CN111692524A - 一种lng再汽化实验***及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LNG再汽化实验***，包括一LNG流通单元，所述LNG流通单元包括LNG液体罐、出液阀、柱塞式增压泵、稳压罐、微通道汽化器、背压阀、空温式再热器、排空管、三通阀Ⅰ、减压阀、储液罐；一丙烷循环单元，所述丙烷循环单元包括丙烷储液罐、丙烷循环泵、三通阀Ⅱ、浮动盘管式换热器、电加热器、进液阀、泄放阀；还涉及基于上述试验***的试验方法，包括下述步骤：***搭建、丙烷降温、LNG汽化、流量控制、LNG再热。本发明的优点在于：通过增加丙烷循环单元，避免了丙烷与LNG流体的直接换热，同时利用丙烷的相变换热释放大量潜热，有效降低微通道汽化器换热过程中结冰现象的发生，保证微通道汽化器高效运行。

Description

一种LNG再汽化实验***及实验方法
技术领域
本发明涉及一种LNG再汽化实验***，还涉及上述实验***的实验方法。
背景技术
深冷流体通常是指温度范围在-40 .15℃至-196 .15℃的流体。通常如LNG、液氧、液氢、液氮、液态二氧化碳等工业气体需要以液态形式储运，然后在终端进行再汽化使用。针对LNG再汽化，由于LNG体积仅为天然气(NG)体积的1/600 ,因此为满足储存和远距离运输要求NG通常需要先液化然后再汽化使用。但是LNG临界温度为-163℃，在汽化过程中易造成换热介质结冰或者汽化不完全的现象产生。
而采用中温介质回路的LNG流体再汽化***避免了热源与LNG的直接换热，通过中温介质间接的将热源的热量传递给LNG，可以完全满足其再汽化的要求，易于根据工况的不同来控制汽化量的大小。
申请号为201280010015 .5，名称为“ 液化汽体的再汽化装置及再汽化汽体制造方法”的发明专利，公开了一种将低温液化汽体再汽化的***和方法。该***中液化汽体首先流过预热用热交换器，与第一热交换器交换热量后再作为热源流入预热用热交换器与来流低温液化汽体换热，然后在进入第二热交换器再汽化使用。然而使用第一次升温后的液化汽体预热来流低温液化汽体并不能很明显的升高液化汽体的温度，由于管道中液化汽体的流量相同，升温后的液化汽体与低温液化汽体的换热仅通过温差传热，因此在一定程度上浪费了能源。此外在第一热交换器中低温液化汽体直接与水或海水换热避免不了结冰的问题，影响换热效果，从而整体上降低了***的运行效率。
申请号为201710014179 .X，名称为“ LNG再汽化***”的发明专利，公开了一种LNG再汽化***，该***以海水作为热源，通过中间介质三次与海水换热，再将热量传递给LNG同时带动膨胀机发电，以达到发电和再汽化LNG的目的。然而该***通过多次换热实现LNG再汽化，导致***结构复杂，所需海水流量巨大，水泵能耗较高，此外海水温度四季发生变化，影响***稳定运行。另外该***的NG出口温度并不能达到使用要求，需要再次升温以满足使用需求。
申请号为201811354132.9，名称为“ 一种深冷超临界流体再气化实验***及工作方法”的发明专利，公开了一种适合多种深冷超临界流体的再汽化***，该***以热水作为热源，通过中温介质与深冷超临界流体进行换热。结构上虽有所简化，但用热水流经浮动盘管式换热器时，易造成盘管内形成水垢进而影响换热效率，且盘管内的水垢较难清理，为后期工作带来很大困扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、能够高效运行的LNG再汽化实验***，以及基于上述LNG再汽化实验***的试验方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种LNG再汽化实验***，其创新点在于：包括
