一种冷量利用液化天然气压缩装置及方法与流程

本发明属于压缩天然气制备技术领域，尤其涉及一种冷量利用液化天然气压缩装置及方法。

背景技术：

目前压缩天然气（CNG）被广泛使用，CNG是将液化天然气（LNG）的挥发气体（BOG）压缩制成。在制备CNG的过程中，通常采用多级压缩机对BOG进行压缩。来自BOG气源（通常是LNG储罐）的BOG是温度低于-100℃的低温气体，这样的低温气体使压缩机难以正常运转，为了使压缩机正常运转并达到较高的效率，需要调整BOG的温度。通常采用空冷器使低温BOG与空气进行热交换，使BOG升温，这样的空气被称为自然空冷器。另外，各级压缩机输出的气体温度会升高，含有大量的热量，前级压缩机输出的高温气体会对下一级压缩机的工作产生不利影响，降低装置的压缩效率，必须对各级压缩机输出的气体进行冷却。现有技术常采用散热器+风扇的方式对各级压缩机输出的气体进行冷却，这样的冷却方式效率低，设备体积大，自然空冷器和散热器需要强制风冷散热，散热风扇还需要消耗大量电能，同时带来噪音。在这同时，低温BOG中携带的大量冷能被浪费，并增加了装置的负载。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种冷量利用液化天然气压缩装置及方法的技术方案，提高液化天然气压缩装置的工作效率，降低制备压缩天然气的能耗和成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种冷量利用液化天然气压缩装置，包括自然空冷器，所述自然空冷器是使来自BOG气源的低温BOG升温的空冷器，所述自然空冷器的输出口连接一只缓冲罐，所述缓冲罐的输出口连接对BOG进行压缩的压缩机，所述压缩机至少包括一台一级压缩机和一台二级压缩机，所述一级压缩机与所述二级压缩机串联连接；在所述一级压缩机的输出口和所述二级压缩机的输入口之间设有一级换热器，在所述二级压缩机的输出口设有二级换热器；所述一级换热器是使一级压缩机输出的气体与来自BOG气源的低温BOG进行热交换的换热器，所述二级换热器是使二级压缩机输出的气体与来自BOG气源的低温BOG进行热交换的换热器。

更进一步，所述一级换热器和二级换热器分别设有气源输入口、气源输出口、冷源输入口和冷源输出口；所述一级压缩机的输出口连接所述一级换热器的气源输入口，所述一级换热器的气源输出口连接所述二级压缩机的输入口，所述二级压缩机的输出口连接所述二级换热器的气源输入口；所述一级换热器的冷源输入口连接所述BOG气源，所述一级换热器的冷源输出口连接所述自然空冷器的输入口，在所述一级换热器的气源输出口设有第一温度计，在所述一级换热器的冷源输入口设有第一冷源调节阀；所述二级换热器的冷源输入口连接所述BOG气源，所述二级换热器的冷源输出口连接所述自然空冷器的输入口，在所述二级换热器的气源输出口设有第二温度计，在所述二级换热器的冷源输入口设有第二冷源调节阀。

更进一步，所述第一温度计是一只温度传感器，所述第一冷源调节阀是由所述温度传感器控制的气动调节阀。

更进一步，所述自然空冷器通过一只流量调节阀连接BOG气源。

更进一步，所述冷量利用液化天然气压缩装置设有三级压缩机和三级换热器，所述三级换热器设有气源输入口、气源输出口、冷源输入口和冷源输出口；所述二级换热器的气源输出口连接所述三级压缩机的输入口，所述三级压缩机的输出口连接所述三级换热器的气源输入口；所述三级换热器的冷源输入口连接所述BOG气源，所述三级换热器的冷源输出口连接所述自然空冷器的输入口，在所述三级换热器的气源输出口设有第三温度计，在所述三级换热器的冷源输入口设有第三冷源调节阀。

一种冷量利用液化天然气压缩方法，所述方法采用多级压缩机将来自BOG源的低温BOG压缩为CNG；其特征在于，采用低温BOG分别对各级所述压缩机输出的气体进行热交换，使所述压缩机输出的气体冷却，使所述低温BOG升温；然后将升温后的BOG送至自然空冷器进一步升温，再依次送入各级所述压缩机压缩，制成CNG。

