CN115052809A - 船舶液化气再气化系统及方法 - Google Patents

船舶液化气再气化系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种船舶液化气再气化系统及方法，其通过使液化气再气化的同时回收冷能来提高能量效率。根据本发明的船舶液化气再气化系统，包括：气化器，用于使液化气与第一传热介质进行热交换，以气化液化气；微加热器，用于将从所述气化器输送到燃气需求方的再气化气体与第二传热介质进行热交换，以将所述再气化气体加热到所述燃气需求方所需的温度；第一循环，用于循环所述第一传热介质；第二循环，用于循环所述第二传热介质，其中，所述第一循环包括：第一热交换器，其使将要供应至所述气化器的第一传热介质与热源进行热交换，从而气化第一传热介质；以及膨胀发电机，其使在所述第一热交换器中气化的第一传热介质膨胀来发电，所述第二循环包括第二热交换器，其使将要供应至所述微发电机的第二传热介质与热源进行热交换，从而加热第二传热介质。

Description

船舶液化气再气化系统及方法
技术领域
本发明涉及一种船舶液化气再气化系统及方法，通过回收再气化液化气时废弃的冷能来发电，以提高能源效率。
背景技术
诸如LNG RV(LNG再气化船)或LNG FSRU(浮式储存再气化装置)之类的LNG再气化船或海上浮式构筑物(以下统称为'LNG再气化船')是用于在海上对LNG(液化天然气)进行再气化后，将气化后的天然气供应到岸上的燃气需求方。
在这些LNG再气化船舶中，安装有用于储存LNG的LNG储存罐和再气化设施装置，其中再气化装置对储存在LNG储存罐中的LNG进行再气化并将其供应给岸上需求方，在再气化装置中气化的天然气，通过管线移送至岸上的需求方。
LNG再气化船舶的再气化装置包括：高压泵，其将存储在LNG储存罐中的LNG压缩至需求方所需的压力；以及气化器，其将由高压泵压缩的高压LNG气化成天然气。
供需容易的海水主要被用作在气化器中气化LNG的热源。
在使用海水作为热源的LNG再气化系统中，有直接热交换方式和间接热交换方式。直接热交换方式是在气化器中将海水和LNG直接进行热交换以使LNG气化，间接热交换方式是通过海水与单独的传热介质之间的热交换来加热传热介质后，将被海水加热的传热介质和LNG进行热交换，以使LNG气化。
直接热交换方式的优点在于，因为海水的热能直接传递到LNG，所以传热效率良好，但是存在海水在热交换器中冻结的问题。
间接热交换方式可以防止海水冻结的问题，但是具有缺点，即因为增加了与传热介质的热交换，所以热交换效率低于直接热交换方式。
另外，经过与LNG直接或间接热交换来回收LNG的冷能的低温海水重新被排放至海中。即，在对该LNG进行再气化的过程中，被海水回收的LNG的冷能被直接废弃到海上。
通常，天然气在产地制成液化为超低温的液化天然气(LNG)的状态，然后由LNG载运船长途运输到目的地。LNG是通过将天然气在常压下冷却至约-163℃的超低温而获得的，与气态天然气相比，LNG的体积减少至约1/600，因此非常适合海上长途运输。
在对天然气进行液化以制造LNG的过程中，需要大量的能源，LNG每千克具有200kcal的冷能。
即，在使LNG再气化的过程中，被海水回收的LNG的冷能被直接废弃在海上。
发明内容
要解决的技术问题
因此，本发明提供一种船舶液化气再气化系统及方法，通过回收在液化气的再气化过程中废弃的冷能来发电，以提高能量效率，并且可以对液化气进行稳定的气化以供应给燃气需求方。
解决问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种船舶液化气再气化系统，该船舶液化气再气化系统包括：气化器，用于使液化气与第一传热介质进行热交换，以气化液化气；微加热器，用于将从所述气化器输送到燃气需求方的再气化气体与第二传热介质进行热交换，以将所述再气化气体加热到所述燃气需求方所需的温度；第一循环，用于循环所述第一传热介质；第二循环，用于循环所述第二传热介质，其中，所述第一循环包括：第一热交换器，其使将要供应至所述气化器的第一传热介质与热源进行热交换，从而气化第一传热介质；以及膨胀发电机，其使在所述第一热交换器中气化的第一传热介质膨胀来发电，所述第二循环包括第二热交换器，其使将要供应至所述微发电机的第二传热介质与热源进行热交换，从而加热第二传热介质。
优选地，所述热源可以是海水及蒸气中的任何一种或多种。
优选地，进一步包括海水泵，用于将吸入的海水作为热源供应至所述第一热交换器及第二热交换器，所述海水泵、第一热交换器及第二热交换器可安装在船舶的甲板下方，所述气化器及微加热器可安装在所述船舶的上甲板上。
优选地，所述第一传热介质，作为循环所述第一循环并伴随相变的制冷剂，可以是没有火灾及爆炸危险的天然制冷剂、HFO类及HFC类的单一或混合制冷剂。
优选地，所述第二传热介质可以是乙二醇水。
优选地，可以进一步包括第一分支管线，所述第一分支管线从第一热介质管线在所述膨胀发电机的上游分支，并使供应到所述膨胀发电机的第一传热介质绕过所述膨胀发电机而供应至气化器，其中，所述第一热介质管线用于使在所述第一热交换器气化的第一传热介质输送到所述膨胀发电机。
优选地，可以进一步包括：高压泵，用于将所述液化气压缩至所述燃气需求方所需的压力并供应至气化器；以及第一阀，用于控制从所述高压泵供应至气化器的液化气的流量。
