CN115717679A - 一种用于船舶的氨bog再液化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于船舶的氨BOG再液化系统及方法，其中系统包括：依次连接的BOG分液罐、第一级压缩机、中间冷却器、第二级压缩机、冷凝器和集液罐，BOG分液罐和中间冷却器还分别与储罐连接；集液罐的一个输出端与大气和/或储罐连接，去除冷凝器输出的常温液氨中所包含的不可凝结的气体，形成纯液氨，第二路中的第一股将纯液氨形成低温蒸汽，为中间冷却器提供冷能，第二股输出纯液氨，通过中间冷却器进行二次冷却；中间冷却器的一部分对第一级压缩机输出的低压BOG进行冷却后输出至第二级压缩机，另一部分对集液罐输出的常温液氨进行二次冷却后返回至储罐。本发明降低了能耗，提高了液化效率；降低了设备的投资成本。

Description

一种用于船舶的氨BOG再液化系统及方法

技术领域

本发明涉及船用氨BOG处理技术领域，具体地，涉及一种用于船舶的氨BOG再液化系统及方法，适用于氨运输船或以氨为燃料的船舶。

背景技术

对于氨运输船或氨燃料船，氨储罐如果采用全冷或半冷半压式，则需要考虑氨BOG处理问题。储罐内低温的液氨因外界热量的传入，会导致部分液氨挥发成低温气体积聚在储罐上顶部。这种挥发出来的低温气体称为蒸发气，简称BOG，储罐内部不断的产生BOG会造成罐内压力不断升高。为了维持储罐内的压力在正常的操作范围内，BOG必须以燃烧、再液化或直接放空的方式处理掉。当船舶上没有配置燃烧装置或者燃烧装置无法处理全部的BOG，为了安全和环保，采用再液化系统，可以将低温的BOG通过制冷将它变成液态再回收至储罐。

现有的再液化系统，采用压缩机对氨气加压，再在冷却器中与海水换热液化的方式，通常存在如下技术问题：

只采用海水换热，无法使加压后升温的BOG降低到足够低温。从而导致压缩机出口的BOG温度过高，不利于压缩机的长期稳定工作。

因液化后的液氨温度过高，再经过再液化调节阀后，减压降温后的液化率不高。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于船舶的氨BOG再液化系统及方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于船舶的氨BOG再液化系统，包括：依次连接的BOG分液罐、第一级压缩机、中间冷却器、第二级压缩机、冷凝器和集液罐，所述BOG分液罐和所述中间冷却器还分别与储罐连接；

所述集液罐的输出分为两路，其中第一路与大气和/或储罐连接，用于去除所述凝器输出的常温液氨中所包含的不可凝结的气体，形成纯液氨，第二路分成两股与所述中间冷却器连接，其中第一股用于将所述纯液氨形成低温蒸汽，为所述中间冷却器提供冷能，第二股用于输出所述纯液氨，通过所述中间冷却器进行二次冷却；

所述中间冷却器包括两部分，其中一部分用于对所述第一级压缩机输出的低压BOG进行冷却后输出至所述第二级压缩机，另一部分用于对所述集液罐输出的常温液氨进行二次冷却后返回至储罐。

