一种液化天然气蒸发气再冷凝系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种液化天然气蒸发气再冷凝系统及方法。系统包括：液化天然气储存装置、蒸发气再冷凝装置和液化天然气输送装置。所述蒸发气再冷凝装置包括静态混合器和气液分离器；气液分离器顶部出口连接液化天然气储罐的蒸发气总管，气液分离器底部出口连接液化天然气低压外输总管；静态混合器一端连接气液分离器，另一端连接液化天然气低压外输总管；蒸发气总管依次连接压缩机和换热器后，连接静态混合器。方法包括：液化天然气和蒸发气在静态混合器中混合后进入气液分离器，分离出的气体返回蒸发气总管；分离出的液相进入罐外增压泵。本发明通过采用静态混合冷凝方式，以提高BOG冷凝效率，降低能耗，并且达到节省设备投资，便于系统操作和维修的目的。
【专利说明】一种液化天然气蒸发气再冷凝系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液化天然气储存与输送系统领域，更进一步说，涉及一种液化天然气蒸发气再冷凝系统及方法。
【背景技术】
[0002]液化天然气(LNG)是一种优质能源，具有热值高、燃烧污染小的特点。LNG接收站的主要功能是接收远洋运输船运输来的LNG，并对其进行储存和气化，以获得气态天然气(NG)产品，并通过天然气管网向城市居民和(或)工业用户供气。
[0003]在LNG接收站的生产过程中，由于储罐、管道、设备等从环境吸热以及卸船闪蒸、大气压力变化等各种因素，在LNG储存和运输系统会从LNG中释放一定量的蒸发气(B0G)。若BOG处理不当，将导致低温储罐超压而发生危险，若外排燃烧将造成资源的浪费，同时，也带来了安全隐患和环境污染问题，从节能减排的角度考虑也是不可取的。因此，如何安全有效地处理BOG是LNG接收站必须面对的重要课题。
[0004]通常情况下，LNG接收站的BOG采用再冷凝法进行处理，这种方法相比直接法(LNG直接加压外输)更为安全、经济、环保，因此，在世界范围内被广为采用。
[0005]如图1所示，传统工业生产中，LNG接收站的BOG再冷凝系统主要包括LNG储罐10ULNG罐内低压泵102、再冷凝器103、LNG罐外增压泵104、B0G压缩机105、B0G压缩机出口换热器106、气化器107、火炬108等其他管道组件。图1中，LNG储罐中产生的BOG通过蒸发气总管进入BOG压缩机105加压，再经BOG压缩机出口换热器106换热后进入再冷凝器103。LNG储罐101中的LNG通过罐内低压泵102增压后具有一定的过冷度，一部分LNG进入再冷凝器与BOG在再冷凝器103中进行换热，另一部分LNG与再冷凝器中分离出的液体混合后进入罐外增压泵104，增压后，进入气化器107气化，然后通过液化天然气高压外输总管输送至下游天然气管网。
[0006]再冷凝器是传统BOG再冷凝工艺系统的核心设备，如图2所示。该再冷凝器103包括罐外壳201,位于罐外壳内部且位于LNG进液管下方使流到其上表面的LNG分布均勻的液体分布器202，位于分布器下方的填充了填料的填料床层203，位于再冷凝器底部的破涡器 204。
[0007]再冷凝器顶部侧面LNG入口管路上设置有阀门E ;再冷凝器顶部与BOG总管连通的管路上设置有阀门F ;再冷凝器补气管道上设置有阀门G，BOG压缩机出口换热器冷源管道上设置有阀门H。
[0008]再冷凝器103中，由于LNG储罐操作工况的改变等因素都会造成BOG量的变化，这就需要控制进入BOG再冷凝器中的LNG的量，以使其能将所有的BOG全部冷凝，保证混合液输出管道以及下游设备的安全。由于BOG和LNG量的变化，再冷凝器中气压会发生波动，再冷凝器中液位也会呈现不稳定状态。当液面高度低于填料床层203的表面以下时，将会影响LNG和BOG的混合冷凝速度，有可能会使再冷凝器底部出口管道输出的LNG呈现近饱和状态，若有外界其他因素的影响(如环境气温升高等)，LNG将会重新气化，从而造成下游LNG罐外增压泵104的“汽蚀”。
