CN101058401B - 一种lng调压系统及其调压方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LNG调压系统及其调压方法，包括：LNG储罐，用于储存需调压的LNG；低温泵，用于加压流经该低温泵的LNG；气化器，用于气化流经该气化器的LNG；一调压管路单元，用于连通该LNG储罐、低温泵、气化器，形成一密闭循环的流通路径；以及调压控制装置，与该LNG储罐、低温泵、气化器、调压管路单元连接，用于调压过程的启动、控制和停止。本发明的LNG从站内LNG储罐中流出，经LNG低温泵加压后进入站内的气化器，这时有部分被气化，形成气液混合物，从底部回到LNG储罐，经过反复循环之后，直至储罐内温度和压力达到预定值，系统停止调压。调压后的LNG充注到车载燃料瓶中，可满足LNG车辆发动机的燃料供给要求。

Description

一种LNG调压系统及其调压方法

技术领域

本发明涉及一种LNG调压系统及其调压方法。

背景技术

LNG是液化天然气的简称，它是对天然气进行脱水、脱烃、脱硫、清除CO2等净化处理后，在-162℃时液化处理而形成的，主导成分为CH4。LNG液态密度为0.42Kg/L，其体积为标态时的1/625。LNG大大降低了天然气的运输和存储成本。

LNG技术的应用被视为当代天然气工业的一场革命。LNG的世界贸易量已经占全球燃气贸易量的25％以上，对调剂世界天然气的供应起着巨大作用。使没有气源和气源衰竭的国家的供气得到保证，对有气源的国家则可以起到调峰及补充的作用。

LNG广泛用于发电、城市民用燃气及工业燃气。同时LNG蕴藏着大量的低温能量，利用其冷能可以进行冷能发电、空气分离、超低温冷库、制造干冰、冷冻食品等。

近年来LNG作业新型车用燃料已经取得了成功。目前全球约有4000辆LNG汽车，数十个加气站在运行。其中美国有40多个LNG加气站投入使用。作为清洁汽车燃料LNG比CNG更经济、更高效、更安全

而目前，中国的“单一燃料LNG公交车示范工程”也已经在新疆乌鲁木齐开始实施。在该工程实施过程中，由于LNG汽车加气站在乌鲁木齐建设，而单一燃料LNG公交车则由其它地区的车辆制造厂进行改装和生产，在车辆改装生产完成后，必须从其它地区开往乌鲁木齐，而在这一行程中，沿途并没有LNG加气站，所以必须要有LNG运输车随行提供燃料。而由于LNG在天然气液化工厂出厂往LNG运输车充装时压力很低(LNG在低压下有利于储存和运输，且LNG运输车的蒸发率很低，确保其在运输过程中压力上升很慢)，所以随行的LNG运输车在往公交车充注LNG前，需要通过其临时配备的空温式增压器使压力升高，充注到车载燃料瓶后，由于其不在饱和状态，燃料瓶内会有部分气体被液化，导致压力降低。而LNG压力过低，会影响车辆的正常行驶，比如动力不足，加速、爬坡能力差。因此，在LNG车辆从车辆制造厂开往乌鲁木齐的路上前期，由于随车队同行的LNG运输车压力较低，需增压后充装到LNG车辆燃料瓶内，其压力不能保持，致使车辆动力不足、运行较慢。

而另一方面，由于公交车所配载的燃气发动机对于燃料有一定的要求，其正常运转需要额定的压力范围，为了满足这一要求，就需要把燃料调整并保持到发动机所需要的压力范围，然后充装到车载燃料瓶中。由于这一过程需要的设备较多，因此只能在特定的LNG加气站内完成。因此，在LNG加气站内，迫切需要调压系统，来实现LNG的调压，以将调压后饱和压力下的LNG充装到车载燃料瓶中，可以使LNG车辆气源(燃料)供给压力稳定，行驶平稳，动力强劲。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种LNG调压系统及其调压方法，实现LNG的调压，使之可满足LNG车辆发动机的要求，保证LNG车辆的气源供给压力稳定，使其平稳运行。

