CN104791602B - Bog优先利用的lng气体燃料供气方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种BOG优先利用的LNG气体燃料供气方法及装置，解决了现有LNG气体燃料供气存在的可靠性差、设备启动时易发生设备冻结无法工作、燃料利用率差的问题。技术方案包括LNG储罐，所述LNG储罐底部的出液口经增压管与气化器连接，所述气化器包括燃料热交换器和自增压热交换器，所述增压管经气化器的自增压热交换器与LNG储罐顶部的进气口连接，所述LNG储罐顶部的排气口经供气管以及燃料热交换器与燃气设备连接。本发明结构简单、操作简便、体积小、可靠性高、安全性好、设备投资和运行成本低、燃料利用率高，对环境友好。

Description

BOG优先利用的LNG气体燃料供气方法及装置

技术领域

本发明涉及一种LNG燃料供气方法及装置。

背景技术

基于通常认识，油罐内的油液为燃料，油类燃料从油罐的下部抽吸，供应燃油设施。而油罐内油液上方空间内的气体则不认为是可供引用使用的燃料，往往为了减压直接外排。

目前的LNG气体燃料供气装置，比如LNG动力船舶气体燃料供应采用的是将LNG(液态)经过气化成气态NG的气化供气工艺。通过LNG直接气化的供气装置，采用的是LNG储罐低位出液供气方式，增加了低位接口数量，管路阀件需要进行日常开启和关闭操作，连接节点多，大大增加了泄漏风险；更有甚者，在发动机和其它燃用天然气的设施启动前和启动初期，没有足够的热水供应气化器，大量-161.5℃甚至更低的LNG流经温度本不高的热交换界面时，容易使气化器冻结无法工作，导致供气无法顺利实现，动力系统瘫船。

目前防冻液一般采用的是乙二醇，其与水按1:1体积比例混合液的，冰点约在-40℃，由于乙二醇本身的特性，在其比例达56％时，基本上达到最低冰点约-47℃，然后，提高乙二醇比例，冰点反而升高，这就是说，面对-161.5℃甚至更低的LNG，热量得不到及时供应的乙二醇水溶液冻结是必然的，除非牺牲大量空间安装空温式气化器，目前尚无成熟的工艺解决此述问题。

在发动机和其它燃用天然气的设施运行过程中，由于负荷的变化，耗气量的改变对上游气体的压力会有波动，而LNG气化后体积急剧膨胀，其对供气系统带来较大的压力波动，特别在负荷减小时，甚至会有热气回窜至LNG储罐，导致BOG压力过大，安全阀开启放散。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、操作简便、体积小、可靠性高、安全性好、设备投资和运行成本低、对环境友好、燃料利用率高的的BOG优先利用的LNG气体燃料供气装置。

本发明还提供一种操作简便、对环境友好、节能减排的BOG优先利用的LNG气体燃料供气方法。

本发明供气装置，包括LNG储罐，所述LNG储罐底部的出液口经增压管与气化器连接，所述气化器包括燃料热交换器和自增压热交换器，所述增压管经气化器的自增压热交换器与LNG储罐顶部的进气口连接，所述LNG储罐顶部的排气口经供气管以及燃料热交换器与燃气设备连接。

所述增压管上设有增压管根阀和增压调节阀；所述供气管上设有供气管根阀和供气紧急切断阀。

所述LNG储罐顶部设上进液口，底部设下进液口，进液管经进液紧急切断阀分别与上、下进液口连接，所述上进液口与LNG储罐顶部的喷淋装置连接。

一种使用上述供气装置的BOG优先利用的LNG气体燃料供气方法，包括供气流程和增压流程：

供气流程：LNG储罐气相空间内的BOG由LNG储罐顶部的排气口引出，经供气管送入热交换器的后段换热管中升温至工作温度后送入燃气设备中使用；

增压流程：LNG储罐液相空间内的LNG由出液口引出，经增压管送入热交换器的前段换热管中，使LNG气化成NG后经进气口回送入LNG储罐的气相空间中以维持LNG储罐内的压力，并同时持续经排气口向所述供气管内供气。

