LNG恒温气化的海水换热系统的制作方法

lng恒温气化的海水换热系统
技术领域
1.本发明属于lng气化换热技术领域，具体涉及一种lng恒温气化海水换热系统。


背景技术：

2.海水气化器包括开架式海水气化器(orv)和中间介质换热器(ifv)，是液化天然气(lng)接收站最常用的气化器，在整个接收站工艺中发挥着重要作用。此类气化器利用海水作为气化lng的热源，将lng气化为天然气(ng)，具有能耗低、零污染的特点。
3.根据《液化天然气接收站工程设计规范》(gb51156-2015)的相关要求，为了保护海洋环境，加热介质海水的温降不允许超过5℃。另外，单台气化器lng入口的流量、压力和温度是维持恒定的，已投产运行接收站内的海水气化器换热能力(传热系数u和换热面积a乘积)是根据海水最低温度工况来确定。lng接收站的海水气化工艺是一种变温气化lng的换热系统，一旦海水气化器选型确定后，气化器出口ng的温度随着海水温度的变化而不同，同时海水温度也直接影响气化lng所需海水用量。根据实际运行经验和设计软件模拟可知，随着海水入口温度逐渐升高，为维持海水温降不超过5℃，气化器出口ng的温度不断增加，同时气化lng所需海水流量逐渐增大，此时大量的海水热量被气化器出口ng吸收，使得ng温度高于所要求的温度，造成热量的浪费。例如南方沿海lng接收站在实际运行中orv出口ng温度超过25℃以上，远超下游外输管网最低温度要求(0℃或2℃)，海水高温工况所需海水用量高出低温工况10％。
4.为了充分保证lng接收站生产运行的安全可靠，设计过程中海水泵的额定流量、海水气化器性能、入口调节阀工作范围均需根据最高海水温度工况进行选型。这增大了取排水的能力、海水泵的流量、海水管线的尺寸、气化器的机械强度、调节阀的选型难度，增加了lng接收站的建设投资。另外，lng接收站投产后，由于海水泵的额定流量高于平均海水温度和最低海水温度下气化lng所需海水用量，加大了海水泵运行能耗，不利于接收站运行的提质增效。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决lng气化换热效率低、热量浪费的问题，本发明提供了一种lng恒温气化海水换热系统，该系统包括总控中心、海水供应系统、lng供应系统、海水气化器、ng接收管网系统和海水排出系统，所述海水供应系统、所述lng供应系统、所述海水气化器、所述ng接收管网系统、所述海水排出系统均与所述总控中心通信连接；
6.所述海水供应系统通过海水气化器入口管线与所述海水气化器连接；
7.所述海水供应系统通过旁路海水管线与所述海水排出系统连接；
8.所述lng供应系统通过入口lng管线与所述海水气化器连接；
9.所述海水气化器通过海水气化器出口海水管线与所述旁路海水管线连通；
10.所述海水气化器通过出口ng管线与所述ng接收管网系统连接；
11.所述入口lng管线上设置有流量检测控制装置、第一流量调节装置；所述出口ng管线上设置有温度检测组件、压力检测控制装置；所述海水气化器入口管线上设置有第二流量调节装置；
12.所述流量检测控制装置与所述压力检测控制装置为串级控制；
13.所述流量检测控制装置与所述温度检测组件为超驰控制；
14.所述第二流量调节装置与所述温度检测组件信号连接，所述第二流量调节装置基于所述温度检测组件检测的温度信息进行所述海水气化器入口管线的流量调节。
15.在一些优选实施例中，所述温度检测组件包括第一温度测量控制仪表和第二温度测量控制仪表，所述第一温度测量控制仪表、所述第二温度测量控制仪表独立设置，均用于检测所述出口ng管线的ng温度；
16.该系统还设置有比选控制器，所述比选控制器设置于所述第一温度测量控制仪表与所述流量检测控制装置之间，并且所述比选控制器设置于所述第一温度测量控制仪表与所述第一流量调节装置之间；所述第一温度测量控制仪表、所述流量检测控制装置、所述第一流量调节装置均与所述比选控制器信号连接；
17.所述第二温度测量控制仪表与所述第二流量调节装置信号连接。