为了实现上述目的，本发明提供了一种LNG调压系统，用于LNG加气站中对LNG进行调压，其特点在于，包括：LNG储罐，用于储存需调压的LNG；低温泵，用于加压流经该低温泵的LNG；气化器，用于气化流经该气化器的LNG；一调压管路单元，用于连通该LNG储罐、低温泵、气化器，形成一密闭循环的流通路径；以及调压控制装置，与该LNG储罐、低温泵、气化器、调压管路单元连接，用于调压过程的启动、控制和停止。

上述的LNG调压系统，其特点在于，该调压管路单元包括：进液管路，连通该LNG储罐与该低温泵，用于将需调压的LNG输送至该低温泵；进液阀，设置在该进液管路中，用于使该进液管路连通或不连通；出液管路，连通该低温泵与该气化器，用于将经该低温泵加压后的LNG输出至该气化器；出液阀，设置在该出液管路中，用于使该出液管路连通或不连通；气化管路，连通该气化器与该LNG储罐，用于将经该气化器气化后的LNG输出至该LNG储罐；气化出口阀，设置在该气化管路中，用于使该气化管路连通或不连通。

上述的LNG调压系统，其特点在于，该气化管路与该LNG储罐的底部连通。

上述的LNG调压系统，其特点在于，该调压管路单元还包括：平衡管路，连通该低温泵与该LNG储罐，用于将该低温泵加压过程中产生的气体输出至该LNG储罐；平衡气相阀，设置在该平衡管路中，用于使该平衡管路连通或不连通。

上述的LNG调压系统，其特点在于，该调压控制装置用于LNG调压的控制，其包括：液位传感器，与该LNG储罐连接，用于感知罐内LNG的液位位置；压力传感器，与该LNG储罐连接，用于感知罐内LNG的压力大小；温度传感器，可与该LNG储罐或该出液管路连接，用于感知其中LNG的温度；自动控制柜，其内设置有与该液位传感器、压力传感器、温度传感器连接的工控机，该工控机内装有预先编好的用于控制调压的控制程序，并装有显示单元，用于同步显示自各传感器采集到的数据。

上述的LNG调压系统，其特点在于，该调压管路单元还包括：第一气动紧急切断阀，设置在该进液管路中位于该LNG储罐出液口与低温泵进口之间，该第一气动紧急切断阀上配备有第一电磁阀，该第一电磁阀通过信号线与该工控机连接，并与该LNG加气站的压缩空气系统连接，通过该工控机在设定条件下发出指令来控制第一电磁阀的开关，进而控制该第一气动紧急切断阀的打开/关闭，使该进液管路连通或不连通；第二气动紧急切断阀，设置在该气化管路中位于该LNG储罐与气化器出口之间，该第二气动紧急切断阀上配备有第二电磁阀，该第二电磁阀通过信号线与该工控机连接，并与该LNG加气站的压缩空气系统连接，通过该工控机在设定条件下发出指令来控制第二电磁阀的开关，进而控制该第二气动紧急切断阀的打开/关闭，使该气化管路连通或不连通。

上述的LNG调压系统，其特点在于，该调压管路单元的管路为双层真空管路。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种LNG调压方法，用于LNG加气站中对LNG进行调压，其特点在于，包括如下步骤：

步骤一，调压控制装置启动调压开始，将LNG储罐中需调压的LNG输出至低温泵；

步骤二，低温泵给流经的LNG加压，并将加压后的LNG输出至气化器；

步骤三，气化器对流经的LNG进行气化，形成气液混合物，并输送回LNG储罐；

步骤四，反复循环步骤一至步骤三，直至LNG储罐内温度和压力达到预定值；

步骤五，通过调压控制装置自动停止调压。

上述的LNG调压方法，其特点在于，在步骤三中，该气液混合物从LNG储罐底部流回储罐，并且，回到LNG储罐的气液混合物翻动LNG储罐内的储存的LNG，上升到LNG储罐顶部，其中部分气体被二次液化。

上述的LNG调压方法，其特点在于，在步骤一至步骤三的反复循环过程中，该低温泵对LNG持续做功，把能量传输到LNG储罐内，使罐内LNG的温度和压力缓慢上升，最终达到预定值。

