CN105318190A - Bog液化回收系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种BOG液化回收系统及方法。BOG液化回收系统用于回收由LNG储罐产生的BOG，包括压缩机、液化装置、介质管路和控制系统。液化装置包括盛装有液态氮的液氮贮槽和换热管；第一介质管路连接于LNG储罐与压缩机之间，其上安装有第一自力式调压阀，自力式调压阀根据LNG储罐顶部的气相空间压力变化能自动打开和关闭；第二介质管路连接于压缩机与换热管之间；第三介质管路连接于换热管与LNG储罐底部之间。控制系统根据LNG储罐顶部的BOG气相空间压力变化控制压缩机启动或停止。本发明BOG液化回收系统，由压缩机、液化装置、介质管路和控制系统组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种液化天然气(LNG,LiquefiedNatureGas)在低温储罐内储存过程中产生的蒸气(BOG,BoilOffGas)液化回收系统及方法。
背景技术
在LNG场站中，为保证安全性，LNG储罐内产生的BOG气体需及时排出，如果直接排放到大气中，会造成环境的污染和资源的浪费。对于离城镇中压管网比较近的场站，BOG可以通过加热、计量、加臭后直接接入管网；对于有CNG加注工艺的场站，BOG可以通过加热、缓冲、压缩后直接并入CNG加注工艺；但对于不具备上述条件的LNG场站，BOG的回收则尤为需要关注。
由于BOG已经是CH4含量非常高的气体，其H2O、CO2以及其他杂质的含量已经能够满足再液化的要求。如果把BOG液化则无需考虑气体的净化工艺，只需考虑制冷工艺即可。又因为BOG产量非常小，不适用于常规的天然气制冷液化工艺。
因此，有必要提出一种简单的BOG回收系统及工艺，在尽量少的设备投资下能够满足BOG的液化回收。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术中的不足，提供一种结构简单的BOG液化回收系统及方法。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一个方面，一种BOG液化回收系统，用于回收由LNG储罐产生的BOG。BOG液化回收系统包括压缩机、液化装置、第一介质管路、第二介质管路、第三介质管路和控制系统。液化装置包括盛装有液态氮的液氮贮槽和以及浸没于所述液态氮内的换热管，该换热管具有入口及出口；第一介质管路连接于所述LNG储罐顶部的BOG气相空间与所述压缩机入口之间，该第一介质管路上安装有第一自力式调压阀，当所述LNG储罐顶部的气相空间压力达到第一设定值时所述自力式调压阀自动打开，当所述LNG储罐顶部的气相空间压力降低至第二设定值时所述自力式调压阀自动关闭；第二介质管路连接于所述压缩机出口与所述换热管的入口之间；第三介质管路连接于所述换热管的出口与所述LNG储罐底部之间；控制系统包括压力变送器和控制器。压力变送器用于检测LNG储罐顶部的BOG气相空间压力值或所述第一介质管路内压力值；控制器用于接收所述压力变送器发送的压力值数据，当所述压力值达到第一设定值时控制所述压缩机启动；当所述压力值降低至第二设定值时控制所述压缩机停止。
根据本发明的另一个方面，一种BOG液化回收系统，用于回收由LNG储罐产生的BOG。BOG液化回收系统包括压缩机、液化装置、第一介质管路、第二介质管路、第三介质管路和控制系统。液化装置包括盛装有液态氮的液氮贮槽和以及浸没于所述液态氮内的换热管，该换热管具有入口及出口；第一介质管路连接于所述LNG储罐顶部的BOG气相空间与所述压缩机入口之间，该第一介质管路上安装有调压阀；第二介质管路连接于所述压缩机出口与所述换热管的入口之间；第三介质管路连接于所述换热管的出口与所述LNG储罐底部之间；控制系统包括压力变送器和控制器。压力变送器用于检测LNG储罐顶部的BOG气相空间压力值或所述第一介质管路内压力值；控制器用于接收所述压力变送器发送的压力值数据，当所述压力值达到第一设定值时控制所述调压阀打开并控制所述压缩机启动；当所述压力值降低至第二设定值时控制所述调压阀关闭并控制所述压缩机停止。
