CN103688045A - 用于在离岸的lng海上站上燃烧蒸发气体并且产生电力的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在远离岸上LNG设施的离岸位置燃烧蒸发气体并产生电力的方法和系统。由于在岸上LNG设施和LNG运输船之间传输LNG产生的BOG被燃烧以产生动力，以驱动发电机产生电力。由于在离岸海上站燃烧了一些BOG，无需将BOG或需要将少量的BOG返回至岸上LNG设施。

Description

用于在离岸的LNG海上站上燃烧蒸发气体并且产生电力的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求根据35 USC 119而享有2011年7月19日提交的美国临时专利申请号No.61/509,503和2011年7月19日提交的美国临时专利申请号No.61/509,507的优先权。本申请要求享有前述文献的优先权，所述文献的公开内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及在液化天然气（LNG）设施中燃烧蒸发气体（BOG）并且产生电力的组合。

背景技术

许多LNG岸上设施坐落靠近浅海岸水体，诸如，LNG液化站和LNG再气化站。将LNG相对于LNG岸上设施而分别转移至坐落于离岸处的LNG运输船或者从其转移出。通常，水的深度未达到足以允许紧邻大型LNG运输船在岸上LNG设施的LNG存储罐附近通行的深度。现代的LNG运输船通常需要最小12.5米的吃水深度。在许多情况下，该所需的吃水深度对于10-20千米的LNG存储罐不可用的。

因此，已经建议将码头长度建为15-20千米。LNG管道将沿着码头而从LNG存储罐延伸。作为选择地，可以使用海底管道以到达LNG运输船停泊之处的离岸海上站。由于该远距离，需要相当大的压力以在存储罐和其中LNG运输船装载有或者卸下LNG货物的离岸海上站之间移动LNG。

当将加压的LNG卸入LNG存储罐中时，尤其是装载在LNG运输船中，产生了相当量的蒸发气体（BOG）。通常，LNG存储罐维持略高于大气压力。在LNG运输船上产生的蒸发气体（BOG）通常返回岸上LNG存储罐。当产生了太多的BOG时，现在做法是燃烧该气体。在许多国家，出于环境的考虑，这种燃烧是禁止的，除非在紧急情况下。同样地，燃烧表示能量损耗，而几乎没有经济回报。将BOG送回岸上需要大型压缩机以加压和移动BOG。压缩机的功率要求非常大，可能大至15兆瓦或更高。

需要以更经济的方式处理BOG的方法和系统。

发明内容

本发明公开了一种用于在离岸海上站燃烧BOG和产生电力的方法。BOG被接收并存储在离岸海上站的离岸BOG存储罐中。在离岸海上站，燃烧从离岸BOG存储罐接收到的BOG，并且产生电力。随后，传输电力用于使用。

可以将电力传输至一个或多个位置。在一个实施例中，电力从离岸海上站传输至岸上设施。在另一实施例中，电力传输至离岸海上站的泵或压缩机中至少之一。作为选择地，将电力传输至LNG运输船。当LNG正装载至LNG运输船上或从其上卸载时，可以关闭LNG运输船上的至少一个燃烧器和至少一个发电机，以减少排放。还可以使用产生的电力以对至少一个气体压缩机供电，而将BOG送回至岸上LNG设施。

可以从LNG运输船上的至少一个存储罐收集接收得的BOG的至少一部分。作为选择地，LNG可以从岸上LNG设施接收，并且在离岸海上站上蒸发成GNG（气态天然气）。

同样地，还公开了一种利用离岸BOG存储罐中存储的离岸蒸发气体（BOG）的方法，该方法包括：从LNG运输船和从岸上LNG设施传输LNG的LNG管道中至少之一中，获取BOG；以及

将获得的BOG存储在设置于离岸海上站上的气体存储罐中；

将蒸发气体从离岸存储罐传输至离岸燃烧器和发电机，以燃烧BOG和产生电力；以及

将离岸发电机产生的电力传输至岸上电力网。本发明公开了一种用于在离岸LNG海上站燃烧蒸发气体和产生电力的系统。该系统包括岸上LNG设施、离岸LNG海上站以及在路上LNG装置和离岸LNG海上站之间传输液体和气体的流体传输系统。岸上LNG设施包括至少一个存储LNG的LNG存储罐。岸上LNG设施可以是LNG液化站或LNG再气化站。

