举例：冷能利用在冷库方案中的应用

1.方案举例一

中国台湾国立中山大学吴胜琪[51]进行了利用LNG冷能用于冷冻冷藏库方面的研究，其整体LNG冷能利用于冷冻库的系统流程如图7-40所示。LNG经由LNG-冷媒换热器加热后，再经由开架式汽化器（ORV）再次加热，将NG过热到10℃以上，利用环保冷媒在获得LNG冷量后，进入到冷库的蒸发器中进行蒸发换热，完成整个循环。

该系统采用60%质量分数的酒精溶液为冷媒，一方面将LNG汽化成NG，另一方面用于冷冻盘管内，将冷冻库降温；此外，采用储冷槽的设计可以应付负荷变动保持一定的冷冻库温度，维持冷冻库内物品的品质。采用酒精是因为它是环保的冷媒，粘性小，输送容易；其缺点是凝固点较高，容易被凝固而阻塞管路，所有运行时需要小心。

参考文献[51]用13.5t/h的LNG流量为设计基准，其冷冻能力约为500USRt（1USRt=3.51685kW），要求每一个换热器单位的容许流量为8t/h，因此500USRt所需要的换热器每级单位数为2个。其LNG冷能用于冷冻冷藏库的系统流程如图7-41所示，冷媒系统流程如图7-42所示。

图7-40 LNG冷能利用于冷冻库的系统流程

——LNG ——冷媒 ——海水

图7-41 LNG用于冷能冷冻冷藏库的系统流程

——冷媒（H2O+60%alcohol） ——LNG

该系统的冷媒设计回路分为两个主要的循环：常温循环和低温循环。在常温循环中，酒精冷媒被加压至0.45MPa；之后经过加热器加热至20℃；接着进入换热器3，流量约为20m³/h，温度降低到-20℃。经过此换热器的LNG被加热到10℃的NG，排出后直接供给用户使用。从换热器3出来的-20℃冷媒和来自与冷冻库冷媒（温度为-29℃，流量为220m³/h）混合后进入换热器2中进行降温，温度达到-35℃，出换热器2之后就进入了储冷槽了（其作用是调节冷媒流量，使得能保持LNG出换热器2时能够到-35℃）。

图7-42 LNG用于冷能冷冻冷藏库内部冷媒系统流程

在低温循环中，冷媒经泵加压到0.35MPa，然后经过换热器1，冷却到-40℃，其中换热器1中的冷媒流量必须极为小心的控制，该系统利用了储冷槽来调节，保持换热器1的稳定流量。

在冷库内部的冷媒是先经过温度较低的-35℃冷库；释放部分冷能后，再进入温度为-20℃冷库，此时冷媒的温度达到-29℃；之后冷媒分两股，一股作为空调房用，流量是20m³/h，另一股回到换热器2中完成循环。其主要状态点的温度、压力见表7-7。参考文献[51]对该装置进行了经济评估，平均每个月能节省70000美元的电费，该系统在3.5年就可以收回投资成本，显示了LNG冷能利用在冷冻冷藏库不仅可以达到节能的效果，也有极高的经济可行性。(www.xing528.com)

表7-7 流程中主要点的冷媒状态参数

2.方案举例二

国内某LNG进口接收站提出了LNG冷能利用于冷库的规划。该规划参照表7-8的冷库设计标准中冷库设计温度和相对湿度的要求。

表7-8 冷库设计温度和相对湿度（GB50072—2001）

注：冷却物冷藏间设计浊湿度一般取0℃，储藏过程中应按照食品的产地、品种、成熟度和降温时间等调节其温度与相对湿度。

图7-43 LNG冷能用于冷库的流程

图7-43为LNG冷能用于冷库的流程图。储罐中-162℃的LNG，经LNG泵加压到天然气高压输气管网所需的压力（约7.3MPa），温度上升至约-150℃。由于LNG温度非常低，冷量的品位非常高，故可用于一些深冷用户，如废旧轮胎的深冷粉碎、二氧化碳制干冰。LNG的冷量通过深冷用户的一次利用，LNG温度从-150℃上升到约-70℃，LNG全部汽化成为低温的高压天然气。在冷库中蒸发的冷媒（载冷剂）蒸气，在高效换热器中，与约-70℃的高压天然气进行热交换，冷媒获得冷量而全部液化，而高压天然气获得热量温度升高。冷媒泵将液化的冷媒升压后，通过保温管线输送到冷库。在库房的蒸发器内，冷媒蒸发放出冷量，通过库房内的轴流风机与库房内循环流动的空气进行热交换，吸收库房内空气的热量，使冷库的库房温度保持在需要的低温。同时，蒸发后的冷媒再通过管线输送到高效换热器中，与低温的高压天然气换热，由此形成载冷循环，替代传统冷库中的压缩制冷，不仅节约大量的能耗费用，而且能减少压缩制冷的设备投资。

根据该LNG进口接收站地区当时的水产品等加工生产能力，可在LNG接收站附近约1km内建设一座4.5万t的大型冷库。此冷库可年加工75万t鲜活水产品，为加工企业提供原料及产品的冷冻、冷藏需求。其基本参数如下：冷库规模4.5万t，其中，冷冻1库（-42℃）1.5万t；冷冻2库（-32℃）1.5万t；冷冻3库（-18℃）1.5万t。冷库总建筑面积48600m²（含月台2600m²）。

年加工75万t水产品，如果按冷冻水产品60万t/a，鲜活水产品6万t/a，水产干品9万t/a，其中冷冻库（蒸发温度-42℃）的冷负荷约为10.0MW，冷藏库（蒸发温度-28℃）负荷1.3MW，冷藏库（蒸发温度-15℃）负荷2.6MW，总负荷为13.9MW。如果采用压缩制冷方式，一般采用氨作为制冷剂，则压缩制冷的功耗约为6.9MW，年耗电量为6044×10⁴kWh，电费约3022万元/a。如果采用LNG冷能为冷库提供冷量，取-70℃以上的冷量，需约150t/h的LNG，采用R410A作为载冷剂，需126t/h。相对压缩制冷工艺，直接采用LNG的冷量作为冷库的冷源，75t规模的冷库，年节约电费可达3000万元，能大大降低成本。所需的设备包括：高效换热器、R410A泵、翅片式蒸发器、轴流风机、低温输送管线（保温良好）、R410蒸发气压缩机（为冷媒循环提供动力）。

该LNG冷能利用方案中，也对冷库作了经济分析，得出税前的利润总额是11663万元，税后是7814万元；税前投资回收期6.28年，税后6.87年；借款偿还期为5年。可以看出，其经济效益还是相当好的。