优选地，可以进一步包括：第一温度测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的温度；第一压力测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的压力；第一流量测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的流量；以及第一控制单元，用于根据所述第一温度测量单元的温度测量值、所述第一压力测量单元的压力测量值以及所述第一流量测量单元的流量测量值中的任何一个或多个来调节所述第一阀的开度，以调节所述液化气的再气化量。
优选地，可以进一步包括：第二温度测量单元，用于测量从所述微加热器排出并通过热交换冷却的第二传热介质的温度；以及第一控制单元，用于根据所述第二温度测量单元的温度测量值来调节所述第一阀的开度，以调节所述液化气的再气化量。
优选地，包括：第一温度测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的温度；以及第二温度测量单元，用于测量从所述微加热器排出并通过热交换冷却的第二传热介质的温度，进一步包括第一压力测量单元以及第一流量测量单元中的任何一个或更多个，其中，所述第一压力测量单元用于测量从所述微加热器供应至所述燃气需求方的天然气的压力，所述第一流速测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的流量，可以进一步包括第一控制单元，所述第一控制单元在为了使所述第一温度测量单元的温度测量值维持在一定范围而需要调节的第一阀的开度、为了使所述第二温度测量单元的温度测量值维持在一定范围而需要调节的第一阀的开度、以及使在所述第一压力测量单元和第一流量测量单元中任何一个或更多个的测量值维持在一定范围而需要调节的第一阀的开度中，选择最小值来调节所述第一阀的开度。
优选地，可以包括：接收器，用于容纳在所述气化器中气化液化气时冷凝的第一传热介质；第二分支管线，其从所述第一传热介质供应至气化器的第一热介质管线在所述气化器的上游分支，从而使所述第一传热介质绕过所述气化器而供应至所述接收器；第二压力测量单元，用于测量所述接收器的压力；以及第二控制单元，其根据所述第二压力测量单元的压力测量值来调节安装在所述第二分支管线中的第二阀的开度。
优选地，可以包括：接收器，用于容纳在所述气化器中气化液化气时冷凝的第一传热介质；第二分支管线，其从所述第一传热介质供应至气化器的第一热介质管线在所述气化器的上游分支，从而使所述第一传热介质绕过所述气化器而供应至所述接收器；第三温度控制单元，用于测量从所述气化器供应至微加热器的再气化气体的温度；以及第二控制单元，其根据所述第三温度控制单元的温度测量值来调节安装在所述第二分支管线中的第二阀的开度。
优选地，可以包括：接收器，用于容纳在所述气化器中气化液化气的同时冷凝的第一传热介质；第二分支管线，其从所述第一传热介质供应至气化器的第一热介质管线在所述气化器的上游分支，从而使所述第一传热介质绕过所述气化器而供应至所述接收器；第二阀，其安装在所述第二分支管线上并调节开度；第二压力测量单元，用于测量所述接收器的压力；第三温度控制单元，用于测量从所述气化器供应到微加热器的再气化气体的温度；以及第二控制单元，所述第二控制单元在为了使所述第二压力测量单元的压力测量值维持在一定范围而需要调节的第二阀的开度、为了使所述第三温度控制单元的温度测量值维持在一定范围而需要调节的第二阀的开度中，选择小的值来调节所述第二阀的开度。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供一种船舶液化气再气化方法，所述船舶液化气再气化方法，通过使液化气和第一传热介质进行热交换以使液化气气化，并使所述气化的再气化气体与第二传热介质进行热交换以加热至燃气需求方所需的温度，所述第一传热介质使第一循环循环，所述第一循环，通过与热源进行热交换而气化，使气化的第一传热介质膨胀而产生电力，然后与所述液化气进行热交换，所述第二传热介质使第二循环循环，所述第二循环通过与所述热源进行热交换来加热后，与所述再气化气体进行热交换。
优选地，用于加热所述第一传热介质和第二传热介质的热源是海水、蒸气或海水和蒸气的组合，所述第一传热介质作为循环第一循环并伴随相变的制冷剂，是没有火灾及爆炸危险的自然制冷剂、HFO类及HFC类的单一或混合制冷剂，所述第二传热介质可以是乙二醇水。
优选地，将要气化的所述液化气压缩到所述燃气需求方所需的压力并与所述第一传热介质进行热交换，可以测量通过与所述第二传热介质进行热交换来呗加热并供应到燃气需求方的再气化气体的压力、温度及流量中的任何一个或多个，根据测量值来控制将要与所述第一传热介质进行热交换的液化气的流量。
优选地，将将要气化的所述液化气压缩至所述燃气需求方所需的压力并与所述第一传热介质进行热交换，可以测量在加热所述再气化气体的同时冷却的第二传热介质的温度，根据测量值来控制将要与所述第一传热介质进行热交换的液化气的流量。
优选地，将气化所述液化气的同时冷凝的第一传热介质存储在接收器中，然后与所述热源进行热交换后再供应到所述气化器，在所述接收器的压力测量值、以及与所述第二传热介质进行热交换的再气化气体的温度测量值中，根据任何一个或多个测量值来控制直接供应到接收器而不与所述液化气进行热交换的第一传热介质的流量。
发明效果
根据本发明的船舶液化气再气化系统及方法，可以通过回收废弃的液化气的冷能来发电，以提高整个系统的能量效率，并可以减少用于发电的燃料消耗量，从而可以减少温室气体的排放。
另外，即使在气化器中第一传热介质的热容量不足，也可以通过使用微加热器将再气化气体加热到最低输送温度以上，以将再气化气体稳定地输送给需求方。
另外，通过使用微加热器，可以防止由于在再气化系统启动初期，第一传热介质循环周期的液化气的供给量与第一传热介质的供给量之间的热平衡不匹配而液化气没有充分气化的问题。因此，该系统可以稳定地运转。