还包括有LNG充装流程：

LNG经进液管分别由LNG储罐顶部设上进液口和底部的下进液口通入罐内，由上进液口通入的LNG经LNG储罐顶部的喷淋装置向LNG储罐气相空间内喷洒。

针对背景技术中存在的问题，发明人对现有LNG气体燃料供气装置进行了改进，克服了普通技术领域人员的惯常认识，将LNG储罐气相空间的气体作为燃料气使用，并且将其作为优先使用的对象，也就是说，首先将气化器进行了改进，其由两个热交换热器组分，一个为自增压热交换器，一个为燃料热交换器，通过将LNG储罐顶部的排气口经供气管、气化器的燃料热交换器与燃气设备连接，保证每次供气时，优先引出LNG储罐气相空间的BOG；通过出液口的增压管依次与气化器的自增压热换交换器以及LNG储罐顶部的进气口连接，实现当LNG储罐压力下降时，能通过增压的方式将LNG储罐内的LNG气化后回送入LNG储罐的气相空间内为LNG储罐增压，并形成持续供气的状态。

虽然LNG储罐内BOG(增压状态下持续供气时为BOG和NG)为低温气体，不能直接引入燃气设备中，需要利用热交换器对BOG进行加热，使之满足燃气设备的进气温度要求，但对BOG的加热相对于传统技术中对LNG气化并同步加热所需要消耗的热能要小得多，因此，当采用本发明优先使用BOG的技术方案用于发动机和其它燃用天然气的设施启动前和启动初期，对热能的要求会大大减少，不会存在热水供应不足导致乙二醇水溶液冻结的问题，从而解决了现有技术中启运初期热能供应不足导致气化器冻结无法工作、供气无法顺利实现，动力系统瘫痪等问题的发生。另一方面，由于对气态的BOG或NG加热所需热能少，因而，可对现有常用的热交换器进行简单改造即可，利用气化器的一部分换热区域作为燃料热交换器对BOG进行加热即可，而另一部分换热区域则可对作为自增压热交器对LNG进行增压气化成NG后回送入LNG储罐内增压，而不是直接输送给燃气设备使用。由于不需要对LNG直接气化成燃料温度状态，因此也不需要对这部分LNG加热温度过高，从而降低热能的消耗量。

并且，本发明中，由于增压管经气化器的自增压热交换器与LNG储罐顶部的进气口连接，由LNG储罐引出LNG在经热交换器气化后不会直接送入燃气设备，而是回送至LNG储罐内，再由LNG储罐内输出气态的BOG或BOG与NG的混合气加热后用于燃气设备，因此，通过对LNG储罐内压力监测，可以很好地控制LNG储罐和供气系统的压力，避免热气回窜LNG储罐的问题，大大减少了LNG储罐内BOG压力过大，导致LNG储罐安全阀开启放散的问题发生，真正实现节能减排，对环境友好的目的。

有益效果：

(1)本发明摒弃了传统的对LNG直接气化加热供气的方法，而是采用对BOG或BOG与NG的混合气加热供气的工艺方案，控制简单，可有效避免系统冷态启动时繁琐的操作以及热交换器介质易冰冻等问题，保证了系统的可靠性和安全性。

(2)供气时优先使用BOG，最大限度地利用BOG，最大限度地为LNG储罐预留BOG储存空间，能够可靠维持供气系统平稳的压力环境，最大限度地抑制NG或BOG通过安全放散阀组释放，有效降低LNG燃料自然损耗，节约能源，提高燃料经济性。

(3)本发明方法简单，可对现有气化器进行简单改造，看似气化器由两个热交换器组成，但实际上并不会增加原有气化器的换热管总长，并具有节能降耗的效果，同时也减少了低位接口、低温工艺阀件、设备与材料的应用，有利于提高安全可靠性，降低设备投资和运行成本。

(4)LNG充装流程中采用喷淋装置进行顶部充装，保证在充装作业结束后，LNG储罐气相空间处在较低的压力状态，则可以预留更多的日常BOG储存增压压力区间，推迟安全放散阀组启动释放。

(5)本发明结构简单、安全可靠、降低了安全隐患，提高了环保水准。

(6)本发明适用于各种LNG气体燃料供气装置，如LNG动力船舶气体燃料供气装置。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

其中，1-LNG储罐、1.1-气相空间、1.2-液相空间、1.3-上进液口、1.4-下进液口、1.5-进气口、1.6-排气口、1.7-出液口、2-供气管、3-增压管、4-进液管、5-气化器、5.1-燃料热交换器、5.2-自增压热交换器、6-增压管根阀、7-增压调节阀、8-供气管根阀、9-供气紧急切断阀、10-安全放散阀组、11-进液紧急切断阀、12-上进液阀、13-下进液阀、14-充装回气管、15-充装回气管根阀、16-充装紧急切断阀、17-喷淋装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

