探討液化天然氣冷能利用的控制辦法

李云 馬凱（中石油江蘇液化天然氣有限公司；江蘇 南通 226400）

探討液化天然氣冷能利用的控制辦法

李云 馬凱（中石油江蘇液化天然氣有限公司；江蘇 南通 226400）

液化天然氣冷能迄今沒有實現大規模綜合利用，除經濟因素外，技術上的主要障礙為：液化天然氣氣化操作和冷能用戶對冷能的利用不同步導致的氣化過程難以控制。液化天然氣氣化量由接收站調控，液化天然氣氣化后溫度必須滿足天然氣用戶需求，加熱介質降溫后作為載冷劑輸送冷能也必須滿足冷能用戶對載冷劑的溫度要求。文章探討了可靠且安全的液化天然氣氣化和控制工藝，液化天然氣氣化量隨天然氣用戶需求變化時保證氣化器出口天然氣溫度滿足天然氣用戶要求，同時載冷劑出口溫度滿足冷能用戶用冷要求。

液化天然氣；接收終端；接收終端工藝

隨著我國環境保護要求日漸提高，能源結構調整，液化天然氣的利用也迅猛發展，液化天然氣接收終端的建設也遍地開花。液化天然氣接收終端相關的設備的認識及應用是推動天然氣發展的重要一環。同時，在液化天然氣在從低溫向常溫轉化是一個物理過程，其蘊藏著大量的冷能，此部分能量若能有效利用，將大大降低能耗損失，提升資源利用率。

1 針對帶有冷能利用的氣化及控制方案

為實現液化天然氣氣化過程冷能的充分利用，本文提出了如圖1所示的帶有冷能利用的氣化及控制流程。采用特定氣化加熱介質對低溫液化天然氣進行取冷氣化，攜帶冷能的加熱介質（載冷劑）通過“氣化器—冷能用戶—海水加熱器—氣化器”的循環回路實現冷能的利用。載冷劑在液化天然氣氣化器換熱后降溫至-20℃以下送至冷能用戶取冷。根據冷能用戶用冷狀況不同，載冷劑返回溫度波動較大，為維持載冷劑進入氣化器溫度保持不變，通過海水加熱器作為補償加熱器，由氣化器入口載冷劑溫度聯鎖控制加熱海水流量。冷能利用過程保證氣化器出口天然氣溫度和載冷劑溫度可控是整個過程的關鍵。

2 針對帶有串級控制的優化方案

在實際運行的液化天然氣接收站項目中，液化天然氣氣化量受多重因素影響，波動較大。氣化量發生變化時，需要等到氣化器出口天然氣溫度變化才可以調節載冷劑流量，由于傳熱過程時間常數較大，導致偏差在較長時間內無法克服，氣化器出口天然氣溫度及載冷劑溫度波動較大。

結合化工項目中系統控制應用經驗，可采用串級控制回路提高整個氣化過程的穩定性。在本工藝中除原有天然氣出口溫度作為被控對象外，液化天然氣流量作為第二個被控對象。液化天然氣流量變化是導致載冷劑流量變化的根本原因，增加液化天然氣流量對載冷劑流量的控制可以提高整個控制過程穩定性，減少氣化器出口天然氣溫度及載冷劑溫度波動。

維持氣化器進出口所有溫度恒定時，液化天然氣流量與載冷劑流量成正比，可根據具體比例在串級控制系統中設定控制參數。串級控制系統中副環具有快速抗干擾功能，對于主變量的影響比較小。液化天然氣流量變化對整個系統的穩定性影響最大，故將液化天然氣流量與載冷劑流量控制回路作為副回路，液化天然氣流量作為副對象。同時為避免載冷劑流量波動過程中加熱海水流量變化較慢引起的載冷劑溫度偏差較大，在載冷劑補償加熱過程同樣引入串級控制，載冷劑流量作為副對象，載冷劑進入氣化器溫度作為主對象。在氣化過程中，氣化器出口天然氣溫度與載冷劑輸送泵出口調節閥聯鎖，通過載冷劑流量實現對天然氣出口溫度的控制，同時氣化器入口液化天然氣流量也對載冷劑輸送泵出口調節閥進行控制。

3 液化天然氣冷能利用實例

隨著技術的發展，為了更好的實現液化天然氣冷能的利用，發電技術也有利較大的發展和進步。當前低溫半導體發電技術是對天然氣冷能利用的一種發展，它是在半導體材料熱點性的基礎上，對換熱器等進行改進，使其材質能夠產生更好的發熱和發電效果，并且采取必要的密封措施，在發電過程中，通過噴淋等形式來實現溫差的傳遞，提高發電的整體效果。在發電技術應用中，溫差是冷能利用中較為常見的方式，它是綜合利用溫差發電聯合動力裝置來提高液化天然氣釋放的冷能，并且通過溫度的變化來增加透平機的功率輸出，實現動力的循環利用，從而提高發電的整體功率。將液化天然氣冷能應用于光伏技術結合，是當前發電技術的一個發展方向。為了滿足發電的需求，對太陽電池進行一定的處理，使其能夠與低溫液化天然氣之間實現一種熱量和能量的轉化，綜合利用溫差的轉化以及天陽電池的作用將能量轉化為電能，以提高發電的功率。聯合系統發電是在液化天然氣冷能利用的基礎上，將燃料電池和動力循環系統有機結合，使冷能回收利用的效率相對提升，并且有效的將其轉化為電能，實現一種能量上的梯級利用。這種系統的綜合應用，實現了天然氣冷能的利用，也能夠有效的提高能量轉化的整體效率，實現發電系統綜合性能的提升。此外，集成優化也是天然氣冷能發電的一種技術發展方向。

4 結語

冷能開發與利用能提高液化天然氣利用過程經濟效益，同時減少氣化過程中對環境造成的冷污染，減少碳排放，符合國家節能減排和大力發展循環經濟的理念。同時，液化天然氣冷能利用的前景十分廣闊，可以廣泛地應用于空分、發電、制造干冰、低溫冷庫、汽車冷藏、汽車空調等生產、生活的各個領域，合理利用這部分冷能顯得尤為重要。我們應對液化天然氣冷能進行科學分析，優化其回收利用方式，科學有效利用液化天然氣冷能。

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