另外，将在甲板下方与海水进行热交换来加热的第一传热介质和第二传热介质供应到甲板上方的气化器，降低用于吸入海水的海水泵所需的扬程，从而可降低功耗。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的船舶液化气再气化系统的构成图。
图2是示意性地示出在图1所示的液化气再气化系统上一同示出温度控制装置的液化气再气化系统的局部结构的构成图。
图3是示出根据本发明实施例的微加热器中使用第一传热介质，即制冷剂作为热源时的Q-T(热量-温度)线图的曲线图。
图4是示出根据本发明实施例的微加热器中使用第二传热介质，即乙二醇水作为热源时的Q-T线图的曲线图。
附图标记说明
110：高压泵 120：气化器
130：微加热器 210：第一泵
310：第二泵 220：第一热交换器
320：第二热交换器 230：膨胀发电机
330：膨胀罐 240：接收器
410：海水泵 LL：液化气管线
RL：第一热介质管线 RL1：第一分支管线
RL2：第二分支管线 GL：第二热介质管线
SL1：第一海水管线 SL2：第二海水管线
LV：第一阀 RV：第二阀
TT1：第一温度测量单元 TT2：第二温度测量单元
PT1：第一压力测量单元 PT2：第二压力测量单元
FT1：第一流量测量单元 TIC1：第一温度控制单元
TIC2：第二温度控制单元 TIC3：第三温度控制单元
PIC2：第二压力控制单元 FIC1：第一流量控制单元
LS1：第一控制单元 LS2：第二控制单元
具体实施方式
为了充分理解本发明的操作上的优势以及实施本发明所达成的目的，必须参照示出本发明的优选实施例的附图以及在附图中所记载的内容。
以下，将参照附图详细描述本发明的优选实施例的构成和作用。在此，对各附图的构成要素附加参照符号时，应注意限于相同的构成要素虽然标示在不同的附图上，也是尽可能地标记为相同的符号。另外，如下实施例可以改变为各种不同的形式，本发明的范围不限于如下实施例。
在后述的本发明的实施例中，液化气可以是在低温下液化并可运输的液化气，例如，LNG(液化天然气)、LEG(液化乙烷)、LPG(液化石油气)、液化乙烯，液化丙烯等。或者可以是液态气体，例如，液化二氧化碳、液化氢或液化氨等。但是，在后述的实施例中，以适用代表性的液化气即LNG为例进行说明。
另外，后述的根据本发明的实施例的LNG再气化系统，将举例说明应用于船舶的例子，但是也可以应用于陆地。
另外，在本发明的实施例中，LNG再气化船舶是具有配备有能够对LNG再气化并将其供应给燃气需求方的LNG再气化装置的所有种类的船舶，即，可以是诸如LNG RV(LNG再气化船)之类具备自推进能力的船舶、以及LNG FSRU(浮式储存再气化装置)之类的在海上漂浮的海上构筑物。只是，在后述的实施例中，将以LNG FSRU为例进行描述。
另外，根据本发明实施例的LNG再气化船可以在海上对LNG进行再气化并通过管网将再气化气体(Regas)供应给岸上的燃气需求方。
以下，将参照图1至图4描述根据本发明的实施例的船舶液化气再气化系统及方法。
根据本发明的实施例的LNG再气化船舶包括：LNG储存罐(未图示)，用于存储LNG；蒸发气体处理单元(未图示)，用于处理从LNG储存罐产生的蒸发气体(BOG)；加注单元(未图示)，用于将LNG装载到LNG储存罐中或将存储在LNG储存罐中的LNG卸载；以及再气化系统，用于将存储在LNG储存罐中的LNG气化后供应给岸上的燃气需求方。
根据本发明的实施例的LNG再气化船舶可以同时执行LNG储存罐的LNG装载/卸载工艺和LNG再气化工艺。
另外，可以安装多个LNG储存罐，LNG可以在约-161℃和约1.1bar下存储在LNG储存罐中。由于LNG的蒸气压高于大气压且沸点约为-163℃，因此必须安全地储存以在LNG船舶上运用。因此，本实施例的LNG储存罐应该具有LNG储存、温度维持及气密功能，为此，可以构造成包括隔热材料和辅助装置，以阻止来自外部的热泄露，来维持LNG的超低温。此外，可以由能够承受超低温的特殊材料制成。
蒸发气体处理单元可以处理在将LNG装载到LNG储存罐中时产生的蒸发气体，以及存储在LNG储存罐中的LNG自然气化所产生的蒸发气体。
另外，蒸发气体处理单元可包括低压压缩机(未图示)，该低压压缩机将从LNG储存罐排出的蒸发气体压缩至发动机所需的压力并将其作为发动机燃料来供应。另外，可以进一步包括燃料加热器(未图示)，该燃料加热器将低压压缩机压缩的蒸发气体加热至发动机所需的温度。
这里，发动机可以是将蒸发气体用作燃料来产生电力的低压发动机，例如，DFDE(双燃料柴油电动)发动机。
另外，蒸发气体处理单元还可包括冷凝器(未图示)，该冷凝器将低压压缩机压缩的蒸发气体与LNG混合并凝缩。
在冷凝器中冷凝的蒸发气体，即LNG可以被回收到LNG储存罐中，或者可以供应到后述的再气化系统的高压泵110。供应到冷凝器的LNG可以是从LNG储存罐输送到高压泵110的LNG，或者可以是在高压泵110压缩的LNG。
同时，通过调节从冷凝器供应到高压泵110的LNG的流量，可以将冷凝器作为抽吸滚筒来调节高压泵110的前端压力。
另外，蒸发气体处理单元还可包括高压压缩机(未图示)，该高压压缩机将从LNG储存罐排出的蒸发气体压缩至燃气需求方所需的压力，并将与再气化的气体一同供应至燃气需求方。
参照图1和图2，根据本发明的实施例的船舶液化气再气化系统，包括：高压泵110，将存储在LNG储存罐中的LNG压缩至燃气需求方所需的压力或更高的压力；气化器120，通过热交换将高压泵110压缩的高压LNG气化；以及微加热器130，将在气化器120中气化的再气化气体(即天然气)调节至燃气需求方所需的温度，或将气化器120中尚未气化的LNG完全气化，并将其加热到燃气需求方所需的温度。
