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        探討液化天然氣冷能利用的控制辦法

        2017-03-05 15:26:35李云馬凱中石油江蘇液化天然氣有限公司江蘇南通226400
        化工管理 2017年11期
        關(guān)鍵詞:利用用戶

        李云 馬凱(中石油江蘇液化天然氣有限公司;江蘇 南通 226400)

        探討液化天然氣冷能利用的控制辦法

        李云 馬凱(中石油江蘇液化天然氣有限公司;江蘇 南通 226400)

        液化天然氣冷能迄今沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綜合利用,除經(jīng)濟(jì)因素外,技術(shù)上的主要障礙為:液化天然氣氣化操作和冷能用戶對(duì)冷能的利用不同步導(dǎo)致的氣化過程難以控制。液化天然氣氣化量由接收站調(diào)控,液化天然氣氣化后溫度必須滿足天然氣用戶需求,加熱介質(zhì)降溫后作為載冷劑輸送冷能也必須滿足冷能用戶對(duì)載冷劑的溫度要求。文章探討了可靠且安全的液化天然氣氣化和控制工藝,液化天然氣氣化量隨天然氣用戶需求變化時(shí)保證氣化器出口天然氣溫度滿足天然氣用戶要求,同時(shí)載冷劑出口溫度滿足冷能用戶用冷要求。

        液化天然氣;接收終端;接收終端工藝

        隨著我國環(huán)境保護(hù)要求日漸提高,能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,液化天然氣的利用也迅猛發(fā)展,液化天然氣接收終端的建設(shè)也遍地開花。液化天然氣接收終端相關(guān)的設(shè)備的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用是推動(dòng)天然氣發(fā)展的重要一環(huán)。同時(shí),在液化天然氣在從低溫向常溫轉(zhuǎn)化是一個(gè)物理過程,其蘊(yùn)藏著大量的冷能,此部分能量若能有效利用,將大大降低能耗損失,提升資源利用率。

        1 針對(duì)帶有冷能利用的氣化及控制方案

        為實(shí)現(xiàn)液化天然氣氣化過程冷能的充分利用,本文提出了如圖1所示的帶有冷能利用的氣化及控制流程。采用特定氣化加熱介質(zhì)對(duì)低溫液化天然氣進(jìn)行取冷氣化,攜帶冷能的加熱介質(zhì)(載冷劑)通過“氣化器—冷能用戶—海水加熱器—?dú)饣鳌钡难h(huán)回路實(shí)現(xiàn)冷能的利用。載冷劑在液化天然氣氣化器換熱后降溫至-20℃以下送至冷能用戶取冷。根據(jù)冷能用戶用冷狀況不同,載冷劑返回溫度波動(dòng)較大,為維持載冷劑進(jìn)入氣化器溫度保持不變,通過海水加熱器作為補(bǔ)償加熱器,由氣化器入口載冷劑溫度聯(lián)鎖控制加熱海水流量。冷能利用過程保證氣化器出口天然氣溫度和載冷劑溫度可控是整個(gè)過程的關(guān)鍵。

        2 針對(duì)帶有串級(jí)控制的優(yōu)化方案

        在實(shí)際運(yùn)行的液化天然氣接收站項(xiàng)目中,液化天然氣氣化量受多重因素影響,波動(dòng)較大。氣化量發(fā)生變化時(shí),需要等到氣化器出口天然氣溫度變化才可以調(diào)節(jié)載冷劑流量,由于傳熱過程時(shí)間常數(shù)較大,導(dǎo)致偏差在較長時(shí)間內(nèi)無法克服,氣化器出口天然氣溫度及載冷劑溫度波動(dòng)較大。

        結(jié)合化工項(xiàng)目中系統(tǒng)控制應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),可采用串級(jí)控制回路提高整個(gè)氣化過程的穩(wěn)定性。在本工藝中除原有天然氣出口溫度作為被控對(duì)象外,液化天然氣流量作為第二個(gè)被控對(duì)象。液化天然氣流量變化是導(dǎo)致載冷劑流量變化的根本原因,增加液化天然氣流量對(duì)載冷劑流量的控制可以提高整個(gè)控制過程穩(wěn)定性,減少氣化器出口天然氣溫度及載冷劑溫度波動(dòng)。

