CN117794809A - 用于再液化船舶的蒸发气体的系统和方法以及用于处理再液化设备的废气的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开一种用于再液化船舶的蒸发气体的系统和方法以及用于处理再液化设备的废气的系统和方法。本发明的用于再液化船舶的蒸发气体的系统包括：压缩机，压缩由存储在设置在船舶上的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；热交换器，在其中冷却在压缩机中压缩的压缩气体；制冷剂循环管线，供应到热交换器的制冷剂通过所述制冷剂循环管线循环；升温管线，从存储罐连接到压缩机；以及加热器，设置在升温管线中，其中在加热器中，将蒸发气体加热到压缩机的合适输入温度。

Description

用于再液化船舶的蒸发气体的系统和方法以及用于处理再液 化设备的废气的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种再液化系统和方法以及一种废气处理系统和方法，所述再液化系统和方法用于再液化由存储在船舶的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体(boil-offgas；BOG)且将再液化的蒸发气体传回到存储罐，所述废气处理系统和方法用于排出且处理由再液化设备的分离器分离的具有高氮含量的废气的再液化设备以维持再液化设备的再液化性能。

背景技术

天然气含有甲烷作为主要组分，且作为一种在燃烧期间几乎不排放或不排放环境污染物的对生态环境友好的燃料而备受关注。液化天然气(liquefied natural gas；LNG)是通过在正常压力下将天然气冷却到约-163℃来使其液化而获得的，且极适合于海上的长距离运输，这是因为其体积减小到呈气态的天然气的体积的约1/600。因此，天然气主要以易于存储和运输的液化天然气的形式进行存储和运输。

由于天然气在正常压力下在约-163℃的低温温度下液化，因此LNG存储罐通常为隔热的以将LNG维持在液态。然而，即使LNG存储罐是隔热的，这类存储罐阻挡外部热的能力也是有限的。因此，由于外部热不断地传递到LNG存储罐，因此存储在LNG罐中的LNG在运输期间不断地自然蒸发，从而导致蒸发气体(BOG)的产生。

LNG存储罐中的蒸发气体的连续产生增加LNG存储罐的内部压力。如果存储罐的内部压力超出预定安全压力，那么这可引起紧急情况，诸如存储罐的破裂。因此，需要使用安全阀从存储罐排出蒸发气体。然而，蒸发气体是一种LNG损失，且是LNG的运输效率和燃料效率的重要问题。因此，采用各种方法来处置在LNG存储罐中产生的蒸发气体。

最近，已开发出一种在燃料需求地(诸如，船舶的发动机)使用蒸发气体的方法、一种再液化蒸发气体且将再液化蒸发气体传回到LNG存储罐的方法以及一种组合这两种方法的方法且将其投入使用。

发明内容

技术问题

作为一种在无单独制冷剂的情况下使用蒸发气体作为制冷剂再液化蒸发气体的方法，本申请人发明了一种通过经由与未由压缩机压缩的蒸发气体的热交换而冷却由压缩机压缩的蒸发气体和通过J-T阀等膨胀压缩的蒸发气体来再液化蒸发气体中的一些的方法。此系统称为部分再液化系统(partial reliquefaction system；PRS)。

在例如归因于存储罐中的液化气体的量较大，发动机在锚定或在低速下操作时使用的蒸发气体较少等而存在大量蒸发气体待液化的情况下，仅PRS可能不满足再液化要求。因此，本申请人发明了一种改进PRS以便再液化较多的蒸发气体的技术。

作为PRS的已改进技术，允许通过使用蒸发气体作为制冷剂的制冷循环进一步冷却蒸发气体的系统称为甲烷制冷系统(methane refrigeration system；MRS)。

混合的制冷剂或单独制冷剂(诸如，氮气等)也可用于冷却待再液化的蒸发气体。

在将再液化循环应用于船舶的蒸发气体的再液化时，代表性地用于本领域中的液化法包含例如使用SMR循环和C3MR循环的过程。丙烷预冷混合制冷剂循环(Propane-precooled Mixed Refrigerant Cycle；C3MR Cycle)为其中天然气使用单一丙烷制冷剂冷却且随后使用混合的制冷剂进行液化和过冷的过程，且单一混合制冷剂循环(SingleMixed Refrigerant Cycle；SMR Cycle)为其中天然气使用由多个组分构成的混合的制冷剂进行液化的过程。

由于SMR循环和C3MR循环两者采用混合的制冷剂，且当混合的制冷剂的组分归因于在液化过程期间的制冷剂泄漏而改变时可能存在液化效率降低的问题，因此有必要通过不断地测量混合的制冷剂的组分和补给不足的制冷剂组分来维持制冷剂的组分。

一种用于通过再液化循环再液化蒸发气体的替代方法为使用氮气制冷剂的单一循环液化过程。

尽管使用氮气制冷剂的循环具有比使用混合的制冷剂的循环低的效率，但氮气制冷剂归因于其惰性特性而具有高安全性的优点，且归因于没有相变而可容易地应用于船舶。

另一方面，配备有能够使用蒸发气体作为燃料的发动机的船舶可采用用于再液化蒸发气体的压缩机以将燃料供应到发动机。此压缩机适于满足发动机的燃料供应要求，且可要求供应到压缩机的蒸发气体的温度在某一范围内以便防止装置损坏。

此外，在典型再液化设备的操作中，在气液分离之后将再液化的蒸发气体传回到存储罐，且将分离的气体连同在存储罐中产生的蒸发气体再循环到再液化设备。

然而，由于在存储罐中产生的蒸发气体含有除甲烷和具有比甲烷低的沸点的氮气以外的其他组分，即使蒸发气体穿过再液化设备也无法液化，因此再液化循环中的氮气含量在再液化设备的连续操作时逐渐增加，从而导致再液化性能降低。

