一种lng燃料动力船港口停留再液化系统及液化方法
【专利摘要】本发明提供一种LNG燃料动力船港口停留再液化系统，用于船舶在港口停留时，LNG燃料舱内的蒸发气(BOG)经过再液化装置的处理后冷凝成液态的燃料回到燃料舱内。BOG利用舱内的蒸气压或者经过BOG压缩机处理后流经预冷器，低温换热器后采用氮膨胀制冷系统产生的冷能对蒸发气(BOG)进行冷凝，通过气液分离器收集冷凝后的液态天然气，再将液态的天然气通过LNG泵转移至燃料罐内。该系统控制LNG燃料舱的设计压力，有效对燃料舱的蒸发气(BOG)进行处理，防止LNG燃料舱超压，使用安全可靠。
【专利说明】一种LNG燃料动力船港口停留再液化系统及液化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LNG燃料动力船港口停留再液化系统，用于将LNG燃料舱内超压的蒸发气(BOG)重新冷凝液化后再送回到燃料舱内的操作。
【背景技术】
[0002]近年来，随着大气污染日益严重，全球对船舶的气体排放的控制日益严格。欧美等发达国家已经建立了自己的控制区，在规定时间内达到TierII和TierIII排放标准。为解决长江和珠江水域的严重污染问题，已规划了“气化长江”和“气化珠江”工程。
[0003]船舶燃用天然气可减少30%以上的碳排放和氮氧化物排放、98%以上的硫化物排放和30%左右的燃料费用。因此，船舶改用天然气为燃料是节能减排、提高运输效益最为直接有效的措施。近年来，几乎所有的船东都在考虑将其现有船改造成以LNG为主要燃料的船舶，至少改造成以LNG为辅助燃料的船舶，以便能在各国排放控制区内燃用LNG，达到排放标准。
[0004]液化天然气是一种易燃、易爆、易泄漏物质，船舶能否安全、高效地使用、运输、储存液化天然气，关系到船舶运输业节能减排、降低运输成本，这也是各国家海事当局极为关心和重视的问题。
[0005]LNG燃料储存在燃料舱内，储存罐内的蒸发气(BOG)在船舶正常航行过程中，可通过船上的气体燃料主机或者辅机通过压缩机加压后直接消耗掉，然而对于部分船舶，由于受主机供气压力和辅机功率的影响，LNG燃料储存舱内的蒸发气(BOG)无法完全被消耗掉，尤其是船舶停港状态下，蒸发气(BOG)的消耗量更低，这部分多余的蒸发气(BOG)可考虑通过蓄压的方式储存在储罐内，如果采用蓄压的方式，需要储罐的设计压力更高，方可蓄压一部分气体。如此一来，随着燃料舱的设计压力增高，燃料舱的重量和建造费用也相应的增加。
【发明内容】
[0006]【I】要解决的技术问题
[0007]本发明提供一种LNG燃料动力船港口停留再液化系统。该再液化系统用于解决燃料舱内蒸发的BOG气体无法完全被船舶主机消耗时，保证船舶燃料舱维持较低的压力。
[0008]【2】解决问题的技术方案
[0009]本发明提供一种LNG燃料动力船港口停留再液化系统，其包括通过低温换热器6连接的蒸发器再液化循环装置和氮气制冷循环装置；
[0010]所述蒸发器再液化循环装置包括预冷器1、气液分离器7和LNG泵8，所述预冷器I的出口与所述低温换热器6的第一冷端进口连接，所述低温换热器6的第一冷端出口与所述气液分离器7的入口连接，所述气液分离器7的出口分支成2路出液管，其中一路出液管与所述预冷器连通，另一路出液管经所述LNG泵8后连接至LNG燃料储罐；
[0011]氮气制冷循环装置包括蓄氮器2、氮气压缩机4和氮气膨胀机5，所述蓄氮器2的出口经所述氮气压缩机4后与所述低温换热器6的热端连接，所述低温换热器6的热端出口经所述氮气膨胀机5后与所述低温换热器6的第二冷端进口连接，所述低温换热器6的第二冷端出口与所述氮气压缩机4的进口端连接。