更进一步，所述低温BOG在自然空冷器升温后经过缓冲罐稳压再送入所述压缩机压缩。

更进一步，所述一级压缩机输入口的气体设定温度为-10℃～0℃，一级压缩机输入口的气体温度通过为自然空冷器设置旁通管道并调整所述旁路管道的流量进行控制；一级压缩机之后的所述各级压缩机输入口的气体设定温度为0℃～5℃，一级压缩机之后的所述各级压缩机输入口的气体温度通过调节进行热交换的所述低温BOG的流量进行控制；所述CNG的温度控制范围为0℃～30℃，所述CNG的温度通过调节与最后一级压缩机输出的气体进行热交换所述低温BOG的流量进行控制。

更进一步，对所述二级压缩机输入口的气体温度进行自动控制。

本发明的有益效果是：优化天然气压缩装置的结构和制备方法，合理利用了低温BOG中的冷量，提高天然气压缩机的效率，降低制备CNG的能耗和成本。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1是本发明采用二级压缩的装置示意图；

图2是本发明采用三级压缩的装置示意图；

图3是传统的液化天然气压缩装置示意图。

具体实施方式

如图1，一种冷量利用液化天然气压缩装置，包括自然空冷器10，所述自然空冷器是使来自BOG气源的低温BOG升温的空冷器，所述自然空冷器的输出口连接一只缓冲罐20，所述缓冲罐的输出口连接对BOG进行压缩的压缩机，所述压缩机至少包括一台一级压缩机30和一台二级压缩机40，所述一级压缩机与所述二级压缩机串联连接；在所述一级压缩机的输出口和所述二级压缩机的输入口之间设有一级换热器50，在所述二级压缩机的输出口设有二级换热器60；所述一级换热器是使一级压缩机输出的气体与来自BOG气源的低温BOG进行热交换的换热器，述二级换热器是使二级压缩机输出的气体与来自BOG气源的低温BOG进行热交换的换热器。

所述一级换热器和二级换热器分别设有气源输入口、气源输出口、冷源输入口和冷源输出口；所述一级压缩机的输出口连接所述一级换热器的气源输入口，所述一级换热器的气源输出口连接所述二级压缩机的输入口，所述二级压缩机的输出口连接所述二级换热器的气源输入口；所述一级换热器的冷源输入口51连接所述BOG气源，所述一级换热器的冷源输出口52连接所述自然空冷器的输入口，在所述一级换热器的气源输出口设有第一温度计53，在所述一级换热器的冷源输入口设有第一冷源调节阀54；所述二级换热器的冷源输入口61连接所述BOG气源，所述二级换热器的冷源输出口62连接所述自然空冷器的输入口，在所述二级换热器的气源输出口设有第二温度计63，在所述二级换热器的冷源输入口设有第二冷源调节阀64。

所述一级换热器和二级换热器可采用管式换热器或板式换热器。

所述第一温度计是一只温度传感器，所述第一冷源调节阀是由所述温度传感器控制的气动调节阀。

所述自然空冷器通过一只流量调节阀11连接BOG气源。

如图2，所述冷量利用液化天然气压缩装置设有三级压缩机和三级换热器，所述三级换热器设有气源输入口、气源输出口、冷源输入口和冷源输出口；所述二级换热器的气源输出口连接所述三级压缩机的输入口，所述三级压缩机的输出口连接所述三级换热器的气源输入口；所述三级换热器的冷源输入口连接所述BOG气源，所述三级换热器的冷源输出口连接所述自然空冷器的输入口，在所述三级换热器的气源输出口设有第三温度计，在所述三级换热器的冷源输入口设有第三冷源调节阀。

冷量利用液化天然气压缩装置还可以设有更多级压缩机和换热器。

一种冷量利用液化天然气压缩方法，所述方法采用多级压缩机将来自BOG源的低温BOG压缩为CNG；采用低温BOG分别对各级所述压缩机输出的气体进行热交换，使所述压缩机输出的气体冷却，使所述低温BOG升温；然后将升温后的BOG送至自然空冷器进一步升温，再依次送入各级所述压缩机压缩，制成CNG。

