液化天然气运输船船舱的预冷工艺的制作方法

本发明涉及船舱的预冷工艺，尤其涉及一种液化天然气接收终端用于液化天然气运输船船舱的预冷工艺。

背景技术：

液化天然气(lng)运输船是将液态天然气从上游装载港转运至下游液化天然气接收站终端的船舶，对于液化天然气运输船，在初次投用过程中，船舱预冷工作是一项至关重要的工作。

目前，传统的液化天然气运输船的预冷工艺，主要是在国外液化天然气装载港进行，由装载港提供液化天然气，通过液化天然气运输船工艺管道进入设在船舱顶部的喷淋设备，使用液化天然气对直接充满惰化气体(新投用或检修后船舱惰化主要成分为氮气、二氧化碳混合物)的常温液化天然气运输船的船舱直接进行喷淋降温，直至液化天然气储罐温度降至约-145℃左右为止。为了平衡液化天然气运输船船舱的舱压，在冷却过程中，将液化天然气运输船舱内氮气、天然气的混合气体，通过船岸连接的天然气管线输送至火炬放空。但是，传统的液化天然气运输船的预冷过程中，却暴露了一些无法克服的缺陷如下：

⑴大部分液态天然气运输船主要在装载港开展船舱冷却操作，由于在冷却过程中，船舱控制压力比较低约10kpa，比液化天然气接收终端储罐操作压力(16kpa-22kpa)低，冷却过程中，所产生的液态天然气蒸发气(bog)无法返回排放至液化天然气接收终端进行处理，因此，极少的液化天然气运输船考虑在液化天然气接收站终端开展冷舱作业。

⑵液态天然气运输船在冷却过程中需要对惰化气体(氮气、二氧化碳混合物)进行置换，由于二氧化碳的性质在低温情况下容易形成干冰，对系统管道、阀门、动设备等造成影响，同时在置换过程中，混合气体排放容易对接收站正常生产造成较大影响。

⑶在装载港液化天然气液化厂预冷工作初期，由于使用约-156℃的液化天然气直接对常温的液化天然气运输船船舱进行喷淋，其所造成的温差巨大，导致大量的液化天然气升温后迅速气化，其所产生大量的天然气，导致船舱压力升高过快，影响船舱的操作安全。

⑷为了保证液化天然气运输船船舱的冷却效果，采用自上而下的喷淋方式喷淋液化天然气运输船船舱中的液化天然气。喷淋的液化天然气小液滴在下降的过程中，吸收热量，不断气化，造成天然气同氮气大范围的混合，由于该天然气中混有大量氮气进入装载港液化系统后，将严重影响其工况降低液化效率。从装载港生产安全性考虑，在船舱冷却初期，天然气管线进行火炬燃烧放空，使天然气无法回收，造成资源浪费。

⑸在预冷初期，液化天然气运输船船舱处于常温状态或温度较高状态，在此种情况下，若出现如：部分喷淋孔堵塞或阀门内漏的情况，考虑到液化天然气的超低温及比热较大(相较气态天然气)的特性，很可能造成液化天然气运输船船舱冷却不均或局部冷却过快的情况，易引起液化天然气运输船船舱本体损伤或性能受到影响(如：变形或焊缝裂纹)。

基于上述缺陷，有必要对传统预冷工艺进行改进，以解决了上述存在的“瓶颈”问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种改进的液化天然气运输船船舱的预冷工艺，其不仅能够在液化天然气接收站终端实现预冷作业；而且，还能够在液化天然气运输船船舱预冷过程中，将天然气做到零排放，解决了传统液化天然气运输船船舱预冷只能在装货港实现及无法克服的在船舱冷却过程中液化天然气浪费和对船舱本身可能造成损伤的问题；极大地拓展液化天然气行业的功能，提升了液化天然气运输船船舱预冷的经济性和安全性。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种液化天然气运输船船舱的预冷工艺，其特征在于：采用以下步骤：

第一步：使用天然气对数个液化天然气运输船船舱的惰化气体进行置换；

①置换前，对液化天然气接收终端的卸料总管、数个储存装置卸料管线中的液化天然气进行清空；

②将第一液相卸料臂与船方气相返回管线总管对接口进行联通，然后，将气相卸料臂与船装船和卸船管线对接口相连；

③关闭数个储存装置液态天然气蒸发气总管线的阀门，将数个储存装置接收终端中产生的液态天然气蒸发气，经接收终端的卸料总管、加热器、第一液相卸料臂输送至船方气相返回管线总管对接口；

