一种LNG动力船舶的BOG回收系统及其工作方法与流程

本发明涉及对lng动力船舶lng储罐在预冷和加注过程中及停用时产生的气体的再液化，具体涉及一种lng动力船舶的bog回收系统及其工作方法。

背景技术：

天然气是一种清洁能源，燃烧热值高、无污染且能量利用率高，所占的市场份额日益增加，在储运过程中，将常压下天然气冷却至-162.5℃下变为液态的天然气(lng)，体积变为原来的1/625。

随着全球范围内大气污染情况的加重，国内外对船舶尾气排放的标准也进一步提高，为了达到排放标准，同时避免添加价格昂贵、体积庞大的脱硫脱硝装置，使得以lng为动力的船舶得以快速发展。当lng动力船舶储罐内lng停用时，以及在对lng储罐进行预冷及加注的过程中，由于lng是在常压、-162.5℃低温下储存的，因为lng储罐漏热以及设备发热等原因，在给lng动力船舶的lng储罐进行预冷和加注时，lng会吸收热量蒸发产生大量的bog(boil-offgas)，而在停用时，lng储罐内lng由于储罐漏热而蒸发同样会产生bog，随着bog量的不断增多，存储装置内压力会随之升高，对存储设备本身及系统产生不利影响，造成安全隐患，直接排空不仅会造成经济损失，同时也给环境带来不利影响，因此，及时对船舶lng储罐产生的bog进行再液化回收处理十分必要。

目前bog主要的再液化方式有以低温制冷机为冷源的再液化方式以及用低温工质(如液氮)为冷源的再液化方式，对于lng动力船舶的bog再液化回收，若用低温制冷机则存在耗功大的缺点，若以液氮为冷源的bog再液化回收则要额外添加液氮储罐并且需要定期添补，回收设备复杂且收益不高。为了充分利用加注过程中的连续供应的过冷lng，采用以过冷lng为冷源的bog再液化方式则具有设备少、流程简单且收益高的优势，因此针对lng动力船舶lng储罐产生的bog，设计了一套以过冷lng为冷源的bog再液化系统。

技术实现要素：

本发明的目的是针对lng动力船舶lng储罐在预冷和加注过程中及停用时产生的bog的再液化，提供一种利用接触式换热器且以过冷lng为冷源，与bog直接接触液化bog的lng动力船舶的bog再液化系统及方法。

本发明能克服以往bog再液化系统复杂且不稳定的问题，减少再液化bog时的换热损耗，同时系统具备良好的负荷调节能力。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种lng动力船舶的bog回收系统，包括lng储罐、换热器及lng加注装置，其中，所述换热器内自上而下依次隔离设置有滤网、喷淋管、填料及进气管，所述lng加注装置通过管道一路依次与第二阀门、第一调节阀、lng储罐的喷淋管入口连接，另一路依次与第三阀门、第二调节阀、lng储罐下入口连接；第三路依次与第七阀门、lng泵、换热器内的喷淋管入口连接；

所述lng储罐上出口通过管道连接至lng液位控制储液罐入口，lng液位控制储液罐出口通过第四阀门与lng储罐上出口通过第五阀门共同连接至所述bog缓冲罐入口，bog缓冲罐出口连接至bog压缩机入口，所述bog压缩机出口通过第六阀门连接至换热器内进气管入口，所述换热器下出口通过管道依次连接第八阀门、第三调节阀至所述lng储罐下入口。

进一步优选，所述lng加注装置的出口设置有分别连通第二阀门，第三阀门和第七阀门的第一阀门。

进一步优选，所述换热器顶部出口设有连通大气的不凝气放空调节阀，出口设有安全阀。

进一步优选，所述bog压缩机为可变频的螺杆压缩机或容积可调的活塞式压缩机。

进一步优选，所述第三调节阀为能同时调节液位和启动节流作用的热力式液位调节阀。

进一步优选，所述换热器为内设紫铜或铝合金填料的接触式换热器。

进一步优选，所述lng泵为lng变频低温泵。

本发明的一种lng动力船舶的bog回收系统的工作方法，其特征在于，具体内容和步骤如下：

当需要对lng储罐预冷时，将第二阀门和第一调节阀打开，第三阀门和第二调节阀以及第七调节阀关闭，过冷lng从lng加注装置流出，加压送至lng储罐喷淋管入口处，利用lng储罐内喷淋管对lng储罐进行预冷，在预冷过程中，第一调节阀用来控制过冷lng流量；