可选地，所述BOG分液罐用于将所述储罐输出的含有液氨的氨BOG进行气液分离，并将分离后的氨BOG输出至所述第一级压缩机；

所述第一级压缩机用于对所述分离后的氨BOG进行压缩，形成低压BOG并输出至所述中间冷却器；

所述第二级压缩机用于对冷却后的低压BOG进一步加压，形成高压BOG并输出至所述冷凝器；

所述冷凝器用于对所述高压BOG进行换热，冷凝形成包含气体的常温液氨并输出至所述集液罐。

可选地，所述中间冷却器包括：气相空间和液相空间；其中：

所述低温蒸汽进入所述气相空间内，为所述中间冷却器提供冷能；

所述液相空间配置有绕管，所述纯液氨输入至所述绕管内，利用所述低温蒸汽提供的冷能进行二次冷却；

所述低压BOG通过管线插入所述中间冷却器的液相空间内，通过所述低温蒸汽提供的冷能对所述低压BOG进行冷却。

可选地，所述集液罐与大气和/或储罐连接，将所述常温液氨中所包含的不可凝结的气体通过大气去透气和/或回流至所述储罐。

可选地，所述第二级压缩机的出口压力为13～15barg。

可选地，所述冷凝器采用海水对所述高压BOG进行换热。

可选地，所述系统还包括：集液罐泄放阀，设置于所述集液罐上，用于控制输出超压的不可凝结的气体。

可选地，所述系统还包括：集液罐压力传感器，设置于所述集液罐上，用于监测所述集液罐的罐内压力。

可选地，所述系统还包括：集液罐液位传感器，设置于所述集液罐上，用于监测所述集液罐的罐内液位。

可选地，所述系统还包括：节流膨胀阀，设置于所述集液罐和所述中间冷却器之间的管路上，用于调节所述第一股中的纯液氨，并通过节流后气化产生低温蒸汽。

可选地，所述系统还包括：再液化调节阀，设置于所述中间冷却器和所述储罐之间的管路上，用于将二次冷却后的纯液氨节流冷却成低温的气液混合物，并控制输出至所述储罐。

可选地，所述系统还包括：中间冷却器液位传感器，用于监测所述中间冷却器内的液位。

可选地，所述系统还包括如下任意一项或任意多项：

-对所述集液罐的再液化出口的压力进行调节：当所述集液罐压力传感器监测到所述集液罐的压力大于等于设定压力阈值时，所述集液罐泄放阀将打开，通过释放不可凝结的气体对所述集液罐进行降压；

-对所述集液罐的液位进行调节：当所述集液罐液位传感器监测到所述集液罐的液位大于等于设定高度阈值a时，减小再液化调节阀开度；当所述集液罐液位传感器监测到所述集液罐的液位低于设定高度阈值b时，增大所述再液化调节阀开度；

-对所述中间冷却器的液位进行调节：通过所述节流膨胀阀控制所述纯液氨的流量，根据对输入冷能的调节来控制液位稳定。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于船舶的氨BOG再液化方法，包括：

获取储罐输出的含有液氨的氨BOG，并进行气液分离，得到纯氨BOG；

对所述纯氨BOG进行一次压缩，得到低压BOG；

对所述低压BOG依次进行冷却和二次压缩后，得到高压BOG；

对所述高压BOG进行换热，得到冷凝形成包含气体的常温液氨；

去除所述常温液氨中所包含的不可凝结的气体，形成纯液氨；

将所述纯液氨分为两股，其中第一股纯液氨形成低温蒸汽，用于在冷却过程中提供冷能，第二股纯液氨进行二次冷却后返回至储罐；

循环执行上述步骤，直至完成所需阶段的氨BOG再液化。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

本发明提供的用于船舶的氨BOG再液化系统及方法，低压BOG输出至中间冷切器，不仅保证了第二级压缩机的BOG进口温度处于较低温度，而且进一步冷却返回储罐液氨。中间冷却器的设置，省去了海水冷却器和海水的供应，降低了能耗，提高了液化效率。

本发明提供的用于船舶的氨BOG再液化系统及方法，第二级压缩机的出口压力为13～15barg，该压力值较低，在满足再液化效果的同时，压缩机的成本也得到了控制。

对比现有的再液化系统，本发明提供的用于船舶的氨BOG再液化系统及方法，具有更好的再液化效果，降低了设备的投资成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例中用于船舶的氨BOG再液化系统的组成结构示意图。

图中：1为储罐，2为BOG分液罐，3为第一级压缩机，4为第二级压缩机，5为中间冷却器，6为冷凝器，7为集液罐，8为集液罐泄放阀，9为集液罐压力传感器，10为集液罐液位传感器，11为节流膨胀阀，12为再液化调节阀，13为中间冷却器液位传感器。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本发明一实施例提供了一种用于船舶的氨BOG再液化系统，该系统解决了储罐内氨BOG处理的问题，实现氨运输船或氨燃料动力船的氨储存罐中氨BOG的再液化。