④将数个液化天然气运输船船舱中的惰性气体经设在船底部的数个船舱装船管线过程接收终端的气相卸料臂、接收终端液态天然气蒸发气总管输送至接收终端火炬进行排放；

⑤为了避免天然气无法回收的情况，对数个液化天然气运输船船舱进行降压，并将船舱压力控制在5kpa-10kpa范围；

⑥利用数个储存装置接收终端自蒸发产生的低温气体，通过数个储存装置卸料管线进入卸料总管，再经加热器加热至常温后，进入第一液相卸料臂船方气相返回管线总管对接口送达液化天然气运输船；

⑦通过液化天然气运输船和船方气相返回管线总管对接口、船方气相返回管线总管、数个蒸发气返回管线送入各船舱，对船舱进行惰化气体置换；

⑧惰性气体经位于船底部的数个船舱装船管线，接收位于终端的气相卸料臂、接收终端液态天然气蒸发气总管输送至接收终端火炬进行排放；

第二步：使用低温天然气对液化天然气运输船的数个船舱进行初始预冷；

预冷时，接收站终端启动液态天然气蒸发气压缩机回收气体后，加大接收储存装置接收终端自蒸发产生的低温气体，并通过数个储存装置卸料管线进入卸料总管，再经卸料臂送达运输船；通过运输船的船装船和卸船管线对接口、船装船和卸船总管线、数个船舱装船管线送入各船舱；然后，再由位于船舱顶部的数个液态蒸发气返回管线排放，再经气相卸料臂，接收终端的液态天然气蒸发气总管管线，返回液态天然气蒸发气压缩机；

第三步：在低温天然气冷却的最后阶段，重复第二步对液化天然气运输船的数个船舱进行深冷；

深冷时，液化天然气进入液化天然气运输船的数个船舱时，液化天然气运输船的数个船舱的温度已较低，数个船舱的气化速度减慢，所产生的天然气量不仅可控，对船舱冷却操作安全；而且，数个船舱所产生的气体能够被接收站冷凝器或液态天然气蒸发气压缩机回收或外输。

所述第一步中对数个液化天然气运输船船舱进行降压，并将船舱压力控制在5kpa-10kpa范围。

所述第一步中对于惰化气体排放时，先控制好数个储存装置接收终端自蒸发产生的低温气体流量，同时，将液态天然气蒸发气温度升温至常温时，再进行置换。

所述第二步中，对液化天然气运输船的数个船舱进行初始预冷是在低温气体冷却阶段，通过对气体喷淋液化天然气来降低气体温度；为了控制船舱的降温速度，在冷却过程中，启动储存装置液化天然气外输设备，并通过储存装置液化天然气外输管线进入液化天然气外输汇总管线和码头保冷循环管线，然后，向低温液态天然气蒸发气喷洒液化天然气，使气体温度根据冷却速度控制在-130℃—-155℃；在冷却过程中，从数个储存装置接收终端自然蒸发排出的天然气喷淋，并经船舱后，通过各管线返回接收终端的液态天然气蒸发气压缩机或冷凝器再进行外输或回收，以实现零排放。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其不仅能够在液化天然气接收站终端实现预冷作业；而且，还能够在液化天然气运输船船舱预冷过程中，不影响接收站正常生产，实现了液化天然气运输船船舱冷却液态天然气蒸发气零排放，解决了传统液化天然气运输船船舱预冷只能在装货港实现及无法克服的船舱冷却过程中天然气浪费和对船舱本身可能造成损伤的问题；极大地拓展液化天然气行业的功能，提升了液化天然气运输船船舱预冷的经济性和安全性。

