LNG汽化潜热在冷库设计中应用

第４期　邹红杰，等：ＬＮＧ汽化潜热在冷库设计中应用　・６５・　ＬＮＧ汽化潜热在冷库设计中应用　邹红杰　，周　静　（１．中国石油工程建设公司北京设计分公司，北京１００１２０；　２．中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京１０００８３）　摘要：介绍了利用ＬＮＧ汽化潜热作为制冷工艺的一种小型冷库设计方案，制冷工艺流程简单，投资少，劳动强度小，维护成本低，梯　级利用ＬＮＧ的汽化产生的冷量，对环境没有污染，发展前景广阔，能够带来较大的经济效益和社会效益。　关键词：ＬＮＧ汽化；制冷系统；冷库　中豳分类号：ＴＢ６５７．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０２１Ｘ（２０１１）０４—００６５—０３　１前言　冷系统和热电制冷系统。　随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，　［１］蒸汽压缩制冷系统主要由压缩系统、冷凝　人们对于水产品、肉类、水果、蔬菜、禽蛋等食品的需　器、膨胀阀、蒸发器四部分组成，制冷剂在系统中经　求越来越旺盛，但它们的生产有较强的地区性和季　过压缩、冷凝、节流、蒸发吸收潜热冷却物体。其工　节性，为了调节淡旺季节，保障供给，就需要对食品　艺成熟，广泛应用食品加工业，但其工艺复杂，耗费　进行冷加工、冷藏及冷藏运输，这样对冷库、冷藏车　大量电能，投资成本高。　船的需求也在不断地增长。冷库设计的核心是制冷　［２］空气制冷系统是通过压缩空气在膨胀机中　系统的设计，目前的冷库制冷方式普遍采用液体汽　绝热膨胀获得低温气流而实现制冷。空气是天然工　化压缩制冷方式。但其工艺复杂，耗费电能较多，投　质，无毒无害，对环境没有破坏作用，制冷温度范围　资成本高¨　。　宽，但其制冷效率低，噪声高，部件还需优化，运行参　为响应国家节能降耗、回收可利用能源的要求，　数还需优化匹配。　本文提出了回收ＬＮＧ汽化冷量来提供冷库冷源的　［３］热电制冷是利用热电效应（即帕尔帖效应）　设计思路。ＬＮＧ常压下的沸点温度为一１６２　ｏＣ，它　的一种制冷方法。其结构简单，启动快，操作灵活。　在燃料燃烧前汽化时吸收的汽化潜热所产生的冷　主要缺点是效率低，耗电多，主要用于电子器件仪表　量，足以维持一个小型冷库需要的冷量，通过载冷剂　的冷却器。　将ＬＮＧ相变物质溶解释放的冷量传递给冷库。　以上是现在国内普遍采用的制冷方法，本文中　２制冷工艺及制冷负荷计算　冷库制冷系统采用ＬＮＧ汽化产生冷量直接制冷的　２．１制冷工艺　方案，在国内尚属首创，该工艺简单，冷量大，其制冷　利用外界能量使热量从温度较低的物质（或环　的工艺流程如图１（该流程采用乙二醇、丙二醇和丙　境）转移到温度较高的物质（或环境）的系统叫制冷　三醇的水溶液做载冷剂）。　系统。制冷系统通常可分为蒸汽制冷系统　空气制　图ｌ　ＬＮＧ制冷工艺流程图　工艺流程描述：来自储罐的一１６２￣Ｃ的ＬＮＧ经　右，然后经过一级超低温蒸发器，温度变为一２０￣Ｃ，　过与２Ｏ℃的载冷剂换热以后气化为２×１０　Ｎｍ。　此过程提供的冷量可用于禽类、肉类或者鱼虾的速　１８￣Ｃ的天然气，可供给大约６万城镇居民一天的用　冻，经一级换热以后，进入二级换热器，载冷剂温度　气；载冷剂经过ＬＮＧ换热器后温度降为一３５℃左　升为一２￣Ｃ，此过程提供的冷量可用做冷库低温冷藏　收稿日期：２０１１一ｏ４一Ｏ２　作者简介：邹红杰（１９８ｌ一），男，工艺工程师，毕业于西南石油大学化学工程与工艺专业，现从事油田地面工程设计工作。　山东化工　・６６・　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２０１１年第４０卷　间的冷量需要（主要用于肉类、水产品的冷藏），二　可以减少换热器尺寸。　级换热后，进入三级换热器，载冷剂的温度升为　２．３．２载冷剂的选择　２Ｏ℃，然后循环回ＬＮＧ汽化换热器，三级换热产生　［１］水水是最适宜的载冷剂，它主要用于集中　的冷量可用于冷水养殖或者空调系统的冷水供给。　式空气调节系统，还可以直接喷入空气中，实现温度　２．