18.在一些优选实施例中，在工作过程中，所述流量检测控制装置基于所述压力检测控制装置检测的管线异常压力信息发送第一指令至所述比选控制器，所述第一指令为启动所述第一流量调节装置进行lng的流量调节以满足所述压力检测控制装置检测的压力要求；
19.当所述第一温度测量控制仪表检测到管线异常温度信息时，则发送第二指令，所述第二指令为启动所述第一流量调节装置进行lng的流量调节以满足所述第一温度测量控制仪表检测的温度要求；
20.当所述管线异常温度信息为温度高于温度阈值信息时，所述比选控制器则执行所述流量检测控制装置发送的第一指令；
21.当所述管线异常温度信息为温度低于温度阈值信息时，所述比选控制器执行所述第一温度测量控制仪表发送的第二指令。
22.在一些优选实施例中，所述入口lng管线上还设置有第一切断阀，所述第一切断阀与所述总控中心信号连接；所述总控中心通过所述第一切断阀控制所述lng供应系统与所述海水气化器的通断。
23.在一些优选实施例中，所述出口ng管线上还设置有第二切断阀、计量撬、第三切断阀，所述第二切断阀、所述计量撬、所述第三切断阀均与所述总控中心信号连接；
24.所述第二切断阀、所述计量撬沿着所述出口ng管线的流向依次设置于所述第二温度测量控制仪表之后；所述第三切断阀设置于所述压力检测控制装置的外侧，以控制与所述ng接收管网系统的通断。
25.在一些优选实施例中，所述海水气化器出口海水管线上设置有海水气化器出口温度测量仪表，所述海水气化器出口温度测量仪表与所述总控中心信号连接；所述海水气化器出口温度测量仪表用于检测所述海水气化器出口海水管线的海水温度。
26.在一些优选实施例中，所述海水气化器出口海水管线与所述旁路海水管线汇合后与汇合海水管线连通，所述汇合海水管线上设置有第三温度测量控制仪表，以检测排放入
海的海水温度。
27.在一些优选实施例中，所述流量检测控制装置为流量测量控制仪表；
28.所述第一流量调节装置为第一调节阀；
29.所述第二流量调节装置为第二调节阀；
30.所述压力检测控制装置为压力测量控制仪表。
31.在一些优选实施例中，所述旁路海水管线上还设置有第三流量调节装置，所述第三流量调节装置与所述总控中心信号连接；在工作过程中，所述总控中心通过所述第三流量调节装置控制所述旁路海水管线的通断。
32.在一些优选实施例中，所述海水气化器为orv或ifv。
33.本发明的有益效果为：
34.1)通过本发明公开的一种lng恒温气化海水换热系统，有效避免海水热量被ng带走，有效降低lng接收站海水用量，使得海水泵能耗节约5％-10％；
35.2)有效减少lng接收站海水用量利于海洋环境保护；
36.3)有效减少lng接收站海水用量，降低了取排水口工程、工艺海水泵、海水气化器的投资；
37.4)通过本发明公开的lng恒温气化海水换热系统，在满足lng气化换热的同时，有效保证海水用量不随温度的变化而改变，使得海水泵和海水气化器的选型难度降低。
附图说明
38.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
39.图1是本发明的一种具体实施例的示意图。
40.附图标记说明：
41.10、入口lng管线；11、第一切断阀；12、流量测量控制仪表；13、第一调节阀；14、比选控制器；20、入口海水管线；21、海水气化器入口管线，211、海水气化器入口温度测量仪表，212、第二调节阀；22、旁通海水管线，221、第三调节阀；30、海水气化器；40、海水气化器出口海水管线，41、海水气化器出口温度测量仪表；50、出口ng管线；51、第一温度测量控制仪表；52、第二温度测量控制仪表；53、第二切断阀；54、计量撬；55、压力测量控制仪表；56、第三切断阀；60、ng接收管线；70、汇合海水管线，71、第三温度测量控制仪表；1、第一信号线；2、第二信号线；3、第三信号线；4、第四信号线；5、第五信号线。
具体实施方式
42.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
