一种LNG储存容器HPB增压系统

摘要

本发明涉及LNG供气领域，具体提供了一种LNG储存容器HPB增压系统，其中LNG储存容器用于存储LNG，容器内具有载冷剂放热单元；水浴式换热器内具有LNG换热单元和载冷剂加热单元；载冷剂罐壳体连通载冷剂罐入口管路、载冷剂罐出口管路，壳体内存储有载冷剂；载冷剂经由循环泵加压输送进入水浴式换热器经加热单元汽化；控制单元与载冷剂循环泵控制连接。本发明采用载冷剂直接对LNG局部加热汽化后对储存容器气相进行增压的方案解决了LNG储存容器增压速度慢、低液位不能增压的问题，实现了LNG储存容器主动式快速增压的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及LNG供气领域，尤其涉及一种LNG储存容器HPB增压系统。

背景技术

随着我国能源消费结构的深入转型，LNG作为一种清洁能源，其凭借热值高、价格低廉、燃烧后污染小和环境友好性等优点得到了长足的发展而广泛应用于各个领域。作为燃料，LNG安全、高效、清洁无污染，不仅推动了我国能源结构的转型，同时还有效减少了燃烧废气排放所造成的环境污染。

LNG储存容器在供气过程中，由于LNG液体的消耗导致LNG气相空间增大，压力降低，保证LNG气相空间的压力稳定是LNG供气系统正常工作的关键。原有技术中利用LNG饱和压力原理使用LNG饱和液体供液时，随着LNG气相空间压力下降，LNG液体会自动汽化为气态填充LNG储存容器气相空间维持压力稳定，但由于目前LNG储运、加注环节的条件制约，目前市场供应的LNG液体大部分为过冷态不饱和液体，因此LNG储存容器供气时需要LNG储存容器气相增压系统。

现有技术普遍采用外置增压汽化器的方式实现LNG储存容器气相增压，利用储存容器内LNG液柱静压差将LNG压进增压汽化器（增压汽化器加热方式有空温式、水浴式两种）汽化为气态天然气后返回LNG储存容器气相空间，反复循环完成LNG储存容器气相增压过程。该技术中推动LNG液体进入增压器的驱动力来自于储存容器内LNG液柱静压差，如LNG储存容器在刚加注完LNG时，储存容器内气相冷凝，压力下降快，遇到供气流量需求大，会出现增压不及时，LNG储存容器气相压力下降的现象，另随着LNG液位的降低，LNG储存容器气相空间逐步增加，增压速度逐渐降低，在LNG液位较低的时候，储存容器内LNG液柱静压差不足以克服LNG增压管道的阻力时，会出现低液位无法增压的现象；这些现象均影响到供气系统的正常工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中LNG储存容器供气过程中增压速度慢以及低液位不能实现增压功能的问题，本发明提供了一种LNG储存容器HPB增压系统来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LNG储存容器HPB增压系统，包括LNG储存容器，所述LNG储存容器用于存储LNG并且与LNG第一管路连通，LNG储存容器内的液相LNG形成液相空间，LNG储存容器内的气相LNG形成气相空间，所述LNG管路上靠近所述LNG储存容器的一端设置有手动第一截止阀；

所述LNG储存容器内还具有载冷剂放热单元和增压气体导流管，所述增压气体导流管的顶部连通LNG储存容器的气相空间，所述增压气体导流管的底部连通LNG储存容器的液相空间，所述增压气体导流管用于将载冷剂放热单元加热LNG后汽化的气体快速导流进入LNG储存容器的气相空间，所述载冷剂放热单元放置在所述增压气体导流管的底部位置并且浸没在液相LNG中，所述载冷剂放热单元的进口端与LNG储存容器的载冷剂入口管路连通，所述载冷剂放热单元的出口端与LNG储存容器载冷剂出口管路连通；

水浴式换热器，所述水浴式换热器内具有LNG换热单元和载冷剂加热单元，所述LNG换热单元的进口端通过LNG第一管路连通所述LNG储存容器，所述LNG换热单元的出口端与LNG第二管路连通，载冷剂加热单元的进口端连通载冷剂循环泵，所述载冷剂加热单元的出口端与LNG储存容器载冷剂入口管路连通，所述水浴式换热器还连接有热水单元，所述热水单元用于和所述水浴式换热器进行换热；

载冷剂罐，所述载冷剂罐内具有容腔，所述容腔内装有气液转换特性的载冷剂，所述载冷剂包括呈现气态的气相载冷剂和呈现液态的液相载冷剂，所述载冷剂的气态和液态可相互转换，所述载冷剂罐的出口端通过所述冷剂循环泵连通载冷剂加热单元的进口端，所述载冷剂罐的进口端依次通过载冷剂罐入口管路、手动第三截止阀和LNG储存容器载冷剂出口管路连通所述载冷剂放热单元，所述载冷剂循环泵、载冷剂加热单元、载冷剂放热单元和载冷剂罐连通所构成的回路中具有载冷剂；