离岸海上站包括：

i）相对于海床锚定的平台；

ii）用于存储BOG并由平台支撑的BOG存储罐；

iii）燃烧器，与离岸BOG存储罐流体相通，以从中接收BOG，并且用于燃烧BOG；以及

用于产生电力的发电机，其由燃烧器供电

传输管道系统包括：

i）主LNG传输管道，在岸上LNG设施和离岸LNG海上站；

ii）辅助LNG传输通道，在岸上LNG设施和离岸LNG海上站之间传送LNG；以及

iii）主BOG传送管道（返回气体管路），用于在岸上LNG设施和离岸LNG海上站之间传送BOG。权利要求1的离岸海上站与岸上LNG设施之间的距离，在一个实施例中至少两千米，在另一实施例中至少十千米，而在又一实施例中甚至至少二十千米。离岸海上站还包括至少一个电缆管以及传输电力的必须开关装置。同样地，离岸海上站还可以包括BOG管道，适于从LNG运输船接收BOG和将BOG传送至BOG存储罐。增压器体压缩机可以包括在离岸海上站中，其通过返回气体传输管道而吹送BOG。离岸海上站还可以包括蒸发器，用于气化LNG，该蒸发器与离岸BOG存储罐流体相通，以将BOG提供至BOG存储罐。在离岸海上站中可以包括用于加热BOG的加热器。加热器与燃烧器流体相通，以将加热的BOG提供至燃烧器。

燃烧器和发电机优选是组合的燃气涡轮发电机。作为选择地，燃烧器可以是燃烧BOG的柴油发动机。

平台可以采取各种形式，诸如延伸至岸上的码头，支撑在锚固至海床的支架上的固定平台或者相对于海床锚固的浮动平台。在离岸海上站产生的电力可以传输至LNG运输船，从而在LNG正装载或正卸载期间，LNG运输船上的燃烧器可以关闭，而减少LNG运输船的排放。

本发明的一个目的是，更高产量地使用在离岸LNG运输船和岸上LNG设施之间的LNG传输期间产生的BOG，同时最小化BOG的传输。

另一目的是在将LNG运输船停靠在离岸海上站期间，同时LNG运输船正装载或卸载LNG时，通过利用BOG在离岸海上站产生电力并且将至少一部分产生的电力传输至LNG运输船，而将“白刃化”施加于停靠的LNG运输船，并且减少污染物质的随后排放，诸如氧化亚氮（NOX）、二氧化硫（SOX）和二氧化碳（CO2）。

附图说明

参考下列说明书、待审权利要求以及随附附图，将更好地理解本发明的这些和其他目的、特征和优点，在附图中：

图1是包括离岸海上站的系统的示意图，其适于从岸上LNG设施将LNG装载至停靠在海上站处的LNG运输船，其中离岸海上站还具有燃烧BOG和产生电力的能力；

图2是包括离岸海上站的系统的示意图，其中从停靠在海上站处的LNG运输船上卸载LNG并且传输至岸上LNG设施，并且离岸海上站还具有燃烧BOG和产生电力的能力；以及

图3是包括离岸海上站的系统的示意图，其是闲置的，即相对于LNG运输船没有传输LNG，其中通过燃烧从离岸海上站的LNG存储罐接收得的BOG而产生电力，并且其中通过气化来自岸上LNG设施的LNG而局部地产生BOG和/或从岸上LNG设施接受BOG。

具体实施方式

系统20示为用于在离岸海上站22燃烧BOG。使用燃烧的BOG器体以驱动设备以产生电力。LNG运输船24停靠在海上站22处。海上站22基本上定位远离岸上LNG设施26。例如，离岸海上站22距离岸上LNG设施26大于2千米，或者大于10千米，或甚至大于20千米。LNG装置26可以是液化站，其中将天然气转换成LNG。作为选择地，通过实例且并非作为限制，LNG设施可以是再气化站，其接收和存储LNG并且随后再气化LNG，用于输入至设计用来重新分配天然气的天然气管路网络。