[0009]再冷凝器103的控制系统如图2所示。
[0010]当再冷凝器103中的BOG压力增加时，压力控制器C控制阀门F打开，将103中的BOG排放至BOG总管。液位控制器G可监测再冷凝器的液位，并通过阀门G的开度来控制再冷凝器补气管道进入的气体量。当再冷凝器中的液位升高时，阀门G打开，向再冷凝器中充气，从而降低再冷凝器中的液位高度。再冷凝器的压力、进入再冷凝器的LNG流量以及BOG压缩机换热器后的BOG温度和流量信息分别通过压力变送器C、流量变送器A、温度变送器E、流量变送器D传输到逻辑运算器B中进行逻辑操作运算，并通过控制阀门E的开度将BOG在再冷凝器中全部冷却。进入再冷凝器的气体温度的控制由温度控制器F通过改变阀门H的开度来实现。
[0011]该再冷凝器内部组件(如鲍尔环，分离器装置，导流板，内部管道等)复杂，逻辑控制较复杂。且由于再冷凝器中的冷凝方式采取静态接触式，因此，冷凝效率较低，通常最高约为58%。另一方面，现有的再冷凝工艺在一定程度上具有能耗相对较高、设备投资较大、维修不方便等缺点。
【发明内容】
[0012]为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种液化天然气蒸发气再冷凝系统及方法。通过采用静态混合冷凝方式，以提高BOG冷凝效率，降低能耗，并且达到节省设备投资，便于系统操作和维修的目的。
[0013]本发明的目的之一是提供一种液化天然气蒸发气再冷凝系统。
[0014]包括:液化天然气储存装置、蒸发气再冷凝装置和液化天然气输送装置，所述液化天然气储存装置包括液化天然气储罐；所述液化天然气输送装置包括液化天然气储罐内低压泵、罐外增压泵和气化器；液化天然气储罐顶部设置有两条管路，一条是蒸发气总管，另一条是火炬总管；罐内低压泵通过液化天然气低压外输总管连接至罐外增压泵；
[0015]所述蒸发气再冷凝装置包括静态混合器和气液分离器；气液分离器顶部出口连接液化天然气储罐的蒸发气总管，气液分离器底部出口连接至液化天然气低压外输总管；
[0016]静态混合器一端连接气液分离器，另一端连接液化天然气低压外输总管；
[0017]蒸发气总管依次连接压缩机和换热器后，连接静态混合器；
[0018]罐外增压泵出口连接液化天然气高压外输总管，管路分成两个，管路a和管路b，管路a通过换热器后与管路b合并后连接气化器；
[0019]气液分离器顶部出口管路和气化器出口管路之间通过气液分离器补气管线连接。
[0020]气液分离器顶部出口管路上设置有阀门A ;气液分离器底部出口管路上设置有阀门B;
[0021]液化天然气低压外输总管与静态混合器一端相连的管路上设置有阀门C ;气液分离器补气管线上设置有阀门D。
[0022]所述静态混合器可以为一台或多台，可并联或串联的形式。
[0023]具体地，所述系统可以包括:
[0024](I)LNG储存系统，LNG储罐及其相应组成部件；
[0025](2) LNG再冷凝系统，主要包括以下相关设备:[0026](a) BOG总管，与LNG储罐相连，从LNG储罐顶部引出。
[0027](b) BOG压缩机，设置在LNG储罐BOG气相管道上，用于对BOG加压；
[0028](c) BOG压缩机出口换热器，设置在BOG压缩机出口端下游，用于降低BOG压缩机出口气体的温度；
[0029](d)静态混合器，设置在BOG压缩机出口换热器之后与气液分离器之间，用于LNG和BOG的混合；
[0030](e)气液分离器，设置在静态混合器下游，用于分离静态混合器出口端中可能存在的气液两相介质，防止下游LNG罐外增压泵“汽蚀”；
