船用氨蒸发气再液化系统的制作方法

1.本发明涉及蒸发气再液化技术领域，具体涉及一种船用氨蒸发气再液化系统。


背景技术：

2.随着全球变暖问题的加剧，减少温室气体排放成为当今世界面临的重要任务。提升零碳或低碳能源在世界能源消费结构中的占比，有助于减少温室气体排放，推动实现全球碳循环体系的“碳中和”。在船舶航运领域，氨作为一种零碳燃料引起广泛关注。作为船舶发动机燃料，氨通常以-33℃的液氨形式储存于燃料储罐中，在储存过程中不可避免的环境漏热会引起液氨吸热蒸发，蒸发产生的氨蒸气(蒸发气)积聚会导致储罐压力升高，容易引发安全事故，因此需要对蒸发气进行处理。
3.目前，蒸发气处理大多采用氨气处理装置直接吸收蒸发气的方式，采用该种方式会导致燃料浪费。


技术实现要素：

4.针对上述不足，本发明的目的在于提供一种船用氨蒸发气再液化系统，以构建制冷循环的方式将蒸发气进行再液化处理，并重新导入储罐内，减少燃料浪费；再液化系统结构简单，液化效率高，应用灵活便捷。
5.本发明提供一种船用氨蒸发气再液化系统，包括：
6.储罐；
7.主冷系统，所述主冷系统包括连接管路及依次连接的控制阀、主冷压缩机、气液分离器和第一节流阀；来自所述储罐的蒸发气沿管路经所述控制阀进入所述主冷压缩机增压，增压后的蒸发气进入所述气液分离器冷凝，之后经所述第一节流阀节流降温降压后返回所述储罐，完成再液化过程；
8.预冷系统，所述预冷系统通过所述气液分离器与所述主冷系统连接，以对增压后的蒸发气进行冷凝；
9.其中，所述预冷系统包括连接管路及依次连接的预冷压缩机、第一换热器和第二节流阀，所述气液分离器连接所述预冷压缩机，使来自所述气液分离器的蒸发气沿管路进入所述预冷压缩机进行二次增压，二次增压后的蒸发气进入所述第一换热器冷凝，之后经所述第二节流阀节流降温降压后返回所述气液分离器。
10.进一步地，所述主冷压缩机与所述气液分离器之间的管道设置有第一止回阀，所述预冷压缩机与所述第一换热器之间的管道设置有第二止回阀。
11.进一步地，所述第一换热器连接有冷凝系统，以对通过所述第一换热器的蒸发气进行冷凝。
12.进一步地，所述冷凝系统采用常温冷源，常温冷源为风冷、水冷、船用水乙二醇循环系统分支或其他可用常温介质冷却。
13.进一步地，所述第一换热器为板式换热器、板壳式换热器、管壳式换热器或绕管式
换热器。
14.本发明还提供一种船用氨蒸发气再液化系统，包括：
15.储罐；
16.主冷系统，所述主冷系统包括连接管路及依次连接的控制阀、主冷压缩机、第二换热器和第一节流阀；来自所述储罐的蒸发气沿管路经所述控制阀进入所述主冷压缩机增压，增压后的蒸发气进入所述第二换热器冷凝，之后经所述第一节流阀节流降温降压后返回所述储罐；
17.预冷系统，所述预冷系统通过所述第二换热器与所述主冷系统连接，以对增压后的蒸发气进行冷凝；
18.其中，所述预冷系统包括连接管路及依次连接的第二换热器和制冷机组，所述制冷机组为所述第二换热器提供冷量。
19.进一步地，所述第二换热器为板式换热器、板壳式换热器、管壳式换热器或绕管式换热器。
20.进一步地，所述制冷机组为单级制冷机组，所述单级制冷机组制冷方式为单级压缩蒸汽制冷循环、单级压缩气体制冷循环、吸收式制冷循环或其他满足需求的制冷形式。
21.本发明提供的船用氨蒸发气再液化系统，其有益效果在于：
22.(1)在本系统中，通过设置两级制冷循环将氨蒸发气作为制冷剂参与制冷循环中，相比于设置外部制冷设备，可缩小换热温差；通过设置气液分离器，可将主冷压缩机增压后的蒸发气与预冷系统回流的液氨混合换热，进一步缩小级间换热温差；采用常温冷却系统进行蒸发气冷凝；系统运行独立、高效节能。
23.(2)在本系统中，通过第二换热器连接制冷机组，蒸发气作为热流体被制冷机组快速冷却至其压力对应的饱和蒸气温度以下，并经节流降温降压后返回储罐，系统运行独立，控制稳定。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明第一实施例中船用氨蒸发气再液化系统的结构示意图。
26.图2为本发明第二实施例中船用氨蒸发气再液化系统的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有作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。
28.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。
29.[第一实施例]
[0030]
请参阅图1，本发明实施例提供的一种船用氨蒸发气再液化系统，用于船用的液氨储罐内氨蒸发气再液化，包括储罐10、主冷系统20以及预冷系统30。
[0031]
主冷系统20包括连接管路及依次连接的控制阀21、主冷压缩机22、气液分离器24和第一节流阀25；来自储罐10的蒸发气沿管路经控制阀21进入主冷压缩机22增压，增压后的蒸发气进入气液分离器24冷凝，之后经第一节流阀25节流降温降压后返回储罐10，完成再液化过程。
[0032]