本发明装置结构如下：

LNG储罐1底部的出液口1.7经增压管3与气化器5连接，所述气化器5内设有燃料热交换器5.1和自增压热交换器5.2，所述增压管3经气化器5的燃料热交换器5.1与LNG储罐1顶部的进气口1.5连接，所述LNG储罐1顶部的排气口1.6经供气管2以及气化器5的自增压热交换器5.2与燃气设备连接，所述增压管3上设有增压管根阀6和增压调节阀7；所述供气管2上设有供气管根阀8和供气紧切切断阀9，所述LNG储罐1顶部设上进液口1.3，底部设下进液口1.4，进液管4经进液紧急切断阀11再分别与设有上进液阀12和下进液阀13的上、下进液口1.3、1.4连接，所述上进液口1.3与LNG储罐1顶部的喷淋装置17连接，所述LNG储罐1顶部还设有安全放散阀组10，还连接有充装回气管14，所述充装回气管14上设有充装紧急切断阀16和充装回气管根阀15。

下面以LNG动力船舶的LNG气体燃料供气装置为例，将LNG储罐1在供气、增压、充装时的相关操作流程如下：

LNG储罐1内装有LNG时，液面以上部分称为气相空间1.1(BOG温度为-160摄氏度左右)，液面以下部分称为液相空间1.2(LNG温度为-161.5℃)。

燃气设备初启动时的供气流程：LNG储罐1气相空间1.1内的BOG由LNG储罐1顶部的排气口1.6引出，依次经供气管2上的供气管根阀8和供气紧急切断阀9送入气化器5的自增压热交换器5.2中升温至工作温度(25-40摄氏度)后送入燃气设备中使用；

对LNG储罐1内气相空间1.1的压力进行持续监测，当压力低于设定值时，进行增压流程：

LNG储罐1液相空间1.2内的LNG由出液口1.7引出，依次经增压管3上增压管根阀6、增压调节阀4送入气化器5的燃料热交换器5.1中，使LNG气化成NG后经进气口1.5回送入LNG储罐1的气相空间1.1中以维持LNG储罐1内的压力，气相空间1.1内的气体(BOG和NG的混合气)持续经排气口1.6向所述供气管2内供气，依次经供气管2上的供气管根阀8和供气紧急切断阀9送入气化器5的自增压热交换器5.2中升温至工作温度(25-40摄氏度)后送入燃气设备使用。严密监测LNG储罐1内的压力，通过增压调节阀4调节LNG流量以控制气化量，从而控制LNG储罐1内压力的稳定，避免LNG储罐1内安全放散阀组启动10释放。

增压操作后，LNG储罐1内气相空间1.1的压力达到设定值时，则关闭增压管根阀6，停止增压流程直至压力再次降至设定值时以下时，开启增压管根阀6，重复上述增压流程。

对LNG储罐1的充装流程：将设有充装紧急切断阀16和充装回气管根阀15的充装回气管14与LNG终端的气相连通卸压，并将进液管4与LNG终端的液相连通进行充装，LNG(液相)经进液管4部分经下进液口1.4直接充入LNG储罐1内的液相空间1.2，其余部分送入上进液口1.3再经喷淋装置17以顶部充装LNG方式进行喷淋冷却，保证在充装作业结束后，LNG储罐1气相空间处在较低的压力状态，则可以预留更多的日常BOG储存增压压力区间，推迟安全放散阀组8启动释放。

Claims (2)

1.一种BOG优先利用的LNG气体燃料供气方法，其特征在于，包括供气流程和增压流程：

供气流程：LNG储罐气相空间内的BOG由LNG储罐顶部的排气口引出，经供气管送入热交换器的后段换热管中升温至工作温度后送入燃气设备中使用；

对LNG储罐1内气相空间1.1的压力进行持续监测，当压力低于设定值时，进行增压流程：增压流程：LNG储罐液相空间内的LNG由出液口引出，经增压管送入热交换器的前段换热管中，使LNG气化成NG后经LNG储罐顶部的进气口回送入LNG储罐的气相空间中以维持LNG储罐内的压力，并同时持续经排气口向所述供气管内供气。

2.如权利要求1所述的BOG优先利用的LNG气体燃料供气方法，其特征在于，还包括有LNG充装流程：

LNG经进液管分别由LNG储罐顶部的上进液口和底部的下进液口通入罐内，由上进液口通入的LNG经LNG储罐顶部的喷淋装置向LNG储罐气相空间内喷洒。