[0012]进一步的，还包括水冷器3，用于对所述氮气压缩机(4)排出的气体进行冷却。
[0013]进一步的，所述水冷器3为三级水冷器，所述氮气压缩机4为三级氮气压缩机。
[0014]进一步的，所述氮气膨胀机5膨胀过程中产生的动能用于给所述氮气压缩机4作为驱动力。
[0015]本发明还提供一种使用该LNG燃料动力船港口停留再液化系统的液化方法，其采用氮气作为制冷剂对LNG燃料舱内的蒸发气进行冷凝，使其液化后回到LNG燃料舱。
[0016]进一步的，所述LNG燃料舱内的蒸发气依靠舱内自压流经预冷器及低温换热器冷凝后通过气液分离器进行收集。
[0017]进一步的，采用氮气作为制冷剂，氮气经过多级压缩后，采用氮气膨胀机膨胀做功使高压氮气膨胀后变成低温氮气，直至氮气温度达到LNG的冷凝温度。
[0018]进一步的，其包括以下步骤:
[0019]A、通过预冷器调节蒸发气至低温换热器进口的温度在+25°C左右；
[0020]B、经过处理后的BOG气体进入低温换热器的第一冷端，与经膨胀后的低温氮气进行换热后，温度被降低至_159°C，随后进入气液分离器进行气液分离，被液化的蒸发气重新回到LNG燃料储罐，未液化的蒸发气气体返回预冷器中进行下一次的再液化循环；
[0021]C、氮气经过多级压缩后，压力由13.3bar压缩到57.0bar，每级压缩后的气体采用船上的冷却水进行冷却至常温；
[0022]D、经过最后一级压缩后的氮气经过冷却后，进入低温换热器的热端，与经过氮膨胀机膨胀后的低温低温进行换热后，逐渐将其温度冷却至-110°C。
[0023]E、进入氮气膨胀机中的低温氮气经过膨胀后，压力降至13.8bar，温度降低至_163°C，随后进入到低温换热器的第二冷端，用来液化蒸发气体气体。
[0024]【3】有益效果
[0025]本发明LNG燃料动力船港口停留再液化系统，通过在船上增加一套再液化系统，对储罐蒸发气(BOG)进行处理，使冷凝后回到燃料舱内，以实现对燃料舱内压力的控制，从而可以控制LNG燃料舱的设计压力，以满足船舶在停港状态以及航行状态下储罐蒸发气的控制，减轻了重量并降低了费用，同时降低了能耗，避免了污染排放，绿色环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明LNG燃料动力船港口停留再液化系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图，详细介绍本发明实施例。
[0028]参阅图1，本发明提供一种LNG燃料动力船港口停留再液化系统，其包括通过低温换热器6连接的蒸发器再液化循环装置和氮气制冷循环装置；
[0029]该蒸发器再液化循环装置包括预冷器1、气液分离器7和LNG泵8，预冷器I的出口与低温换热器6的第一冷端进口连接，低温换热器6的第一冷端出口与气液分离器7的入口连接，气液分离器7的出口分支成出2路出液管，其中一路出液口与预冷器连通，另一路出液管直接或经所述LNG泵8后连接至LNG燃料储罐；
[0030]氮气制冷循环装置包括蓄氮器2、氮气压缩机4和氮气膨胀机5，蓄氮器2的出口经所述氮气压缩机4后与低温换热器6的热端连接，低温换热器6的热端出口经氮气膨胀机5后与低温换热器6的第二冷端进口连接，低温换热器6的第二冷端出口与氮气压缩机4的进口端连接；在氮气压缩机4内设有水冷机3，用于对压缩机进行冷却；为了提高水冷效果和压缩效果，本实施例中的水冷器3为三级水冷器，同时氮气压缩机4为三级氮气压缩机；为了减少能源浪费，实现能源循环利用，该氮气膨胀机5膨胀过程中产生的动能用于给氮气压缩机4作为驱动力。