根据本发明的一实施方式，所述第一设定值为0.7～0.9MPa，所述第二设定值为0.3～0.4MPa。
根据本发明的一实施方式，所述BOG液化回收系统还包括安装于所述第一介质管路的空温加热器以及所述空温加热器的旁通支路，该旁通支路上安装有第一截止阀。
根据本发明的一实施方式，所述BOG液化回收系统还包括具有至少一个入口和至少一个出口的BOG热交换器，所述第一介质管路和第二介质管路分别连接于所述BOG热交换器的入口和出口。
根据本发明的一实施方式，所述第三介质管路上安装有用于降低温度和/或降低压力的节流装置。
根据本发明的一实施方式，所述液化装置底部设有液氮充装管，顶部设有氮气放散管。
根据本发明的另一个方面，一种BOG液化回收方法，用于回收由LNG储罐产生的BOG，包括以下步骤：
压缩BOG步骤：当所述LNG储罐顶部的BOG气相空间压力达到第一设定值时，BOG向外输出至一压缩机进行压缩后，得到压力大于所述LNG储罐内压力的压缩气体；当所述LNG储罐顶部的BOG气相空间压力降低至第二设定值时，BOG停止向外输出；
液化BOG步骤：将所述压缩气体输送到一液化装置液化成LNG；
回输LNG步骤：将所述LNG输送至所述LNG储罐。
根据本发明的一实施方式，所述第一设定值为0.7～0.9MPa；所述第二设定值为0.3～0.4MPa。
根据本发明的一实施方式，在所述回输LNG步骤之前还进一步包括降温步骤和/或降压步骤，降温步骤是使所述LNG降温形成过饱和LNG；降压步骤是降低所述LNG的压力至高于所述LNG储罐0.1～0.3MPa。
根据本发明的一实施方式，在所述压缩BOG步骤之前还进一步包括预热步骤，预热步骤是BOG经预热后再进入压缩BOG。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明BOG液化回收系统，由压缩机、液化装置、介质管路和控制系统形成一个闭环循环系统，依靠LNG储罐与介质管路的压力差完成循环，无需输送泵，所以结构简单。本发明特别适用于LNG场站等领域。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明BOG液化回收系统的示意图。
图中：100、LNG储罐；1、压缩机；2、液氮贮槽；20、换热管；21、液氮充装管；22、氮气放散管；23、第四截止阀；24、第五截止阀；3、第一介质管路；4、自力式调压阀；41、旁通支路；42、第三截止阀；5、第二介质管路；6、第三介质管路；7、空温加热器；70、旁通支路；71、第一截止阀；72、第二截止阀；8、BOG热交换器；9、节流阀；91、旁通支路；92、第四截止阀。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
BOG液化回收系统
本发明BOG液化回收系统主要应用于LNG场站，通过自动循环的闭环系统实现BOG的回收。
如图1所示，本发明BOG液化回收系统用于回收由LNG储罐100产生的BOG，其包括压缩机1、液化装置、连接于LNG储罐100顶部的BOG气相空间与压缩机1入口之间的第一介质管路3、连接于压缩机1出口与换热管20的入口之间的第二介质管路5、连接于换热管20的出口与LNG储罐100底部之间的第三介质管路6以及控制系统。因此，本发明中，由LNG储罐100、第一介质管路3、压缩机1、第二介质管路5、液化装置以及第三介质管路6组成一个闭环循环系统。