一LNG流通单元，所述LNG流通单元包括LNG液体罐、出液阀、柱塞式增压泵、稳压罐、微通道汽化器、背压阀、空温式再热器、排空管、三通阀Ⅰ、减压阀、储液罐，其中，LNG液体罐、出液阀、柱塞式增压泵、稳压罐、微通道汽化器、背压阀、空温式再热器、三通阀Ⅰ、减压阀、储液罐通过管道依次连接而成，三通阀Ⅰ的剩余一个出口与排空管相连；
一丙烷循环单元，所述丙烷循环单元包括丙烷储液罐、丙烷循环泵、三通阀Ⅱ、浮动盘管式换热器、电加热器、进液阀、泄放阀，其中，丙烷储液罐、丙烷循环泵、三通阀Ⅱ、浮动盘管式换热器依次通过管道连接而成，且丙烷储液罐的进口与微通道汽化器的出口相连，浮动盘管式换热器的出口与微通道汽化器的进口相连，三通阀Ⅱ的剩余一个出口通过管道连接在丙烷储液罐与微通道汽化器连接的管道上，进液阀、电加热器、泄放阀均安装在浮动盘管式换热器上。
进一步的，所述微通道汽化器包括一汽化器芯体，该汽化器芯体为一空心长方体结构，在汽化器芯体的内腔中安装有LNG流道组与丙烷流道组，所述LNG流道组与丙烷流道组均有若干组，自上而下分布在汽化器芯体内，且LNG流道组与丙烷流道组依次间隔排布，所述LNG流道组由若干沿着汽化器芯体幅宽方向水平排布的LNG流道组成，且LNG流道沿着汽化器芯体的长轴方向延伸，所述丙烷流道组由若干沿着汽化器芯体长轴方向水平排布的丙烷流道组成，且丙烷流道沿着汽化器芯体的幅宽方向延伸，在汽化器芯体长轴方向的两侧分别具有与各个LNG流道的同一侧端连接的一LNG进液腔、一LNG出液腔，在汽化器芯体幅宽方向的两侧分别具有与各个丙烷流道的同一侧端连通的一丙烷进液腔、一丙烷出液腔，在丙烷进液腔中还设置有导流板。
进一步的，所述微通道汽化器为基于3D打印技术制造的紧凑高效微通道汽化器。
进一步的，所述LNG储液罐的高度高于柱塞式增压泵的高度。
进一步的，所述泄放阀设置在浮动盘管式换热器的最低点处。
一种LNG再汽化的试验方法，其创新点在于：包括下述步骤
S1 ***搭建：通过管路将构成LNG流通单元的各个组件以及构成丙烷循环单元的各个组件连接在一起，并将LNG流通单元与丙烷循环单元连接在一起，形成LNG再汽化实验***；
S2 丙烷降温：首先，向浮动盘管式换热器内注入冷水，再利用电加热器对浮动盘管式换热器内的冷水进行加热，然后，丙烷储液罐内的液态丙烷经过丙烷循环泵升高压力，使得压力达到0.36MPa，再经过三通阀Ⅱ送入浮动盘管式换热器中，与浮动盘管式换热器中的热水进行换热汽化，使得流入微通道汽化器中的气态丙烷达到0℃，送入微通道汽化器内以备用；
S3 LNG汽化：开启LNG出液阀，LNG储液罐中的低温低压的LNG液体经过柱塞式增压泵加压至13MPa，再经过稳压罐进行稳压，稳定压力后，液态的LNG流入微通道汽化器内，液态的LNG进入微通道汽化器的温度为-157℃，液态的LNG与0℃的气态丙烷进行换热，使得液态的LNG升温汽化后，从微通道汽化器内流出，流出的气态的LNG的温度为-10℃，换热后的丙烷的温度降至-5℃，再将降温后的丙烷送至丙烷储液罐中进行循环使用；