上述的LNG调压方法，其特点在于，该预定值与LNG车辆的发动机对燃料供给的要求值相对应。

上述的LNG调压方法，其特点在于，还包括一步骤：将调压后的LNG充注到车载燃料瓶中。

根据本发明的一个方面，LNG经本发明的调压系统调压后，将调压后的LNG充装到车载燃料瓶内，可使得车辆供气压力稳定，加速、超车、爬坡性能良好。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的调压系统的结构示意图；

图2为本发明的调压方法流程示意图。

具体实施方式

在本发明中，在LNG加气站中设有调压系统。在LNG由LNG运输车运到站内，通过卸车流程卸到低温LNG储罐内，经过本发明的调压系统调压，使罐内温度、压力上升，按照LNG车辆发动机的要求，最后达到一定温度下的气液平衡，压力达到饱和。通过站内LNG低温泵经LNG加气机充装到LNG车内，可以使LNG车辆性能稳定(加气流程是密闭的，且其经过管道均为双层真空管道，没有热损失，保证充装到LNG车内燃料压力仍为饱和压力)。

在卸车流程中，由液化天然气(LNG)运输车运送来的液化天然气，通过站内的卸车增压器给LNG运输车内LNG增压，使其高于LNG加气站内储存LNG设备内压力，然后通过站内的LNG低温泵将LNG运输车内的LNG转移到站内LNG储罐储存。在这一过程中，要求LNG运输车内LNG压力始终高于站内LNG储罐压力。由于LNG低温泵的工作，会使卸车过程中产生的气体在进入LNG储罐时被液化，保持站内LNG储罐压力不会升高。这样在卸车过程中就不用向外排放天然气以降低LNG储罐压力，起到了既环保又节约的效果。

下面将结合图1～图2详细说明本发明的调压系统及其调压流程。

如图1所示，本发明的调压系统主要包括LNG储罐10，低温泵20，气化器30，连通该LNG储罐10、低温泵20、气化器30并且形成密闭循环流通路径的调压管路单元，以及用于控制整个调压过程的调压控制装置(图中未示出)。其中，该LNG储罐10用于储存需调压的LNG；该低温泵20用于加压流经该低温泵20的LNG；该气化器用于气化流经该气化器的LNG；该调压控制装置与该LNG储罐、低温泵、气化器、调压管路单元连接，用于调压过程的启动、控制和停止。

在本发明中，该调压管路单元包括：进液管路12，连通该LNG储罐10与该低温泵20，用于将需调压的LNG输送至该低温泵20；进液阀41，设置在该进液管路12中，用于使该进液管路12连通或不连通；出液管路23，连通该低温泵20与该气化器30，用于将经该低温泵20加压后的LNG输出至该气化器30；出液阀42，设置在该出液管路23中，用于使该出液管路23连通或不连通；气化管路31，连通该气化器30与该LNG储罐10，用于将经该气化器30气化后的LNG输出至该LNG储罐10；气化出口阀43，设置在该气化管路31中，用于使该气化管路31连通或不连通；平衡管路21，连通该低温泵20与该LNG储罐10，用于将该低温泵20加压过程中产生的气体输出至该LNG储罐10；平衡气相阀44，设置在该平衡管路21中，用于使该平衡管路21连通或不连通。

在本发明中，该调压控制装置用于LNG调压的控制，其一般包括有：温度传感器71，可与该LNG储罐10或该出液管路23连接，用于感知其中LNG的温度；压力传感器72，与该LNG储罐10连接，用于感知罐内LNG的压力大小；液位传感器73，与该LNG储罐10连接，用于感知罐内LNG的液位位置；自动控制柜(图中未示)，放置于控制室内，且自动控制柜内设置有与该液位传感器73、压力传感器72、温度传感器71连接的工控机，该工控机内装有预先编好的用于控制调压的控制程序，并装有显示单元，用于同步显示自各传感器采集到的数据。