另外，根据本实施例的船舶液化气再气化系统，包括：第一循环，将第一传热介质作为热源循环，以在气化器120中与LNG进行热交换从而使LNG气化；第二循环，将第二传热介质作为热源循环，以在微加热器130中对天然气进行加热；海水泵410，将海水作为热源供应，以对循环第一循环的第一传热介质和循环第二循环的第二传热介质进行加热。
另外，LNG储存罐中，可以设置供应泵(未图示)，该供应泵排出所存储的LNG并供应给高压泵110。供应泵可以是安装在LNG储存罐内的罐内泵，也可以是半潜式泵，其可以在浸入LNG储存罐中存储的LNG中的状态下运行。
本实施例的高压泵110，将将要再气化的LNG压缩到燃气需求方所需的再气化气体的压力，并将其供应到气化器120。燃气需求方所需的压力根据突提而不同，但通常约为50至100bar。即，本实施例的高压泵110可以将LNG压缩至约50bar～100bar，或考虑到压力损失等，可以压缩至略高于50bar～100bar的压力。
在本实施例的气化器120中，被高压泵110压缩至燃气需求方所需的再气化气体压力的高压LNG，通过与在第一循环中循环的第一传热介质进行热交换，气化为气态，或仅其一部分气化，成为气液混合状态。在气化器120中气化的压缩LNG的温度可以根据热源(例如，第一传热介质和/或海水的温度或流量)的状态而不同。
本实施例的气化器120可以是管壳式热交换器，特别地，可以是管只穿过一次壳的单程式管壳式热交换器。
在本实施例的微加热器130中，在气化器120中气化的再气化气体被加热至燃气需求方所需的温度并被供应给燃气需求方。另外，如果存在由于第一传热介质的热容量不足而在气化器120中未气化的LNG，则可在微加热器130中全量气化并被加热至燃气需求方所需的温度。
本实施例的微加热器130可以是管壳式热交换器，特别地，可以是管穿过两次壳的两程式管壳式热交换器。
由于岸上的燃气需求方通常需要约0℃至10℃或8℃至10℃的以及50bar至100bar的再气化气体，因此，在微加热器130中，可以将从气化器120被供应到岸上的燃气需求方的再气化气体，加热成大约0℃至10℃并供应给燃气需求方。
根据本实施例，存储在LNG储存罐中的LNG沿着液化气管线LL流动，并被高压泵110压缩，被气化器120气化，被微加热器130加热后被输送至燃气需求方。
本实施例的第一循环，包括：第一泵210，用于使第一传热介质循环；第一热交换器220，用于使被第一泵210加压的第一传热介质气化；膨胀发电机230，用于使被第一热交换器220气化的第一传热介质膨胀，并将第一传热介质的膨胀功转换成电力来发电；以及接收器240，用于存储在气化器120通过与LNG进行热交换而冷凝的第一传热介质。
第一传热介质，沿着循环周期即第一循环来循环，该第一循环形成为沿着第一热介质管线RL流动的同时，被第一泵210加压，在第一热交换器220中气化，在膨胀发电机230中膨胀后在气化器120中冷凝，并经过接收器240循环至第一泵210。
在本实施例的第一热交换器220中，第一传热介质经过与海水进行热交换而被气化，该海水是被海水泵410吸入，并沿着第一海水管线SL1被供给至第一热交换器220的海水。
在第一热交换器220中，海水在气化第一传热介质的同时被冷却，冷却后的海水沿着第一海水管线SL1从第一热交换器220中排出。
在本实施例中，将海水作为热源在第一热交换器220中气化第一传热介质为例进行描述，但作为热源可以使用由船上的蒸气生成器(未图示)生产的蒸气，也可以将海水和蒸气互补使用。
将海水和蒸气相互补充使用可以包括，例如，在第一热交换器220设置三流热交换器，该三流热交换器用于在海水、蒸气与第一传热介质之间进行热交换；或者，可以串联安装用于在海水和第一传热介质之间进行热交换的一级热交换器与用于在蒸气和第一传热介质之间进行热交换的二级热交换器，以便分阶段加热第一传热介质；或者，串联安装用于在海水和第一传热介质之间进行热交换的一级热交换器与用于在蒸气和第一传热介质之间进行热交换的二级热交换器，以调节在第一热交换器220中的第一传热介质的加热温度；或者，可另外设置用于通过与蒸气进行热交换来加热海水的海水加热器，将在海水加热器中加热的海水供应到第一热交换器220。
另外，本实施例的第一热交换器220可以是管壳式热交换器或板式热交换器。
在第一热交换器220中被海水气化或加热的第一传热介质被供应到膨胀发电机230并膨胀，第一传热介质的膨胀功被转换成电力。由膨胀发电机230生产的电力可以在船上的电力需求处使用。
另外，根据本实施例，本实施例的第一热介质管线RL包括第一分支管线RL1，该第一分支管线RL1在膨胀发电机230的上游分支，并使在第一热交换器220中气化的第一传热介质，绕过膨胀发电机230，即不经过膨胀发电机230，而从第一热交换器220直接供应至气化器120。
当诸如膨胀发电机230的故障之类等膨胀发电机230不能使用时，利用第一分支管线RL1，由第一热交换器220通过第一分支管线RL1供应至气化器120，从而确保不影响向岸上的需求方供应天然气。
另外，第一分支管线RL1的设置目的为：在膨胀发电机230的维护期间，使第一传热介质绕过膨胀发电机230；以及由于气化器120的再气化容量的急剧增加，第一传热介质的循环流量增加时，为了控制由于膨胀发电机230的入口阀的反应速度延迟而导致的前端压力。
在膨胀发电机230中，通过在第一热交换器220中与海水进行热交换而气化或加热的第一传热介质，随着膨胀其压力及温度可以下降。
在膨胀发电机230膨胀的第一传热介质沿着第一热介质管线RL被供应到气化器120，在与LNG进行热交换的同时被冷却或冷凝。在气化器120中冷却或冷凝的第一传热介质沿着第一热介质管线RL被输送到接收器240。