预冷系统30通过气液分离器24与主冷系统20连接，以对增压后的蒸发气进行冷凝；预冷系统30包括连接管路及依次连接的气液分离器24、预冷压缩机31、第一换热器33和第二节流阀34，来自气液分离器24的蒸发气沿管路进入预冷压缩机31进行二次增压，二次增压后的蒸发气进入第一换热器33冷凝，之后经第二节流阀34节流降温降压后返回气液分离器24，完成对主冷系统20的冷凝过程。
[0033]
值得一提的是，气液分离器24内装有中压液氨和中压氨气，经主冷压缩机22增压后的蒸发气输入至气液分离器24内中压液氨的液面以下。
[0034]
具体地，主冷压缩机22与气液分离器24之间的管道设置有第一止回阀23，预冷压缩机31与第一换热器33之间的管道设置有第二止回阀32，第一止回阀23和第二止回阀32可以预防蒸发气倒流。
[0035]
具体地，第一换热器33连接有冷凝系统331，以液化通过第一换热器33的蒸发气。
[0036]
更具体地，冷凝系统331采用常温冷源，常温冷源为风冷、水冷、船用水乙二醇循环系统分支或其他可用常温介质冷却。
[0037]
具体地，第一换热器33为板式换热器、板壳式换热器、管壳式换热器或绕管式换热器。
[0038]
本发明第一实施例提供的船用氨蒸发气再液化系统，其工作原理和流程如下：
[0039]
当储罐10内蒸发气的压力达到储罐10的承压上限时，控制阀21打开、主冷压缩机22和预冷压缩机31开启；主冷压缩机22将氨蒸发气增压至一定压力并沿管路进入气液分离器24中，增压后的蒸发气在气液分离器24中与中压液氨充分混合换热，最终达到气液平衡状态；预冷压缩机32将气液分离器24中的中压氨气压缩至高压，该压力对应的饱和温度高于室温，该高压氨气通过第一换热器33被冷凝系统331冷凝为高压液氨，随后通过第二节流阀34降压至主冷压缩机22的出口压力，以气液两相状态返回气液分离器24，完成对主冷系统20的冷凝过程；中压液氨由气液分离器24底部排出，通过第一节流阀25节流降温降压至储罐10的压力，以气液两相状态返回储罐10，完成再液化过程。
[0040]
当储罐10中蒸发气压力降至储罐10设定值时，关闭主冷压缩机22、预冷压缩机31和控制阀21。
[0041]
[第二实施例]
[0042]
请参阅图2，本发明第二实施例提供一种船用氨蒸发气再液化系统，用于船用的液氨储罐内蒸发气再液化，包括储罐10、主冷系统20以及预冷系统30。
[0043]
主冷系统20包括连接管路及依次连接的控制阀21、主冷压缩机22、第二换热器23和第一节流阀24；来自储罐10的蒸发气沿管路经控制阀21进入主冷压缩机22增压，增压后
的蒸发气进入第二换热器23冷凝，之后经第一节流阀24节流降温降压后返回储罐10，完成再液化过程；
[0044]
预冷系统30通过第二换热器23与主冷系统20连接，以对增压后的蒸发气进行冷凝；预冷系统30包括连接管路及依次连接的第二换热器23和制冷机组35，制冷机组35为所述第二换热器23提供冷量，以完成对所述主冷系统20的冷凝过程。
[0045]
具体地，第二换热器23为板式换热器、板壳式换热器、管壳式换热器或绕管式换热器；制冷机组35为单级制冷机组，单级制冷机组的制冷温度低于主冷压缩机22出口的蒸发气压力对应的饱和蒸气温度，单级制冷机组制冷方式可为单级压缩蒸汽制冷循环、单级压缩气体制冷循环、吸收式制冷循环或其他满足需求的制冷形式。
[0046]
本发明第二实施例提供的船用氨蒸发气再液化系统，其工作原理和流程如下：
[0047]
当储罐10中氨蒸发气的压力达到储罐10承压上限时，控制阀21打开，主冷压缩机22、制冷机组35开启，主冷压缩机22将氨蒸发气增压至一定压力并沿管路进入第二换热器23。在第二换热器23中，氨蒸发气作为热流体被制冷机组35冷却至其压力对应的饱和蒸气温度以下，即氨蒸发气被冷却至过冷液状态，随后通过第一节流阀24节流-降温降压至储罐10的压力，以气液两相状态返回储罐10，完成再液化过程。
[0048]
当储罐10中氨蒸发气压力降至储罐10的设定值时，关闭控制阀21、主冷压缩机22、制冷机组35。
[0049]
本实施例与第一实施例的区别在于：本实施例中的预冷系统30采用独立的外置单级制冷机组，相比于第一实施例的高压氨气循环其运行更独立，控制更稳定。
[0050]
本发明提供的船用氨蒸发气再液化系统，其有益效果如下：
[0051]
(1)在本系统中，通过设置两级制冷循环将氨蒸发气作为制冷剂参与制冷循环中，相比于设置外部制冷设备，可缩小换热温差；通过设置气液分离器24，可将主冷压缩机22增压后的蒸发气与预冷系统30回流的液氨混合换热，进一步缩小级间换热温差；采用常温冷却系统进行蒸发气冷凝；系统运行独立、高效节能。
[0052]
(2)在本系统中，通过第二换热器23连接制冷机组35，蒸发气作为热流体被制冷机组35快速冷却至其压力对应的饱和蒸气温度以下，并经节流降温降压后返回储罐10，系统运行独立，控制稳定。
[0053]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。