本发明旨在解决这些问题且提议一种能够通过将蒸发气体的温度调节到压缩机所需的合适温度范围同时有效地冷却待再液化的蒸发气体而增加再液化性能的系统。

此外，本发明提议一种能够通过排出和处理经由再液化设备通过气液分离而分离的具有高氮气含量的废气来维持再液化设备的再液化性能的方法。

技术解决方案

根据本发明的一个方面，提供一种船舶的蒸发气体再液化系统，包括：压缩机，压缩由存储在船上存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；

热交换器，冷却在压缩机中压缩的蒸发气体；

制冷剂循环管线，供应到热交换器的制冷剂在其中循环；

温度升高管线，从存储罐延伸到压缩机；以及

加热器，设置到温度升高管线，

其中加热器将蒸发气体加热到压缩机的合适输入温度。

蒸发气体再液化系统可更包含：气体供应管线，通过热交换器从存储罐延伸到压缩机；以及气体供应阀，设置到气体供应管线以调节待通过热交换器引入到压缩机的蒸发气体的流动速率，其中在存储罐中产生的蒸发气体在与热交换器中的压缩气体进行热交换之后沿着气体供应管线引入到压缩机中。

蒸发气体再液化系统可更包含：旁通阀，设置到温度升高管线以调节待通过加热器引入到压缩机的蒸发气体的流动速率，其中在存储罐中产生的蒸发气体通过热交换器通过热交换加热且引入到压缩机中；以及当再液化系统未操作或再液化系统的负载低时当再液化系统未操作或再液化系统的负载低时，在存储罐中产生的蒸发气体中的所有或一些沿着绕过热交换器的温度升高管线在加热器中加热且引入到压缩机中。

蒸发气体再液化系统可更包含：制冷剂压缩部件，设置到制冷剂循环管线且压缩在热交换器中的热交换之后排出的制冷剂；以及制冷剂膨胀装置，设置到制冷剂循环管线且膨胀和冷却制冷剂以将已膨胀且冷却后的制冷剂供应到热交换器，其中制冷剂循环管线中的制冷剂在制冷剂压缩部件中压缩，通过热交换器冷却，且在制冷剂膨胀装置中膨胀和冷却以作为冷热源供应到热交换器。

四个流可在热交换器中进行热交换，四个流包含在压缩机中压缩的压缩气体的流、在制冷剂膨胀装置中膨胀和冷却的制冷剂的流、待沿着气体供应管线从存储罐供应到压缩机的未压缩的蒸发气体的流以及在制冷剂压缩部件中压缩的制冷剂的流。

制冷剂压缩部件可连接到制冷剂膨胀装置以通过从制冷剂膨胀装置接收制冷剂的膨胀能量来压缩制冷剂。

压缩机可将蒸发气体压缩到设置到船舶的推进发动机的燃料供应压力，且推进发动机可供应有压缩到10bara到20bara的蒸发气体。

蒸发气体再液化系统可更包含：减压器，接收通过热交换器冷却的压缩气体以对压缩气体进行减压；以及气液分离器，从减压器接收减压的蒸发气体以将减压的蒸发气体分离成气相和液相，其中在气液分离器中分离的闪蒸气体汇合到热交换器的上游的未压缩的蒸发气体流，且在气液分离器中分离的液化气体可传回到存储罐。

根据本发明的另一方面，提供一种用于船舶的再液化设备的废气处理系统，包含：压缩机，压缩由存储在船上存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；

再液化管线，从压缩机延伸到存储罐以再液化蒸发气体且将再液化气体传回到存储罐；

热交换器，设置到再液化管线且冷却在压缩机中压缩的蒸发气体；以及

分离器，设置到再液化管线，且将通过热交换器冷却的蒸发气体分离成气相和液相，以将再液化气体供应到存储罐；

废气燃烧管线，将在分离器中分离的废气供应到气体燃烧单元(gas combustionunit；GCU)；以及

蒸气总管(vapor main)，从存储罐排出蒸发气体，

其中GCU从蒸气总管接收蒸发气体且燃烧废气。

废气处理系统可更包含：加热器，设置到废气燃烧管线以加热待供应到GCU的废气；废气再循环管线，从加热器上游的废气燃烧管线分支且延伸到蒸气总管；以及过压保护阀，设置到废气再循环管线。

在GCU的启动期间或在GCU归因于跳闸等而中断时，将废气供应到蒸气总管，可将废气沿着废气再循环管线通过过压保护阀供应到蒸气总管。

废气处理系统可更包含：制冷剂循环部件，在热交换器中与蒸发气体进行热交换的制冷剂在其中循环，其中制冷剂循环部件中的制冷剂可为氮气。

废气处理系统可更包含：第一阀，设置到废气再循环管线的分支点上游的废气燃烧管线；压力补偿管线，从压缩机下游的再液化管线分支且延伸到分离器的上部部分；以及备用管线，从制冷剂循环部件的缓冲罐延伸到压力补偿管线以将氮气供应到压力补偿管线，其中分离器的内部压力可通过经由压力补偿管线将蒸发气体或氮气供应到分离器或通过经由第一阀排出气体来调节。

废气处理系统可更包含：气体供应管线,从蒸气总管延伸到船上发动机，其中将废气沿着废气再循环管线输送到蒸气总管以与从存储罐排出的蒸发气体一起作为燃料供应到发动机。

废气处理系统可更包含：液化气体供应管线，从存储罐延伸到气体供应管线；以及气化器，设置到液化气体供应管线且从存储罐接收液化气体以气化液化气体，其中当存储罐的废气和蒸发气体的混合物不满足发动机的热值(calorific value)时，存储罐的液化气体可被强制性地气化且供应到混合物。