附图说明

图1为本发明液化天然气运输船的结构示意图。

图2为本发明的整体流程示意图。

图中主要标号说明：

1.第一船舱、2.第二船舱、3.第三船舱、4.第四船舱、1.1.第一冷却喷淋设备、1.2.第一蒸发气返回管线、1.3第一船舱装船管线、2.1.第二船舱冷却喷淋设备、2.2.第二蒸发气返回管线、2.3第二船舱装船管线、3.1.第三船舱冷却喷淋设备、3.2.第三蒸发气返回管线、3.3第三船舱装船管线、4.1.第四船舱冷却喷淋设备、4.2.第四蒸发气返回管线、4.3.第四船舱装船管线、5.船方气相返回管线总管对接口、5.1.船方气相返回管线总管、6.船装船和卸船管线对接口、6.1.船装船和卸船总管线、7.船方冷却管线对接头、7.1.船方冷却管线、8.液化天然气运输船、9.卸料总管、9.1.第一液相卸料臂、9.2.第二液相卸料臂、9.3.第三液相卸料臂、10.第三液相卸料臂进料管线、11.第二液相卸料臂进料管线、12.接收终端液态天然气蒸发气总管、12.1.气相卸料臂、13.码头保冷循环管线、14.接收终端火炬、15.第一储存装置接收终端、15.1.第一储存装置液态天然气蒸发气总管线、15.2.第一储存装置卸料管线、15.3.第一储存装置液化天然气外输管线、15.4.第一储存装置液化天然气外输设备、16.第二储存装置接收终端、16.1.第二储存装置液态天然气蒸发气总管线、16.2.第二储存装置卸料管线、16.3.第二储存装置液化天然气外输管线、16.4.第二储存装置液化天然气外输设备、17.第三储存装置接收终端、17.1.第三储存装置液态天然气蒸发气总管线、17.2.第三储存装置卸料管线、17.3.第三储存装置液化天然气外输管线、17.4.第三储存装置液化天然气外输设备、18.液化天然气外输汇总管线、19.液态天然气蒸发气压缩机、20.管线加热器。

具体实施方式

如图1，图2所示，本发明采用以下步骤：

第一步：使用天然气对数个液化天然气运输船船舱的惰化气体进行置换(本实施例为：第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4)；

①置换前，对液化天然气接收终端的卸料总管9、第一储存装置卸料管线15.2、第二储存装置卸料管线16.2、第三储存装置卸料管线17.2中的液化天然气进行清空；

②将第一液相卸料臂9.1与船方气相返回管线总管对接口5进行联通，然后，将气相卸料臂12.1与船装船和卸船管线对接口6相连；

③关闭第一储存装置液态天然气蒸发气总管线15.1、第二储存装置液态天然气蒸发气总管线16.1、第三储存装置液态天然气蒸发气总管线17.1的阀门，将第一储存装置接收终端15、第二储存装置接收终端16、第三储存装置接收终端17中产生的液态天然气蒸发气经接收终端的卸料总管9、加热器20、第一液相卸料臂9.1输送至船方气相返回管线总管对接口5；

④将第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4中的惰性气体经设在船底部的第一船舱装船管线1.3、第二船舱装船管线2.3、第三船舱装船管线3.3、第四船舱装船管线4.3过程接收终端的气相卸料臂12.1、接收终端液态天然气蒸发气总管12输送至接收终端火炬14进行排放；

⑤为了避免传统工艺中，天然气同惰化气体大范围混合造成对装载港液化系统工艺影响而无法回收的情况，对第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4进行降压，并将船舱压力控制在5kpa-10kpa范围；

⑥利用第一储存装置接收终端15、第二储存装置接收终端16、第三储存装置接收终端17自蒸发产生的低温气体，通过第一储存装置卸料管线15.2、第二储存装置卸料管线16.2、第三储存装置卸料管线17.2进入卸料总管9，再经加热器20加热至常温后，进入第一液相卸料臂9.1船方气相返回管线总管对接口5送达液化天然气运输船8；

⑦通过液化天然气运输船8和船方气相返回管线总管对接口5、船方气相返回管线总管5.1、第一蒸发气返回管线1.2、第二蒸发气返回管线2.2、第三蒸发气返回管线3.2、第四蒸发气返回管线4.2送入各船舱，对船舱进行惰化气体置换，惰性气体经位于船底部的第一船舱装船管线1.3、第二船舱装船管线2.3、第三船舱装船管线3.3、第四船舱装船管线4.3过程接收位于终端的气相卸料臂12.1、接收终端液态天然气蒸发气总管12输送至接收终端火炬14进行排放；同时，检测混合气体二氧化碳、甲烷含量，当满足要求二氧化碳含量低于0.1％，氮气含量低于30％时，认为置换合格。

上述第一步中由于从储存装置自蒸发的天然气的温度低于-100℃，进入船舱前利用加热装置20升温至常温，然后，再利用常温天然气比惰性气体(主要成分为氮气和二氧化碳)密度低的特性，将天然气由接收站终端第一液相卸料臂9.1连接至船方气相返回管线总管对接口5从顶部进入，再由第一船舱装载管线1.3、第二船舱装船管线2.3、第三船舱装船管线3.3、第四船舱装船管线4.3排出，并从船装船和卸船总管线6.1、船装船和卸船管线对接口6返回至接收站终端气相卸料臂12.1经接收终端液态天然气蒸发气总管12至接收终端火炬14排放；

对于惰化气体排放；在天然气注入的过程中，为了保证液化天然气运输船第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4的压力平衡及置换效果，控制第一储存装置接收终端15、第二储存装置接收终端16、第三储存装置接收终端17自蒸发产生的低温气体流量，同时由于惰性其中还有二氧化碳，需将液态天然气蒸发气温度升温至常温，再进行置换。

