加熱器和放散塔，以滿足安全放散要求。

本發(fā)明采用中間介質(zhì)換熱媒介將液化天然氣氣化時(shí)的冷能用于制備冷凍水，減少了機(jī)械制冷造成的大量電能消耗，具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；采用 新型、高效的冷能回收塔裝置，降低能耗，提高冷能利用效率；對(duì)整個(gè)冷能回收裝置進(jìn)行撬裝，同時(shí)采用dcs對(duì)冷能回收撬進(jìn)行控制，安全可靠，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1是本發(fā)明冷能回收系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是冷能回收塔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-液化天然氣儲(chǔ)罐；2-換熱媒介保安冷凝器；3-冷能回收塔；4-氣體復(fù)熱器；5-空溫式汽化器；6-冷凍水儲(chǔ)槽；9-換熱媒介儲(chǔ)罐；10-放散氣汽化器；11-截止閥；12-緊急切斷閥；13-調(diào)節(jié)閥；14-安全閥；15-止回閥；30-壓縮氮?dú)猓?1-冷凍水回水；32-冷凍水上水。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在下面的詳細(xì)描述中，只通過說明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

如圖1所示，液化天然氣冷能回收系統(tǒng)，包括用于儲(chǔ)存lng的液化天然氣儲(chǔ)罐1、用于將lng冷能利用的冷能回收塔3、換熱媒介保安冷凝器2、氣體復(fù)熱器4、冷凍水儲(chǔ)槽6以及備用空溫式汽化器5；所述液化天然氣儲(chǔ)罐1通過管線、截止閥、緊急切斷閥和調(diào)節(jié)閥分別與換熱媒介保安冷凝器2和空溫式汽化器5相連通；所述換熱媒介保安泠凝器2的換熱媒介進(jìn)料管口與冷能回收塔3的頂部相連通，所述換熱媒介保安冷凝器2的lng出料管與冷能回收塔3的塔頂冷凝器相連通，所述換熱媒介保安冷凝器2出料管與冷能回收塔3塔底再沸器相連通；所述冷能回收塔3塔頂lng出口管路通過管線、調(diào)節(jié)閥與氣體復(fù)熱器4相連通；所述冷凍水儲(chǔ)槽6通過管線、冷凍水泵與冷能回收塔3塔底再沸器入口相連通，所述再沸器冷凍水出口管通過管線、氣體復(fù)熱器4與冷凍水儲(chǔ) 槽6相連通；所述冷凍水儲(chǔ)槽6分別設(shè)置了冷凍水用水和補(bǔ)水系統(tǒng)，具有冷凍水回水31管道和冷凍水上水32管道。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的dcs控制，所述冷能回收塔3分別設(shè)置了液化天然氣的液位變送器、換熱媒介的液位變送器和換熱媒介溫度變送器，所述液位變送器分別與lng進(jìn)料管線調(diào)節(jié)閥和冷凍水泵相控制連鎖；所述冷能回收塔3塔頂lng出料管線設(shè)置壓力變送器和溫度變送器，并與該管線調(diào)節(jié)閥相控制連鎖；所述冷凍水儲(chǔ)槽設(shè)置溫度變送器，并分別與兩個(gè)冷凍水泵相控制連鎖。

參考圖2，所述冷能回收塔包含上下兩個(gè)部分，上部為纏繞式冷凝器，lng走殼程，換熱媒介走管程；下部為浮頭式再沸器(換熱器)，冷凍水走殼程，換熱媒介走管程，利于提高設(shè)備換熱效率，使設(shè)備小型化，減少設(shè)備投資。

