CN118159468A - 船舶再液化系统的微泄漏检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种船舶再液化系统的微渗漏检测系统。根据本发明的船舶再液化系统的微渗漏检测系统包括：再液化系统，从热交换器中的由船舶的存储罐中存储的液化气体产生的蒸发气体收集冷热且接着压缩蒸发气体，且通过使蒸发气体与在制冷剂循环管线中循环的制冷剂在热交换器中交换热而再液化蒸发气体；加热器，通过与防冻剂热交换而加热待从存储罐供应到热交换器的蒸发气体；以及微渗漏检测装置，连接到废水出口以用于从加热器排出废水且检查加热器中的微渗漏。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶再液化系统的微渗漏检测系统，且更尤其涉及一种可通过检测安置在再液化船舶中产生的蒸发气体的再液化系统中的热交换器上游的加热器中的小渗漏来防止外来物质进入热交换器的微渗漏检测系统。
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极少或不排出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)是通过在常压下将天然气冷却到约-163℃以使其液化而获得的，且适合于海上的长距离运输，这是因为其体积减小到气态天然气的体积的约1/600。因此，天然气以易于存储和运输的液化天然气的形式进行存储和运输。
由于天然气在常压下在-163℃的低温下液化，所以LNG存储罐通常被隔热以将LNG维持在液态。然而，即使隔热，但此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LNG罐中存储的LNG在运输期间不断地自然蒸发，从而导致蒸发气体(boil-off gas；BOG)的产生。
LNG存储罐中的蒸发气体的连续产生增大了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，例如存储罐的破裂。因此，需要使用安全阀从存储罐排出蒸发气体。然而，蒸发气体是一种类型的LNG损耗，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。
近来，已开发出一种在燃料需求部位(例如，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返回到LNG存储罐的方法以及一种将这两种方法组合的方法且将其投入使用。
发明内容
技术问题
在用于再液化在船舶中产生的蒸发气体的再液化循环中，典型可用液化方法包含使用单一混合制冷剂(single mixed refrigerant；SMR)循环的过程和使用丙烷预冷却混合制冷剂(propane-precooled mixed refrigerant；C3MR)循环的过程。C3MR循环为单独使用丙烷制冷剂来冷却且接着使用混合制冷剂来液化和过冷天然气的过程，而SMR循环为使用由多个组分组成的混合制冷剂来液化天然气的过程。
因此，SMR循环和C3MR循环都使用混合制冷剂。然而，如果混合制冷剂的组成由于在蒸发气体的液化期间的制冷剂损耗而改变，那么这可引起不良液化效率。因此，需要通过不断地测量混合制冷剂的组成且补充不具有制冷剂组分的制冷剂来维持制冷剂的恒定组成。
再液化蒸发气体的替代再液化循环为使用氮气制冷剂的单一循环液化过程。
尽管与使用混合制冷剂的再液化循环相比较效率相对低，但使用氮气制冷剂的此再液化循环由于氮气制冷剂的惰性属性而更安全，且由于氮气制冷剂不发生相变而更容易适用于船舶。
再液化系统包含：压缩机，接收且压缩蒸发气体；热交换器，通过与制冷剂热交换而冷却来自压缩机的压缩气体；以及制冷剂循环单元，与热交换器中的压缩气体交换热的制冷剂通过所述制冷剂循环单元循环。当再液化系统采用使用氮气制冷剂的制冷循环时，制冷剂循环单元可配置成使得在与压缩气体交换热之后从热交换器排出的制冷剂经压缩，通过热交换器冷却，膨胀且再次冷却，且循环到热交换器。
