一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺及系统

技术领域

本申请属于天然气供应技术领域，具体涉及一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺及系统。

背景技术

LNG气化站是利用气化装置将储存的液化天然气(简称LNG)转变为气态天然气，并向下游用户输送供应的场所。LNG气化站的设计和建设考虑到成本、占地等因素，通常采用空温式气化器作为LNG的主要气化装置，而空温式气化器的原理是通过和环境换热使LNG气化，因此在运行过程中会使周边空气中的水分冷凝从而产生冷雾，且冷雾在湿度大、温度低的情况下更易产生和聚集。

冷雾一方面会影响站场操作人员视野，从而影响生产运行安全；另一方面，当冷雾大量聚集并向外蔓延时，会进一步影响周边环境，造成不良社会的影响。

目前，针对LNG气化站冷雾处理的方式有很多，总体有两种思路：一种是通过各种装置对产生的冷雾进行驱散和消除，如风机、丝网等，该方式安装便捷，使用灵活，但除雾效果受运行工况和外界环境影响较大，可靠性不足；另一种是在气化环节控制与环境的换热量从而直接减少冷雾的产生，如采用全水浴式气化器，这种方式除雾效果好，可靠性高，但会大大增加运行能耗。

因此，亟需寻求一种LNG气化站抑制冷雾和节能的解决方案，能既不产生冷雾、同时能最大限度地减少运行能耗。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提供了一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺和一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的系统，能够避免LNG气化过程产生大量冷雾对周边环境的影响，同时最大限度地减少气化所需能耗。

方案1：一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺，包括以下步骤：

S1、设置多个能耗不同的气化模式；

S2、在所述气化模式运行时，监测所述LNG气化站的运行数据和环境数据；

S3、根据数据反馈并计算判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾，则将气化模式由能耗较低的气化模式切换至能耗较高的气化模式。

进一步地，步骤S1中，多个所述气化模式按能耗由低至高包括：空温式气化器独立运行模式、水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式、水浴式气化器独立运行模式。

进一步地，所述的一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺包括LNG储罐、空温式气化器、水浴式气化器、空温式复热器和天然气外输管道；

当处于空温式气化器独立运行模式时，所述LNG储罐的输出端通过管道与所述空温式气化器的输入端连通，所述空温式气化器的输出端通过管道与所述天然气外输管道连接；

当处于水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式时，所述LNG储罐的输出端通过管道与所述水浴式气化器的输入端连通，所述水浴式气化器的输出端与所述空温式复热器的输入端连通，所述空温式复热器的输出端通过管道与所述天然气外输管道连通；

当处于水浴式气化器独立运行模式时，所述LNG储罐的输出端通过管道与所述水浴式气化器的输入端连通，所述水浴式气化器的输出端通过管道与所述天然气外输管道连通。

进一步地，步骤S3具体包括：

S301、接收步骤S2监测的运行数据和环境数据；

S302、根据获取的数据计算换热后空气的干球温度；

S303、判断换热后空气的干球温度是否大于或等于露点温度，若是则判定为会产生冷雾，并发出信号切换气化模式。

进一步地，还包括步骤S4：在天然气外输管道上设置流量和温度检测，监测天然气输出流量及温度，并通过自动控制配合控制气化模式的切换以及调整水浴式气化器热水循环系统的给水温度。

方案2：一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的系统，包括：

气化模块，其包含多个形式不同的气化装置，并设置形成多个能耗不同的气化模式；

监测模块，其用于在所述气化模式运行时，监测所述LNG气化站的运行数据和环境数据；

控制模块，其用于根据所述监测模块获取的数据计算判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾时，则将气化模式由能耗较低的气化模式切换至能耗较高的气化模式。

进一步地，所述气化模块中，多个所述气化模式按能耗由低至高包括：空温式气化器独立运行模式、水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式、水浴式气化器独立运行模式。

进一步地，所述的一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的系统包括LNG储罐、空温式气化器、水浴式气化器、空温式复热器和天然气外输管道；

当处于空温式气化器独立运行模式时，所述LNG储罐的输出端通过管道与所述空温式气化器的输入端连通，所述空温式气化器的输出端通过管道与所述天然气外输管道连接；

当处于水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式时，所述LNG储罐的输出端通过管道与所述水浴式气化器的输入端连通，所述水浴式气化器的输出端与所述空温式复热器的输入端连通，所述空温式复热器的输出端通过管道与所述天然气外输管道连通；