如图1所示，该实施例提供的用于船舶的氨BOG再液化系统，可以包括：依次连接的BOG分液罐2、第一级压缩机3、中间冷却器5、第二级压缩机4、冷凝器6和集液罐7，BOG分液罐2和中间冷却器5还分别与储罐1连接；

集液罐7的输出分为两路，其中第一路与大气和/或储罐1连接，用于去除凝器6输出的常温液氨中所包含的不可凝结的气体，形成纯液氨，第二路分成两股与中间冷却器5连接，其中第一股用于将纯液氨形成低温蒸汽，为中间冷却器5提供冷能，第二股用于输出纯液氨，通过中间冷却器5进行二次冷却；

中间冷却器5包括两部分，其中一部分用于对第一级压缩机输出的低压BOG进行冷却后输出至第二级压缩机4，另一部分用于对集液罐7输出的常温液氨进行二次冷却后返回至储罐1。

在一优选实施例中，BOG分液罐2用于将储罐1输出的含有液氨的氨BOG进行气液分离，并将分离后的氨BOG输出至第一级压缩机3；

第一级压缩机3用于对分离后的氨BOG进行压缩，形成低压BOG并输出至中间冷却器5；

第二级压缩机4用于对冷却后的低压BOG进一步加压，形成高压BOG并输出至冷凝器6；

冷凝器6用于对高压BOG进行换热，冷凝形成包含气体的常温液氨并输出至集液罐7。

在一优选实施例中，中间冷却器5包括：气相空间和液相空间；其中：

低温蒸汽进入气相空间内，为中间冷却器5提供冷能；

液相空间配置有绕管，纯液氨输入至绕管内，利用低温蒸汽提供的冷能进行二次冷却；

低压BOG通过管线插入中间冷却器5的液相空间内，通过低温蒸汽提供的冷能对低压BOG进行冷却。

在一优选实施例中，集液罐7与大气和/或储罐1连接，将常温液氨中所包含的不可凝结的气体通过大气去透气和/或回流至储罐1。

在一优选实施例中，第二级压缩机4的出口压力为13～15barg。

在一优选实施例中，冷凝器6采用海水对高压BOG进行换热。

在一优选实施例中，该系统还可以包括：集液罐泄放阀8，设置于集液罐7上，用于控制输出超压的不可凝结的气体。

在一优选实施例中，该系统还可以包括：集液罐压力传感器9，设置于集液罐7上，用于监测集液罐7的罐内压力。

在一优选实施例中，该系统还可以包括：集液罐液位传感器10，设置于集液罐7上，用于监测集液罐7的罐内液位。

在一优选实施例中，该系统还可以包括：节流膨胀阀11，设置于集液罐7和中间冷却器5之间的管路上，用于调节第一股中的纯液氨，并通过节流后气化产生低温蒸汽。

在一优选实施例中，该系统还可以包括：再液化调节阀12，设置于中间冷却器5和储罐1之间的管路上，用于将二次冷却后的纯液氨节流冷却成低温的气液混合物，并控制输出至储罐1。

在一优选实施例中，该系统还可以包括：中间冷却器液位传感器13，用于监测中间冷却器5内的液位。

在一优选实施例中，该系统还可以包括如下任意一项或任意多项：

-对集液罐7的再液化出口的压力进行调节：当集液罐压力传感器9监测到集液罐7的压力大于等于设定压力阈值时，集液罐泄放阀8将打开，通过释放不可凝结的气体对集液罐7进行降压；

-对集液罐7的液位进行调节：当集液罐液位传感器10监测到集液罐7的液位大于等于设定高度阈值a时，减小再液化调节阀12开度；当集液罐液位传感器10监测到集液罐7的液位低于设定高度阈值b时，增大再液化调节阀12开度；

