摘要：提出一種液化天然氣(LNG)冷能用于冷庫和冷水的橇裝化裝置，該裝置包括3個系統(tǒng)：LNG氣化系統(tǒng)、冷媒循環(huán)系統(tǒng)和冷水生產(chǎn)系統(tǒng)。LNG通過氣化系統(tǒng)將冷能傳給冷媒，冷媒又將冷能用于冷庫和通過冷水生產(chǎn)系統(tǒng)傳給冷水，冷媒解決了LNG氣化和應(yīng)用在時間和空間上不同步的問題。介紹了橇裝化裝置的工藝流程。

關(guān)鍵詞：LNG冷能；  冷能利用；  冷庫；  冷水；  橇裝化裝置

Technology Development of LNG Cold Energy Used in Cold Store and Cold Water

Abstract：  A skid-mounted device using LNG cold energy for cold store and cold water  is proposed．The device consists of LNG gasification system，refrigerant circulation system and cold water production system．LNG cold energy passes to the refrigerant through the gasification system，and the cold energy in the refrigerant is used in cold store and passes to cold water through the cold water production system．The asynchronization issue of LNG gasification and application in time and space is solved by the refrigerant．The process flow of the skid-mounted device is introduced．

Key words：LNG cold energy；  cold energy utilization；cold store；  cold water；  skid-mounted device

1 概述

LNG在常壓下為-l62℃的液體，在供給用戶使用前需升溫氣化，氣化過程釋放約830 kJ／kg的冷能^[1]。目前LNG冷能利用技術(shù)研究較多，主要包括空氣分離、發(fā)電、輕烴分離、廢舊物品(塑料制品和橡膠制品)低溫粉碎、冷凍冷藏、海水淡化、干冰制造、生活娛樂取冷等^[2]。國外已有眾多LNG冷能利用項(xiàng)目，如日本神奈川縣根岸基地的金槍魚超低溫冷庫，自1976年開始營業(yè)，至今效果良好^[3]。在國內(nèi)，2007年中海油投資建設(shè)了我國首個利用LNG冷能進(jìn)行空氣分離的生產(chǎn)項(xiàng)目。

我國LNG產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和天然氣輸氣管網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)的相對落后，使得LNG衛(wèi)星氣化站遍地開花。截至2009年，已建LNG衛(wèi)星氣化站達(dá)200多個，供氣能力達(dá)400×10⁴ m³／d，因此LNG衛(wèi)星站的冷能利用研究倍受關(guān)注。

本文提出了一種LNG冷能用于冷庫^[4]和冷水的橇裝化裝置^[5]，回收LNG氣化冷能來為冷庫和冷水系統(tǒng)供冷。把LNG與冷媒換熱器、冷媒儲罐、冷媒與冷水換熱器以及相應(yīng)的管路和控制裝置集成在一個橇裝化系統(tǒng)里面，一方面，節(jié)約設(shè)備成本，另一方面，橇裝化設(shè)備有利于在不同衛(wèi)星站之間靈活利用，減少投資風(fēng)險，提高了衛(wèi)星站的冷能利用率，對于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)具有重大意義。

2 橇裝化LNG冷能利用項(xiàng)目工藝流程

本文提出的LNG冷能用于冷庫和冷水的橇裝化裝置包括3個系統(tǒng)：LNG氣化系統(tǒng)、冷媒循環(huán)系統(tǒng)和冷水生產(chǎn)系統(tǒng)。工藝流程見圖1。

工藝流程：以乙醇為冷媒為例。從LNG儲罐出來的l 500 kg／h，-l45℃，0．6 MPa的LNG分成a、b兩股，a股直接進(jìn)入氣化器氣化為25℃左右的天然氣；b股與冷媒儲罐中出來的l6 000 kg／h，11℃，0．3 MPa的乙醇在換熱器中進(jìn)行逆流換熱，LNG氣化至6℃，經(jīng)加熱器再次升溫為25℃左右的天然氣后，與a股氣化后的天然氣混合，調(diào)壓至0．30～0．35 MPa后，送入城市管網(wǎng)。乙醇在換熱器中冷卻至-l5℃后分為兩股：1 000 kg／h的c股和l5 000kg／h的d股。c股進(jìn)人冷庫供冷后被加熱至ll℃，流回冷媒儲罐；d股與41 000 kg／h，16℃，0．25 MPa的新鮮水在換熱器中進(jìn)行逆流換熱，進(jìn)入換熱器的新鮮水通過溫度傳感器和閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，乙醇被加熱至ll℃，流回冷媒儲罐，新鮮水被冷卻至5℃。冷媒儲罐體積為5 m³。