S4 流量控制：在进行LNG汽化的过程中，通过调节三通阀Ⅱ的开度来控制与液态LNG换热的丙烷的量来匹配LNG不同汽化量的要求，用0和1表示三通阀Ⅱ的开度状态，当三通阀Ⅱ的开度为0时，表示三通阀Ⅱ与微通道汽化器相连的管道处于关闭状态，与丙烷储液罐相连的管道处于全开状态，当三通阀Ⅱ的开度为1时，表示三通阀Ⅱ与微通道汽化器相连的管道处于全开状态，与丙烷储液罐相连的管道处于关闭状态，当三通阀Ⅱ的开度为0时，LNG的汽化量为0kg/s，当三通阀Ⅱ的开度为1时，此时LNG的汽化量为0.3kg/s，
当LNG汽化量较小时，调节三通阀Ⅱ，使流入浮动盘管式换热器的丙烷流量减小，增大流入丙烷储液器的丙烷流量；当LNG汽化量较大时，调节方法相反，使流入浮动盘管式换热器的丙烷流量增大，流入丙烷储液器的丙烷流量减小，从而满足不同的LNG汽化量的需要；
S5 LNG再热：汽化后的LNG送入空温式再热器中进行再次升温至5℃，升温后的气态LNG再送入储液罐中，完成LNG的再汽化。
进一步的，所述S5中，在气态LNG送入空温式再热器的过程中，利用背压阀自带的内置弹簧来进行压力调整，当微通道汽化器与空温式再热器之间的管道内的压力比设定压力小时，背压阀的膜片在弹簧弹力的作用下，堵塞管路，形成憋压，使空温式再热器的进口压力达到设定压力；当管道内的压力比设定压力大时，膜片压缩弹簧，管路接通，以此稳定微通道汽化器的出口压力。
进一步的，所述S5中，当气态LNG的汽化量较大时，空温式再热器中的气态LNG直接通过排空管进入排空***进行排空。
本发明的优点在于：在本发明中，通过增加丙烷循环单元，避免了丙烷与LNG流体的直接换热，同时利用丙烷的相变换热释放大量潜热，有效降低微通道汽化器换热过程中结冰现象的发生，保证微通道汽化器高效运行。
鉴于丙烷循环***易于调节丙烷的流量，因此便于根据LNG实际汽化要求进行快速匹配，来达到所需工况下的最佳换热效果。
通过采用基于3D打印技术制造的微通道汽化器，与传统汽化器相比，大大提高再汽化效率的同时，有效减小了汽化器的体积尺寸，较大程度上缩减了再汽化***的整体占地面积，以满足有限空间的再汽化需求，此外，采用基于3D打印技术制造的微通道汽化器易于***模块化组装。
通过控制电加热器和丙烷循环***中三通阀换向口的开度，可以快速调整并匹配汽化量的需求。
由于本***所有设备通过焊接或者法兰连接的形式，使用不锈钢管连接，因此可以满足***内部高压的要求，同时可根据现场情况灵活安装。
由于丙烷循环***中采用浮动盘管式换热器，并使热水在盘管外与管内的丙烷进行换热，有效减小了管内水垢的形成，提高了换热效率并便于后期***的维护。
由于本发明解决了LNG再汽化***的技术问题，所以本发明具有实际的工程意义，可供相关工程人员参考。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的LNG再汽化实验***的示意图。
图2为本发明中微通道汽化器的正视图。
图3为本发明中微通道汽化器的侧视图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-图3所示的一种LNG再汽化实验***，包括
一LNG流通单元，LNG流通单元包括LNG液体罐1、出液阀2、柱塞式增压泵3、稳压罐4、微通道汽化器5、背压阀6、空温式再热器14、排空管16、三通阀Ⅰ15、减压阀17、储液罐18，其中，LNG液体罐1、出液阀2、柱塞式增压泵3、稳压罐4、微通道汽化器5、背压阀6、空温式再热器14、三通阀Ⅰ15、减压阀17、储液罐18通过管道依次连接而成，三通阀Ⅰ15的剩余一个出口与排空管16相连。
