CN103953848A - 一种自平衡式再液化系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种自平衡式再液化系统及其工作方法，使燃料储存舱内压力在航行时一直保持较低水平。该再液化系统的LNG驳运泵与日用罐连接，LNG储罐的顶部与压缩机单元连接，压缩机单元与发电机单元连接，压缩机单元还依次经压力控制阀、套管式换热器与日用罐连接，日用罐经LNG增压泵和二个套管式换热器与主机连接。在发电机单元无法全部将压缩后的BOG消耗时，多余的高温BOG通过压力控制阀旁通进入套管式换热器的外管中，利用LNG增压泵排出低温的LNG气化所形成的冷能对套管中的BOG进行降温冷却，在日用罐底部进行喷淋实现再液化。本方法实现了将LNG储罐内多余BOG进行再液化，同时利用供气系统中LNG气化所产生的冷能，来降低LNG储罐压力并增加LNG储罐的停港蓄压时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种自平衡式再液化系统及其工作方法，使燃料储存舱内压力在航行时一直保持较低水平。
背景技术
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重格。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，中国政府在十二五规划中，规划了“气化长江”和“气化珠江”工程。
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、提高运输效益最直接、最有效的措施。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。几乎所有的船厂都在考虑建造以LNG为燃料的各种船舶，且中国第一个以LNG为主要燃料的双燃料拖轮项目已经成功交付使用。
液化天然气在船上储存，对以MAN ME-GI主机来说，BOG闪蒸汽的处理是一难题。设置通用的再液化系统，船舶制造成本会大大增加；将BOG闪蒸汽直接压缩到300bar，不但压缩机成本极高，电力消耗也非常大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种自平衡式再液化系统，用于解决储存舱内BOG闪蒸汽无法被发电机组全部消耗，保持航行时较低的储存舱压力，达到更长的停港蓄压时间。
本发明采用的技术方案是：一种自平衡式再液化系统，它包括LNG储罐，在LNG储罐內设有LNG驳运泵和上喷淋管，它还包括压缩机单元、LNG增压泵、日用罐、第一高压套管式换热器和第二高压套管式换热器，所述LNG驳运泵采用管道经第一控制阀与日用罐连接，第一控制阀采用管道经上喷淋控制阀与上喷淋管连接，所述LNG储罐的顶部采用管道经第二控制阀与压缩机单元连接，压缩机单元采用管道经第三控制阀与发电机单元连接，还依次经压力控制阀、第一高压套管式换热器与日用罐连接，所述日用罐采用管道依次经LNG增压泵、第一高压套管式换热器和第二高压套管式换热器与主机的燃料供给管连接。
所述的一种自平衡式再液化系统的工作方法：
（a）压缩机单元将LNG储罐内BOG闪蒸汽压缩到6-6.5bar，温度增加到25-40℃后供给发电机单元使用；
（b）LNG驳运泵连续运转将LNG储罐内LNG液体驳运到日用罐中，通过上喷淋控制阀经上喷淋管调节注入日用罐流量，将日用罐内的液位维持在一个恒定的液位高度；
（c）LNG增压泵将日用罐内的LNG液体增压到300bar之后排入到第一高压套管式换热器和第二高压套管式换热器中加热/气化，最终供给主机使用，供气压力为300bar；