然而，引入从LNG产生的蒸发气体可引起热交换器上的热应力，所述LNG通常在约-100℃的温度下，且可取决于存储罐的条件而达到-130℃或小于-130℃的温度，且氮气制冷剂比蒸发气体更冷。具体地说，如果此极冷蒸发气体紧接在再液化系统的启动之后引入到热交换器，即当热交换器仍保持在室温下或尚未充分冷却时，或如果蒸发气体的温度由于存储罐的条件的改变而改变，那么热交换器上的热应力可由于热交换器与蒸发气体之间的温差的增大而增大，这可导致对热交换器的损坏。
为了解决这一问题，本发明提出一种可减小热交换器上的热应力同时防止例如可由额外设备的安装而引起的小渗漏和外来物质侵入到热交换器中的问题的再液化系统。
技术解决方法
根据本发明的一个方面，提供一种船舶再液化系统的微渗漏检测系统，包含：再液化系统，通过从热交换器中的蒸发气体回收冷热，压缩蒸发气体以及通过与沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂热交换而冷却热交换器中的压缩沸腾气体来再液化由船舶的存储罐中存储的液化气体产生的蒸发气体；
加热器，通过与防冻液热交换而加热待从存储罐供应到热交换器的蒸发气体；以及
微渗漏检测装置，连接到排放口，通过所述排放口从加热器排放剩余液体且检测加热器中的小渗漏。
优选地，微渗漏检测装置包含：连接管，紧固到排放口且从所述排放口向下延伸；以及渗漏检测单元，提供到连接管以检测从排放口排出的液体的存在。
优选地，微渗漏检测装置还包含：第一截止阀，安置在渗漏检测单元的入口侧的连接管上；第二截止阀，安置在渗漏检测单元的出口侧处的连接管上；以及管塞，安置在连接管的下端处。
优选地，在微渗漏检测装置中，第一截止阀在正常打开状态下操作，且第二截止阀在正常闭合状态下操作，且在加热器的维护期间，打开第二截止阀以从加热器排放剩余液体。
优选地，渗漏检测单元为在视觉上检测从排放口排出的液体的存在的视镜。
优选地，渗漏检测单元为用以检测和测量从排放口排出的液体的液位检测器。
优选地，热交换器提供为低温热交换器，且加热器提供为壳管式热交换器。
有利效果
根据本发明的系统允许通过安置在热交换器上游的加热器调节引入到热交换器的蒸发气体的温度，且因此可防止由于再液化系统的启动后或由于存储罐的条件的改变导致的蒸发气体的温度改变后的突然改变在热交换器上产生过量热应力，由此防止对热交换器的损坏。
具体地说，根据本发明的系统可检测落在例如压力传感器的设备的测量误差范围内的小渗漏，由此防止由于使用防冻剂作为工作流体安装加热器而发生的外来物质侵入到热交换器中，且因此防止热交换器的内部腐蚀和使用寿命减少。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的微渗漏检测系统连接到的船舶再液化系统的加热器的示意图。
图2为根据本发明的一个实施例的船舶再液化系统的微渗漏检测系统的示意图。
图3为图2的系统的微渗漏检测装置的放大视图。
具体实施方式
为了完全地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优选实施例和其描述。
在下文中，本发明的示范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”可指具备液化气体存储罐的任何类型的船舶。举例来说，船舶可包含自推船，例如LNG运输船、液氢运输船以及LNG再气化船(regasificationvessel；RV)，以及非自推浮式海上结构，例如LNG浮式生产存储卸载(floating productionstorage offloading；FPSO)单元和LNG浮式存储再气化单元(floating storageregasification unit；FSRU)。
另外，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，所述液化气体可通过低温下的液化以液态运输且可在存储期间产生蒸发气体。举例来说，这类液化气体可包含液化石化气，例如液化天然气(LNG)、液化乙烷气(liquefied ethane gas；LEG)、液化石油气(liquefied petroleum gas；LPG)、液化乙烯气以及液化丙烯气。在以下实施例中，将使用LNG(其为典型液化气体)作为实例来描述本发明。