当处于水浴式气化器独立运行模式时，所述LNG储罐的输出端通过管道与所述水浴式气化器的输入端连通，所述水浴式气化器的输出端通过管道与所述天然气外输管道连通。

进一步地，所述控制模块包括：

接收单元，其用于接收所述监测模块监测的运行数据和环境数据；

计算单元，其用于根据接收的数据计算换热后空气的干球温度；

判断单元，其用于判断所述换热后空气的干球温度是否大于或等于露点温度，若是则判定为会产生冷雾，并发出信号切换气化模式。

进一步地，还包括天然气外输监测模块，其设置在天然气外输管道上，用于监测天然气输出流量和温度，并通过自动控制配合控制气化模式的切换以及调整水浴式气化器循环热水的给水温度。

与现有技术相比，本申请的有益效果如下：

1、本申请提供一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺，先将LNG气化站的气化装置设置成多个能耗不同的气化模式，并优先选用能耗低的气化模式，同时监测运行和环境数据，再根据计算判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾，则将气化模式由能耗较低的气化模式切换至能耗较高的气化模式。通过此方式可在控制冷雾产生的同时最大限度地减少气化所需能耗，以达到抑制冷雾及节能目的。

2、本申请提供一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的系统，在气化模块中将LNG气化站的气化装置设置成多个能耗不同的气化模式，并优先选用能耗低的气化模式，同时通过监测模块监测运行数据和环境数据，控制模块再根据反馈数据计算判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾，则将气化模式由能耗低的气化模式切换至能耗高的气化模式，通过此方式可在控制冷雾产生的同时最大限度地减少气化所需能耗以达到减小冷雾对周边的环境影响及节能目的。

3、本申请共设置有3种气化模式，按能耗由低至高包括：空温式气化器独立运行模式、水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式、水浴式气化器独立运行模式，在风速高、气化量小、空气含湿量低等不利于产生冷雾的条件下，采用空温式气化器独立运行模式来实现气化达到节能的目的；若在第一种模式下运行产生冷雾，则切换采用水浴式气化器和空温式复热器联合运行的模式，此时，水浴式气化器将LNG气化至一定温度后，再通过空温式气化器进行复热，可降低水浴式气化器能耗；若在第二种模式下运行仍产生冷雾，则切换采用水浴式气化器独立运行模式，此时，通过设置在天然气外输管道上的信号检测监测天然气流量及出口温度，并反馈给控制器调节水浴式气化器循环热水的给水温度，控制能耗，避免浪费。

4、本申请可根据采集到的现场的环境温度、湿度、压力、流量和风速等数据，并结合当地特点，建立监控模型。收集环境数据后，计算换热后空气的干球温度，再判断换热后空气的干球温度是否大于或等于露点温度，若是则判定为产生冷雾，并通过对气化模式的切换，实现对冷雾产生的抑制和对总体能耗的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请实施例一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺的流程示意图。

图2是本申请实施例一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺步骤S3的流程示意图。

图3是本申请一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的系统的框架示意图。

图4是本申请实施例中LNG气化站的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1-4及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1：一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺，包括以下步骤：

S1、设置多个能耗不同的气化模式；

S2、在所述气化模式运行时，监测所述LNG气化站的运行数据和环境数据；

S3、根据数据反馈计算并判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾，则将气化模式由能耗较低的气化模式切换至能耗较高的气化模式。

先将LNG气化站的气化装置设置成多个能耗不同的气化模式，并优先选用能耗低的气化模式，同时监测LNG气化站的运行数据和环境数据，再根据数据计算判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾，则将气化模式由能耗较低的气化模式切换至能耗较高的气化模式，通过此方式可在控制冷雾产生的同时最大限度地减少气化所需能耗，以达到抑制冷雾及节能目的。

步骤S1中，多个所述气化模式按能耗由低至高包括：空温式气化器2独立运行模式、水浴式气化器3和空温式复热器4联合运行模式、水浴式气化器3独立运行模式。

所述的一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的工艺包括LNG储罐1、空温式气化器2、水浴式气化器3、空温式复热器4和天然气外输管道5；

当处于空温式气化器2独立运行模式时，所述LNG储罐1的输出端通过管道与所述空温式气化器2的输入端连通，所述空温式气化器2的输出端通过管道与所述天然气外输管道5连接；

