具体技术细节
[0003] 本发明的目的是提供一种LNG接收站氮气循环管道预冷系统和方法，该系统和方法通过将管道预冷产生的氮气排入储罐和BOG管道，然后采用鼓风机将氮气增压和液氮混合，通过控制液氮量和鼓风机的流量来控制注入管道氮气的温度和流量，实现预冷的自动化控制；利用LNG储罐缓存的氮气对液氮进行温度调节，管道预冷时减少氮气的排放，节约液氮使用量约50％，大大降低液氮采购成本；本发明系统和方法可实现在多个项目中管道预冷调试的可重复使用。
[0004] 第一方面，本发明提供一种LNG接收站氮气循环管道预冷系统，它包括液氮槽车、入口冷却罐、氮气鼓风机、气液混合器、待预冷的LNG管道和LNG储罐，所述液氮槽车与所述入口冷却罐的液氮入口连接，所述入口冷却罐的氮气入口与所述LNG储罐的氮气出口连接，所述入口冷却罐的氮气出口与所述氮气鼓风机的入口连接，所述氮气鼓风机的第一出口与所述气液混合器的氮气入口连接，所述入口冷却罐的液氮出口与所述气液混合器的液氮入口连接，所述气液混合器的氮气出口与所述待预冷的LNG管道的氮气入口连接，所述待预冷的LNG管道的氮气出口与所述LNG储罐的氮气入口连接。
[0005] 上述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统中，所述待预冷的LNG管道的氮气出口依次通过LNG码头的卸料管线和BOG总管与所述LNG储罐的氮气入口连接；
[0006] 所述LNG储罐的顶部设有放空控制阀；
[0007] 所述LNG储罐的氮气出口通过所述LNG储罐的BOG管线和罐下BOG总管与所述入口冷却罐的氮气入口连接。
[0008] 上述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统中，所述入口冷却罐内设有连接所述入口冷却罐的液氮入口和所述入口冷却罐的液氮出口的冷却盘管；
[0009] 所述入口冷却罐内的氮气出口处设有丝网分离器，用于分离所述LNG储罐中的氮气中被冷凝的水分。
[0010] 上述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统中，所述气液混合器的液氮入口位于所述气液混合器的上端，且与设置于所述气液混合器内的盘管雾化喷射器连接；
[0011] 所述气液混合器的氮气入口位于所述气液混合器的下端；
[0012] 所述气液混合器的氮气出口位于所述气液混合器的顶部。
[0013] 上述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统中，所述LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括液氮流量控制系统，包括液氮流量控制阀和液氮流量控制器，所述液氮流量控制阀设置于所述液氮槽车和所述入口冷却罐的液氮入口之间的管路上；所述液氮流量控制系统被配置为：读取预冷氮气入口温度变送器、预冷氮气入口压力变送器和预冷氮气入口流量变送器的数值，计算出注入预冷管道的实时低温氮气的流量，此氮气流量作为液氮流量控制器的流量输入；同时，根据待预冷的LNG管道末端的温度，设定预冷氮气入口温度变送器的温度低于预冷管道末端温度15～30℃，根据注入的氮气温度、预冷管道的散热量和降温速度，计算出需要注入低温氮气的流量，来设定液氮流量控制器的流量的设定值；预冷氮气入口温度变送器、液氮流量控制器、液氮流量调节阀组成串级的PID控制系统，以调节液氮流量调节阀的开度。
[0014] 上述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统中，所述LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括鼓风机出口流量控制系统，包括鼓风机出口流量控制阀和鼓风机出口流量控制器，所述鼓风机出口流量控制阀设置于所述氮气鼓风机的第二出口与所述入口冷却罐的氮气入口之间的管路上；所述鼓风机出口流量控制系统被配置为：读取氮气鼓风机出口温度变送器、氮气鼓风机出口压力变送器、气液混合器气相入口流量变送器的数值，计算出鼓风机出口实时高温氮气的流量，此氮气流量作为鼓风机出口流量控制器的流量输入；根据注入预冷管道的低温氮气的流量和温度，计算出需要的液氮和氮气的流量及比例，来设定鼓风机出口流量控制器的设定值；液氮流量控制器、鼓风机出口流量控制器和鼓风机回流调节阀组成比率控制的PID控制回路，以调节鼓风机回流调节阀的开度。
