CN113490827A - 冷却蒸发气体的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，该方法至少包括在液化热交换器系统中使BOG流与SMR热交换以提供冷却的BOG流的步骤，其中SMR在SMR再循环系统中被提供，至少包括以下步骤：(a)使用至少一个离心压缩机来压缩SMR以提供压缩后SMR流；(b)使压缩后SMR流进入液化热交换器系统内以冷却压缩后SMR流并提供冷却的第一SMR蒸气流；(c)从液化热交换器系统抽出冷却的第一SMR蒸气流；(d)分离冷却的第一SMR蒸气流以提供液相SMR流和轻SMR蒸气流；(e)使轻SMR蒸气流穿过液化热交换器系统以提供冷凝的SMR流；以及(f)使冷凝的SMR流膨胀以提供膨胀的最低温度SMR流以穿过液化热交换器系统用于与BOG流进行热交换。

Description

冷却蒸发气体的方法及其装置
本发明涉及一种使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐(例如在浮船(floating vessel)上的储货罐(cargo tank))的蒸发气体(BOG，boil-off gas)流的方法及其装置。具体地但不排他地是一种用于冷却来自浮动LNG储罐(storage tank)的BOG的方法。
传统上，来自在运输液化天然气(LNG)作为货物的船(一般是LNG运输船(carrier))上的LNG储罐的蒸发气体已经被用在船舶发动机中以向船提供动力。任何过量的BOG会被视为“废气”且一般被发送到气体燃烧单元(GCU，gas combustion unit)，它在GCU中通过燃烧被处置。
然而，船舶发动机变得越来越高效，使得发动机需要较少的BOG。这意味着更大比例的BOG作为废气被发送到GCU。通过再液化气体并将它返回到储货罐来减少气体的这个损失变得在经济上有吸引力。
在附图1中示出了常规SMR循环。来自储货罐的蒸发气体在压缩机(未示出)中被压缩，并经由管道20被发送用于冷却。压缩的蒸发气体首先在后冷却器(aftercooler)14中使用容易得到的环境冷却介质(例如海水、淡水、发动机室冷却水、空气)被冷却，其后它在热交换器12中进一步被冷却。这个预冷却的BOG被发送到多流(即，不止两个流)热交换器7(一般是钎焊铝板翅式热交换器(brazed aluminium plate-fin heat exchanger))内，它在该热交换器7中使用SMR再循环系统被冷却和冷凝。
热交换器12使用从单独的制冷剂级联(refrigerant cascade)13提供的、经由管道32供应的外部制冷剂(一般是丙烷)。
在SMR再循环系统中，来自制冷剂接收器1的混合制冷剂气体通过管道22流到压缩机2。SMR气体被压缩到管道24中。管道24中的气体被发送到后冷却器6内，后冷却器6使用容易得到的冷却介质(例如海水、淡水、发动机室冷却水、空气)。
在后冷却器6的下游，使用与在冷凝器11中的冷外部制冷剂(一般是丙烷)的热交换来执行制冷剂气体的冷凝。该外部制冷剂的低温在外部制冷剂级联13中产生。管道24中的制冷剂在穿过冷凝器11之后至少部分地被冷凝，其后它进入气液分离器(vapour-liquidseparator)8以提供气相和液相。
管道29中的制冷剂液体使它的压力通过闪蒸阀(flash valve)9降低，导致部分汽化和温度降低。部分地汽化的制冷剂液体然后可以被发送到多流交换器7内，它在交换器7中被完全汽化，从而向交换器7中的热流提供部分冷却。同时，管道26中的制冷剂蒸气被直接发送到交换器7内，它在交换器7中被充分冷却。它离开交换器7，在管道27中完全或部分地被冷凝，其后它的压力通过在管道34内的节流阀10降低到在SMR再循环系统中的最低温度，以在交换器7中实现所需的冷却。这为交换器7提供了主要冷流。
管道34中的冷制冷剂被发送到交换器7内，它在交换器7中汽化，使热流冷却。它与从阀9发送的减压液体合并，且组合的制冷剂流作为蒸气经由管道28离开交换器7，以重新进入制冷剂接收器1。
总的来说，在图1所示的常规SMR循环中的再液化过程的冷却负荷由SMR再循环系统和外部制冷剂级联13两者提供。
本发明的一个目的是对于需要更大的再液化容量的应用(例如具有一般大于200,000m3的载货容量的Q-flex或Q-max LNG运输船)提供用于在没有外部制冷剂级联的情况下冷却BOG流的更简单的方法、过程和装置。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，该方法至少包括在液化热交换器系统中使BOG流与SMR热交换以提供冷却的BOG流的步骤，
