一種液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種換熱方法，具體涉及一種液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的 換熱方法，屬于冷能利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 液化天然氣（LNG，liquid natural gas)是天然氣經(jīng)脫酸、脫水處理，低溫工藝?yán)?凍液化而成的低溫液體混合物，其生產(chǎn)過程能耗高。據(jù)測(cè)算，每噸LNG氣化過程相當(dāng)于釋 放830~860兆焦耳的冷能，如果對(duì)這部分冷能進(jìn)行回收，可以節(jié)省能源產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效 益。同時(shí)，因 LNG冷能開發(fā)利用過程中污染物排放為零，是一種綠色環(huán)保能源?，F(xiàn)在的LNG 冷能利用方式有低溫發(fā)電、深冷粉碎、制取液態(tài)CO2和干冰、冷庫、制冰及冷水空調(diào)等，全世 界有很多國(guó)家和地區(qū)都有LNG接收站，其中日本，美國(guó)、加拿大較早研宄冷能利用。
[0003] 中國(guó)實(shí)用新型專利CN201569239U公開了一種利用液化天然氣冷能制冰的冷庫運(yùn) 行裝置，包括LNG氣化系統(tǒng)，低壓氨制冷循環(huán)系統(tǒng)和電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)，通過保溫和常 溫輸送管線將各裝置連接起來構(gòu)成循環(huán)。在傳統(tǒng)電壓縮制冷的基礎(chǔ)上另建一個(gè)低壓液氨制 冷循環(huán)，節(jié)約了 LNG氣化時(shí)釋放的冷能，提高了衛(wèi)星站的冷能利用率，但該工藝使用了 2臺(tái) 換熱器，使得流程操控復(fù)雜，設(shè)備占地及投資較大。
[0004] 中國(guó)實(shí)用新型專利CN202361726U提供一種利用液化天然氣冷能供冷和生產(chǎn)冷水 的裝置，該裝置在回收LNG氣化冷能的同時(shí)，又為冷庫和冷水系統(tǒng)供冷；把LNG與冷媒換熱 器、冷媒儲(chǔ)罐、冷媒與冷水換熱器以及相應(yīng)的管路和控制裝置集成在一個(gè)橇裝化系統(tǒng)里面， 提高其運(yùn)行的靈活性，也提高了衛(wèi)星站的冷能利用率。但存在系統(tǒng)復(fù)雜，能量利用率低，撬 裝系統(tǒng)占地大，設(shè)備投資較高等問題。
[0005] LNG高溫位冷能用戶系統(tǒng)應(yīng)用大多是采用中間冷媒介質(zhì)1將LNG蘊(yùn)含的冷能帶走， 冷媒介質(zhì)1再將冷能傳遞給第二冷媒，最后冷媒介質(zhì)2再進(jìn)入用戶系統(tǒng)。這種冷能用戶系 統(tǒng)雖技術(shù)相對(duì)成熟，但設(shè)備要求高、占地面積大、冷媒需求量大及土建工程投資大等缺點(diǎn)， 使LNG冷能應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益收到極大影響。因此，國(guó)內(nèi)部分專家針對(duì)上述情況 進(jìn)行了一體化換熱器的設(shè)計(jì)與研宄。
[0006] 中國(guó)發(fā)明專利CN 103256762A公開了一種利用液化天然氣冷能制冰工藝及裝置， 該發(fā)明中利用帶孔隔板將兩個(gè)換熱器分開后為上管殼式和下管殼式換熱器，在上管殼式換 熱器中，R404A與LNG換熱后變?yōu)橐簯B(tài)，由于重力作用，通過隔板小孔的引流作用，進(jìn)入下管 殼式換熱器中，與乙二醇水溶液換熱，完成循環(huán)。本發(fā)明專利解決了上述設(shè)備要求高、占地 面積大、冷媒需求量大及土建工程投資大等問題，但該循環(huán)裝置對(duì)壓力不敏感，面臨壓力泄 露、檢測(cè)和調(diào)控困難等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有工藝技術(shù)的不足，提供一種液化天然氣（LNG)冷能用于 高溫位冷能用戶的換熱方法。
[0008] 本發(fā)明換熱器上部充入第一冷媒與氮?dú)?，即一體化于該雙殼換熱器中，在換熱器 上部，第一冷媒與LNG換熱后，進(jìn)入換熱器下部與第二冷媒換熱，進(jìn)入高溫位冷能用戶系 統(tǒng)，完成循環(huán)。同時(shí)，在本發(fā)明通過改變氮?dú)獾牧浚瑥亩淖兝涿降姆謮?，使其凝固點(diǎn)降低的 同時(shí)提高系統(tǒng)運(yùn)行的靈敏度，保證換熱過程安全穩(wěn)定。本發(fā)明在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，可避免冷媒 直接與LNG換熱造成的凝固凍堵，減小設(shè)備投資及占地面積，安全性好，具備良好的操作彈 性，也更利于大范圍的推廣等。
[0009] 本發(fā)明目的通過以下方案來實(shí)現(xiàn)：
[0010] 一種液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法，包括如下步：