3 冷能利用價值及潛力分析

① 目前的冷能利用價值分析

本項(xiàng)目LNG冷能的價值主要通過測量供給下游用戶的冷卻介質(zhì)(乙醇和冷水)的流量和溫度來計(jì)量，對于單位流量的冷卻介質(zhì)的冷能價值可采用精確計(jì)算方法：即通過詳細(xì)模擬和實(shí)際調(diào)試各冷能用戶的制冷過程，得出各冷能用戶的耗電量，然后計(jì)算出各冷能用戶單位流量的冷卻介質(zhì)的耗電量，核算出單位流量冷卻介質(zhì)的冷能價值。

冷庫需冷量約為13 kW，其COP約為2左右(夏季小、冬季大)；冷水的供冷量為314 kW，其機(jī)組額定COP為5．9，冬季冷卻水溫度約為22℃，COP約為6，夏季冷卻水溫度約為35℃，其COP可能降至4左右。綜合考慮上述情況，取各自COP的平均值，即冷庫取2、冷水取5，則總體節(jié)電約70kW。按一般電價為0．8元／(kW·h)和夜間峰谷電價為0．45元／(kW·h)(夜間峰谷用電為8 h)計(jì)算，每天節(jié)電效益約為l l50 元／d，年效益達(dá)42×10⁴元/a。

本項(xiàng)目總投資l90×10⁴元，節(jié)電效益達(dá)42×10⁴元／a。故障少，維修簡單，操作控制容易；易于冷庫擴(kuò)建和冷加工業(yè)務(wù)的開展；節(jié)省制冷機(jī)組擴(kuò)建用地和建設(shè)投資。

②冷能利用潛力分析

換熱器3、換熱器7的冷熱物流溫度及其換熱溫差分布分別見圖2、3。

由圖2可知，當(dāng)-145℃的LNG與乙醇進(jìn)行熱交換時，LNG氣化升溫至6℃吸收的熱流量為325kW，11℃的乙醇降溫至-l5℃，放出相同的熱流量，溫度降低了26℃。

由圖3可知，-l5℃的乙醇與16℃的新鮮水進(jìn)行熱交換時，乙醇升溫至ll℃吸收了312 kW左右的熱流量，新鮮水被冷卻至5℃。

根據(jù)制冷原理可知，要求的工藝溫度越低，常規(guī)制冷方式所消耗的能量越多，在到達(dá)一定的低溫區(qū)時，蒸發(fā)溫度每降低1 K，能耗要增加l0％^[6-7]，此時利用LNG冷能的節(jié)能效果也就越明顯，冷的利用率也越高。由此可見，將LNG冷能用于冷庫制冷，回收了大量LNG高溫部分冷能，但LNG的低溫部分冷能利用尚有較大發(fā)展空間。因此，能源和經(jīng)濟(jì)效益會驅(qū)動大、小LNG衛(wèi)星氣化站不斷尋找周圍潛在的冷能用戶，開拓下游市場，售出冷能，降低氣化操作成本，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

4 LNG冷能遠(yuǎn)期利用方案

針對上述特點(diǎn)，遠(yuǎn)期擬開展LNG衛(wèi)星站冷能用于深冷粉碎橡膠、制冰、中小型低溫冷庫、發(fā)電的研究以及LNG的梯級利用等。

LNG冷能用于深冷粉碎橡膠^[8]、制冰、供給冷庫^[9-10]、制備冷水的工藝流程見圖4。

來自儲罐的-l62℃的LNG分為兩股，一股直接氣化，另一股經(jīng)換熱器1與來自冷媒儲罐的冷媒換熱，使冷媒降溫至-90℃左右。氣化后的兩股天然氣合并，調(diào)壓至0．30～0．35 MPa后，進(jìn)入城市管網(wǎng)。冷媒也分為兩股，一股用于深冷粉碎橡膠，將粗碎后的膠粉(40～60目)與助粉煤混合，經(jīng)低溫兩相套管換熱器2與冷媒換熱后，降溫至-70 ℃左右，進(jìn)入膠體磨，得到超細(xì)膠粉(150～200目)和助粉煤混合物，之后過濾分離出所需的超細(xì)膠粉，助粉煤循環(huán)利用；另一股進(jìn)入制冰機(jī)，與自來水換熱，生產(chǎn)冰，供應(yīng)冷凍冷藏等冰用戶。橡膠粉碎和制冰后的冷媒又分為兩股，一股供給冷庫，另一股與新鮮水進(jìn)行換熱制得冷水。之后冷媒回到冷媒儲罐，循環(huán)使用。整個過程充分利用了LNG冷能，對于節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重大意義。

5 結(jié)論

①該項(xiàng)目投資少、操作簡單，且不影響天然氣的正常使用，只是火用的利用率偏低，有待提高。

②該項(xiàng)目總投資190×10⁴元，年均節(jié)電效益達(dá)42×10⁴元/a，在整個項(xiàng)目壽命期內(nèi)有較高的盈利。

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本文作者：楊春   徐文東   張輝  邊海軍  柳珉敏

作者單位：華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室    廣東九豐燃?xì)饪萍脊煞萦邢薰?span lang="EN-US">