２制冷负荷计算　和湿度调节，但水的冰点是Ｏ￣Ｃ，所以只适用于载冷　２．２．１冷量利用方案确定　温度在０℃以上的场合使用。　通过ＨＹＳＹＳ软件模拟知：该流程可提供１５５ｋＷ　［２］甲醇甲醇的冰点为一９７￣Ｃ，它可以达到较　的冷量，其中经过一级换热（温度一３５℃一一　低的载冷温度，流动性较好，甲醇和乙醇都有挥发性　２０％）可提供４２ｋＷ的冷量，二级换热（温度一２０￣Ｃ　和可燃性，使用过程中应注意防火，甲醇挥发气有弱　一一２℃）产生５０．５ｋＷ的冷量，三级换热后（温度　毒性，不宜做冷冻食品用载冷剂。　一２￣Ｃ—　０℃）产生６２．５ｋＷ的冷量。　［３］纯有机体纯有机液体如二氯甲烷、三氯乙　该制冷工艺得到的制冷温度较低，经过经济分　烯和其他氟里昂液体。它的凝固点很低。特点是相　析对比后，推荐利用一级二级换热产生的冷量建设　对密度大、黏度小、比热容小。可以用来得到更低的　以鱼虾、贝类冷冻加工、冷藏性质的冷库；经过两级　载冷温度，但是其对环境有污染。　换热后，载冷剂的冷量不再适合低温冷库冷量的供　［４］乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液丙三醇　给，可与２５℃水换热产生冷水，用于空调系统的冷　是极稳定的化合物，其水溶液对金属无腐蚀。无毒，　水供给或用于十分具有发展前景的冷水养殖业用　可以和食品直接接触，是良好的载冷剂。乙二醇和　水。经计算：三级换热的冷量一天可产生７０ｔ　７℃或　丙二醇水溶液的特性相似，它们结晶温度可达一　者１２０ｔ　１５℃的冷水。　６Ｏ℃左右。　２．２．２生产能力计算　通过以上几种常用载冷剂的对比筛选和大量的　［１］速冻间：　资料调研：推荐采用乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶　根据文献资料显示：在库房温度一２５￣Ｃ时，水产　液作为载冷剂。　’　品的单位冷负荷为：７　ｋＷ／ｔ，冷加工时间为１６ｈ，水　３冷库组成及工艺流程　产品由入库时的２０ｃＩ＝降到一ｌ５ｃＩ＝；由模拟的流程知　３．１冷库组成　一级换热后产生的冷量负荷为４２　ｋＷ．　该冷库属于鱼、虾、贝类冷冻加工的生产性冷　按１５％的冷量损失考虑，计算得：可生产冷冻　库，推荐建在靠近渔港、码头、海湾等水运和公路运　鱼虾３．４ｔ／ｄ。　输较方便的地域。该冷库主要由库房、生产工艺用　［２］冷藏间、制冰间：　房、动力用房及行政用房组成。　查《冷库设计》一书知：盐水制冰的单位负荷约　［１］库房是冷库的核心部分，库房是冷库建筑　为７ｋＷ／ｔ；２５０ｔ以下冷库冻结物冷藏间单位冷负荷　群中的主要建筑，包括冷加工问、冷藏问和直接为它　为０．０８２　ｋＷ／ｔ，冷藏问按３天产量的贮藏能力考　服务的建筑。　虑；二级换热产生的冷量用于冻结物冷藏和制冰。　［２］生产工艺用房主要包括水产品清洗、分类、　按１５％的冷量损失考虑，计算得：冷藏间需要冷负　装盘、过磅的房间、整理间和水塔、仓库、污水处理　荷为：Ｏ．２８　ｋＷ，可制冰６．０　ｔ／ｄ。　等。　２．３载冷剂　［３］动力用房包括用于安装制冷设备的房间，　２．３．１载冷剂的性质　是冷库的动力车间，它还包括设备间和变、配电间。　本文中制冷系统产生一３５℃一２０￣Ｃ的循环液　［４］行政用房主要包括办公室、宿舍、厕所等。　体，因此用作载冷剂的物质应在所需要的载冷温度　［５］其他建筑包括围墙、出入口、绿化设施和危　下保持液态，在载冷系统中循环时，不结冰、不挥发；　险品仓库，其中危险品仓库指贮载冷剂等易燃易爆　对设备无腐蚀，对人体无害；载冷能力强；输送功率　物品的库房。　少。因此载冷剂应具备如下的性质：　３．２冷库加工工艺流程　［１］无毒、无可燃性、无刺激性气味。化学稳定　该冷库的功能就是在低温环境中贮藏水产品，　性好，在大气压力下不分解，不氧化，不改变其物理　为了能够在低温环境下贮藏物品，必须在贮藏前进　化学性质。　行冷却、冻结加工，还要在出库前进行检验、过磅，出　（２］在使用温度范围内呈液态。　库前过磅等一系列流程，该冷库生产的工艺流程见　［３］相对密度小，黏度小、传热性好、比热容大。　图２。　