其中SMR在SMR再循环系统中被提供，至少包括以下步骤：
(a)使用至少一个离心压缩机来压缩SMR以提供压缩后SMR流；
(b)使压缩后SMR流进入液化热交换器系统内以冷却压缩后SMR流并提供冷却的第一SMR蒸气流；
(c)从液化热交换器系统抽出冷却的第一SMR蒸气流；
(d)分离冷却的第一SMR蒸气流以提供液相SMR流和轻SMR蒸气流；
(e)使轻SMR蒸气流穿过液化热交换器系统以提供冷凝的SMR流；以及
(f)使冷凝的SMR流膨胀以提供膨胀的最低温度SMR流以穿过液化热交换器系统用于与BOG流进行热交换。
本发明利用一个或更多个离心压缩机组合件(package)，其适合于需要比可在单个喷油螺杆压缩机中实现的更大的再液化容量的应用。离心压缩机已在陆基(land-based)天然气液化工厂中获得广泛应用，这些工厂一般具有比离岸(off-shore)再液化的容量高得多的容量。与较小的喷油螺杆压缩机不同，离心压缩机具有实际上没有油遗留(oilcarryover)的额外益处。离心压缩机的容量可以提供明显更高的流量，这使采用离心压缩机的更大系统变得总体上更经济。
SMR是在本领域中的用来指一系列制冷剂的术语，制冷剂通常包括一种或更多种碳氢化合物(具体地通常是甲烷、乙烷和丙烷以及可能至少还有丁烷)和氮气、可选地与一种或更多种其他可能的制冷剂(例如戊烷)的混合物。用于形成特定SMR的各种成分及其比例是已知的，并且在本文不被进一步描述。
分离如本文定义的一种或更多种流可以在任何合适的分离器中被执行，其中许多在本领域中是已知的，并且通常旨在提供至少一种气体流，一般是在分离器的上部处或附近可得到的较轻的流和一般在分离器的下端处可得到的、一般包括至少一种液相的较重的流。
通过一个或更多个合适的膨胀设备(一般包括阀等)进行流的膨胀是可能的。
如本文使用的术语“环境冷却”涉及通常在环境温度下提供的环境冷却介质的使用。这包括海水、淡水、发动机室冷却水和空气以及其任何组合，其一般是容易可得的以在向流提供环境冷却时使用。
可选地，冷却的第一SMR蒸气流和/或轻SMR蒸气流逆着(against)膨胀的最低温度SMR蒸气流被冷却。
由于已知原因，所有液化气罐——包括在液化气体运输船、驳船和其他船只(包括运输船只)上的罐——产生或释放蒸发气体。液化气体可以包括具有低于0℃(一般至少低于-40℃)的标准沸点(在1atm下)的气体，例如各种石油或石化气体，并且包括具有低于-160℃的标准沸点的液化天然气(LNG)。
虽然来自液化气罐的BOG可能在陆地上更容易使用，但特别期望寻求离岸BOG再液化。然而，离岸、特别是在浮船上的空间一般是有限的，且降低BOG再液化的复杂性的能力常常可以实现所需CAPEX和所需用地面积的减小。
可选地，BOG来自浮船中的液化储货罐，可选地来自LNG储货罐。
在步骤(a)中的SMR的压缩可能包括多于一个压缩机的可选地并联或串联或并联和串联两者的使用，以提供压缩后SMR流。除了使用至少一个离心螺杆压缩机之外，本发明不受限于SMR的压缩的方法或类型。
液化热交换器系统可以是布置在一个或更多个单元或级(stage)中的一个或更多个热交换器的任何形式，并且能够允许在两个或更多个流之间的热交换以及可选地允许至少一个流与在系统的一部分或一段中的一个或更多个其他流逆流地流动，特别是允许在BOG流和制冷剂流之一之间的热交换。
在液化热交换器系统包括多于一个热交换器的情况下，多于一个热交换器可以是串联的或并联的或串联和并联的组合，并且多于一个热交换器可以是分离的或连结的或邻接的，可选地在单个冷却单元或箱中，并且可选地采用提供BOG流的所需热交换以液化BOG流的一个或更多个单元或级的形式。
液化热交换器系统可以包括被布置到一个或更多个所连接的区段(section)、单元或级内的双流或多流热交换器的任何合适的布置，可选地，在其中的平均温度的意义上，一个区段、单元或级比另一个区段、单元或级“更热”。
许多液化热交换器在本领域中是已知的，能够是液化热交换器系统的一部分或提供液化热交换器系统，一般包括板翅式、管壳式、板框式、板壳式、盘管式和印刷电路热交换器或其任何组合。
可选地，液化热交换器系统包括多单元液化热交换器，该多单元液化热交换器包括两个多流热交换器。
可替换地，液化热交换器系统包括多单元液化热交换器，该多单元液化热交换器包括一个多流热交换器和多个双流热交换器。