在图1中示意性所示的特定第一实施例中，岸上LNG设施26是液化站，其中将天然气转换成液化天然气（LNG），其存储在LNG存储罐30a和30b中。虽然示出了两个罐，将意识到，在实践中实际上可以使用一个或多个LNG罐。理论上，LNG装置26定位靠近水体或海34的海岸线32。大型且大功率LNG主泵36a、36b提供给能量以将LNG从罐30a和30b移动至离岸海上站22。类似地，较小的再循环泵38a、38b可以设置在LNG罐30a和30b内以从罐30a和30b泵送LNG。泵36a和36b优选是设置在罐30a和30b中的潜水泵。

主LNG管道40和辅助LNG管道（冷却管路）42，在岸上设施26和离岸海上站22之间传输LNG。LNG主泵36a和36b提供能量以移动LNG通过罐管道40a和40b然后进入主LNG传输管道40并且离开LNG运输船24。同时，在LNG运输船22的该LNG装载模式下，再循环LNG泵38a、38b关闭。允许LNG通过辅助LNG传输管道42以及一对罐管道42a和42b而返回罐30a和30b。图1中的箭头指示了在将LNG装载至LNG运输船22期间，LNG流动通过管道40和42的方向。即，LNG通过主LNG传输管道40而从LNG罐30a和30b流出至LNG运输船24。同时，小部分的LNG通过辅助LNG传输管道42和罐管道42a和42b而返回LNG罐30a和30b。

主BOG传输管道44（蒸发管线）允许在LNG装置26和离岸海上站22之间传输BOG。在LNG装置26的冷却器46冷却从离岸海上站22通过主BOG传输管道42而返回的BOG，其中BOG冷却器管道44a和44b将BOG分别递送至罐30a和30b。由于罐30a和30b中LNG的大热容量，将再液化到达罐30a和30b的BOG。冷却器46接收从辅助LNG传输管道42通过冷却器管道46c流出的LNG，以在将已冷却的BOG通过冷却器管道44a和44b而再导入LNG罐30a和30b之前冷却通过冷却器46的BOG。在该典型的实施例中，LNG传输管道42b将LNG从冷却46返回至罐30a和30b。

可利用岸上电力网50以接收在离岸海上站22产生并且通过电缆管52a从离岸海上站22传输的电力。递送至岸上电力网50的电力可以由LNG装置26使用和/或传送至其他岸上电力网（未示出）或电力的其他用户。

主LNG传输管道40和辅助传输管道42具有不同的目的。主LNG传输管道40的主要目的是以尽可能小的流动阻力传输LNG，同时最小化由流动通过其中的LNG的热吸收。因而，主LNG传输管道40在尺寸上比辅助LNG传输管道42大得多。作为实例而非限制，主LNG传输管道40的直径可以是约30-42英寸，而辅助LNG传输管道42的直径数量级在约4-6英寸。由于具有较大的尺寸或直径，主LNG传输管道40与小得多的辅助LNG传输管道42相比向LNG流动提供了更小的阻力。理论上，LNG恒定地保持在主LNG传输管道40和辅助LNG传输管道42中流动，以维持低温和避免由管道40和42内的温度波动而引起热应力。

辅助LNG传输管道42用作冷却管线，将LNG提供至冷却器46。当在主LNG传输管道40和LNG运输船24之间正在传输LNG时，即货物装载时间，LNG辅助管道42从船上的主LNG传输管道40或近海海上站22接收LNG，并且将小部分的LNG送回LNG装置26。流动通过辅助LNG传输管道42的一部分LNG流出并且通过冷却器46，并且在将BOG传输进入LNG存储罐30a和30b之前冷却从BOG传输管道44到达的BOG。

离岸LNG海上站22包括设备安装于其上的平台60。在该实施例中，平台60安装在锚固至海床的竖直延伸支架上（固定支架平台，未示出）。作为选择，平台60可以是从岸上LNG设施26延伸离开至海上站22的码头的一部分。如果使用码头，主和辅助LNG传输管道40和42、主BOG传输管道44和电缆管52a优选安装在码头上，以便于到达和维护。如果未使用码头，主和辅助LNG传输管道40和42、主BOG传输管道44和电缆管52a将优选位于海床上，直至到达平台60。作为另一非限制性实例，平台60可以是停靠和锚固至海床的浮动平台（未示出）。

