CN111141107B - 一种船用voc、bog综合液化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种船用VOC、BOG综合液化系统，包括VOC再液化循环、单工质双级双制冷温度的制冷循环、斯特林制冷循环和BOG再液化循环四个循环系统，其中VOC再液化循环系统通过第一换热器与第二换热器与压缩制冷循环连接，通过第四换热器与所述斯特林制冷循环连接，BOG再液化循环系统通过第五换热器与斯特林制冷循环连接，并在斯特林制冷循环系统中接入海水冷却循环。本发明将VOC再液化与BOG再液化相结合，利用单工质双级双制冷温度的压缩式制冷系统及斯特林制冷的船用VOC、BOG综合液化方法，实现VOC与BOG的综合再液化，克服了斯特林制冷机的高能耗问题，实现双级双制冷温度对VOC进行分级液化，有良好的制冷量调节能力。

Description

一种船用VOC、BOG综合液化系统及方法
技术领域
本发明涉及对用船舶储运原油及LNG储存使用过程中产生的气体的再液化，具体涉及一种VOC再液化与BOG再液化的综合液化系统及其液化方法。
背景技术
原油是一种重要的能源，多集中产于中东地区，欧美及亚洲多数国家都需要通过原油进口来满足各国的能源供给需求。原油运输船舶或油轮是原油的主要运输工具。原油属于多种液态烃的混合物，烃组分具有很强的挥发性，因此在原油存储、运输和装卸过程中会产生大量的VOC(volatile organic compounds，挥发性有机物)气体，VOC气体的直接排放不仅会造成大量的能源浪费，而且还会污染环境。目前广泛使用的VOC回收方法主要有冷凝法和吸附法。吸附法主要用于重烃组分不高的情况，无法连续使用和使用范围比较狭小。冷凝法是适用性更强的VOC回收方法，但其净化程度受冷凝温度限制，冷凝温度要达到-110℃左右才能保证VOC的回收率达到国家排放标准。且VOC气体的组分会随原油产地的不同而不同，相应的制冷系统的制冷量要求也会变化，所以制冷系统的制冷量调节能力是VOC有效液化的重要要求。
由于近年来环保要求越来越严格，采油机驱动的船舶或油轮其尾气排放标准越来越高，需要添加价格昂贵、体积庞大的脱硫脱硝装置才能使最终排放的尾气达到相应要求。LNG为液化天然气，其主要成分是甲烷(CH4)，是新兴的一种清洁能源，是未来船舶动力能源的发展趋势，目前已有全LNG动力船舶和采用LNG与柴油的双燃料动力船舶的实船，同时船厂该类船舶的订单数量也逐年增加。LNG是以0.1MPa，-163℃条件储存于常压低温LNG储罐中，受环境漏热、装卸设备运行生成热、装卸时储存压力变化等作用会产生BOG气体，为了避免储罐内压力增高，以至威胁储罐安全，LNG储罐内压力达到设定值时，需将低温BOG排出LNG储罐，如果直接排放至空气会造成能源浪费。
根据上述内容可知，对于采用LNG为动力的原油储运船舶，为了减少不必要的能源浪费，同时使船舶气体排放达到环保要求，需要对VOG和BOG气体进行液化回收。有学者提出利用LNG气化释放的冷能回收VOC，和利用过冷LNG液化BOG，但实际由于VOC和BOG的冷凝均具有间隙运行、冷量需求小的特征，LNG冷凝的利用会增加系统复杂性和动力机的性能稳定性，所以更适合由专门的LNG气化冷能回收系统完成冷能回收与利用。
斯特林制冷机是一种中低冷量的低温制冷机，能实现-170℃的低温，能够满足BOG气体液化时低温及冷量需求，用于VOC液化时，因为-170℃远低于-110℃环保要求的VOC液化回收温度，同时还能将VOC中的甲烷进行液化回收，进一步减小VOC气体中烷烃类能源的浪费，而且斯特林制冷机体积小，能撬装，连接管路少，应用于船舶后对船舶结构与空间影响小。斯特林制冷机最大的缺点就是耗电量高、能效低。
因此，需要研发一种适合LNG动力或双燃料动力的原油储运船舶使用的VOC和BOG液化系统，采用斯特林制冷机提供低温和冷量需求，同时克服斯特林制冷机的高能耗问题，进而减小原油储运船舶的能源浪费及环境影响；同时VOC液化的制冷系统要具备优良的制冷量调节能力，适应VOC组分的变化。
发明内容
本发明的目的是针对LNG动力船舶和采用LNG与柴油的双燃料动力船舶在储运原油及LNG储存使用过程中产生的VOC与BOG挥发气体，提供一种将VOC再液化与BOG再液化相结合，且采用压缩制冷循环及斯特林制冷循环的船用VOC、BOG综合液化系统及方法。