[0031]本发明还提供一种使用该LNG燃料动力船港口停留再液化系统的液化方法，其LNG燃料舱内的蒸发气依靠舱内自压或者利用BOG压缩机(如系统设有)排气压力，流经预冷器及低温换热器冷凝后通过气液分离器进行收集，并回收至LNG染料舱，低温换热器采用氮气作为制冷剂，氮气经过多级压缩后，采用氮气膨胀机膨胀做功使高压氮气膨胀后变成低温氮气，直至氮气温度达到LNG的冷凝温度。
[0032]具体的，其包括以下步骤:
[0033]A、通过预冷器调节蒸发气至低温换热器进口的温度在+25°C左右；
[0034]B、经过处理后的BOG气体进入低温换热器的第一冷端，与经膨胀后的低温氮气进行换热后，温度被降低至_159°C，随后进入气液分离器进行气液分离，被液化的蒸发气重新回到LNG燃料储罐，未液化的蒸发气气体返回预冷器中进行下一次的再液化循环；
[0035]C、氮气经过多级压缩后，压力由13.3bar压缩到57.0bar，每级压缩后的气体采用船上的冷却水进行冷却至常温；
[0036]D、经过最后一级压缩后的氮气经过冷却后，进入低温换热器的热端，与经过氮膨胀机膨胀后的低温低温进行换热后，逐渐将其温度冷却至-110°C。
[0037]E、进入氮气膨胀机中的低温(-110°C )氮气经过膨胀后，压力降至13.8bar，温度降低至_163°C，随后进入到低温换热器的第二冷端，用来液化蒸发气体气体。
[0038]以下结合系统和方法进行详细说明:
[0039]本发明中的氮气制冷循环和蒸发器再液化循环通过低温换热器实现连接，而蒸发器再液化循环包括预冷器1、气液分离器7及LNG泵8 ;
[0040]来自储罐的低温BOG气体经过压缩机处理后，进入预冷器与来自气液分离器的少量低温液化进行混合，控制进入低温换热器热端进口的温度在25°C左右，在低温换热器内与经氮气膨胀机出来的低温氮气(温度_163°C、压力14.5bar)进行换热后，温度降低至_159°C，进入气液分离器进行气液分离，被液化的BOG利用BOG压缩机的排气压力或者通过LNG泵转移至LNG燃料舱内，一部分低温液体返回至预冷器中预冷压缩机出口的BOG气体。经过冷凝的LNG可利用分离器与LNG燃料储罐之间的压力差返回储罐，或者通过LNG泵将液化的BOG返回到LNG燃料罐中；
[0041]氮气制冷循环包括蓄氮器2、三级水冷器3、三级氮气压缩机4和一级氮气膨胀机5 ;低压氮气进入第一级压缩机前的状态为:温度39°C，压力13.3bar，经过多级压缩及冷却后，气体的温度为41.5°C，压力57bar，随后由低温换热器的热端进入换热器，与低温低压的氮气进行换热后，温度降低至-110°C后进入氮气膨胀机进行膨胀，经过膨胀后的氮气压力降低至13.8bar，温度降低至_163°C，随后低温低压的氮气由低温换热器底部的冷端进口进入换热器，与预冷器出来的BOG气体进行换热从而达到再液化BOG气体的目的。
[0042]低温低压的氮气在低温换热器内与BOG气体及高温高压的氮气进行换热后，由低温换热器热端出口离开换热器，此时氮气的温度为39°C，压力13.4bar,由低温换热器出来的氮气随后进入三级氮气压缩机的进口进行下一次的氮气制冷循环。