当lng储罐预冷完成后，此时打开第三阀门和第二调节阀，关闭第二阀门和第一调节阀，过冷lng通过第三阀门及第二调节阀从lng储罐底部左侧入口对lng储罐进行加注，第二调节阀用来控制加注的过冷lng的流量，由于储罐漏热及lng的闪蒸，会产生大量的bog，随着bog量的增加，lng储罐内压力逐渐升高，当储罐压力达到0.2mpa时，将第五阀门、第六阀门、第七阀门及第八阀门打开，启动bog压缩机和lng泵，bog气体通过第五阀门进入bog缓冲罐中，后被bog压缩机吸入并压缩至0.5～0.6mpa，经过第六阀门从换热器进气管入口送入换热器中，过冷lng经过第七阀门，通过lng泵泵入换热器喷淋管入口，通过换热器内喷淋管进行喷淋实现与bog直接接触再液化bog，液化后的bog与释放冷量后的lng一起储存在换热器底部，此时第三调节阀开启以自动调节换热器内液位，而后储存在换热器底部的液化后的bog和释放冷量后的lng通过第八阀门和第三调节阀从lng储罐下部右侧入口对lng储罐进行加注，此时lng加注装置和换热器同时对lng储罐进行加注，当lng储罐内液位高度到达设定值时，若继续对lng储罐加注，高出液位部分的lng将流入lng液位控制储液罐内以保证lng储罐液位在设定范围内，若lng液位控制储液罐内压力超过设定值时，第四阀门打开，将多余bog排出，与lng储罐内bog一起进行再液化处理；

当船舶lng储罐停用时，lng储罐由于漏热、设备发热等原因也会产生bog，当lng储罐内压力达到0.2mpa时，打开第三阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门及第二调节阀，启动bog压缩机和lng泵，lng储罐内bog经过第五阀门进入bog缓冲罐内，后被bog压缩机压缩至0.5～0.6mpa后经过第六阀门通过进气管入口送入换热器内，此时过冷lng从lng储罐底部左侧出口流出，经过第二调节阀、第三阀门和第七阀门进入lng泵内，经lng泵加压后通过喷淋管入口泵入换热器中，与bog直接接触再液化bog，液化后的bog与释放冷量后的lng储存在换热器底部，此时第三调节阀开启以自动调节换热器内液位，而后储存在换热器底部液化后的bog与释放冷量后的lng通过第八阀门和第三调节阀从lng储罐下部右侧入口重新送回至lng储罐之中，当液化完成后，关闭第三阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门及第二调节阀，关闭lng泵和bog压缩机，第三调节阀也关闭。

进一步优选，所述bog压缩机的负荷与lng储罐内压力成正比例调节关系；所述lng泵的频率与储存在换热器底部lng的温度成正比例调节关系；所述第三调节阀的开度与换热器内液位成正比例调节关系；所述不凝气放空调节阀的开度与换热器内压力成正比例调节关系。

本发明利用了加注过程中足量的过冷lng和接触式换热器，使得过冷lng与bog直接接触再液化bog。在加注开始前需对lng储罐进行预冷，lng储罐内有喷淋管，与喷淋管相连的是第一调节阀，用来控制lng储罐的冷却速率；lng储罐上部出口接有lng液位控制储液罐，保证lng储罐在加注过程中的液位控制要求，控制加注量在lng储罐容积的90％～95％之间，lng储罐上部出口连接bog缓冲罐，产生的bog先进入到bog缓冲罐内，起到缓冲与稳压的作用；在bog再液化过程中，系统中的bog压缩机以及lng泵可根据负荷灵活调节转速，保证液化bog的冷量与过冷lng需要释放的冷量相匹配，同时在换热器上方设有不凝气放空调节阀和安全阀，用以保证换热器的安全使用。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：