本发明能实现VOC与BOG的综合再液化，同时克服了斯特林制冷机的高能耗问题，且制冷系统能实现双级双制冷温度对VOC进行分级液化，制冷系统具备良好的制冷量调节能力。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种船用VOC、BOG综合液化系统及方法，包括四个循环，VOC再液化循环、单工质双级双制冷温度的制冷循环、斯特林制冷循环、和BOG再液化循环四个循环系统，其中，所述VOC再液化循环系统包括货油舱、VOC压缩机、第一换热器、第一气液分离器、干燥过滤器、第二换热器、第二气液分离器、第三换热器、第三气液分离器、第四换热器、第四气液分离器；单工质双级双制冷温度的制冷循环包括低压压缩机、中间冷却器、第一节流装置、第二换热器、第一换热器、高压压缩机、冷凝器、第二节流装置；斯特林制冷循环包括斯特林制冷机、第四换热器、第五换热器、低温风机、第七换热器、水泵；BOG再液化循环包括LNG储罐、BOG缓冲罐、第五换热器；所述VOC再液化循环通过所述第一换热器与第二换热器与压缩制冷循环连接，通过第四换热器与所述斯特林制冷循环连接，所述BOG再液化系统通过第五换热器与斯特林制冷循环连接。
进一步，所述VOC再液化循环中，货油舱通过第一电磁阀连接VOC压缩机入口，所述VOC压缩机出口连接至第一换热器中间入口，所述第一换热器中间出口通过第一气液分离器连接至干燥过滤器入口，所述干燥过滤器出口连接至第二换热器中间入口，所述第二换热器中间出口通过第二气液分离器连接至所述第三换热器上部接口，所述第三换热器上部出口通过第三气液分离器连接至第四换热器下部入口，所述第四换热器下部出口通过第四气液分离器连接至第三换热器下部入口，所述第三换热器下部出口连接至第二换热器下部入口，所述第二换热器下部出口连接至第一换热器下部入口，所述第一换热器下部出口连接大气。
进一步，压缩制冷循环中，所述低压压缩机出口连接中间冷却器右侧接口，所述中间冷却器上侧接口连接高压压缩机入口，高压压缩机出口连接冷凝器入口，冷凝器出口连接第二节流装置入口，所述第二节流装置出口连接中间冷却器左侧上部接口，所述中间冷却器下侧接口连接第一节流装置入口，所述第一节流装置出口连接第二换热器上部入口，所述第二换热器上部出口连接低压压缩机入口，所述中间冷却器左侧下部出口连接至第一调节阀入口，所述第一调节阀出口连接至第一换热器上部入口，所述第一换热器上部出口连接至中间冷却器左侧中间入口。
进一步，所述单工质双级双制冷温度的制冷循环中，低压压缩机与高压压缩机为变频螺杆压缩机，第一节流装置为外平衡热力膨胀阀，第一调节阀为温控能量调节，冷凝器为风冷式冷凝器。
进一步，BOG再液化循环中，LNG储罐通过第二电磁阀连接BOG缓冲罐入口，所述BOG缓冲罐上部出口连接至船舶动力机的供气管路，BOG缓冲罐下部出口通过第六阀门连接第五换热器上部入口，所述第五换热器上部出口通过第四阀门与LNG储罐入口连接。
进一步，所述斯特林制冷循环中，第五换热器下部入口通过第一阀门和第四换热器上部入口通过第二阀门共同连接至所述斯特林制冷机上部出口，所述第五换热器下部出口通过第二单向阀和第四换热器上部出口通过第一单向阀共同连接至所述低温风机入口，所述低温风机出口通过第三阀门连接至斯特林制冷机上部入口，海水通过第七阀门连接至所述水泵入口，所述第六换热器上部入口通过第三电磁阀，和第七换热器上部入口通过第四电磁阀共同连接至水泵出口，船舶冷水机组的冷却水通过第二调节阀连接至第六换热器下部入口，船舶冷水机组的冷冻水通过第三调节阀连接至第七换热器下部入口，所述第六换热器上部出口与所述第七换热器上部出口共同连接至斯特林制冷机下部入口，斯特林制冷机下部出口连接海水。
一种船用VOC、BOG综合液化系统的工作方法，包括VOC液化方法和BOG液化方法，具体内容和步骤如下：
一、VOC液化方法：
第一电磁阀、第二阀门、第三阀门和第七阀门开启，当海水温度低于15℃时，第三电磁阀开启，当海水温度高于15℃时，第四电磁阀开启；启动VOC压缩机，制冷系统的低压压缩机、高压压缩机和冷凝器风机启动，斯特林制冷机启动，低温风机开启；货油舱出来的VOC气体通过第一电磁阀进入VOC压缩机压缩，然后进入第一换热器一级液化后，经第一气液分离器分离出液体后，然后经干燥过滤器进入第二换热器二级液化后，经第二气液分离器分离出液体，然后进入第三换热器实现三级液化，经第三气液分离器分离出液体后进入第四换热器四级液化，再经第四气液分离器分离出液体，剩余不凝性气体依次经过第三换热器、第二换热器及第一换热器释放冷量给来路的VOC气体，最后排出大气；
制冷循环中，中间冷却器中的制冷剂液体，一部分经第一调节阀调节流量后进入第一换热器内蒸发吸热，实现3℃的制冷温度用于VOC一级液化，然后进入中间冷却器，另一路经第一节流装置进入第二换热器内蒸发吸热，实现-40℃的制冷温度用于VOC二级液化，然后进入低压压缩机压缩成中温中压气态制冷剂进入中间冷却器，两路的气态制冷剂进入中间冷却器后一起送入高压压缩机压缩成高温高压的气态制冷剂，然后进入冷凝器冷凝放热，最后经第二节流装置流入中间冷却器；
