LNG集中氣化綜合利用系統的製作方法

2023-05-12 00:34:51

本實用新型涉及LNG開發利用技術領域，具體涉及一種LNG集中氣化綜合利用系統。

背景技術：

在一個標準大氣壓下，LNG內藏的冷能約為840Kj/Kg,即每公斤LNG具有840千焦耳的冷能；照此計算，每噸LNG內藏有230KWh的冷能。LNG必須通過氣化由-162℃的液態上升溫度至18℃的氣態才能作為天然氣使用。在這個氣化過程中必須釋放冷能，也就是說如果能把這個冷能加以利用，這個冷能便是LNG的附產品。在LNG的生產地，把氣態天然氣做成LNG，每立方米需要消耗約0.3元的電能，一噸LNG內儲藏有435元的電能。

在現有技術中也有對LNG氣化中產生的冷源利用的情況，主要有一、接收站式冷能利用，這種接收站多指LNG接收碼頭，一些LNG接收碼頭為了滿足局部區域內超大型特定用戶如電廠等需要，在碼頭進行氣化，然後通過管道供氣，同時也解決了碼頭大型儲罐BOG(閃蒸氣)的問題，利用氣化中產生的冷能實現冷能利用。比較有代表性的是早已建成的深圳大棚冷凍庫和即將動工的由中海油基地有限公司與美國AP公司合作的冷能利用項目。它們的局限是：

1、碼頭是個獨立的項目，它的建成往往在相對偏遠地區或者適合船舶停靠的區域，不依賴城市及其產業園區的布局，一旦建成後，即便是有冷能源，也不可能形成冷鏈業產業群。

2、LNG氣化中產生的冷能有效輸送半徑是三公裡以內，已建成的碼頭四周三公裡範圍內若不能形成冷鏈業產業群，便制約了它的冷能利用，深圳大棚的冷能利用便是如此，早已建成的冷能設施無法被充分利用。

3、碼頭如果只對某類特定用戶供氣，用氣門類單一，其氣化的連續性將受用氣單位生產峰值制約；如果由碼頭大範圍的向城鎮及工業用戶供氣，則因沒有冷鏈業產業群的布局無法充分利用冷能；同時長距離的管網投資建設以及因跨區域協調往往實現起來很困難，因此現在絕大多數需要氣化的碼頭是採用海水氣化，把冷能深排進了海水裡，深圳大棚接收站即是如此。

二、LNG衛星接收站冷能利用，這是指一些採用LNG作燃料的大型企業或終端用戶接收站，由於自身有大量用氣需求需要氣化，所產生的冷能可以進行利用，比較典型的是早已建好的廣州南沙冷庫和即將開建的順德杏壇LNG衛星站擬建的-30℃冷凍及-15℃冷藏項目，這類接收站的局限是：

1、LNG衛星站立項時就沒有冷鏈業產業群配套，站點四周是居民區或者其它門類的工業區，形成小規模冷凍庫可以，形成冷鏈業產業群是沒有可能的，而小凍庫又因缺乏專業運作經營非常困難。

2、受冷能輸送半徑限制，即使重新考慮冷鏈業產業群的立項，要滿足項目在方圓三公裡以內是十分困難的。

3、僅僅某個LNG衛星站的用氣量及用氣門類是不能夠滿足一個冷鏈業產業群的冷源需求的。

因為上述種種原因，在實際中，對LNG氣化中產生的冷能，利用率很低，而從國家節能減排、能源升級換代的角度，天然氣的大規模應用是目前最好的選擇，在這種大背景下，如果在某個局部區域內，尤其是長期沒有國家主管網供氣的地區，能提供一種有效利用LNG氣化過程中產生的冷能的解決方案，既能實現能源升級，節能減排，也能催生冷鏈產業的發展，將具有極高的經濟和社會價值。

