本發(fā)明涉及換熱器，特別涉及基于冷量深度耦合利用的cng上載站節(jié)能系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、cng（壓縮天然氣）減壓撬工藝是將高壓cng轉(zhuǎn)變?yōu)橹袎夯虻蛪篶ng的過程，以滿足不同需求的應(yīng)用。在減壓過程中，高壓cng從儲氣罐中流出，進(jìn)入減壓器，減壓器的作用是將cng的壓力降低到中壓或低壓水平，并可調(diào)節(jié)出口壓力，將cng送入下一階段的分步減壓過程。分步減壓則通過多級減壓器逐步降低cng的壓力，確保壓力從高壓到中壓或低壓的逐步過渡，防止過快的壓力下降對設(shè)備和管道造成損壞。

2、在cng減壓撬過程中，高壓天然氣通過減壓閥節(jié)流口時(shí)，壓降大、速度快，天然氣的壓力、密度和溫度等參數(shù)都發(fā)生變化，體積膨脹在通過閥口時(shí)要損失能量，溫度變化就引起天然氣與周圍壁面之間的熱交換。但熱交換速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天然氣的流速變化，這一過程可以近似地看作絕熱過程。由于絕熱節(jié)流并不是可逆絕熱過程，且天然氣的主要成分是甲烷，還含有少量的乙烷、丙烷、丁烷及惰性氣體，如果碳?xì)浠衔镏械乃殖^一定的含量，在一定的溫度壓力條件下，水能與液相和氣相的碳?xì)浠衔锷山Y(jié)晶水化物，類似于冰或致密的雪，導(dǎo)致管道結(jié)冰。因此，壓縮天然氣減壓過程中，要設(shè)專用的換熱器為天然氣提供熱量，但是現(xiàn)有的換熱器在對壓縮天然氣進(jìn)行加熱的過程中加熱溫度不穩(wěn)定，工作效率低。

3、申請?zhí)枮閏n201420598231.2的中國專利公開了用于壓縮天然氣減壓裝置的換熱器，包括換熱器殼體，在換熱器殼體內(nèi)安裝一級換熱盤管和二級換熱盤管，將需要降壓的天然氣先通入一級換熱盤管，經(jīng)一級加熱后的天然氣經(jīng)過導(dǎo)氣管與外部一級減壓設(shè)備連接，降壓后的天然氣再經(jīng)導(dǎo)氣管進(jìn)入二級換熱盤管，經(jīng)二級加熱后的天然氣經(jīng)導(dǎo)氣管與外部二級減壓設(shè)備連接，進(jìn)行減壓。換熱器殼體的上端安裝有溫度表、溫度變送器和液位計(jì)等測量儀表，監(jiān)測換熱器殼體內(nèi)熱水的液位和溫度。在換熱器殼體的下端安裝有支腿，便于安裝和運(yùn)輸。換熱器殼體內(nèi)的熱水可用電熱器進(jìn)行加熱，也可通過聯(lián)通管與外部鍋爐連接，由外部鍋爐提供循環(huán)熱水。

4、盡管上述裝置能夠通過換熱器對壓縮天然氣實(shí)施加熱處理，有效緩解其在降壓過程中可能引發(fā)的結(jié)冰問題，然而，在換熱器對天然氣進(jìn)行加熱的過程中，換熱管兩端會顯著產(chǎn)生溫差，由此引發(fā)的溫差應(yīng)力導(dǎo)致?lián)Q熱管與管板連接部位易于發(fā)生拉脫破裂現(xiàn)象，進(jìn)而造成壓縮天然氣從換熱管與管板接合處泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。

5、此外，當(dāng)采用管殼式換熱器對壓縮天然氣進(jìn)行加熱時(shí)，殼程流體流經(jīng)弓形折流板的圓缺區(qū)域后，會在折流板背側(cè)形成渦流區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，流體流動相對停滯，導(dǎo)致殼程流體溫度迅速與換熱管外壁表面溫度達(dá)到平衡狀態(tài)。由于該區(qū)域流體近乎靜止，熱量在此積聚且難以及時(shí)傳遞至下游區(qū)域，因此該區(qū)域的換熱效果極為不佳，被稱之為“傳熱死區(qū)”。傳熱死區(qū)的存在不僅限制了管殼式換熱器換熱面積的有效利用，還顯著影響了其傳熱效率。同時(shí)，該區(qū)域易于積聚污垢，進(jìn)一步加劇了傳熱效率的降低。