斯特林制冷循环中，根据温度的不同，海水经水泵进入第六换热器或者第七换热器调温，出口温度达到15℃后作为冷却水进入斯特林制冷机，然后排出；船用冷水机组37℃的冷却水回水可经第二调节阀进入第六换热器，用于当海水温度低于15℃时对海水进行加热；船用冷水机组的7℃冷冻水可经第三调节阀进入第七换热器，用于当海水温度高于15℃时对海水进行冷却；
斯特林制冷机的冷量由氦气取出并使用，低温风机出口的氦气经第三阀门后进入斯特林制冷机降温至-170℃以下，然后经第二阀门进入第四换热器放热用于VOC的四级冷凝，氦气升温后经第一单向阀进入低温风机继续下一循环。
二、BOG液化方法
当船舶动力机需要天然气时，第二电磁阀和第五阀门开启，LNG储罐出来的BOG经第二电磁阀进入BOG缓冲罐稳压后，经第五阀门连接船舶动力机的供气管路；
当船舶动力不需要天然气或者船舶停运时，第二电磁阀、第六阀门和第四阀门打开，斯特林制冷循环工作：第七阀门和第一阀门打开，开启水泵、低温风机和斯特林制冷机；BOG经第二电磁阀进入到BOG缓冲罐中，然后经过第六阀门进入到第五换热器冷凝液化，液体经过第四阀门回流至LNG储罐中，此时流出斯特林制冷机的氦气经第一阀门进入第五换热器放热用于BOG的冷凝，氦气升温后经第二单向阀进入低温风机，然后经第三阀门进入斯特林制冷机继续下一循环；斯特林制冷循环的冷却水供给方法同VOC液化循环相同。
进一步，所述第二调节阀开度与所述第六换热器的出口温度成反比例调节关系；所述第三调节阀开度与所述第七换热器的出口温度成正比例调节关系。
进一步，所述第三电磁阀和第四电磁阀、第二调节阀和第三调节阀分别构成两对阀组，每对阀组开关控制时，需实现其中一个阀门打开时另一个阀门必须关闭的互锁控制，当第三电磁阀开启时，第二调节阀也开启，同时第四电磁阀必须关闭，第三调节阀必须关闭；当第四电磁阀开启时，第三调节阀也开启，同时第三电磁阀必须关闭，第二调节阀必须关闭。
进一步，所述第一调节阀开度与所第一换热器的出口温度成正比例调节关系；低压压缩机转速与第二换热器的出口温度成正比例调节关系；高压压缩机转速与中间冷却器的出口压力成正比例调节关系。
本发明将VOC再液化与BOG再液化结合起来，同时对携带大量冷量的不凝性气体进行冷量回收。VOC液化过程中，压缩制冷循环通过第一换热器与第二换热器分级液化VOC气体，所需制冷量通过第一调节阀、低压压缩机和高压压缩机进行调节；斯特林的氦气循环分两路，一路流经第四换热器冷凝液化VOC，一路通过第五换热器冷凝液化BOG，它们通过控制第一阀门与第二阀门的开关实现控制；从LNG储罐出来的BOG气体通过第二电磁阀先进入到BOG缓冲罐中，起到缓冲与稳压作用，而后根据需求输送至船舶动力机的供气管路或者再液化；为保证进入斯特林制冷机冷却水为15℃的海水，设置有两条加热与冷却海水的并联管路，其一通过第六换热器连接船舶冷水机组冷却水管路，其二通过第七换热器连接船舶冷水机组冷冻水管路，通过第三电磁阀与第四电磁阀及第二调节阀与第三调节阀的开关实现控制。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术效果：
利用压缩制冷循环和斯特林制冷循环实现了VOC与BOG的综合液化，由于斯特林机能提供-170℃低温，液化BOG不再需要通过压缩机压缩以提高其冷凝温度，对于常规BOG再液化系统省去了一台BOG压缩机，降低了设备投资与运行成本；对于VOC系统，VOC中的甲烷也能得到液化，进而提高VOC的液化回收率；单工质双级双制冷温度的制冷循环在一个系统中提供了两种不同的蒸发温度，同时具备优良的制冷量调节能力以满足VOC组分变化，从而实现VOC分级液化，简化设备，系统更可靠；在第一换热器、第二换热器及第三换热器中增设了不凝结气体冷量回收的换热管路，用于回收不凝结气体冷量，进而减小制冷系统的负荷，节约运行成本；在斯特林制冷系循环中引入海水冷却循环，利用船舶冷水机组的冷却水回水及冷冻水对海水进行调温，作为冷却水送入斯特林制冷机中，斯特林制冷机因此不再需要专门配备冷却系统，降低斯特林制冷机运行能耗。
附图说明
图1是本发明的系统构造示意图：