43.本发明提供了一种lng恒温气化海水换热系统，该系统包括总控中心、海水供应系统、lng供应系统、海水气化器、ng接收管网系统和海水排出系统，其中，海水供应系统、lng供应系统、海水气化器、ng接收管网系统、海水排出系统均与总控中心通信连接；海水供应系统通过海水气化器入口管线与海水气化器连接；海水供应系统通过旁路海水管线与海水排出系统连接；lng供应系统通过入口lng管线与海水气化器连接；海水气化器通过海水气
化器出口海水管线与旁路海水管线连通；海水气化器通过出口ng管线与ng接收管网系统连接。
44.入口lng管线上设置有流量检测控制装置、第一流量调节装置；出口ng管线上设置有温度检测组件、压力检测控制装置；海水气化器入口管线上设置有第二流量调节装置；流量检测控制装置与压力检测控制装置为串级控制；流量检测控制装置与温度检测组件为超驰控制；第二流量调节装置与温度检测组件信号连接，第二流量调节装置基于温度检测组件检测的温度信息进行海水气化器入口管线的流量调节。
45.以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
46.参照附图1，本发明提供了一种lng恒温气化海水换热系统，该系统包括总控中心、海水供应系统、lng供应系统、海水气化器、ng接收管网系统和海水排出系统，其中，海水供应系统、lng供应系统、海水气化器、ng接收管网系统、海水排出系统均与总控中心通信连接；
47.海水供应系统通过海水气化器入口管线21与海水气化器30连接；海水供应系统通过旁路海水管线22与海水排出系统连接；lng供应系统通过入口lng管线10与海水气化器连接；海水气化器通过海水气化器出口海水管线40与旁路海水管线22连通；海水气化器通过出口ng管线50与ng接收管网系统连接。
48.入口lng管线上设置有流量检测控制装置、第一流量调节装置；出口ng管线上设置有温度检测组件、压力检测控制装置；海水气化器入口管线上设置有第二流量调节装置；
49.流量检测控制装置与压力检测控制装置为串级控制；
50.流量检测控制装置与温度检测组件为超驰控制；
51.第二流量调节装置与温度检测组件信号连接，第二流量调节装置基于温度检测组件检测的温度信息进行海水气化器入口管线的流量调节。
52.在本实施例中，海水气化器入口管线、旁路海水管线为入口海水管线20的两个分支，一条管线用于为海水气化器提供换热所需海水，另一条用于中和海水气化器排出的海水，保证排入海中的温度为预设温度值，即保证加热介质海水的温降不超过5℃。
53.优选地，流量检测控制装置为流量测量控制仪表12；
54.优选地，第一流量调节装置为第一调节阀13；
55.优选地，第二流量调节装置为第二调节阀212；
56.优选地，压力检测控制装置为压力测量控制仪表55。
57.进一步地，温度检测组件包括第一温度测量控制仪表51和第二温度测量控制仪表52，第一温度测量控制仪表、第二温度测量控制仪表独立设置，均用于检测出口ng管线的ng温度；
58.该系统还设置有比选控制器14，比选控制器设置于第一温度测量控制仪表与流量检测控制装置之间，并且比选控制器设置于第一温度测量控制仪表与第一流量调节装置之间；第一温度测量控制仪表、流量检测控制装置、第一流量调节装置均与比选控制器信号连接；第二温度测量控制仪表与第二流量调节装置信号连接。
59.在工作过程中，流量检测控制装置基于压力检测控制装置检测的管线异常压力信息发送第一指令至比选控制器，第一指令为启动第一流量调节装置进行lng的流量调节以满足压力检测控制装置检测的压力要求；
60.当第一温度测量控制仪表检测到管线异常温度信息时，则发送第二指令，第二指令为启动第一流量调节装置进行lng的流量调节以满足第一温度测量控制仪表检测的温度要求；
61.当管线异常温度信息为温度高于温度阈值信息时，比选控制器则执行流量检测控制装置发送的第一指令；
62.当管线异常温度信息为温度低于温度阈值信息时，比选控制器执行第一温度测量控制仪表发送的第二指令。
63.在本实施例中，比选控制器是对流量测量控制仪表的信号和第一温度测量控制仪表的信号进行比选的选择控制器，选择两者低值的信号进行对应指令的执行。
