阅读说明：本技术 一种lng气化器水喷淋系统及控制方法 (LNG gasifier water spraying system and control method ) 是由 吴俊铿 梁锦秀 虢德鹤 何丹 林土志 莫嘉杰 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：一种LNG气化器水喷淋系统,包括LNG气化器、循环水池、监测装置、控制器、喷淋装置,LNG气化器设置于基座上,基座四周设置有与循环水池相连的引水槽,循环水池的侧壁和底部上独立安装有加热装置,监测装置包括进水管上的第一温度探测器、循环水池中的第二温度探测器和液位探测器,控制器根据传输的温度信号和液位信号控制阀门和加热装置的启闭,气化器上换热管组的中部设置有多层阻水层,换热管的翅片呈不同形式的螺旋形分布。本发明大大提高了热交换效率,并采用智能化控制方法,平衡进水热量、消耗热量、水量和电能之间的关系,在极大限度地利用自然水热能量的同时,又不影响正常的使用,且能实现自动控制,控制精度高。(The utility model provides a LNG vaporizer water spraying system, including the LNG vaporizer, the circulating water pond, monitoring devices, a controller, spray set, the LNG vaporizer sets up on the base, the base is provided with the leading flume that links to each other with the circulating water pond all around, independently install heating device on the lateral wall and the bottom in circulating water pond, monitoring devices includes the first temperature detect ware on the inlet tube, second temperature detect ware and the liquid level detector in the circulating water pond, the controller is according to the opening and close of the temperature signal of transmission and liquid level signal control valve and heating device, the middle part of heat transfer pipe group is provided with the multilayer water blocking layer on the vaporizer, the fin of heat transfer pipe is the spiral distribution of different forms. The invention greatly improves the heat exchange efficiency, adopts an intelligent control method, balances the relation among the water inlet heat, the consumed heat, the water quantity and the electric energy, greatly utilizes the natural hydrothermal energy, does not influence the normal use, can realize automatic control and has high control precision.)

一种LNG气化器水喷淋系统及控制方法

技术领域

本发明涉及液化天然气(LNG)的气化技术领域，尤其涉及一种LNG气化器水喷淋系统及控制方法。

背景技术

空温式气化器是利用空气自然对流加热低温LNG使其气化成常温气体的换热设备。现有市场上的LNG空温式气化器由铝翅片管按一定的间距连接而成，在使用的过程中气化器外表面极易结冰，若冰层过厚不利于气化器的正常使用。在现实的使用过程中，在气化器积累了一定厚度的冰层后，需要停止对该气化器的使用，通过大气温度将气化器表面冰层融化后方可使用。融冰的过程耗费时间较长，且在冬天温度较低的情况下，冰层融化的时间大大加长。现有的气化器喷淋技术没有对水资源和热能的充分利用，也缺乏对水温的自动控制。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种热量利用效率高、水资源循环利用、循环水池可自动控制的LNG气化器水喷淋系统，及其对循环水池的液位和温度进行控制的控制方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种LNG气化器水喷淋系统，包括LNG气化器、循环水池、监测装置、控制器、喷淋装置。

所述LNG气化器设置于基座上，所述基座设置于所述循环水池的侧边，所述基座四周设置有引水槽，所述引水槽与所述循环水池相连，喷淋水通过引水槽回流至循环水池。

所述循环水池的上部设有进水管，下部设有排水管，所述进水管和排水管上分别设置有阀门；所述循环水池的侧壁和底部还分别独立安装有加热装置。

所述监测装置包括第一温度探测器、第二温度探测器和液位探测器，所述第一温度探测器设置于进水管上用于监测进水管中的水温，所述第二温度探测器和液位探测器设置于所述循环水池中用于监测循环水池中水的温度和液位，所述第一温度探测器、第二温度探测器和液位探测器分别与所述控制器电连接；所述控制器分别与循环水池上所述进水管和排水管上的阀门、以及循环水池侧壁和底部上的加热装置电连接，以根据第一温度探测器、第二温度探测器和液位探测器传输的温度信号和液位信号控制阀门和加热装置的启闭。当水位过低时，开启进水管的阀门自动补水；当水温较低(低于5℃)时排空池水或启动加热装置。加热装置可根据液位等需要选择开启侧壁加热装置12和底部加热装置13中的一个或两个全开。

所述喷淋装置包括喷淋头、管道和水泵，所述喷淋头设置于所述LNG气化器上方(如上方30cm处)，喷淋头呈阵列分布，在LNG气化器上方全覆盖，喷淋头通过管道、水泵与所述循环水池相连，水泵将水通过管道泵送至位于高处的喷淋头，喷淋头向下方的气化器喷水。