可选地，本发明中的液化热交换器系统包括一个或更多个板翅式热交换器。
可选地，本发明中的液化热交换器系统包括一个或更多个板翅式热交换器和一个或更多个双流板式(板框式或板壳式)热交换器的组合。
热交换器通常具有用于每个流的一个或更多个入口点或端口(port)以及用于所述流的一个或更多个出口点或端口，其间有温度梯度或梯度路径。穿过热交换器的大多数流一般穿过“整个”热交换器，即从在热交换器的一端或一侧处的入口点或端口到可选地在另一端或另一侧处的出口点或端口，但不限于此，以便实现在入口和出口之间的最大可能的热交换，即沿着温度梯度路径的最大可能的温度变化或相变。这样的流“完全”或“全部”穿过热交换器。
一些流可能通常通过具有在沿着最大可能的温度梯度路径的中间温度或位置处的入口点或端口或者通过具有在沿着温度梯度路径的中间温度处的出口点或端口或者两者而仅穿过热交换器的局部部分或量。这样的流只穿过热交换器的一部分。
在本发明中，液化热交换器可以设置在单个级中或在多级布置中，可选地与在液化热交换器系统中的液化热交换器的数量一致，但不限于此，其中多于一个热交换级可以设置有单个液化热交换器。
可选地，液化热交换器系统是单个液化热交换器。在另一个进一步的选择中，该方法包括在步骤(f)之前使轻SMR蒸气流部分地穿过单个液化热交换器，即，使轻SMR蒸气流在沿着热交换的中间温度处进入单个液化热交换器内。
在另一个进一步的选择中，该方法包括在步骤(f)之前使轻SMR蒸气流完全穿过单个液化热交换器。
可选地，在液化热交换器系统是单个液化热交换器的情况下，在步骤(c)中从液化热交换器系统抽出冷却的第一SMR蒸气流可以在沿着热交换器中的热交换发生的中间温度处发生，可选地在类似于轻SMR蒸气流进入液化热交换器系统内以提供冷凝的SMR蒸气流的温度处发生。
因此，可选地，本发明的步骤(c)包括在液化热交换器系统的最冷部分之前从液化热交换器系统抽出冷却的第一SMR蒸气流，即，实现穿过液化热交换器系统的部分通路(partial passageway)。
轻SMR蒸气流可以在高于、低于、相同于或类似于步骤(c)的抽出的冷却的第一SMR蒸气流的温度处进入(返回)到液化热交换器系统内。
可选地，轻SMR蒸气流在与步骤(c)的抽出的冷却的第一SMR蒸气流的温度相似的温度处进入液化热交换器系统内。
可替换地，液化热交换器系统可以是多单元液化热交换器或是包括两个单元、可选地多于两个单元的交换器，并且膨胀的最低温度SMR流穿过每个单元。
在液化热交换器由多于一个液化热交换器单元和/或级提供的情况下，可选地，冷却的第一SMR蒸气流进入第一单元和/或级内，且轻SMR蒸气流进入第二单元和/或级内。可替换地可选地，冷却的第一SMR蒸气流进入第一热交换单元内，且轻SMR蒸气流进入第一热交换器单元和第二热交换器单元两者内。
在液化热交换器由多于一个液化热交换器单元和/或级提供的情况下，同样可选地，第一或较热级包括例如板翅式热交换器的多流热交换器或者包括一系列不同的热交换器，它们可选地串联、并联或串联和并联两者，其中至少一个能够冷却压缩后SMR流，并在分离冷却的第一SMR蒸气流以提供液相SMR流和轻SMR蒸气流之前提供冷却的第一SMR蒸气流。
可选地，本发明的方法还包括使步骤(d)的液相SMR流膨胀以及使膨胀的液相SMR流进入液化热交换器系统内的步骤。
可选地，本发明的方法还包括在液化热交换器系统中、进一步可选地在多级或多单元液化热交换器系统的两个级或单元之间，将膨胀的液相SMR流与膨胀的最低温度SMR流组合的步骤。
可选地，本发明的方法可替换地还包括在液化热交换器系统之后将膨胀的液相SMR流与膨胀的最低温度SMR流组合的步骤。
本发明的方法提供液化热交换后SMR流或冷却后蒸气SMR流，用于再循环或作为SMR再循环系统的一部分再使用。该后流(post stream)可选地是与膨胀的最低温度SMR流组合的膨胀的液相SMR流，其在液化热交换器系统内或之后组合。
因此，可选地，本发明的方法还包括在液化热交换器之后使膨胀的最低温度SMR流再循环，用于提供SMR，一般具有额外的膨胀的液相SMR流。
在本发明中，意图是步骤(a)的压缩后SMR流在步骤(d)之前不经历任何外部制冷剂冷却，使得不需要外部制冷剂级联。SMR液化热交换器系统本身完全或实质上提供在轻SMR蒸气流膨胀回到液化热交换器系统之前使轻SMR蒸气流冷凝所需的制冷剂冷却。
可选地，在穿过液化热交换器之前，BOG流也不经历任何外部制冷剂冷却。