图中附图标记说明：101为货油舱，102为VOC压缩机，103为第一换热器，104为第一气液分离器，105为干燥过滤器，106为第二换热器，107为第二气液分离器，108为第三换热器，109为第三气液分离器，110为第四换热器，111为第四气液分离器，112为第一电磁阀，201为低压压缩机，202为中间冷却器，203为高压压缩机，204为冷凝器，205为第二节流装置，206为第一节流装置，207为第一调节阀，301为LNG储罐，302为BOG缓冲罐，303为第五换热器，304为第四阀门，305为第二电磁阀，306为第五阀门，307为第六阀门，401为斯特林制冷机，402为低温风机，403为第六换热器，404为第七换热器，405为水泵，406为第二阀门，407为第一单向阀，408为第一阀门，409为第二单向阀，410为第三阀门，411为第七阀门，412为第三电磁阀，413为第四电磁阀，414为第二调节阀，415为第三调节阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的，特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做出进一步的详细说明。
如图1所示：一种船用VOC、BOG综合液化系统，包括四个循环系统，即VOC再液化循环系统、单工质双级双制冷温度的制冷循环系统、斯特林制冷循环系统、BOG再液化循环系统，其中，所述VOC再液化循环系统包括货油舱101、VOC压缩机102、第一换热器103、第一气液分离器104、干燥过滤器105、第二换热器106、第二气液分离器107、第三换热器108、第三气液分离器109、第四换热器110、第四气液分离器111；单工质双级双制冷温度的制冷循环系统包括低压压缩机201、中间冷却器202、第一节流装置206、第一调节阀207、第二换热器106、第一换热器103、高压压缩机203、冷凝器204、第二节流装置205；斯特林制冷循环系统包括斯特林制冷机401、第四换热器110、第五换热器303、低温风机402、第六换热器403、第七换热器404、水泵405；BOG再液化循环系统包括LNG储罐301、第二电磁阀305、BOG缓冲罐302、第五换热器303；
所述VOC再液化循环系统通过所述第一换热器103与第二换热器106与压缩制冷循环连接，通过第四换热器110与所述斯特林制冷循环系统连接，所述BOG再液化系统通过第五换热器303与斯特林制冷循环系统连接，出于对VOC分级液化的需要，单工质双级双制冷温度的制冷循环提供了两种不同蒸发温度，通过第一换热器103与第二换热器106分级液化VOC，斯特林制冷机401提供-170℃的低温，通过第四换热器110液化VOC，能实现VOC液化回收率能达到90％以上；通过第五换热器303保证BOG液化所需温度及冷量。
所述VOC再液化循环中，货油舱101通过第一电磁阀112连接VOC压缩机102入口，所述VOC压缩机102出口连接至第一换热器103中间入口b1，所述第一换热器103中间出口b2通过第一气液分离器104连接至干燥过滤器105入口，所述干燥过滤器105出口连接至第二换热器106中间入口e1，所述第二换热器106中间出口e2通过第二气液分离器107连接至所述第三换热器108上部接口h1，所述第三换热器108上部出口h2通过第三气液分离器109连接至第四换热器110下部入口i1，所述第四换热器110下部出口i2通过第四气液分离器111连接至第三换热器108下部入口g2，VOC依次通过第一换热器103、第二换热器106、第三换热器108及第四换热器110进行换热，VOC得以分级液化，每一级液化出来的组分通过气液分离器实现气液分离，气液分离器同时起着储罐的作用；
所述第三换热器108下部出口g1连接至第二换热器106下部入口d2，所述第二换热器106下部出口d1连接至第一换热器103下部入口a2，所述第一换热器103下部出口a1连接大气，为充分利用不凝性气体携带的冷量，在第一换热器、第二换热器及第三换热器中增设了不凝结气体冷量回收的换热管路，减小制冷系统负荷，降低能耗。
所述单工质双级双制冷温度的制冷循环系统中，所述低压压缩机201出口连接中间冷却器202右侧接口r1，所述中间冷却器202上侧接口r2连接高压压缩机203入口，所述高压压缩机203出口连接冷凝器204入口，所述冷凝器204出口连接第二节流装置205入口，所述第二节流装置205出口连接中间冷却器202左侧上部接口r3，所述中间冷却器202下侧接口r6连接第一节流装置206入口，所述第一节流装置206出口连接第二换热器106上部入口f1，所述第二换热器106上部出口f2连接低压压缩机201入口，所述中间冷却器202左侧下部出口r5连接至第一调节阀207入口，所述第一调节阀207出口连接至第一换热器103上部入口c2，所述第一换热器103上部出口c1连接至中间冷却器202左侧中间入口r4，中间冷却器202的液态制冷剂，一路经第一调节阀207进入第一换热器103提供3℃的制冷温度，一路经第一节流装置206节流后进入第二换热器106提供-40℃的制冷温度。
