CN103759498B - 小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法，包括步骤：以回热式低温制冷机（3）作为冷源，对低温储罐（1）中的液化天然气（2）产生的蒸发气体（9）进行冷凝液化；通过管道令冷凝形成的液化天然气（2）在重力的作用下回流至低温储罐（1）。本发明依靠压差和重力作用，来维持系统内气液的循环往复流动，而无需任何低温泵提供循环动力，简化了装置的整体结构和工艺流程，降低了能耗，提高了装置运行的经济性；并可根据低温储罐内实际压力和热负荷的变化，对低温制冷机的制冷温度和输出冷量进行实时监控和无级调节，以实现储罐系统的零损耗，提高了装置的运行稳定性、可靠性及控制精度。

Description

小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法

技术领域

本发明涉及液化天然气（LNG）储存和运输过程中蒸发气体（BOG）再液化与回收装置及控制技术领域，更具体地说，涉及小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置的无泵循环与控制方法。

背景技术

液化天然气（简称LNG），主要成分是甲烷，被公认为地球上最干净的能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。气态天然气经压缩、冷却至其沸点（-161.5℃）温度变成LNG后，储存在低温存储罐中，再通过专用船或槽车运输，使用时重新气化。相比于气态天然气，LNG由于其体积小，储存效率高，通过专用的船或槽车可以将大量的天然气运输到管道难以到达的任何用户，与铺设地下输气管道相比，不仅节省投资，而且方便可靠，风险小、适应性强。此外，LNG携带的冷量可以部分回收利用。因此，20世纪70年代以来，世界LNG产量和贸易量迅速增加，全球LNG的需求将从2010年的2.18亿吨增至2015年的3.1亿吨，到2020年可达到4.1亿吨。2012年国际市场上LNG的贸易量已占到天然气总贸易量的36%左右，到2020年将达到40%。

但是在LNG船舶、槽车运输过程，以及LNG加注、卸载过程中，由于环境温度和低温LNG之间的巨大温差产生的热量传递，加气站系统的预冷以及其它原因，低温的LNG会不断受热产生蒸发气体（简称BOG）。虽然储存LNG的低温容器具有绝热层，但仍然无法阻隔外热侵入，不可避免地要产生BOG，BOG的增加使得系统的压力上升，一旦压力超过储罐允许的工作压力，安全保护装置将泄放BOG减压。LNG船舶、槽车运输过程中的蒸发率通常在0.1%～0.5%，在加注和卸载过程中同样也会产生大量BOG。目前处理BOG的方式主要有2种，一种是采用BOG作为燃料，为推进装置提供动力；另一种是将BOG再液化之后返回低温储存容器中。而BOG再液化的方法目前主要采用的是常规的氮膨胀或者混合制冷剂液化工艺流程，但该方法采用的装置流程复杂、设备过多、价格昂贵，且不适合LNG运输槽车、小型LNG储罐以及LNG汽车加注站的使用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置的控制方法。通过采用无泵循环方式，简化了装置的整体结构和工艺流程，降低了能耗，提高了装置运行的经济性；控制系统可根据低温储罐实际压力和热负荷的需要，对低温制冷机的制冷温度和输出冷量进行实时监控和无级调节，以实现储罐系统的零损耗，提高了系统的运行稳定性、可靠性及控制精度。

本发明提供的小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法，包括步骤：

以回热式低温制冷机3作为冷源，对低温储罐1中的液化天然气2产生的蒸发气体9进行冷凝液化；

通过管道令冷凝形成的液化天然气2在重力的作用下回流至低温储罐1。

优选地，还包括步骤：

根据低温储罐1内的压力数据和回热式低温制冷机3冷端的温度数据，对回热式低温制冷机3的冷端温度和实际输出冷量进行实时监控和无级调节。

优选地，根据所述压力数据和温度数据，通过安装于回热式低温制冷机3底部的加热装置7调节加热量，使回热式低温制冷机3的实际输出冷量与系统热负荷相匹配。

优选地，包括步骤：

构建小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置，具体地，小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置，包括：低温储罐1、回热式低温制冷机3、外翅片式冷凝换热器4、压力测试装置5、温度测试装置6、加热装置7、控制系统8；回热式低温制冷机3设置在低温储罐1的顶部；压力测试装置5用于检测压力测试装置5中蒸发气体9的压力；回热式低温制冷机3的冷端安装有多个外翅片式冷凝换热器4；外翅片式冷凝换热器4上设置有温度测试装置6、加热装置7；控制系统8用于根据压力测试装置5和温度测试装置6的采集数据控制加热装置7，以调节回热式低温制冷机3的冷端温度和实际输出冷量，进而蒸发气体9在上升过程中与外翅片式冷凝换热器4发生热交换，被再次冷凝成液化天然气2，并在重力作用下回到低温储罐1的底部。

优选地，多个外翅片式冷凝换热器4采用并联的型式安装在回热式低温制冷机3的冷端。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明依靠压差和重力作用，来维持系统内气液的循环往复流动，而无需任何低温泵提供循环动力，简化了装置的整体结构和工艺流程，降低了能耗，提高了装置运行的经济性；并可根据低温储罐内实际压力和热负荷的变化，对低温制冷机的制冷温度和输出冷量进行实时监控和无级调节，以实现储罐系统的零损耗，提高了装置的运行稳定性、可靠性及控制精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所公开的小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置的无泵循环方法示意图；