以这种方式，膨胀的最低温度SMR流提供压缩后SMR流的冷却，并且优选地，膨胀的最低温度SMR流提供用于冷却BOG流和在SMR再循环系统中的所有低于环境温度的制冷剂冷却负荷(sub-ambient refrigerant cooling duty)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种SMR再循环系统，用于使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，该方法至少包括在液化热交换器系统中使BOG流与SMR热交换以提供冷却的BOG流的步骤，
其中SMR在SMR再循环系统中被提供，至少包括以下步骤：
(a)使用至少一个离心压缩机来压缩SMR以提供压缩后SMR流；
(b)使压缩后SMR流进入液化热交换器系统内以冷却压缩后SMR流并提供冷却的第一SMR蒸气流；
(c)从液化热交换器系统抽出冷却的第一SMR蒸气流；
(d)分离冷却的第一SMR蒸气流以提供液相SMR流和轻SMR蒸气流；
(e)使轻SMR蒸气流穿过液化热交换器系统以提供冷凝的SMR流；以及
(f)使冷凝的SMR流膨胀以提供膨胀的最低温度SMR流以穿过液化热交换器系统用于与BOG流进行热交换。
可选地，SMR再循环系统用于冷却来自在浮船中的液化储货罐、可选地LNG储货罐的BOG。
可选地，SMR再循环系统与如本文所定义的液化热交换器系统一起使用。
可选地，SMR再循环系统还包括如本文所述的关于使BOG流冷却的方法的一个或更多个另外的步骤。
意图是本发明的SMR再循环系统能够提供用于冷却来自液化气罐的蒸发气体流和在SMR再循环系统中的所有低于环境温度的制冷剂冷却负荷。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的装置，该装置包括如本文所定义的单一混合制冷剂(SMR)再循环系统和用于与BOG流进行热交换的液化热交换器。
根据本发明的另一方面，提供了一种综合地设计船舶的方法，其具有使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，该方法至少包括在液化热交换器系统中使BOG流与SMR热交换以提供冷却的BOG流的步骤，
其中SMR在SMR再循环系统中被提供，至少包括以下步骤：
(a)使用至少一个离心压缩机来压缩SMR以提供压缩后SMR流；
(b)使压缩后SMR流进入液化热交换器系统内以冷却压缩后SMR流并提供冷却的第一SMR蒸气流；
(c)从液化热交换器系统抽出冷却的第一SMR蒸气流；
(d)分离冷却的第一SMR蒸气流以提供液相SMR流和轻SMR蒸气流；
(e)使轻SMR蒸气流穿过液化热交换器系统以提供冷凝的SMR流；以及
(f)使冷凝的SMR流膨胀以提供膨胀的最低温度SMR流以穿过液化热交换器系统用于与BOG流进行热交换。
根据本发明的另一方面，提供了一种综合地设计SMR再循环系统的方法，SMR再循环系统用于冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，该方法包括与本文所述的相同或相似的步骤。
根据本发明的又一方面，提供了一种设计用于使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的过程的方法，该方法包括与本文所述的相同或相似的步骤。
根据本发明的又一方面，提供了一种设计SMR再循环系统的方法，该SMR再循环系统用于冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，该方法包括与本文所述的相同或相似的步骤。
如本文讨论的设计方法可以合并用于将相关操作设备和控件合并到总体船舶结构内的计算机辅助过程，并可以将相关成本、操作参数的容量合并到方法和设计内。本文描述的方法可以被编码到适合于在计算机上被读取和处理的介质上。例如，执行本文描述的方法的代码可以被编码到磁性或光学介质上，该介质可以由个人计算机或大型计算机读取并被复制到个人计算机或大型计算机。然后，可以由设计工程师使用这样的个人计算机或大型计算机来执行该方法。
现在将仅作为示例并参考附随的示意图来描述本发明的实施例和示例，其中：
图1是使用现有技术SMR系统来冷却BOG流的现有技术方法的示意图；
图2是根据本发明的一般实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图；
图3是根据本发明的第一实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图；