所述单工质双级双制冷温度的制冷循环系统中，所述低压压缩机201与高压压缩机203为变频螺杆压缩机，所述第一节流装置205为外平衡热力膨胀阀，所述第一调节阀207为温控能量调节阀，所述冷凝器204为风冷式冷凝器，采用变频螺杆压缩机、外平衡热力膨胀阀和温控调节阀是为了实现优良的制冷量调节能力，当VOC组分变化时，压缩制冷循环制冷量能灵活变化，保证制冷温度，从而实现VOC分级液化。
所述BOG再液化循环系统中，LNG储罐301通过第二电磁阀305连接BOG缓冲罐302入口，所述BOG缓冲罐302上部出口q2连接至船舶动力机的供气管路，所述BOG缓冲罐302下部出口q1通过第六阀门307连接第五换热器303上部入口l1，所述第五换热器303上部出口l2通过第四阀门304与LNG储罐301入口连接，BOG经BOG缓冲罐302稳压后，可直接输出至船舶动力供气管道，或者直接送入第五换热器303冷凝，不需经压缩机压缩提高冷凝温度后再送入第五换热器303，这是因为斯特林制冷机提供了-170℃这样足够低的制冷温度，节约了一台压缩机。
所述斯特林制冷循环系统中，所述第五换热器303下部入口k2通过第一阀门408和第四换热器110上部入口j2通过第二阀门406共同连接至所述斯特林制冷机401上部出口t1，所述第五换热器303下部出口k1通过第二单向阀409和第四换热器110上部出口j1通过第一单向阀407共同连接至所述低温风机402入口，所述低温风机402出口通过第三阀门410连接至斯特林制冷机401上部入口t2，
通过对第一阀门408与第二阀门406的开关控制，斯特林制冷循环可经第四换热器110液化VOC或者经第五换热器303液化BOG；
海水通过第七阀门411连接至所述水泵405入口，所述第六换热器403上部入口m1通过第三电磁阀412，和第七换热器404上部入口o1通过第四电磁阀413共同连接至水泵405出口，船舶冷水机组的冷却水通过第二调节阀414连接至第六换热器403下部入口n1，船舶冷水机组的冷冻水通过第三调节阀415连接至第七换热器404下部入口p1，所述第六换热器403上部出口m2与所述第七换热器404上部出口o2共同连接至斯特林制冷机401下部入口s1，所述斯特林制冷机401下部出口s2连接海水，当海水温度高于15℃时，海水经水泵405加压后会通过第四电磁阀414，进入第七换热器404吸收7℃冷冻水的冷量变成15℃的冷却水送入斯特林制冷机401中；当海水温度低于15℃时，海水经水泵405加压后，进入第六换热器403吸收37℃冷却水的热量变成15℃的冷却水送入斯特林制冷机401中，斯特林制冷机因此不再需要专门配备冷却水设备，降低斯特林制冷机运行能耗。
本发明的一种船用VOC、BOG综合液化系统的工作方法，包括VOC液化方法和BOG液化方法，具体内容和步骤如下：
一、VOC液化方法：
将第一电磁阀112、第二阀门406、第三阀门410和第七阀门411开启，当海水温度低于15℃时，将第三电磁阀412开启，当海水温度高于15℃时，第四电磁阀413开启；启动VOC压缩机102，制冷系统的低压压缩机201、高压压缩机(203)和冷凝器204分机，斯特林制冷机401启动，低温风机402开启；货油舱101出来的VOC气体通过第一电磁阀112进入VOC压缩机102压缩，然后进入第一换热器103一级液化后，经第一气液分离器104分离出液体后，然后经干燥过滤器105进入第二换热器106二级液化后，经第二气液分离器107分离出液体，然后进入第三换热器108实现三级液化，经第三气液分离器109分离出液体后进入第四换热器110四级液化，再经第四气液分离器111分离出液体，剩余不凝性气体依次经过第三换热器108、第二换热器106及第一换热器103释放冷量给来路的VOC气体，最后排出大气；
单工质双级双制冷温度的制冷循环中，中间冷却器202中的制冷剂液体，一部分经第一调节阀207调节流量后进入第一换热器103内蒸发吸热，实现3℃的制冷温度用于VOC一级液化，然后回到中间冷却器，另一路经第一节流装置206进入第二换热器106内蒸发吸热，实现-40℃的制冷温度用于VOC二级液化，然后进入低压压缩机201中压缩成中温中压气态制冷剂送入中间冷却器202，经中间冷却后送入高压压缩机203压缩成高温高压气态制冷剂，进入冷凝器204冷凝放热，最后经第二节流装置205送入中间冷却器202；
斯特林制冷循环中，根据温度的不同，海水经水泵405进入第六换热器403或者第七换热器404调温，出口温度达到15℃后作为冷却水进入斯特林制冷机，然后排出；船用冷水机组37℃的冷却水回水可经第二调节阀414进入第六换热器403，用于当海水温度低于15℃时对海水进行加热；船用冷水机组的7℃冷冻水可经第三调节阀415进入第七换热器404，用于当海水温度高于15℃时对海水进行冷却；
