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[摘 要]大型LNG接收站气化过程释放了大量的冷能，但由于LNG气化操作和下游冷能用户需求不同步，使得LNG冷能迄今尚未实现大规模综合利用。本文结合串级控制技术探讨了安全稳定的LNG气化过程控制方法，LNG气化量随下游用户需求变化时保证气化器出口天然气温度满足天然气用户要求，同时载冷剂出口温度满足冷能用户用冷要求。
[关键词]LNG气化 冷能利用 串级控制
中图分类号：T1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0055-01
1、概述
天然气作为一种清洁、高效能源越来越受到青睐，液化天然气（LNG）体积约为等量气体形态的1/625。每吨LNG在10MPa压力下等压升温至5℃气化过程中约释放212kW.h的冷能，一个LNG进口量为500万t/年的接收站，同时相当于进口了11.5亿～12.0亿kWh、温度为-162.0℃的高品质冷能。充分有效利用该冷能有利于提高资源利用率并创造更大的经济效益。
LNG冷能迄今没有实现大规模综合利用，除经济因素外，技术上的主要障碍为：LNG气化操作和冷能用户对冷能的利用不同步导致的气化过程难以控制。LNG气化量由接收站调控，LNG气化后温度必须满足天然气用户需求，加热介质降温后作为载冷剂输送冷能也必须满足冷能用户对载冷剂的温度要求。本文探讨了可靠且安全的LNG气化和控制工艺，LNG气化量随天然气用户需求变化时保证气化器出口天然气温度满足天然气用户要求，同时载冷剂出口温度满足冷能用户用冷要求。
2、LNG气化及控制方案
2.1 带有冷能利用的气化及控制方案
为实现LNG气化过程冷能的充分利用，本文提出了如图1所示的带有冷能利用的气化及控制流程。采用特定气化加热介质对低温LNG进行取冷气化，携带冷能的加热介质（载冷剂）通过“气化器—冷能用户—海水加热器—气化器”的循环回路实现冷能的利用。
载冷剂在LNG气化器换热后降温至-20℃以下送至冷能用户取冷。根据冷能用户用冷状况不同，载冷剂返回温度波动较大，为维持载冷剂进入气化器温度保持不变，通过海水加热器作为补偿加热器，由气化器入口载冷剂温度联锁控制加热海水流量。
冷能利用过程保证气化器出口天然气温度和载冷剂温度可控是整个过程的关键。
气化器天然气出入口温度一般为固定值，根据气化器中热负荷计算可知，天然气出口温度可由载冷剂输送管线调节阀联锁控制。天然气气化量稳定不变时，整个气化过程热负荷为恒定值，气化器入口载冷剂温度不变时可保证气化器出口低温载冷剂温度维持不变，即可满足冷能用户的特定需求。
2.2 带有串级控制的优化方案
在实际运行的LNG接收站项目中，LNG气化量受多重因素影响，波动较大。气化量发生变化时，需要等到气化器出口天然气温度变化才可以调节载冷剂流量，由于传热过程时间常数较大，导致偏差在较长时间内无法克服，气化器出口天然气温度及载冷剂温度波动较大。
结合化工项目中系统控制应用经验，可采用串级控制回路提高整个气化过程的稳定性。在本工艺中除原有天然气出口温度作为被控对象外，LNG流量作为第二个被控对象。LNG流量变化是导致载冷剂流量变化的根本原因，增加LNG流量对载冷剂流量的控制可以提高整个控制过程稳定性，减少气化器出口天然气温度及载冷剂温度波动。
维持气化器进出口所有温度恒定时，LNG流量与载冷剂流量成正比，可根据具体比例在串级控制系统中设定控制参数。串级控制系统中副环具有快速抗干扰功能，对于主变量的影响比较小。LNG流量变化对整个系统的稳定性影响最大，故将LNG流量与载冷剂流量控制回路作为副回路，LNG流量作为副对象。同时为避免载冷剂流量波动过程中加热海水流量变化较慢引起的载冷剂温度偏差较大，在载冷剂补偿加热过程同样引入串级控制，载冷剂流量作为副对象，载冷剂进入气化器温度作为主对象。