LNG储液罐1的高度高于柱塞式增压泵3的高度。LNG储液罐1放置在高位，保证进入柱塞式增压泵3的LNG一直处于液态且不出现气泡，使LNG增压到所需压力。
微通道汽化器5为基于3D打印技术制造的紧凑高效微通道汽化器。通过采用基于3D打印技术制造的微通道汽化器5，与传统汽化器相比，大大提高再汽化效率的同时，有效减小了汽化器的体积尺寸，较大程度上缩减了再汽化***的整体占地面积，以满足有限空间的再汽化需求，此外，采用基于3D打印技术制造的微通道汽化器易于***模块化组装。
如图2、图3所示的示意图可知，微通道汽化器5包括一汽化器芯体51，该汽化器芯体51为一空心长方体结构，在汽化器芯体51的内腔中安装有LNG流道组与丙烷流道组，LNG流道组与丙烷流道组均有若干组，自上而下分布在汽化器芯体51内，且LNG流道组与丙烷流道组呈交错流的形式依次间隔排布，LNG流道组由若干沿着汽化器芯体51幅宽方向水平排布的LNG流道52组成，且LNG流道52沿着汽化器芯体51的长轴方向延伸，丙烷流道组由若干沿着汽化器芯体长轴方向水平排布的丙烷流道53组成，且丙烷流道53沿着汽化器芯体51的幅宽方向延伸，在汽化器芯体51长轴方向的两侧分别具有与各个LNG流道52的同一侧端连接的一LNG进液腔54、一LNG出液腔，在汽化器芯体51幅宽方向的两侧分别具有与各个丙烷流道53的同一侧端连通的一丙烷进液腔、一丙烷出液腔，在丙烷进液腔中还设置有导流板，从而使得丙烷均匀流入丙烷流道中。
一丙烷循环单元，丙烷循环单元包括丙烷储液罐7、丙烷循环泵8、三通阀Ⅱ9、浮动盘管式换热器10、电加热器11、进液阀12、泄放阀13，其中，丙烷储液罐7、丙烷循环泵8、三通阀Ⅱ9、浮动盘管式换热器10依次通过管道连接而成，且丙烷储液罐7的进口与微通道汽化器5的出口相连，浮动盘管式换热器10的出口与微通道汽化器5的进口相连，三通阀Ⅱ9的剩余一个出口通过管道连接在丙烷储液罐7与微通道汽化器5连接的管道上，进液阀12、电加热器11、泄放阀13均安装在浮动盘管式换热器10上。
泄放阀13设置在浮动盘管式换热器10的最低点处。泄放阀13设在浮动盘管式换热器10的最低点处，以防水中杂质的堆积，影响***的稳定运行。
基于上述的LNG再汽化试验***的LNG再汽化的试验方法，通过下述步骤得以实现：
S1 ***搭建：通过管路将构成LNG流通单元的各个组件以及构成丙烷循环单元的各个组件连接在一起，并将LNG流通单元与丙烷循环单元连接在一起，形成LNG再汽化实验***。
S2 丙烷降温：首先，向浮动盘管式换热器内注入冷水，再利用电加热器对浮动盘管式换热器内的冷水进行加热，然后，丙烷储液罐内的液态丙烷经过丙烷循环泵升高压力至0.36MPa，再经过三通阀Ⅱ送入浮动盘管式换热器中，与浮动盘管式换热器中的热水进行换热汽化，使得流入微通道汽化器中的气态丙烷达到0℃，送入微通道汽化器内以备用。
S3 LNG汽化：开启LNG出液阀，LNG储液罐中的低温低压的LNG液体经过柱塞式增压泵加压至13MPa左右，再经过稳压罐进行稳压，稳定压力后，液态的LNG流入微通道汽化器内，液态的LNG进入微通道汽化器的温度为-157℃，液态的LNG与0℃的气态丙烷进行换热，使得液态的LNG升温汽化后，从微通道汽化器内流出，流出的气态的LNG的温度为-10℃，换热后的丙烷的温度降至-5℃，再将降温后的丙烷送至丙烷储液罐中进行循环使用；