[0015] 上述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括冷却罐氮气出口温度控制系统，包括旁路温度控制阀和冷却罐氮气出口温度控制器，所述旁路温度控制阀设置于连接所述入口冷却罐的液氮出口和所述入口冷却罐的液氮入口之间的管路上；所述冷却罐氮气出口温度控制系统被配置为：读取冷却罐氮气出口温度变送器的数值并将其反馈给冷却罐氮气出口温度控制器，控制冷却罐的氮气出口的温度设定值为0～‑20℃；入口冷却罐罐顶出口温度变送器、冷却罐氮气出口温度控制器和旁路控制阀组成PID控制回路，以调节旁路控制阀的开度。
[0016] 第二方面，本发明提供利用上述任一项所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统对LNG管道预冷的方法，包括如下步骤：
[0017] S1、来自所述LNG储罐的氮气和来自所述液氮槽车的液氮在所述入口冷却罐中进行热交换；
[0018] S2、从所述入口冷却罐输出的氮气通入鼓风机中进行增压，增压后的氮气进入所述气液混合器；同时，从所述入口冷却罐输出的液氮进入所述气液混合器；
[0019] S3、所述气液混合器中的氮气和液氮混合后进入所述待预冷后的LNG管道中进行预冷，预冷之后的氮气进入所述LNG储罐中。
[0020] 上述的方法，步骤S1中，来自所述LNG储罐的氮气在所述入口冷却罐中被液氮冷却至0～‑20℃；
[0021] 步骤S2中，从所述气液混合器输出的氮气的压力被所述鼓风机由5～10kPaG增压3
至100～150kPaG，鼓风机输出流量为500～2000Nm/h；
[0022] 步骤S2中，所述鼓风机出口的温度不超过100℃。
[0023] 上述的方法，管道预冷过程中，所述LNG储罐的压力保持在10～20kPaG。
[0024] 本发明与现有技术相比，具有以下有优点：
[0025] 1、本LNG管道预冷工艺系统，采用氮气循环和液氮喷射混合的方式进行管道预冷，有效的利用管道预冷后的氮气，充分利用液氮的气化潜热，大大减少液氮的物资消耗50％。
[0026] 2、本工艺系统采用入口冷却罐，对入口氮气进行降温，有效的降低鼓风机的功率在10％以上。
[0027] 3、本工艺系统采用入口冷却罐，分离预冷初期储罐中氮气中水分，避免水分在LNG管道中凝结，造成管道阀门堵塞。
[0028] 4、本工艺采用鼓风机进行氮气增压和循环，提供了氮气循环的动力，同时鼓风机输入的热量提高了氮气的温度，有利于液氮的气化，减少了空温式气化站地面积大的问题。
[0029] 5、本工艺中气液混合器气相从底部进入，液氮进入混合器采用盘管开孔进行喷射形成雾状，进行逆流换热，增强了混合效果，气体从顶部引出，减少了液体直接进入LNG管道。
[0030] 6、本工艺提供一套完善低温氮气控制方案。根据LNG管道的长度和管径进行设定低温氮气流量，根据管道预冷的降温速度，每小降低5～10℃，最终控制液氮的流量和鼓风机出口流量控制阀，控制LNG管道预冷的降温速度。
[0031] 7、本工艺可以实现预冷操作的自动控制。
[0032] 8、本工艺系统适宜采用撬装化的设备布置和建造，每套装置氮气预冷流量在3 3
5000Nm/h～10000Nm/h，方便用于新建和扩建的LNG接收站的管道预冷中。
[0033] 9、本工艺系统同样适用于采用BOG增压和LNG混合的方式进行管道预冷。相应鼓风机采用防爆设计就可以。
法律保护范围
涉及权利要求数量10：其中独权2项，从权-2项
1.一种LNG接收站氮气循环管道预冷系统，其特征在于，它包括液氮槽车、入口冷却罐、氮气鼓风机、气液混合器、待预冷的LNG管道和LNG储罐，所述液氮槽车与所述入口冷却罐的液氮入口连接，所述入口冷却罐的氮气入口与所述LNG储罐的氮气出口连接，所述入口冷却罐的氮气出口与所述氮气鼓风机的入口连接，所述氮气鼓风机的第一出口与所述气液混合器的氮气入口连接，所述入口冷却罐的液氮出口与所述气液混合器的液氮入口连接，所述气液混合器的氮气出口与所述待预冷的LNG管道的氮气入口连接，所述待预冷的LNG管道的氮气出口与所述LNG储罐的氮气入口连接。
2.根据权利要求1所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统，其特征在于：所述待预冷的LNG管道的氮气出口依次通过LNG码头的卸料管线和BOG总管与所述LNG储罐的氮气入口连接；
所述LNG储罐的顶部设有放空控制阀；
所述LNG储罐的氮气出口通过所述LNG储罐的BOG管线和罐下BOG总管与所述入口冷却罐的氮气入口连接。
3.根据权利要求1或2所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统，其特征在于：所述入口冷却罐内设有连接所述入口冷却罐的液氮入口和所述入口冷却罐的液氮出口的冷却盘管；