控制单元，所述控制单元与所述载冷剂循环泵控制连接。

作为优选，具备对LNG储存容器气相增压的功能，还包括动力单元，所述动力单元通过LNG第二管路与所述LNG换热单元连通，所述LNG储存容器内的液态LNG通过LNG第一管路经由水浴式换热器中的LNG换热单元与热水单元换热汽化至设定温度后形成气态天然气供动力单元使用；

所述载冷剂循环泵用于将载冷剂加压后经由载冷剂泵出口管路输送进入放置在水浴式换热器中的载冷剂加热单元，所述热水单元用于将载冷剂加热气化后经由LNG储存容器载冷剂入口管路进入放置在LNG储存容器液相空间的载冷剂放热单元，所述增压气体导流管用于将载冷剂放热单元对LNG局部加热汽化后的气体快速导流进入LNG储存容器的气相空间，所述LNG储存容器载冷剂出口管路用于将放热后的载冷剂经由载冷剂罐入口管路输送回载冷剂罐。

作为优选，还具备LNG储存容器气相预增压功能，动力单元处于停止工作状态时，对LNG储存容器进行气相预增压至设定压力；

所述载冷剂罐的出口端依次通过载冷剂罐出口管路、手动第二截止阀和载冷剂泵入口管路连通所述冷剂循环泵的进口端，所述载冷剂循环泵的出口端通过载冷剂泵出口管路连通载冷剂加热单元的进口端，所述载冷剂罐的进口端依次通过载冷剂罐入口管路、手动第三截止阀和LNG储存容器载冷剂出口管路连通所述载冷剂放热单元。

作为优选，还具备自动控制功能，所述LNG储存容器上设有压力传感器，所述压力传感器用于监测所述LNG储存容器的气相压力，所述控制单元与所述压力传感器通信连通，所述控制单元与载冷剂循环泵控制连接，依据所述压力传感器监测的LNG储存容器气相压力数据控制载冷剂循环泵的工作启停，所述载冷剂罐上设有安全阀，所述安全阀用于当所述气相载冷剂压力超标时自动起跳泄压。

本发明的有益效果是：

其一、动力系统加速快。供气系统变工况响应速度快，应用在天然气车辆为例，踩油门的瞬时加油能力强，加速效果好。载冷剂在水浴式换热器吸热汽化后进入LNG储存容器，将增压气体导流管内的LNG局部加热汽化后导流进入LNG储存容器气相空间，实现主动式快速增压，解决了传统增压系统增压速度慢的问题，保证LNG供气系统平稳、安全运行，系统效率高且流程简单。

其二、供气系统启动快。具备可控的LNG储存容器气相预增压，应用在天然气车辆为例，车辆发动后快速具备正常供气能力。在动力单元停止工作时可实现LNG储存容器气相预增压，使用载冷剂加热LNG储存容器液相，将LNG局部加热汽化后导流进入LNG储存容器气相空间，实现可控的LNG储存容器气相预增压。

其三、续航里程长。供气系统有效使用LNG液体量增加20%以上，应用在天然气车辆为例，车辆续航里程延长200公里以上。载冷剂在水浴式换热器吸热汽化后进入LNG储存容器，将增压气体导流管内的LNG局部加热汽化后导流进入LNG储存容器气相空间，实现主动式快速增压，解决了传统增压系统低液位不能增压的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种LNG储存容器HPB增压系统的最优实施例的结构示意图；

图2是本发明一种LNG储存容器HPB增压系统的LNG储存容器预增压调饱和过程示意图；

图3是本发明一种LNG储存容器HPB增压系统的工作状态示意图。

图中101、LNG储存容器，102、压力传感器，103、手动第一截止阀，104、LNG第一管路，105、水浴式换热器，106、LNG换热单元，107、热水单元，108、LNG第二管路，109、动力单元，201、载冷剂罐，202、载冷剂，203、安全阀，204、载冷剂罐出口管路，205、手动第二截止阀，206、载冷剂泵入口管路，207、载冷剂循环泵，208、载冷剂泵出口管路，209、载冷剂加热单元，210、LNG储存容器载冷剂入口管路，211、增压气体导流管，212、载冷剂放热单元，213、LNG储存容器载冷剂出口管路，214、手动第三截止阀，215、载冷剂罐入口管路， 301、控制单元。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1~图3所示，本发明提供了LNG储存容器HPB增压系统的实施例，包括LNG储存容器101，LNG储存容器101用于存储LNG并且与LNG第一管路104连通，LNG储存容器101内的液相LNG形成液相空间，LNG储存容器101内的气相LNG形成气相空间，LNG管路上靠近LNG储存容器101的一端设置有手动第一截止阀103，LNG储存容器101上还设有压力传感器102用于监测LNG储存容器101的压力；