在气化过程中，气化器出口天然气温度与载冷剂输送泵出口调节阀联锁，通过载冷剂流量实现对天然气出口温度的控制（主回路），同时气化器入口LNG流量也对载冷剂输送泵出口调节阀进行控制（副回路）。载冷剂经泵加压后进入海水加热器升温，加热海水流量由载冷剂出口温度（主回路）及载冷剂进入海水加热器流量（副回路）串级控制，实现载冷剂在LNG气化器入口温度为定值。整个过程采用两套串级控制可大幅提升气化过程稳定性。具体工艺流程见下图2所示：
3、LNG冷能利用工程案例分析
本文结合某大型LNG气化及冷能利用工程案例进行分析。本工程中最大气化量400t/h，气化过程LNG入口出口温度分别为-145℃、2℃，压力9MPa（g），最大供冷量86.9MW。根据冷能用户不同用冷需求，载冷剂经取冷后返回气化站温度不确定，利用海水加热器将载冷剂加热至10℃后进入气化器换热，循环使用。
气化器出口天然气温度较为固定时，可根据其与载冷剂流量调节阀联锁控制。天然气气化量波动较大，在一定范围内的波动可通过串级控制将天然气出口温度波动减小。根据图3所示，在满足不同冷能用户用冷温度需求下，LNG气化量与载冷剂流量成正比，为LNG流量与气化器出口温度串级控制载冷剂流量提供了设计依据。
4、结论
冷能开发与利用能提高LNG利用过程经济效益，同时减少气化过程中对环境造成的冷污染，减少碳排放，符合国家节能减排和大力发展循环经济的理念。本文就LNG冷能利用过程的气化控制工艺进行了探讨，并结合实际工程案例进行了分析。根据本文提出的控制工艺，利用两套串级控制系统实现系统安全稳定运行，一定程度上解决了天然气用量需求与冷能用户对载冷剂温度需求间不同步问题，实现了双方按照各自要求各取所需。
参考文献
[1] 华贲. 大型LNG接收站冷能的综合利用[J]. 天然气工业.2008， 28（3）：10-15.
[2] 边海军.液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析[D].2011.6.
[3] 杨政厚，房方，劉吉臻.串级控制回路的性能评价方法[J].2009，29（5）：426-431.
[关键词]LNG气化 冷能利用 串级控制
中图分类号：T1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0055-01
1、概述
天然气作为一种清洁、高效能源越来越受到青睐，液化天然气（LNG）体积约为等量气体形态的1/625。每吨LNG在10MPa压力下等压升温至5℃气化过程中约释放212kW.h的冷能，一个LNG进口量为500万t/年的接收站，同时相当于进口了11.5亿～12.0亿kWh、温度为-162.0℃的高品质冷能。充分有效利用该冷能有利于提高资源利用率并创造更大的经济效益。
LNG冷能迄今没有实现大规模综合利用，除经济因素外，技术上的主要障碍为：LNG气化操作和冷能用户对冷能的利用不同步导致的气化过程难以控制。LNG气化量由接收站调控，LNG气化后温度必须满足天然气用户需求，加热介质降温后作为载冷剂输送冷能也必须满足冷能用户对载冷剂的温度要求。本文探讨了可靠且安全的LNG气化和控制工艺，LNG气化量随天然气用户需求变化时保证气化器出口天然气温度满足天然气用户要求，同时载冷剂出口温度满足冷能用户用冷要求。
2、LNG气化及控制方案
2.1 带有冷能利用的气化及控制方案
为实现LNG气化过程冷能的充分利用，本文提出了如图1所示的带有冷能利用的气化及控制流程。采用特定气化加热介质对低温LNG进行取冷气化，携带冷能的加热介质（载冷剂）通过“气化器—冷能用户—海水加热器—气化器”的循环回路实现冷能的利用。
载冷剂在LNG气化器换热后降温至-20℃以下送至冷能用户取冷。根据冷能用户用冷状况不同，载冷剂返回温度波动较大，为维持载冷剂进入气化器温度保持不变，通过海水加热器作为补偿加热器，由气化器入口载冷剂温度联锁控制加热海水流量。
