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）

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(méi)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(guò)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(guó)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)“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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程時(shí)間常數(shù)較大，導(dǎo)致偏差在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中，通過(guò)噴淋等形式來(lái)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(jiàn)的方式，它是綜合利用溫差發(fā)電聯(lián)合動(dòng)力裝置來(lái)提高液化天然氣釋放的冷能，并且通過(guò)溫度的變化來(lái)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(yáng)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(yáng)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(yǔ)

冷能開(kāi)發(fā)與利用能提高液化天然氣利用過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少氣化過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的冷污染，減少碳排放，符合國(guó)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(kù)、汽車?yán)洳?、汽車空調(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。

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