根据本发明的另一方面，提供一种船舶的蒸发气体再液化方法，其中在船上存储罐中产生的蒸发气体在压缩机中压缩且通过热交换器中的热交换来冷却以再液化压缩的蒸发气体，沿着制冷剂循环管线的制冷剂循环供应到所述热交换器，以及

其中在存储罐中产生的蒸发气体通过加热器加热到压缩机的合适输入温度且引入到压缩机中。

在存储罐中产生的蒸发气体可通过热交换器通过热交换加热且可引入到压缩机中，且当再液化系统未操作或再液化系统的负载低时，在存储罐中产生的蒸发气体中的所有或一些可沿着绕过热交换器的温度升高管线在加热器中加热且可引入到压缩机中。

在制冷剂循环管线中循环的制冷剂可在制冷剂压缩部件中压缩，通过热交换器冷却，且在制冷剂膨胀装置中膨胀和冷却以作为冷热源供应到热交换器；且制冷剂压缩部件可连接到制冷剂膨胀装置以通过从制冷剂膨胀装置接收制冷剂的膨胀能量来压缩制冷剂。

压缩机可将蒸发气体压缩到设置到船舶的推进发动机的燃料供应压力，且推进发动机可供应有压缩到10bara到20bara的蒸发气体。

根据本发明的又一方面，提供一种用于船舶的再液化设备的废气处理方法，其中在压缩机中压缩在船上存储罐中产生的蒸发气体；

其中在压缩机中压缩的蒸发气体在热交换器中冷却以再液化，且通过分离器分离成气相和液相以传回到存储罐；以及

其中将在分离器中分离的废气供应到气体燃烧单元(GCU)，且将在存储罐中产生且排出到蒸气总管的蒸发气体供应到GCU以燃烧废气。

在GCU的启动期间或在GCU归因于跳闸等而中断时，可将在分离器中分离的废气供应到蒸气总管。

供应到蒸气总管的废气可与从存储罐排出到蒸气总管的蒸发气体或与通过存储罐中的液化气体的强制气化产生的气体混合，以根据发动机所需的热值作为燃料供应到船上发动机。

有利效果

根据本发明，再液化系统允许在存储罐中产生的低温未压缩的蒸发气体通过热交换器供应到压缩机，以在热交换器中与制冷剂循环管线中的制冷剂一起用作冷热源，同时将低温蒸发气体的温度调整到压缩机所需的合适输入温度。另外，再液化系统具备温度升高管线以允许蒸发气体直接从存储罐供应到压缩机而不穿过热交换器，且加热器设置到温度升高管线以将蒸发气体加热到合适输入温度，使得即使当再液化系统未操作或再液化系统的负载低时，也可以将加热到合适输入温度的蒸发气体供应到压缩机。

以这种方式，通过增加使用蒸发气体的冷热和制冷剂循环的冷热的热交换器的冷却效率，根据本发明的实施例的系统可以通过消除用于将待再液化的蒸发气体压缩到高压以增加再液化速率的额外设施(诸如，升压压缩机)来减少CAPEX和OPEX。无论再液化系统的操作和负载如何，根据本发明的系统可以在合适输入温度下供应蒸发气体，因此防止对压缩机的损坏同时确保其稳定操作。

此外，由于在燃料消耗之后仅再液化剩余的蒸发气体，因此根据本发明的系统可以根据剩余的蒸发气体的量调整制冷剂循环的负载，由此减少燃料消耗。

根据本发明，可再液化由存储罐中的液化气体产生的蒸发气体以防止LNG损失，同时增加LNG运输效率。

特别地，通过从再液化设备排出归因于再液化设备的连续操作而具有高氮气含量的废气且处理废气，再液化设备可以稳定地操作，同时维持再液化性能。

另外，本发明也解决废气的问题，所述废气归因于其高氮气含量难以焚化或燃烧，且归因于其中的甲烷气体的含量而不被允许排到大气，由此根据船舶情形实现废气的灵活且有效的处理。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的船舶的蒸发气体再液化系统的示意图。

图2为根据本发明的另一实施例的用于再液化设备的废气处理系统的示意图。

图3为图2中示出的系统的第一操作实例。

图4为图2中示出的系统的第二操作实例。

图5为图2中示出的系统的第三操作实例。

具体实施方式

为了完全了解本发明的操作优点和通过实践本发明实现的目标，应参考附图，所述附图示出本发明的示例性实施例和其描述。

在下文中，本发明的示例性实施例将参考附图在其特征和效果方面进行详细描述。应注意，在整个说明书和附图中，相似组件将由相似附图标号标示。

如本文中所使用，术语“船舶”可指具备发动机的任何类型的船舶，所述发动机能够使用液化气体和由液化气体产生的蒸发气体作为用于推进发动机或为发动机供电的燃料，或使用液化气体或蒸发气体作为船上发动机的燃料。举例来说，船舶可包含自航船，诸如LNG运输船、液氢运输船以及LNG再气化船(regasification ship；RV)，以及非自航浮式海上结构，诸如LNG浮式生产储卸(floating production storage offloading；FPSO)装置和LNG浮式存储再气化装置(floating storage regasification unit；FSRU)。