本实施例的接收器240作为在气化器120中冷凝的第一传热介质汇集的压力容器，还起到缓冲罐的作用，诸如控制在第一循环中循环的第一传热介质的流量及压力。接收器240可以在后述的第二阀RV的控制下维持一定的压力。
在本实施例中，第一传热介质可以被选择为在循环第一循环时伴随相变的材料或混合物。
即，第一传热介质可在第一热交换器220中与海水进行热交换时气化，在膨胀发电机230中膨胀，然后在气化器120中冷凝。
在本实施例中，第一传热介质可以单独或混合使用基本上没有火灾或爆炸危险的天然制冷剂、HFC类(氢氟碳化物)以及HFO类(氢氟烯烃)制冷剂，例如，R-23、R-32、R-134a、R-407c、R-410A等可以单独或混合使用。
同时，在膨胀发电机230中，第一传热介质等熵地膨胀，在该过程中，第一传热介质的温度降低。
例如，如果从第一热交换器220气化或加热后排出的第一传热介质为11℃和5barG，并在膨胀发电机230中膨胀至2barG的话，则第一传热介质的温度大约降至-10.5℃。如果将从膨胀发电机230排出的-10.5℃的第一传热介质作为在气化器120中气化LNG的热源来供应，则不能满足从气化器120排出的天然气的最低温度条件(例如，为8℃)。
因此，根据本实施例，进一步包括微加热器130，用于将从气化器120供应到燃气需求方的天然气的温度，加热至燃气需求方所要求的最低温度条件以上。
如上所述，根据本发明的实施例，在第一热交换器220中气化的第一传热介质，在膨胀发电机230中发电的同时温度降低，因此，供应到气化器120的第一传热介质的温度低于将再气化气体的温度加热至燃气需求方要求的温度而所需的温度，因此可以通过在气化器120的下游设置微加热器130来解决该问题。
在本实施例中，由于膨胀发电机230通过第一传热介质发电，因此可以减轻安装在上述再气化船舶中的发电发动机的负荷并减少燃料消耗。
根据本实施例，可以进一步包括第二循环，该第二循环使第二传热介质循环，以用作在微加热器130中加热天然气的热源。
在微加热器130中，第二传热介质在第二循环中循环并与天然气交换热量，从而天然气被加热到最低温度条件，即加热至燃气需求方所需的温度或更高的温度，第二传热介质回收天然气的冷能后被冷却或冷凝。
本实施例的第二循环，包括：第二泵310，用于使第二传热介质循环；第二热交换器320，用于加热或气化第二传热介质；以及膨胀罐330，用于稳定在微加热器130进行热交换之后排出的第二传热介质。
第二传热介质，沿着循环周期即第二循环来循环，该第二循环形成为沿着第二热介质管线GL流动的同时，被第二泵310加压，在第二热交换器320中气化或加热，在微加热器130中冷却或冷凝，并经过膨胀罐330循环至第二泵310。
在本实施例的第二热交换器320中，加热第二传热介质的热源可以是海水，该海水是被海水泵410吸入，并沿着第二海水管线SL2被供应至第二热交换器320的海水。
在第二热交换器320中，海水在气化或加热第二传热介质的同时被冷却，冷却后的海水沿着第二海水管线SL2排放到外部。
另外，在本实施例中，将海水作为热源在第二热交换器320中气化或加热第二传热介质为例进行描述，但作为热源可以使用由船上的蒸气生成器(未图示)生产的蒸气，也可以像上述的第一热交换器220一样，将海水和蒸气互补使用。
另外，本实施例的第二热交换器320可以是板式热交换器。
本实施例的膨胀罐330用作缓冲器，用于应对第二传热介质在第二热交换器320经过热交换后随着温度变化而发生的体积膨胀。
另外，在膨胀罐330中，可以将侵入到第二传热介质中的诸如空气等异物与第二传热介质分离，当天然气从微加热器130中泄漏，使得向第二传热介质流入燃气的情况下，进入到第二传热介质的燃气也可以从第二传热介质分离。
在本实施例中，第二传热介质可以是乙二醇水。
在膨胀发电机230中，随着在第一热交换器220中与海水进行热交换而气化或加热的第一传热介质膨胀，压力降低且温度也降低。
除了在第一热交换器220中用作热源的海水的温度足够高于燃气需求方的最低温度条件的情况之外，由于第一传热介质在膨胀发电机230中的压力变化过程中温度下降非常大并且第一传热介质的热容量较小，因此，难以将天然气加热到最低温度条件以上。
因此，根据本实施例，可以使用第二传热介质，即乙二醇水，用作将天然气加热到最低温度条件以上的中间热介质。
通常，必须使用高压泵110将LNG压缩至最低压力条件或更高的压力，并在气化器120中气化并加热至最低温度条件或更高的温度。例如，如果从气化器120排出的天然气的最低温度条件是8℃，则供应到气化器120的第一传热介质的温度必须高于最低温度条件8℃以满足该要求。考虑到一般的热交换器中的加热流体与被加热流体之间的最小温差为2～3℃，供应至气化器120的第一传热介质的温度应该约为11℃以上。
另外，在本实施例中，由于第一传热介质在第一热交换器220中通过与海水进行热交换被加热，因此，同样地，考虑一般的热交换器的加热流体与被加热流体之间的最小温差，供应至第一热交换器220的海水温度应该约为14℃以上。
然而，即使第一传热介质在第一热交换器220中被加热到11℃，如上所述，在膨胀发电机230中发电的同时第一传热介质的温度可降低到-10.5℃。
因此，根据本实施例，必须使用微加热器130，将在气化器120中气化的天然气加热至燃气需求方的最低温度条件，即天然气的最终输送温度。
如果从第一热交换器220供应到膨胀发电机230的一部分第一传热介质被分支并用作加热微加热器130中的天然气的传热介质的话，除了海水的温度足够高，以使在第一热交换器220中进行热交换的第一传热介质与海水之间的温差高于最低水平以上的情况之外，由于微加热器130中的热交换性能不足，可能发生无法将天然气加热至输送温度的问题。