在该第一典型实施例中，支撑在平台60上的仪器包括BOG存储罐70、BOG加热器72、气体压缩机74、燃烧器76、发电机80和输出电缆管52。同样地，在平台60上安装有LNG装载管道或臂82以及设计以可释放地与LNG运输船24上的歧管86和90连接的BOG接收管道84。理论上，管道82和84是常规输油臂，用于相对于海上站将流体传输至或离开LNG运输船。同样地，BOG加压压缩器94和海水泵96位于平台60上。

设置使得通过主LNG传输管道40泵送的LNG通过LNG传输管道100中的控制阀102而与辅助LNG传输管道42流体相通。阀102打开以允许LNG从主LNG传输管道40部分地流入辅助LNG传输管道42，而其余的LNG传送至LNG装载管道82。与LNG装载管道82连接的LNG管道105中的阀104允许将LNG装载至LNG运输船24上。

作为流动阻力和能量输入、随着LNG传输通过主LNG传输管道40、LNG管道105和装载管道82而传递至LNG的热量、以及这些管道中的LNG和LNG运输船存储罐之间的压差的结果，在LNG运输船存储罐中将产生大量BOG气体。从LNG存储罐获取BOG，并且随后发送以在LNG运输船24的BOG歧管90处释放。正如LNG运输船领域的技术人员熟知的，这种从LNG运输船获取和传输BOG的系统是非常常见的。已经在船上的LNG运输船24上的气体压缩器（未示出），用于将BOG从船上的LNG存储罐推进至BOG歧管90。

BOG接收管道84可释放地连接至BOG歧管90，并且将至少一部分BOG传输至BOG管道108并存储在平台60上的BOG存储罐70内。BOG管道108内的控制阀106、主BOG管道44内的控制阀110以及BOG管道114内的控制阀112可以用于引导BOG进入BOG存储罐70或者主BOG返回管道44或BOG管道114以及加压压缩机94等，以切断流动通过装载管道84的BOG。在该LNG装载模式中，阀110关闭，从而BOG必须通过管道114，其连接至加压压缩机94，从而未存储在存储罐70内且未燃烧的BOG可以在压力下通过BOG返回管道44而返回LNG装置26。阀116在BOG管道118中打开，以允许BOG在压缩机94和主BOG传输管道44之间流动。

当首次将LNG填充至LNG运输船24的存储罐中时，产生大量BOG，从而所有的BOG不可能存储在LNG罐70中或者由BOG燃烧器76燃烧。因此，BOG返回管道44提供了处理不能被燃烧的过多BOG的出口。然而，由于相当大部分的BOG燃烧，使得与必须将所有BOG传输至岸上且不燃烧任何BOG的系统相比，返回BOG管道44的尺寸能够更少，并且安装BOG管道44的成本可以降低。此外，由于在燃烧器76中燃烧了一些BOG并且产生电力，需要传输较少的BOG返回LNG装置26，因而加压压缩机94被设计成可以使得需要更少的马力。

随后，存储在BOG存储罐70内的BOG由BOG管道114传送至BOG加热器72，用于在发送至燃烧器76之前进行加热。海水泵96将海水抽入海水入口管道120，以向BOG加热器72提供热量，其在该典型实施例中是热交换器，诸如板和翅片式热交换器。随后，通过海水出口管道122和124排出从热交换器72流出的冷却海水。气体压缩机74用于在BOG到达燃烧器76之前增加其压力，以满足燃烧器76的输入压力要求。BOG在燃烧器76中燃烧以产生动力以利用通过电缆管52输出的电力而驱动发电机80。在该优选实施例中，燃烧器76和发电机80是集成式燃气涡轮发电机。作为选择的，可以使用能够燃烧BOG的柴油内燃机以对常规发电机提供动力。本领域技术人员将意识到，还可以使用其他燃烧器/发电机以产生电力。