[0031](f) LNG去往静态混合器管线，一端与静态混合器相连，另一端连接在LNG储罐外输总管上；
[0032](g)控制阀门和控制仪表，设置在所述BOG再冷凝系统管线上。
[0033](3) LNG外输系统，主要包括以下相关设备:
[0034](a) LNG罐内低压泵，用于将LNG增压，使其具有一定的过冷度；
[0035](b)LNG罐外增压泵，用于将LNG增压外输；
[0036](c)气化器,用于将LNG气化；
[0037](d)管道及其组成部件。
[0038]本发明的目的之二是提供一种液化天然气蒸发气再冷凝方法。
[0039]包括:
[0040]液化天然气和蒸发气在静态混合器中混合后进入气液分离器，分离出的气体返回蒸发气总管；分离出的液相进入罐外增压泵。
[0041]具体包括以下步骤:
[0042]I)液化天然气储罐中产生的蒸发气经压缩换热后进入静态混合器，液化天然气储罐中的液化天然气通过罐内低压泵增压后进入静态混合器；
[0043]2)液化天然气与蒸发气在静态混合器中进行充分换热，混合换热后的流体进入气液分离器；
[0044]3)气液分离器分离出来的气体返回至蒸发气总管，分离出的液相与低压外输总管中的液化天然气汇合后进入罐外增压泵，增压、气化后，进入下游天然气管网。
[0045]其中，
[0046]气液分离器的液位通过阀门B控制；液位与罐外高压泵入口高度及压力控制值相关;
[0047]气液分离器顶部的气相空间压力通过阀门A和阀门D控制；压力控制在0.1?2MPag0
[0048]蒸发气在静态混合器中的冷凝程度通过阀门C控制。通过调节阀门C的开度改变进入静态混合器的LNG流量，进一步控制静态混合器内的温度，实现BOG的完全冷凝。静态混合器出口的介质温度比该介质在罐外高压泵入口压力下所对应的饱和温度低O?30度。
[0049]本发明可以通过以下技术方案来实现的:
[0050]LNG储罐中产生的BOG通过BOG总管进入BOG压缩机加压，再经换热器换热后进入静态混合器入口端。储罐中的LNG通过LNG罐内低压泵增压后具有一定的过冷度，一部分LNG通过自低压外输总管接出的管道进入静态混合器与BOG在静态混合器中进行充分换热，使得BOG完全冷凝，混合换热后的流体进入气液分离器进行气液分离，分离出来的气体返回至BOG总管，分离出来的液体经管道返回至LNG外输低压总管并且与另一部分外输LNG混合后进入罐外增压泵。LNG经过增压后，进入气化器换热气化后进入下游天然气管网，输送至居民用户和(或)工业用户。
[0051]本发明中可采用任意形式的静态混合器。例如可以采用内部叶片为左右旋交替周期分布的静态混合器，但不局限于这一种形式。一般来说，此设备采用耐低温、不锈钢材质。静态混合器两端一般可以采用法兰连接或者焊接连接。
[0052]本发明中，BOG在静态混合器中的冷凝程度通过控制与静态混合器入口端相连的LNG管线上的阀门开度实现。气液分离器的液位控制通过控制与气液分离器底部相连的LNG输出管线上的阀门开度实现。气液分离器顶部的气相空间压力通过控制与分离器顶端相连的管道上的阀门开度和从天然气输出端返回的补气管道上的阀门开度实现。
[0053]本发明具有如下优点:
[0054]1.采用静态混合器与气液分离器组合的形式进行BOG的再冷凝，设备简单且安全、冷凝效率高。
[0055]一方面，静态混合器和气液分离器均为常见设备，结构简单，相比于再冷凝器，其检、维修操作更方便。另一方面，考虑到静态混合器内部结构的特殊设计，其内部叶片能促使BOG形成大量微小气泡，气体表面积大大增加，有效地增加了与进入静态混合器的LNG接触的面积，促进了换热，从而有效提高了冷凝效率。
