探讨液化天然气冷能利用的控制办法

李云 马凯（中石油江苏液化天然气有限公司；江苏 南通 226400）

探讨液化天然气冷能利用的控制办法

李云 马凯（中石油江苏液化天然气有限公司；江苏 南通 226400）

液化天然气冷能迄今没有实现大规模综合利用，除经济因素外，技术上的主要障碍为：液化天然气气化操作和冷能用户对冷能的利用不同步导致的气化过程难以控制。液化天然气气化量由接收站调控，液化天然气气化后温度必须满足天然气用户需求，加热介质降温后作为载冷剂输送冷能也必须满足冷能用户对载冷剂的温度要求。文章探讨了可靠且安全的液化天然气气化和控制工艺，液化天然气气化量随天然气用户需求变化时保证气化器出口天然气温度满足天然气用户要求，同时载冷剂出口温度满足冷能用户用冷要求。

液化天然气；接收终端；接收终端工艺

随着我国环境保护要求日渐提高，能源结构调整，液化天然气的利用也迅猛发展，液化天然气接收终端的建设也遍地开花。液化天然气接收终端相关的设备的认识及应用是推动天然气发展的重要一环。同时，在液化天然气在从低温向常温转化是一个物理过程，其蕴藏着大量的冷能，此部分能量若能有效利用，将大大降低能耗损失，提升资源利用率。

1 针对带有冷能利用的气化及控制方案

为实现液化天然气气化过程冷能的充分利用，本文提出了如图1所示的带有冷能利用的气化及控制流程。采用特定气化加热介质对低温液化天然气进行取冷气化，携带冷能的加热介质（载冷剂）通过“气化器—冷能用户—海水加热器—气化器”的循环回路实现冷能的利用。载冷剂在液化天然气气化器换热后降温至-20℃以下送至冷能用户取冷。根据冷能用户用冷状况不同，载冷剂返回温度波动较大，为维持载冷剂进入气化器温度保持不变，通过海水加热器作为补偿加热器，由气化器入口载冷剂温度联锁控制加热海水流量。冷能利用过程保证气化器出口天然气温度和载冷剂温度可控是整个过程的关键。

2 针对带有串级控制的优化方案

在实际运行的液化天然气接收站项目中，液化天然气气化量受多重因素影响，波动较大。气化量发生变化时，需要等到气化器出口天然气温度变化才可以调节载冷剂流量，由于传热过程时间常数较大，导致偏差在较长时间内无法克服，气化器出口天然气温度及载冷剂温度波动较大。

结合化工项目中系统控制应用经验，可采用串级控制回路提高整个气化过程的稳定性。在本工艺中除原有天然气出口温度作为被控对象外，液化天然气流量作为第二个被控对象。液化天然气流量变化是导致载冷剂流量变化的根本原因，增加液化天然气流量对载冷剂流量的控制可以提高整个控制过程稳定性，减少气化器出口天然气温度及载冷剂温度波动。

维持气化器进出口所有温度恒定时，液化天然气流量与载冷剂流量成正比，可根据具体比例在串级控制系统中设定控制参数。串级控制系统中副环具有快速抗干扰功能，对于主变量的影响比较小。液化天然气流量变化对整个系统的稳定性影响最大，故将液化天然气流量与载冷剂流量控制回路作为副回路，液化天然气流量作为副对象。同时为避免载冷剂流量波动过程中加热海水流量变化较慢引起的载冷剂温度偏差较大，在载冷剂补偿加热过程同样引入串级控制，载冷剂流量作为副对象，载冷剂进入气化器温度作为主对象。在气化过程中，气化器出口天然气温度与载冷剂输送泵出口调节阀联锁，通过载冷剂流量实现对天然气出口温度的控制，同时气化器入口液化天然气流量也对载冷剂输送泵出口调节阀进行控制。

3 液化天然气冷能利用实例

随着技术的发展，为了更好的实现液化天然气冷能的利用，发电技术也有利较大的发展和进步。当前低温半导体发电技术是对天然气冷能利用的一种发展，它是在半导体材料热点性的基础上，对换热器等进行改进，使其材质能够产生更好的发热和发电效果，并且采取必要的密封措施，在发电过程中，通过喷淋等形式来实现温差的传递，提高发电的整体效果。在发电技术应用中，温差是冷能利用中较为常见的方式，它是综合利用温差发电联合动力装置来提高液化天然气释放的冷能，并且通过温度的变化来增加透平机的功率输出，实现动力的循环利用，从而提高发电的整体功率。将液化天然气冷能应用于光伏技术结合，是当前发电技术的一个发展方向。为了满足发电的需求，对太阳电池进行一定的处理，使其能够与低温液化天然气之间实现一种热量和能量的转化，综合利用温差的转化以及天阳电池的作用将能量转化为电能，以提高发电的功率。联合系统发电是在液化天然气冷能利用的基础上，将燃料电池和动力循环系统有机结合，使冷能回收利用的效率相对提升，并且有效的将其转化为电能，实现一种能量上的梯级利用。这种系统的综合应用，实现了天然气冷能的利用，也能够有效的提高能量转化的整体效率，实现发电系统综合性能的提升。此外，集成优化也是天然气冷能发电的一种技术发展方向。

4 结语

冷能开发与利用能提高液化天然气利用过程经济效益，同时减少气化过程中对环境造成的冷污染，减少碳排放，符合国家节能减排和大力发展循环经济的理念。同时，液化天然气冷能利用的前景十分广阔，可以广泛地应用于空分、发电、制造干冰、低温冷库、汽车冷藏、汽车空调等生产、生活的各个领域，合理利用这部分冷能显得尤为重要。我们应对液化天然气冷能进行科学分析，优化其回收利用方式，科学有效利用液化天然气冷能。

[1]周廷鹤,彭世尼.LNG冷能利用技术探讨[J].上海煤气, 2009（1）.

[2]边海军.液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析[D].华南理工大学,2011.

[3]边海军.液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析[D].2011.6.

[4]杨政厚,房方,刘吉臻.串级控制回路的性能评价方法[J].2009,29(5):426-431.