6、鑒于此，迫切需要基于冷量深度耦合利用的cng上載站節(jié)能系統(tǒng)及方法以解決上述所提出的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于冷量深度耦合利用的cng上載站節(jié)能系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于冷量深度耦合利用的cng上載站節(jié)能系統(tǒng)，包括通過連接管道依次連接的一級換熱器、一級過濾器、一級調(diào)壓器、二級換熱器、二級過濾器、二級調(diào)壓器；

4、一級換熱器與二級換熱器包括管殼式的換熱裝置，所述換熱裝置包括進(jìn)行氣液傳質(zhì)作業(yè)的殼程部，所述殼程部的兩端分別設(shè)有前頭部與后頭部；

5、所述殼程部包括殼體，所述殼體的兩端均設(shè)有管板，兩塊所述管板之間設(shè)有供cng流通的換熱管，所述換熱管的外側(cè)設(shè)有陣列分布的折流裝置，所述折流裝置包括圓周板，所述圓周板上開設(shè)有供換熱管穿過的穿孔，所述圓周板上設(shè)有供流體通過的缺口部，所述缺口部內(nèi)設(shè)有對缺口部進(jìn)行封擋的調(diào)節(jié)件；

6、所述調(diào)節(jié)件包括開設(shè)在圓周板上的限位槽，所述限位槽的內(nèi)部設(shè)有活動板，所述活動板的兩側(cè)設(shè)有推動件，所述推動件驅(qū)使活動板沿限位槽上下往復(fù)移動并對缺口部進(jìn)行封擋作業(yè)。

7、優(yōu)選地，所述換熱裝置配備有進(jìn)水口與出水口，一級換熱器的出水口接入二級換熱器的進(jìn)水口，二級換熱器出水口連接至蓄冷箱低溫側(cè)進(jìn)水端，蓄冷箱低溫側(cè)出水端與cng壓縮機(jī)進(jìn)水端相連，cng壓縮機(jī)出水端與蓄冷箱高溫側(cè)的進(jìn)水端相連，蓄冷箱高溫側(cè)的出水端回流至一級換熱器進(jìn)水口，形成閉式循環(huán)。

8、優(yōu)選地，所述一級換熱器與二級換熱器之間設(shè)有一級過濾器，所述一級過濾器對進(jìn)入到二級換熱器中的壓縮天然氣進(jìn)行初步過濾，所述二級換熱器與城市管網(wǎng)之間設(shè)有二級過濾器，所述二級過濾器對進(jìn)入到城市管網(wǎng)中的壓縮天然氣進(jìn)行二次過濾。

9、優(yōu)選地，所述一級換熱器的出水口與二級換熱器的進(jìn)水口之間設(shè)有一級凈化器，所述一級凈化器對進(jìn)入二級換熱器中的流體雜質(zhì)進(jìn)行攔截，所述二級換熱器的出水口與蓄冷箱之間設(shè)有二級凈化器，所述二級凈化器對進(jìn)入蓄冷箱中的雜質(zhì)進(jìn)行攔截。

10、優(yōu)選地，所述折流裝置將進(jìn)入殼體內(nèi)的流體進(jìn)行阻擋，使流體的流向呈“w”形；

11、所述殼體包括低溫區(qū)與高溫區(qū)，位于低溫區(qū)的折流裝置間與位于高溫區(qū)的折流裝置間分別安裝有伸縮裝置，用以調(diào)節(jié)相鄰折流裝置之間的板間距；

12、所述殼體的外側(cè)設(shè)有等同于進(jìn)水口的進(jìn)液口，以及等同于出水口的出液口。

13、優(yōu)選地，所述前頭部包括罩體，所述罩體的內(nèi)部設(shè)有分隔板，所述分隔板將罩體分為上下兩個(gè)區(qū)域；

14、所述罩體的外側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)氣口與罩體的上半?yún)^(qū)域相連通，所述出氣口與罩體的下半?yún)^(qū)域相連通。

15、優(yōu)選地，所述圓周板朝向后頭部的一面設(shè)有膨脹部，當(dāng)兩個(gè)相鄰的圓周板之間的區(qū)域處于密封狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)圓周板之間的板間距擴(kuò)大，膨脹部發(fā)生膨脹。

