一种海洋天然气平台的多功能节能系统及其控制策略技术方案

本发明专利技术提供了一种海洋天然气平台的多功能节能系统及其控制策略，包括太阳能光伏系统、膜蒸馏装置、液化气罐、汽化器和预混箱；汽化器包括两条换热管路，太阳能光伏系统利用太阳能将含有磁性纳米颗粒与工质的海水加热后输入膜蒸馏装置；膜蒸馏装置的气体出口与换热器的进口连通；液体制冷剂工质输入其中一条换热管路，换热器的出口与另一换热管路连通；膜蒸馏装置的液体出口与浓海水处理箱连通，浓海水处理箱用于从浓海水中分离磁性纳米颗粒和工质；预混箱与太阳能光伏系统连通，分离出的磁性纳米颗粒与工质和海水分别输入预混箱内。本发明专利技术通过利用太阳能加热混合海水并转换为液体淡水，并收集过程中的多余能量转换为电能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋天然气平台的多功能节能系统及其控制策略


[0001]本专利技术涉及海洋石油领域，特别涉及一种海洋天然气平台的多功能节能系统及其控制策略。

技术介绍

[0002]海洋天然气平台是中国石油工业的重要组成部分，随着不断加大海洋油气的开发力度，海洋油气产量逐渐成为中国油气产量的重要来源。海洋平台是海洋油气开发的重要装备。液化天然气的主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源，无色、无味、无毒、无腐蚀性。
[0003]LNG为低温深冷介质，低温可达
‑
162℃以下，它的气化是一个吸热过程，需提供大量的热量。LNG气化器主要有空浴式、水浴式、开架式、中间介质式和浸没燃烧式，前二者用于小规模卫星站的气化设施(50t/h以下)，后三种为大型LNG接收站常见的类型，气化能力都在100t/h以上。而现有海洋平台上均设有海水淡化设备，但是海水淡化设备、液化设备都相互独立，导致海水淡化过程中和液化过程中的多余能量无法及时回收，导致利用率降低。此外，常用的汽化器经常出现汽化不充分或者，汽化出口存在不完全汽化的天然气。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种海洋天然气平台的多功能节能系统，通过利用太阳能加热含有磁性纳米颗粒、工质和海水混合，利用膜蒸馏装置产生的水蒸气，水蒸气可以产生电能，并转换为液体淡水，液体淡水可以用来输入汽化器中使液态天然气汽化。而工质和磁性纳米颗粒可以重复使用节约资源。此外汽化器包括第一换热管路和第二换热管路，所述第一换热管路位于汽化器前部，所述第二换热管路位于汽化器后部，在不同的换热管路内连通不同的参数的换热介质，避免汽化器出口出现不完全汽化的天然气。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种海洋天然气平台的多功能节能系统，包括太阳能光伏系统、膜蒸馏装置、液化气罐、汽化器和预混箱；
[0007]所述液化气罐用于储存液态天然气，所述液化气罐通过泵送系统与汽化器连通，通过汽化器使液态天然气转变为气体天然气；所述汽化器包括第一换热管路和第二换热管路，所述第一换热管路位于汽化器前部，所述第二换热管路位于汽化器后部；
[0008]所述太阳能光伏系统利用太阳能将含有磁性纳米颗粒与工质的海水加热后输入膜蒸馏装置，用于分离水蒸气；所述膜蒸馏装置的气体出口通过第一换能设备与换热器的进口连通；所述换热器冷却管道内的介质为制冷剂工质，所述制冷剂工质在换热过程中形成气态制冷剂工质，所述换热器冷却管道出口将气态制冷剂工质通过第三换能设备转变成液体制冷剂工质，所述液体制冷剂工质输入第一换热管路或第二换热管路，用于使制冷剂工质吸收冷能；所述换热器的出口与第二换热管路或第一换热管路连通；
[0009]所述膜蒸馏装置的液体出口与浓海水处理箱连通，所述浓海水处理箱用于从浓海水中分离磁性纳米颗粒和工质；所述预混箱与太阳能光伏系统连通，分离出的磁性纳米颗粒与工质和海水分别输入所述预混箱内。
