CN110094932A - 液化天然气的蒸发气的再冷凝系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液化天然气的蒸发气的再冷凝系统及方法，该系统包括依次连通的燃料舱、缓冲罐及高压气化器，液化天然气的蒸发气的再冷凝系统还包括：第一通路的一端连通缓冲罐以接入液化天然气；第二通路的一端连通燃料仓以接入蒸发气；第一通路及第二通路的另一端连均可以通至燃料舱、缓冲罐及高压气化器中的一个或多个；冷凝器，第一通路内的液化天然气和第二通路内的蒸发气在冷凝器内进行热交换，从而使得蒸发气冷凝。本发明在液化天然气双燃料船的燃料供给系统的基础上，只增加冷凝器，解决了燃料舱中压力增加过大的问题。避免液化天然气的直接排放，减少了液化天然气的浪费，节约了燃料。

Description

液化天然气的蒸发气的再冷凝系统及方法

技术领域

本发明属于船舶技术领域，尤其涉及一种液化天然气的蒸发气的再冷凝系统及方法。

背景技术

LNG(液化天然气)双燃料船的主机及辅机均采用LNG作为燃料。船舶的主机一般采用高压(通常压力在300bar以上)燃气系统，辅机一般采用低压(通常压力在6-10bar)燃气系统。

LNG双燃料船的燃料供给系统通常包括LNG燃料舱，燃料泵、BOG(Boil Off Gas，即液化天然气蒸发汽))压缩机、缓冲罐、增压泵、高压气化器及主机等，上述设备之间通过管道连接，并在设备之间增加控制阀。

其中，燃料舱用于存储LNG燃料，一般其上部有蒸发的BOG，下部LNG液体燃料。LNG燃料舱中的BOG为过冷气体，LNG为过冷液体。两者均存在大量的冷能。

燃料泵通常采用浸没式低温低压潜液泵，对于主机高压供气采用LNG燃料舱内设置燃料泵+舱外往复式活塞式增压泵；对于辅机低压供气采用舱内设置燃料泵。燃料泵的作用是根据主机和辅机燃气的实际消耗量来提供实际所需的LNG流量；燃料舱内的两台燃料泵互为备用。

BOG压缩机通常为活塞式低温压缩机，额定排压6.5barg，最高不超过10barg，通常采用两级压缩，其作用是调节LNG燃料舱的压力。

缓冲罐为低温压力容器，其管程设计压力10bar，容积5m³，其作用是为低压燃气系统提供压力。增压泵的作用是增加LNG液体压力。

高压气化器为管壳式结构，其作用是将LNG气化及升温至常温，并供给船舶的发动机。

当LNG双燃料船的主机或辅机工作状态时，主机或辅机消耗燃料量远远高于LNG燃料舱的BOG产生量，也就是自然蒸发BOG可以全部消耗掉，因此这部分BOG可以不考虑额外处理。

当LNG双燃料船的主机及发电机非工作状态时，LNG燃料舱产生的BOG则无法被消耗，随着LNG双燃料船停止时间的增加，LNG燃料舱内的BOG逐渐增多，有可能会导致LNG燃料舱内舱压不断增加，进而导致LNG燃料舱变形破损，从而造成LNG燃料的泄漏，形成巨大的安全问题。目前，通常采用直接排放的方式处理LNG燃料舱内的BOG气体。此种处理方法造成了LNG的严重浪费。

在其他行业中，比如LNG加注站或LNG接收站，一般采用低温制冷机作为冷源液将BOG进行再冷凝。具体如图1及图。

如图1中，LNG储罐10中的低温LNG吸收外界传入的热量，从而蒸发产生BOG，BOG通过低温截止阀11进入低温制冷机12，BOG在低温制冷机12的冷头提供的冷能作用下液化成LNG，并且储存在LNG低温小储罐13中，并且LNG泵14的作用下，经过低温截止阀11，LNG回流至LNG储罐10中，从而实现LNG储存的BOG零损耗。本处理方法需要低温制冷机12提供冷能，该方法占用空间大，并且设备成本及使用成均较高。