-对中间冷却器5的液位进行调节：通过节流膨胀阀11控制纯液氨的流量，根据对输入冷能的调节来控制液位稳定。进一步地，节流膨胀阀11控制进入中间冷却器5的液氨的流量，比如阀门开度开大，则流量大，减压汽化量增大，中间冷却器获得的冷能就越多，冷凝的液氨也越多。

下面结合一优选实施例，对本发明上述实施例提供的技术方案进一步详细说明。

该优选实施例提供的用于船舶的氨BOG再液化系统，包括储罐1、BOG分液罐2、第一级(BOG)压缩机3、第二级(BOG)压缩机4、中间冷却器5、冷凝器6、集液罐7、集液罐泄放阀8、集液罐压力传感器9、集液罐液位传感器10、节流膨胀阀11、再液化调节阀12和中间冷却器液位传感器13。

该优选实施例提供的用于船舶的氨BOG再液化系统，利用压缩机将氨BOG加压，加压后的氨BOG在冷凝器中与海水换热冷却为液氨，然后在中间冷却器中进行二次冷却为过冷液氨，过冷液氨利用节流膨胀阀实现部分液体气化，形成温度更低的气液混合物，回流到储罐1。从而实现氨储罐的BOG再液化，以满足设计要求。

氨BOG在储罐1中积聚，当罐内压力超过设定压力时，氨BOG将进入BOG分液罐2，在进入压缩机前分离氨BOG中的小液滴。分离液滴后的氨BOG经过第一级压缩机3形成低压BOG，低压BOG再流进中间冷却器5进行冷却。中间冷却器5有两个作用，对第一级压缩机3出口的低压BOG进行冷却，另外对冷凝的液氨进行二次冷却。

中间冷却器5分气相空间和液相空间，液相空间配置有绕管，用于对常温液氨的二次冷却。低压BOG通过管线插入中间冷却器5的液相空间内，加强对低压BOG的冷却效果。中间冷却器5上还配置了液位传感器13，监测中间冷却器5的液位。

冷却后的低压BOG再经过第二级压缩机4进一步加压形成高压BOG，出口压力可设置为13～15barg，可以保证在压缩比较低时，保证液化效果。高压BOG在冷凝器6中与海水换热，冷凝为常温液氨。常温液氨再流进集液罐7，去除其中不可凝结的气体。集液罐7配置有集液罐压力传感器9、集液罐液位传感器10和压力泄放管道。压力泄放管道配置集液罐泄放阀8，超压的不可凝结的气体可以经过集液罐泄放阀8排出，去透气或者回流到储罐1。

集液罐7出口的常温液氨将分成两股流进入中间冷却器5。一部分经节流膨胀阀11节流后气化，产生低温蒸汽，进入气相空间为中间冷却器5提供冷能。另一部分进入中间冷却器5中在液相空间中的绕管进行二次冷却。二次冷却后的液氨再经过再液化调节阀12进一步节流冷却成低温的气液混合物，返回到储罐1。

为保证再液化的正常运行，设置如下3个控制逻辑：

1、对集液罐7的再液化出口的压力进行调节。当集液罐压力传感器9监测到集液罐的压力升高时，集液罐泄放阀8将打开，通过释放不可凝结的气体对集液罐7进行降压。

2、对集液罐7的液位进行调节。当集液罐液位传感器10监测到液位过高时，减小再液化调节阀12开度；当集液罐液位传感器10监测到液位降低时，增大再液化调节阀12开度。

3、对中间冷却器5的液位进行调节。为保证中间冷却器5的液位保持稳定，节流膨胀阀11可以调节用于气化降温的液氨的流量，根据输入冷能的调节来控制液位稳定。

在本发明的部分实施例中：

BOG从储罐1排出，依次经BOG分液罐2、第一级压缩机3、中间冷却器5、第二级压缩机4、冷凝器6、集液罐7，液化后再分2路，分别经节流膨胀阀11和再液化调节阀12进入中间冷却器5，最后经过再液化调节阀12，回储罐1。