同时，如图1所示，为了实现对整个LNG加气站的自动控制、监视，以及特殊情况把LNG储罐与站内管路隔断来保护加气站，在加气站中设有多处气动紧急切断阀。在该进液管路12中位于该LNG储罐10出液口与低温泵20进口之间，设有第一气动紧急切断阀51，在气化器30出口到LNG储罐10的回路也设有第二气动紧急切断阀52。该第一气动紧急切断阀51、第二上气动紧急切断阀52上分别配备有第一电磁阀61、第二电磁阀62(如为仪表风电磁阀)，该第一电磁阀61、第二电磁阀62通过信号线(如图1中A接口所示)与该工控机连接，并与该LNG加气站的压缩空气系统连接(如图1中B接口所示)，该压缩空气系统由控制室内工控机控制，使其能够为加气站提供稳定的压缩空气作为仪表气源。通过该工控机在设定条件下发出指令来控制第一电磁阀61、第二电磁阀62的开关，进而控制该第一气动紧急切断阀51、第二上气动紧急切断阀52的打开/关闭，使该进液管路、气化管路连通或不连通。

在调压过程中，当调压开始时，工控机会发出指令，控制气动紧急切断阀配备的电磁阀的开关，进而控制气动紧急切断阀打开；LNG从站内LNG储罐10中流出，经LNG低温泵20后进入站内的空温式气化器30，这时LNG有部分被气化，形成气液混合状态，从底部回到站内LNG储罐10。由于LNG低温泵后压力高于站内LNG储罐的原有压力，回到LNG储罐10的气液混合物会翻动LNG储罐10内储存的LNG，上升到LNG储罐10顶部，并且会有部分气体被二次液化。在这一反复循环过程中，LNG低温泵20对系统内LNG持续做功，把能量传输到LNG储罐10内，使罐内LNG的温度和压力缓慢上升，最终达到预先设定的参数，系统自动停止调压。此时罐内LNG为饱和状态，气相和液相形成平衡，储存压力不会下降，再通过站内LNG加气机充注到车载燃料瓶中。由于这一过程为密闭流程，从而保证车载燃料瓶中LNG仍为饱和状态，压力始终处于发动机所需的范围内，满足了LNG车辆发动机对燃料供给的要求，使车辆能够平稳、正常运行。

在本发明中，当调压达到预先设定的条件(例如，根据LNG公交车所用发动机的使用要求，确定的系统调压设定的压力为0.55MPa，温度为-130℃。)，工控机会发出指令，控制气动紧急切断阀配备的电磁阀的开关，进而控制气动紧急切断阀关闭，同时低温泵停止工作，调压结束。并且，只有当系统同时达到压力和温度要求，调压才会结束。

如图2所示，示出了本发明的调压系统相应的调压流程。结合图1，在调压过程中，步骤201，调压控制装置启动调压开始，将LNG储罐中需调压的LNG输出至低温泵；步骤202，低温泵给流经的LNG加压，并将加压后的LNG输出至气化器；步骤203，气化器对流经的LNG进行气化，形成气液混合物，并输送回LNG储罐；步骤204，反复循环步骤201一至步骤203，直至LNG储罐内温度和压力达到预定值；步骤205，通过调压控制装置自动停止调压。

在本发明中，该预定值与LNG车辆的发动机对燃料供给的要求值相对应。本发明的系统通过调压流程满足了LNG车辆发动机对燃料供给的要求，从而使LNG车辆可以平稳、正常运行。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种LNG调压系统，用于LNG加气站中对LNG进行调压，其特征在于，包括：