根据本发明的船舶再液化系统为一种系统，在所述系统中由船舶的存储罐中存储的液化气体产生的蒸发气体通过蒸汽集管排出，递送到压缩机用于压缩，且视需要作为燃料供应到船舶的发动机或类似物，且剩余的蒸发气体通过热交换器中的热交换冷却且再液化，且返回到存储罐。
在再液化系统中，由船舶的存储罐中存储的液化气体产生的蒸发气体通过蒸汽集管排出且沿着气体供应管线供应到压缩机，其中气体供应管线通过热交换器从存储罐连接到压缩机，使得来自存储罐的未压缩蒸发气体供应冷热到热交换器。
来自压缩机的压缩蒸发气体引入回热交换器中且由来自流经气体供应管线的未压缩蒸发气体的冷热冷却。
除未压缩蒸发气体以外，热交换器还可供应有沿着制冷剂循环管线循环的单独制冷剂。沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂可为氮气，且制冷剂循环管线可具备压缩氮气制冷剂的制冷剂压缩机和制冷剂膨胀器。氮气制冷剂由制冷剂压缩机压缩，通过热交换器冷却，由制冷剂膨胀器膨胀且再次冷却，且在沿着制冷剂循环管线循环的同时作为制冷剂供应到热交换器。因此，在热交换器中，四种不同的流，即来自压缩机的压缩蒸发气体、待引入到压缩机的未缩蒸发气体、来自制冷剂膨胀器的膨胀且冷却的制冷剂以及来自制冷剂压缩机的压缩制冷剂参与热交换。
通过热交换器冷却的蒸发气体经受气液分离，且分离的再液化气体返回到存储罐。
然而，在再液化系统的启动后或在由于存储罐的条件改变而导致的蒸发气体的温度改变后将蒸发气体引入到热交换器中可引起热交换器上的热应力。
具体地说，甚至当热交换器提供为适合于在极低温下使用氮气和由LNG产生的蒸发气体的制冷循环的低温热交换器(cryogenic heat exchanger；CHE)时，例如板翅式低温热交换器，热交换器经受显著热应力，由于存储罐中产生且引入到热交换器的蒸发气体的温度通常为约-100℃，且取决于存储罐的条件，存储罐中可产生-130℃或小于-130℃的温度的蒸发气体。具体地说，当热交换器与蒸发气体之间存在极大温差时，例如当此极冷蒸发气体紧接在再液化系统的重启之后引入到热交换器时，即当热交换器仍保持在室温下或尚未充分冷却时，热交换器上的热应力变得更大，引起对热交换器的损坏，例如疲劳破坏和换热器的使用寿命减少。
为了解决这些问题，根据本发明的系统包含：加热管线，从热交换器上游的气体供应管线分支出来以加热待供应到热交换器的蒸发气体中的全部或一些且将加热的蒸发气体供应到热交换器的上游侧，其中加热管线具备加热器以加热蒸发气体。加热器可为壳管式热交换器，且加热器的热源可包含防冻剂、乙二醇水及类似物。
图1为根据本发明的船舶再液化系统的加热器的示意图。
参考图1，蒸发气体(BOG)在穿过加热器(100)时被加热且从加热器(100)排出。加热器供应有防冻剂(GW)作为用于加热蒸发气体的热源，且在加热蒸发气体时冷却的防冻剂从加热器排出。加热器在其底部处具备排放口(110)以在加热器的维护期间将加热器中剩余的防冻剂排放到加热器外部。
因此，通过透过其中来自存储罐的蒸发气体中的全部或一些由加热器(100)加热，与不穿过加热器(100)的蒸发气体流混合，且供应到热交换器的过程来调节引入到热交换器的蒸发气体的温度，热交换器上的热应力可减小，由此防止热交换器的热疲劳和对热交换器的损坏。
然而，当此加热器安置在热交换器上游时，在加热器的接合点处或加热器的管道中渗漏的情况下，来自加热器的防冻剂可与蒸发气体混合且进入热交换器，从而导致热交换器的内部腐蚀、热交换器的使用寿命减少、对热交换器的损坏等。
为了防止这些问题，压力传感器安置在热交换器的上游/下游以检测工作流体(即蒸发气体)的状态和流动的改变，使得在检测异常后，再液化系统的控制器自动执行控制，例如警告、紧急停止等。
然而，在小渗漏(精细渗漏)落在压力传感器的测量误差范围内的情况下，可将包含防冻剂的外来物质连续地引入到工作流体中，同时避免压力传感器的检测，这最终引起热交换器的内部腐蚀、热交换器的使用寿命减少以及热交换器的再液化性能劣化。