技術實現要素：

根據現有技術的不足，本實用新型提出一種對LNG液化天然氣集中氣化，並為區域內多類型的用氣用戶集中供氣，使氣化工廠產生持續穩定的冷能，並對冷能科學利用，配套形成粉碎加工產業、冷鏈產業、生鮮加工等產業，在實現能源升降換代的同時，節能環保，具有極高的經濟和社會價值的LNG集中氣化綜合利用系統，具體技術方案如下：

一種LNG集中氣化綜合利用系統，包括LNG存儲中心，該LNG存儲中心中的液化天然氣經過氣化工廠氣化後，接入區域供氣管網，在該區域供氣管網的終端連接區域多門類用氣用戶，所述氣化工廠還與冷能綜合利用系統連接；

所述冷能綜合利用系統包括主換熱系統，通過該主換熱系統與氣化工廠實現冷能交換，在該主換熱系統上溫度從低到高依次連接有粉碎加工系統、生物冷凍系統、凍庫系統、和高溫冷藏系統。

本系統是這樣實現的，因實行了集中供氣，且一個區域內用氣用戶類型多樣，可保證氣化的持續和相對穩定性，採用主換熱系統和氣化工廠所產生的冷能進行交換，根據LNG氣化的溫度變化特點，通過粉碎加工系統、生物冷凍系統、凍庫系統、和高溫冷藏系統分級利用冷能，使冷能的利用率達到最高，實現綠色循環利用方式，可有效減輕前期項目投入的壓力，以及可最大限度的降低氣價，加之其冷能是附屬品，可實現氣價、冷能價雙降的格局。

為更好的實現本實用新型，可進一步為：

在所述粉碎加工系統的前端還設置有冷能發電系統，針對深冷部分的冷能，利用冷能發動系統，轉換成電能，冷能轉換速度快，效率高，並且轉換成的電能可供系統使用，甚至可上網銷售，產生經濟效益，在所述高溫冷藏系統的後端還設置有空調冷凝水系統，所述冷能發電系統和空調冷凝水系統均與所述主換熱系統連接，在系統的後端產生的7℃冷凝水通過盤罐風機，可供中央空調直接使用，尤其在南方地區，氣溫比較高，因此可節省大量能源。

在所述粉碎加工系統和冷能發電系統間還設置有冷能存儲系統。採用相變材料，將富餘的冷能進行儲存，可有效解決氣化量受到晝夜氣化不均衡的影響。

在所述高溫冷藏系統和空調冷凝水系統間還設置有製冰系統，該製冰系統與所述主換熱系統連接。製冰系統一方面自身便是一個巨大的產業，豐富產業結構，尤其是在南方地區，工業、餐飲、生活、遠洋捕魚業等各個方面對冰的需求量巨大；另一方面，在氣化工廠冷能不充足的情形下，也可以利用冰釋放冷能，補充其他系統對冷能的需求。

在所述氣化工廠與區域供氣管網間還連接有天然氣發電系統，該天然氣發電系統為電製冷系統供電，該電製冷系統可分別為所述生物冷凍系統、凍庫系統、和高溫冷藏系統製冷。在氣化工廠氣化量嚴重不足的情形下，可啟動天然氣發電系統，加大氣化量，提供冷能，同時採用用電製冷方式，同時為各個系統提供冷能，保證各個冷凍系統的正常運行。

所述區域多門類用氣用戶為居民用氣端、工業用氣端和加氣站等。

本實用新型的有益效果為：採用區域集中氣化，集中供氣，使其冷能產出持續穩定，不僅有效的解決了地區能源改造升級問題，同時可形成完整的冷能利用產業鏈，具有可觀的經濟和社會價值，該經濟價值也可彌補前期建設工程的費用，降低投入，真正實現綠色環保和循環經濟的綜合利用模式；對冷能的階梯式應用，可最大限度的防止能量損失；同時，採用冷能存儲系統、天然氣發電系統以及製冰系統的引入，有效解決了氣化晝夜、季節不穩定，或者其它人為、自然因素導致的氣化不穩定因素，保證冷能利用中的各個系統安全、高效運行。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型中換熱系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護範圍做出更為清楚明確的界定。