[0010]进一步，所述太阳能光伏系统包括分频流道、空气流道、太阳能电池组件和冷却流道；所述分频流道与冷却流道连通；所述分频流道两侧设有高透过玻璃盖板，所述太阳能电池组件设置在所述空气流道和冷却流道之间，所述太阳能电池组件可吸收部分波段的太阳辐射用于发电，所述高透过玻璃盖板与太阳能电池组件之间设有空气流道；含有磁性纳米颗粒和工质的海水输入冷却流道，通过吸收剩余波段的太阳辐射，用于加热蒸发海水；所述分频流道出口与膜蒸馏装置连通，用于分离水蒸气；所述预混箱与冷却流道连通。
[0011]进一步，所述膜蒸馏装置包括料液流道、蒸汽透过膜和蒸汽流道；所述蒸汽流道通过第一换能设备与汽化器的换热管路连通；所述料液流道进口与分频流道连通；料液流道与蒸汽流道之间安装蒸汽透过膜，用于分离水蒸气；所述料液流道内剩余的含有磁性纳米颗粒和工质的浓海水输入浓海水处理箱中。
[0012]进一步，所述磁性纳米颗粒材质为四氧化三铁纳米颗粒；所述工质的沸点大于水；所述蒸汽透过膜为聚四氟乙烯膜或聚偏氟乙烯膜；所述冷却流道底部设有保温层。
[0013]进一步，所述第一换热管路为单螺旋换热管路；所述第二换热管路为双螺旋换热管路；所述单螺旋换热管路的流通面积大于双螺旋换热管路的流通面积。
[0014]进一步，所述第一换能装置包括第一膨胀机和第一发电机，所述蒸汽流道内的水蒸气通过第一膨胀机膨胀做功，带动第一发电机产生电能。所述第一膨胀机的液体出口与换热器的进口连通，所述换热器的出口流经第二换热管路或第一换热管路后与淡水供应设备连通，用于提供海洋平台上的淡水需要；
[0015]所述第三换能装置包括第三膨胀机和第三发电机，所述气态制冷剂工质通过第三膨胀机膨胀做功，带动第三发电机产生电能。所述第三膨胀机的液体出口与第一换热管路或第二换热管路的进口连通。
[0016]进一步，所述浓海水处理箱内设有加热装置，通过加热装置使工质汽化；汽化后的工质通过第二换能装置后输入预混箱，所述第二换能装置包括第二膨胀机和第二发电机，汽化后的工质通过第二膨胀机膨胀做功，带动第二发电机产生电能。所述第二膨胀机的液体出口与预混箱连通。
[0017]进一步，所述太阳能电池组件吸收600
‑
1100nm波长太阳辐射用于发电，所述磁性纳米颗粒吸收600nm以下波长太阳辐射，含工质的海水吸收1100nm以上波长太阳辐射。
[0018]进一步，还包括控制器、第一三通阀、第二三通阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量计和第二流量计，所述第一三通阀用于选择性的使所述换热器的出口与第二换热管路或第一换热管路连通；所述第二三通阀用于选择性的使所述第三换能设备的出口与第二换热管路或第一换热管路连通；所述第一温度传感器用于检测换热器出口的温度，所述第二温度传感器用于检测第三换能设备出口的温度，所述第一流量计用于检测换热器出口的流量，所述第二流量计用于检测第三换能设备出口的流量；
[0019]所述控制器根据第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量计和第二流量计的检测值，控制第一三通阀和第二三通阀，使第三换能设备的出口与第二换热管路连通和换热器的出口与第一换热管路连通，或使第三换能设备的出口与第一换热管路连通和换热器
的出口与第二换热管路连通。
[0020]一种海洋天然气平台的多功能节能系统的控制策略，包括如下步骤：
[0021]通过第一温度传感器检测换热器出口的温度为T1；通过第二温度传感器检测第三膨胀机的液体出口的温度为T2；
[0022]通过第一流量计检测换热器出口的流量Q1，通过第二流量计检测第三膨胀机的液体出口的流量Q2；
[0023]当T1＞T2且Q1＞Q2时，所述控制器控制第一三通阀使换热器的出口与第一换热管路连通，所述控制器控制第二三通阀使第三膨胀机的液体出口与第二换热管路连通；