        維持氣化器進(jìn)出口所有溫度恒定時(shí),液化天然氣流量與載冷劑流量成正比,可根據(jù)具體比例在串級(jí)控制系統(tǒng)中設(shè)定控制參數(shù)。串級(jí)控制系統(tǒng)中副環(huán)具有快速抗干擾功能,對(duì)于主變量的影響比較小。液化天然氣流量變化對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響最大,故將液化天然氣流量與載冷劑流量控制回路作為副回路,液化天然氣流量作為副對(duì)象。同時(shí)為避免載冷劑流量波動(dòng)過程中加熱海水流量變化較慢引起的載冷劑溫度偏差較大,在載冷劑補(bǔ)償加熱過程同樣引入串級(jí)控制,載冷劑流量作為副對(duì)象,載冷劑進(jìn)入氣化器溫度作為主對(duì)象。在氣化過程中,氣化器出口天然氣溫度與載冷劑輸送泵出口調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖,通過載冷劑流量實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣出口溫度的控制,同時(shí)氣化器入口液化天然氣流量也對(duì)載冷劑輸送泵出口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。

        3 液化天然氣冷能利用實(shí)例

        隨著技術(shù)的發(fā)展,為了更好的實(shí)現(xiàn)液化天然氣冷能的利用,發(fā)電技術(shù)也有利較大的發(fā)展和進(jìn)步。當(dāng)前低溫半導(dǎo)體發(fā)電技術(shù)是對(duì)天然氣冷能利用的一種發(fā)展,它是在半導(dǎo)體材料熱點(diǎn)性的基礎(chǔ)上,對(duì)換熱器等進(jìn)行改進(jìn),使其材質(zhì)能夠產(chǎn)生更好的發(fā)熱和發(fā)電效果,并且采取必要的密封措施,在發(fā)電過程中,通過噴淋等形式來實(shí)現(xiàn)溫差的傳遞,提高發(fā)電的整體效果。在發(fā)電技術(shù)應(yīng)用中,溫差是冷能利用中較為常見的方式,它是綜合利用溫差發(fā)電聯(lián)合動(dòng)力裝置來提高液化天然氣釋放的冷能,并且通過溫度的變化來增加透平機(jī)的功率輸出,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的循環(huán)利用,從而提高發(fā)電的整體功率。將液化天然氣冷能應(yīng)用于光伏技術(shù)結(jié)合,是當(dāng)前發(fā)電技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。為了滿足發(fā)電的需求,對(duì)太陽電池進(jìn)行一定的處理,使其能夠與低溫液化天然氣之間實(shí)現(xiàn)一種熱量和能量的轉(zhuǎn)化,綜合利用溫差的轉(zhuǎn)化以及天陽電池的作用將能量轉(zhuǎn)化為電能,以提高發(fā)電的功率。聯(lián)合系統(tǒng)發(fā)電是在液化天然氣冷能利用的基礎(chǔ)上,將燃料電池和動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,使冷能回收利用的效率相對(duì)提升,并且有效的將其轉(zhuǎn)化為電能,實(shí)現(xiàn)一種能量上的梯級(jí)利用。這種系統(tǒng)的綜合應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了天然氣冷能的利用,也能夠有效的提高能量轉(zhuǎn)化的整體效率,實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)綜合性能的提升。此外,集成優(yōu)化也是天然氣冷能發(fā)電的一種技術(shù)發(fā)展方向。

        4 結(jié)語

        冷能開發(fā)與利用能提高液化天然氣利用過程經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)減少氣化過程中對(duì)環(huán)境造成的冷污染,減少碳排放,符合國家節(jié)能減排和大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。同時(shí),液化天然氣冷能利用的前景十分廣闊,可以廣泛地應(yīng)用于空分、發(fā)電、制造干冰、低溫冷庫、汽車?yán)洳亍⑵嚳照{(diào)等生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域,合理利用這部分冷能顯得尤為重要。我們應(yīng)對(duì)液化天然氣冷能進(jìn)行科學(xué)分析,優(yōu)化其回收利用方式,科學(xué)有效利用液化天然氣冷能。

        [1]周廷鶴,彭世尼.LNG冷能利用技術(shù)探討[J].上海煤氣, 2009(1).

        [2]邊海軍.液化天然氣冷能利用技術(shù)研究及其過程分析[D].華南理工大學(xué),2011.

        [3]邊海軍.液化天然氣冷能利用技術(shù)研究及其過程分析[D].2011.6.

        [4]楊政厚,房方,劉吉臻.串級(jí)控制回路的性能評(píng)價(jià)方法[J].2009,29(5):426-431.

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