LNG储罐，用于储存需调压的LNG；

低温泵，用于加压流经该低温泵的LNG；

气化器，用于气化流经该气化器的LNG；

一调压管路单元，用于连通该LNG储罐、低温泵、气化器，形成一密闭循环的流通路径，其中该调压管路单元包括：

进液管路，连通该LNG储罐与该低温泵，用于将需调压的LNG输送至该低温泵；

进液阀，设置在该进液管路中，用于使该进液管路连通或不连通；

出液管路，连通该低温泵与该气化器，用于将经该低温泵加压后的LNG输出至该气化器；

出液阀，设置在该出液管路中，用于使该出液管路连通或不连通；

气化管路，连通该气化器与该LNG储罐，用于将经该气化器气化后的LNG输出至该LNG储罐；

气化出口阀，设置在该气化管路中，用于使该气化管路连通或不连通；

第一气动紧急切断阀，设置在该进液管路中位于该LNG储罐出液口与低温泵进口之间，该第一气动紧急切断阀上配备有第一电磁阀，该第一电磁阀通过信号线与一工控机连接，并与该LNG加气站的压缩空气系统连接，通过该工控机在设定条件下发出指令来控制第一电磁阀的开关，进而控制该第一气动紧急切断阀的打开/关闭，使该进液管路连通或不连通；

第二气动紧急切断阀，设置在该气化管路中位于该LNG储罐与气化器出口之间，该第二气动紧急切断阀上配备有第二电磁阀，该第二电磁阀通过信号线与该工控机连接，并与该LNG加气站的压缩空气系统连接，通过该工控机在设定条件下发出指令来控制第二电磁阀的开关，进而控制该第二气动紧急切断阀的打开/关闭，使该气化管路连通或不连通；以及

调压控制装置，与该LNG储罐、低温泵、气化器、调压管路单元连接，用于调压过程的启动、控制和停止。

2.根据权利要求1所述的LNG调压系统，其特征在于，该气化管路与该LNG储罐的底部连通。

3.根据权利要求1所述的LNG调压系统，其特征在于，该调压管路单元还包括：

平衡管路，连通该低温泵与该LNG储罐，用于将该低温泵加压过程中产生的气体输出至该LNG储罐；

平衡气相阀，设置在该平衡管路中，用于使该平衡管路连通或不连通。

4.根据权利要求3所述的LNG调压系统，其特征在于，该调压控制装置用于LNG调压的控制，其包括：

液位传感器，与该LNG储罐连接，用于感知罐内LNG的液位位置；

压力传感器，与该LNG储罐连接，用于感知罐内LNG的压力大小；

温度传感器，与该LNG储罐或该出液管路连接，用于感知其中LNG的温度；

自动控制柜，其内设置有与该液位传感器、压力传感器、温度传感器连接的该工控机，该工控机内装有预先编好的用于控制调压的控制程序，并装有显示单元，用于同步显示自各传感器采集到的数据。

5.根据权利要求1所述的LNG调压系统，其特征在于，该调压管路单元的管路为双层真空管路。

6.一种LNG调压方法，用于LNG加气站中对LNG进行调压，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，调压控制装置启动调压开始，当调压开始时，工控机发出指令，控制气动紧急切断阀配备的电磁阀的开关，进而控制气动紧急切断阀打开，将LNG储罐中需调压的LNG输出至低温泵；

步骤二，低温泵给流经的LNG加压，并将加压后的LNG输出至气化器；

步骤三，气化器对流经的LNG进行气化，形成气液混合物，并输送回LNG储罐；

步骤四，反复循环步骤一至步骤三，直至LNG储罐内温度和压力达到预定值；

步骤五，通过调压控制装置自动停止调压，其中当调压达到所述预定值时，由所述工控机发出指令，控制气动紧急切断阀配备的电磁阀的开关，进而控制气动紧急切断阀关闭，同时低温泵停止工作。

7.根据权利要求6所述的LNG调压方法，其特征在于，在步骤三中，该气液混合物从LNG储罐底部流回储罐，并且，回到LNG储罐的气液混合物翻动LNG储罐内的储存的LNG，上升到LNG储罐顶部，其中部分气体被二次液化。

8.根据权利要求7所述的LNG调压方法，其特征在于，在步骤一至步骤三的反复循环过程中，该低温泵对LNG持续做功，把能量传输到LNG储罐内，使罐内LNG的温度和压力缓慢上升，最终达到预定值。

9.根据权利要求8所述的LNG调压方法，其特征在于，该预定值与LNG车辆的发动机对燃料供给的要求值相对应。

10.根据权利要求8所述的LNG调压方法，其特征在于，还包括一步骤：

将调压后的LNG充注到车载燃料瓶中。

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