如图2中，LNG储罐10中的低温LNG吸收外界传入的热量，从而蒸发产生BOG，BOG存储在LNG储罐10中。

LNG在LNG泵14的作用下，通过低温截止阀11及进入低温制冷机12，LNG在低温制冷机12的冷头提供的冷能作用下使得LNG的温度更低，形成过冷LNG，过冷LNG获得了更多的冷能，过冷LNG临时储存在低温小储罐13中，再经过低温截止阀11及喷头15弥散在BOG中，BOG吸收过冷LNG的冷能，BOG吸收冷能后液化为LNG，从而实现LNG储存的BOG零损耗。本处理方法也是需要低温制冷机12提供冷能，该方法占用空间大，并且设备成本及使用成均较高。

综上所述，LNG双燃料船的主机及辅机在非工作状态时，存在LNG燃料舱内BOG逐渐增多、可能造成LNG燃料舱压力过大的问题，目前直接将BOG排放的处理方法有待改善。而LNG加气站或者LNG接收站中回收BOG的方法，由于需要增加大量设备，该相关设备需要占用大量的空间，并且设备固定成本及使用成均较高。对于本就空间狭窄的LNG双燃料船来讲，现有技术中关于BOG的处理方法并不适合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种液化天然气的蒸发气的再冷凝系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，包括依次连通的燃料舱、缓冲罐及高压气化器，其特点在于，液化天然气的蒸发气的再冷凝系统还包括：

一第一通路，所述第一通路的一端连通所述缓冲罐以接入液化天然气，另一端连通至所述燃料舱、所述缓冲罐或所述高压气化器中的一个或多个；

一第二通路，所述第二通路的一端连通所述燃料仓以接入蒸发气，另一端连通至所述燃料舱、所述缓冲罐或所述高压气化器中的一个或多个；

一冷凝器，所述第一通路内的液化天然气和所述第二通路内的蒸发气在所述冷凝器内进行热交换，从而使得所述第二通路内的蒸发气冷凝为液化天然气。

在本方案中，通过采用以上方法，在液化天然气双燃料船的燃料供给系统中增加冷凝器，并将燃料舱中的蒸发气通入冷凝器，同时将液化天然气通入冷凝器，使蒸发气及液化天然气在冷凝器中进行热交换，进而使蒸发气冷凝为液化天然气，冷凝后的液化天然气再回流至燃料舱、缓冲罐或高压气化器。本发明解决了燃料舱中蒸发气过多，压力增加过大的问题，使得燃料舱中的压力保持相对稳定。本发明通过回收液化天然气，也避免液化天然气的直接排放，减少了液化天然气的浪费，节约了燃料。同时，本发明在在液化天然气双燃料船的燃料供给系统的基础上，只需要增加冷凝器，降低了船舶燃料供给系统改造的成本，节约了船舶中的空间。

较佳地，在所述第一通路中，所述液化天然气经增压进入所述冷凝器；在所述第二通路中，所述蒸发气经压缩进入所述冷凝器。

在本方案中，通过采用以上方法，通过增加冷凝器内的压力，进而使的蒸发气更容易冷凝为液化天然气。

较佳地，所述冷凝器为高压冷凝器，所述高压冷凝器能够承受的最大压力大于300bar，所述高压冷凝器为管壳式高压冷凝器或者管板式高压冷凝器。

在本方案中，通过采用以上方法，提高蒸发气与液化天然气在冷凝器中的换热效率，使得蒸发气更彻底的冷凝为液化天然气。

较佳地，所述蒸发气的再冷凝系统还包括燃料泵，在所述第一通路中，所述燃料泵将液化天然气输送至所述缓冲罐。

在本方案中，通过采用以上方法，利用燃料供给系统中原有的设备完成液化天然气的输送，降低了蒸发气再冷凝系统的成本。

较佳地，所述缓冲罐内设置喷头，液化天然气通过所述喷头喷入所述缓冲罐。

在本方案中，通过采用以上方法，避免了低温的液化天然气短时间大量的流入缓冲罐，避免了缓冲罐局部温度骤然下降，使得缓冲罐的温度缓慢下降，提高了缓冲罐的使用寿命。

较佳地，所述蒸发气再冷凝系统包括压力探测装置及控制装置；

所述压力探测装置用于检测所述燃料舱内的所述蒸发气的压力，所述压力探测装置在一个预定时间内检测一次所述压力，并将所述压力发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述压力探测装置检测到的所述压力进行判断，如果所述压力符合预设条件，则所述控制装置接通所述第一通路及所述第二通路；

