冷库利用LNG冷能的工艺设计

　　1 LNG 冷能利用意义

　　LNG 是常压、低温(-162 ℃)下的液态天然气。LNG 在用做燃料或化工原料之前，需要通过热交换把液态天然气气化为常温气体，气化过程中将释放出巨大的冷能，这些能量可以加以利用。LNG 冷能利用一般分为直接、间接两种方式。直接利用有冷能发电、深冷空气分离(液氧、液氮)、冷冻仓库、液化碳酸、干冰、空调等;间接利用有冷冻食品、低温粉碎、低温医疗等[1-4]。

　　生产 1 t LNG 需要耗电约 850 kWh，其冷能价值相当于 826kWh/t 电力。而 LNG 气化过程中释放出的冷能为 830~860 kJ/kg[5]，这部分冷能通常在气化器中随海水或空气损耗掉了，造成了能源的极大浪费。因此优化 LNG 冷能利用工艺流程，将其气化过程中释放的冷能重新利用，不但可大大降低运行成本，而且符合现今社会低碳经济的发展模式。

　　文章优化了 LNG 冷能利用工艺流程，初步探讨了改变换热器形式、管线设置对冷能利用效果的影响，实际运行情况表明冷能利用效果明显。

　　2 项目概况

　　LNG 卫星站内共有 100 m3LNG 储罐 6 个，LNG 空温式气化器 8 台，目前的气化量为 2~10×104Nm3/d，气化压力为 0.4~0.7MPa，管网外输压力为 0.3 MPa。

　　冷库毗邻 LNG 卫星站，主要的经营范围是水产品的加工及储存，库容总量为 3000 t，含有-30 ℃冷冻库和-15 ℃储藏库。冷库目前共有氨压缩制冷装置 3 套;根据所处理的水产品量及其加工要求选择制冷装置的开启数量。冷库在实际运行时，夏天每天开2 台压缩机，一般开 15~16 h，需冷负荷为 4890~5216 kWh，冬天每天开 1 台压缩机，一般开 18~20 h，需冷负荷为 3100 kWh。

　　3 流程概述

　　来自储罐的-162 ℃，0.7 MPa 的 LNG 流经换热器 E101 与来自冷库的-20 ℃，0.15 MPa 的 NH3进行热交换，气化至-25 ℃的天然气经空温式气化器加热至 25 ℃，调压后并入城市天然气管网供气;NH3换冷后冷却至-45 ℃，进入液氨储罐 V101，由氨泵(P101/P102)泵至冷库，给冷库供冷，供冷后 NH3的温度升高至-20℃，然后再与 LNG 进行热交换过程，完成低压氨 NH3循环。

　　当冷库的需冷量较大，或 LNG 用量供应不足时，为满足要求，在进行低压氨制冷循环的同时，可开启电压缩氨制冷循环系统。

　　电压缩氨制冷循环系统冷凝后的液氨经调压阀调压至 0.15MPa 后，与来自低压氨制冷循环中经调压阀调压至 0.15 MPa 的液氨混合，最后进入冷库制冷。

　　工艺流程图 1 中的换热器 E101 为采用竖式结构的列管式换热器，结构见图 2。

　　LNG 入口在设备的下端，NG 出口在上端;左上端为氨气进口，右下端为液氨出口。因为氨的凝固点为-77.73 ℃，而进入换热器 E101 与之进行换热的流体为温度-162 ℃的 LNG，特别是液氨出口与 LNG 入口位置比较接近，也就是说在实际运行过程中刚进入换热器的低温 LNG 会与即将流出换热器的液氨进行换热。在装置运行一段时间后，由于刚进入换热器的 LNG 温度非常低就有可能会导致与液态氨的热交换过程中产生局部过冷从而使得换热器底部的液氨在出口与管板之间结冰，且随着时间的延长冰层有增厚的倾向，最终使液氨出口管道堵塞，导致装置不能正常运行。