当前位置：文档之家 › LNG冷能利用冷库的流程模拟计算

LNG冷能利用冷库的流程模拟计算

  • 格式：pdf
  • 大小：241.24 KB
  • 文档页数：4

《冷藏技术）２００８年９月第３期（总１２４期）　

ＬＮＧ冷能利用冷库的流程模拟计算　

曹文胜　

（集美大学机械工程学院，厦门　３６１０２１）　

摘要阐述了液化天然气（ＬＮＧ）冷量火用数学模型和冷量火用特性分析，介绍了ＬＮＧ冷能利用冷库　

制冷循环的原理并进行了流程模拟计算。我国液化天然气的冷能利用潜力巨大，在兴建ＬＮＧ接收站时，应　

当重视采用该项技术，有效回收ＬＮＧ的冷能，节省能源。　关键词Ｉ２ｑＧ冷能利用冷库流程模拟计算　

ＬＮＧ是天然气经过脱酸、脱水处理，通过低温　

工艺冷冻液化而成的低温（一１６２℃）液体混合物。　

每生产一吨Ｉ．／￣Ｃ－的动力及公用设施耗电量约为　

８５０ｋＷｈ，而在ＬＮＧ接收站，一般又需将ＬＮＧ通过气　

化器气化后使用，气化时放出很大的冷量，其值大　

约为８３０ｋｌ／ｋｇ（包括液态天然气的气化潜热和气态　

天然气从储存温度复温到环境温度的显热）。这一　

部分冷能通常在天然气气化器中随海水或空气被　

舍弃了，造成了能源的浪费。为此，通过特定的工　

艺技术利用ＬＮＧ冷量，可以达到节省能源、提高经　

济效益的目的。国外已对ＬＮＧ冷能的应用展开了　

广泛研究，并在低温发电、冷冻食品及空气液化等　

方面达到实用化程度，经济效益和社会效益非常明　显。本文主要针对Ｉ．，ＮＧ冷能利用冷库展开讨论。　

１　ＬＮＧ冷量炯　

１．１　ＬＮＧ冷量奶１分析数学模型　

炯分析是能量系统的一种重要分析方法，应用　

焖分析可揭示能量系统内不可逆损失分布、成因及　

大小，为合理利用能量提供重要理论指导。天然气　

液化是高能耗过程，Ｉ＿，ＮＧ冷量又有较大应用价值，　因此对Ｉ＿．ＮＧ实施炯分析是高效设计天然气液化装　

置、冷量利用装置的前提。　

ｉＧ是以甲烷为主，包括氮、乙烷、丙烷等组分　

的低温液体混合物，与外界环境存在着温度差和压　

力差。其冷量即为ＬＮＧ变化到与外界平衡状态所　能获得的能量，所以采用炯的概念可以对ＬＮＧ的冷　

量进行评价。　

ＬＮＧ的冷量炯ｅ　可分为压力Ｐ下由热不平衡　

引起的低温炯　。　和环境温度下由力不平衡引起　

的压力炯ｅ　，即　

ｅ　（Ｔ，Ｐ）＝。枷＋ｅ卒　（１）　

其中ｅ　＝ｅ，（Ｔ，Ｐ）一ｅ　（Ｔｏ，Ｐ）　（２）　

ｅ　＝ｅ，（Ｔｏ，Ｐ）一ｅ　（　，Ｐ０）　（３）　

ＬＮＧ在定压下由低温升高到　的过程中发生　

沸腾相变。设ＬＮＧ为在温度　下处于平衡状态　

的两相物质，气化潜热为ｒ，相应潜热炯为　

（　Ｔｏ－１）ｒ，加上从　到％气体吸热的显热堋，则　

其低温炯￣ｓ，ｌｈ为　

ｅ　，　＝（弓　一－）ｒ＋．『　ｃ　（・一　）ｄ　ｃ４，　

压力堋ｅ　为　

ｅ　：ｅ　（ｒｏ，Ｐ）：ｒＩ　呻　（５）　

ｏ　式中ｃ　为天然气定压比热，　为天然气比容，　

Ｐ。为环境压力。　

ＬＮＧ是低温多组分液体混合物，其相变潜热、　

平均泡点温度等与压力、组分等有密切关系。气化　

后的气体如压力较高，则性质偏离理想气体。因此　

要对式（４）和式（５）进行计算，必须建立１．２＇／Ｇ相平衡　

一２７

—　维普资讯 http://www.cqvip.com 《冷藏技术））２００８年９月第３期（总１２４期）　

关系，采用真实流体状态方程进行分析。　

１．２　ＬＮＧ冷量ｊ舛ｌ特性分析　许多因素影响到ＬＮＧ冷量炯的大小。根据前　

述ＬＮＧ冷量炯数学模型，下而对环境温度、系统压　

力及各组分含量等因素对ＬＮＧ冷量炯的影响进行　

分析。　

１．２．１环境温度的　影响　

图１示出压力不变时，某种典型ＬＮＧ混合物冷　量焖随环境温度　的变化。随环境温度增大，ＬＮＧ　

低温炯、匪力媚及总冷量焖均随之增大，这与烟的定　

义相一致。这也说明ＬＮＧ冷量炯应用效率与环境　

温度有较大关系，环境温度增大，ＬＮＧ冷量炯应用　

值将随之增大。　

图１　Ｉ＿ＮＧ斓随环境温度的变化（Ｐ＝１．０１３ＭＰａ）　

图２　Ｉ＿．ＮＧ焖随系统压力的变化（　＝２．８３Ｋ｝　

１．２．２系统压力Ｐ的影响　图２示出环境温度不变时某种典型ＬＮＧ混合　物冷量炯随系统压力的变化情况。随着ＬＮＧ系统　

压力的增大，其压力炯将增大，这与压力炯定义相　

一致。但ＬＮＧ低温焖却随之降低，主要原因是：　

①由于压力增大，液体混合物泡点温度升高，使达　到环境热平衡温差降低；②随着压力增大，液体混　

一２８一　合物接近临界区，致使汽化潜热降低。ＬＮＧ总冷量　焖可由低温烟与压力炯相加获得，其值随压力升高　

而呈降低趋势，但当Ｐ＞２ＭＰａ时其趋势趋于平缓。　１．２．３　ＬＮＧ组成的影响　ＬＮＧ是多组分液体混合物，混合物组成成分和　各组分比例不同均会影响ＬＮＧ冷量煳。由于ＬＮＧ　