利用过冷lng对船舶lng储罐产生的bog进行再液化处理，与传统的以液氮为冷源以及以斯特林制冷机为冷源的bog再液化系统相比，即不需要添加特定的低温物质储罐也没有能耗高的问题，减少了设备投资成本与运行成本，系统更简单稳定；再液化bog时，利用接触式换热器使过冷lng与bog直接接触，减小换热损失，减轻系统负荷，同时系统具备优良的负荷调节能力；系统无论在预冷、加注或是停用过程中，都能使产生的bog及时液化，最大程度减少能源浪费，同时换热器上部设有不凝气放空调节阀以及安全阀，使得系统和设备具备优良的安全特性。

附图说明

图1是本发明的系统构造示意图：

图中附图标记说明：1为lng储罐，2为换热器，3为bog压缩机，4为bog缓冲罐，5为lng泵，6为lng液位控制储液罐，7为lng加注装置，8为不凝气放空调节阀，9为安全阀，10为第一阀门，11为第二阀门，12为第一调节阀，13为第三阀门，14为第二调节阀，15为第四阀门，16为第五阀门，17为第六阀门，18为第七阀门，19为第八阀门，20为第三调节阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做出进一步的详细说明。

如图1所示：为本发明的一种lng动力船舶的bog回收系统，包括lng储罐1、换热器2及lng加注装置7，其中，所述换热器2内自上而下依次隔离设置有滤网2a、喷淋管2b、填料2c及进气管2d，喷淋管2b有助于过冷lng与bog充分换热，提高换热效率；

所述lng加注装置7通过管道一路依次与第二阀门11、第一调节阀12、lng储罐1的喷淋管2b入口c连接，另一路依次与第三阀门13、第二调节阀14、lng储罐1下入口d连接；第三路依次与第七阀门18、lng泵5、换热器2内的喷淋管2b入口f连接，其中第一调节阀12控制预冷过程中过冷lng流量，以此来控制预冷速率，第二调节阀14控制加注过程中过冷lng流量，以便来控制加注时间；

所述lng储罐1上出口b通过管道连接至lng液位控制储液罐6入口，lng液位控制储液罐6出口通过第四阀门15与lng储罐1上出口a通过第五阀门16共同连接至所述bog缓冲罐4入口，其中lng液位控制储液罐6可以控制lng储罐1液位稳定，避免储罐充液过多使得压力超出设定值造成安全隐患；bog缓冲罐4出口连接至bog压缩机3入口，所述bog压缩机3出口通过第六阀门17连接至换热器2内进气管2d入口g；

所述换热器2下出口h通过管道依次连接第八阀门19、第三调节阀20至所述lng储罐1下入口j，通过第三调节阀20可以调节进入lng储罐1的流量，同时保证换热器2内液位在设定范围内。

所述lng加注装置7的出口设置有分别连通第二阀门11，第三阀门13和第七阀门18的第一阀门10，所述换热器2顶部出口e设有连通大气的不凝气放空调节阀8，以便及时调节换热器2内压力以稳定bog的冷凝温度，同时保证lng泵5能顺利将过冷lng泵入换热器2内，出口i设有安全阀9，起到泄压保护设备的作用；

所述bog压缩机3为可变频的螺杆压缩机或容积可调的活塞式压缩机。

所述第三调节阀20为能同时调节液位和启动节流作用的热力式液位调节阀。

所述换热器2为内设紫铜或铝合金填料2c的接触式换热器。

所述lng泵5为lng变频低温泵。

一种lng动力船舶的bog回收系统的工作方法，具体内容和步骤如下：

当需要对lng储罐1预冷时，将第二阀门11和第一调节阀12打开，第三阀门13和第二调节阀14以及第七阀门18关闭，过冷lng从lng加注装置7流出，加压送至lng储罐1喷淋管2b入口c处，利用lng储罐1内喷淋管2b对lng储罐1进行预冷，防止加注过程中钢板出现较大的温差应力与弯曲，从而引发裂纹，导致泄露，在预冷过程中，第一调节阀12根据lng储罐1的冷却速率来调节过冷lng流量；