压缩机1可以采用传统结构，例如主要包括一气缸，通过活塞的往复运动而压缩气缸内的BOG，以增大BOG压力，形成压缩BOG。
液化装置包括盛装有液态氮的液氮贮槽2和浸没于液态氮内的换热管20，该换热管20具有入口及出口，且该入口及出口可伸出液氮贮槽2。液氮贮槽2底部设有液氮充装管21，顶部设有氮气放散管22，液氮充装管21上安装有第四截止阀23，氮气放散管22上安装有第五截止阀24。进入液化装置的压缩BOG与液态氮进行热交换，压缩BOG的温度降低形成LNG，吸收了热量的液态氮则转化为氮气由氮气放散管22排出。本发明中可通过液氮充装管21向液氮贮槽2补充或更换液态氮。该第一介质管路3上安装有第一自力式调压阀4。自力式调压阀4具有自动打开、自动关闭的功能，当LNG储罐100顶部的气相空间压力达到第一设定值如0.7MPa时自力式调压阀4自动打开，当LNG储罐100顶部的气相空间压力降低至第二设定值如0.4MPa时自力式调压阀4自动关闭。该第一介质管路3还设有第一自力式调压阀4的旁通支路41，旁通支路41上安装有第三截止阀42。
控制系统包括压力变送器和控制器。压力变送器用于检测LNG储罐100顶部的BOG气相空间压力值或第一介质管路3的压力值；控制器用于接收压力变送器发送的压力值数据，当压力值达到第一设定值时控制调压阀打开并控制压缩机1启动；当压力值降低至第二设定值时控制调压阀关闭并控制压缩机1停止。其中第一设定值的范围可在0.7～0.9MPa之间，第二设定值的范围可在0.3～0.4MPa。
因此，本发明中，由LNG储罐100、第一介质管路3、压缩机1、第二介质管路5、液化装置以及第三介质管路6组成一个闭环循环系统。在控制系统的控制下可以自动运行，循环动力主要依靠LNG储罐100顶部的气相空间的压力以及压缩机1的增压，无需单独的循环泵，故本发明结构简单。
在另一实施方式中，本发明BOG液化回收系统还包括安装于第一介质管路3的空温加热器7，以空气为介质加热从LNG储罐100输出的低温BOG，在空温加热器7的上游安装有第二截止阀72。第一介质管路3上还连接有空温加热器7的旁通支路70，该旁通支路70上安装有第一截止阀71。空温加热器7使BOG经预热后再进入到压缩机1，降低了对压缩机1的性能要求，减少了对压缩机的型号限制，从而不但有利于延长压缩机使用寿命，而且降低了运营成本。
在另一实施方式中，本发明BOG液化回收系统还包括BOG热交换器8，BOG热交换器8可选用常规的板式换热器，其具有至少一个入口和至少一个出口，例如其具有两个入口和两个出口，BOG热交换器8通过该两个入口和两个出口同时安装于第一介质管路3和第二介质管路5。第一介质管路3和第二介质管路5内的介质在BOG热交换器8内进行热交换。
在另一实施方式中，本发明BOG液化回收系统还包括节流装置如节流阀9。节流阀9可以采用现有结构，其安装于第三介质管路6上，第三介质管路6还安装有节流阀9的旁通支路91，旁通支路91上安装有第四截止阀92。
由液化装置输出的LNG在第三介质管路6的传输过程中，会有一部分再次气化而产生少量BOG。节流阀9具有降温作用，在节流阀9的作用下这部分BOG会再次液化成LNG并最终回输到LNG储罐100。另一方面，由LNG储罐100顶部气相空间输出的BOG经压缩机1压缩后，压力增大，过高压力的LNG回输到LNG储罐100时，会对储罐内的LNG产生扰动。节流阀9具有降压作用，在节流阀9的作用下，液化后形成的LNG的压力可降低至稍高于LNG储罐100内压力的水平，这时便能平稳地回输。
本发明BOG液化回收系统的循环过程为：
LNG储罐100内的BOG压力达到某一设定值如0.5MPa时，自力式调压阀4自动打开，同时压力变送器(图中未示出)向控制系统发送压力信号，控制系统控制压缩机1打开，BOG从LNG储罐100内输出，沿着第一介质管路3先经过空温加热器7预热，再经过BOG热交换器8换热后进入到压缩机1；从压缩机1输出的压缩BOG再次通过BOG热交换器8降温后进入液化装置。