參考圖1，采用以上所述系統(tǒng)回收液化天然氣冷能的方法，包括如下步驟：

s1.液化天然氣儲(chǔ)罐1中的lng通過管路、截止閥、緊急切斷閥和調(diào)節(jié)閥送至換熱媒介保安冷凝器2，與冷能回收塔3中出來的不凝換熱媒介氣進(jìn)行第一級(jí)換熱，然后將lng送入冷能回收塔3塔頂冷凝器殼程中；在換熱媒介保安冷凝器2上設(shè)置安全調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)換熱媒介壓力控制換熱媒介溫度，當(dāng)換熱媒介無法及時(shí)冷凝，裝置系統(tǒng)壓力過高時(shí)，調(diào)節(jié)閥開啟，將部分換熱媒介排出裝置系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行；

s2.冷能回收塔3包含上下兩個(gè)部分，上部為纏繞式的冷凝器，lng走殼程，換熱媒介走管程；下部為浮頭式的再沸器，冷凍水走殼程，換熱媒介走管程。在冷能回收塔上部殼程的lng(約-142℃)與管程中氣化后的換熱媒介(-20℃至-60℃)進(jìn)行換熱，氣態(tài)的換熱媒介經(jīng)冷凝液化后流入冷能回收塔3塔底再沸器，液化天然氣經(jīng)換熱升溫氣化后，在冷能回收塔頂部經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力后送至余熱回收氣體復(fù)熱器4進(jìn)行進(jìn)一步的升溫，以保證天然氣升溫后滿足用氣需求；

s3.換熱媒介在冷能回收塔3和換熱媒介保安冷凝器2中以氣液轉(zhuǎn)換且循環(huán)利用的形式存在，換熱媒介在冷能回收塔3塔底再沸器中與冷凍水進(jìn)行換熱，通過選用不同換熱媒介和設(shè)定不同的壓力可得到不同適用范圍的冷凍水(-35℃至7℃)；換熱媒介(-20℃至-60℃)在塔底再沸器中升溫氣化，以鼓泡的形式 匯集至再沸器頂部后進(jìn)入塔頂冷凝器中；

s4.設(shè)置換熱媒介儲(chǔ)罐9，在裝置開車時(shí)通過壓縮氮?dú)?0將換熱媒介壓入冷能回收塔3中，通過冷能回收塔底部換熱媒介液位變送器控制進(jìn)入系統(tǒng)的換熱媒介量，同時(shí)在換熱媒介管線中設(shè)置截止閥和緊急切斷閥，以實(shí)現(xiàn)在制冷過程中和停車時(shí)換熱媒介的補(bǔ)充和回收；

s5.冷凍水儲(chǔ)槽6中的冷凍水經(jīng)冷凍水泵送入冷能回收系統(tǒng)的塔底再沸器，冷凍水泵與冷凍水儲(chǔ)槽6的液位變送器相控制連鎖，控制進(jìn)入系統(tǒng)的冷凍水的量；冷凍水與液化后的換熱媒介(-30℃至-60℃)進(jìn)行一級(jí)換熱，而后送入氣體復(fù)熱器4中進(jìn)行二級(jí)換熱，冷卻后的冷凍水(-35℃至7℃)再送入冷凍水儲(chǔ)槽6循環(huán)制冷，同時(shí)在冷凍水儲(chǔ)槽6處設(shè)置補(bǔ)水系統(tǒng)和用水系統(tǒng)，冷凍水經(jīng)另一臺(tái)冷凍水泵送至需用冷凍水區(qū)域；

s6.并聯(lián)設(shè)置一備用空溫式汽化器5，與冷能回收裝置一用一備，在系統(tǒng)檢修時(shí)不影響用氣的需要；

s7.在液化天然氣和換熱媒介管線中設(shè)置一套安全閥，保證裝置系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行，并滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，同時(shí)設(shè)置放散氣汽化器10(低溫放散介質(zhì)加熱器)和放散塔，以滿足安全放散要求。

本發(fā)明采用中間介質(zhì)換熱媒介(如：氟利昂r404a、r502、r22、液氨和丙烷等)將液化天然氣氣化時(shí)的冷能用于制備冷凍鹽水，減少了機(jī)械制冷造成的大量電能消耗，具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；采用新型、高效的冷能回收塔裝置，降低能耗，提高冷能利用效率；對(duì)整個(gè)冷能回收裝置進(jìn)行撬裝，同時(shí)采用dcs對(duì)冷能回收撬進(jìn)行控制，安全可靠，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。如冷能回收塔也可以采用兩個(gè)獨(dú)立的換熱器組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，氣體復(fù)熱器可以采用浮頭式換熱器、內(nèi)螺紋盤管水浴式換熱器等不同的換熱器，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。