64.在本实施例中，压力测量控制仪表与流量测量控制仪表通过第一信号线1连接；第一温度测量控制仪与比选控制器通过第二信号线2连接；流量测量控制仪表与比选控制器通过第三信号线3连接；第一调节阀与比选控制器通过第四信号线4连接；第二温度测量控制仪表与第二调节阀通过第五信号线5连接。
65.进一步地，入口lng管线上还设置有第一切断阀11，第一切断阀与总控中心信号连接；总控中心通过第一切断阀控制lng供应系统与所述海水气化器的通断。
66.进一步地，出口ng管线上还设置有第二切断阀53、计量撬54、第三切断阀56，第二切断阀、计量撬、第三切断阀均与总控中心信号连接；第二切断阀、计量撬沿着出口ng管线的流向依次设置于第二温度测量控制仪表之后；第三切断阀设置于压力检测控制装置的外侧，通过ng接收管线60与ng接收管网系统连接，以控制ng接收管线的通断；计量撬用于计量天然气(即ng)的流量。
67.海水气化器出口海水管线上设置有海水气化器出口温度测量仪表41，海水气化器出口温度测量仪表与总控中心信号连接；海水气化器出口温度测量仪表用于检测海水气化器出口海水管线的海水温度。
68.海水气化器出口海水管线与旁路海水管线汇合后与汇合海水管线70连通，汇合海水管线上设置有第三温度测量控制仪表71，以检测排放入海的海水温度。
69.优选地，第二流量调节装置为第二调节阀212。
70.进一步地，旁路海水管线上还设置有第三流量调节装置(即第三调节阀221)，第三流量调节装置与总控中心信号连接；在工作过程中，总控中心通过第三流量调节装置控制旁路海水管线的通断。
71.进一步地，海水气化器入口管线上还设置有海水气化器入口温度测量仪表211，以实时获取进入海水气化器的海水温度；海水气化器入口温度测量仪表与总控中心信号连接。
72.优选地，海水气化器可以为orv或ifv。
73.在本发明中，lng进入海水气化器内管道与海水(orv)或丙烷(ifv)换热，气化后满足下游管网最低温度要求的ng经过计量撬，然后进入外输管网(即ng接收管网系统)。通常海水气化器入口lng压力为7mpag-10mpag，高于lng的临界压力，所以该压力下lng为临界流体，没有气液界面，也没有潜热。
74.在本发明中，第一温度测量控制仪表、第二温度测量控制仪表用于检测海水气化器出口ng温度t2；第三温度测量控制仪表用于检测排放海水温度t2；海水气化器入口温度测
量仪表用于检测环境海水温度t1；海水气化器入口lng温度t1为已知参数；为了保证lng恒温气化，既保证t2为预设的温度，则需要根据出口ng管线检测的实时温度以及下游管网的需求对出口ng管线造成的压力变化进行调节。
75.在出口ng管线上，第一温度测量控制仪表、第二温度测量控制仪表用于检测海水气化器出口ng温度t2，压力测量控制仪表用于检测出口ng管线的压力变化，在本实施例中，与压力测量控制仪表进行对应是流量测量控制仪表，即流量测量控制仪表与压力测量控制仪表组成串级控制，流量测量控制仪表传输信号至比选控制器；第一温度测量控制仪表检测温度信息并传给比选控制器，第一温度测量控制仪表与流量测量控制仪表构成超驰控制，即海水气化器出口ng温度超驰控制流量。
76.在工作过程中，流量检测控制装置基于压力检测控制装置检测的管线异常压力信息发送第一指令至比选控制器，第一指令为启动第一流量调节装置进行lng的流量调节以满足压力检测控制装置检测的压力要求；当第一温度测量控制仪表检测到管线温度异常时，则发送启动第一流量调节装置进行lng的流量调节以满足第一温度测量控制仪表检测的温度要求。
77.进一步地，当管线异常温度信息为海水气化器出口ng温度高于温度阈值信息时，比选控制器则执行流量检测控制装置发送的第一指令，启动第一流量调节装置(即第一调节阀)进行lng的流量调节以满足压力检测控制装置检测的压力要求。
78.当管线异常温度信息为温度低于海水气化器出口ng温度阈值信息时，比选控制器执行第一温度测量控制仪表发送的第二指令，启动第一流量调节装置进行lng的流量调节以满足第一温度测量控制仪表检测的温度要求。换言之，如果海水气化器出口ng管线中的ng温度过低时，可通过第一温度测量控制仪表屏蔽流量测量控制仪表的流量控制，海水气化器入口lng管线上第一调节阀由第一温度测量控制仪表控制而减小开度，直到海水气化器出口ng管线中的ng温度达到设定值，满足输出温度要求。
