利用氮、氦膨胀工艺的LNG运输船BOG处理系统及方法与流程

利用氮、氦膨胀工艺的lng运输船bog处理系统及方法
技术领域
1.本发明涉及一种利用氮、氦气膨胀工艺的lng运输船bog处理系统及方法，属于lng运输船bog回收处理领域。


背景技术：

2.天然气的储存和运输过程中，液化天然气(liquid natural gas,lng)由于储存容器不可能做到完全绝热，在储存和运输过程中会产生蒸发气(boil off gas,bog)。如果不能及时处理这些多余bog，将会快速增加船舶货舱压力，给船舶营运带来巨大危险。相较于燃烧这些多余的bog，再液化装置不但能进行回收，还能降低货舱温度，降低对推进系统选择的苛刻条件。目前，主流大型lng运输船舶和lng加注船舶更加青睐配置bog再液化装置，以提高船舶安全性和船舶运力。另外lng加注船受作业性质影响，需要在加注过程中接收加注船冷舱和置换过程中产生的bog，在等待加注作业过程中蒸发产生的bog气体也需要处理，因此，lng加注船也需要配置小型再液化装置。


技术实现要素：

3.针对上述突出问题，本发明提供一种利用氮、氦气膨胀工艺的lng运输船bog处理系统及方法，该处理系统及方法采用氮气和氦气作为混合介质压缩膨胀制冷的方式，冷却lng后，过冷lng返回储舱喷淋，将储舱内bog进行液化回收。该处理系统及方法具备换热效率高，能耗低，设备紧凑，数量少，尺寸小，易成撬，占地面积小等优点。
4.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
5.一种利用氮、氦膨胀工艺的lng运输船bog处理系统，包括如下部件：
6.lng储舱和冷箱，所述lng储舱的液相出口与所述冷箱的第一入口连接，所述冷箱的第一出口与所述lng储舱顶部的喷淋管线连接；
7.膨胀机、压缩机和冷却器，所述膨胀机的入口与所述冷箱的第二出口连接，所述膨胀机的出口与所述冷箱的第三入口连接，所述冷箱的第三出口与所述冷箱的第四入口连接，所述冷箱的第四出口与所述压缩机的入口连接，所述压缩机的出口与所述冷却器的入口连接，所述冷却器的出口与所述冷箱的第二入口连接。
8.所述的处理系统，优选地，还包括lng潜液泵所述lng潜液泵设置于所述lng储舱内，所述lng潜液泵被配置为将所述lng储舱内的lng输送至所述冷箱。
9.所述的处理系统，优选地，所述压缩机包括膨胀压缩机和冷剂压缩机，所述冷却器包括第一冷却器和第二冷却器，所述膨胀压缩机的出口与所述第一冷却器的入口连接，所述第一冷却器的出口与所述冷剂压缩机的入口连接，所述冷剂压缩机的出口与所述第二冷却器的入口连接，所述第二冷却器的出口与所述冷箱的第二入口连接。
10.所述的处理系统，优选地，所述冷箱中的制冷剂为氮、氦气混合制冷介质。
11.所述的处理系统，优选地，所述膨胀压缩机与所述膨胀机同轴连接，所述膨胀压缩机由所述膨胀机和第一电机共同驱动，所述冷剂压缩机由第二电机驱动，所述冷剂压缩机
只采用一级压缩，压缩比、膨胀比都比较低。
12.所述的处理系统，优选地，所述处理系统采用全密封设计，氮、氦气混合制冷介质一次性充装，无泄漏。
13.所述的处理系统，优选地，所述膨胀压缩机、所述冷剂压缩机、所述第一电机以及所述第二电机的轴承均采用电磁轴承，无油润滑系统。
14.所述的处理系统，优选地，所述冷却器采用印刷电路板式换热器，采用闭式循环水作为冷却介质。
15.基于上述处理系统，本发明还提供该处理系统的处理方法，优选地，包括如下步骤：