在船上离岸海上站22产生的电力可以引导至大量用电设备。例如，过多的电力可以通过岸上电缆管52a而发送至电力网50。同样地，电力可以通过电缆管52b传送至LNG运输船24。如果将足够的电力传输至LNG运输船24，那么LNG运输船24可以至少局部的“冷熨(cold ironed)”。即，驱动LNG运输船24上的发电机的燃烧器可以由此关闭，最小化来自这些燃烧器的排放。产生的电力的另一可能用途是将电力通过管道52c传输至离岸海上站22的电力网54，其可以向BOG加压压缩机94或海水泵96或其他船上电力设备提供动力。而且，可以将电力提供至与离岸LNG海上站22分离的其他浮动或离岸用电设备。此外，可以将一部分产生的电力存储作为蓄电池组130中的能量，在关闭燃烧器76或者需要额外的电力供应以增加发电机80正产生的电力时供电。

图2类似于图1，其中相似的部件由相同的附图标记标注。然而，在该实施例中，LNG运输船24正在卸载，而不是正在装载LNG货物。将LNG从LNG运输船24的歧管86释放至卸货LNG管道或臂82中。LNG管道82与主LNG传输管道40流体相通。使用LNG运输船24上的船载泵以提供将LNG运输通过主LNG管道40而到达岸上设施22所需的能量。将LNG存储在LNG存储罐30a和30b中。同样地，将一部分未装载的LNG引入LNG管道100内，而后传送至辅助LNG传输管道42到达冷却器46。冷却器46冷却从岸上LNG存储罐30a和30b接收得的输出BOG。随后，从冷却器46接收的已加热LNG由LNG传输管道42b而输送至LNG罐30a和30b并在其中加以混合。

随着从LNG运输船24上的存储罐中移除LNG，必须将BOG添加至这些罐中，以避免在罐中形成真空。BOG从LNG存储罐30a和30b由位于LNG存储罐30a和30b内的再循环BOG压缩机而推进通过管道44a和44b而到达岸上冷却器46用于冷却。随后，BOG从冷却器46被输送至主BOG传输管道44和阀110。阀110打开，允许BOG管道113中的BOG到达BOG装载管道84，其可释放地连接至LNG运输船24的歧管90。将BOG传送至LNG运输船24的LNG存储罐中。在满足LNG运输船24的LNG罐中的压力需求之后，由阀106将过多的BOG从BOG管道113输送至管道108，并且存储在离岸海上站22的BOG存储罐70。此外，BOG在加热器72内加热，由压缩机74压缩并且在燃烧器76内燃烧。燃烧器76驱动发电机80，产生电力从而可以用于对海水泵96提供动力，或者传输至岸上电力网50或者传输至LNG运输船24或者在离岸海上站22上消耗。海水泵96将海水发送至加热器72，以向正由输出海水管道122和124处理的冷却海水提供热量。

如果离岸BOG存储罐70中的BOG逐渐耗尽使得向发电机80提供不足的BOG而提供所需的电力输出，那么可以除LNG运输船24上的LNG罐之外而将BOG添加至BOG存储罐。可以从主或辅助LNG管道40和42中之一或两者中抽取一部分LNG。例如，如图2中所示，LNG传输管道140可以通过阀142而从辅助LNG管道42接收LNG。随后，由蒸发器144将抽取的LNG气化为BOG。随后，将该补充BOG通过BOG传输管道146而送回LNG存储罐70。可以将海水从海水管道120和海水泵96而提供至海水管道141而到达蒸发器144，以提供热量。随后，使用输出管道150和124将离开蒸发器144的已冷却海水返回至海洋。

现在参考图3，系统20示为“闲置”状态，其中不存在任何LNG运输船，并且没有将LNG传输至LNG运输船或者从其上传输出。当LNG不再传输至LNG运输船24或从其上传输出时，可以使用辅助LNG传输管道42作为再循环管路以冷却主LNG传输管路44。借助于小的再循环LNG泵36a、36b和通过辅助LNG传输管道42将LNG从存储罐30a和30b泵送出。阀104关闭以防止LNG通过LNG装载管道82。阀102可以被打开以允许LNG通过LNG输送管道100并且通过主LNG输送管道40循环回LNG存储罐30a和30b。理论上，主和辅助LNG管道40和42将保持由LNG充满，并且仅缓慢地循环以保持这些管道中的冷度。以该方式，主和辅助LNG传输管道40和42保持冷却，并且最小化由于温度波动引起的热应力而导致的管道40和42的疲劳。

