Установка регазификации жидкого криопродукта с генерацией электроэнергии
Полезная модель относится к криогенной технике и может быть использована в машиностроении, энергетике, газовой и других отраслях промышленности, где есть необходимость в регазификации жидких криопродуктов [F17C 7/04]. Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного способа, заключается в снижении энергозатрат при эксплуатации установок регазификации жидких криопродуктов и увеличении доли используемого холода газифицируемого жидкого криопродукта. Установка для регазификации жидкого криопродукта содержит детандерно-насосный агрегат, в состав которого входят насос жидкого криопродукта и детандер, посаженные на общий вал, подсоединенный к электрогенератору, причем насос и детандер связаны механически в единый насосно-детандерный агрегат, также содержит блок атмосферных испарителей первой ступени, атмосферные испарители второй ступени и электронагреватели для дополнительного нагрева газа, идущего от второй ступени, а также байпасный вентиль и вентили управления греющими потоками; причем электронагреватели, насос и иные энергопотребляющие системы подключены к энергопитанию, вырабатываемой электрогенератором на валу насосно-детандерного агрегата.
Полезная модель относится к криогенной технике и может быть использована в машиностроении, энергетике, газовой и других отраслях промышленности, где есть необходимость в регазификации жидких криопродуктов [F17C 7/04].
Известна установка регазификации жидкого криопродукта, описание которой приведено в [Патент SU 1456688, опубл .07.02.1989]. Жидкий криопродукт сжимается в насосе, затем испаряется в атмосферном испарителе первой ступени, после чего расширяется в турбодетандере с получением электроэнергии. Охладившийся при расширении поток нагревается в атмосферном испарителе второй ступени, после чего дополнительно нагревается в электронагревателе, питаемом электроэнергией, полученной при расширении.
Однако недостатком этого способа является тот факт, что насос и детандер не выполнены в виде единого детандерно-насосного агрегата, что понижает эффективность выработки электроэнергии, кроме того, энергия от детандера не используется ни для питания насоса, ни для обеспечения потребностей установки и ее площадки в электроэнергии. Также в данной установке не предусмотрена возможность осуществления газификации криопродукта в случае выхода насоса или детандера из строя.
Известны установки регазификации жидкого криопродукта, описанные в [Патент СА 2208818, опубл. 28.12.1997; Патент DE 102010056585, опубл. 06.06.2013]. Подаваемый из емкости СПГ сжимается в бустерном насосе, подается в смеситель. Затем сжимается во втором насосе и подается на нагрев и испарение. Нагрев и испарение происходит сперва в атмосферном испарителе, а затем - в теплообменнике, использующем отбросное тепло ТЭЦ комбинированного цикла. Нагретый ПГ расширяется в турбодетандере, вырабатывая энергию, а расширившиеся пары подаются в смеситель. Часть потока ПГ выводится из смесителя потребителю.
Основными недостатками установки является ее зависимость от наличия ТЭЦ комбинированного цикла и сложность устройства смесителя. Также аналогично
предыдущему аналогу, не рассмотрена возможность объединения насосов и детандера в единый агрегат.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является установка, описание которой приведено в [Патент JPS 5471422, опубл. 08.06.1979]. СПГ сжимается в насосе и затем подается для нагрева и испарения в теплообменник-испаритель промежуточного теплоносителя. После испарения и нагрева СПГ подается для расширения в турбодетандер с выработкой электроэнергии. Промежуточный теплоноситель, в роли которого выступает пропан, сжимается насосом перед подачей в испаритель пропана, затем расширяется с выработкой электроэнергии в турбодетандере, после чего подается для подогрева и испарения СПГ в теплообменник-испаритель, где ожижается и возвращается на сжатие в насос.
Основным недостатком данной схемы является необходимость наличия дополнительного контура с соответствующим оборудованием, что увеличивает затраты на оборудование. Кроме того, в качестве рабочего тела вспомогательного контура выступает пожароопасный пропан. Эффективность работы контура вспомогательного теплоносителя сильно зависит от степени его перегрева в испарителе, что потребует привлечения внешних источников тепла. Наконец, здесь не предусмотрена возможность работы установки регазификации в случае остановки вспомогательного контура.
Задача, на которую направлено изобретение - разработать установку регазификации жидкого криопродукта, в которой испарившийся криопродукт может быть использован для выработки электроэнергии.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного устройства заключается в снижении энергозатрат при эксплуатации и увеличении доли используемого холода газифицируемого жидкого криопродукта.