图4是根据本发明的第二实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图；
图5是根据本发明的第三实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图；
图6是根据本发明的第四实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图；
图7是根据本发明的第五实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图；
图8是根据本发明的第六实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图；以及
图9是根据本发明的第七实施例的使用SMR系统来冷却BOG流的方法的示意图。
在相关的场合，在不同的图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的特征。
图1是上文描述的现有技术布置，其需要基于级联13的外部制冷剂回路和装置，以使用SMR再循环系统和压缩机2来实现压缩的BOG的再液化。
图2示出了根据本发明的一般实施例的使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体流的方法，且该方法至少包括在液化热交换器系统中使BOG流与SMR热交换以提供冷却的BOG流的步骤，并且其中SMR在根据本发明的另一实施例的SMR再循环系统中被提供。
更详细地，图2示出了从一个或更多个LNG储货罐(未示出)提供的并已经在压缩机(也未示出)中压缩的BOG流70。可选地在第一环境热交换器60中使用容易得到的冷却介质(例如海水、淡水、发动机室冷却水、空气)对BOG流70进行环境冷却。该可选地冷却(和压缩)的BOG流71然后进入液化热交换器系统40内。
液化热交换器系统40可以包括任何形式或布置的一个或更多个热交换器，该一个或更多个热交换器能够允许在两个或更多个流之间(可选地在多个流之间)的热交换，以及可选地允许至少一个流与在系统的一部分或一段中的一个或更多个其他流逆流地流动，特别是允许在BOG流和制冷剂之一之间的热交换。多于一个热交换器的任何布置可以是串联的或并联的或串联和并联的组合，并且热交换器可以是分离的或连结的或邻接的，可选地在单个冷却单元或箱中，并且可选地采用提供BOG流的所需热交换以液化BOG流的一个或更多个级的形式。
包括多于一个热交换器的液化热交换器系统在其中的平均温度的意义上，通常具有一个区段、单元或级比另一个区段、单元或级“更热”。
合适的液化热交换器系统的一些变型在下文中被讨论和示出。技术人员可以认识到其他变型，并且本发明不限于此。
在图2所示的一般液化热交换器系统40中，冷却的(和压缩的)BOG流71由在SMR再循环系统200中产生的、在下文中讨论的较冷的流冷凝。冷凝的BOG流经由管道73离开交换器系统40，并且可以返回到LNG储货罐。
在SMR系统200中，来自制冷剂接收器51的SMR制冷剂气体的初始流74被发送到离心压缩机52。离心压缩机在本领域中是众所周知的，且在本文不被进一步描述。离心压缩机在工业中得到了很好地证明，并且是有成本效益的，特别是对于较大规模或较大体积的压缩。
在图2中，使用一个离心压缩机组合件52来压缩初始SMR流74提供了压缩后SMR流79。离心压缩机组合件可由多个压缩级组成，可选地在一些或所有压缩级之间具有使用容易得到的冷却介质(例如海水、淡水、发动机室冷却水、空气)的中间冷却器。
在第二环境热交换器56中使用容易得到的冷却介质(例如海水、淡水、发动机室冷却水、空气)来冷却压缩后SMR流79以提供较冷的第一蒸气流80。根据制冷剂的成分和压力以及根据在第二环境热交换器56中达到的温度，SMR的一些冷凝可能开始出现。
较冷的第一蒸气流80进入液化热交换器系统40内，在液化热交换器系统40中制冷剂被冷却并至少部分地被冷凝。冷却的第一SMR蒸气流81从沿着液化热交换器系统40的中间温度被抽出，并进入气液分离器58。在分离器58中，液相SMR流82可以经由管道82被排出。
其后，液相SMR流82的压力可以通过闪蒸阀59降低，导致一些汽化和温度的相关降低。膨胀的或者至少部分地汽化的液相SMR流83可以被发送到热交换器系统40内，它在热交换器系统40中向较热的流提供一些冷却，同时自身被汽化。