当处于水浴式气化器3和空温式复热器4联合运行模式时，所述LNG储罐1的输出端通过管道与所述水浴式气化器3的输入端连通，所述水浴式气化器3的输出端与所述空温式复热器4的输入端连通，所述空温式复热器4的输出端通过管道与所述天然气外输管道5连通；

当处于水浴式气化器3独立运行模式时，所述LNG储罐1的输出端通过管道与所述水浴式气化器3的输入端连通，所述水浴式气化器3的输出端通过管道与所述天然气外输管道5连通。

步骤S3具体包括：

S301、接收步骤S2监测的运行数据和环境数据；

S302、根据获取的数据计算换热后空气的干球温度；

S303、判断换热后空气的干球温度是否大于或等于露点温度，若是则判定为会产生冷雾，并发出信号切换气化模式。

还包括步骤S4、天然气外输管道上设置信号检测，监测天然气输出的流量和温度，并通过自动控制配合控制气化模式的切换以及调整水浴式气化器循环热水的给水温度。

实施例2：一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的系统，包括：

气化模块6包含多个形式不同的气化装置，并配置成能耗不同的气化模式；

监测模块7用于在所述气化模式运行时，监测所述LNG气化站的运行数据和环境数据；

控制模块8用于根据所述监测模块7获取的数据计算并判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾时，则将气化模式由能耗较低的气化模式切换至能耗较高的气化模式。

气化模块优先选用能耗低的气化模式，然后通过监测模块监测运行数据和环境数据，控制模块再根据监测数据计算判断是否会产生冷雾，若判断会产生冷雾，则将气化模式由能耗低的气化模式切换至能耗高的气化模式，通过此方式可在控制冷雾产生的同时最大限度地减少气化所需能耗，以达到抑制冷雾及节能的目的。

所述气化模块6中，多个所述气化模式按能耗由低至高包括：空温式气化器2独立运行模式、水浴式气化器3和空温式复热器4联合运行模式、水浴式气化器3独立运行模式。

当处于空温式气化器2独立运行模式时，所述LNG储罐1的输出端通过管道与所述空温式气化器2的输入端连通，所述空温式气化器2的输出端通过管道与所述天然气外输管道5连接；

当处于水浴式气化器3和空温式复热器4联合运行模式时，所述LNG储罐1的输出端通过管道与所述水浴式气化器3的输入端连通，所述水浴式气化器3的输出端与所述空温式复热器4的输入端连通，所述空温式复热器4的输出端通过管道与所述天然气外输管道5连通；

当处于水浴式气化器3独立运行模式时，所述LNG储罐1的输出端通过管道与所述水浴式气化器3的输入端连通，所述水浴式气化器3的输出端通过管道与所述天然气外输管道5连通。

如图3所示，所述控制模块8包括：

接收单元81用于接收所述监测模块7监测的运行数据和环境数据；

计算单元82用于根据接收的数据计算换热后空气的干球温度；

判断单元83用于判断所述换热后空气的干球温度是否大于或等于露点温度，若是则判定为会产生冷雾，并发出信号切换气化模式。

还包括天然气外输监测模块9，其设置在天然气外输管道上，用于监测天然气输出流量和温度，并通过自动控制配合控制气化模式的切换以及调整水浴式气化器热水循环系统的给水温度。

所述的一种用于LNG气化站抑制冷雾和节能的系统包括LNG储罐1、空温式气化器2、水浴式气化器3、空温式复热器4和天然气外输管道5；

所述空温式气化器2共设置两台，且两台所述空温式气化器2采用并联方式连接；所述水浴式气化器3共设置两台，且两台所述水浴式气化器3采用并联方式连接；所述空温式复热器4共设置两台，且两台所述空温式复热器4采用并联方式连接。设计时根据不同气化量确定设备的规格。

所述LNG储罐1的输出端至所述空温式气化器2的输入端之间的管道上设有用于控制管道开启或关闭的第一控制阀20。所述LNG储罐1的输出端至所述水浴式气化器3的输入端之间的管道上设有用于控制管道开启或关闭的第二控制阀30。所述水浴式气化器3的输出端至所述空温式复热器4的输入端之间的管道上设有用于控制管道开启或关闭的第三控制阀40；所述水浴式气化器3的输出端至所述外输管道5的输入端之间的管道上设有用于控制管道开启或关闭的第四控制阀50。通过在各管路上设置控制阀，可实现气化模式的切换。