冷能利用过程保证气化器出口天然气温度和载冷剂温度可控是整个过程的关键。
气化器天然气出入口温度一般为固定值，根据气化器中热负荷计算可知，天然气出口温度可由载冷剂输送管线调节阀联锁控制。天然气气化量稳定不变时，整个气化过程热负荷为恒定值，气化器入口载冷剂温度不变时可保证气化器出口低温载冷剂温度维持不变，即可满足冷能用户的特定需求。
2.2 带有串级控制的优化方案
在实际运行的LNG接收站项目中，LNG气化量受多重因素影响，波动较大。气化量发生变化时，需要等到气化器出口天然气温度变化才可以调节载冷剂流量，由于传热过程时间常数较大，导致偏差在较长时间内无法克服，气化器出口天然气温度及载冷剂温度波动较大。
结合化工项目中系统控制应用经验，可采用串级控制回路提高整个气化过程的稳定性。在本工艺中除原有天然气出口温度作为被控对象外，LNG流量作为第二个被控对象。LNG流量变化是导致载冷剂流量变化的根本原因，增加LNG流量对载冷剂流量的控制可以提高整个控制过程稳定性，减少气化器出口天然气温度及载冷剂温度波动。
维持气化器进出口所有温度恒定时，LNG流量与载冷剂流量成正比，可根据具体比例在串级控制系统中设定控制参数。串级控制系统中副环具有快速抗干扰功能，对于主变量的影响比较小。LNG流量变化对整个系统的稳定性影响最大，故将LNG流量与载冷剂流量控制回路作为副回路，LNG流量作为副对象。同时为避免载冷剂流量波动过程中加热海水流量变化较慢引起的载冷剂温度偏差较大，在载冷剂补偿加热过程同样引入串级控制，载冷剂流量作为副对象，载冷剂进入气化器温度作为主对象。
在气化过程中，气化器出口天然气温度与载冷剂输送泵出口调节阀联锁，通过载冷剂流量实现对天然气出口温度的控制（主回路），同时气化器入口LNG流量也对载冷剂输送泵出口调节阀进行控制（副回路）。载冷剂经泵加压后进入海水加热器升温，加热海水流量由载冷剂出口温度（主回路）及载冷剂进入海水加热器流量（副回路）串级控制，实现载冷剂在LNG气化器入口温度为定值。整个过程采用两套串级控制可大幅提升气化过程稳定性。具体工艺流程见下图2所示：
3、LNG冷能利用工程案例分析
本文结合某大型LNG气化及冷能利用工程案例进行分析。本工程中最大气化量400t/h，气化过程LNG入口出口温度分别为-145℃、2℃，压力9MPa（g），最大供冷量86.9MW。根据冷能用户不同用冷需求，载冷剂经取冷后返回气化站温度不确定，利用海水加热器将载冷剂加热至10℃后进入气化器换热，循环使用。
气化器出口天然气温度较为固定时，可根据其与载冷剂流量调节阀联锁控制。天然气气化量波动较大，在一定范围内的波动可通过串级控制将天然气出口温度波动减小。根据图3所示，在满足不同冷能用户用冷温度需求下，LNG气化量与载冷剂流量成正比，为LNG流量与气化器出口温度串级控制载冷剂流量提供了设计依据。
4、结论
冷能开发与利用能提高LNG利用过程经济效益，同时减少气化过程中对环境造成的冷污染，减少碳排放，符合国家节能减排和大力发展循环经济的理念。本文就LNG冷能利用过程的气化控制工艺进行了探讨，并结合实际工程案例进行了分析。根据本文提出的控制工艺，利用两套串级控制系统实现系统安全稳定运行，一定程度上解决了天然气用量需求与冷能用户对载冷剂温度需求间不同步问题，实现了双方按照各自要求各取所需。
参考文献
[1] 华贲. 大型LNG接收站冷能的综合利用[J]. 天然气工业.2008， 28（3）：10-15.
[2] 边海军.液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析[D].2011.6.
[3] 杨政厚，房方，劉吉臻.串级控制回路的性能评价方法[J].2009，29（5）：426-431.