[0043]本发明LNG燃料动力船港口停留再液化系统，通过在船上增加一套再液化系统，对储罐蒸发气(BOG)进行处理，使冷凝后回到燃料舱内，以实现对燃料舱内压力的控制，从而可以控制LNG燃料舱的设计压力，以满足船舶在停港状态以及航行状态下储罐蒸发气的控制，减轻了重量并降低了费用，同时降低了能耗，避免了污染排放，绿色环保。
【权利要求】
1.一种LNG燃料动力船港口停留再液化系统，其特征在于:包括通过低温换热器(6)连接的蒸发器再液化循环装置和氮气制冷循环装置； 所述蒸发器再液化循环装置包括预冷器(I)、气液分离器(7)和LNG泵(8)，所述预冷器⑴的出口与所述低温换热器(6)的第一冷端进口连接，所述低温换热器(6)的第一冷端出口与所述气液分离器(7)的入口连接，所述气液分离器(7)的出口分支成两路出液管，其中一路出液管与所述预冷器连通，另一路出液管经所述LNG泵(8)后连接至LNG燃料储te ； 氮气制冷循环装置包括蓄氮器(2)、氮气压缩机(4)和氮气膨胀机(5)，所述蓄氮器(2)的出口经所述氮气压缩机(4)后与所述低温换热器￠)的热端连接，所述低温换热器(6)的热端出口经所述氮气膨胀机(5)后与所述低温换热器￠)的第二冷端进口连接，所述低温换热器出)的第二冷端出口与所述氮气压缩机(4)的进口端连接。
2.如权利要求1所述的LNG燃料动力船港口停留再液化系统，其特征在于:还包括水冷器(3)，所述水冷器(3)用于对所述氮气压缩机(4)排出的气体进行冷却。
3.如权利要求2所述的LNG燃料动力船港口停留再液化系统，其特征在于:所述水冷器(3)为三级水冷器，所述氮气压缩机(4)为三级氮气压缩机。
4.如权利要求1至3任一项所述的LNG燃料动力船港口停留再液化系统，其特征在于:所述氮气膨胀机(5)膨胀过程中产生的动能用于给所述氮气压缩机(4)作为驱动力。
5.一种使用如权利要求1所述的LNG燃料动力船港口停留再液化系统的液化方法，其特征在于:采用氮气作为制冷剂对LNG燃料舱内的蒸发气进行冷凝，使其液化后回到LNG燃料舱。
6.如权利要求5所述的LNG燃料动力船港口停留再液化系统的液化方法，其特征在于:所述LNG燃料舱内的蒸发气依靠舱内自压或者利用BOG压缩机排气压力，流经预冷器及低温换热器冷凝后通过气液分离器进行收集。
7.如权利要求6所述的LNG燃料动力船港口停留再液化系统的液化方法，其特征在于:采用氮气作为制冷剂，氮气经过多级压缩后，采用氮气膨胀机膨胀做功使高压氮气膨胀后变成低温氮气，直至氮气温度达到LNG的冷凝温度。
8.如权利要求5至7任一项所述的LNG燃料动力船港口停留再液化系统的液化方法，其特征在于:包括以下步骤: A、通过预冷器调节蒸发气至低温换热器进口的温度在+25°C左右； B、经过处理后的BOG气体进入低温换热器的第一冷端，与经膨胀后的低温氮气进行换热后，温度被降低至_159°C，随后进入气液分离器进行气液分离，被液化的蒸发气重新回到LNG燃料储罐，未液化的蒸发气气体返回预冷器中进行下一次的再液化循环； C、氮气经过多级压缩后，压力由13.3bar压缩到57.0bar，每级压缩后的气体采用船上的冷却水进行冷却至常温； D、经过最后一级压缩后的氮气经过冷却后，进入低温换热器的热端，与经过氮膨胀机膨胀后的低温进行换热后，逐渐将其温度冷却至-110°C。 E、进入氮气膨胀机中的低温氮气经过膨胀后，压力降至13.8bar，温度降低至_163°C，随后进入到低温换热器的第二冷端，用来液化蒸发气。
【文档编号】F25J1/02GK104197635SQ201410476401
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】刘国满 申请人:刘国满