一种采用放散点火的LNG管道预冷系统
技术领域
本实用新型涉及LNG管道预冷技术领域，尤其涉及一种采用放散点火的LNG管道预冷系统。
背景技术
将LNG管道系统从环境温度冷却到工作温度的过程称为预冷。在预冷过程中，为使管道、绝热层和周围土壤降温，需要蒸发掉一定量的低温工作介质，而且要经过相当长的时间才能达到热稳定状态。对预冷过程的设计计算就是要确定低温介质耗量与预冷时间，LNG管道系统的预冷过程是一个复杂的热传递过程。管道系统在预冷过程中既可以利用低温工作介质的汽化潜热，又可以利用已蒸发的气体温度升高时所吸收的显热，预冷过程中需要的低温工作介质的消耗量是随显热的利用程度而变化的。
LNG输送管道以及LNG汽化站内低温管道和低温储罐在正式输入低温液体之前，首先要进行充分的冷却即预冷。为了避免管道结构急冷损坏，预冷过程非常重要。如果LNG突然注入常温的管道，管道会迅速地收缩。管道的底部与沸腾的LNG将直接接触，相对温度较低，由于LNG吸收了管道材料的热量在管道内发生有核沸腾或者膜沸腾，产生的NG充满管道顶部，造成管道顶部的温度相对较高，在管道截面上温度梯度会导致“香蕉效应”。即：由于管道的顶部和底部收缩不一致，导致管道系统发生不可预知的形变，进而引起管道、支撑、膨胀节和连接法兰的损坏，因此在LNG管道系统投产以及检修后开工前，对管道系统的预冷是必须进行的，而且这一预冷过程必须逐步地缓慢地进行，根据有关操作经验，管道系统的冷却速率控制在50℃/h左右时比较安全。当LNG管道系统的温度达到-95℃～-118℃之间时，才可以正式投产运行。
目前，对LNG管道系统进行预冷采用的低温工作介质通常是液氮，由多辆大型槽罐车运输液氮到LNG装置附近，在汽化器中吸收空气的潜热实现气化，工作后的氮气通过排放装置在一定高度上进行放散处理。这一过程的系统压力高于常压，相关设备为压力容器。由于液氮的温度低于LNG。在进行预冷操作时，稍有不慎，管道系统发生“香蕉效应”的概率更大，整个管道系统完成预冷所耗费的时间更长。而且由于需要额外采购大量的液氮，这一预冷工艺成本偏高，准备时间长。
通过对LNG管道系统的预冷操作进行模型分析，可以确定理想的低温工作介质是低温气体，尽量避免低温工作介质在管道系统中呈现出气液两相状态，因为这种气液两相状态是导致管道发生“香蕉效应”的根本原因。在工程实践中，LNG管道系统进行预冷操作的温度下限就是纯净NG的露点(-120℃左右)。当低温气体进入管道系统实施预冷过程时，在管道内部不存在温度差，在管道圆周上的温度也是均一的，随着低温气体在管道内的扩散，管道系统在延伸方向上逐步冷却。这样的预冷过程是随着低温气体的扩散而缓慢实施的，降低了管道系统发生变形的概率。当管道系统的温度逐渐下降，达到低温气体的露点时，低温工作介质将再次出现气液两相状态。因此，理想的低温工作介质应该具有这样的物理特性：其露点与LNG的露点接近，至少不能高出太多，否则会在预冷操作中，未达到目标温度而过早出现气液两相状态。空分后的氮气露点在-69℃左右，基于上述论述，可以认定液氮在LNG预冷操作的后半段并不适合做为工作介质，只是由于液氮相对容易获取，其沸点相对较低，所以才会广泛用于LNG管道系统的预冷操作。
发明内容
本实用新型提供了一种采用放散点火的LNG管道预冷系统，选用NG和LNG做为工作介质，利用NG的显热来气化一定量的LNG，产生的NG冷气用于LNG管道系统的预冷，工作后的低温天然气进行放散点火处理后排入大气；本系统具有设备简单、成本低、占地空间小、便于操作和安全可靠的特点，尤其适合于中小型LNG厂站应用。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种采用放散点火的LNG管道预冷系统，包括待预冷LNG管道及对应的LNG储罐；还包括NG冷气发生装置、阀门一、阀门二、铠装软管一、铠装软管二；NG冷气发生装置设LNG入口、NG入口及NG出口，其中LNG入口连接LNG引射管，NG入口连接常温天然气管道，NG出口连接NG冷气管道；待预冷LNG管道靠近NG冷气发生装置的一端设阀门一，待预冷LNG管道靠近LNG储罐的一端设阀门二；沿LNG流动方向，阀门一下游的待预冷LNG管道上设冷气引入口，阀门二上游的待预冷LNG管道上设冷气引出口；冷气引入口通过铠装软管一连接NG冷气管道；冷气引出口通过铠装软管二连接放散气管道，放散气管道的另一端设放散气点火装置，放散气管道上设泄压阀。
所述铠装软管一和铠装软管二的外侧设保温装置。
所述NG冷气管道上设有NG泵。
