CN114777349A - 一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及BOG液化回收，尤其涉及一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统。一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，包括：第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机、第一膨胀机与第二膨胀机依次连接。本发明的有益效果是：通过第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机对冷剂依次进行压缩，实现了对冷剂的四级压缩，通过第一膨胀机、第二膨胀机对冷剂依次进行膨胀，通过多级压缩和多级膨胀，提高了热能和冷能的梯级利用，减少了传热温差，进而减少了系统能量损失，提高效率。

Description

一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统
技术领域
本发明涉及BOG液化回收，尤其涉及一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统。
背景技术
液化天然气（LNG）作为一种经济、绿色、环保、安全的能源，正逐步替代日益枯竭的石油能源。与此同时，LNG运输业发展迅速，LNG运输船在运输LNG或使用LNG作为燃料时，由于货舱无法做到绝热，导致LNG蒸发产生蒸发气（BOG），使货舱内部压力增高，给LNG运输船带来安全隐患。为了消除隐患，大多LNG运输船均设置BOG液化回收装置，不仅可以提高运输安全性，还可以避免LNG的浪费。
目前，运输船上的采用的BOG液化回收方式一般有两种：一种是直接将BOG压缩降温再液化，由于货舱中BOG量很少，将BOG提取再液化难度大，装置工艺复杂，投入成本很高，占地面积大；另一种是将货舱内一部分LNG抽出，利用冷剂对LNG进一步深冷，并将这部分LNG以喷淋的形式返回货舱内部，实现BOG降温再液化，这种方式工艺简单，投入成本低，设备少，特别适合运输船配置，由于直接对LNG深冷需要的冷量较小，造成整个循环系统中大量冷量浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，采用对冷剂四级压缩、二级膨胀，提高冷剂制冷效率，并且在一级膨胀后，只需用部分冷剂对冷源过冷，其余冷剂经回流对完成压缩后的冷剂进行预冷，充分利用冷量。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，包括：第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机、第一膨胀机与第二膨胀机依次连接，所述第四压缩机与第一膨胀机之间通过第四管路连接，所述第一膨胀机与第二膨胀机之间通过第五管路连接，所述第五管路设有分支的第一回流管路，所述第二膨胀机的出口连接第二回流管路，所述第一回流管路与第二回流管路共同连接第三回流管路，所述第四管路与第三回流管路在第五热交换器内进行热交换。
进一步的，包括：
所述第一压缩机出口与所述第二压缩机入口通过第一管路连接，第一热交换器设置在所述第一管路上；
所述第三压缩机入口与所述第二压缩机出口通过第二管路连接，第二热交换器设置在所述第二管路上，所述第四压缩机入口与所述第三压缩机出口通过第三管路连接，第三热交换器设置在所述第三管路上；
所述第一膨胀机入口与所述第四压缩机出口通过第四管路连接，所述第一膨胀机出口与所述第二膨胀机入口通过第五管路连接，在所述第四压缩机和所述第五热交换器间的所述第四管路上设置第四热交换器。
进一步的，还包括压力控制阀和安全部件，所述压力控制阀和所述安全部件设置在与所述第四管路、所述第三回流管路相连的第六管路上。
进一步的，所述第一压缩机入口与所述第三回流管路连接，所述第一回流管路上设置所述压力控制阀。
进一步的，所述第一压缩机和所述第二压缩机同轴连接，所述第一压缩机和所述第二压缩机均由一电机驱动，所述第一压缩机、所述第二压缩机和所述电机支承轴承均采用电磁轴承；
所述第三压缩机和所述第二膨胀机同轴连接，所述第三压缩机由所述第二膨胀机驱动，所述第三压缩机和所述第二膨胀机支承轴承均采用电磁轴承；
所述第四压缩机和所述第一膨胀机同轴连接，所述第四压缩机由所述第一膨胀机驱动，所述第四压缩机和所述第一膨胀机支承轴承均采用电磁轴承。
进一步的，所述第一热交换器、所述第二热交换器、所述第三热交换器和所述第四热交换器均为管壳式换热器。