16.1)所述lng储舱由于吸收环境热量使得舱内产生大量bog，当舱内压力高于操作压力时，通过所述lng潜液泵将lng输送至所述冷箱；
17.2)氮、氦气混合制冷介质经所述膨胀压缩机和所述冷剂压缩机两级压缩后形成中压为25～30bar的氮、氦气混合制冷介质，经所述冷却器降温至30～40℃，进入所述冷箱；
18.3)进入所述冷箱的中压氮、氦气混合制冷介质与来自所述冷箱中返流的低温氮、氦气混合制冷介质换热，经换热后的返流低温氮、氦气混合制冷介质自身复热后进入所述膨胀压缩机中；而中压氮、氦气混合制冷介质降温后继续进入所述膨胀机中，在所述膨胀机中，中压氮、氦气混合制冷介质膨胀降压对外做功，所述膨胀机将中压氮、氦气混合制冷介质的压力能转化为机械能协同电机驱动所述膨胀压缩机运转，膨胀后的氮、氦气混合制冷介质降温至
‑
179～
‑
185℃后进入所述冷箱；
19.4)降温至
‑
179～
‑
185℃的低压氮、氦气混合制冷介质进入所述冷箱，将来自lng储舱的lng过冷至
‑
168～
‑
175℃，低压氮、氦气混合制冷介质处理所述冷箱中的lng后形成低温氮、氦气混合制冷介质并返流至所述冷箱的预冷段，复热后返回所述膨胀压缩机；
20.5)过冷后的lng进入所述lng储舱内，并与储舱内的bog传质换热，将bog重新冷凝为lng。
21.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
22.1、本发明采用氮、氦气混合制冷介质膨胀工艺，压力较低，压缩、膨胀比小，冷剂压缩机只需一级压缩，设备数量少，尺寸小，换热效率高，系统能耗小。
23.2、本发明采用lng储舱内原有的lng泵将lng送入冷箱，经氮、氦气混合制冷介质过冷处理后，过冷lng利用储舱原有的进料喷淋系统，将储舱内的bog重新冷凝为lng，不增加设备配置和对lng储舱的改造。
24.3、本发明采用过冷处理后的lng与lng储舱内的bog混合冷却再冷凝bog，无需额外增加bog压缩机。
25.4、本发明系统采用全密封设计，无泄漏，采用氮、氦气作为制冷介质，一次性充装，系统起停快，调节方便。
26.5、本发明采用氦气作为制冷介质，可用于系统检测泄露，保证系统整体密封性。
27.6、本发明中的膨胀压缩机与膨胀机同轴，采用膨胀机和电机共同驱动，减少设备数量；压缩机、膨胀机、电机采用磁力轴承，无油润滑系统，减少配套和占地面积。
28.7、本发明系统整体成橇，易于布置和安装。
附图说明
29.图1为本发明一实施例提供的利用制冷剂解决lng运输船上lng损耗的处理系统的示意图；
30.图中各标记如下：
31.tk1
‑
lng储舱；p1
‑
lng潜液泵；cb1
‑
冷箱；c1
‑
膨胀压缩机；c2
‑
冷剂压缩机；e
‑1‑
第一冷却器；e
‑2‑
第二冷却器；te1
‑
膨胀机。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
34.如图1所示，本发明提供一种利用制冷剂解决lng运输船上lng损耗的处理系统，包括如下部件：
35.lng储舱tk1和冷箱cb1，lng储舱tk1的液相出口与冷箱cb1的第一入口连接，冷箱cb1的第一出口与lng储舱tk1顶部的喷淋管线连接；
36.膨胀机te1、压缩机和冷却器，膨胀机te1的入口与冷箱cb1的第二出口连接，膨胀机te1的出口与冷箱cb1的第三入口连接，冷箱cb1的第三出口与冷箱cb1的第四入口连接，冷箱cb1的第四出口与压缩机的入口连接，压缩机的出口与冷却器的入口连接，冷却器的出口与冷箱cb1的第二入口连接。