组成成分和组分比例变化很大，这里仅讨论由甲烷　和乙烷两种组分在不同比例下ＬＮＧ的冷量焖。图　３表示Ｐ＝１．０１３ＭＰａ，Ｔ：２８３Ｋ时，ＬＮＧ冷量焖随混　

合物中甲烷含量的变化关系。在系统压力、环境温　

度不变时，ＬＮＧ低温媚、压力炯及总冷量烟均随甲　

烷的摩尔分数　（ｃＨＩ）增加而增加。这是由于在系　

统压力不变时，甲烷摩尔分数增加，则混合物泡点　

温度可降低，增大了达到环境温度热平衡的温差，　使低温堋增大；而随着甲烷摩尔分数增加，气体混　

合物分子摩尔质量降低，这也使得单位质量混合物　的压力焖增大（对理想气体，单位摩尔体积压力焖　不变，与组成无关）。这样，随甲烷摩尔分数增加，　

ＬＮＧ总冷量焖也随之增加。　

图３　Ｉ．ＮＧ焖随甲烷摩尔分数的变化（　＝２豁Ｋ）　

２　ＬＮＧ冷能利用冷库　

食品的腐坏主要是由于产品发生了生物化学　

反应，而低温环境可以延缓生物化学反应，使食品　

能够保存较长时间。目前，低温冷藏食品的工艺已　

在世界范围内被广泛采用。例如，为防止腐坏变　

质，深海捕捞的金枪鱼必须储存在一５０～一５５℃的　

冷库里。　

传统的冷库采用压缩机制冷装置维持冷库的　

低温，电耗很大。若利用１．５１Ｇ的冷能作为冷库的　

冷源，将载冷剂冷却到低温，然后通过载冷剂循环　

冷却冷库，可以简化制冷系统，极大地降低电耗。

　维普资讯 http://www.cqvip.com 《冷藏技术）２００８年９月第３期（总１２４期）　

图４为回收液化天然气冷能用于冷库的制冷装置　

示意图。液化天然气储罐ｌ中一１６２℃的液化天　

然气经液化天然气泵２进入换热器３的管程，与来　自库房蒸发器６进入换热器３壳程的丙烷制冷剂　

蒸汽逆流进行热交换，吸收热量后的液化天然气汽　

化成天然气，经气体加热器４加热恢复到常温后输　

入用户；同时，放出热量的丙烷制冷剂蒸汽冷凝成　

液态制冷剂，经制冷剂泵５送人库房的蒸发器６　

内，制冷剂在蒸发器６中蒸发，通过轴流风机７与　

库房内循环流动的空气进行热交换，吸收库房内空　

气的热量，使冷库库房的温度降为一４５℃左右，达　

到超低温制冷的目的。　

■　。　

图４　回收液化天然气冷能用于冷库的制冷装置示意图　

３模拟计算　

利用ＨＹＳＹＳ软件对冷能利用冷库制冷循环进　

行了模拟计算，流程图见图５。　

图５冷能利用冷库制冷循环流程图　

制冷循环流程中各节点热力参数见表Ｉ和表　

２，性能参数见表３。　表ｌ图５所示制冷循环各节点参数　

节点序号　温度／￣Ｃ压力／ｋＰａ流量／（ｋｍｏＶｈ）气相分率　

表２图５所示制冷循环各节点组分的摩尔分数　

节点状态　ＣＩ－ｌ，　ｉＧＨｌ０　ｎＣ，ＨＩｏ　ｌ气相０．∞　５６　０．９６１＠０．００Ｄｌ　一　一　一　ｌ液相　０．∞　４∞Ｏ．８　２ｓ　０．０Ｂ４６４９　Ｏ．Ｏｌ３Ｓ８７　０．∞ｌＯ４５　０．０嘞０　２气相０．０Ｂ１２２　０．９∞６ｓ６　Ｏ．０６ｌ９５６　０．００　０．０Ｏ００１ｌ　０．０００００８　２液相　０．∞ＩⅡ７　０．０日０ｌ　０．５４４８蹈０．　９３４ｌ　０．０２５呕５　０．∞Ｑｓ】７　