压缩BOG在液化装置的液氮贮槽2内与液氮充分换热降温，当温度降低到-145℃时流出液氮贮槽2，此时的压缩BOG已经变成了LNG；再通过节流阀9的节流作用，LNG温度进一步下降，成为过饱和液体；最后在第三介质管路6与LNG储罐100的压力差作用下，由BOG液化形成的LNG被压入到LNG储罐100底部，完成BOG的液化回收过程。当此过程运行几分钟后，例如运行5分钟后，可以关闭空温加热器7前部的第二截止阀72，打开空温加热器7的旁通支路70上的第一截止阀71，使BOG直接进入BOG热交换器8进行换热即可。
在上述循环过程中，随着LNG储罐100内BOG量的不断减少，LNG储罐100内的压力逐渐降低，当降低到某一固定值时，例如降低至0.3MPa，控制系统控制压缩机1关闭，自力式调压阀4及时关闭以保证LNG储罐100不被吸成负压。
在液化装置的液氮贮槽2内，随着液氮与BOG之间持续的热交换，液氮贮槽2内的液氮温度不断上升，产生的氮蒸气由氮气放散管22及时排放到大气中去。当液氮的温度不足以使BOG液化时，可以把液氮贮槽2内的液氮由液氮充装管21全部放空，并补充新的液氮，以满足工艺要求。由于液氮是液氧的副产品，其价格比较低廉，直接排空后也不会造成环境污染。
在其他实施方式中，本发明BOG液化回收系统中的自力式调压阀4也可以由普通的调压阀代替。相应地，控制系统的控制过程为：当压力变送器发送的压力值达到第一设定值时控制器控制调压阀打开，并控制压缩机1启动；当压力变送器发送的压力值降低至第二设定值时控制器控制调压阀关闭，并控制压缩机1停止。
BOG液化回收方法
本发明BOG液化回收方法，用于回收由LNG储罐100产生的BOG，其包括压缩BOG步骤，液化BOG步骤以及回输LNG步骤。
压缩BOG步骤：当LNG储罐100顶部的BOG气相空间压力达到第一设定值时，BOG向外输出至一压缩机进行压缩后，得到压力大于LNG储罐100内压力的压缩气体；当LNG储罐100顶部的BOG气相空间压力降低至第二设定值时，BOG停止向外输出。其中第一设定值范围可以为0.7～0.9MPa；第二设定值可以为0.3～0.4MPa。压缩机的开启与关闭可由控制系统控制自动完成，也可人工控制完成。
液化BOG步骤：将压缩气体输出到一液化装置并液化成LNG；
回输LNG步骤：将LNG输送回LNG储罐100。
在一实施方式中，在回输LNG步骤之前还进一步包括降温步骤和/或降压步骤。降温步骤中将LNG降温形成过饱和LNG；降压步骤中降低LNG的压力至略高于LNG储罐100内压力。降温和降压可通过一节流装置如节流阀一并实现。
在一实施方式中，在压缩BOG步骤之前还进一步包括预热步骤，BOG经预热后再进入压缩BOG，此步骤可以减少对压缩机的限制。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
Claims (11)
1.一种BOG液化回收系统，用于回收由LNG储罐(100)产生的BOG，其特征在于，所述BOG液化回收系统包括：
压缩机(1)；
液化装置，包括盛装有液态氮的液氮贮槽(2)和以及浸没于所述液态氮内的换热管(20)，该换热管(20)具有入口及出口；
第一介质管路(3)，连接于所述LNG储罐(100)顶部的BOG气相空间与所述压缩机(1)入口之间，该第一介质管路(3)上安装有第一自力式调压阀(4)，当所述LNG储罐(100)顶部的气相空间压力达到第一设定值时所述自力式调压阀(4)自动打开，当所述LNG储罐(100)顶部的气相空间压力降低至第二设定值时所述自力式调压阀(4)自动关闭；
