李林++羅勇強(qiáng)++王屹亮

[摘 要]大型LNG接收站氣化過程釋放了大量的冷能，但由于LNG氣化操作和下游冷能用戶需求不同步，使得LNG冷能迄今尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綜合利用。本文結(jié)合串級(jí)控制技術(shù)探討了安全穩(wěn)定的LNG氣化過程控制方法，LNG氣化量隨下游用戶需求變化時(shí)保證氣化器出口天然氣溫度滿足天然氣用戶要求，同時(shí)載冷劑出口溫度滿足冷能用戶用冷要求。

[關(guān)鍵詞]LNG氣化 冷能利用 串級(jí)控制

中圖分類號(hào)：T1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）21-0055-01

1、概述

天然氣作為一種清潔、高效能源越來越受到青睞，液化天然氣（LNG）體積約為等量氣體形態(tài)的1/625。每噸LNG在10MPa壓力下等壓升溫至5℃氣化過程中約釋放212kW.h的冷能，一個(gè)LNG進(jìn)口量為500萬t/年的接收站，同時(shí)相當(dāng)于進(jìn)口了11.5億～12.0億kWh、溫度為-162.0℃的高品質(zhì)冷能。充分有效利用該冷能有利于提高資源利用率并創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

LNG冷能迄今沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綜合利用，除經(jīng)濟(jì)因素外，技術(shù)上的主要障礙為：LNG氣化操作和冷能用戶對(duì)冷能的利用不同步導(dǎo)致的氣化過程難以控制。LNG氣化量由接收站調(diào)控，LNG氣化后溫度必須滿足天然氣用戶需求，加熱介質(zhì)降溫后作為載冷劑輸送冷能也必須滿足冷能用戶對(duì)載冷劑的溫度要求。本文探討了可靠且安全的LNG氣化和控制工藝，LNG氣化量隨天然氣用戶需求變化時(shí)保證氣化器出口天然氣溫度滿足天然氣用戶要求，同時(shí)載冷劑出口溫度滿足冷能用戶用冷要求。

2、LNG氣化及控制方案

2.1 帶有冷能利用的氣化及控制方案

為實(shí)現(xiàn)LNG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(zhì)對(duì)低溫LNG進(jìn)行取冷氣化，攜帶冷能的加熱介質(zhì)（載冷劑）通過“氣化器—冷能用戶—海水加熱器—?dú)饣鳌钡难h(huán)回路實(shí)現(xiàn)冷能的利用。

載冷劑在LNG氣化器換熱后降溫至-20℃以下送至冷能用戶取冷。根據(jù)冷能用戶用冷狀況不同，載冷劑返回溫度波動(dòng)較大，為維持載冷劑進(jìn)入氣化器溫度保持不變，通過海水加熱器作為補(bǔ)償加熱器，由氣化器入口載冷劑溫度聯(lián)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(gè)過程的關(guān)鍵。

氣化器天然氣出入口溫度一般為固定值，根據(jù)氣化器中熱負(fù)荷計(jì)算可知，天然氣出口溫度可由載冷劑輸送管線調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖控制。天然氣氣化量穩(wěn)定不變時(shí)，整個(gè)氣化過程熱負(fù)荷為恒定值，氣化器入口載冷劑溫度不變時(shí)可保證氣化器出口低溫載冷劑溫度維持不變，即可滿足冷能用戶的特定需求。

2.2 帶有串級(jí)控制的優(yōu)化方案

在實(shí)際運(yùn)行的LNG接收站項(xiàng)目中，LNG氣化量受多重因素影響，波動(dòng)較大。氣化量發(fā)生變化時(shí)，需要等到氣化器出口天然氣溫度變化才可以調(diào)節(jié)載冷劑流量，由于傳熱過程時(shí)間常數(shù)較大，導(dǎo)致偏差在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無法克服，氣化器出口天然氣溫度及載冷劑溫度波動(dòng)較大。

結(jié)合化工項(xiàng)目中系統(tǒng)控制應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可采用串級(jí)控制回路提高整個(gè)氣化過程的穩(wěn)定性。在本工藝中除原有天然氣出口溫度作為被控對(duì)象外，LNG流量作為第二個(gè)被控對(duì)象。LNG流量變化是導(dǎo)致載冷劑流量變化的根本原因，增加LNG流量對(duì)載冷劑流量的控制可以提高整個(gè)控制過程穩(wěn)定性，減少氣化器出口天然氣溫度及載冷劑溫度波動(dòng)。

維持氣化器進(jìn)出口所有溫度恒定時(shí)，LNG流量與載冷劑流量成正比，可根據(jù)具體比例在串級(jí)控制系統(tǒng)中設(shè)定控制參數(shù)。串級(jí)控制系統(tǒng)中副環(huán)具有快速抗干擾功能，對(duì)于主變量的影響比較小。LNG流量變化對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響最大，故將LNG流量與載冷劑流量控制回路作為副回路，LNG流量作為副對(duì)象。同時(shí)為避免載冷劑流量波動(dòng)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(bǔ)償加熱過程同樣引入串級(jí)控制，載冷劑流量作為副對(duì)象，載冷劑進(jìn)入氣化器溫度作為主對(duì)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(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，通過載冷劑流量實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣出口溫度的控制（主回路），同時(shí)氣化器入口LNG流量也對(duì)載冷劑輸送泵出口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制（副回路）。載冷劑經(jīng)泵加壓后進(jìn)入海水加熱器升溫，加熱海水流量由載冷劑出口溫度（主回路）及載冷劑進(jìn)入海水加熱器流量（副回路）串級(jí)控制，實(shí)現(xiàn)載冷劑在LNG氣化器入口溫度為定值。整個(gè)過程采用兩套串級(jí)控制可大幅提升氣化過程穩(wěn)定性。具體工藝流程見下圖2所示：

3、LNG冷能利用工程案例分析

本文結(jié)合某大型LNG氣化及冷能利用工程案例進(jìn)行分析。本工程中最大氣化量400t/h，氣化過程LNG入口出口溫度分別為-145℃、2℃，壓力9MPa（g），最大供冷量86.9MW。根據(jù)冷能用戶不同用冷需求，載冷劑經(jīng)取冷后返回氣化站溫度不確定，利用海水加熱器將載冷劑加熱至10℃后進(jìn)入氣化器換熱，循環(huán)使用。

氣化器出口天然氣溫度較為固定時(shí)，可根據(jù)其與載冷劑流量調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖控制。天然氣氣化量波動(dòng)較大，在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)可通過串級(jí)控制將天然氣出口溫度波動(dòng)減小。根據(jù)圖3所示，在滿足不同冷能用戶用冷溫度需求下，LNG氣化量與載冷劑流量成正比，為L(zhǎng)NG流量與氣化器出口溫度串級(jí)控制載冷劑流量提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

4、結(jié)論

冷能開發(fā)與利用能提高LNG利用過程經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少氣化過程中對(duì)環(huán)境造成的冷污染，減少碳排放，符合國(guó)家節(jié)能減排和大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。本文就LNG冷能利用過程的氣化控制工藝進(jìn)行了探討，并結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行了分析。根據(jù)本文提出的控制工藝，利用兩套串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，一定程度上解決了天然氣用量需求與冷能用戶對(duì)載冷劑溫度需求間不同步問題，實(shí)現(xiàn)了雙方按照各自要求各取所需。

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