所述低温BOG在自然空冷器升温后经过缓冲罐稳压再送入所述压缩机压缩。

所述一级压缩机输入口的气体设定温度为环境温度-10℃～0℃，一级压缩机输入口的气体温度通过为自然空冷器设置旁通管道并调整所述旁路管道的流量进行控制；一级压缩机之后的所述各级压缩机输入口的气体设定温度为0℃～5℃，一级压缩机之后的所述各级压缩机输入口的气体温度通过调节进行热交换的所述低温BOG的流量进行控制；所述CNG的温度控制范围为0℃～30℃，所述CNG的温度通过调节与最后一级压缩机输出的气体进行热交换所述低温BOG的流量进行控制。

对所述二级压缩机输入口的气体温度进行自动控制。

实施例一：

如图1，一种冷量利用液化天然气压缩装置，本实施例是一个两级压缩天然气压缩装置，包括自然空冷器10、缓冲罐20、一级压缩机30、二级压缩机40，一级换热器50、二级换热器60。

自然空冷器是一台管式空冷器，自然空冷器设有输入口和输出口，从自然空冷器中流过的BOG与空气进行热交换提高温度。

一级换热器和二级换热器是相同的管式换热器，设有气源输入口、气源输出口、冷源输入口和冷源输出口；一级换热器和二级换热器使流过气源输入口和气源输出口的气体与流过冷源输入口和冷源输出口的气体进行热交换。

自然空冷器的输入口通过一只流量调节阀11连接BOG气源，在自然空冷器的输入口设有一只压力传感器12，流量调节阀根据压力传感器的获取的压力值控制BOG的流量。在自然空冷器的输入口和输出口之间设有一条带有旁通调节阀13的旁通管道。

自然空冷器的输出口通过一只调压器14连接缓冲罐。缓冲罐的出口设有一只气源温度计21，气源温度计提供缓冲罐输出的GOB的温度，为旁通调节阀提供调节参数。

缓冲罐的输出口连接一级压缩机30的输入口。

一级压缩机的输出口连接一级换热器，一级换热器的气源输入口连接一级压缩机的输出口，一级换热器的冷源输入口51通过一只第一冷源调节阀54连接BOG气源，一级换热器的冷源输出口52连接自然空冷器的输入口，在一级换热器的气源输出口设有第一温度计53；第一温度计是一只温度传感器，第一冷源调节阀根据第一温度计的温度参数调整流入一级换热器的低温BOG的流量，从而控制从第一换热器输出的气体温度。

一级换热器的输出口连接二级压缩机的输入口。

二级压缩机的输出口连接二级换热器的输入口，二级换热器的气源输入口连接二级压缩机的输出口，二级换热器的冷源输入口61通过一只第二冷源调节阀64连接BOG气源，二级换热器的冷源输出口62连接自然空冷器的输入口，从二级换热器输出口输出的气体是压缩天然气（CNG）的产品。在二级换热器的气源输出口设有第二温度计63；第二冷源调节阀是手动调节阀，操作人员根据第二温度计的温度参数调整流入二级换热器的低温BOG的流量，控制从第二换热器输出的压缩天然气的温度。

与传统的液化天然气压缩装置（如图3所示），本实施例用一级换热器50和二级换热器60取代了需要强制风冷散热的一级散热器50a和二级散热器60a。由于来自BOG气源的低温BOG的温度可低至-100℃以下，本实施例的一级换热器和二级换热器传统装置的一级散热器和二级散热器具有更强的冷却能力，其结构可以更小而效率更高，同时还不需要风扇强制散热，节省电能。同时流经一级换热器和二级换热器的低温BOG在换热过程中被升温，减轻了自然空冷器的工作负荷，因此本实施例的自然空冷器10的结构可比传统装置的自然空冷器10a的结构更小，节约了设备成本。

实施例二：

一种冷量利用液化天然气压缩方法，所述方法是实施例一的冷量利用液化天然气压缩装置制备CNG的方法，采用两级压缩机将来自BOG源的低温BOG压缩为CNG。

本方法采用低温BOG分别对两级压缩机输出的气体进行热交换。具体方法是：

将低温BOG输入一级换热器的冷源输入口，一级压缩机输出的气体从一级换热器的气源输入口进入一级换热器，一级压缩机输出的气体是被压缩后温度升高的BOG。低温BOG在一级换热器内流动过程中与一级压缩机输出的气体进行热交换。经热交换后一级压缩机输出的气体温度降至0℃～5℃，并从一级换热器的气源输出口输出；经热交换后的低温BOG温度升高，并从一级换热器的冷源输出口输出送往自然空冷器。通过第一冷源调节阀调节进行热交换的低温BOG的输入量，从而控制一级换热器的气源输出口输出气体的温度。第一冷源调节阀根据设置在一级换热器气源输出口（也是二级压缩机的输入口）的温度传感器采集的温度参数实施调节。