参照图3，由于第一传热介质的低热容量和相变而在微加热器130内部确定夹点，因此微加热器130的设计不易。因此，可以通过使用第二传热介质来解决该设计困难，并可以稳定地加热再气化气体。
然而，根据本实施例，与第一热交换器220中的海水进行热交换的第一传热介质，即制冷剂仅用作气化器120的热源，与第二热交换器320中的海水进行热交换而被加热的第二传热介质，即乙二醇水被用作微加热器130的热源来供应，以使在微加热器130内部不发生夹点(参照图4)，从而可以确保足够的热交换性能，将天然气稳定地加热至最终输送温度。
另外，在再气化系统的初始启动时，如果不将LNG供应到气化器120，则第一传热介质不会在气化器120中冷凝，因此第一传热介质无法循环，所以有必要在维持好LNG与第一传热介质的供给平衡的同时增加气化器120的负荷。这在操作上造成许多困难。
然而，根据本实施例，通过将乙二醇水用作在微加热器130中加热天然气的第二传热介质，可防止在再气化系统的初始启动时，由于LNG供应量与第一传热介质之间的热平衡不匹配而导致的LNG流到气化器120的情况，从而可以稳定地操作。
另外，根据本实施例，如图1和图2所示，海水泵410、第一热交换器220和第二热交换器320设置在甲板下方的机器室。气化器120和微加热器130设置在上甲板上。
将使用安装在甲板下的海水泵410吸入的海水，直接供应到设置在上甲板的气化器120和加热器130时，即，将海水与LNG直接进行热交换时，海水泵410的电力消耗变得过大。
但是，如本实施例一样，在第一循环的情况下，在设置于甲板下方机械室的第一热交换器220中，使被海水泵410吸入的海水和第一传热介质进行热交换，并使用被海水加热的第一传热介质在气化器120中气化LNG；在第二循环的情况下，在设置在甲板下方机器室的第二热交换器320中，使海水和第二传热介质之间进行热交换，并使用被海水加热的第二传热介质在微加热器130中加热天然气，以此降低海水泵410的所需扬程，从而降低功耗。
此时，虽然增加了用于循环第一传热介质和/或第二传热介质的第一泵210和/或第二泵310的功率消耗，但是与海水相比循环量并不大，因此整体的功耗降低。
这样的降低功耗的效果，与直接使海水和LNG进行热交换来对LNG进行再气化的情况相比，当通过使用乙二醇水与海水进行间接热交换来对LNG进行再气化的情况下，该功率降低效果约为30％，如本实施例一样，第一循环和第二循环混合使用时，该功率降低效果达到约45％。
接下来，参照图2，对根据本发明实施例的再气化系统的温度控制方法进行描述。在图2中，进一步示出用于说明控制方法的控制装置，但是为了简化，省略了图1所示的根据本实施例的再气化系统的一部分构成。
参照图2，根据本实施例的再气化系统，进一步包括：第二压力测量单元PT2，用于测量接收器240内部的压力；第二分支管线RL2，其从第一热介质管线RL在气化器120的上游分支并连接到接收器240，其中，第二分支管线RL2安装有第二阀RV。
另外，还进一步包括第二压力控制单元PIC2，该第二压力控制单元PIC2根据第二压力测量单元PT2的压力测量值，通过控制第二阀RV来控制从膨胀发电机230和/或第一热交换器220被供应至气化器120的第一传热介质中，绕过气化器120被供应至接收器240的第一传热介质的流量。
另外，可以根据第三温度控制单元TIC3的温度测量值来控制第二阀RV，第三温度控制单元TIC3用于测量从气化器120供应到微加热器130的天然气的温度。
第二控制单元LS2，均参考由第二压力控制单元PIC2传送的、将要分支到第二分支管线RL2的第一传热介质的流量，以及用于维持由第三温度控制单元TIC3传送的、为了维持从气化器120供应到微加热器130的天然气的温度而将要分支到第二分支管线RL2的第一传热介质的流量，来控制第二阀RV的开度及开闭。
本实施例的第二控制单元LS2可以包括低选器，该低选器在由第二压力控制单元PIC2和第三温度控制单元TIC3传送的、用于控制将要分支到第二分支管线RL2的第一传热介质的流量的第二阀RV的开度中，选择较小的值来控制第二阀RV。
例如，如果由第二压力测量单元PT2测量的接收器240的压力测量值小于设定值，则第二压力控制单元PIC2向第二控制单元LS2传送信号，以增大第二阀RV的打开度，增加绕过气化器120被输送到接收器240的第一传热介质的流量。
另外，当从气化器120供应到微加热器130的天然气的温度低于设定值时，第三温度控制单元TIC3向第二控制单元LS2传送信号，以减小第二阀RV的开度，减少绕过气化器120的第一传热介质的流量。
此时，第二控制单元LS2参考从第二压力控制单元PIC2传送的第二阀RV的开度和从第三温度控制单元TIC3传送的第二阀RV的开度，从中选择较小的开度率来控制第二阀RV。即，通过最大限度地减少将要绕过气化器120的第一传热介质的流量来予以控制。
另外，根据本实施例的再气化系统，包括：第一温度测量单元TT1，用于测量从微加热器130输送到燃气需求方的天然气的温度；第一压力测量单元PT1，用于测量从微加热器130输送到燃气需求方的天然气的压力；以及第一流量测量单元FT1，用于测量从微加热器130输送到燃气需求方的天然气的流量。
另外，根据本实施例的再气化系统，进一步包括：第一温度控制单元TIC1，用于根据在第一温度测量单元TT1测量的温度测量值，以使从微加热器130输送到燃气需求方的天然气维持一定的温度；以及第一流量控制单元FIC1，用于根据第一温度测量单元TT1、第一压力测量单元PT1及第一流量测量单元FT1的测量值，调节从微加热器130输送到燃气需求方的天然气的流量。