根据表中的数据可以得出：利用ＩＢＧ冷能的　

制冷循环几乎不需要消耗能量，就可以满足冷库制　

冷量的需求，库房温度达到一４５℃以下，极大地减　

少了运行成本。此外，该制冷循环不需要压缩机，　

简化了流程，显著降低了初投资。　

４结束语　

国外已对ＬＮＧ冷量的应用展开了广泛、深入　的研究，并在冷量发电、冷冻食品、空气液化、制取　

干冰以及低温粉碎方面获得应用，经济效益和社会　

效益非常明显。近十年来，中国的液化天然气　（ＬＮＧ）产业已起步，在液化天然气链的每一环节上　

都有所发展。尤其是近几年内，在某些环节上有较　

大的进展，比如ＬＮＧ工厂、ＬＮＧ接收站、罐式集装　

箱和液化天然气船等的开发建造。ＬＮＧ接收站是　

ＬＮＧ工业链的重要一环，在接收站，大量低温的　

ＬＮＧ蕴藏着数量可观的冷能。当前我国在兴建　ＩＢＧ接收站时，应当重视采用该项技术，有效回收　

ＬＮＧ的冷量，节省能源。　由于液化天然气基地一般都设在港口附近，一则　方便船运，二则通常的汽化　居　海水的热交换实现　

的。而大型的水产冷库基本也设在港口附近，这样力便　

一２９

—　维普资讯 http://www.cqvip.com 《冷藏技术）２ｏ０８年９月第３期（总１２４期）　

（上接第２６页）　

３《压力管道安全技术监察规程——（工业管道）》　

（征求意见稿）ＺＳＧ　Ｄ０００１￣２００１　

４《压力容器定期检验规则》　ｒＩＳＧ　Ｒ７００１—２００４　

一ｌｌ一４　５《压力容器定期检验规则》释义　

６《在用工业管道定期检验规程》　国家质检总局　国质检锅字（２０ｏ３）１０４＃文　

７《压力容器检验规范——维护检验、定级、修理　

和改造》ＳＹ／Ｔ６５０７—２０００　

８《石油工业在用压力容器检验的推荐作法》　

Ｓ　，１＇（ｒ５５２—２Ｏ０３　

—３０—　９《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》ＧＢ　

９２３７—２００１　ｌＯ《无损检测＞ＪＢ／４７３０—２００５　１１＜压力管道规范一工业管道＞　ＧＢ／Ｔ２０８０１—　

２０ｏ６　１２《冷库设计规范＞ＧＢ５００７２—２００１　１３《食品工业制冷安全技术》　边增林　张维秋　

编著中国轻工业出版社　

１４《压力管道技术＞（第二版）　岳进才　编　著　

中国石化出版社　维普资讯 http://www.cqvip.com

合集下载

LNG接收站工艺流程模拟计算

LNG接收站工艺流程模拟计算

LNG接收站工艺流程模拟计算

宋鹏飞;侯建国;陈峰

【摘 要】One of the most essential parts in the design stage of LNG

terminal project was using software to simulate the process. HYSYS

software was used to build a model to simulate a LNG receiving terminal,

and the key factors influencing the simulation results were analyzed. Based

on the results, it was believed that the station would have the largest

amount of BOG when no gas or liquid product was exported and LNG was

unloading, and during loading the export load was highest when the