还包括与所述水浴式气化器3配套的热水循环装置，所述热水循环装置包括热水炉31和循环水泵32，所述热水炉31和热水循环泵62用于为所述水浴式复热器3提供热水作为换热介质，且可根据系统设置调节循环热水的给水温度。

还包括仪表及控制器，所述仪表用于监测系统中的温度、压力数据并反馈给所述控制器，所述控制器通过设定的逻辑控制系统中各路管道上控制阀的开启或关闭。

还包括气候收集箱，所述气候收集箱用于采集所述LNG气化站周围的环境温度数据、相对湿度数据、风速数据。将环境数据通过仪表显示并反馈至控制器。

本设计方案在防冷雾的节能主要体现在几方面：

1.在风速高、气化量小、空气含湿量低等不利于产生冷雾的条件下，采用空温式气化器独立运行模式来实现气化达到节能的目的，此时，换热热量全部来自环境，可实现无能耗。

2.若在第一种模式下运行产生冷雾，则切换采用水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式，启动热水循环，并控制水浴式气化器的天然气出口温度为-90℃，再通过空温式气化器对天然气进行复热。此时，热水炉供水温度在低档模式运行，能够有效减小水浴式气化器负荷，节约能耗。

3.当气化量较大或气象条件相对较差时，若在第二种模式下运行仍产生冷雾，则采用水浴式气化器独立运行模式。此时，根据天然气外输管道反馈的流量和温度信号，自动调整循环热水的给水温度，保障水浴式气化器天然气出口温度为5℃，能有效控制能耗，避免浪费。

根据冷雾形成的温度边界条件分析，其产生与换热量、风速、空气含湿量、气温等因素息息相关。为定性进行分析，简化分析模型，在整个换热过程中对公式中参数如下假定：在换热器运行的过程中气温、气压、空气密度、换热器迎风面积、天然气流量(气化质量)不变，即空气干球温度(t

换热后空气温度的计算公式为：

t

t

t

m

h

h

C

C

d为含湿量，g/kg；

v为空气流速，m/s；

v

S为换热器迎风表面积，m

ρ为空气密度，kg/m

随着换热器入口天然气温度降低、含湿量(d)增加、空气流速减小，均可使换热后空气温度降低，当其降到露点温度时，将产生冷雾。

本申请可根据采集到的当地的环境温度、湿度、风速等因素，并结合当地特点，建立监控模型，获取单元收集环境数据后，计算单元计算换热后空气的干球温度，判断单元再判断换热后空气的干球温度是否大于或等于露点温度，若是则判定为产生冷雾，切换至能耗更高的气化模式，实现运行模式的自动切换。

节能效果比对：分别取某站所在地的年平均气象参数，对空温式换热器独立运行模式与水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式(采用水浴式气化器将LNG气化到-90℃，再采用空温式复热器加热)两种气化模式分别进行计算空气冷却后的温度，并与相应的露点温度进行比较分析。

在年平均温度和湿度的条件下，把风速作为变量，分别在4m/s、5m/s、6m/s、7m/s、8m/s计算换热后空气的干球温度，计算结果显示：空温式气化器独立运行模式下，当风速小于6m/s时就会产生冷雾；而水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式下，当风速等于4m/s时都不会产生冷雾。

在年平均风速和湿度的条件下，把温度作为变量，分别在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃计算换热后空气的干球温度，计算结果显示：空温式气化器独立运行模式下，当温度低于10℃时就会产生冷雾；而水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式下，当温度等于5℃时都不会产生冷雾。

根据上述分析可看出，在一定的环境条件下，采用水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式会较空温式气化器独立运行模式更不容易产生冷雾。因此，根据不同的环境情况切换不同的气化模式能够控制气化过程不产生冷雾，从而达到抑制冷雾的目的。

同时，将水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式与水浴式气化器独立运行模式进行能耗量化对比分析(详见表1)可以得到，采用水浴式气化器和空温式复热器联合运行模式在各种流量下的均比采用水浴式独立运行模式的能耗节省30％左右。因此，在不产生冷雾的前提下优先选用能耗低的气化模式能实际减少系统运行总能耗，达到节能目的。

表1：节能分析表

另外，不同气化模式的设备布置和占地也会有所不同，如上述某站全部采用空温式气化器进行气化，则需布置10台空温式气化器，占地约750m

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。