另外，根据本实施例的再气化系统，进一步包括：第二温度测量单元TT2，用于测量从微加热器130排出的第二传热介质的温度；以及第二温度控制单元TIC2，用于根据第二温度测量单元TT2的温度测量值，以使从微加热器130排出的第二传热介质维持一定的温度。
另外，根据本实施例的再气化系统，进一步包括安装在液化气管线LL中的第一阀LV，其中，从高压泵110供应到气化器120的LNG流过该液化气管线LL。
第一控制单元LS1，可参照第一温度控制单元TIC1的传送值、第二温度控制单元TIC2的传送值以及第一流量控制单元FIC1的传送值，调节第一阀LV的开度。
例如，如果由第一流量测量单元FT1测量的流量测量值小于燃气需求方所要求的值，则第一控制单元LS1根据来自第一流量控制单元FIC1的信号，增加第一阀LV的开度，以通过增加从高压泵110供应到气化器120的LNG的流量来可满足所需的再气化量。
另外，例如，如果由第一温度测量单元TT1测量的温度测量值不满足最低温度条件，则第一控制单元LS1根据来自第一温度控制单元TIC1的信号来减小第一阀LV的开度，以减少从高压泵110供应到气化器120的LNG的流量，从而可调节到所需的再气化温度。
另外，例如，当第二温度测量单元TT2测量的温度测量值接近设定值时，第一控制单元LS1根据来自第二温度控制单元TIC的信号来减小第一阀LV的开度，以减少从高压泵110供应至气化器120的LNG的流量，从而可将第二传热介质的微加热器130出口温度维持在最低温度以上。
本实施例的第一控制单元LS1，可以包括低选择器，用于从第一流量控制单元FIC1、第一温度控制单元TIC1以及第二温度控制单元TIC2的信号中，选择最小值，即选择第一阀LV的最小开度来控制第一阀LV的开度。
如上所述，根据本发明，通过回收在液化气的再气化过程中废弃的液化气的冷能来发电，从而提高能量效率，并减少用于发电的燃料消耗量，即使由于回收液化气的冷能来生产额外的电力，使供应给气化器的热源的温度降低，也可以将再气化气体的输出温度、压力及流量维持在所需值。
如上所述，描述了根据本发明的实施例，除了上述实施例之外，本发明在不脱离其精神或范围内，可以以其他特定形式实施，这一事实对于本领域所属普通技术人员来说是显而易见的。因此，上述实施例应被认为是示例性的而不是限制性的，由此，本发明不限于以上描述，还可以在所附权利要求的范畴以及与其等同的范围内进行改变。

Claims (18)

1.一种船舶液化气再气化系统，其特征在于，包括：
气化器，用于使液化气与第一传热介质进行热交换，以气化液化气；
微加热器，用于将从所述气化器输送到燃气需求方的再气化气体与第二传热介质进行热交换，以将所述再气化气体加热到所述燃气需求方所需的温度；
第一循环，用于循环所述第一传热介质；以及
第二循环，用于循环所述第二传热介质，
其中，所述第一循环，包括：
第一热交换器，使将要供应至所述气化器的第一传热介质与热源进行热交换，从而气化第一传热介质；以及
膨胀发电机，使在所述第一热交换器中气化的第一传热介质膨胀来发电，
所述第二循环，包括第二热交换器，使将要供应至所述微发电机的第二传热介质与热源进行热交换，从而加热第二传热介质。
2.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
所述热源是海水及蒸气中的任何一种或多种。
3.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
进一步包括：
海水泵，用于将吸入的海水作为热源供应至所述第一热交换器及第二热交换器，
所述海水泵、第一热交换器及第二热交换器安装在船舶的甲板下方，
所述气化器及微加热器安装在所述船舶的上甲板上。
4.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
所述第一传热介质，作为循环所述第一循环并伴随相变的制冷剂，是没有火灾及爆炸危险的天然制冷剂、HFO类及HFC类的单一或混合制冷剂。
5.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
所述第二传热介质是乙二醇水。
6.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
进一步包括：
第一分支管线，所述第一分支管线从第一热介质管线在所述膨胀发电机的上游分支，并使供应到所述膨胀发电机的第一传热介质绕过所述膨胀发电机而供应至气化器，其中，所述第一热介质管线用于将所述第一热交换器气化的第一传热介质输送到所述膨胀发电机。
7.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
进一步包括：
高压泵，用于将所述液化气压缩至所述燃气需求方所需的压力并供应至气化器；以及
第一阀，用于控制从所述高压泵供应至气化器的液化气的流量。
8.根据权利要求7所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
进一步包括：
第一温度测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的温度；
第一压力测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的压力；
第一流量测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的流量；以及