斯特林制冷机的冷量由氦气取出并使用，低温风机402出口的氦气经第三阀门410后进入斯特林制冷机降温至-170℃以下，然后经第二阀门406进入第四换热器110放热用于VOC的四级冷凝，氦气升温后经第一单向阀407进入低温风机402继续下一循环。
二、BOG液化方法
当船舶动力机需要天然气时，第二电磁阀305和第五阀门306开启，LNG储罐301出来的BOG经第二电磁阀305进入BOG缓冲罐302稳压后，经第五阀门306连接船舶动力机的供气管路；
当船舶动力不需要天然气或者船舶停运时，第二电磁阀305、第六阀门307和第四阀门304打开，斯特林制冷循环工作：第七阀门411和第一阀门408打开，开启水泵405、低温风机402和斯特林制冷机401；BOG经第二电磁阀305进入到BOG缓冲罐302中，然后经过第六阀门307进入到第五换热器303冷凝液化，液体经过第四阀门304回流至LNG储罐301中，此时流出斯特林制冷机401的氦气经第一阀门408进入第五换热器303放热用于BOG的冷凝，氦气升温后经第二单向阀409进入低温风机402，然后经第三阀门410进入斯特林制冷机401继续下一循环；斯特林制冷循环的冷却水供给方法同VOC液化循环相同。
上述所述第二调节阀414开度与所述第六换热器403的出口m2温度成反比例调节关系；所述第三调节阀415开度与所述第七换热器404的出口o2温度成正比例调节关系，当第六换热器403的出口m2温度高于15℃时，第二调节阀414开度减小，船舶冷水机组冷却水流量则减少，反之增大；当第七换热器404的出口o2温度高于15℃时，第三调节阀415开度增加，船舶冷水机组冷冻水流量就会增加，反之减少，以此保证让15℃的海水进入斯特林制冷机中。
所述第三电磁阀412和第四电磁阀413、第二调节阀414和第三调节阀415分别构成两对阀组，每对阀组开关控制时，需实现其中一个阀门打开时另一个阀门必须关闭的互锁控制，当第三电磁阀412开启时，第二调节阀414也开启，同时第四电磁阀413必须关闭，第三调节阀415必须关闭；当第四电磁阀413开启时，第三调节阀415也开启，同时第三电磁阀412必须关闭，第二调节阀414必须关闭。
所述第一调节阀207开度与所第一换热器103的出口c1温度成正比例调节关系；低压压缩机201转速与第二换热器106的出口f2温度成正比例调节关系，高压压缩机203转速与中间冷却器20的出口r2压力成正比例调节关系，当第一换热器103的出口c1温度高于3℃时，第一调节阀207开度增加，增加制冷剂流量以满足负荷的增加；当第二换热器106的出口f2温度高于-40℃时，负荷增加，低压压缩机201转速加快，制冷剂流量相应增加以满足负荷要求，当中间冷却器202的出口r2压力升高时，制冷剂流量增加，高压压缩机203转速加快，以此控制第一换热器与第二换热器制冷温度的稳定。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，包括VOC再液化循环、单工质双级双制冷温度的制冷循环、斯特林制冷循环和BOG再液化循环四个循环系统，其中，所述VOC再液化循环系统包括货油舱(101)、VOC压缩机(102)、第一换热器(103)、第一气液分离器(104)、干燥过滤器(105)、第二换热器(106)、第二气液分离器(107)、第三换热器(108)、第三气液分离器(109)、第四换热器(110)、第四气液分离器(111)；单工质双级双制冷温度的制冷循环系统包括低压压缩机(201)、中间冷却器(202)、第一节流装置(206)、第一调节阀(207)、第二换热器(106)、第一换热器(103)、高压压缩机(203)、冷凝器(204)、第二节流装置(205)；斯特林制冷循环系统包括斯特林制冷机(401)、第四换热器(110)、第五换热器(303)、低温风机(402)、第六换热器(403)、第七换热器(404)、水泵(405)；BOG再液化循环系统包括LNG储罐(301)、BOG缓冲罐(302)、第五换热器(303)；所述VOC再液化循环通过所述第一换热器(103)与第二换热器(106)与压缩制冷循环连接，通过第四换热器(110)与所述斯特林制冷循环连接，所述BOG再液化系统通过第五换热器(303)与斯特林制冷循环连接；
