摘要：提出一种液化天然气(LNG)冷能用于冷库和冷水的橇装化装置，该装置包括3个系统：LNG气化系统、冷媒循环系统和冷水生产系统。LNG通过气化系统将冷能传给冷媒，冷媒又将冷能用于冷库和通过冷水生产系统传给冷水，冷媒解决了LNG气化和应用在时间和空间上不同步的问题。介绍了橇装化装置的工艺流程。

关键词：LNG冷能；  冷能利用；  冷库；  冷水；  橇装化装置

Technology Development of LNG Cold Energy Used in Cold Store and Cold Water

Abstract：  A skid-mounted device using LNG cold energy for cold store and cold water  is proposed．The device consists of LNG gasification system，refrigerant circulation system and cold water production system．LNG cold energy passes to the refrigerant through the gasification system，and the cold energy in the refrigerant is used in cold store and passes to cold water through the cold water production system．The asynchronization issue of LNG gasification and application in time and space is solved by the refrigerant．The process flow of the skid-mounted device is introduced．

Key words：LNG cold energy；  cold energy utilization；cold store；  cold water；  skid-mounted device

1 概述

LNG在常压下为-l62℃的液体，在供给用户使用前需升温气化，气化过程释放约830 kJ／kg的冷能^[1]。目前LNG冷能利用技术研究较多，主要包括空气分离、发电、轻烃分离、废旧物品(塑料制品和橡胶制品)低温粉碎、冷冻冷藏、海水淡化、干冰制造、生活娱乐取冷等^[2]。国外已有众多LNG冷能利用项目，如日本神奈川县根岸基地的金枪鱼超低温冷库，自1976年开始营业，至今效果良好^[3]。在国内，2007年中海油投资建设了我国首个利用LNG冷能进行空气分离的生产项目。

我国LNG产业的迅猛发展和天然气输气管网基础建设的相对落后，使得LNG卫星气化站遍地开花。截至2009年，已建LNG卫星气化站达200多个，供气能力达400×10⁴ m³／d，因此LNG卫星站的冷能利用研究倍受关注。

本文提出了一种LNG冷能用于冷库^[4]和冷水的橇装化装置^[5]，回收LNG气化冷能来为冷库和冷水系统供冷。把LNG与冷媒换热器、冷媒储罐、冷媒与冷水换热器以及相应的管路和控制装置集成在一个橇装化系统里面，一方面，节约设备成本，另一方面，橇装化设备有利于在不同卫星站之间灵活利用，减少投资风险，提高了卫星站的冷能利用率，对于实现节能减排的目标具有重大意义。

2 橇装化LNG冷能利用项目工艺流程

本文提出的LNG冷能用于冷库和冷水的橇装化装置包括3个系统：LNG气化系统、冷媒循环系统和冷水生产系统。工艺流程见图1。

工艺流程：以乙醇为冷媒为例。从LNG储罐出来的l 500 kg／h，-l45℃，0．6 MPa的LNG分成a、b两股，a股直接进入气化器气化为25℃左右的天然气；b股与冷媒储罐中出来的l6 000 kg／h，11℃，0．3 MPa的乙醇在换热器中进行逆流换热，LNG气化至6℃，经加热器再次升温为25℃左右的天然气后，与a股气化后的天然气混合，调压至0．30～0．35 MPa后，送入城市管网。乙醇在换热器中冷却至-l5℃后分为两股：1 000 kg／h的c股和l5 000kg／h的d股。c股进人冷库供冷后被加热至ll℃，流回冷媒储罐；d股与41 000 kg／h，16℃，0．25 MPa的新鲜水在换热器中进行逆流换热，进入换热器的新鲜水通过温度传感器和阀门进行流量调节，乙醇被加热至ll℃，流回冷媒储罐，新鲜水被冷却至5℃。冷媒储罐体积为5 m³。

3 冷能利用价值及潜力分析

① 目前的冷能利用价值分析

本项目LNG冷能的价值主要通过测量供给下游用户的冷却介质(乙醇和冷水)的流量和温度来计量，对于单位流量的冷却介质的冷能价值可采用精确计算方法：即通过详细模拟和实际调试各冷能用户的制冷过程，得出各冷能用户的耗电量，然后计算出各冷能用户单位流量的冷却介质的耗电量，核算出单位流量冷却介质的冷能价值。