在第一级压缩机3和第二级压缩机4之间设置中间冷却器5。

集液罐7出口的常温液氨分成两股流进入中间冷却器5。一部分经节流膨胀阀11节流后气化，产生低温蒸汽，为中间冷却器5提供冷能。另一部分进入中间冷却器5中在液体中的绕管进行二次冷却。

集液罐7配置有集液罐压力传感器9和压力泄放管道。压力泄放管道配置集液罐泄放阀8，集液罐压力传感器9检测到压力过高时，超压的不可凝结的气体可以经过集液罐泄放阀8排出，去透气或者回流到储罐1。

集液罐7配置有集液罐液位传感器10监测液位，可通过调节再液化调节阀12开度维持集液罐7稳定。

对中间冷却器5配置中间冷却器液位传感器13，可通过调节节流膨胀阀11开度维持中间冷却器5液位稳定。

本发明一实施例提供了一种用于船舶的氨BOG再液化方法，可以包括：

S1，获取储罐1输出的含有液氨的氨BOG，并进行气液分离，得到纯氨BOG；

S2，对纯氨BOG进行一次压缩，得到低压BOG；

S3，对低压BOG依次进行冷却和二次压缩后，得到高压BOG；

S4，对高压BOG进行换热，得到冷凝形成包含气体的常温液氨；

S5，去除常温液氨中所包含的不可凝结的气体，形成纯液氨；

S6，将纯液氨分为两股，其中第一股纯液氨形成低温蒸汽，用于在冷却过程中提供冷能，第二股纯液氨进行二次冷却后返回至储罐1；

S7，循环执行上述步骤，直至完成所需阶段的氨BOG再液化。

需要说明的是，本发明提供的方法中的步骤，可以利用系统中对应的装置等予以实现，本领域技术人员可以参照系统的技术方案实现方法的步骤流程，即，系统中的实施例可理解为实现方法的优选例，在此不予赘述。

本发明上述实施例提供的用于船舶的氨BOG再液化系统及方法，低压BOG输出至中间冷切器，不仅保证了第二级压缩机的BOG进口温度处于较低温度，而且进一步冷却返回储罐液氨。中间冷却器的设置，省去了海水冷却器和海水的供应，降低了能耗，提高了液化效率。第二级压缩机的出口压力为13～15barg，该压力值较低，在满足再液化效果的同时，压缩机的成本也得到了控制。对比现有的再液化系统，该用于船舶的氨BOG再液化系统及方法，具有更好的再液化效果，降低了设备的投资成本。

本发明上述实施例中未尽事宜均为本领域公知技术。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，包括：依次连接的BOG分液罐(2)、第一级压缩机(3)、中间冷却器(5)、第二级压缩机(4)、冷凝器(6)和集液罐(7)，所述BOG分液罐(2)和所述中间冷却器(5)还分别与储罐(1)连接；

所述集液罐(7)的输出分为两路，其中第一路与大气和/或储罐(1)连接，用于去除所述凝器(6)输出的常温液氨中所包含的不可凝结的气体，形成纯液氨，第二路分成两股与所述中间冷却器(5)连接，其中第一股用于将所述纯液氨形成低温蒸汽，为所述中间冷却器(5)提供冷能，第二股用于输出所述纯液氨，通过所述中间冷却器(5)进行二次冷却；

所述中间冷却器(5)包括两部分，其中一部分用于对所述第一级压缩机输出的低压BOG进行冷却后输出至所述第二级压缩机(4)，另一部分用于对所述集液罐(7)输出的常温液氨进行二次冷却后返回至储罐(1)。

2.根据权利要求1所述的用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，所述BOG分液罐(2)用于将所述储罐(1)输出的含有液氨的氨BOG进行气液分离，并将分离后的氨BOG输出至所述第一级压缩机(3)；