S4 流量控制：在进行LNG汽化的过程中，通过调节三通阀Ⅱ的开度来控制与液态LNG换热的丙烷的量来匹配LNG不同汽化量的要求，用0和1表示三通阀Ⅱ的开度状态，当三通阀Ⅱ的开度为0时，表示三通阀Ⅱ与微通道汽化器相连的管道处于关闭状态，与丙烷储液罐相连的管道处于全开状态，当三通阀Ⅱ的开度为1时，表示三通阀Ⅱ与微通道汽化器相连的管道处于全开状态，与丙烷储液罐相连的管道处于关闭状态，当三通阀Ⅱ的开度为0时，LNG的汽化量为0kg/s，当三通阀Ⅱ的开度为1时，此时LNG的汽化量为0.3kg/s。
当LNG汽化量较小时，调节三通阀Ⅱ，使流入浮动盘管式换热器的丙烷流量减小，增大流入丙烷储液器的丙烷流量；当LNG汽化量较大时，调节方法相反，使流入浮动盘管式换热器的丙烷流量增大，流入丙烷储液器的丙烷流量减小，从而满足不同的LNG汽化量的需要。
S5 LNG再热：汽化后的LNG送入空温式再热器中进行再次升温至5℃左右，升温后的气态LNG再送入储液罐中，完成LNG的再汽化。
在气态LNG送入空温式再热器的过程中，利用背压阀自带的内置弹簧来进行压力调整，当微通道汽化器与空温式再热器之间的管道内的压力比设定压力小时，背压阀的膜片在弹簧弹力的作用下，堵塞管路，形成憋压，使空温式再热器的进口压力达到设定压力；当管道内的压力比设定压力大时，膜片压缩弹簧，管路接通，以此稳定微通道汽化器的出口压力。
当气态LNG的汽化量较大时，空温式再热器中的气态LNG直接通过排空管进入排空***进行排空。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种LNG再汽化实验***，其特征在于：包括
一LNG流通单元，所述LNG流通单元包括LNG液体罐、出液阀、柱塞式增压泵、稳压罐、微通道汽化器、背压阀、空温式再热器、排空管、三通阀Ⅰ、减压阀、储液罐，其中，LNG液体罐、出液阀、柱塞式增压泵、稳压罐、微通道汽化器、背压阀、空温式再热器、三通阀Ⅰ、减压阀、储液罐通过管道依次连接而成，三通阀Ⅰ的剩余一个出口与排空管相连；
一丙烷循环单元，所述丙烷循环单元包括丙烷储液罐、丙烷循环泵、三通阀Ⅱ、浮动盘管式换热器、电加热器、进液阀、泄放阀，其中，丙烷储液罐、丙烷循环泵、三通阀Ⅱ、浮动盘管式换热器依次通过管道连接而成，且丙烷储液罐的进口与微通道汽化器的出口相连，浮动盘管式换热器的出口与微通道汽化器的进口相连，三通阀Ⅱ的剩余一个出口通过管道连接在丙烷储液罐与微通道汽化器连接的管道上，进液阀、电加热器、泄放阀均安装在浮动盘管式换热器上。
2.根据权利要求1所述的LNG再汽化实验***，其特征在于：所述微通道汽化器包括一汽化器芯体，该汽化器芯体为一空心长方体结构，在汽化器芯体的内腔中安装有LNG流道组与丙烷流道组，所述LNG流道组与丙烷流道组均有若干组，自上而下分布在汽化器芯体内，且LNG流道组与丙烷流道组呈交错流的形式依次间隔排布，所述LNG流道组由若干沿着汽化器芯体幅宽方向水平排布的LNG流道组成，且LNG流道沿着汽化器芯体的长轴方向延伸，所述丙烷流道组由若干沿着汽化器芯体长轴方向水平排布的丙烷流道组成，且丙烷流道沿着汽化器芯体的幅宽方向延伸，在汽化器芯体长轴方向的两侧分别具有与各个LNG流道的同一侧端连接的一LNG进液腔、一LNG出液腔，在汽化器芯体幅宽方向的两侧分别具有与各个丙烷流道的同一侧端连通的一丙烷进液腔、一丙烷出液腔，在丙烷进液腔中还设置有导流板。