此外，本发明的实施例可应用于任何类型的液化气体的再液化循环，所述液化气体可低温液化以进行运输且可在存储状态下产生蒸发气体。举例来说，这类液化气体可包含液化石化气，诸如液化天然气(LNG)、液化乙烷气(liquefied ethane gas；LEG)、液化石油气(liquefied petroleum gas；LPG)、液化乙烯气、液化丙烯气等。在以下实施例中，借助于实例，本发明将描述为使用作为典型液化气体的LNG。

图1为根据本发明的一个实施例的船舶的蒸发气体再液化系统的示意图。

参考图1，将蒸发气体再液化系统设置到船舶以再液化由存储在存储罐中的液化气体产生的蒸发气体，且所述蒸发气体再液化系统包含：压缩机(100a，100b)，压缩从存储罐供应的蒸发气体；以及热交换器(200)，通过与未压缩的蒸发气体和待引入到压缩机中的制冷剂进行热交换来冷却从压缩机供应的压缩的蒸发气体中的所有或一些。为此目的，蒸发气体再液化系统具备：气体供应管线(GL)，通过热交换器从存储罐(T)延伸到压缩机(100a,100b)；以及再液化管线(RL)，安置在压缩机的下游以再液化蒸发气体且将液化的蒸发气体供应到存储罐。

此外，蒸发气体再液化系统具备：制冷剂循环管线(CL)，供应到热交换器(200)的制冷剂在其中循环；制冷剂膨胀装置(650)，设置到制冷剂循环管线以膨胀和冷却供应到热交换器的制冷剂；以及制冷剂压缩部件(600)，压缩在进行热交换之后从热交换器排出的制冷剂。

制冷剂压缩部件(600)可设置为压扩器，且可同轴地连接到制冷剂膨胀装置(650)以传输制冷剂的膨胀能量以便驱动压扩器。制冷剂压缩部件可由马达驱动以在驱动马达时压缩制冷剂，其中马达连接到制冷剂膨胀装置(650)以由从其传输的制冷剂的膨胀能量驱动。

将在制冷剂压缩部件(600)中压缩的制冷剂引入到热交换器(200)中，冷却且沿着制冷剂循环管线(CL)供应到制冷剂膨胀装置(650)以在制冷剂膨胀装置(650)中膨胀和冷却，且接着再次供应到热交换器(200)。

因此，在根据这一实施例的热交换器(200)中，四个流(即，压缩的蒸发气体中的所有或一些的流、待引入到压缩机的未压缩的蒸发气体的流、在制冷剂膨胀装置中膨胀和冷却的制冷剂的流以及在制冷剂压缩部件中压缩的制冷剂的流)进行热交换。

举例来说，氮气(N₂)可用作供应到热交换器同时在制冷剂循环管线(CL)中循环的制冷剂。对于制冷剂循环，其中压缩的制冷剂供应到热交换器以由制冷剂的冷热来冷却且接着被膨胀且供应到热交换器以循环以使得通过热交换来冷却蒸发气体，归因于氮气与含有甲烷作为主要组分的蒸发气体之间的热容量差，需要大量氮气制冷剂以便将蒸发气体冷却到液化温度，且因此制冷剂循环的大部分冷热必须用于冷却氮气制冷剂，因此使得制冷剂压缩部件和膨胀装置的容量增加且功率消耗增加。为了解决这些问题，根据这一实施例的系统配置成通过热交换器将在存储罐中产生的低温未压缩的蒸发气体引入到压缩机中以实现制冷剂循环所需的制冷剂流动速率的降低，因此通过减小用于压缩和膨胀制冷剂的装置的容量和功率消耗来降低安装和操作成本。

在根据实施例的系统中，通过热交换器(200)将在存储罐(T)中产生的蒸发气体引入到压缩机(100a,100b)中。

压缩机(100a,100b)将蒸发气体压缩到(例如)船舶的主发动机或推进发动机的燃料供应压力。举例来说，压缩机(100a,100b)可将蒸发气体压缩到用于DF发动机的5.5barg、用于X-DF发动机的15barg以及用于ME-GI发动机的300barg。压缩的蒸发气体可作为燃料供应到船舶的推进发动机(E1)和发电发动机(E2)，且可再液化在燃料供应之后剩余的蒸发气体。

船上法规要求用于将燃料供应到发动机的压缩机设计成在紧急情况下具有冗余，这意味着当一个压缩机归因于故障或维护而不可用时，可使用另一压缩机代替这一压缩机。为此目的，压缩机由主压缩机(100a)和冗余压缩机(100b)构成，且在正常操作中，主压缩机(即，一个压缩机)进行操作以将燃料供应到推进发动机和发电发动机，且剩余压缩气体可通过再液化管线(RL)再液化。

将在压缩机中压缩的蒸发气体沿着再液化管线(RL)引入到热交换器(200)中且在其中冷却。待通过压缩再液化的蒸发气体和在制冷剂压缩机中压缩的制冷剂构成热交换器的热流，且未压缩的蒸发气体和在制冷剂膨胀装置中膨胀且冷却的制冷剂构成冷流。

在热交换器(200)中，四个流进行热交换，且热流通过与冷流的热交换而冷却。热交换器可为例如铜焊铝热交换器(brazed aluminum heat exchanger；BAHE)。

热交换器中各流体的流入位置和排出位置可变化使得待再液化的压缩气体可以通过热流与冷流之间更有效的热交换而冷却。

在热交换器的冷流中，引入到热交换器中的氮气制冷剂在膨胀和冷却之后具有约-167℃的温度，例如在约10巴的压力下，且氮气制冷剂的温度比未压缩的蒸发气体的温度低，所述未压缩的蒸发气体为热交换器的另一冷流且具有约-50℃的温度。因此，如果氮气制冷剂和未压缩的蒸发气体一起引入到热交换器中，那么氮气制冷剂的所有冷热无法用于冷却待再液化的压缩气体，且冷热中的一些可由另一流吸收。因此，在冷流之中，将具有较低温度的氮气制冷剂流(CL)引入到热交换器的下部部分中以穿过整个热交换器，且将具有较高温度的未压缩的蒸发气体流(GL)引入到热交换器的中间部分中。