[0056]2.本发明中，未对LNG储存系统产生的BOG量进行限制，通过调节与之混合的LNG量来达到在静态混合器中完全冷凝的效果。另外，气液分离器的液位和顶部气相空间的压力控制，在石油化工生产过程中比较常见，控制方案简单、安全且可靠。因此，本发明中的再冷凝设备的控制方案简单、可靠。
[0057]上述的所有优点使得本发明与传统的BOG再冷凝工艺方法相比，具有更高的经济效益，更低的综合能耗，且有利于系统的操作和维修。
【专利附图】
【附图说明】
[0058]图1现有技术BOG再冷凝系统示意图
[0059]图2现有技术BOG再冷凝系统中BOG再冷凝器的控制方案图
[0060]图3本发明的BOG再冷凝系统示意图
[0061]图4本发明的BOG再冷凝系统中静态混合器和气液分离器的控制方案图
[0062]附图标记说明:
[0063]10ILNG储罐；102LNG罐内低压泵；103再冷凝器；104LNG罐外增压泵；105B0G压缩机；106B0G压缩机出口换热器；107气化器；108火炬；109静态混合器；110气液分离器
[0064]201罐外壳；202液体分布器；203填料床层；破涡器204
[0065]301流量变送器A ;302逻辑运算器B ;303压力控制器C ;304流量变送器D ;305温度变送器E ；306温度控制器F ；307液位控制器G
[0066]401压力变送器H ;402温度变送器I ;403液位控制器J ;404流量变送器K ;405温度变送器L ；406逻辑运算器M ；407流量变送器N ；408温度变送器O ;409流量控制器P
[0067]501阀门A ；502阀门B ；503阀门C ；504阀门D ；505阀门E ；506阀门F ；507阀门G ；508阀门H【具体实施方式】
[0068]下面结合实施例，进一步说明本发明。
[0069]实施例:
[0070]如图3所示，液化天然气接收站的BOG再冷凝系统主要包括LNG储罐101、LNG罐内低压泵102、LNG罐外增压泵104、BOG压缩机105、BOG压缩机出口换热器106、气化器107、火炬108、静态混合器109、气液分离器110。储罐中产生的BOG通过蒸发气总管进入BOG压缩机105加压，再经换热器106换热后进入静态混合器109。储罐中的LNG通过罐内低压泵102增压后具有一定的过冷度，一部分LNG进入静态混合器109与BOG进行换热。混合换热后的流体进入气液分离器110中进行气液分离，分离出来的气体返回至BOG总管，分离出来的液体返回至LNG低压外输总管，并且与另一部分外输LNG混合后进入罐外增压泵104。LNG经过增压后，进入气化器107换热并且气化后通过液化天然气高压外输总管进入下游天然气管网，输送至居民用户和(或)工业用户。
[0071]在静态混合器109中，由于LNG储罐101操作工况的改变等因素都会造成BOG量的变化，这就需要控制进入静态混合器中的LNG量，以使其能将所有的BOG全部冷凝，保证下游设备的安全。由于BOG和LNG量的变化，气液分离器中气压会发生波动，气液分离器中的液位也会呈现不稳定状态。当液面高度发生变化时，可能会影响LNG罐外增压泵104入口的压力稳定，为了保证泵的运行稳定性，需要对气液分离器109的液位和顶部气相空间压力进行相应的控制，压力控制在0.77MPag，静态混合器出口的介质温度比该介质在罐外高压泵入口压力下所对应的饱和温度低2度。
[0072]本发明中的静态混合器和气液分离器的控制系统如图4所示。
[0073]静态混合器109入口端的BOG的流量和温度信号、LNG的流量和温度信号以及气液分离器110中的液体温度信号分别通过流量变送器K404、温度变送器L405、流量变送器N407、温度变送器0408、温度变送器1402传输到逻辑运算器M406中进行逻辑运算，计算冷凝BOG所需的LNG量，并传输到流量控制器P409控制阀门C503的开度调节进入混合器的LNG流量，实现BOG的全部再冷凝。液位控制器J403可监测气液分离器110中的液位，并通过阀门B502控制LNG输出量。