更进一步改进的技术方案是，所述循环水池中设置有搅拌装置，加热时开启搅拌装置使水均匀升温。所述引水槽与所述循环水池间设置有过滤装置以过滤杂质。

更进一步改进的技术方案是，所述LNG气化器包括依次连接的进液管、换热管组和出气管，液化天然气由所述进液管进入，再经过所述换热管组加热后变成气体后由所述出气管流出系统外，所述换热管组包括若干并行排列的换热管，所述换热管为外侧壁带有翅片的蛇形管。

更进一步改进的技术方案是，所述换热管组的中部设置有垂直于所述换热管截面且位于换热管外的阻水层，所述阻水层上设置有容许喷淋水通过的通孔，阻水层用于使喷淋水缓慢流走，延长喷淋水与换热管的接触时间，以提高热交换效率。

更进一步改进的技术方案是，所述阻水层有1～5层，沿竖直方向平行排列，且从上到下阻水层间的间隔依次增大，使初始的喷淋水与换热管上部充分接触，而使逐渐冷却的喷淋水随着温度的降低加速流走，避免结冰结霜。

更进一步改进的技术方案是，所述换热管上的翅片沿换热管外壁从上至下呈螺旋形，其螺旋角为15～80°。螺旋角的大小决定了翅片旋转的程度，角度越大，翅片扭曲程度越大，喷淋水越慢流走，喷淋水与换热管的接触时间越长。

更进一步改进的技术方案是，所述螺旋角为45～80°，此时，翅片为类似螺纹式的螺旋，从上到下相邻螺旋间的间距依次增大，使喷淋水的停留时间从上至下逐渐变短，提高热交换率。

更进一步改进的技术方案是，所述换热管的内壁为与所述外壁上的翅片同轴心的螺旋形。换热管螺旋形的内壁增大了液化气与内壁的接触面积，降低了液化气的流速，同时使产生湍流，有利于热交换。

更进一步改进的技术方案是，所述换热管上的翅片为若干设置于所述换热管外壁的换热片，若干所述换热片的位置上下错位分布，且换热片分布的密度从上往下依次降低。换热片可沿换热管外表面垂直设置或斜向上设置，错位分布、斜向上设置均是为了拉长喷淋水与换热管表面的接触时间。换热片可沿换热管外壁由上至下呈螺旋形分布。

一种上述LNG气化器水喷淋系统的控制方法，所述控制方法包括对循环水池的水温和液位的控制方法，具体如下：

设进水管阀门、排水管阀门、侧壁加热装置、底部加热装置的初始状态均为关闭状态；

a、当进水管中的水温高于或等于设定值T1、循环水池中水的温度高于或等于设定值T2；

a1、当循环水池的液位值低于设定值H1时，开启进水管的阀门注水，当循环水池的液位值上升至等于或大于设定液位值H2时，关闭进水管的阀门；

a2、当循环水池的液位值高于或等于设定值H1时，保持进水管的阀门关闭；

b、当进水管中的水温高于或等于设定值T1、循环水池中水的温度低于设定值T2；

b1、当循环水池中的液位高于或等于设定值H3时，开启排水管的阀门；

b2、当循环水池中的液位低于设定值H3时，开启进水管的阀门进行注水,关闭或保持关闭排水管的阀门，当循环水池的液位值上升至等于或大于设定液位值H2时，关闭进水管的阀门；

c、当进水管中的水温低于设定值T1、循环水池中水的温度高于或等于设定值T2；

c1、当循环水池中的液位低于设定值H4时，开启进水管的阀门注水，当循环水池的液位值上升至等于或大于设定液位值H4时，关闭进水管的阀门；

c2、当循环水池的液位值等于或大于设定液位值H4时，保持进水管的阀门关闭；

d、当进水管中的水温低于设定值T1、循环水池中水的温度低于设定值T2；

d1、当循环水池中的液位低于或等于设定值H5时，开启进水管的阀门注水，当循环水池中的液位高于设定值时，关闭进水管阀门；

d2、当循环水池中的液位高于设定值H5时，开启循环水池侧壁或/和底部的加热装置，当循环水池中水的温度升高至等于或高于设定值T3时，关闭加热装置；

其中，所述的设定值T1、设定值T2、设定值T3、设定值H1、设定值H2、设定值H3、设定值H4、设定值H5，存在如下关系：T3>T1>T2或T1>T3>T2,H4≥H2>H5>H1>H3。T1可设为10℃，T2可设为5℃，T3可设为15℃，也可根据各地气温的情况灵活设定。