[0024]当T1＜T2且Q1＜Q2时，所述控制器控制第一三通阀使换热器的出口与第二换热管路连通，所述控制器控制第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋天然气平台的多功能节能系统，其特征在于，包括太阳能光伏系统(7)、膜蒸馏装置(11)、液化气罐(1)、汽化器(2)和预混箱(13)；所述液化气罐(1)用于储存液态天然气，所述液化气罐(1)通过泵送系统与汽化器(2)连通，通过汽化器(2)使液态天然气转变为气体天然气；所述汽化器(2)包括第一换热管路和第二换热管路，所述第一换热管路位于汽化器(2)前部，所述第二换热管路位于汽化器(2)后部；所述太阳能光伏系统(7)利用太阳能将含有磁性纳米颗粒与工质的海水加热后输入膜蒸馏装置(11)，用于分离水蒸气；所述膜蒸馏装置(11)的气体出口通过第一换能设备与换热器(17)的进口连通；所述换热器(17)冷却管道内的介质为制冷剂工质，所述制冷剂工质在换热过程中形成气态制冷剂工质，所述换热器(17)冷却管道出口将气态制冷剂工质通过第三换能设备转变成液体制冷剂工质，所述液体制冷剂工质输入第一换热管路或第二换热管路，用于使制冷剂工质吸收冷能；所述换热器(17)的出口与第二换热管路或第一换热管路连通；所述膜蒸馏装置(11)的液体出口与浓海水处理箱(12)连通，所述浓海水处理箱(12)用于从浓海水中分离磁性纳米颗粒和工质；所述预混箱(13)与太阳能光伏系统(7)连通，分离出的磁性纳米颗粒与工质和海水分别输入所述预混箱(13)内。2.根据权利要求1所述的海洋天然气平台的多功能节能系统，其特征在于，所述太阳能光伏系统(7)包括分频流道(7
‑
2)、空气流道(7
‑
4)、太阳能电池组件(7
‑
5)和冷却流道(7
‑
6)；所述分频流道(7
‑
2)与冷却流道(7
‑
6)连通；所述分频流道(7
‑
2)两侧设有高透过玻璃盖板，所述太阳能电池组件(7
‑
5)设置在所述空气流道(7
‑
4)和冷却流道(7
‑
6)之间，所述太阳能电池组件(7
‑
5)可吸收部分波段的太阳辐射用于发电，所述高透过玻璃盖板与太阳能电池组件(7
‑
5)之间设有空气流道(7
‑
4)；含有磁性纳米颗粒和工质的海水输入冷却流道(7
‑
6)，通过吸收剩余波段的太阳辐射，用于加热蒸发海水；所述分频流道(7
‑
2)出口与膜蒸馏装置(11)连通，用于分离水蒸气；所述预混箱(13)与冷却流道(7
‑
6)连通。3.根据权利要求1所述的海洋天然气平台的多功能节能系统，其特征在于，所述膜蒸馏装置(11)包括料液流道(11
‑
1)、蒸汽透过膜(11
‑
2)和蒸汽流道(11
‑
3)；所述蒸汽流道(11
‑
3)通过第一换能设备与汽化器(2)的换热管路连通；所述料液流道(11
‑
1)进口与分频流道(7
‑
2)连通；料液流道(11
‑
1)与蒸汽流道(11
‑
3)之间安装蒸汽透过膜(11
‑
2)，用于分离水蒸气；所述料液流道(11
‑
1)内剩余的含有磁性纳米颗粒和工质的浓海水输入浓海水处理箱(12)中。4.根据权利要求1所述的海洋天然气平台的多功能节能系统，其特征在于，所述磁性纳米颗粒材质为四氧化三铁纳米颗粒；所述工质的沸点大于水；所述蒸汽透过膜(11
‑
2)为聚四氟乙烯膜或聚偏氟乙烯膜；所述冷却流道(1
‑
6)底部设有保温层(1
‑
7)。5.根据权利要求1所述的海洋天然气平台的多功能节能系统，其特征在于，所述第一换热管路为单螺旋换热管路；所述第二换热管路为双螺旋换热管路；所述单螺旋换热管路的流通面积大于双螺旋换热管路的流通面积。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的海洋天然气平台的多功能节能系统，其特征在于，所述第一换能装置包括第一膨胀机(5)和第一发电机(6)，所述蒸汽流道(11
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张保国，董非，尹必峰，解玄，郭世民，叶兴，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：