进一步的，所述第五热交换器为多股钎焊铝制板翅式换热器。
进一步的，所述第一膨胀机、所述第二膨胀机、所述第四管路、所述第五管路、所述第一回流管路、所述第二回流管路和所述第五热交换器均设置在真空冷箱内。
进一步的，所述管壳式换热器采用的冷却介质为循环水。
进一步的，所述第五热交换器采用的冷却介质为氮气、氦气、二氧化碳中的一种或多种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机对冷剂依次进行压缩，实现了对冷剂的四级压缩，通过第一膨胀机、第二膨胀机对冷剂依次进行膨胀，通过多级压缩和多级膨胀，提高了热能和冷能的梯级利用，减少了传热温差，进而减少了系统能量损失，提高效率；
（2）本发明在对冷剂进行一级膨胀后将多余冷剂直接回流并对压缩完成的冷剂进行预冷，充分利用了冷量，避免浪费；
（3）本发明在循环系统管线上设置压力控制阀和安全部件，既保持系统管线压力平衡，同时防止膨胀机失速，提高了系统安全性；
（4）本发明的循环系统整体成撬，结构简单，易于安装和维护。
附图说明
图1示出了本发明的实施例的主视结构示意图。
图中：1、第一压缩机，2、第一热交换器，3、第二压缩机，4、第二热交换器，5、第三压缩机，6、第三热交换器，7、第四压缩机，8、第四热交换器，9、第一膨胀机，10、第二膨胀机，11、第五热交换器，12、压力控制阀，13、安全部件，L1、第一管路，L2、第二管路，L3、第三管路，L4、第四管路，L5、第五管路，L6、第一回流管路，L7、第二回流管路，L8、第三回流管路，L9、第六管路。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，本发明一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，包括如下部件：
第一压缩机1、第二压缩机3和第一热交换器2，第一压缩机1出口与第二压缩机3入口通过第一管路L1连接，第一热交换器2设置在第一管路L1上；
第三压缩机5、第四压缩机7、第二热交换器4和第三热交换器6，第三压缩机5入口与第二压缩机3出口通过第二管路L2连接，第二热交换器4设置在第二管路L2上，第四压缩机7入口与第三压缩机5出口通过第三管路L3连接，第三热交换器6设置在第三管路L3上；
第一膨胀机9、第二膨胀机10、第四热交换器8和第五热交换器11，第一膨胀机9入口与第四压缩机7出口通过第四管路L4连接，第一膨胀机9出口与第二膨胀机10入口通过第五管路L5连接，从第五管路L5分流的第一回流管路L6与第二膨胀机10出口相连的第二回流管路L7在第五热交换器11内合流成第三回流管路L8，第四管路L4部分管路设置在第五热交换器11内部与第三回流管路L8进行热交换，对冷剂预冷处理，在第四压缩机7和第五热交换器11间的第四管路L4上设置第四热交换器8，在第五热交换器11内部的第二回流管路L7对流过第五热交换器11的LNG进行热交换，过冷处理；
第一压缩机1入口与第三回流管路L8连接；
压力控制阀12和安全部件13，压力控制阀12和安全部件13设置在与第四管路L4、第三回流管路L8相连的第六管路L9上；在循环系统管线上设置压力控制阀12和安全部件13，既保持系统管线压力平衡，同时防止膨胀机失速，提高了系统安全性
第一压缩机1、第二压缩机3、第三压缩机5、第四压缩机7对冷剂依次进行压缩，实现了对冷剂的四级压缩；第一膨胀机9、第二膨胀机10对冷剂依次进行膨胀，实现了对冷剂的两级膨胀，以提高冷剂的制冷效率；
从第五管路L5分流的第一回流管路L6对第四管路L4进行预冷，充分利用第五管路L5中的多余冷量，且在第一回流管路L6上设置压力控制阀12，用于调节第一回流管路L6压力；
压力控制阀12和安全部件13用于控制管线中的冷剂压力，保证整个循环系统压力平衡，确保安全。
第一压缩机1和第二压缩机3同轴连接，第一压缩机1和第二压缩机3由电机一起驱动，第一压缩机1、第二压缩机3、电机支承轴承均采用电磁轴承，电机为高速电机，即转速超过10000r/min的电机。
第三压缩机5和第二膨胀机10同轴连接，第三压缩机5由第二膨胀机10驱动，第三压缩机5和第二膨胀机10支承轴承均采用电磁轴承。
第四压缩机7和第一膨胀机9同轴连接，第四压缩机7由第一膨胀机9驱动，第四压缩机7和第一膨胀机9支承轴承均采用电磁轴承。
第一热交换器2、第二热交换器4、第三热交换器6和第四热交换器8采用管壳式换热器，采用冷却介质为循环水。
第五热交换器11采用多股钎焊铝制板翅式换热器，采用冷却介质为氮气、氦气、二氧化碳或它们混合剂。