[0011] (1)-162~-160°C的LNG從LNG儲(chǔ)罐進(jìn)入換熱器上部的管程中，與加入換熱器上 部殼程中的第一冷媒和氮?dú)鈸Q熱，溫度升高至-120~-95°C ;LNG再經(jīng)過空氣汽化器，升溫 后進(jìn)入天然氣管網(wǎng)；
[0012] (2)在換熱器上部，從冷媒儲(chǔ)罐出來的第一冷媒和氮?dú)馀cLNG換熱后，溫度降 至-40~(TC，由氣相變?yōu)橐合啵M(jìn)入換熱器下部；氮?dú)獾膲毫 b通過如下公式（6)來確定： 當(dāng)總壓P為1. 5~3bar時(shí)，氮?dú)獾膲毫Γ?3通過公式（6-1)確定；當(dāng)總壓P為3~5bar時(shí)，氮 氣的壓力Pb通過公式（6-2)確定；當(dāng)總壓P為5~7bar時(shí)，氮?dú)獾膲毫 B通過公式（6-3) 確定：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法，其特征在于包括如下步： (1) -162~-160°C的LNG從LNG儲(chǔ)罐進(jìn)入換熱器上部的管程中，與加入換熱器上部殼 程中的第一冷媒和氮?dú)鈸Q熱，溫度升高至-120~-95°C ;LNG再經(jīng)過空氣汽化器，升溫后進(jìn) 入天然氣管網(wǎng)； (2) 在換熱器上部，從冷媒儲(chǔ)罐出來的第一冷媒和氮?dú)馀cLNG換熱后，溫度降至-40~ 〇°C，由氣相變?yōu)橐合?，進(jìn)入換熱器下部；氮?dú)獾膲毫 b通過如下公式（6)來確定：當(dāng)總壓P 為1. 5~3bar時(shí)，氮?dú)獾膲毫Γ?3通過公式（6-1)確定；當(dāng)總壓P為3~5bar時(shí)，氮?dú)獾膲?力Pb通過公式（6-2)確定；當(dāng)總壓P為5~7bar時(shí)，氮?dú)獾膲毫 b通過公式（6-3)確定：
其中，^為換熱器上部穩(wěn)態(tài)溫度，所述換熱器上部穩(wěn)態(tài)溫度為換熱器總壓P下第一冷媒 的凝固點(diǎn)溫度以上5~KTC ;t2為換熱器總壓P下第一冷媒的泡點(diǎn)溫度；總壓P根據(jù)高溫 位冷能用戶用冷需求的溫度確定：當(dāng)高溫位冷能用戶相對(duì)應(yīng)的溫位區(qū)間為_40°C~_28°C， 總壓P約為1. 5~3bar ;當(dāng)高溫位冷能用戶相對(duì)應(yīng)的溫位區(qū)間為-28°C~-15°C，總壓P約 為3~5bar ;當(dāng)高溫位冷能用戶相對(duì)應(yīng)的溫位區(qū)間為-15°C~_0°C，總壓P約為5~7bar ; (3) 降溫后的第一冷媒在換熱器下部與第二冷媒換熱，第一冷媒由溫度升高，由液相變 為氣相，回到換熱器的上部，完成一個(gè)循環(huán)；第二冷媒溫度降低，進(jìn)入高溫位冷能用戶系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)高溫位冷能用戶用冷需求； 所述換熱器的上部與換熱器的下部通過中間添加帶孔隔板相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法，其特征在 于，所述第一冷媒為R404A、R134A或C0 2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法，其特征在 于，所述第一冷媒為親烴類冷媒中的一種或多種的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法，其特征在 于，所述第二冷媒選用水、乙二醇溶液或空氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法，其特征在 于，所述換熱器為重疊式換熱器，重疊式換熱器是由2臺(tái)換熱器構(gòu)成，其中每一換熱器均為 單殼程雙管程換熱器；重疊式換熱器的下部換熱器為蒸發(fā)器；兩臺(tái)換熱器通過中間添加帶 孔隔板相連接，形成上部換熱器和下部換熱器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法，其特征在 于，換熱器的天然氣通道和汽化器的天然氣通道通過管路連接，管路上設(shè)有溫度和壓力傳 感器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液化天然氣冷能用于高溫位冷能用戶的換熱方法。該方法LNG從LNG儲(chǔ)罐進(jìn)入換熱器上部的管程中，與加入換熱器上部殼程中的第一冷媒和氮?dú)鈸Q熱，溫度升高；LNG再經(jīng)過空氣汽化器，升溫后進(jìn)入天然氣管網(wǎng)；在換熱器上部，從冷媒儲(chǔ)罐出來的第一冷媒和氮?dú)馀cLNG換熱后，溫度降至-40～0℃，由氣相變?yōu)橐合啵M(jìn)入換熱器下部；氮?dú)獾膲毫B通過如下公式(6)來確定；降溫后的第一冷媒在換熱器下部與第二冷媒換熱，第一冷媒由溫度升高，由液相變?yōu)闅庀啵氐綋Q熱器的上部，完成一個(gè)循環(huán)；本發(fā)明通過氮?dú)獾挠昧?，改變冷媒的分壓，使第一冷媒凝固點(diǎn)降低的同時(shí)提高系統(tǒng)運(yùn)行的靈敏度，保證換熱過程安全穩(wěn)定。
【IPC分類】F25D3-10
【公開號(hào)】CN104748474
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510127816
【發(fā)明人】徐文東, 李俊麗, 許歡歡, 陳仲, 潘季榮
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日