如果所述压力不符合预设条件，则控制装置关闭所述第一通路及所述第二通路。

在本方案中，通过采用以上方法，使得蒸发气再冷凝系统能够自动运行，减少意外出现，提高了蒸发气再冷凝系统的安全系数。

较佳地，所述预定时间为5min-30min，所述预设条件的范围为1MPa-1.5MPa。

在本方案中，通过采用以上方法，设置适当的监测条件，保证了燃料供给系统的按其，也降低了蒸发气再冷凝系统运行的成本。

一种液化天然气的蒸发气的再冷凝方法，其特点在于，其使用如上所述的蒸发气的再冷凝系统。

较佳地，包括以下步骤：

S1：液化天然气经所述第一通路进入所述冷凝器；

S2：所述燃料舱中的蒸发气经所述第二通路进入所述冷凝器；

S3：所述冷凝器中的液化天然气及蒸发气交换热量，蒸发气冷凝为液体；

S4：所述第一通路中的液化天然气及所述第二通路中冷凝为液化天然气的蒸发气输送至所述燃料舱、缓冲罐或高压气化器中的一种或多种。

较佳地，在S3之前，液化天然气及蒸发气的压力调节至高压，所述高压的压力不小于300bar。

在本方案中，通过采用以上方法，通过增加压力，进而使的蒸发气更容易冷凝为液化天然气。

本发明的积极进步效果在于：

本发明在液化天然气双燃料船的燃料供给系统中增加冷凝器，并将燃料舱中的蒸发气通入冷凝器，同时将液化天然气通入冷凝器，使蒸发气及液化天然气在冷凝器中进行热交换，进而使蒸发气冷凝为液化天然气，冷凝后的液化天然气再回流至燃料舱、缓冲罐或高压气化器。本发明解决了燃料舱中蒸发气过多，压力增加过大的问题，使得燃料舱中的压力保持相对稳定。本发明通过回收液化天然气，也避免液化天然气的直接排放，减少了液化天然气的浪费，节约了燃料。同时，本发明在在液化天然气双燃料船的燃料供给系统的基础上，只需要增加冷凝器，降低了船舶燃料供给系统改造的成本，节约了船舶中的空间。

