一种低能耗液化天然气BOG深冷再液化系统及再液化方法与流程

本发明涉及液化天然气蒸发气回收再液化，具体涉及一种低能耗液化天然气bog深冷再液化系统及再液化方法。

背景技术：

1、液化天然气（lng）储罐在储存过程中，受外界环境漏热影响，罐内lng会持续蒸发形成bog，导致储罐压力不断升高，需对bog进行再液化处理以维持罐压稳定。

2、现有bog再液化系统通常采用氮气压缩-膨胀闭式循环工艺：从lng储罐上部空间抽取一部分温度较高的bog送入bog冷凝器；氮气经三级氮气压缩机逐级增压，进入气体换热器与低压回流氮气换热后，再经膨胀机膨胀降温进入bog冷凝器，为bog提供冷量，使其冷却为液态lng后喷入储罐上部空间；流出bog冷凝器的氮气进入气体换热器与高压氮气换热复热后返回一级氮气压缩机入口，完成氮气闭式循环。

3、对于lng运输船的高压主机工况，由于储罐bog压力较低，若直接压缩至主机所需的40-80 mpa供气压力，压缩功耗极大，经济性差，故bog通常无法直接供给主机做功。实际工程中一般通过高压泵增压液态lng，再经蒸发器汽化后向高压主机供气；但lng汽化过程中携带的-162℃高品位冷能在蒸发器内直接被水乙二醇加热介质带走，㶲损失巨大。

4、由此可见，现有工艺中bog再液化的全部冷量均由氮气压缩-膨胀闭式循环提供，三级氮气压缩机是系统最大耗电设备，整套再液化装置单位能耗较高，bog需通入冷箱内部与低温氮气间接换热，存在bog重烃组分低温冻结、堵塞换热通道的风险；而供给主机的高压lng所携带的-162℃高品位冷能在蒸发器中以水乙二醇加热介质直接带走，㶲损失巨大。因此，如何在不改动原有氮气再液化核心冷箱及膨胀机本体的前提下，降低再液化系统单位能耗，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种在不改动原有氮气再液化核心冷箱及膨胀机本体的前提下，对上游lng的高品位冷能进行回收利用，以降低再液化系统单位能耗的bog再液化系统及再液化方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低能耗液化天然气bog深冷再液化系统，包括：

3、氮气闭式循环回路，包括依次串联有多级氮气气压压缩机以及与所述氮气气压压缩机一一对应的多级氮气冷却器，最后一级所述氮气冷却器的出口与冷能回收换热器热侧介质通道的入口连通，所述冷能回收换热器热侧介质通道的出口依次经过氮气预冷却器的热侧介质通道、膨胀机、lng深冷器、氮气预冷却器的冷侧介质通道后接至所述多级氮气气压压缩机的入口；

4、lng供给回路，包括lng储罐以及依次串联的低压泵和高压泵，所述低压泵位于所述lng储罐的液面下，所述高压泵位于所述lng储罐外，且所述高压泵的出口通过lng蒸发器连接高压主机，所述高压泵与所述lng蒸发器之间设有冷能回收旁通阀；

5、冷能回收换热回路，接入所述lng供给回路，包括所述冷能回收换热器、冷能回收进液阀，所述冷能回收换热器的冷侧介质通道经所述冷能回收进液阀接入所述高压泵与所述高压主机之间；

6、bog再液化回路，接入所述lng供给回路，包括所述lng深冷器以及位于所述lng储罐顶部的喷淋口，所述lng深冷器连接于所述高压泵的出口与所述喷淋口之间，所述喷淋口连通所述lng储罐上部的气相空间。

7、进一步的，所述冷能回收换热器为板翅式换热器。

8、进一步的，所述冷能回收换热器为外置独立设备。

9、进一步的，所述冷能回收换热器的冷侧介质通道出口设置有温度监测模块，对应所述高压泵的出口设置有负荷监测模块，所述温度监测模块、所述负荷监测模块和所述冷能回收进液阀、所述冷能回收旁通阀均与dcs联锁控制单元通信连接。

10、进一步的，所述多级氮气气压压缩机包括依次串联的一级氮气气压压缩机、二级氮气气压压缩机和三级氮气气压压缩机；所述多级氮气冷却器包括分别设置于所述一级氮气气压压缩机出口的一级氮气冷却器、设置于所述二级氮气气压压缩机出口的二级氮气冷却器以及设置于所述三级氮气气压压缩机出口的三级氮气冷却器。