所述入口冷却罐内的氮气出口处设有丝网分离器，用于分离所述LNG储罐中的氮气中被冷凝的水分。
4.根据权利要求1‑3中任一项所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统，其特征在于：
所述气液混合器的液氮入口位于所述气液混合器的上端，且与设置于所述气液混合器内的盘管雾化喷射器连接；
所述气液混合器的氮气入口位于所述气液混合器的下端；
所述气液混合器的氮气出口位于所述气液混合器的顶部。
5.根据权利要求1‑4中任一项所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统，其特征在于：
所述LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括液氮流量控制系统，包括液氮流量控制阀和液氮流量控制器，所述液氮流量控制阀设置于所述液氮槽车和所述入口冷却罐的液氮入口之间的管路上；所述液氮流量控制系统被配置为：读取预冷氮气入口温度变送器、预冷氮气入口压力变送器和预冷氮气入口流量变送器的数值，计算出注入预冷管道的实时低温氮气的流量，此氮气流量作为液氮流量控制器的流量输入；同时，根据待预冷的LNG管道末端的温度，设定预冷氮气入口温度变送器的温度低于预冷管道末端温度15～30℃，根据注入的氮气温度、预冷管道的散热量和降温速度，计算出需要注入低温氮气的流量，来设定液氮流量控制器的流量的设定值；预冷氮气入口温度变送器、液氮流量控制器、液氮流量调节阀组成串级的PID控制系统，以调节液氮流量调节阀的开度。
6.根据权利要求1‑5中任一项所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统，其特征在于：
所述LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括鼓风机出口流量控制系统，包括鼓风机出口流量控制阀和鼓风机出口流量控制器，所述鼓风机出口流量控制阀设置于所述氮气鼓风机的第二出口与所述入口冷却罐的氮气入口之间的管路上；所述鼓风机出口流量控制系统被配置为：读取氮气鼓风机出口温度变送器、氮气鼓风机出口压力变送器、气液混合器气相入口流量变送器的数值，计算出鼓风机出口实时高温氮气的流量，此氮气流量作为鼓风机出口流量控制器的流量输入；根据注入预冷管道的低温氮气的流量和温度，计算出需要的液氮和氮气的流量及比例，来设定鼓风机出口流量控制器的设定值；液氮流量控制器、鼓风机出口流量控制器和鼓风机回流调节阀组成比率控制的PID控制回路，以调节鼓风机回流调节阀的开度。
7.根据权利要求1‑6中任一项所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统，其特征在于：
所述LNG接收站氮气循环管道预冷系统还包括冷却罐氮气出口温度控制系统，包括旁路温度控制阀和冷却罐氮气出口温度控制器，所述旁路温度控制阀设置于连接所述入口冷却罐的液氮出口和所述入口冷却罐的液氮入口之间的管路上；所述冷却罐氮气出口温度控制系统被配置为：读取冷却罐氮气出口温度变送器的数值并将其反馈给冷却罐氮气出口温度控制器，控制冷却罐的氮气出口的温度设定值为0～‑20℃；入口冷却罐罐顶出口温度变送器、冷却罐氮气出口温度控制器和旁路控制阀组成PID控制回路，以调节旁路控制阀的开度。
8.利用权利要求1‑7中任一项所述的LNG接收站氮气循环管道预冷系统对LNG管道预冷的方法，包括如下步骤：
S1、来自所述LNG储罐的氮气和来自所述液氮槽车的液氮在所述入口冷却罐中进行热交换；
S2、从所述入口冷却罐输出的氮气通入鼓风机中进行增压，增压后的氮气进入所述气液混合器；同时，从所述入口冷却罐输出的液氮进入所述气液混合器；
S3、所述气液混合器中的氮气和液氮混合后进入所述待预冷后的LNG管道中进行预冷，预冷之后的氮气进入所述LNG储罐中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤S1中，来自所述LNG储罐的氮气在所述入口冷却罐中被液氮冷却至0～‑20℃；
步骤S2中，从所述气液混合器输出的氮气的压力被所述鼓风机由5～10kPaG增压至100
3
～150kPaG，鼓风机输出流量为500～2000Nm/h；
步骤S2中，所述鼓风机出口的温度不超过100℃。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：管道预冷过程中，所述LNG储罐的压力保持在10～20kPaG。