冷库需冷量约为13 kW，其COP约为2左右(夏季小、冬季大)；冷水的供冷量为314 kW，其机组额定COP为5．9，冬季冷却水温度约为22℃，COP约为6，夏季冷却水温度约为35℃，其COP可能降至4左右。综合考虑上述情况，取各自COP的平均值，即冷库取2、冷水取5，则总体节电约70kW。按一般电价为0．8元／(kW·h)和夜间峰谷电价为0．45元／(kW·h)(夜间峰谷用电为8 h)计算，每天节电效益约为l l50 元／d，年效益达42×10⁴元/a。

本项目总投资l90×10⁴元，节电效益达42×10⁴元／a。故障少，维修简单，操作控制容易；易于冷库扩建和冷加工业务的开展；节省制冷机组扩建用地和建设投资。

②冷能利用潜力分析

换热器3、换热器7的冷热物流温度及其换热温差分布分别见图2、3。

由图2可知，当-145℃的LNG与乙醇进行热交换时，LNG气化升温至6℃吸收的热流量为325kW，11℃的乙醇降温至-l5℃，放出相同的热流量，温度降低了26℃。

由图3可知，-l5℃的乙醇与16℃的新鲜水进行热交换时，乙醇升温至ll℃吸收了312 kW左右的热流量，新鲜水被冷却至5℃。

根据制冷原理可知，要求的工艺温度越低，常规制冷方式所消耗的能量越多，在到达一定的低温区时，蒸发温度每降低1 K，能耗要增加l0％^[6-7]，此时利用LNG冷能的节能效果也就越明显，冷的利用率也越高。由此可见，将LNG冷能用于冷库制冷，回收了大量LNG高温部分冷能，但LNG的低温部分冷能利用尚有较大发展空间。因此，能源和经济效益会驱动大、小LNG卫星气化站不断寻找周围潜在的冷能用户，开拓下游市场，售出冷能，降低气化操作成本，提高项目的经济效益。

4 LNG冷能远期利用方案

针对上述特点，远期拟开展LNG卫星站冷能用于深冷粉碎橡胶、制冰、中小型低温冷库、发电的研究以及LNG的梯级利用等。

LNG冷能用于深冷粉碎橡胶^[8]、制冰、供给冷库^[9-10]、制备冷水的工艺流程见图4。

来自储罐的-l62℃的LNG分为两股，一股直接气化，另一股经换热器1与来自冷媒储罐的冷媒换热，使冷媒降温至-90℃左右。气化后的两股天然气合并，调压至0．30～0．35 MPa后，进入城市管网。冷媒也分为两股，一股用于深冷粉碎橡胶，将粗碎后的胶粉(40～60目)与助粉煤混合，经低温两相套管换热器2与冷媒换热后，降温至-70 ℃左右，进入胶体磨，得到超细胶粉(150～200目)和助粉煤混合物，之后过滤分离出所需的超细胶粉，助粉煤循环利用；另一股进入制冰机，与自来水换热，生产冰，供应冷冻冷藏等冰用户。橡胶粉碎和制冰后的冷媒又分为两股，一股供给冷库，另一股与新鲜水进行换热制得冷水。之后冷媒回到冷媒储罐，循环使用。整个过程充分利用了LNG冷能，对于节能减排和发展循环经济具有重大意义。

5 结论

①该项目投资少、操作简单，且不影响天然气的正常使用，只是火用的利用率偏低，有待提高。

②该项目总投资190×10⁴元，年均节电效益达42×10⁴元/a，在整个项目寿命期内有较高的盈利。

参考文献：

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[10] 李锡杰，刘建海．液化天然气冷能的冷冻库利用[J]．煤气与热力，2011，31(10)：Bl0-Bl2．

本文作者：杨春   徐文东   张辉  边海军  柳珉敏

作者单位：华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室    广东九丰燃气科技股份有限公司