如上参考图2所述，LNG还可以从辅助LNG传输管道42流出，再输送至蒸发器144，其中BOG由管道146输送至BOG存储罐70。可以使用发电机80产生的电力再次加热、压缩和燃烧来自BOG存储罐70的BOG。

实例1

与通过主BOG传输管道44而将所有BOG传输至岸上相比，使用上述系统20节省的成本是显著的。作为一个非限制性示例性实例，在约20千米长度上，可以使用与48英寸相对的9-16英寸的较小BOG返回管路。同样地，当系统20是处于正向LNG运输船24上装载LNG模式中时，与将所有BOG传输至岸上所需的加压压缩器相比，可以使用较小的加压压缩器94而将BOG传输至岸上LNG设施26。此外，传输产生的电力比BOG的流体传输显然更经济。

虽然在前述说明书中，已经参考其特定优选实施例而描述了该发明，并且已经出于说明性目的而阐述了许多细节，但是对于本领域技术人员而言将显然的是，本发明易于改变，并且本文所描述的一些其他细节可以进行相当大程度的改变，而不脱离本发明的基本原理。例如，离岸海上站22的设备可以设置在靠近LNG运输船停靠之处的一个或多个平台上。否则，不能将一些仪器或管道设置在平台上。无论如何，共同的设备应当仍然理解为集合地离岸海上站，其能够存储BOG、燃烧BOG以及产生电力，同时减少必须循环的BOG的量。

Claims (14)

1.一种用于在离岸海上站燃烧BOG和产生电力的方法，该方法包括：

a）将BOG接收并存储在离岸海上站的离岸BOG存储罐中；

b）在离岸海上站，燃烧从离岸BOG存储罐接收到的BOG并且产生电力；以及

c）传输产生的电力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将电力传输至岸上设施、离岸海上站的电驱动设备、LNG运输船以及离岸设置的电驱动设备中至少之一。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将电力从离岸海上站传输至岸上设施。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

将电力传输至LNG运输船；以及

关闭LNG运输船上的至少一个燃烧器和至少一个发电机，以减少由于LNG运输船的操作而引起的排放。

5.根据权利要求1所述的方法，其中从岸上LNG设施接收至少一部分所接收到的BOG。

6.根据权利要求1所述的方法，其中使用离岸海上站的LNG蒸发器产生至少一部分所接收到的BOG。

7.一种利用存储在离岸BOG存储罐中的离岸蒸发气体（BOG）的方法，该方法包括：

从LNG运输船和用于从岸上LNG设施传输LNG的LNG管道中至少之一中获取BOG；

将获得的BOG存储在设置于离岸海上站上的气体存储罐中；

将蒸发气体从离岸存储罐传输至离岸燃烧器和离岸发电机，以燃烧BOG和产生电力；以及

将离岸发电机产生的电力传输至岸上电力网。

8.一种离岸海上站，包括：

a）相对于海床锚定的平台；

b）BOG存储罐，用于存储BOG并且由平台支撑；

c）燃烧器，与离岸存储罐流体相通以从中接收BOG并且用于燃烧BOG；以及

d）用于产生电力的发电机，所述发电机由燃烧器提供动力。

9.根据权利要求8所述的离岸海上站，还包括用于将电力传输至岸上的至少一个电缆管。

10.根据权利要求8所述的离岸海上站，还包括BOG管道，所述BOG管道能够从LNG运输船接收BOG并且将BOG传输至BOG存储罐。

11.根据权利要求8所述的离岸海上站系统，还包括泵，所述泵从发电机接收电力，并且用于泵送LNG。

12.根据权利要求8所述的离岸海上站，还包括用于气化LNG的蒸发器，所述蒸发器与离岸BOG存储罐流体相通以将BOG供应至BOG存储罐。

13.根据权利要求8所述的离岸海上站，还包括从离岸装载海上站延伸至岸上LNG设施的BOG返回管路。

14.根据权利要求8所述的离岸海上站，其中所述燃烧器和发电机是组合式燃气涡轮发电机。

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