所述VOC再液化循环系统中，货油舱(101)通过第一电磁阀(112)连接VOC压缩机(102)入口，所述VOC压缩机(102)出口连接至第一换热器(103)中间入口b1，所述第一换热器(103)中间出口b2通过第一气液分离器(104)连接至干燥过滤器(105)入口，干燥过滤器(105)出口连接至第二换热器(106)中间入口e1，所述第二换热器(106)中间出口e2通过第二气液分离器(107)连接至所述第三换热器(108)上部接口h1，所述第三换热器(108)上部出口h2通过第三气液分离器(109)连接至第四换热器(110)下部入口i1，所述第四换热器(110)下部出口i2通过第四气液分离器(111)连接至第三换热器(108)下部入口g2，第三换热器(108)下部出口g1连接至第二换热器(106)下部入口d2，第二换热器(106)下部出口d1连接至第一换热器(103)下部入口a2，所述第一换热器(103)下部出口a1连接大气；
所述单工质双级双制冷温度的制冷循环系统中，所述低压压缩机(201)出口连接中间冷却器(202)右侧接口r1，所述中间冷却器(202)上侧接口r2连接高压压缩机(203)入口，高压压缩机(203)出口连接冷凝器(204)入口，所述冷凝器(204)出口连接第二节流装置(205)入口，第二节流装置(205)出口连接中间冷却器(202)左侧上部接口r3，所述中间冷却器(202)下侧接口r6连接第一节流装置(206)入口，第一节流装置(206)出口连接第二换热器(106)上部入口f1，第二换热器(106)上部出口f2连接低压压缩机(201)入口，所述中间冷却器(202)左侧下部出口r5连接至第一调节阀(207)入口，所述第一调节阀(207)出口连接至第一换热器(103)上部入口c2，所述第一换热器(103)上部出口c1连接至中间冷却器(202)左侧中间入口r4；
所述BOG再液化循环系统中，LNG储罐(301)通过第二电磁阀(305)连接BOG缓冲罐(302)入口，所述BOG缓冲罐(302)上部出口q2连接至船舶动力机的供气管路，所述BOG缓冲罐(302)下部出口q1通过第六阀门(307)连接第五换热器(303)上部入口l1，所述第五换热器(303)上部出口l2通过第四阀门(304)与LNG储罐(301)入口连接；
所述斯特林制冷循环系统中，所述第五换热器(303)下部入口k2通过第一阀门(408)和第四换热器(110)上部入口j2通过第二阀门(406)共同连接至所述斯特林制冷机(401)上部出口t1，所述第五换热器(303)下部出口k1通过第二单向阀(409)和第四换热器(110)上部出口j1通过第一单向阀(407)共同连接至所述低温风机(402)入口，所述低温风机(402)出口通过第三阀门(410)连接至所述斯特林制冷机(401)上部入口t2，海水通过第七阀门(411)连接至所述水泵(405)入口，所述第六换热器(403)上部入口m1通过第三电磁阀(412)和第七换热器(404)上部入口o1通过第四电磁阀(413)共同连接至水泵(405)出口，船舶冷水机组的冷却水通过第二调节阀(414)连接至第六换热器(403)下部入口n1，船舶冷水机组的冷冻水通过第三调节阀(415)连接至第七换热器(404)下部入口p1，所述第六换热器(403)上部出口m2与所述第七换热器(404)上部出口o2共同连接至斯特林制冷机(401)下部入口s1，所述斯特林制冷机(401)下部出口s2连接海水。
2.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，
所述的连接均为采用管道连接。
3.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，所述的低压压缩机(201)与高压压缩机(203)均为变频螺杆压缩机。
4.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，所述的第一节流装置(206)为外平衡热力膨胀阀。
5.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，第一调节阀(207)为温控能量调节阀。
6.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，所述的冷凝器(204)为风冷式冷凝器。
7.一种权利要求1-6任一项所述的船用VOC、BOG综合液化系统的工作方法，其特征在于，包括VOC液化方法和BOG液化方法，具体内容和步骤如下：
一、VOC液化方法：