因此，再液化管线中的压缩气体在从高温区域穿过热交换器到其低温区域时依序冷却。在高温区域中，由从两种冷流(即，制冷剂循环管线中的制冷剂和蒸发气体供应管线中的未压缩的蒸发气体)传输的冷热来冷却压缩气体；且在低温区域中，用一种冷流(即，紧接在引入到热交换器之后的制冷剂循环管线中的制冷剂)通过热交换来冷却压缩气体。

通过这种方式的热交换，可以更有效地冷却待再液化的压缩气体以增加再液化速率且可避免热交换器的热疲劳以防止装置损坏。

另一方面，将在热交换器中通过热交换冷却的蒸发气体引入到再液化管线的减压器(400)中以减压，且将减压器中减压的蒸发气体引入到气液分离器(500)中。

减压器(400)可包含对压缩和冷却的蒸发气体进行减压的膨胀器或膨胀阀，诸如焦耳-汤姆森(Joule-Thomson)阀。通过减压，蒸发气体在进行绝热和等熵膨胀的同时冷却。

将已在减压器中减压且进一步冷却的蒸发气体引入到气液分离器(500)中，且将在气液分离器中分离的液体沿着再液化管线(RL)输送到存储罐(T)以再次存储在其中。然而，在本发明的实施例中，由于闪蒸气体和液化气体即使在穿过气液分离器之后也可不完全地(100％)彼此分离，因此分离的液体或液化气体可包含未分离的闪蒸气体。

可将在气液分离器中分离的闪蒸气体沿着闪蒸气体管线(FL)从气液分离器的上部部分供应到热交换器和加热器上游的未压缩的蒸发气体的流，以通过热交换器或加热器引入到压缩机中。

通过增加使用蒸发气体自身的冷热和制冷剂循环的冷热的热交换器的冷却效率，根据本发明的实施例的系统可以通过消除用于将待再液化的蒸发气体压缩到高压以增加再液化速率的额外设施(诸如，升压压缩机)的安装和操作来减少CAPEX和OPEX。

另一方面，在存储罐(T)中产生的蒸发气体取决于存储罐的操作条件在-140℃到-100℃范围内的低温温度下从存储罐排出。此处，待引入到压缩机中的蒸发气体可取决于用于为发动机加燃料的压缩机的类型而处于某一温度范围内。特别地，用于给中压发动机(诸如，X-DF发动机)加燃料的压缩机可安装为室温压缩机。然而，当再液化系统在操作中且再液化系统的负载归因于待液化的蒸发气体的较大量而超出某一范围时，在存储罐中产生的低温蒸发气体可通过热交换器通过热交换充分地加热且可引入到压缩机中。然而，如果再液化系统归因于由发动机消耗的蒸发气体的量较大而不操作，或如果再液化系统具有低负载，那么即使当蒸发气体穿过热交换器时，也无法将蒸发气体充分地加热到压缩机所需的合适输入温度。

为了解决此问题，根据本发明的实施例的再液化系统具备：温度升高管线(BL)，从存储罐(T)延伸到压缩机(100a，100b)而不穿过热交换器(200)；以及加热器(300)，能够加热温度升高管线中的蒸发气体。

将气体供应阀(GV)设置到气体供应管线(GL)以调节待通过热交换器(200)引入到压缩机(100a，100b)中的蒸发气体的流动速率，且将旁通阀(BV)设置到温度升高管线(BL)以调节待通过加热器(300)引入到压缩机(100a，100b)中的蒸发气体的流动速率。

在再液化系统的操作中，在存储罐(T)中产生的蒸发气体通过热交换器(200)通过热交换加热且引入到压缩机(100a，100b)中。然而，当再液化系统未操作或再液化系统的负载低时，在存储罐中产生的蒸发气体中的所有或一些在加热器(300)中加热且沿着温度升高管线(BL)引入到压缩机(100a，100b)中而不穿过热交换器。

通过调整气体供应阀(GV)和旁通阀(BV)的打开/闭合和开口程度来调节待通过热交换器和加热器引入到压缩机中的蒸发气体的流动速率，即使当再液化系统不操作或再液化系统的负载低时，压缩机也可以在合适输入温度下供应蒸发气体。以这种方式，无论再液化系统的操作和负载如何，都可以在合适输入温度下供应蒸发气体，因此防止对压缩机的损坏，同时确保稳定操作。

图2为根据本发明的另一实施例的用于船舶的再液化设备的废气处理系统的示意图，且图3到图5分别示出废气处理系统的各种操作实例。

参考图2，根据实施例的船用再液化设备的废气处理系统为用于再液化由存储在船上存储罐(CT)中的液化气体产生的蒸发气体且将再液化蒸发气体传回到存储罐的系统，且所述废气处理系统包含接收和压缩蒸发气体的压缩机(150)，和从压缩机(150)延伸到存储罐以再液化蒸发气体且将再液化蒸发气体传回到存储罐(CT)的再液化管线。

在存储罐(CT)中产生的蒸发气体可排出到蒸气总管(VM)且也可作为燃料沿着气体供应管线(GL)从蒸气总管供应到船上发动机。

气体供应管线(GL)具备取决于船上发动机的燃料供应压力而压缩蒸发气体的FG压缩机(100)。

FG压缩机(100)可将蒸发气体压缩到例如用于DF发动机的5.5barg、用于X-DF发动机的15barg或用于ME-GI发动机的300barg。压缩的蒸发气体可作为燃料供应到发动机(E)，且不作为燃料供应的蒸发气体可沿着再液化管线再液化。