37.在本发明一个优选的实施方案中，还包括lng潜液泵p1，设置于lng储舱tk1内，lng潜液泵p1被配置为将lng储舱tk1内的lng输送至冷箱cb1。
38.在本发明一个优选的实施方案中，压缩机包括膨胀压缩机c1和冷剂压缩机c2，冷却器包括第一冷却器e
‑
1和第二冷却器e
‑
2，膨胀压缩机c1的出口与第一冷却器e
‑
1的入口连接，第一冷却器e
‑
1的出口与冷剂压缩机c2的入口连接，冷剂压缩机c2的出口与第二冷却器e
‑
2的入口连接，第二冷却器e
‑
2的出口与冷箱cb1的第二入口连接。
39.在本发明一个优选的实施方案中，冷箱cb1中的制冷剂为氮、氦气混合制冷介质。本领域技术人员知晓的是，氮气与氦气的混合比例由开采现场的工况决定。
40.在本发明一个优选的实施方案中，膨胀压缩机c1与膨胀机te1同轴连接，膨胀压缩机c1由膨胀机te1和第一电机共同驱动，冷剂压缩机c2由第二电机驱动，冷剂压缩机c2只采用一级压缩，压缩比、膨胀比都比较低。
41.在本发明一个优选的实施方案中，处理系统采用全密封设计，氮、氦气混合制冷介质一次性充装，无泄漏。
42.在本发明一个优选的实施方案中，膨胀压缩机c1、冷剂压缩机c2、第一电机以及第二电机的轴承均采用电磁轴承，无油润滑系统。
43.在本发明一个优选的实施方案中，冷却器采用印刷电路板式换热器，采用闭式循环水作为冷却介质。
44.在本发明一个优选的实施方案中，在lng储舱tk1的舱内顶部设置有lng喷淋系统，过冷lng经lng储舱tk1顶部液相入口进入舱内与bog充分接触换热，提高bog冷凝效率，提高bog的回收效率。
45.基于上述处理系统，本发明还提供该系统的处理方法，包括如下步骤：
46.1)lng储舱tk1由于吸收环境热量使得舱内产生大量bog，当舱内压力高于操作压力时，通过lng潜液泵p1将lng(25m3/h)输送至冷箱cb1；
47.2)本实施实例采用的氮、氦混合冷剂由48.87％氮气、52.13％氦气组成。氮、氦气混合制冷介质经膨胀压缩机c1和冷剂压缩机c2两级压缩后形成中压为30bar的氮、氦气混合制冷介质，经冷却器降温至34℃，进入冷箱cb1预冷段预冷至
‑
152.8℃；
48.3)进入冷箱cb1的中压氮、氦气混合制冷介质与来自冷箱cb1中返流的低温氮、氦气混合制冷介质换热，经换热后的返流低温氮、氦气混合制冷介质自身复热后进入膨胀压缩机c1中；而中压氮、氦气混合制冷介质降温后继续进入膨胀机te1中，在膨胀机te1中，中压氮、氦气混合制冷介质膨胀降压(膨胀降压至12.45bar)对外做功，膨胀机te1将中压氮、氦气混合制冷介质的压力能转化为机械能协同电机驱动膨胀压缩机c1运转，膨胀后的氮、氦气混合制冷介质降温至
‑
178.9℃后进入冷箱cb1；
49.4)降温至
‑
178.9℃的低压氮、氦气混合制冷介质进入冷箱cb1，将来自lng储舱的lng过冷至
‑
175℃，低压氮、氦气混合制冷介质处理冷箱cb1中的lng后形成低温氮、氦气混合制冷介质并返流至冷箱cb1的预冷段，复热后返回膨胀压缩机c1，完成一个氮、氦气压缩循环；
50.5)过冷后的lng(被冷却至
‑
175℃)通过lng储舱tk1内喷淋管线进入lng储舱tk1内，并与储舱内的bog传质换热，将bog重新冷凝为lng。
51.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。