Указанный технический результат достигается тем, что заявлена установка для регазификации жидкого криопродукта содержащая детандерно-насосный агрегат, в состав которого входят насос жидкого криопродукта и детандер, испарители, отличающаяся тем, что насос жидкого криопродукта и детандер связаны механически в единый насосно-детандерный агрегат и посажены на общий вал, подсоединенный к электрогенератору, испарители размещены в двух блоках первой и второй ступени,
причем во второй ступени размещены электронагреватели с функцией дополнительного нагрева газа, также содержит байпасный вентиль и вентили управления греющими потоками, а электронагреватели, насос подключены к энергопитанию, вырабатываемого электрогенератором на валу насосно-детандерного агрегата.
Принцип достижения технического результата основан на том, что жидкий криопродукт сжимается в насосе, затем испаряется в атмосферном испарителе первой ступени, после чего расширяется в детандере с получением электроэнергии. При этом насос и детандер связываются механически в единый насосно-детандерный агрегат. Охладившийся при расширении поток нагревается в атмосферном испарителе второй ступени, после чего дополнительно нагревается в электронагревателе. Энергия, вырабатываемая при расширении газифицированного криопродукта, используется для питания насоса, электронагревателя и прочих потребностей установки (таких как освещение, контрольно-измерительная аппаратура и т.п.). В этих условиях необходимость в подведении электроэнергии к установке со стороны появляется лишь в наиболее холодные зимние периоды работы установки.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки. Установка для регазификации жидкого криопродукта содержит детандерно-насосный агрегат (ДНА) (в его состав входят насос жидкого криопродукта 1 и детандер 2, посаженные на общий вал, подсоединенный к электрогенератору 3), блок атмосферных испарителей первой ступени 4, 5, атмосферные испарители 6, 7 второй ступени и электронагреватели для дополнительного нагрева газа 8, 9, а также байпасный вентиль 10 и вентили управления греющими потоками 11-14, 15 - подача сжиженного природного газа, 16 - выходной поток продукта - ПГ; А - детандерно-насосный агрегат; Б - блок атмосферных испарителей первой ступени; В - блок атмосферных испарителей второй ступени.
Осуществление полезной модели
Параметры системы приводятся для установки газификации сжиженного природного газа с производительностью 1000 нм3/ч и уровнем потребления электроэнергии вспомогательными системами установки и площадки 10 кВт. Жидкий криопродукт подается в поршневой насос 1, где сжимается до давления 38 бар (и.). Жидкость под давлением подается в работающий атмосферный испаритель первой
ступени (4 или 5), где испаряется и нагревается до температуры несколько ниже, чем температура окружающей среды. Затем он расширяется в поршневом детандере 2, который установлен на общий с насосом вал, формируя насосно-детандерный агрегат, используемый для выработки энергии на генераторе 3. Охладившийся при расширении в детандере 2 газ направляется в работающий атмосферный испаритель (6 или 7), где подогревается до температур, несколько ниже окружающей среды.
Подача газифицированного криопродукта потребителю требует дополнительного нагрева, реализуемого в электронагревателях (8 или 9). Электронагреватель, насос и прочие энергопотребляющие системы, питаются от энергии, вырабатываемой электрогенератором 3 на валу насосно-детандерного агрегата.
Атмосферные испарители обеих ступеней (4-5 и 6-7) работают поочередно. После обмерзания, атмосферный испаритель отключается от потока криопродукта, а поток перенаправляется на отогретый атмосферный испаритель. После этого обмерзший атмосферный испаритель начинает свой отогрев: в теплые месяцы за счет теплопритока от окружающей среды, в холодные месяцы - за счет пропускания греющего потока газифицированного криопродукта, нагретого в электронагревателе (направляемого в теплообменники первой ступени через вентили 13 и 14, а в теплообменники второй ступени - через вентили 11 и 12). После отогрева атмосферных испарителей греющий поток смешивается с продуктовым потоком ПГ.
В установке также предусмотрен байпассный вентиль 10, позволяющий пустить жидкий криопродукт в обход электрогенерирующей системы (насосно-детандерного агрегата (ДНА) и блока атмосферных испарителей первой ступени 4-5), в случае выхода последних из строя, что позволяет обеспечить непрерывное снабжение потребителя газифицированным криопродуктом.
Установка для регазификации жидкого криопродукта, содержащая детандерно-насосный агрегат, в состав которого входят насос жидкого криопродукта и детандер, испарители, отличающаяся тем, что насос жидкого криопродукта и детандер связаны механически в единый насосно-детандерный агрегат и посажены на общий вал, подсоединенный к электрогенератору, испарители размещены в двух блоках первой и второй ступеней, причем во второй ступени размещены электронагреватели с функцией дополнительного нагрева газа, также содержит байпасный вентиль и вентили управления греющими потоками, а электронагреватели, насос подключены к энергопитанию, вырабатываемому электрогенератором на валу насосно-детандерного агрегата.