[0074]当气液分离器110中压力增加时，压力变送器H401通过控制阀门A501的开度，将气液分离器中的BOG排放至系统BOG总管。当气液分离中的压力降低时，阀门D504打开，向气液分离器中充气，从而增加气液分离器中的气相空间压力。此方法可实现气液分离器顶部气相空间的压力稳定。当气液分离器中的液位发生变化时，液位控制器J403控制阀门B502的开度，调节输出的液化天然气的流量，实现气液分离器中液位的稳定。
【权利要求】
1.一种液化天然气蒸发气再冷凝系统，包括:液化天然气储存装置、蒸发气再冷凝装置和液化天然气输送装置，所述液化天然气储存装置包括液化天然气储罐；所述液化天然气输送装置包括液化天然气罐内低压泵、罐外增压泵和气化器；液化天然气储罐顶部设置有两条管路，一条是蒸发气总管，另一条是火炬总管；罐内低压泵通过液化天然气低压外输总管连接至罐外增压泵，其特征在于: 所述蒸发气再冷凝装置包括静态混合器和气液分离器；气液分离器顶部出口连接液化天然气储罐的蒸发气总管，气液分离器底部出口连接至液化天然气低压外输总管； 静态混合器一端连接气液分离器，另一端连接液化天然气低压外输总管； 蒸发气总管依次连接压缩机和换热器后，连接静态混合器； 罐外增压泵出口连接液化天然气高压外输总管，管路分成两个，管路a和管路b，管路a通过换热器后与管路b合并后连接气化器； 气液分离器顶部出口管路和气化器出口管路之间通过气液分离器补气管线连接。
2.如权利要求1所述的液化天然气蒸发气再冷凝系统，其特征在于: 气液分离器顶部出口管路上设置有阀门A ;气液分离器底部出口管路上设置有阀门B ；液化天然气低压外输总管与静态混合器一端相连的管路上设置有阀门C ;气液分离器补气管线上设置有阀门D。
3.如权利要求1所述的液化天然气蒸发气再冷凝系统，其特征在于: 所述静态混合器为并联或串联的多台。
4.一种采用如权利要求1?3之一所述的液化天然气蒸发气再冷凝系统的再冷凝方法，其特征在于所述方法包括: 液化天然气和蒸发气在静态混合器中混合后进入气液分离器，分离出的气体返回蒸发气总管；分离出的液相与低压外输总管中的液化天然气汇合后进入罐外增压泵。
5.如权利要求4所述的液化天然气蒸发气再冷凝的方法，其特征在于所述方法包括: 1)液化天然气储罐中产生的蒸发气经压缩换热后进入静态混合器，液化天然气储罐中的液化天然气通过罐内低压泵增压后进入静态混合器； 2)液化天然气与蒸发气在静态混合器中进行充分换热，混合换热后的流体进入气液分离器； 3)气液分离器分离出来的气体返回至蒸发气总管，分离出的液相与低压外输总管中的液化天然气汇合后进入罐外增压泵，增压、气化后，进入下游天然气管网。
6.如权利要求5所述的液化天然气蒸发气再冷凝的方法，其特征在于: 气液分离器的液位通过阀门B控制； 气液分离器顶部的气相空间压力通过阀门A和阀门D控制，压力控制在0.1?2MPag ； 蒸发气在静态混合器中的冷凝程度通过阀门C控制； 静态混合器出口的介质温度比该介质在罐外高压泵入口压力下所对应的饱和温度低O?30度。
【文档编号】F25J1/00GK104034122SQ201310067950
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月4日 优先权日:2013年3月4日
【发明者】赵广明, 李凤奇, 李明, 李海燕, 刘青, 王燕飞, 赵睿 申请人:中国石化工程建设有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司