将低温BOG输入二级换热器的冷源输入口，二级压缩机输出的气体从二级换热器的气源输入口进入二级换热器，二级压缩机输出的气体是被压缩后温度升高的CNG。低温BOG在二级换热器内流动过程中与二级压缩机输出的CNG进行热交换。经热交换后二级压缩机输出的CNG温度降至0℃～30℃，并从二级换热器的气源输出口输出；经热交换后的低温BOG温度升高，并从二级换热器的冷源输出口输出送往自然空冷器。通过第二冷源调节阀调节进行热交换的低温BOG的输入量，从而控制二级换热器的气源输出口输出气体的温度。第二冷源调节阀是手动调节阀，操作人员根据设置在二级换热器气源输出口的温计器采集的温度参数实施调节。

从一级换热器和二级换热器的冷源输出口流出的低温BOG与直接来自BOG气源的低温BOG汇合在自然空冷器中升温，流量调节阀可以调节直接来自BOG气源的低温BOG的流量，当自然空冷器的输入口的压力传感器测得的压力值过低时，表示输入自然空冷器的BOG流量不足，流量调节阀进行调节增加来自BOG气源的低温BOG的流量；流量调节阀还要使BOG气源与自然空冷器输入口之间保持一定的压差，使一级换热器和二级换热器正常工作。

根据实际工程经验，一级换热器气源输出口的气体温度（即二级压缩机输入口的气体温度）容易受到BOG气源和环境温度变化的影响，需要进行连续的动态调节，故采用自动控制方式。二级换热器气源输出口的气体温度（即CNG）温度可采用手动调节，即可满足温度控制的要求。

低温BOG在自然空冷器升温后经过缓冲罐稳压再送入所述压缩机压缩。一级压缩机输入口的气体设定温度为-10℃～0℃。一级压缩机输入口的气体温度通过调整流经自然空冷器的旁通管道的流量进行控制，当一级压缩机输入口的气体温度过高时，增加旁通管道的流量；反之减小旁通管道的流量。

实施例三：

如图2，一种冷量利用液化天然气压缩装置，本实施例是一个三级压缩天然气压缩装置，在实施例一的基础上增加了三级压缩机70和三级换热器80。

二级换热器的输出口连接三级级压缩机的输入口。

三级压缩机的输出口连接三级换热器，三级换热器的气源输入口连接三级压缩机的输出口，三级换热器的冷源输入口81通过一只第三冷源调节阀84连接BOG气源，三级换热器的冷源输出口82连接自然空冷器的输入口，从三级换热器输出口输出的气体是压缩天然气（CNG）的产品。在三级换热器的气源输出口设有第三温度计83；第三冷源调节阀是手动调节阀，操作人员根据第三温度计的温度参数调整流入三级换热器的低温BOG的流量，控制从第三换热器输出的压缩天然气的温度。

实施例四：

一种冷量利用液化天然气压缩方法，所述方法是实施例三的冷量利用液化天然气压缩装置制备CNG的方法，采用三级压缩机将来自BOG源的低温BOG压缩为CNG。本实施例的方法是实施例二的冷量利用液化天然气压缩方法的扩充。

本实施例的方法采用低温BOG分别对三级压缩机输出的气体进行热交换。

本实施例中，二级压缩机输出的气体被进一步压缩。本实施例除采用了与实施例二相同的方法外，还将低温BOG输入三级换热器的冷源输入口，三级压缩机输出的气体从三级换热器的气源输入口进入三级换热器，三级压缩机输出的气体是被压缩后温度升高的CNG。低温BOG在三级换热器内流动过程中与三级压缩机输出的CNG进行热交换。经热交换后三级压缩机输出的CNG温度降至0℃～30℃，并从三级换热器的气源输出口输出；经热交换后的低温BOG温度升高，并从三级换热器的冷源输出口输出送往自然空冷器。通过第三冷源调节阀调节进行热交换的低温BOG的输入量，从而控制三级换热器的气源输出口输出气体的温度。第三冷源调节阀是手动调节阀，操作人员根据设置在三级换热器气源输出口的温计计采集的温度参数实施调节。