在分离器58中，轻SMR蒸气流84也被发送到热交换器系统40内。在图2中，轻SMR蒸气流84在中间温度下、可选地在与抽出冷却的第一SMR蒸气流81时的温度相似的温度下进入热交换器系统40。在热交换器系统40中，该轻SMR蒸气流84被冷却，直到它部分地或全部冷凝为止，作为冷凝的SMR流85离开热交换器系统40。其后，压力经由节流阀61降低，导致部分汽化和温度降低以提供膨胀的最低温度SMR流86。膨胀的最低温度SMR流86是在SMR系统200中的最冷的SMR制冷剂流。
膨胀的最低温度SMR流86被发送回到热交换器系统40内，当它变热时它在热交换器系统40中汽化，并且在这样做时冷却在热交换器系统40中的较热的流以提供大部分冷却负荷。SMR制冷剂流86可以与膨胀的液相SMR流83合并以形成单一流，其作为冷却后蒸气流89离开热交换器系统40，以返回到制冷剂接收器51。
以这种方式，消除了在图1的现有技术布置中对外部制冷剂级联的需求。这意味着资本支出和总体工厂规模的减小。SMR蒸气的部分冷凝在没有外部制冷剂级联回路的情况下实现，只将该负荷转移到SMR再循环系统。
图3示出了更详细的SMR再循环系统101，其是图2所示的SMR再循环系统200的第一变型示例。第一SMR再循环系统101包括单个多流液化热交换器57(一般为钎焊铝板翅式热交换器)，其中冷却(和压缩)的BOG流71被在SMR再循环系统200中的以前在本文讨论的较冷的流冷凝。
图4示出了图2所示的SMR再循环系统200的第二变型示例SMR再循环系统102，其中液化热交换器系统现在包括两个热交换器，其为第一多流热交换单元64和第二多流热交换单元62。在图4中，在热交换单元64和62的外部有冷流的混合。也就是说，膨胀的最低温度的SMR流或最冷的制冷剂流86被发送到第二单元62内，当它变热时它在第二单元62中开始汽化，并且在这样做时冷却在第二单元62中的较热的流，且然后在与膨胀的液相SMR流83合并以形成组合流88之前作为部分较热的(part-warmer)SMR流87离开，组合流88然后进入第一单元64内以冷却在第一单元64中的较热的流，并作为冷却后蒸气流89离开第一单元64，以返回到制冷剂接收器51。同时，来自第一单元64的冷却的BOG作为流72进入第二冷却器单元62内。
第一热交换单元64和第二热交换单元62可以是邻接的或分开的。
图5示出了第三变型示例SMR再循环系统103，其是图4所示的SMR再循环系统102的另一变型。在图5中，液化热交换器系统包括第一多流热交换单元63和第二多流热交换单元62。与图4相比，膨胀的液相SMR流83和部分较热的SMR流88在第一单元63中保持分离。由液化热交换器系统提供的第一较热的SMR流90和第二较热的SMR流91在它们离开第一单元63之后在气相中组合，以形成组合的冷却后蒸气流89以返回到制冷剂接收器51。
图6示出了第四变型示例SMR再循环系统104，其是图4所示的SMR再循环系统102的另一变型。在图6中，液化热交换器系统包括第一多流热交换单元63A和第二多流热交换单元62。与图4相比，由气液分离器58提供的轻SMR蒸气流95现在进入较热的第一单元63A内，以在穿过较冷的第二单元62(以作为冷凝的SMR流85离开)之前提供中间流92。
图7示出了第五变型示例SMR再循环系统105，其是图5所示的第三SMR再循环系统103和图6所示的第四SMR再循环系统104的组合。在图7中，液化热交换器系统包括第一多流热交换单元65和第二多流热交换单元62，并且由气液分离器58提供的轻SMR蒸气流95现在进入第一较热的单元65(以在穿过第二冷却器单元62以作为冷凝的SMR流85离开之前提供中间流92)，并且膨胀的液相SMR流83和部分较热的SMR流88在第一单元65中保持分离。由液化热交换器系统提供的第一较热的SMR流93和第二较热的SMR流94在它们离开第一单元65之后在气相中组合，以形成组合的冷却后蒸气流89以返回到制冷剂接收器51。
图8示出了第六变型示例SMR再循环系统106，其是图3所示的第一SMR再循环系统101和图6所示的第四SMR再循环系统104的组合。在图8中，液化热交换器系统包括单个多流液化热交换器66，并且由气液分离器58提供的轻SMR蒸气流95现在完全穿过热交换器66(以提供冷凝的SMR流85)，同时膨胀的液相SMR流83在热交换器66内的中间位置处与制冷剂流86合并以形成单个流，该单个流作为冷却后蒸气流89离开热交换器66以返回到制冷剂接收器51。