11、进一步的，所述冷能回收进液阀和所述冷能回收旁通阀的开度可调。

12、进一步的，所述冷能回收换热器最小设计换热端差为4℃。

13、进一步的，所述lng蒸发器的热侧介质为水乙二醇。

14、本发明还提供一种采用上述的低能耗液化天然气bog深冷再液化系统的再液化方法，包括以下步骤：

15、s10：lng供给回路中，lng储罐中的液态lng经低压泵增压后输送至高压泵进行二次增压，获得高压lng，所述高压lng经lng蒸发器汽化后进入高压主机；

16、s20：冷能回收换热回路接入所述lng供给回路中所述高压泵与所述高压主机之间，部分所述高压lng经冷能回收进液阀选择性流过冷能回收换热器的冷侧介质通道进行汽化并进入所述高压主机；

17、s30：bog再液化回路接入所述lng供给回路中所述高压泵与所述lng储罐顶部的喷淋口之间，部分所述高压lng经lng深冷器深冷形成过冷lng，所述过冷lng通过所述喷淋口喷入所述lng储罐上部气相空间，所述lng储罐顶部的bog与所述过冷lng接触换热冷凝，所述bog液化汇入储罐液相，实现bog再液化；

18、s40：氮气闭式循环回路中，低压氮气依次经多级氮气气压压缩机逐级绝热压缩升压升温以及多级氮气冷却器逐级等压放热降温，形成常温高压循环氮气，所述常温高压循环氮气进入所述冷能回收换热器的热侧介质通道，与冷侧介质通道内的所述高压lng换热降温形成预冷氮气，所述预冷氮气经所述氮气预冷却器的热侧介质通道等压放热降温后进入膨胀机进行绝热膨胀，形成低温氮气，所述低温氮气进入所述lng深冷器的冷侧介质通道，对所述lng深冷器的热侧介质通道内的所述高压lng进行深度冷却，使所述高压lng形成过冷lng，所述低温氮气继续经过所述氮气预冷却器的冷侧介质通道复热后形成低压氮气返回至所述多级氮气气压压缩机的入口，完成闭式氮气循环。

19、进一步的，步骤s40中所述低温氮气在所述lng深冷器中与所述高压lng逆流换热。

20、进一步的，还包括dcs联锁控制步骤：监测所述冷能回收换热器冷侧介质通道出口的lng温度，当出口的所述lng温度超过第一设定上限时，dcs联锁控制单元输出控制信号调小冷能回收进液阀的开度；当所述lng出口温度达到第二设定上限时，关闭冷能回收进液阀并全开冷能回收旁通阀；监测所述高压泵的lng总输出流量，当所述lng总输出流量低于25%设计负荷时，关闭所述冷能回收进液阀并打开冷能回收旁通阀。

21、进一步的，步骤s20中所述冷能回收换热器为外置的板翅式换热器。

22、本发明的有益效果：

23、其一，本发明充分回收原本在lng蒸发器中被水乙二醇介质直接带走的lng高品位冷能，在冷能回收换热器中预冷多级压缩水冷后的高压循环氮气，显著降低氮气进入氮气预冷却器的进气温度，减小膨胀机所需温降，显著降低多级氮气气压压缩机的总轴功率。在lng满负荷外输工况下，整套bog再液化系统总电耗相比传统基准氮气再液化系统降低21%-29%；其中氮气压缩机单元功耗下降24%-33%，单位bog再液化能耗由基准约0.72 kwh/kg-bog下降至0.51-0.57 kwh/kg-bog。

24、其二，本发明冷能回收换热器为外置独立设备，不改动原有氮气再液化内部氮气预冷却器、lng深冷器、膨胀机等设备结构，原有氮气再液化全部功能完整保留；本系统不将bog通入lng深冷器内部换热，而是将lng在lng深冷器中深冷为过冷lng再喷入储罐内部喷淋冷凝罐顶bog，规避bog在冷箱内部冻结堵塞风险；通过冷能回收进液阀、冷能回收旁通阀实现投切，停泊、低lng燃料负荷工况可完全切出冷能回收回路，恢复传统再液化全部处理能力，无功能失效风险。

25、其三，换热侧为闭式高纯循环氮气，不存在bog重烃、氮气组分富集冻堵风险；配套温度、流量双重联锁保护，保障lng蒸发器出口天然气、高压主机供气参数不受改造影响，系统安全可靠性高。

26、其四，针对高压主机应用场景，本系统通过液态lng汽化供给主机，同时回收汽化前lng冷能用于再液化系统，解决高压主机工况下bog处理与lng冷能浪费的矛盾；既可用于新造船成套设计，也适用于现有氮气深冷再液化改造，改造成本低，工程落地性强。