第一膨胀机9、第二膨胀机10、第四管路L4、第五管路L5、第一回流管路L6、第二回流管路L7和第五热交换器11均设置在真空冷箱内。本发明的循环系统整体成撬，结构简单，易于安装和维护。
本发明的有益效果是：（1）本发明通过第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机对冷剂依次进行压缩，实现了对冷剂的四级压缩，通过第一膨胀机、第二膨胀机对冷剂依次进行膨胀，通过多级压缩和多级膨胀，提高了热能和冷能的梯级利用，减少了传热温差，进而减少了系统能量损失，提高效率；
（2）本发明在对冷剂进行一级膨胀后将多余冷剂直接回流并对压缩完成的冷剂进行预冷，充分利用了冷量，避免浪费；
（3）本发明在循环系统管线上设置压力控制阀和安全部件，既保持系统管线压力平衡，同时防止膨胀机失速，提高了系统安全性；
（4）本发明的循环系统整体成撬，结构简单，易于安装和维护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，包括：第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第四压缩机、第一膨胀机与第二膨胀机依次连接，所述第四压缩机与第一膨胀机之间通过第四管路连接，所述第一膨胀机与第二膨胀机之间通过第五管路连接，所述第五管路设有分支的第一回流管路，所述第二膨胀机的出口连接第二回流管路，所述第一回流管路与第二回流管路共同连接第三回流管路，所述第四管路与第三回流管路在第五热交换器内进行热交换。
2.根据权利要求1所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，包括：
所述第一压缩机出口与所述第二压缩机入口通过第一管路连接，第一热交换器设置在所述第一管路上；
所述第三压缩机入口与所述第二压缩机出口通过第二管路连接，第二热交换器设置在所述第二管路上，所述第四压缩机入口与所述第三压缩机出口通过第三管路连接，第三热交换器设置在所述第三管路上；
所述第一膨胀机入口与所述第四压缩机出口通过第四管路连接，所述第一膨胀机出口与所述第二膨胀机入口通过第五管路连接，在所述第四压缩机和所述第五热交换器间的所述第四管路上设置第四热交换器。
3.根据权利要求2所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，还包括压力控制阀和安全部件，所述压力控制阀和所述安全部件设置在与所述第四管路、所述第三回流管路相连的第六管路上。
4.根据权利要求3所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，所述第一压缩机入口与所述第三回流管路连接，所述第一回流管路上设置所述压力控制阀。
5.根据权利要求2所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，所述第一压缩机和所述第二压缩机同轴连接，所述第一压缩机和所述第二压缩机均由一电机驱动，所述第一压缩机、所述第二压缩机和所述电机支承轴承均采用电磁轴承；
所述第三压缩机和所述第二膨胀机同轴连接，所述第三压缩机由所述第二膨胀机驱动，所述第三压缩机和所述第二膨胀机支承轴承均采用电磁轴承；
所述第四压缩机和所述第一膨胀机同轴连接，所述第四压缩机由所述第一膨胀机驱动，所述第四压缩机和所述第一膨胀机支承轴承均采用电磁轴承。
6.根据权利要求2所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，所述第一热交换器、所述第二热交换器、所述第三热交换器和所述第四热交换器均为管壳式换热器。
7.根据权利要求2所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，所述第五热交换器为多股钎焊铝制板翅式换热器。
8.根据权利要求2所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，所述第一膨胀机、所述第二膨胀机、所述第四管路、所述第五管路、所述第一回流管路、所述第二回流管路和所述第五热交换器均设置在真空冷箱内。
9.根据权利要求6所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，所述管壳式换热器采用的冷却介质为循环水。
10.根据权利要求6所述的一种制备过冷介质的膨胀制冷循环系统，其特征在于，所述第五热交换器采用的冷却介质为氮气、氦气、二氧化碳中的一种或多种。
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