这样可以使载冷系统中流动阻力损失小，循环量少、　第４期　邹红杰，等：ＬＮＧ汽化潜热在冷库设计中应用　・６７・　化产生的冷量建成小型冷库，经计算知：每天可冷冻　鱼虾３．４ｔ，按每加工ｌｋｇ鱼虾的利润为３元（一年生　产周期按３００天算）计算，每年的税前利润为３０６万　过磅　元，预计在１．５年内即可收回投资。可见：该方案有　▲　ＪＩ　　效利用ＬＮＧ汽化冷量，耗电少，经济效益十分明显。　冷藏　冰　５结论　ｆ　｝　ｌ　［１］冷库是具有保留食品的原始成分，维持良　脱▲　盘……　一—－１包装　好的食品质量的优点，尤其许多深海鱼类需深度冷　冻保鲜。利用ＬＮＧ本身的低温性及时为它们的加　冻结　制冰　▲　工提供条件，开发水产品的冷冻加工、冷水养殖是很　—．；　ｉ　』—　～　有发展前途的工作。　［２］该冷库制冷工艺流程简单，投资少，劳动强　入库　度小，维护成本低，梯级利用ＬＮＧ的气化产生的冷　量，对环境没有污染，发展前景广阔，能够带来较大　图２冷库生产功能图　的经济效益和社会效益。　该流程比较简单，水产品在理鱼间清洗、分级、　装盘、过磅后直接人冻结间冻结，再经脱盘、包装　参考文献　［１］庄玉辉．以冷库发展趋势论设计方案［Ｊ］．制冷．２００１，　（也有不包装的）即运人冻结物冷藏间贮藏，最后过　２０（２）：７５－７７．　磅、出库。脱盘后有一回盘工序返回理鱼间。　［２］李建华，王春．冷库设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　４经济评价　２００３．　城镇居民一天用气消耗３４ｍ　ＬＮＧ来核算，如　果采用加热炉加热汽化至１８℃，经计算每天大概燃　（本文文献格式：邹红杰。周静．ＬＮＧ汽化潜热在　烧４００Ｎｍ　天然气，按１Ｎｍ　天然气的价格为２元计　冷库设计中应用【Ｊ］．山东化工，２０１１，４０（４）：６５—　算，每年加热ＬＮＧ的所需燃气费用在２９万元左右，　６７．）　并且ＬＮＧ本身的冷量白白浪费；如果利用ＬＮＧ汽　［２］邢尚策．催化裂化汽油脱硫技术的研究发展状况［Ｊ］．　化工时刊，２００９，２３（７）：６８—７１．　［３］刘卉，高金森，赵亮．吸附脱除噻吩类硫化物机理的研　２　＿＝＝：　究进展［Ｊ］．石油化工，２０１０，３９（９）：１０５９—１０６６．　星　［４］朱云霞，徐惠．Ｓ—Ｚｏｒｂ技术的完善及发展［Ｊ］．炼油技　术与工程，２００９，３９（８）：７—１３．　逞　ｇ　［５］张景成，柳云骐，安高军，柴永明，付庆涛，刘晨光．吸　翼　附脱硫技术生产清洁油品［Ｊ］．化学进展，２００８，２０　，　（１１）：１８３４—１８４６．　［６］范景新，王刚，张文慧，徐春明，高金森．Ｎｉ基吸附荆　上催化裂化汽油反应吸附深度脱硫性能研究［Ｊ］．现代　化工，２００９，２９（１）：２０７—２１０．　［７］李倩，宋春敏，王云芳．汽油吸附脱硫技术研究进展　［Ｊ］．山东化工，２００９，３８（２）：２９—３５．　图２稳定塔气液相负荷图　［８］Ｉｇｏｒ　Ｂｅｚｖｅｒｋｈｙｙ，Ａｎｄｒｅｙ　Ｒｙｚｈｉｋｏｖ，Ｃ，ｅｏｆｆｒｏｙ　Ｇａｄａｃｚ，Ｊｅａｎ　４结论　—Ｐｉｅｒｒｅ　Ｂｅｌｌａｔ．Ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｎ　（１）基于催化汽油吸附脱硫流程的实际生产数　Ｎｉ／ＳｉＯ２　ａｎｄ　Ｎｉ／ＺｎＯ［Ｊ］．Ｃａｔａｌｙｓｉｓ　Ｔｏｄａｙ，２００８，１３０　据，使用ＰＲ状态方程计算物性，并建立其各个主要　（２３）：１９９—２０５．　装置的数学模型，实现对全流程进行模拟。　［９］陈洪钫，刘家祺．化工分离过程［Ｍ］．北京：化学工业　（２）模拟值与实际值的平均相对偏差均在５％　出版社，１９９５：１２０—１２１．　以内，主要操作参数以及指标的模拟值均能较好地　［１Ｏ］陈忠秀，顾飞燕，胡望明．化工热力学［Ｍ］．北京：化　与实际值取得一致。　学工业出版社，２００１：５—９．　参考文献　（本文文献格式：李海明．催化汽油吸附脱硫装置模　［１］伊西青．清洁汽油生产现状及技术进展［Ｊ］．石油与天　然气化工，２００５。３４（３）：１８７—１９２．　拟研究［Ｊ］．山东化工。２０１１。４０（４）：６２—６４，６７．）