图9示出了第七SMR变型示例再循环系统107，其是图6所示的SMR再循环系统104的变型，其中在液化热交换器系统中的第一多流热交换单元63A被一系列双流热交换器代替。该系列双流热交换器仍然提供液化热交换器系统的相同的第一和较热级或区段，现在使用被适当地布置成一起工作的一系列不同的热交换器。
在图9中，较冷的第一蒸气流80逆着在下文中讨论的流进入第一双流热交换器96内，以用与前面相同的方式提供冷却的第一SMR蒸气流81以进入气液分离器58内。来自分离器58的液相SMR流82被闪蒸阀59膨胀以提供至少部分地汽化的液相SMR流83。分离器58还提供轻SMR蒸气流95，轻SMR蒸气流95进入第二双流热交换器97内以在进入与图6所讨论和所示的相同的第二单元62内之前提供中间流92。
同时，冷却和压缩的BOG流71进入第三双流换热器98内以提供较冷的BOG流72以进入第二冷却器单元62内。
图9中的第二单元62以与上面所述的相同的方式提供冷凝的BOG流73和部分较热的SMR流87，该部分较热的流87与膨胀的液相SMR流83合并形成组合流88，其然后被分成部分流(part-stream)99A和99B。部分流99A进入第二热交换器97内，以及部分流99B进入第三热交换器98内。它们的排出流组合以形成组合流100，组合流100然后进入第一热交换器96内以作为冷却后蒸气流89离开。
在液化热交换器系统包括多个热交换器单元的情况下，本发明不被第一单元和第二单元的相对定位限制，第一单元和第二单元可以是邻接的或分开的。
在SMR中的组分的成分和/或比例可能改变以实现本发明的每个布置的最佳效果。在图3-图9所示的每个示例中，SMR成分也可能不同。
本发明是用于LNG再液化的典型单一混合制冷剂(SMR)循环的修改，其允许在混合制冷剂系统中使用离心压缩机，而不需要外部制冷剂级联。与典型布置相比，本发明允许有降低的复杂性、较少的设备、降低的资本成本，并且适合于需要更大再液化容量的应用。

Claims (27)

1.一种使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，所述方法至少包括在液化热交换器系统中使所述BOG流与所述SMR热交换以提供冷却的BOG流的步骤，
其中，所述SMR在SMR再循环系统中被提供，至少包括以下步骤：
(a)使用至少一个离心压缩机来压缩所述SMR以提供压缩后SMR流；
(b)使所述压缩后SMR流进入所述液化热交换器系统内以冷却所述压缩后SMR流并提供冷却的第一SMR蒸气流；
(c)从所述液化热交换器系统抽出所述冷却的第一SMR蒸气流；
(d)分离所述冷却的第一SMR蒸气流以提供液相SMR流和轻SMR蒸气流；
(e)使所述轻SMR蒸气流穿过所述液化热交换器系统以提供冷凝的SMR流；以及
(f)使所述冷凝的SMR流膨胀以提供膨胀的最低温度SMR流以穿过所述液化热交换器系统用于与所述BOG流进行热交换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述BOG来自浮船中的液化储货罐，可选地来自LNG储货罐。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述液化热交换器系统包括单个液化热交换器。
4.根据权利要求3所述的方法，包括在步骤(e)中使所述轻SMR蒸气流部分地穿过所述单个液化热交换器。
5.根据权利要求3所述的方法，包括在步骤(e)中使所述轻SMR蒸气流完全穿过所述单个液化热交换器。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述液化热交换器系统包括多单元液化热交换器，所述多单元液化热交换器包括两个热交换单元、可选地多于两个热交换单元，并且所述BOG流和所述膨胀的最低温度SMR流穿过每个单元。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括使所述压缩后SMR流进入第一热交换单元内并使所述轻SMR蒸气流进入第二热交换单元内的步骤。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括使所述压缩后SMR流进入第一热交换单元内并使所述轻SMR蒸气流进入第一热交换单元和第二热交换单元内的步骤。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法，其中，所述液化热交换器系统包括多单元液化热交换器，所述多单元液化热交换器包括两个多流热交换器。