amount of gas output was largest. Using recondenser to recycle BOG and

medium or high-pressure BOG compressor to output gas directly could

reduce BOG venting when gas or liquid product output was small.%采用软件对LNG接收站工艺流程进行静态模拟计算是LNG接收站工艺设计最重要的工作之一。采用HYSYS软件建立模型并开展研究，分析了影响模拟结果准确性的关键因素。根据所得结果，认为在某一假设参数条件下LNG接收站在零气态外输、卸船、无槽车槽船外输的工况的BOG量最大；在最大气态外输、装车、装船工况下低压外输负荷最大；采用中/高压BOG压缩机直接外输与再冷凝工艺相结合的BOG处理工艺有利于在气态外输和液态外输量较小的工况下减少放空。

浅谈LNG冷能空分

浅谈LNG冷能空分

浅谈LNG冷能空分

关键词：LNG冷能空分、单位能耗低、水耗为0、运行体会

江苏杭氧润华气体有限公司（以下简称：江苏杭氧）是由杭氧股份有限公司和香港润华（投资）有限公司共同出资筹建的一家合资公司；江苏杭氧建设并运行了由杭州杭氧股份公司设计、制造的首台国产冷能利用全液体空分装置，该装置是利用中石油江苏LNG接收站LNG冷能年产液氧：10.92万吨，液氮：10.08万吨，液氩0.42万吨。 现在我们从冷能空分流程、冷能空分与常规空分优势比对及冷能空分操作体会三个方面来了解一下LNG冷能空分。

一、冷能空分流程

1、LNG冷能空分能源消耗

序 号 名 称 单 位 消耗量 来 源 备注

一 原料

空气 Nm3/h ～49000 大气

二 公用工程

1 液化天然气 t/d ~1300 LNG接收站 -150℃ 9.5MPa 2 电耗 kW ~7898 外供 10kV 380V/220V

2、空气压缩、预冷、干燥

空气经自洁式空气过滤器过滤掉空气中的灰尘和机械杂质后，经空压机三级压缩至0.45Mpa的压缩空气在末级冷却器中被0度左右乙二醇水溶液冷却到4℃左右；后进入分子筛吸附器，被13X分子筛吸附去除水份、CO2、乙炔、丙烯、丙烷、等杂质。分子筛吸附器采用时间切换模式（一只使用，另外一只再生交替进行），同时严格控制加工空气中CO2含量≤1ppm。

3、空分换热和精馏

经分子筛吸附器净化后的干燥空气与来自分馏塔的氮气、污氮气、下塔压力氮气和K2蒸发氮气在主换热器中换热冷却后分成两路；一路从主换板式中部（约-168℃）抽出直接进下塔下部作为下塔下部上升蒸汽；另一路从主换板式底部（约-176℃）抽出后进K2冷凝蒸发器中被从液化塔中来的液氮进一步冷却液化成液空后经液空液氮过冷器、V2阀进上塔中上部作回流液，在精馏塔中利用上升蒸汽和下流液体中氧、氮、氩浓度差和组份差进行热、质交换，高沸点组份氮被蒸发，低沸点的氧被冷凝，经过在下塔填料中不断蒸发冷凝最终在下塔塔釜中得到32~38%左右的富氧液空，下塔顶部得到氧含量≤3ppm氮蒸汽。下塔底部富氧液空抽出后成两路，一路经液空液氮过冷器和V1阀后作为上塔中部作回流液，另一路富氧液空去粗氩Ⅱ塔顶部作冷源。

液化天然气(LNG)冷能分析及利用初步研究

液化天然气(LNG)冷能分析及利用初步研究

液化天然气(LNG)冷能分析及利用初步研究

摘要：随着我国液化天然气（LNG）产业的蓬勃发展,LNG本身蕴藏的冷能具有很大的利用价值。目前我国主要是单一方式的利用和回收,利用效率低下,从冷能的热力学性质方面入手,可以对LNG的冷能进行阶级利用,从而提高冷能的利用效率。