第二介质管路(5)，连接于所述压缩机(1)出口与所述换热管(20)的入口之间；
第三介质管路(6)，连接于所述换热管(20)的出口与所述LNG储罐(100)底部之间；以及
控制系统，包括：
压力变送器，用于检测LNG储罐(100)顶部的BOG气相空间压力值或所述第一介质管路(3)内压力值；以及
控制器，用于接收所述压力变送器发送的压力值数据，当所述压力值达到第一设定值时控制所述压缩机(1)启动；当所述压力值降低至第二设定值时控制所述压缩机(1)停止。
2.一种BOG液化回收系统，用于回收由LNG储罐(100)产生的BOG，其特征在于，所述BOG液化回收系统包括：
压缩机(1)；
液化装置，包括盛装有液态氮的液氮贮槽(2)以及浸没于所述液态氮内的换热管(20)，该换热管(20)具有入口及出口；
第一介质管路(3)，连接于所述LNG储罐(100)顶部的BOG气相空间与所述压缩机(1)入口之间，该第一介质管路(3)上安装有调压阀；
第二介质管路(5)，连接于所述压缩机(1)出口与所述换热管(20)的入口之间；
第三介质管路(6)，连接于所述换热管(20)的出口与所述LNG储罐(100)底部之间；
控制系统，包括：
压力变送器，用于检测LNG储罐(100)顶部的BOG气相空间压力值或所述第一介质管路(3)内压力值；以及
控制器，用于接收所述压力变送器发送的压力值数据，当所述压力值达到第一设定值时控制所述调压阀打开并控制所述压缩机(1)启动；当所述压力值降低至第二设定值时控制所述调压阀关闭并控制所述压缩机(1)停止。
3.如权利要求1或2所述的BOG液化回收系统，其特征在于，所述第一设定值为0.7～0.9MPa；所述第二设定值为0.3～0.4MPa。
4.如权利要求1或2所述的BOG液化回收系统，其特征在于，所述BOG液化回收系统还包括安装于所述第一介质管路(3)的空温加热器(7)以及所述空温加热器(7)的旁通支路(70)，该旁通支路(70)上安装有第一截止阀(71)。
5.如权利要求1或2所述的BOG液化回收系统，其特征在于，所述BOG液化回收系统还包括具有至少一个入口和至少一个出口的BOG热交换器(8)，所述第一介质管路(3)和第二介质管路(5)分别连接于所述BOG热交换器(8)的入口和出口。
6.如权利要求1或2所述的BOG液化回收系统，其特征在于，所述第三介质管路(6)上安装有用于降低温度和/或降低压力的节流装置。
7.如权利要求1或2所述的BOG液化回收系统，其特征在于，所述液化装置(2)底部设有液氮充装管(21)，顶部设有氮气放散管(22)。
8.一种BOG液化回收方法，用于回收由LNG储罐产生的BOG，其特征在于，所述BOG液化回收方法包括以下步骤：
压缩BOG步骤：当所述LNG储罐顶部的BOG气相空间压力达到第一设定值时，BOG向外输出至一压缩机进行压缩后，得到压力大于所述LNG储罐内压力的压缩气体；当所述LNG储罐顶部的BOG气相空间压力降低至第二设定值时，BOG停止向外输出；
液化BOG步骤：将所述压缩气体输送到一液化装置液化成LNG；
回输LNG步骤：将所述LNG输送至所述LNG储罐。
9.如权利要求8所述的BOG液化回收系统，其特征在于，所述第一设定值为0.7～0.9MPa；所述第二设定值为0.3～0.4MPa。
10.如权利要求8所述的BOG液化回收系统，其特征在于，在所述回输LNG步骤之前还进一步包括：
降温步骤：使所述LNG降温形成过饱和LNG；和/或
降压步骤：降低所述LNG的压力至高于所述LNG储罐0.1～0.3MPa。
11.如权利要求8所述的BOG液化回收系统，其特征在于，在所述压缩BOG步骤之前还进一步包括：
预热步骤：BOG经预热后再进入压缩BOG。
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