再液化管线的压缩机(150)可进一步压缩由FG压缩机压缩的蒸发气体以增加蒸发气体的再液化速率，且如果不必进一步压缩由的FG压缩机(100)压缩的蒸发气体以用于再液化，那么可不安装所述再液化管线的压缩机。

将在压缩机(150)中压缩的蒸发气体沿着再液化管线(RL)引入到热交换器(200)中，且通过与热交换器(200)中的制冷剂的热交换而冷却。

再液化管线(RL)具备：热交换器(200)，冷却由压缩机压缩的蒸发气体；以及分离器(300)，将通过热交换器冷却的蒸发气体分离成气相和液相且将液化气体供应到存储罐。任选地，在热交换器中冷却的蒸发气体可在通过减压器(未示出)减压之后引入到分离器中。

在热交换器(200)中，蒸发气体可通过与在制冷剂循环部件(未示出)中循环的制冷剂和在存储罐中产生的作为冷热源的未压缩的蒸发气体的热交换而冷却。

制冷剂循环部件包含制冷剂循环管线，制冷剂在所述制冷剂循环管线中循环，且氮气(N₂)可用作在制冷剂循环管线中循环的制冷剂。氮气可沿着制冷剂循环管线压缩、冷却和膨胀以在热交换器中用作制冷剂，且可传回到压缩级以在制冷剂循环管线中循环。

将在热交换器中冷却的蒸发气体沿着再液化管线(RL)引入到分离器(300)中，且通过分离器下游的液位调整阀的打开/闭合将在分离器中分离的再液化气体输送到存储罐(CT)。

当分离器下游的液位调整阀打开以将液化气体从分离器(300)输送到存储罐时，分离器的内部压力可改变。此处，分离器的内部压力可通过由引入到分离器中的液化气体产生的闪蒸气体(即，废气)来维持。

此处，当通过与制冷剂循环部件中的氮气制冷剂的热交换而冷却的液化气体过冷且进入分离器时，可不产生或几乎不产生废气，且当分离器下游的液位调整阀打开时，分离器的内部压力可快速降低。在此实施例中，为了补偿分离器在这种情况下的压力以维持所述分离器的内部压力，废气处理系统具备从压缩机(150)下游的再液化管线(RL)分支且延伸到分离器(300)的上部部分的压力补偿管线(PL)和将氮气供应到压力补偿管线的备用管线(BL)。此结构使得有可能在液化气体从分离器输送到存储罐时，通过将蒸发气体或氮气沿着压力补偿管线(PL)供应到分离器来维持分离器的内部压力。

废气处理系统具备：压力检测器(PI)，检测分离器的内部压力；液位检测器(LI)，检测分离器内部的液位；以及液位控制器(LIC)，根据由液位检测器(LI)检测的液位来打开或闭合液位调整阀。压力补偿管线(PL)具备在备用管线(BL)的连接点下游的压力补偿阀(PV)和在备用管线的连接点上游的第一切断阀(SV1)，且备用管线(BL)具备第二切断阀(SV2)。

根据由压力检测器(PI)检测的分离器的内部压力，压力控制器(PIC)在压力补偿阀(PV)处调整蒸发气体或氮气的压力且将蒸发气体或氮气沿着压力补偿管线(PL)供应到分离器(300)的上部部分。

待沿着备用管线(BL)供应到分离器的氮气可从船侧上的N₂供应系统的N₂缓冲罐或从N₂库存系统供应，所述N₂库存系统供应和补充在制冷剂循环部件中循环的氮气制冷剂。

然而，在再液化设备的连续操作时，具有比甲烷低的液化点的氮气即使在穿过再液化设备时也不液化，且在温度变化时首先气化，且供应一些氮气以调节分离器的压力等，因此通过从存储罐排出的蒸发气体的氮气含量的逐渐增加而导致再液化性能的降低。此外，即使具有高氮气含量的废气在分离器中分离，也难以将蒸发气体供应作为燃料供应，这是因为蒸发气体归因于其高氮气含量而不满足发动机的热值，且归因于蒸发气体中存在甲烷，将蒸发气体直接排到大气也是不可接受的。

为了解决此问题，根据这一实施例的废气处理系统提供废气燃烧管线(OSL)，其将在分离器(300)中分离的废气供应到气体燃烧单元GCU以有效地处理废气。

此结构使得GCU能够从蒸气总管(VM)接收蒸发气体且燃烧蒸发气体和废气两者。

此外，废气燃烧管线(OSL)具备：加热器(400)，将待供应到GCU的废气加热；以及废气再循环管线(FL)，从加热器上游的废气燃烧管线分支且延伸到蒸气总管，且将过压防止阀(OV3)设置到废气再循环管线(FL)。

废气燃烧管线(OSL)具备在其废气再循环管线的分支点上游的第一阀(OV1)，以使得废气从分离器排出到废气燃烧管线或废气再循环管线。

液化气体供应管线(LL)从存储罐(CT)延伸到气体供应管线(GL)，且气化器(500)设置到液化气体供应管线(LL)以从存储罐接收液化气体且气化所述液化气体。

现在，参考图3到图5，将描述根据这一实施例的废气处理系统的操作实例。首先，如在图3中示出的操作实例中，将在分离器(300)中分离的废气沿着废气燃烧管线(OSL)通过加热器(400)供应到GCU，且将可根据排出到GCU的废气的量燃烧的蒸发气体(boil-offgas；NBOG)通过蒸气总管(vapor main；VM)供应到GCU以焚化废气。