将第一电磁阀(112)、第二阀门(406)、第三阀门(410)和第七阀门(411)开启，当海水温度低于15℃时，将第三电磁阀(412)开启，当海水温度高于15℃时，将第四电磁阀(413)开启；启动VOC压缩机(102)，制冷系统的低压压缩机(201)、高压压缩机(203)和冷凝器(204)风机，斯特林制冷机(401)启动，低温风机(402)开启；货油舱(101)出来的VOC气体通过第一电磁阀(112)进入VOC压缩机(102)压缩，然后进入第一换热器(103)一级液化，经第一气液分离器(104)分离出液体后，经干燥过滤器(105)进入第二换热器(106)二级液化，经第二气液分离器(107)分离出液体后，进入第三换热器(108)实现三级液化，然后经第三气液分离器(109)分离出液体后进入第四换热器(110)四级液化，再经第四气液分离器(111)分离出液体，剩余不凝性气体依次经过第三换热器(108)、第二换热器(106)及第一换热器(103)释放冷量给来路的VOC气体，最后排出大气；
制冷循环中，中间冷却器(202)中的制冷剂液体，一部分经第一调节阀(207)调节流量后进入第一换热器(103)内蒸发吸热，实现3℃的制冷温度用于VOC一级液化，然后进入中间冷却器(202)，另一路经第一节流装置(206)进入第二换热器(106)内蒸发吸热，实现-40℃的制冷温度用于VOC二级液化，然后进入低压压缩机(201)压缩成中温中压气态制冷剂进入中间冷却器(202)，两路的气态制冷剂进入中间冷却器(202)后一起送入高压压缩机(203)压缩成高温高压的气态制冷剂，然后进入冷凝器(204)冷凝放热，最后经第二节流装置(205)流入中间冷却器(202)；
斯特林制冷循环中，根据温度的不同，海水经水泵(405)进入第六换热器(403)或者第七换热器(404)调温，出口温度达到15℃后作为冷却水进入斯特林制冷机，然后排出；船用冷水机组37℃的冷却水回水可经第二调节阀(414)进入第六换热器(403)，用于当海水温度低于15℃时对海水进行加热；船用冷水机组的7℃冷冻水可经第三调节阀(415)进入第七换热器(404)，用于当海水温度高于15℃时对海水进行冷却；
斯特林制冷机(401)的冷量由氦气取出并使用，低温风机(402)出口的氦气经第三阀门(410)后进入斯特林制冷机(401)降温至-170℃以下，然后经第二阀门(406)进入第四换热器(110)放热用于VOC的四级冷凝，氦气升温后经第一单向阀(407)进入低温风机(402)继续下一循环；
二、BOG液化方法
当船舶动力机需要天然气时，将第二电磁阀(305)和第五阀门(306)开启，LNG储罐(301)出来的BOG经第二电磁阀(305)进入BOG缓冲罐(302)稳压后，经第五阀门(306) 连接船舶动力机的供气管路；
当船舶动力不需要天然气或者船舶停运时，第二电磁阀(305)、第六阀门(307)和第四阀门(304)打开，斯特林制冷循环工作：第七阀门(411)和第一阀门(408)打开，开启水泵(405)、低温风机(402)和斯特林制冷机(401)；BOG经第二电磁阀(305)进入到BOG缓冲罐(302)中，然后经过第六阀门(307)进入到第五换热器(303)冷凝液化，液体经过第四阀门(304)回流至LNG储罐(301)中，此时流出斯特林制冷机(401)的氦气经第一阀门(408)进入第五换热器(303)放热用于BOG的冷凝，氦气升温后经第二单向阀(409)进入低温风机(402)，然后经第三阀门(410)进入斯特林制冷机(401)继续下一循环；斯特林制冷循环的冷却水供给方法同VOC液化循环相同。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：所述第二调节阀(414)开度与所述第六换热器(403)的出口m2温度成反比例调节关系；第三调节阀(415)开度与所述第七换热器(404)的出口o2温度成正比例调节关系。
9.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：所述第三电磁阀(412)和第四电磁阀(413)、第二调节阀(414)和第三调节阀(415)分别构成两对阀组，每对阀组开关控制时，需实现其中一个阀门打开时另一个阀门必须关闭的互锁控制，当第三电磁阀(412)开启时，第二调节阀(414)也开启，同时第四电磁阀(413)则关闭，第三调节阀(415)则关闭；当第四电磁阀(413)开启时，第三调节阀(415)也开启，同时第三电磁阀(412)则关闭，第二调节阀(414)则关闭。
10.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：所述第一调节阀(207)开度与所第一换热器(103)的出口c1温度成正比例调节关系；低压压缩机(201)转速与第二换热器(106)的出口f2温度成正比例调节关系；高压压缩机(203)转速与中间冷却器(202)的出口r2压力成正比例调节关系。
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