图2为本发明所公开的小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置的控制系统示意图；

图3为本发明的总体结构示意图。

图中：

1为低温储罐；

2为液化天然气；

3为回热式低温制冷机；

4为冷凝换热器；

5为压力测试装置；

6为温度测试装置；

7为加热装置；

8为控制系统；

9为蒸发气体；

10为支架；

11为储罐防暴膜安装口；

12为隔热三通；

13为隔热斜管；

801为数据采集仪；

802为温度控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

针对现有技术中BOG再液化技术中存在的问题，本发明提供了一种采用回热式低温制冷机的小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置，该装置采用大冷量回热式低温制冷机作为冷源，来液化LNG储罐中的蒸发气体，具有结构紧凑、工艺流程简单、再液化效率高、易于控制、运行稳定、使用寿命长、可实现撬装化等优点。

具体地，如图6所示，采用回热式低温制冷机的小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置，其在低温储罐1中储存有液化天然气（LNG）2，低温储罐1上装有小型回热式低温制冷机3和压力测试装置5，在回热式低温制冷机3的冷端安装有多个外翅片式冷凝换热器4。在外翅片式冷凝换热器4上装有温度测试装置6和加热装置7，通过控制系统8来调节回热式低温制冷机3的冷端温度和输出冷量。在储存或运输过程中，由于低温储罐1内、外两侧的巨大温差，导致外界热量传递给液化天然气2，产生蒸发气体（BOG）9，使得低温储罐1内系统压力升高，蒸发气体9在上升过程中与外翅片式冷凝换热器4发生热交换，被再次冷凝成液化天然气2，并在重力作用下回到低温储罐1的底部；同时，压力测试装置5和温度测试装置6输出信号给控制系统8，通过加热装置7以调节回热式低温制冷机3的冷端温度和实际输出冷量，实现低温储罐1系统的零损耗。

更为具体地，如图1中所示，回热式低温制冷机3通过支架10安装在LNG低温储罐1的顶部，利用储罐防暴膜安装口11，通过新增隔热三通12延伸储罐防暴膜安装口11的原出口并提供与回热式低温制冷机3连接的接口，并通过新增隔热斜管13连通回热式低温制冷机3底部的冷凝室与低温储罐1。在储存和运输过程中，低温储罐1中产生的蒸发气体（BOG）9在压差的作用下，通过隔热斜管13上升到回热式低温制冷机3底部的冷凝室，与冷凝换热器4发生热交换，被重新液化后，在重力作用下沿着隔热斜管13回流到低温储罐1中，如此循环往复，装置中无需任何低温泵提供循环动力。

如图2中所示，在回热式低温制冷机3的冷凝换热器4上装有温度测试装置6和加热装置7，在储罐上装有压力测试装置5。低温储罐1内的压力通过压力测试装置5、数据采集仪801传输到控制系统8中，通过温度控制器802设定低温制冷机冷凝换热器4的温度，即对应此压力的LNG沸点温度；随着低温储罐1内热负荷的变化，温度控制器802通过加热装置7调节其加热量，使回热式低温制冷机3的实际输出冷量与系统热负荷相匹配；低温储罐1内的压力、回热式低温制冷机3冷端温度和加热量可通过控制系统8进行实时监控。

进一步地，本发明中，小型撬装式再液化装置采用小型回热式低温制冷机作为冷源，以液化低温储罐中的LNG在储存和运输过程中产生的蒸发气体BOG，实现储罐的零损耗。由于低温储罐两侧巨大的温差，外界热量传递给储罐中的LNG，产生BOG，在压差的作用下，BOG上升到储罐的顶部，与安装在顶部的制冷机的冷凝换热器发生热交换，BOG被再次液化成LNG，并且在重力的作用下回流至储罐的底部，如此循环往复，装置中无需任何低温泵提供循环动力。

本发明中再液化装置的控制系统，可根据低温储罐实际压力和热负荷的需要，对低温制冷机的制冷温度和输出冷量进行实时监控和无级调节。在低温制冷机的冷凝换热器上装有温度测试装置和加热装置，控制系统根据储罐内设定的压力，通过温度控制器设定制冷机的冷端温度，即对应此压力的LNG沸点温度；随着储罐内热负荷的变化，温度控制器通过加热装置调节其加热量，使制冷机的实际输出冷量与系统热负荷相匹配；在运行过程中，避免了低温制冷机的频繁启停，提高了其使用寿命；同时，储罐内的压力、制冷机冷端温度和加热量可通过控制系统进行实时监控。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法，其特征在于，包括步骤：

以回热式低温制冷机(3)作为冷源，对低温储罐(1)中的液化天然气(2)产生的蒸发气体(9)进行冷凝液化；

通过管道令冷凝形成的液化天然气(2)在重力的作用下回流至低温储罐(1)；

还包括步骤：

根据低温储罐(1)内的压力数据和回热式低温制冷机(3)冷端的温度数据，对回热式低温制冷机(3)的冷端温度和实际输出冷量进行实时监控和无级调节。

2.根据权利要求1所述的小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收无泵循环方法，其特征在于，根据所述压力数据和温度数据，通过安装于回热式低温制冷机(3)底部的加热装置(7)调节加热量，使回热式低温制冷机(3)的实际输出冷量与系统热负荷相匹配。