在GCU的启动期间或在GCU归因于跳闸等而中断时，可通过打开过压防止阀(OV3)而操作再液化设备以将废气沿着废气再循环管线(FL)供应到蒸气总管(VM)。

作为替代操作，在图4中示出的第二操作实例中，在分离器中分离的废气可作为燃料供应到发动机(E)。在这种情况下，如上文所提及，可归因于废气的高氮气含量而不满足发动机的热值。为了解决这一问题，根据这一实施例的废气处理系统配置成将废气沿着废气再循环管线(FL)供应到气体供应管线(GL)，且根据发动机的热值将废气与从存储罐(CT)排出到蒸气总管(VM)的蒸发气体(NBOG)的混合物通过FG压缩机(100)供应到发动机(E)。

另一方面，由于废气的量大于在存储罐中产生的蒸发气体的量，因此仅在存储罐中自然地产生的蒸发气体可能不满足发动机的热值。在图5中示出的第三操作实例中，将存储罐(CT)中的液化气体沿着液化气体供应管线(LL)供应到气化器(500)以强制性地气化。接着，将强制性地气化的气体传送到气体供应管线(GL)以与废气或NBOG和废气的混合物混合，传送到用于压缩的FG压缩机(100)且最终作为燃料供应到发动机(E)。

如上文所描述，在这一实施例中，可再液化在存储罐中产生的蒸发气体以增加运输效率，且可排出且有效地处理归因于再液化设备的连续操作而具有增加的氮气含量的废气，由此稳定地操作再液化设备同时维持再液化性能。

尽管一些实施例已在本文中公开，但应理解，本发明不限于此且可在不脱离本发明的技术精神的情况下执行各种修改或改变，这对于本领域的技术人员将为显而易见的。

Claims (22)

1.一种船舶的蒸发气体再液化系统，包括：

压缩机，压缩由存储在船上存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；

热交换器，冷却在所述压缩机中压缩的压缩气体；

制冷剂循环管线，供应到所述热交换器的制冷剂在其中循环；

温度升高管线，从所述存储罐延伸到所述压缩机；以及

加热器，设置到所述温度升高管线，

其中所述加热器将所述蒸发气体加热到所述压缩机的合适输入温度。

2.根据权利要求1所述的船舶的蒸发气体再液化系统，更包括：

气体供应管线，通过所述热交换器从所述存储罐延伸到所述压缩机；以及

气体供应阀，设置到所述气体供应管线以调节待通过所述热交换器引入到所述压缩机中的所述蒸发气体的流动速率，

其中在所述存储罐中产生的所述蒸发气体在与所述热交换器中的所述压缩气体进行热交换之后沿着所述气体供应管线引入到所述压缩机中。

3.根据权利要求2所述的船舶的蒸发气体再液化系统，更包括：

旁通阀，设置到所述温度升高管线以调节待通过所述加热器引入到所述压缩机中的蒸发气体的所述流动速率，

其中在所述存储罐中产生的所述蒸发气体通过所述热交换器通过热交换加热且引入到所述压缩机中；以及

当所述再液化系统未操作或所述再液化系统的负载低时，在所述存储罐中产生的所述蒸发气体中的所有或一些沿着绕过所述热交换器的所述温度升高管线在所述加热器中加热且引入到所述压缩机中。

4.根据权利要求3所述的船舶的蒸发气体再液化系统，更包括：

制冷剂压缩部件，设置到所述制冷剂循环管线且压缩在所述热交换器中的热交换之后排出的所述制冷剂；以及

制冷剂膨胀装置，设置到所述制冷剂循环管线且膨胀和冷却所述制冷剂以将所述已膨胀且冷却后的制冷剂供应到所述热交换器，

其中所述制冷剂循环管线中的所述制冷剂在所述制冷剂压缩部件中压缩、通过所述热交换器冷却并且在所述制冷剂膨胀装置中膨胀和冷却以作为冷热源供应到所述热交换器。

5.根据权利要求4所述的船舶的蒸发气体再液化系统，其中四个流在所述热交换器中进行热交换，所述四个流包括：在所述压缩机中压缩的所述压缩气体的流、在所述制冷剂膨胀装置中膨胀和冷却的所述制冷剂的流、待沿着所述气体供应管线从所述存储罐供应到所述压缩机的未压缩的蒸发气体的流以及在所述制冷剂压缩部件中压缩的所述制冷剂的流。

6.根据权利要求4所述的船舶的蒸发气体再液化系统，其中所述制冷剂压缩部件连接到所述制冷剂膨胀装置以通过从所述制冷剂膨胀装置接收所述制冷剂的膨胀能量来压缩所述制冷剂。

7.根据权利要求6所述的船舶的蒸发气体再液化系统，其中所述压缩机将所述蒸发气体压缩到设置到所述船舶的推进发动机的燃料供应压力，且所述推进发动机供应有压缩到10bara到20bara的蒸发气体。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的船舶的蒸发气体再液化系统，其中