附图说明

图1为现有技术中BOG处理系统1的示意图。

图2为现有技术中BOG处理系统2的示意图。

图3为本发明优选实施例蒸发气再冷凝系统的结构示意图。

图4为本发明优选实施例蒸发气再冷凝系统的控制原理图。

图5为本发明优选实施例蒸发气的再冷凝方法的流程图

附图标记说明：

LNG储罐 10

低温截止阀 11

低温制冷机 12

低温小储罐 13

LNG泵 14

喷头 15

燃料舱 2

燃料泵 31

压缩机 32

增压泵 33

缓冲罐 5

高压气化器 6

主机 7

压力探测装置 81

控制装置 82

冷凝器 9

控制阀 A

调压阀 W

步骤 S1-S4

步骤 T1-T4

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

如图3所示，本实施例提供了一种液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，

包括依次连通的燃料舱2、缓冲罐5及高压气化器6，液化天然气的蒸发气的再冷凝系统还包括：

一第一通路，第一通路的一端连通缓冲罐5以接入液化天然气，另一端连通至燃料舱2、缓冲罐5或高压气化器6中的一个或多个；

一第二通路，第二通路的一端连通燃料仓以接入蒸发气，另一端连通至燃料舱2、缓冲罐5或高压气化器6中的一个或多个；

一冷凝器9，第一通路内的液化天然气和第二通路内的蒸发气在冷凝器9内进行热交换，从而使得第二通路内的蒸发气冷凝为液化天然气。

在本实施例中，通过在液化天然气双燃料船的燃料供给系统中增加冷凝器9，并将燃料舱2中的蒸发气通入冷凝器9，同时将液化天然气通入冷凝器9，使蒸发气及液化天然气在冷凝器9中进行热交换，进而使蒸发气冷凝为液化天然气，冷凝后的液化天然气再回流至燃料舱2、缓冲罐5或高压气化器6。本发明解决了燃料舱2中蒸发气过多，压力增加过大的问题，使得燃料舱2中的压力保持相对稳定。同时，通过回收液化天然气，也避免液化天然气的直接排放，减少了液化天然气的浪费，节约了燃料。另外，本发明在在液化天然气双燃料船的燃料供给系统的基础上，只需要增加冷凝器9，降低了船舶燃料供给系统改造的成本，节约了船舶中的空间。

具体的，在图3中，燃料舱2内存储液化天然气，在液化天然气在燃料舱2中吸收外界热量形成蒸发气。在第一通路中，燃料舱2中设置燃料泵31，燃料泵31可以只设置一台，优选并联设置两台，两台燃料泵31互为备用。燃料泵31将液化天然气输送至缓冲罐5。为了避免缓冲罐5局部温度骤然下降，还可以在缓冲罐5内设置喷头15，液化天然气通过喷头15喷入缓冲罐5。缓冲罐5中的液化天然气经增压泵33进入冷凝器9。当然，增压泵33也可以使用其他增压设备替换，本图4中利用2台增压泵33并联设置，增加了进入冷凝器9中的液化天然气的流量，有利于提高蒸发气与液化天然气的热量交换效率，使蒸发气更快的冷凝。

在第二通路中，燃料舱2中的蒸发气经压缩机32进入冷凝器9。为了提高压缩后蒸发气的压力，本实施例中采用2级压缩，将两部压缩机32串联设置。为了提高处理蒸发气的速度，本实施例采用两组串联的压缩机32再进行并联设置。当然，也可以采用其他形式的蒸发气加压设备。

蒸发气及液化天然气进入冷凝器9后，两者开始进入热量交换，蒸发气被冷凝为液化天然气。冷凝后的液化天然气经调压阀W回流至缓冲罐5。在其他实施例中，也可以将冷凝后的液化天然气输送至缓冲罐5或者高压气化器6，均能达到减少了液化天然气的浪费，节约了燃料的目的。第一通路中的液化天然气在经过冷凝器9后进入高压气化器6，经气化升温后供主机7使用。类似的，第一通路中的液化天然气也可以输送至缓冲罐5或者燃料舱2。

为了进一步提高蒸发气与液化天然气在冷凝器9中的换热效率，还可以将冷凝器9选为高压冷凝器，高压冷凝器能够承受的最大压力大于300bar。更进一步，也可以将高压冷凝器选为管壳式高压冷凝器或者管板式高压冷凝器。

为了提高蒸发气再冷凝系统的自动化程度，蒸发气再冷凝系统还可以包括设置压力探测装置81及控制装置82。压力探测装置81设置在燃料舱2的内部。压力探测装置81用于探测燃料舱2内的蒸发气的压力。如图4所示，为本发明优选实施例蒸发气再冷凝系统的控制原理图。在步骤T1中，压力探测装置81在一个预定时间内检测一次压力，并将压力信号发送至控制装置82。在步骤T2中，控制装置82根据压力探测装置81检测到的压力信号进行判断，如果压力信号符合预设条件，则如步骤T3所示，控制装置82接通第一通路及第二通路；如果压力信号不符合预设条件，则如步骤T4所示，控制装置82关闭第一通路及第二通路。