本发明由LNG气化器、循环水池、监测装置、控制器和喷淋装置等几部分组成，通过水喷淋装置对气化器表面进行喷淋，大大加快了气化器表面的融冰速度，提高气化器的利用率；设置循环水池使喷淋水可循环利用，通过在气化器换热组件上设置阻水层，以及对换热管翅片的结构设计，大大提高热交换效率的同时又使喷淋水不结冰；通过对循环水池中阀门和加热装置采用智能化控制方法，平衡进水热量、消耗热量、水量和电能之间的关系，在极大限度地利用自然水热能量的同时，又不影响正常的使用，且能实现自动控制，控制精度高。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中LNG气化器的结构示意图。

图3为本发明实施例1中LNG气化器上的换热管组和阻水层的俯视放大示意图。

图4为本发明实施例1中控制方法流程框图。

图5为本发明实施例2中LNG气化器上换热管的结构示意图。

图6为本发明实施例3中LNG气化器上换热管的截面图。

图7为本发明实施例3中LNG气化器上换热管的立体示意图。

图8为本发明实施例3中LNG气化器上另一种形式换热管的截面图。

图9为本发明实施例3中LNG气化器上另一种形式换热管的立体示意图。

图10为本发明实施例4中LNG气化器上换热管的截面图。

图11为本发明实施例4中LNG气化器上换热管的立体示意图。

附图标记：1-LNG气化器；2-循环水池；3-喷淋装置；4-基座；5-引水槽；6-过滤装置；7-水泵；8-控制器；9-监测装置；10-管道；11-搅拌装置；12-侧壁加热装置；13-底部加热装置；101-进液管；102-出气管；103-换热管；1031-翅片；1032-换热片；104-阻水层；1041-通孔；201-进水管；202-排水管；203-进水管阀门；204-排水管阀门；31-喷淋头；901-第二温度探测器；902-液位探测器；903-第一温度探测器。

具体实施方式

实施例1

一种LNG气化器1水喷淋系统，如图1所示，包括LNG气化器1、循环水池2、监测装置9、控制器8、喷淋装置3。

所述LNG气化器1设置于基座4上，所述基座4设置于所述循环水池2的侧边，所述基座4四周设置有引水槽5，所述引水槽5与所述循环水池2相连，喷淋水通过引水槽5回流至循环水池2。

所述循环水池2的上部设有进水管201，下部设有排水管202，所述进水管201和排水管202上分别设置有阀门，分别为进水管阀门203和排水管阀门204；所述循环水池2的侧壁和底部还分别独立安装有加热装置，分别为侧壁加热装置12和底部加热装置13。所述循环水池2中设置有搅拌装置11，加热时开启搅拌装置11使水均匀升温。所述引水槽5与所述循环水池2间设置有过滤装置6以过滤杂质。

所述监测装置9包括第一温度探测器903、第二温度探测器901和液位探测器902，所述第一温度探测器903设置于进水管201上用于监测进水管201中的水温，所述第二温度探测器901和液位探测器902设置于所述循环水池2中用于监测循环水池2中水的温度和液位，所述第一温度探测器903、第二温度探测器901和液位探测器902分别与所述控制器8电连接；所述控制器8分别与循环水池2上所述进水管阀门203和排水管阀门204、以及循环水池侧壁加热装置12和底部加热装置13电连接，以根据第一温度探测器903、第二温度探测器901和液位探测器902传输的温度信号和液位信号控制进水管阀门203、排水管阀门204、侧壁加热装置12和底部加热装置13的启闭。当水位过低时，开启进水管阀门203自动补水；当水温较低(低于5℃)时排空池水或启动加热装置。加热装置可根据液位等需要选择开启侧壁加热装置12和底部加热装置13中的一个或两个全开。

所述喷淋装置3包括喷淋头31、管道10和水泵7，所述喷淋头31设置于所述LNG气化器1上方(如上方30cm处)，喷淋头31呈阵列分布，在LNG气化器1上方全覆盖，喷淋头31通过管道10、水泵7与所述循环水池2相连，水泵7将水通过管道10泵送至位于高处的喷淋头31，喷淋头31向下方的气化器喷水。

所述LNG气化器1包括依次连接的进液管101、换热管组和出气管102，液化天然气由所述进液管101进入，再经过所述换热管组加热后变成气体后由所述出气管102流出系统外，所述换热管组包括若干并行排列的换热管103，所述换热管103为外侧壁带有翅片1031的蛇形管。本实施例中翅片1031竖直设置。