16、優(yōu)選地，所述膨脹部包括開設(shè)在圓周板上的空槽，所述空槽內(nèi)設(shè)有彈性膜。

17、優(yōu)選地，所述換熱管的端部通過補(bǔ)償裝置與管板相連接，所述補(bǔ)償裝置包括設(shè)置在管板上的固定板，所述固定板上設(shè)有伸縮管，所述伸縮管的端部設(shè)有安裝板，所述安裝板與固定板之間設(shè)有限位活動件。

18、本發(fā)明還提供一種基于冷量深度耦合利用的cng上載站節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能方法，所述節(jié)能方法包括以下步驟：

19、s1、初步加熱與過濾階段：首先，將壓縮天然氣導(dǎo)入一級換熱器進(jìn)行初步加熱，加熱完成后，經(jīng)一級調(diào)壓器降壓處理，進(jìn)入一級過濾器進(jìn)行初步雜質(zhì)去除；

20、s2、二次加熱與精細(xì)過濾階段：初步過濾后的壓縮天然氣進(jìn)入二級換熱器，接受二次加熱處理，隨后，通過二級調(diào)壓器進(jìn)一步降壓，進(jìn)入二級過濾器進(jìn)行二次過濾作業(yè)，最終將凈化后的天然氣輸送至城市管網(wǎng)；

21、s3、冷量回收與再利用階段：在s1與s2的基礎(chǔ)上，利用蓄冷箱上部的高溫水對一級換熱器及二級換熱器中的低溫天然氣進(jìn)行熱交換，熱交換后的高溫水流至蓄冷箱下部，降低其中下部水溫；同時(shí)，蓄冷箱下部的低溫水被用于冷卻cng壓縮機(jī)，產(chǎn)生的高溫水回流至蓄冷箱上部，進(jìn)行冷量回收與再利用循環(huán)；

22、s4、熱交換效率優(yōu)化階段：在s3基礎(chǔ)上通過監(jiān)測換熱器內(nèi)部的溫差及壓降變化，利用控制調(diào)節(jié)件及伸縮裝置的動態(tài)調(diào)整，依據(jù)不同工況下的需求，優(yōu)化天然氣與高溫水的熱交換過程。

23、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

24、1.本發(fā)明通過一級換熱器和二級換熱器的串聯(lián)使用，以及蓄冷箱與換熱器的循環(huán)水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對壓縮天然氣的逐步加熱，顯著提高了換熱效率，同時(shí)通過圓周板與缺口部的設(shè)計(jì)，在殼體內(nèi)形成了“w”形流體流動路徑，增加了流體與換熱管之間的接觸面積和湍流程度，從而增強(qiáng)了熱交換效果。

25、2.本發(fā)明通過監(jiān)測換熱管兩端的溫差和殼體的壓降值，能夠?qū)崟r(shí)判斷天然氣與高溫水之間的傳熱效率，并根據(jù)傳熱效率控制伸縮裝置和推動件進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化，以平衡換熱管兩端的溫差和殼體的壓降；當(dāng)溫差超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，通過調(diào)節(jié)圓周板之間的板間距，可以有效平衡換熱管兩端的溫差，避免溫差應(yīng)力導(dǎo)致的連接損壞；當(dāng)壓降超出設(shè)定狀態(tài)時(shí)，通過同步伸長位于殼體低溫側(cè)與高溫側(cè)的伸縮裝置，擴(kuò)大圓周板之間的板間距，降低殼體內(nèi)的流體阻力，從而維持流體的穩(wěn)定流動并降低壓降。

26、3.本發(fā)明通過圓周板上的活動板與推動件的配合使用，能夠在伸縮裝置的驅(qū)動下對換熱管和殼體內(nèi)壁上的結(jié)垢進(jìn)行自動清理，避免了結(jié)垢對傳熱效果和流體阻力的影響；同時(shí)通過彈性膜與圓周板的結(jié)合設(shè)計(jì)，在清理結(jié)垢時(shí)能夠利用負(fù)壓和彈性膜的膨脹作用對結(jié)垢的應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，使結(jié)垢更容易脫落并被水流沖刷帶走。

27、4.本發(fā)明通過在換熱管的兩端設(shè)置補(bǔ)償裝置，當(dāng)換熱管因溫差產(chǎn)生應(yīng)力拉伸時(shí)，伸縮管能夠?qū)Q熱管的應(yīng)力拉伸進(jìn)行補(bǔ)償緩沖，避免了換熱管與管板連接部位的拉脫破裂現(xiàn)象，從而保障了壓縮天然氣的安全傳輸。