关键词：液化天然气；冷能分析；利用

1LNG冷量利用途径

1.1利用LNG冷能发电

将液化天然气的冷量经过回收、转化生成电能，是目前比较常用且技术成熟的一种利用方式。

根据冷量利用形式的不同，又可以将其分为两种方式：（1）膨胀发电。液化天然气在汽化时由于体积会急剧的膨大，在狭小、密闭的容器中会释放出巨大的能量，进而推动发电机发电。这种发电方式的冷能利用率通常在20%-30%之间。（2）把液化天然气当作一种冷凝剂，把冷凝机加入到冷凝器中，通过实现冷量转移，利用介质与环境的温度差带动蒸汽动力循环，完成发电。在这种发电方式中，介质的选择十分关键，例如使用丙烷作为介质，冷量利用率只有25%左右；而选择碳氢化合物作为介质，利用率可以提升至40%以上。

1.2利用LNG冷能液化分离空气

低温液化是分离空气的常用方法。根据空气中各类气体成分也液化温度的不同，可以分别分离提取到液氧、液氮、液氩等具有重要工业价值的产品。利用液化天然气冷量，可以比较方便地实现气体液化。目前已经比较成熟的技术是利用两级压缩式制冷机，先进行液化天然气冷能的回收，然后再利用冷能完成空气液化，得到液氧和液氮。从成本上来看，选用液化天然气冷量进行空气液化分离，在电能消耗、水能消耗等方面都有一定的优势，相比于传统工艺可以节约20%-40%的成本。另外，将获得的液氧收集起来利用特定的设备进行加工，还能够获得臭氧，在处理化工企业排放污水方面也具有重要作用。

1.3利用LNG冷能制取干冰

二氧化碳的液态及固态（干冰）形式，在多个领域有着重要利用。例如可以作为灭火器的主要材料；作为制冷剂或是用于人工降雨等。以往进行二氧化碳的液化或固化，需要使用复杂的设备系统，成本较高。而使用液化天然气冷量则可以更加简便和更低成本的获得想要的产品。例如，在二氧化碳液化时，传统设备需要将压力提升至3MPa以上，才能让二氧化碳气体液化；使用天然气冷量装置只需要在常压环境下（1MPa）就可以制取液态二氧化碳。在制取干冰时，需要在液态二氧化碳的基础上，进行提纯、减压得到最终产品，而使用液化天然气冷量只需要经过两级换热就可以获得干冰，保证了干冰的纯度，实际应用效果也会更好。

大型LNG储罐预冷模型及预冷参数计算

大型LNG储罐预冷模型及预冷参数计算

低温与超导　第４３卷第１１期　低温技术　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ　Ｃｒｙｏ．＆Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．　Ｖｏ１．４３　Ｎｏ．１１　

大型ＬＮＧ储罐预冷模型及预冷参数计算　

曹学文，徐艳华，彭文山　

（中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，青岛２６６５８０）　

摘要：以１６万方全容式常压ＬＮＧ储罐为例，综合考虑储罐漏热及储罐材料比热容对储罐预冷过程的影响，建　

立预冷数学模型。计算结果表明：（１）冷却速率在一３Ｋ／ｈ～一５Ｋ／ｈ内，预冷介质用量与现场数据误差最大为５％，　预冷时间的范围为３９ｈ一６４ｈ，得出最佳冷却速率一４．９Ｋ／ｈ；（２）最佳冷却速率一４．９Ｋ／ｈ下，罐内气体、９％Ｎｉ钢、铝　

吊顶、隔热层、漏热分别约占预冷介质用量的１７％、２９％、２％、４６％和６％；（３）在允许温降范围内（一３Ｋ／ｈ～一５Ｋ／　

ｈ）提高冷却速率，可以减少储罐漏热消耗的预冷介质ＬＮＧ用量。　

关键词：大型ＬＮＧ储罐；预冷模型；预冷参数；冷却速率　

ＤＯＩ：１０．１６７１１／ｊ．１００１—７１００．２０１５．１１．００４　

Ｐｒｅ—－ｃｏｏｌｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｐｒｅ—－ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ——ｓｃａｌｅ　ＬＮＧ　ｔａｎｋ　

Ｃａｏ　Ｘｕｅｗｅｎ，Ｘｕ　Ｙａｎｈｕａ，Ｐｅｎｇ　Ｗｅｎｓｈａｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５８０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ａ　１６００００ｍ　ｆｕｌｌ—ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｎｏｒｍａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ＬＮＧ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ　ｏｆ　ａ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｓｔａｔｉｏｎ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，　

ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔａｎｋ　ｈｅａｔ　ｌｅａｋａｇｅ　ａｎｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｈｅａｔ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｎ　ｔａｎｋ　ｐｒｅｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