[发明专利]一种用于流体的具有可变工况调节功能的冷却系统

说明书

本发明涉及一种用于流体的具有可变工况调节功能的冷却系统，冷却系统包括膨胀机，由电动机驱动的压缩机，电动机的转速是可调的，还包括控制器和传感装置，传感装置被配置用于检测流体和/或冷却工质的温度，控制器能够接收传感装置的数据，并能够基于传感装置的数据来控制电动机的转速，进而能够在被冷却流体的需求冷量和/或制冷工质所提供的冷量发生变化时，通过调节电动机的转速，进而能够保证流体被冷却后的温度保持在预定值；特别地是通过PID调节的方式来进行控制，具有控制简单、安全可靠、调节迅速的优点，能够使得本发明的冷却系统能够跟随工况的变化而对应地调整冷量，实现冷量范围为0—100%的变工况调节。

技术领域

本发明涉及LNG存储及输送领域，尤其涉及应用于LNG船中蒸发气体的处理系统，特别是涉及一种用于流体的具有可变工况调节功能的冷却系统。

背景技术

随着经济社会及现代工业的高速发展，能源利用和环境污染成为世界关注的焦点。面对日益严苛的环保要求，国际能源战略转型加速，清洁燃料的开发和应用成为能源战略的重要发展方向，其中天然气以其污染物排放量小、成本相对较低的特点，使得天然气在国际能源供应中的比例逐年上涨，预计全球天然气消费需求快速增长的态势将一直持续到2040年。相比于天然气采用管道运输，由于海上LNG（液化天然气，Liquified Natural GAS）运输不需要铺设很长的输送管道，并且能够灵活地将天然气输送到世界各地，因而具有灵活、产地及目的地多样化的优点。随着天然气贸易量的持续迅猛增长，全球LNG 海运行业也将随之迅速发展，预计2030年前全球将新增600艘大型LNG船订单。

鉴于LNG特殊的理化特性，任何LNG船在运输过程中，即使在液货舱绝热性能很好的情况下，LNG都有可能收到外部传导的热量，从而产生蒸发气。蒸发气的产生会使得液货舱压力升高，破坏液货舱的结构，若将蒸发气直接排入大气中，也会造成直接的经济损失和温室危害。因而，需要设置针对蒸发气的冷却系统，冷却系统能够将液货舱中蒸发气重新冷凝液化，降低液货舱中蒸发气的蒸发可能性，降低运输成本并且提高LNG运输的安全性，是目前大型LNG运输船、加注船上重要的高附加值设备。这样的问题也存在于陆上的LNG储存设施中。

但是，目前LNG蒸发气体冷却系统，从工艺技术来看，采用混合工质再液化方式会导致流程复杂、维护难度大，且丙烷等工质为易爆气体，泄漏风险大，危险性高；而采用氮膨胀再液化方式，其使用惰性气体作为制冷剂，安全性较高，但系统需要蒸发气压缩机、氮气发生器、蒸发气加热器等较多辅助设备，安装调试周期长，维护成本高。同时，由于LNG储存装置中的压力和温度受很多因素的影响，比如外部温度变化、进出LNG的量的变化以及相应温度的变化等，都造成LNG储存装置中的压力和温度处于不断地波动中。因而，急需开发一种具备安全性高、可靠性强、适应性强的控制方式的LNG冷却系统。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种用于流体的具有可变工况调节的冷却系统，该流体优选地可以是液化天然气，冷却系统包括冷却回路，冷却回路用于冷却该流体，冷却回路包括：

压缩机，用以对冷却系统的制冷工质进行压缩，由此提高制冷工质的压力；

冷却器，对压缩后的制冷工质进行冷却；

膨胀机，用以使冷却后的制冷工质膨胀；

电动机，能够驱动压缩机对制冷工质进行压缩，其中，电动机的转速是可调节的，尤其是连续可变的；

热交换器，用于在被冷却的流体与膨胀后的制冷工质之间产生热量交换；

制冷工质在冷却回路中以封闭循环的方式运行，制冷工质在压缩机中被压缩后，经过冷却器被冷却而降温，然后通过膨胀机膨胀而使得压力降低并且温度降低，之后在热交换器中从被冷却的流体吸收热量用以降低被冷却的流体的温度，吸收热量后的制冷工质然后进入压缩机被压缩；

冷却系统还包括控制器和传感装置，传感装置被配置用于检测流体和/或冷却工质的温度，传感装置和电动机与控制器连接，控制器能够接收传感装置的数据，并基于传感装置的数据来控制电动机的转速。