3.根据权利要求1或2所述的LNG再汽化实验***，其特征在于：所述微通道汽化器为基于3D打印技术制造的紧凑高效微通道汽化器。
4.根据权利要求1所述的LNG再汽化实验***，其特征在于：所述LNG储液罐的高度高于柱塞式增压泵的高度。
5.根据权利要求1所述的LNG再汽化实验***，其特征在于：所述泄放阀设置在浮动盘管式换热器的最低点处。
6.一种基于权利要求1所述的LNG再汽化实验***的试验方法，其特征在于：包括下述步骤
S1 ***搭建：通过管路将构成LNG流通单元的各个组件以及构成丙烷循环单元的各个组件连接在一起，并将LNG流通单元与丙烷循环单元连接在一起，形成LNG再汽化实验***；
S2 丙烷降温：首先，向浮动盘管式换热器内注入冷水，再利用电加热器对浮动盘管式换热器内的冷水进行加热，然后，丙烷储液罐内的液态丙烷经过丙烷循环泵升高压力，直至压力达到0.36MPa，再经过三通阀Ⅱ送入浮动盘管式换热器中，与浮动盘管式换热器中的热水进行换热汽化，使得流入微通道汽化器中的气态丙烷达到0℃，送入微通道汽化器内以备用；
S3 LNG汽化：开启LNG出液阀，LNG储液罐中的低温低压的LNG液体经过柱塞式增压泵加压至13MPa，再经过稳压罐进行稳压，稳定压力后，液态的LNG流入微通道汽化器内，液态的LNG进入微通道汽化器的温度为-157℃，液态的LNG与0℃的气态丙烷进行换热，使得液态的LNG升温汽化后，从微通道汽化器内流出，流出的气态的LNG的温度为-10℃，换热后的丙烷的温度降至-5℃，再将降温后的丙烷送至丙烷储液罐中进行循环使用；
S4 流量控制：在进行LNG汽化的过程中，通过调节三通阀Ⅱ的开度来控制与液态LNG换热的丙烷的量来匹配LNG不同汽化量的要求，用0和1表示三通阀Ⅱ的开度状态，当三通阀Ⅱ的开度为0时，表示三通阀Ⅱ与微通道汽化器相连的管道处于关闭状态，与丙烷储液罐相连的管道处于全开状态，当三通阀Ⅱ的开度为1时，表示三通阀Ⅱ与微通道汽化器相连的管道处于全开状态，与丙烷储液罐相连的管道处于关闭状态，当三通阀Ⅱ的开度为0时，LNG的汽化量为0kg/s，当三通阀Ⅱ的开度为1时，此时LNG的汽化量为0.3kg/s，
当LNG汽化量较小时，调节三通阀Ⅱ，使流入浮动盘管式换热器的丙烷流量减小，增大流入丙烷储液器的丙烷流量；当LNG汽化量较大时，调节方法相反，使流入浮动盘管式换热器的丙烷流量增大，流入丙烷储液器的丙烷流量减小，从而满足不同的LNG汽化量的需要；
S5 LNG再热：汽化后的LNG送入空温式再热器中进行再次升温至5℃，升温后的气态LNG再送入储液罐中，完成LNG的再汽化。
7.根据权利要求6所述的LNG再汽化的试验方法，其特征在于：所述S5中，在气态LNG送入空温式再热器的过程中，利用背压阀自带的内置弹簧来进行压力调整，当微通道汽化器与空温式再热器之间的管道内的压力比设定压力小时，背压阀的膜片在弹簧弹力的作用下，堵塞管路，形成憋压，使空温式再热器的进口压力达到设定压力；当管道内的压力比设定压力大时，膜片压缩弹簧，管路接通，以此稳定微通道汽化器的出口压力。
8.根据权利要求6所述的LNG再汽化的试验方法，其特征在于：所述S5中，当气态LNG的汽化量较大时，空温式再热器中的气态LNG直接通过排空管进入排空***进行排空。
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