（d）压力控制阀的设定点为6.2bar，当压缩机单元排出压力达到设定值时，压力控制阀打开，将无法被发电机单元消耗的多余BOG闪蒸汽旁通到第一高压套管式换热器的外层管路并与LNG增压泵排出的LNG液体进行换热，第一高压套管式换热器出口BOG闪蒸汽的温度约为-70℃，被冷却后的BOG通过下喷淋管路进入到日用罐中完成自平衡式再液化。
本发明的有益效果是：这种自平衡式再液化系统的LNG驳运泵与日用罐连接，LNG储罐的顶部与压缩机单元连接，压缩机单元与发电机单元连接，压缩机单元还依次经压力控制阀、第一高压套管式换热器与日用罐连接，日用罐经LNG增压泵、第一高压套管式换热器和第二高压套管式换热器与主机的燃料供给管连接。在发电机单元无法全部将压缩后的BOG闪蒸汽消耗时，多余的高温BOG闪蒸汽通过压力控制阀旁通进入第一高压套管式换热器的外管中，利用LNG增压泵排出低温的LNG气化所形成的冷能对套管中的BOG闪蒸汽进行降温冷却，在日用罐底部进行喷淋实现再液化。本方法实现了将LNG储罐内多余BOG闪蒸汽进行再液化，同时利用供气系统中LNG气化所产生的冷能，来降低LNG储罐压力并增加LNG储罐的停港蓄压时间。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明
图1为一种自平衡式再液化系统的工作原理图。
图中：1、LNG驳运泵，1a、第一控制阀，2、LNG储罐，3、压缩机单元，3a、第二控制阀，4、LNG增压泵，5、日用罐，5a、下喷淋管路，5b、安全阀，6、第一高压套管式换热器，7、第二高压套管式换热器，8、发电机单元，8a、第三控制阀，9、压力控制阀，10、上喷淋管，10a、上喷淋控制阀。
具体实施方式
图1示出了一种自平衡式再液化系统的工作原理图。图中，自平衡式再液化系统包括LNG储罐2、压缩机单元3、LNG增压泵4、日用罐5、第一高压套管式换热器6和第二高压套管式换热器7，在LNG储罐2內设有LNG驳运泵1和上喷淋管10。LNG驳运泵1采用管道经第一控制阀1a与日用罐5连接，第一控制阀1a采用管道经上喷淋控制阀10a与上喷淋管10连接，所述LNG储罐2的顶部采用管道经第二控制阀3a与压缩机单元3连接，压缩机单元3采用管道经第三控制阀8a与发电机单元8连接，还依次经压力控制阀9、第一高压套管式换热器6与日用罐5连接，所述日用罐5采用管道依次经LNG增压泵4、第一高压套管式换热器6和第二高压套管式换热器7与主机的燃料供给管连接。
采用上述自平衡式再液化系统的工作自平衡式再液化系统的工作原理：
（a）压缩机单元3将LNG储罐2内BOG闪蒸汽压缩到6-6.5bar，温度增加到25-40℃后供给发电机单元8使用。
（b）LNG驳运泵1连续运转将LNG储罐2内LNG液体驳运到日用罐5中，一部LNG液体通过上喷淋控制阀10a经上喷淋管10喷入LNG储罐2内，调节注入日用罐5流量，将日用罐5内液位维持一个恒定的液位高度。即“注入量”+“压缩机单元多余BOG闪蒸汽”=“LNG增压泵排量”=“主机消耗量”。日用罐5内的压力取决于压缩机单元3排出的多余BOG闪蒸汽流量，通常控制在0-6.5bar.G，当压力高于6.5bar时，压缩机3会自动减少排量，使日用罐5内压力维持在6.5bar以内。
（c）LNG增压泵4是将日用罐5内的LNG液体(-132℃)增压到300bar之后排入到第一高压套管式换热器6和第二高压套管式换热器7中加热/气化，最终供给主机使用，供气压力为300bar，供气温度为20℃。
（d）压力控制阀9的压力设定点为6.2bar，当压缩机出压力达到6.2bar时压力控制阀9打开，将无法被发电机单元消耗的多余BOG闪蒸汽旁通到第一高压套管式换热器6的外层管路并与LNG增压泵4排出的LNG液体进行换热。第一高压套管式换热器6出口BOG闪蒸汽温度约为-70℃，冷却后的BOG闪蒸汽通过下喷淋管路5a进入到日用罐5中完成自平衡式再液化 。