所述NG冷气发生装置上设有压力表、温度计和流量计；所述LNG引射管上设压力调节阀及流量调节阀，所述NG冷气管道上设有流量调节阀。
所述待预冷LNG管道的直径≤DN300，长度≤500m。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)采用LNG厂站原有的常温天然气做为工作介质，利用常温天气自身具有的显热来气化一定量的LNG形成NG冷气，对LNG管道系统进行预冷操作；首先，工作介质从LNG厂站获取，不需要外源的液氮，也因此省去了装卸和导入液氮的一系列设备；其次，由于利用了常温天然气的显热，不需要汽化器和额外的热源；再次，本发明所述系统设备构成简单，设备占地面小；最后，本实用新型选用放散点火装置对工作后的低温天然气进行处理，避免操作时发生安全问题，提高工艺系统的整体安全性；
2)本实用新型通过采集各种物料的温度、流量、压力数据，可以实现对预冷过程的稳定控制，使预冷过程安全可靠，极大地降低了管道系统发生“香蕉效应”的风险，有助于改善生产效率、降低操作成本和提高LNG系统的安全性。
3)随着我国的环保政策日趋严格，城市供暖系统更多地使用天然气做为燃料，国内对LNG的需求快速增长，本实用新型所述采用放散点火的LNG管道预冷系统的应用前景将更加广阔，尤其适合于中小型LNG厂站使用。
附图说明
图1是本实用新型所述一种采用放散点火的LNG管道预冷系统的结构示意图。
图中：1.NG冷气发生装置 2.NG泵 3.铠装软管一 4.铠装软管二 5.泄压阀 6.放散点火装置 7.LNG储罐 8.待预冷LNG管道 9.阀门一 10.阀门二
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本实用新型所述一种采用放散点火的LNG管道预冷系统，包括待预冷LNG管道8及对应的LNG储罐7；其特征在于，还包括NG冷气发生装置1、阀门一9、阀门二10、铠装软管一3、铠装软管二4；NG冷气发生装置1设LNG入口、NG入口及NG出口，其中LNG入口连接LNG引射管，NG入口连接常温天然气管道，NG出口连接NG冷气管道；待预冷LNG管道8靠近NG冷气发生装置1的一端设阀门一9，待预冷LNG管道8靠近LNG储罐7的一端设阀门二10；阀门一9下游的待预冷LNG管道8上设冷气引入口，阀门二10上游的待预冷LNG管道8上设冷气引出口；冷气引入口通过铠装软管一3连接NG冷气管道；冷气引出口通过铠装软管二4连接放散气管道，放散气管道的另一端设放散气点火装置6，放散气管道上设泄压阀5。
所述铠装软管一3和铠装软管二4外侧设保温装置。
所述NG冷气管道上设有NG泵2。
所述NG冷气发生装置1上设有压力表、温度计和流量计；所述LNG引射管上设压力调节阀及流量调节阀，所述NG冷气管道上设有流量调节阀。
所述待预冷LNG管道8的直径≤DN300，长度≤500m。
需要对待预冷LNG管道8进行预冷操作时，关闭阀门一9和阀门二10，在NG冷气发生装置1中，引射的－160℃～－170℃的LNG与常温的天然气进行充分混合，输出的干燥NG冷气通过NG冷气管道输入待预冷LNG管道8中对该管道进行预冷，完成管道预冷过程的低温天然气通过冷气引出口导出到放散气管道中，经过泄压阀5输送到放散点火装置6进行燃烧后放散。
所述泄压阀5的控制压力设置为小于干燥NG冷气压力，大于1.05atm。
NG的无水露点在-120℃左右，是用于LNG管道预冷的非常理想的低温工作介质；通过调节NG冷气发生装置1的物料输入压力和流量，可以调节NG冷气发生装置1输出的干燥NG冷气的流速、温度和压力。在实际操作中，排出的干燥NG冷气的压力往往大于1.3atm，为了维持LNG管道系统内的一定压力，泄压阀5的控制压力设置为小于干燥NG冷气压力，大于1.05atm(可以控制在1.05～1.15atm)。泄压阀5通过进行间断式的泄压操作，维持LNG管道系统的压力在合理范围内。
本实用新型所述一种采用放散点火的LNG管道预冷系统尤其适合中小型LNG厂站，根据理论计算和工程实践，当系统管道直径不超过DN300，所需预冷的管道长度不大于500m时，采用本实用新型所述系统最为经济。
本实用新型所述NG泵2用于提高天然气冷气的输出压力，能够加快LNG管道系统在纵向上的预冷过程。在需预冷LNG管道长度较短时可以省略，不使用NG泵2的采用放散点火的LNG管道预冷系统也在本实用新型的保护范围内。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