当lng储罐1预冷完成后，此时打开第三阀门13和第二调节阀14，关闭第二阀门11和第一调节阀12，过冷lng通过第三阀门13及第二调节阀14从lng储罐1底部左侧入口d对lng储罐1进行加注，为了控制加注时间，同时避免lng储罐1内lng因加注速率不均发生翻滚引发安全事故，用第二调节阀14用来控制加注的过冷lng的流量，由于储罐漏热及lng的闪蒸等原因，会产生大量的bog，随着bog量的增加，lng储罐1内压力逐渐升高，当储罐压力达到0.2mpa时，将第五阀门16、第六阀门17、第七阀门18及第八阀门19打开，启动bog压缩机3和lng泵5，bog气体通过第五阀门16进入bog缓冲罐4中，后被bog压缩机3吸入并压缩至0.5～0.6mpa，经过第六阀门17从换热器2进气管2d入口g送入换热器2中，过冷lng经过第七阀门18，通过lng泵5泵入换热器2喷淋管2b入口f，通过换热器2内喷淋管2b进行喷淋实现与bog直接接触再液化bog，液化后的bog与释放冷量后的lng一起储存在换热器2底部，此时第三调节阀20开启以自动调节换热器2内液位，而后储存在换热器2底部的液化后的bog和释放冷量后的lng通过第八阀门19和第三调节阀20从lng储罐1下部右侧入口j对lng储罐1进行加注，此时lng加注装置7和换热器2同时对lng储罐1进行加注，当lng储罐1内液位高度到达设定值时，若继续对lng储罐1加注，高出液位部分的lng将流入lng液位控制储液罐6内以保证lng储罐1液位在设定范围内，若lng液位控制储液罐6内压力超过设定值时，第四阀门15打开，将多余bog排出，与lng储罐1内bog一起进行再液化处理，在换热器2顶部左侧出口e处设有不凝气放空调节阀8，起到放空不凝性气体及调节换热器2内压力的作用，在换热器2顶部右侧出口i处设有安全阀9，目的是当换热器2内压力超过临界安全压力时，将过量气体及时排出，起到泄压的作用，保证系统及设备的安全；

当船舶lng储罐1停用时，lng储罐1由于漏热、设备发热等原因也会产生bog，当lng储罐1内压力达到0.2mpa时，打开第三阀门13、第五阀门16、第六阀门17、第七阀门18、第八阀门19及第二调节阀14，启动bog压缩机3和lng泵5，lng储罐1内bog经过第五阀门16进入bog缓冲罐4内，后被bog压缩机3压缩至0.5～0.6mpa后经过第六阀门17通过进气管2d入口g送入换热器2内，此时过冷lng从lng储罐1底部左侧出口d流出，经过第二调节阀14、第三阀门13和第七阀门18进入lng泵5内，经lng泵5加压后通过喷淋管2b入口f泵入换热器2中，与bog直接接触再液化bog，液化后的bog与释放冷量后的lng储存在换热器2底部，此时第三调节阀20开启以自动调节换热器2内液位，而后储存在换热器2底部液化后的bog与释放冷量后的lng通过第八阀门19和第三调节阀20从lng储罐1下部右侧入口j重新送回至lng储罐1之中，当液化完成后，关闭第三阀门13、第五阀门16、第六阀门17、第七阀门18、第八阀门19及第二调节阀14，关闭lng泵5和bog压缩机3，第三调节阀20也关闭。

其中，上述所述bog压缩机3的负荷与lng储罐1内压力成正比例调节关系，当lng储罐1内bog压力高于0.2mpa且持续升高时，bog压缩机3负荷随之增加，当lng储罐1内bog压力开始下降时，bog压缩机3负荷随之下降；

所述lng泵5的频率与储存在换热器2底部的lng的温度成正比例调节关系，当储存在换热器2底部的液化后的bog以及释放冷量后的lng温度高于设定值时，lng泵5的频率随之加快，当其温度低于设定值时，lng泵5的频率随之下降；

所述第三调节阀20的开度与换热器2内液位成正比例调节关系，当换热器2内液位升高时，第三调节阀20开度增大，当换热器2内液位降低时，第三调节阀20开度减小；

所述不凝气放空调节阀8的开度与换热器2内压力成正比例调节关系，当换热器2内压力超过设定值且持续升高时，不凝气放空调节阀8开度随之增加，当换热器2内压力开始降低时，不凝气放空调节阀8开度随之减小。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。