如圖1所示：一種LNG集中氣化綜合利用系統，包括LNG存儲中心，通過槽車將液化天然氣集中運輸至LNG存儲中心，該LNG存儲中心中的液化天然氣經過氣化工廠氣化後，接入區域供氣管網，在該區域供氣管網的終端連接居民用氣端、工業用氣端和加氣站等，所述氣化工廠還與冷能綜合利用系統連接；

如圖2所示：所述冷能綜合利用系統包括主換熱系統，通過該主換熱系統與氣化工廠實現冷能交換，在該主換熱系統上溫度從低到高依次連接有冷能發電系統、冷能存儲系統、粉碎加工系統、生物冷凍系統、凍庫系統、高溫冷藏系統、製冰系統和空調冷凝循環水系統；

在氣化工廠與區域供氣管網間還連接有天然氣發電系統，該天然氣發電系統為電製冷系統供電，該電製冷系統可分別為所述生物冷凍系統、凍庫系統、和高溫冷藏系統製冷。

採用上述系統的LNG集中氣化綜合利用系統的方法，具體步驟如下，

步驟一：氣化工廠持續氣化，產生冷能；

步驟二：通過換熱系統，氣化工廠所產生的冷能在-170～-120度區間與冷能發電系統換熱，在-120～-80度區間與粉碎加工系統換熱，在-80～-40度區間與生物冷凍系統換熱，在-40～-10度區間與冷凍系統換熱，在-10～0度區間分別與高溫冷藏系統和製冰系統換熱，在0-7度與空調冷凝循環水系統進行換熱，完成液化天然氣的氣化過程，供給供氣管網；

步驟三：系統的控制中心判斷冷能的充足性，當冷能有富餘，則進入步驟四，不足則進入五；

步驟四：開啟冷能存儲系統，在-120～-80度區間進行熱交換，吸收冷能，如在用氣高峰期，冷能充足，則可開啟；

步驟五：如在夜晚等用氣低谷時段，開啟冷能存儲系統，釋放冷能，滿足其它系統冷能需求，再次判斷冷能充足性，仍然不足，進入下一步；

步驟六：關閉冷能發電系統，再次判斷冷能充足性，仍然不足，進入下一步；

步驟七：關閉粉碎加工系統，再次判斷冷能充足性，仍然不足，進入下一步；

7.1關閉所述製冰系統，並利用該製冰系統釋放冷能分別為所述生物冷凍系統、冷凍系統、冷藏系統和高溫冷藏系統補充冷能，再次判斷冷能充足性，仍然不足，進入步驟八；

步驟八：啟動天然氣發電系統，加大氣化量，增加冷能，同時該天然氣發電系統產生的電能驅動電製冷系統，補充生物冷凍系統、冷凍系統、冷藏系統和高溫冷藏系統不足的冷能。

本實施例將本實用新型涉及的系統和方法擬應用在廣東江門的臺山地區，產生的效益估算如下：臺山一年的用氣量暫按5億M3/年估算，為36.2319萬噸，其LNG冷能為8333萬KWh，內含電能價值為1.9249億元；以理論上70％利用率計算，實際可綜合利用的冷能為5833萬KWh；如果採用電製冷方式製造這麼大量的冷能，機械耗能與冷能的一般比值係數-30℃以上是2.64倍，如果要達到-30℃至-162℃以下的超冷級別，採用電製冷方式的比值係數會成倍增加，而超冷級別冷源卻有很大的經濟利用價值,一般增加係數平均在11.5以上，同樣以臺山為例，僅以2.64倍的係數計算，要產生上述可利用冷能則需電能消耗1.9249億KWh，按0.7元/度折算，合人民幣1.3474億元。現以江門現有最大的2.5萬噸級遠洋凍庫對比，該凍庫年冷能量為594萬KWh，臺山建成該項目後可以為相當於9.82個江門遠洋凍庫提供冷能。或者可以建設24.5萬噸級以上的凍庫，而且冷能是附產品。其經濟和社會價值巨大。