所述第一级压缩机(3)用于对所述分离后的氨BOG进行压缩，形成低压BOG并输出至所述中间冷却器(5)；

所述第二级压缩机(4)用于对冷却后的低压BOG进一步加压，形成高压BOG并输出至所述冷凝器(6)；

所述冷凝器(6)用于对所述高压BOG进行换热，冷凝形成包含气体的常温液氨并输出至所述集液罐(7)。

3.根据权利要求1所述的用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，所述中间冷却器(5)包括：气相空间和液相空间；其中：

所述低温蒸汽进入所述气相空间内，为所述中间冷却器(5)提供冷能；

所述液相空间配置有绕管，所述纯液氨输入至所述绕管内，利用所述低温蒸汽提供的冷能进行二次冷却；

所述低压BOG通过管线插入所述中间冷却器(5)的液相空间内，通过所述低温蒸汽提供的冷能对所述低压BOG进行冷却。

4.根据权利要求1所述的用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，所述集液罐(7)与大气和/或储罐(1)连接，将所述常温液氨中所包含的不可凝结的气体通过大气去透气和/或回流至所述储罐(1)。

5.根据权利要求2所述的用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，所述第二级压缩机(4)的出口压力为13～15barg。

6.根据权利要求2所述的用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，所述冷凝器(6)采用海水对所述高压BOG进行换热。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，还包括如下任意一个或任意多个部件：

-集液罐泄放阀(8)，设置于所述集液罐(7)上，用于控制输出超压的不可凝结的气体；

-集液罐压力传感器(9)，设置于所述集液罐(7)上，用于监测所述集液罐(7)的罐内压力；

-集液罐液位传感器(10)，设置于所述集液罐(7)上，用于监测所述集液罐(7)的罐内液位；

-节流膨胀阀(11)，设置于所述集液罐(7)和所述中间冷却器(5)之间的管路上，用于调节所述第一股中的纯液氨，并通过节流后气化产生低温蒸汽；

-再液化调节阀(12)，设置于所述中间冷却器(5)和所述储罐(1)之间的管路上，用于将二次冷却后的纯液氨节流冷却成低温的气液混合物，并控制输出至所述储罐(1)；

-中间冷却器液位传感器(13)，用于监测所述中间冷却器(5)内的液位。

8.根据权利要求7所述的用于船舶的氨BOG再液化系统，其特征在于，包括如下任意一项或任意多项：

-对所述集液罐(7)的再液化出口的压力进行调节：当所述集液罐压力传感器(9)监测到所述集液罐(7)的压力大于等于设定压力阈值时，所述集液罐泄放阀(8)将打开，通过释放不可凝结的气体对所述集液罐(7)进行降压；

-对所述集液罐(7)的液位进行调节：当所述集液罐液位传感器(10)监测到所述集液罐(7)的液位大于等于设定高度阈值a时，减小再液化调节阀(12)开度；当所述集液罐液位传感器(10)监测到所述集液罐(7)的液位低于设定高度阈值b时，增大所述再液化调节阀(12)开度；

-对所述中间冷却器(5)的液位进行调节：通过所述节流膨胀阀(11)控制所述纯液氨的流量，根据对输入冷能的调节来控制液位稳定。

9.一种用于船舶的氨BOG再液化方法，其特征在于，包括：

获取储罐(1)输出的含有液氨的氨BOG，并进行气液分离，得到纯氨BOG；

对所述纯氨BOG进行一次压缩，得到低压BOG；

对所述低压BOG依次进行冷却和二次压缩后，得到高压BOG；

对所述高压BOG进行换热，得到冷凝形成包含气体的常温液氨；

去除所述常温液氨中所包含的不可凝结的气体，形成纯液氨；

将所述纯液氨分为两股，其中第一股纯液氨形成低温蒸汽，用于在冷却过程中提供冷能，第二股纯液氨进行二次冷却后返回至储罐(1)；

循环执行上述步骤，直至完成所需阶段的氨BOG再液化。

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