本实施例使得蒸发气再冷凝系统能够自动运行，减少意外情况出现，提高了蒸发气再冷凝系统的安全系数。

本实施例中，预定时间为10min，预设条件为1.1MPa，当然预定时间还可以在5min-30min之间，预设条件还可以在1MPa-1.5MPa之间。本实施例通过设置适当的监测条件，保证了燃料供给系统的按其，也降低了蒸发气再冷凝系统运行的成本。

如图5所示，图中显示了一种液化天然气的蒸发气的再冷凝方法的流程图。液化天然气的蒸发气的再冷凝方法包括以下步骤：

S1：液化天然气经所述第一通路进入所述冷凝器；

S2：所述燃料舱中的蒸发气经所述第二通路进入所述冷凝器；

S3：所述冷凝器中的液化天然气及蒸发气交换热量，蒸发气冷凝为液体；

S4：所述第一通路中的液化天然气及所述第二通路中冷凝为液化天然气的蒸发气输送至所述燃料舱、缓冲罐或高压气化器中的一种或多种。

为了使蒸发气更容易冷凝，还可以使液化天然气及蒸发气的压力调节至高压，高压的压力不小于300bar。本实施例可以将高压调至330bar。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，包括依次连通的燃料舱、缓冲罐及高压气化器，其特征在于，所述蒸发气的再冷凝系统还包括：

一第一通路，所述第一通路的一端连通所述缓冲罐以接入液化天然气，另一端连通至所述燃料舱、所述缓冲罐或所述高压气化器中的一个或多个；

一第二通路，所述第二通路的一端连通所述燃料仓以接入蒸发气，另一端连通至所述燃料舱、所述缓冲罐或所述高压气化器中的一个或多个；

一冷凝器，所述第一通路内的液化天然气和所述第二通路内的蒸发气在所述冷凝器内进行热交换，以使所述第二通路内的蒸发气冷凝为液化天然气。

2.如权利要求1所述的液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，其特征在于，在所述第一通路中，液化天然气经增压进入所述冷凝器；

在所述第二通路中，蒸发气经压缩进入所述冷凝器。

3.如权利要求1所述的液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，其特征在于，所述冷凝器为高压冷凝器，所述高压冷凝器能够承受的最大压力大于300bar，所述高压冷凝器为管壳式高压冷凝器或者管板式高压冷凝器。

4.如权利要求1所述的液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，其特征在于，所述蒸发气的再冷凝系统还包括燃料泵，在所述第一通路中，所述燃料泵将液化天然气输送至所述缓冲罐。

5.如权利要求1所述的液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，其特征在于，所述缓冲罐内设置喷头，液化天然气通过所述喷头喷入所述缓冲罐。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，其特征在于，所述蒸发气的再冷凝系统还包括压力探测装置及控制装置；

所述压力探测装置用于检测所述燃料舱内的蒸发气的压力，所述压力探测装置在预定时间内检测一次压力，并将压力信号发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述压力探测装置检测到的压力信号进行判断，如果压力信号符合预设条件，则所述控制装置接通所述第一通路及所述第二通路；

如果压力信号不符合预设条件，则所述控制装置关闭所述第一通路及所述第二通路。

7.如权利要求6所述的液化天然气的蒸发气的再冷凝系统，其特征在于，所述预定时间的范围为5min-30min，所述预设条件的范围为1MPa-1.5MPa。

8.一种液化天然气的蒸发气的再冷凝方法，其特征在于，其使用如权利要求1-7中任意一项所述的蒸发气的再冷凝系统。

9.如权利要求8所述的蒸发气的再冷凝方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：液化天然气经所述第一通路进入所述冷凝器；

S2：所述燃料舱中的蒸发气经所述第二通路进入所述冷凝器；

S3：所述冷凝器中的液化天然气及蒸发气交换热量，蒸发气冷凝为液体；

S4：所述第一通路中的液化天然气及所述第二通路中冷凝为液化天然气的蒸发气输送至所述燃料舱、缓冲罐或高压气化器中的一种或多种。

10.如权利要求9所述的蒸发气的再冷凝方法，其特征在于，在S3之前，液化天然气及蒸发气的压力调节至高压，所述高压的压力不小于300bar。