79.海水经海水泵提升后，一部分海水通过入口海水管线进入海水气化器，另一部分海水则通过旁路海水管线与海水气化器排出的海水进行混合，混合后的海水经过海水管线外排入海。海水气化器入口海水管线上的海水气化器入口温度测量仪表用于检测海水温度，海水气化器入口海水管线上的第二调节阀通过调节阀门开度调节进入海水气化器的海水流量，海水气化器出口ng管线上的第二温度测量控制仪表所测得的温度信号通过第五信号线送至海水气化器入口海水管线上的第二调节阀，控制海水气化器入口海水管线上第二调节阀调节海水流量，直到海水气化器出口ng管线中的ng温度达到设定值，满足输出温度要求。
80.在本发明中，q＝q
sw
·cp,sw
·
(t
1-t2)；
81.q＝q
lng
·
δh
·
(t
2-t1)；
82.q＝q
′
sw
·cp,sw
·
(t
1-t3)；
83.t
1-t2＝c；
84.其中，q为海水与lng的换热量，kj/h；
85.q
sw
为进入海水换热系统的海水流量，kg/h；
86.q
′
sw
为进入海水气化器的海水流量，kg/h；
87.q
lng
为进入海水气化器的lng流量，kg/h；
88.t1为环境海水温度；
89.t2为排放海水温度，℃；
90.t3为海水气化器海水温度，必须大于海水结冰温度；
91.t1为海水气化器入口lng温度；
92.t2为海水气化器出口ng温度；
93.c
p,sw
为海水比热容，kj/kg.℃；
94.c为常数，小于等于5℃；
95.δh为lng和ng的质量比焓差；
96.由上可知，要想保持海水气化器出口ng温度为要求的范围值，则可进行进入海水气化器的lng流量的调节。
97.与常规设计不同，在本系统中将控制t2为工艺生产要求的最低温度，另外实际运行过程中t1仅在很小的范围波动，亦可视为常数，因此当q
lng
不变时，该系统的换热量将不再随着海水温度的变化而改变。
98.本系统要求排出海水与抽取海水的温差为定值(不超过5℃)时，此时系统所需海水量q
sw
亦为恒定；即此值为海水泵的选型依据。
99.当t1为海水气化器可满负荷工作的最低温度t
1，low
时，进入系统的海水q
sw
全部进入海水气化器，即，
100.q
′
sw
＝q
sw
；
101.t3＝t2；其中，t3为海水气化器出口海水管线的温度。
102.该工况为海水气化器的选型工况，海水气化器传热基本方程为：q＝uaδtm[0103][0104]
其中，u为海水换热器传热系数；
[0105]
a为海水换热器传热面积；
[0106]
δtm为对数平均温差。
[0107]
由上可得，
[0108]
随着海水温度升高，δtm是在不断增加的，因此如果ua为定值，则无法实现本系统内海水与lng的换热量q为定值，仍将有余热被ng带走。因此在这种实施例中，优选换热面积可调的海水气化器。
[0109]
根据orv和ifv的构造，海水经过管程的ifv具备实施可行性，综合考虑换热器本身适用的温降范围和ifv出口海水温度高于结冰温度的要求，其换热能力的可调范围应在60％-100％。
[0110]
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲
突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
[0111]
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0112]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0113]
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
[0114]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。