如图2、图3所示，所述换热管组的中部设置有垂直于所述换热管103截面且位于换热管103外的阻水层104，所述阻水层104上设置有容许喷淋水通过的通孔1041，阻水层104用于使喷淋水缓慢流走，延长喷淋水与换热管103的接触时间，以提高热交换效率。

所述阻水层104有3层，沿竖直方向平行排列，且从上到下阻水层104间的间隔依次增大，阻水层104上通孔1041的密度从上到下依次减小，使初始的喷淋水与换热管103上部充分接触，而使逐渐冷却的喷淋水随着温度的降低加速流走，避免结冰结霜。

一种上述LNG气化器水喷淋系统的控制方法，所述控制方法包括对循环水池的水温和液位的控制方法，如图4所示，具体如下：

设进水管阀门203、排水管阀门204、侧壁加热装置12、底部加热装置13的初始状态均为关闭状态；进水管201中的水温设为T_外，循环水池中的水温设为T_水；

a、当进水管201中的水温高于或等于设定值T1、循环水池2中水的温度高于或等于设定值T2；

a1、当循环水池2的液位值低于设定值H1时，开启进水管阀门203注水，当循环水池2的液位值上升至等于或大于设定液位值H2时，关闭进水管阀门203；

a2、当循环水池2的液位值高于或等于设定值H1时，保持进水管阀门203关闭；

b、当进水管201中的水温高于或等于设定值T1、循环水池2中水的温度低于设定值T2；

b1、当循环水池2中的液位高于或等于设定值H3时，开启排水管阀门204；

b2、当循环水池2中的液位低于设定值H3时，开启进水管阀门203,关闭或保持关闭排水管阀门204，当循环水池2的液位值上升至等于或大于设定液位值H2时，关闭进水管阀门203；

c、当进水管201中的水温低于设定值T1、循环水池2中水的温度高于或等于设定值T2；

c1、当循环水池2中的液位低于设定值H4时，开启进水管阀门203注水，当循环水池的液位值上升至等于或大于设定液位值H4时，关闭进水管阀门203；

c2、当循环水池2的液位值等于或大于设定液位值H4时，关闭或保持关闭进水管阀门203；

d、当进水管201中的水温低于设定值T1、循环水池2中水的温度低于设定值T2；

d1、当循环水池2中的液位低于或等于设定值H5时，开启进水管阀门203注水，当循环水池2中的液位高于设定值H5时，关闭进水管阀门203；

d2、当循环水池2中的液位高于设定值H5时，开启循环水池2侧壁加热装置12或/和底部加热装置13，当循环水池2中水的温度升高至等于或高于设定值T3时，关闭加热装置；

其中，所述的设定值T1、设定值T2、设定值T3、设定值H1、设定值H2、设定值H3、设定值H4、设定值H5，存在如下关系：T3>T1>T2或T1>T3>T2,H4≥H2>H5>H1>H3。T1可设为10℃，T2可设为5℃，T3可设为15℃，也可根据各地气温的情况灵活设定。

实施例2

其余与实施例1相同，区别在于所述换热管组中未设置阻水层104，如图5，而所述换热管103上的翅片1031沿换热管103外壁从上至下呈螺旋形，所述螺旋角为45～80°，翅片1031为类似螺纹式的螺旋，从上到下相邻螺旋间的间距依次增大，使喷淋水的停留时间从上至下逐渐变短，提高热交换率。

实施例3

其余同实施例2，所述换热管103上的翅片1031沿换热管103外壁从上至下呈螺旋形，不同之处在于所述螺旋角为15～45°。所述换热管103的内壁为如图6、图7所示的光滑内壁，或者为如图8、图9所示的与所述外壁上的翅片1031同轴心的螺旋形。螺旋形的内壁增大了液化气与内壁的接触面积，降低了液化气的流速，同时使产生湍流，有利于热交换。

实施例4

其余同实施例2，如图10、图11，不同之处在于所述换热管103上的翅片1031为若干设置于所述换热管103外壁的换热片1032，若干所述换热片1032的位置上下错位分布，且换热片1032分布的密度从上往下依次降低。换热片1032可沿换热管103外表面垂直设置或斜向上设置，错位分布、斜向上设置均是为了拉长喷淋水与换热管103表面的接触时间。换热片1032可沿换热管103外壁由上至下呈螺旋形分布。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。