第二步：使用低温天然气对液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4进行初始预冷；

为了避免在传统工艺中，初始阶段液化天然气同常温液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4存在的巨大温差，给船舱带来的损伤，预冷工作开始时，首先，使用较低温度的天然气缓慢对液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4进行预冷。天然气相比液化天然气的温度较高，比热较低，散布性好，便于将冷量均匀散布，降低了局部过冷的可能。同时，天然气为气态，不会吸热相变，(当液化天然气气化后，可转变约600倍的气体)引起短时间大量气体产生的情况，更利于其回收控制，同时，为了保证效果，在低温气体冷却阶段，通过对气体喷淋液化天然气来降低气体温度，以达到更好的效果。

在该步骤中，接收站终端启动液态天然气蒸发气压缩机19回收气体后，加大接收第一储存装置接收终端15、第二储存装置接收终端16、第三储存装置接收终端17自蒸发产生的低温气体，并通过第一储存装置卸料管线15.2、第二储存装置卸料管线16.2、第三储存装置卸料管线17.2进入卸料总管9，再经卸料臂9.2送达运输船；然后，通过运输船的船装船和卸船管线对接口6、船装船和卸船总管线6.1、第一船舱装船管线1.3、第二船舱装船管线2.3、第三船舱装船管线3.3、第四船舱装船管线4.3送入各船舱，再由位于船舱顶部的液态天然气蒸发气第一蒸发气返回管线1.2、第二蒸发气返回管线2.2、第三蒸发气返回管线3.2、第四蒸发气返回管线4.2排放，再经气相卸料臂12.1，接收终端的液态天然气蒸发气总管管线12，返回液态天然气蒸发气压缩机19。为了控制船舱的降温速度，在冷却过程中，启动第一储存装置液化天然气外输设备15.4，通过其外输的第一储存装置液化天然气外输管线15.3或启动第二储存装置液化天然气外输设备16.4，并通过第二储存装置液化天然气外输管线16.3或启动第三储存装置液化天然气外输设备17.4以及第三储存装置液化天然气外输管线17.3进入液化天然气外输汇总管线18和码头保冷循环管线13，然后，再通过接收终端码头保冷循环管线13向低温液态天然气蒸发气喷洒液化天然气，并在第二液相卸料臂进料管线11中混合，使气体温度根据冷却速度控制在-130℃—-155℃；从而，保证了船舱的冷却速率。

在该冷却过程中，从接收终端第一储存装置接收终端15、第二储存装置接收终端16、第三储存装置接收终端17自然蒸发排出的天然气，经卸料总管9的第二液相卸料臂9.2喷淋液化天然气后，进入船舱去冷却第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4，蒸发气经船舱后，通过各管线返回接收终端的液态天然气蒸发气压缩机19或冷凝器再进行外输或回收，以实现零排放。

该过程充分利用接收终端第一储存装置接收终端15、第二储存装置接收终端16、第三储存装置接收终端17的储罐自蒸发所产生的液态天然气蒸发气冷能冷却船舱，减少了冷却过程中液化天然气的消耗，降低了直接液化天然气冷舱船舱使船舱受损的风险。

第三步：重复第二步使用液化天然气喷淋对液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4进行深冷；

如图2所示，由于低温天然气对液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4冷却完成后，需要填充液化天然气，在低温天然气冷却的最后阶段，仍需要采用液化天然气对液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4进行深冷。

在第二步的操作完成时，将液化天然气从码头保冷循环管线13、第三液相卸料臂进料管线10，第三液相卸料臂9.3送入船方管线对接头7经船方冷却管线7.1进入第一冷却喷淋设备1.1、第二船舱冷却喷淋设备2.1、第三船舱冷却喷淋设备3.1、第四船舱冷却喷淋设备4.1，液化天然气小液滴在喷射力和重力的作用下，向下及四周换热，对液化天然气运输船船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4进行深冷。

在该阶段，液化天然气进入液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4时，液化天然气运输船的第一船舱1、第二船舱2、第三船舱3、第四船舱4的温度已较低，其气化速度减慢，所产生的天然气量不仅可控，对船舱冷却操作安全；而且，其所产生的气体能够被接收站冷凝器或液态天然气蒸发气压缩机19回收或外输。

本发明能够很好地解决了接收终端不能开展液化天然气运输船冷舱作业各项问题，而且，解决了传统工艺中初始阶段巨大的温差所引起的液化天然气短时间大量气化，接收站没有能力回收而造成放空浪费的情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。