LNG储存容器101内还具有载冷剂放热单元212和增压气体导流管211，增压气体导流管211的顶部连通LNG储存容器101的气相空间，增压气体导流管211的底部连通LNG储存容器101的液相空间，载冷剂放热单元212的进口端与LNG储存容器载冷剂入口管路210连通，载冷剂放热单元212的出口端与LNG储存容器载冷剂出口管路213连通，载冷剂放热单元212放置在增压气体导流管211的底部位置并且浸没在液相LNG中，增压气体导流管211将载冷剂放热单元212加热汽化LNG后产生的气体快速导流进入LNG储存容器101内的气相空间；

水浴式换热器105，水浴式换热器105内具有LNG换热单元106和载冷剂加热单元209，LNG换热单元106的进口端通过LNG第一管路104连通LNG储存容器101，LNG换热单元106的出口端与LNG第二管路108连通，载冷剂加热单元209的进口端连通载冷剂循环泵207，载冷剂加热单元209的出口端与LNG储存容器载冷剂入口管路210连通，水浴式换热器105还连接有热水单元107，水浴式换热器105内的LNG换热单元106与热水单元107换热，将LNG加热汽化到设定温度的天然气，水浴式换热器105内的载冷剂加热单元209与热水单元107换热，将载冷剂加热汽化到设定温度。

载冷剂罐201内具有容腔，容腔内装有气液转换特性的载冷剂202，载冷剂202包括呈现气态的气相载冷剂和呈现液态的液相载冷剂，载冷剂202的气态和液态可相互转换，载冷剂罐201的出口端通过冷剂循环泵207连通载冷剂加热单元209，载冷剂罐201的进口端依次通过载冷剂罐入口管路215、手动第三截止阀214和LNG储存容器载冷剂出口管路213连通载冷剂放热单212；载冷剂罐201上设有安全阀203，安全阀203用于当气相载冷剂压力超标时自动起跳泄压；载冷剂循环泵207、载冷剂加热单元209、载冷剂放热单元212和载冷剂罐201连通构成的回路中具有载冷剂202；

控制单元301，控制单元301与载冷剂循环泵207和LNG储存容器的压力传感器102控制连接。

如图1所示，还包括动力单元109，动力单元109是以天然气为燃料的热能应用设备，动力单元109通过LNG第二管路108与LNG换热单元106连通， LNG换热单元106和LNG第一管路104连通，LNG第一管路104连通LNG储存容器101内的液相空间，LNG液体经由水浴式换热器105中的LNG换热单元106与热水单元107换热汽化至设定温度的气态天然气供动力单元109使用。

LNG储存容器101的气相增压过程为：

载冷剂202通过载冷剂循环泵207的加压输送经由载冷剂泵出口管路208进入放置在水浴式换热器105中的载冷剂加热单元209，载冷剂202和热水单元107换热加热汽化至设定温度后经由LNG储存容器载冷剂入口管路210进入放置在LNG储存容器101的液相空间的载冷剂放热单元212，将增压气体导流管211内的LNG液体局部加热汽化后导流至LNG储存容器101的气相空间，载冷剂202放热后经由LNG储存容器载冷剂出口管路213、手动第三截止阀214、载冷剂罐入口管路215回到载冷剂罐201，完成LNG储存容器101气相增压过程。

如图2所示，当动力单元109停止使用时，系统可对LNG储存容器101进行气相预增压至设定压力；

载冷剂罐201的出口端依次通过载冷剂罐出口管路204、手动第二截止阀205和载冷剂泵入口管路206连通冷剂循环泵207的进口端，载冷剂循环泵207的出口端通过载冷剂泵出口管路208连通载冷剂加热单元209的进口端，载冷剂罐201的进口端依次通过载冷剂罐入口管路210、手动第三截止阀214和LNG储存容器载冷剂出口管路213连通载冷剂放热单元212。

LNG储存容器101气相预增压过程为：

载冷剂202通过载冷剂循环泵207的加压输送经由载冷剂泵出口管路208进入放置在水浴式换热器105中的载冷剂加热单元209，和热水单元207换热加热汽化至设定温度后经由LNG储存容器载冷剂入口管路210进入放置在LNG储存容器101液相区的载冷剂放热单元212，与将增压气体导流管211内的LNG液体局部加热汽化后导流至LNG储存容器101气相空间，载冷剂202放热后经由LNG储存容器载冷剂出口管路213、手动第三截止阀214、载冷剂罐入口管路215回到载冷剂罐204，完成LNG储存容器101气相预增压过程。

在其他实施例中，所有设置的手动截止阀均是维护操作阀，不作为正常工艺操作阀门使用。当需要对LNG储存容器101进行更换或者维修操作时，操作人员需先关闭手动第一截止阀103，然后对LNG储存容器101进行更换和维修操作。

载冷剂罐出口管路204的出口端与载冷剂泵入口管路206的进口端还安装有手动第二截止阀205，载冷剂罐入口管路215的进口端与LNG储存容器载冷剂出口管路213的出口端还安装有手动第三截止阀214。当需要对载冷剂循环泵207进行更换或修理时，操作人员可以先关闭手动第二截止阀205和手动第三截止阀214，再将载冷剂循环泵207取出，避免载冷剂罐204中的载冷剂202泄漏。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。