减压器，接收由所述热交换器冷却的所述压缩气体以对所述压缩气体进行减压；以及

气液分离器，从所述减压器接收减压的蒸发气体以将所述减压的蒸发气体分离成气相和液相，

其中在所述气液分离器中分离的闪蒸气体汇合到所述热交换器的上游的所述未压缩的蒸发气体流，且在所述气液分离器中分离的液化气体传回到所述存储罐。

9.一种船舶的再液化设备的废气处理系统，包括：

压缩机，压缩由存储在船上存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；

再液化管线，从所述压缩机延伸到所述存储罐以再液化所述蒸发气体且将再液化气体传回到所述存储罐；

热交换器，设置到所述再液化管线且冷却在所述压缩机中压缩的所述蒸发气体；以及

分离器，设置到所述再液化管线，且将通过所述热交换器冷却的所述蒸发气体分离成气相和液相，以将所述再液化气体供应到所述存储罐；

废气燃烧管线，将在所述分离器中分离的废气供应到气体燃烧单元；以及

蒸气总管，从所述存储罐排出所述蒸发气体，

其中所述气体燃烧单元从所述蒸气总管接收所述蒸发气体且燃烧所述废气。

10.根据权利要求9所述的船舶的再液化设备的废气处理系统，更包括：

加热器，设置到所述废气燃烧管线以加热待供应到所述气体燃烧单元的所述废气；

废气再循环管线，从所述加热器上游的所述废气燃烧管线分支且延伸到所述蒸气总管；以及

过压保护阀，设置到所述废气再循环管线。

11.根据权利要求10所述的船舶的再液化设备的废气处理系统，其中在所述气体燃烧单元的启动期间或在所述气体燃烧单元因跳闸等而中断时，将所述废气沿着所述废气再循环管线通过所述过压保护阀供应到所述蒸气总管。

12.根据权利要求10所述的船舶的再液化设备的废气处理系统，更包括：

制冷剂循环部件，在所述热交换器中与所述蒸发气体进行热交换的制冷剂在其中循环，

其中所述制冷剂循环部件中的所述制冷剂为氮气。

13.根据权利要求12所述的船舶的再液化设备的废气处理系统，更包括：

第一阀，设置到所述废气再循环管线的分支点上游的所述废气燃烧管线；

压力补偿管线，从所述压缩机下游的所述再液化管线分支且延伸到所述分离器的上部部分；以及

备用管线，从所述制冷剂循环部件的缓冲罐延伸到所述压力补偿管线以将氮气供应到所述压力补偿管线，

其中所述分离器的内部压力通过经由所述压力补偿管线将蒸发气体或氮气供应到所述分离器来调节或通过经由所述第一阀排出气体来调节。

14.根据权利要求10所述的船舶的再液化设备的废气处理系统，更包括：

气体供应管线，从所述蒸气总管延伸到船上发动机，

其中所述废气沿着所述废气再循环管线输送到所述蒸气总管以与从所述存储罐排出的所述蒸发气体一起作为燃料供应到所述发动机。

15.根据权利要求14所述的船舶的再液化设备的废气处理系统，更包括：

液化气体供应管线，从所述存储罐延伸到所述气体供应管线；以及

气化器，设置到所述液化气体供应管线且从所述存储罐接收所述液化气体以气化所述液化气体，

其中当所述废气和所述存储罐的所述蒸发气体的混合物不满足所述发动机的热值时，来自所述存储罐的所述液化气体被强制性地气化且供应到所述混合物。

16.一种船舶的蒸发气体再液化方法，

其中在船上存储罐中产生的蒸发气体在压缩机中压缩且通过热交换器中的热交换来冷却以再液化压缩的蒸发气体，沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂供应到所述热交换器，以及

其中在所述存储罐中产生的所述蒸发气体通过加热器加热到所述压缩机的合适输入温度且引入到所述压缩机中。

17.根据权利要求16所述的船舶的蒸发气体再液化方法，其中：

在所述存储罐中产生的所述蒸发气体通过所述热交换器通过热交换加热且引入到所述压缩机中；以及

当再液化系统未操作或所述再液化系统的负载低时，在所述存储罐中产生的所述蒸发气体中的所有或一些沿着绕过所述热交换器的温度升高管线在所述加热器中加热且引入到所述压缩机中。

18.根据权利要求17所述的船舶的蒸发气体再液化方法，其中：

在所述制冷剂循环管线中循环的所述制冷剂在所述制冷剂压缩部件中压缩、通过所述热交换器冷却并且在制冷剂膨胀装置中膨胀和冷却以作为冷热源供应到所述热交换器；以及

所述制冷剂压缩部件连接到所述制冷剂膨胀装置以通过从所述制冷剂膨胀装置接收所述制冷剂的膨胀能量来压缩所述制冷剂。

19.根据权利要求18所述的船舶的蒸发气体再液化方法，其中所述压缩机将所述蒸发气体压缩到设置到所述船舶的推进发动机的燃料供应压力，且所述推进发动机供应有压缩到10bara到20bara的蒸发气体。

20.一种用于船舶的再液化设备的废气处理方法，

其中在压缩机中压缩在船上存储罐中产生的蒸发气体；

其中在所述压缩机中压缩的所述蒸发气体在热交换器中冷却以再液化，且通过分离器分离成气相和液相以传回到所述存储罐；以及

其中将在所述分离器中分离的废气供应到气体燃烧单元，且将在所述存储罐中产生且排出到所述蒸气总管的所述蒸发气体供应到所述气体燃烧单元以燃烧所述废气。

21.根据权利要求20所述的用于船舶的再液化设备的废气处理方法，其中在所述气体燃烧单元的启动期间或在所述气体燃烧单元因跳闸等而中断时，将在所述分离器中分离的所述废气供应到所述蒸气总管。

22.根据权利要求21所述的用于船舶的再液化设备的废气处理方法，其中供应到所述蒸气总管的所述废气与从所述存储罐排出到所述蒸气总管的所述蒸发气体或与通过所述存储罐中的液化气体的强制气化产生的气体混合，以根据所述发动机所需的热值作为燃料供应到船上发动机。