第一控制单元，用于根据所述第一温度测量单元的温度测量值、所述第一压力测量单元的压力测量值以及所述第一流量测量单元的流量测量值中的任何一个或多个来调节所述第一阀的开度，以调节所述液化气的再气化量。
9.根据权利要求7所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
进一步包括：
第二温度测量单元，用于测量从所述微加热器排出并通过热交换冷却的第二传热介质的温度；以及
第一控制单元，用于根据所述第二温度测量单元的温度测量值来调节所述第一阀的开度，以调节所述液化气的再气化量。
10.根据权利要求7所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
包括：
第一温度测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的温度；以及
第二温度测量单元，用于测量从所述微加热器排出并通过热交换冷却的第二传热介质的温度，
进一步包括：
第一压力测量单元以及第一流量测量单元中的任何一个或更多个，
其中，所述第一压力测量单元用于测量从所述微加热器供应至所述燃气需求方的天然气的压力，以及
所述第一流速测量单元，用于测量从所述微加热器供应到所述燃气需求方的天然气的流量，
包括，第一控制单元，所述第一控制单元，在为了使所述第一温度测量单元的温度测量值维持在一定范围而需要调节的第一阀的开度、为了使所述第二温度测量单元的温度测量值维持在一定范围而需要调节的第一阀的开度、以及使在所述第一压力测量单元和第一流量测量单元中任何一个或更多个的测量值维持在一定范围而需要调节的第一阀的开度中，选择最小值来调节所述第一阀的开度。
11.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
包括：
接收器，用于容纳在所述气化器中气化液化气时冷凝的第一传热介质；
第二分支管线，其从所述第一传热介质供应至气化器的第一热介质管线在所述气化器的上游分支，从而使所述第一传热介质绕过所述气化器而供应至所述接收器；
第二压力测量单元，用于测量所述接收器的压力；以及
第二控制单元，其根据所述第二压力测量单元的压力测量值来调节安装在所述第二分支管线中的第二阀的开度。
12.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
包括：
接收器，用于容纳在所述气化器中气化液化气时冷凝的第一传热介质；
第二分支管线，其从所述第一传热介质供应至气化器的第一热介质管线在所述气化器的上游分支，从而使所述第一传热介质绕过所述气化器而供应至所述接收器；
第三温度控制单元，用于测量从所述气化器供应至微加热器的再气化气体的温度；以及
第二控制单元，其根据所述第三温度控制单元的温度测量值来调节安装在所述第二分支管线中的第二阀的开度。
13.根据权利要求1所述的船舶液化气再气化系统，其特征在于，
包括：
接收器，用于容纳在所述气化器中气化液化气的同时冷凝的第一传热介质；
第二分支管线，其从所述第一传热介质供应至气化器的第一热介质管线在所述气化器的上游分支，从而使所述第一传热介质绕过所述气化器而供应至所述接收器；
第二阀，其安装在所述第二分支管线上并被调节开度；
第二压力测量单元，用于测量所述接收器的压力；
第三温度控制单元，用于测量从所述气化器供应到微加热器的再气化气体的温度；以及
第二控制单元，所述第二控制单元，在为了使所述第二压力测量单元的压力测量值维持在一定范围而需要调节的第二阀的开度、为了使所述第三温度控制单元的温度测量值维持在一定范围而需要调节的第二阀的开度中，选择小的值来调节所述第二阀的开度。
14.一种船舶液化气再气化方法，其特征在于，
使液化气和第一传热介质进行热交换以使液化气气化，
并使所述气化的再气化气体与第二传热介质进行热交换以加热至燃气需求方所需的温度，
所述第一传热介质，
使第一循环循环，所述第一循环，通过与热源进行热交换而气化，使气化的第一传热介质膨胀而产生电力，然后与所述液化气进行热交换，
所述第二传热介质，
使第二循环循环，所述第二循环通过与所述热源进行热交换来加热，然后与所述再气化气体进行热交换。
15.根据权利要求14所述的船舶液化气再气化方法，其特征在于，
用于加热所述第一传热介质及第二传热介质的热源是海水、蒸气或海水和蒸气的组合，
所述第一传热介质作为循环第一循环并伴随相变的制冷剂，是没有火灾及爆炸危险的自然制冷剂、HFO类及HFC类的单一或混合制冷剂，
所述第二传热介质是乙二醇水。
16.根据权利要求14所述的船舶液化气再气化方法，其特征在于，
将将要气化的所述液化气压缩至所述燃气需求方所需的压力并与所述第一传热介质进行热交换，
测量通过与所述第二传热介质进行热交换来被加热并供应到燃气需求方的再气化气体的压力、温度及流量中的任何一个或多个，根据测量值来控制将要与所述第一传热介质进行热交换的液化气的流量。
17.根据权利要求14所述的船舶液化气再气化方法，其特征在于，
将将要气化的所述液化气压缩至所述燃气需求方所需的压力并与所述第一传热介质进行热交换，
测量在加热所述再气化气体的同时冷却的第二传热介质的温度，根据测量值来控制将要与所述第一传热介质进行热交换的液化气的流量。
18.根据权利要求14所述的船舶液化气再气化方法，其特征在于，
将气化所述液化气的同时冷凝的第一传热介质存储在接收器中，然后与所述热源进行热交换后再供应到所述气化器，
在所述接收器的压力测量值、以及与所述第二传热介质进行热交换的再气化气体的温度测量值中，根据任何一个或多个测量值来控制直接供应到接收器而不与所述液化气进行热交换的第一传热介质的流量。
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