10.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法，其中，所述液化热交换器系统包括多单元液化热交换器，所述多单元液化热交换器包括一个多流热交换器和多个双流热交换器。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括在步骤(b)之前对所述压缩后SMR流进行环境冷却的步骤。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括使步骤(d)的所述液相SMR流膨胀以及使膨胀的液相SMR流进入所述液化热交换器系统内的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述液化热交换器系统中将所述膨胀的液相SMR流与所述膨胀的最低温度SMR流组合的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述液化热交换器系统包括多单元液化热交换器系统，并且所述方法还包括在所述多单元液化热交换器系统的两个单元之间将所述膨胀的液相SMR流与所述膨胀的最低温度SMR流组合的步骤。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述液化热交换器系统之后将膨胀的液相SMR流与所述膨胀的最低温度SMR流组合的步骤。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，步骤(f)提供冷却后蒸气SMR流，用于再循环或作为所述SMR再循环系统的一部分再使用。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述冷凝的SMR流的膨胀能够提供膨胀的最低温度SMR流。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，步骤(a)的所述压缩后SMR流在步骤(d)之前不经历任何外部制冷剂冷却。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述BOG流在穿过所述液化热交换器之前不经历任何外部制冷剂冷却。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述液化热交换器系统包括一个或更多个板翅式热交换器。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述膨胀的最低温度SMR流提供所述第一SMR蒸气流的冷却。
22.一种SMR再循环系统，用于使用单一混合制冷剂(SMR)冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的方法，所述方法至少包括在液化热交换器系统中使所述BOG流与所述SMR热交换以提供冷却的BOG流的步骤，
其中，所述SMR在SMR再循环系统中被提供，至少包括以下步骤：
(a)使用至少一个离心压缩机来压缩所述SMR以提供压缩后SMR流；
(b)使所述压缩后SMR流进入所述液化热交换器系统内以冷却所述压缩后SMR流并提供冷却的第一SMR蒸气流；
(c)从所述液化热交换器系统抽出所述冷却的第一SMR蒸气流；
(d)分离所述冷却的第一SMR蒸气流以提供液相SMR流和轻SMR蒸气流；
(e)使所述轻SMR蒸气流穿过所述液化热交换器系统以提供冷凝的SMR流；以及
(f)使所述冷凝的SMR流膨胀以提供膨胀的最低温度SMR流以穿过所述液化热交换器系统用于与所述BOG流进行热交换。
23.根据权利要求22所述的SMR再循环系统，用于冷却来自在浮船中的液化储货罐、可选地LNG储货罐的BOG。
24.根据权利要求22或权利要求23所述的SMR再循环系统，用于与根据权利要求3-10中的任一项所定义的液化热交换器系统一起使用。
25.根据权利要求22-24中的任一项所述的SMR再循环系统，还包括根据权利要求11-16中的任一项所定义的一个或更多个另外的步骤。
26.根据权利要求22-25中的任一项所述的SMR再循环系统，能够提供用于冷却来自液化气罐和在所述SMR再循环系统中的蒸发气体流的所有低于环境温度的制冷剂冷却负荷。
27.一种用于冷却来自液化气罐的蒸发气体(BOG)流的装置，包括根据权利要求22-26中的任一项所定义的单一混合制冷剂(SMR)再循环系统和用于与所述BOG流进行热交换的液化热交换器系统。
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