下面结合使用技术要求作进一步的详细介绍：
一、 压缩机单元
采用一级或多级无油活塞式、一级或多级无油螺杆式、一级或多级无油离心式的常温气体压缩机。当采用二级压缩机时，压缩机排出气和/或中间级热能都能够用于加热吸入气体，采用多级压缩机的优点在于压缩相同单位到达设定值时所需的能量远远小于单级压缩机消耗的能量。并且用排出气和中间级对吸入气体进行多级加热能够使吸入的低温天然气达到满足温度更加的稳定。此压缩机单元将储罐中的BOG闪蒸汽抽出来压缩后送入换热器中。
也可以采用一级或多级无油活塞式、一级或多级无油螺杆式、一级或多级无油离心式低温气体压缩机
二、 换热器
本系统换热器为高压套管式换热器，分成两段，一段是第一高压套管式换热器6，内管介质为LNG液体，而外层套管内的介质为压缩机处理后的常温BOG闪蒸汽，另一段是第二高压套管式换热器7，内管介质为LNG/NG，而外层套管内的介质为水乙二醇。本换热器设计压力为300bar。通过套管式换热器的常温BOG闪蒸汽和低温LNG液体进行热量交换，使常温BOG闪蒸汽气体的温度降低到-70℃。
本系统也可以采用壳管式、板式及其他形式的换热器。
三、 LNG泵
LNG驳运泵1将LNG储罐2中的LNG液体驳运到日用罐5中，并维持在一个设定的液位高度，LNG驳运泵1注入日用罐5内的注入量通过上喷淋控制阀10a调节；LGN增压泵4将日用罐5中LNG液体增压到300bar依次排入到第一高压套管式换热器6和第二高压套管式换热器7中供给主机使用。
Claims (2)
1.一种自平衡式再液化系统，它包括LNG储罐（2），在LNG储罐（2）內设有LNG驳运泵（1）和上喷淋管（10），其特征是：它还包括压缩机单元（3）、LNG增压泵（4）、日用罐（5）、第一高压套管式换热器（6）和第二高压套管式换热器（7），所述LNG驳运泵（1）采用管道经第一控制阀（1a）与日用罐（5）连接，第一控制阀（1a）采用管道经上喷淋控制阀（10a）与上喷淋管（10）连接，所述LNG储罐（2）的顶部采用管道经第二控制阀（3a）与压缩机单元（3）连接，压缩机单元（3）采用管道经第三控制阀（8a）与发电机单元（8）连接，还依次经压力控制阀（9）、第一高压套管式换热器（6）与日用罐（5）连接，所述日用罐（5）采用管道依次经LNG增压泵（4）、第一高压套管式换热器（6）和第二高压套管式换热器（7）与主机的燃料供给管连接。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡式再液化系统的工作方法，其特征是：
（a）压缩机单元（3）将LNG储罐（2）内BOG闪蒸汽压缩到6-6.5bar，温度增加到25-40℃后供给发电机单元（8）使用；
（b）LNG驳运泵（1）连续运转将LNG储罐（2）内LNG液体驳运到日用罐（5）中，通过上喷淋控制阀（10a）经上喷淋管（10）调节注入日用罐（5）流量，将日用罐（5）内的液位维持在一个恒定的液位高度；
（c）LNG增压泵（4）将日用罐（5）内的LNG液体增压到300bar之后排入到第一高压套管式换热器（6）和第二高压套管式换热器（7）中加热/气化，最终供给主机使用，供气压力为300bar，20℃；
（d）压力控制阀（9）的压力设定点为6.2bar，当压缩机单元（3）排出压力达到设定值时，压力控制阀（9）打开，将无法被发电机单元（8）消耗的多余BOG闪蒸汽旁通到第一高压套管式换热器（6）的外层管路并与LNG增压泵（4）排出的LNG液体进行换热，第一高压套管式换热器（6）出口BOG闪蒸汽的温度为-70℃，被冷却后的BOG通过下喷淋管路（5a）进入到日用罐（5）中完成自平衡式再液化。
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