根据本发明的微渗漏检测系统意图检测加热器中的小渗漏。
图2为根据本发明的一个实施例的船舶再液化系统的微渗漏检测系统的视图，且图3为图2的系统的微渗漏检测装置的放大视图。
参考图2和图3，用于加热器中的微渗漏的检测的微渗漏检测装置(200)连接到排放口(110)，剩余液体通过所述排放口(110)从加热器(100)排放。
微渗漏检测装置(200)包含：连接管(DT)，紧固到排放口(110)且从所述排放口(110)向下延伸；渗漏检测单元(220)，提供到连接管以检测从排放口排出的液体的存在；第一截止阀(210)，安置在渗漏检测单元的入口侧处的连接管上；第二截止阀(230)，安置在渗漏检测单元的出口侧处的连接管上；以及管塞(240)，安置在连接管的下端处。
作为实例，渗漏检测单元(220)可为视觉上检测从排放口排出液体的存在的视镜，如图3中所示出。替代地，渗漏检测单元(220)可为可检测或测量从排放口排出的液体以检测加热器中的小渗漏的任何合适装置，例如液位检测器。
在根据这一实施例的微渗漏检测装置中，第一截止阀(210)在正常打开状态下操作以连续地监测由于加热器中的小渗漏而从排放口排出的防冻剂的存在。
另外，第二截止阀(230)处于正常闭合状态，以允许渗漏检测单元(220)在加热器中的小渗漏的情况下填充有防冻剂。然而，当加热器中剩余的防冻剂通过排放口(110)完全排放时，例如在加热器的维护期间，打开第二截止阀(230)和管塞(240)以通过排放口(110)和连接管(DT)从加热器(100)排放剩余液体。
如上文所描述，根据这一实施例的微渗漏检测系统可连续地检测落在安置在热交换器上游/下游的压力传感器的测量误差范围内的小渗漏，由此防止包含防冻剂的外来物质进入热交换器，且因此防止热交换器的内部腐蚀和热交换器的使用寿命减少。因此，微渗漏检测系统可确保再液化过程的稳定性能，且可减少由于装置异常或不良再液化性能而对整个再液化系统的维护的频率。
尽管本文中已描述一些实施例，但本领域的普通技术人员将显而易知，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通过各种修改或变化实施。
Claims (7)
1.一种船舶再液化系统的微泄漏检测系统，包括：
再液化系统，通过从热交换器中的蒸发气体回收冷热，压缩所述蒸发气体以及通过与沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂热交换而冷却所述热交换器中的压缩沸腾气体来再液化由船舶的存储罐中存储的液化气体产生的所述蒸发气体；
加热器，通过与防冻液热交换而加热待从所述存储罐供应到所述热交换器的所述蒸发气体；以及
微渗漏检测装置，连接到排放口，通过所述排放口从所述加热器排放剩余液体且检测所述加热器中的小渗漏。
2.根据权利要求1所述的微泄漏检测系统，其中所述微渗漏检测装置包括：
连接管，紧固到所述排放口且从所述排放口向下延伸；以及
渗漏检测单元，提供到所述连接管以检测从所述排放口排出的液体的存在。
3.根据权利要求2所述的微泄漏检测系统，其中所述微渗漏检测装置还包括：
第一截止阀，安置在所述渗漏检测单元的入口侧处的所述连接管上；
第二截止阀，安置在所述渗漏检测单元的出口侧处的所述连接管上；以及
管塞，安置在所述连接管的下端处。
4.根据权利要求3所述的微泄漏检测系统，其中所述第一截止阀在正常打开状态下操作，且所述第二截止阀在正常闭合状态下操作，且在所述加热器的维护期间，打开所述第二截止阀以从所述加热器排放所述剩余液体。
5.根据权利要求3所述的微泄漏检测系统，其中所述渗漏检测单元为视觉上检测从所述排放口排出的所述液体的所述存在的视镜。
6.根据权利要求3所述的微泄漏检测系统，其中所述渗漏检测单元为用以检测和测量从所述排放口排出的所述液体的液位检测器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的微泄漏检测系统，其中所述热交换器提供为低温热交换器，且所述加热器提供为壳管式热交换器。
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