CN118482531A - 一种船用bog双预冷再液化装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于BOG液化技术领域，提供了一种船用BOG双预冷再液化装置及使用方法，包括固定安装在船体上的LNG储液罐；储液罐通过管道连接有一级BOG预冷热交换器；一级BOG预冷热交换器通过管道连接有压缩冷却循环系统；一分流管与混合器之间设置有BOG自膨胀预冷；另一分流管与混合器之间设置有丙烷预冷循环，BOG经过BOG自膨胀预冷和丙烷预冷后，通过混合器合流，再通过氮气主制冷循环，冷却为液体，通过节流阀返回罐；该装置通过BOG自膨胀预冷和丙烷预冷相结合的双预冷工艺，BOG自膨胀预冷目的是为了充分利用进料BOG的冷能，添加丙烷预冷的目的是弥补部分BOG自膨胀预冷，代替传统BOG再液化工艺仅限于单一预冷剂进行预冷的方式，降低氮循环侧的能量损失。
Description
技术领域
本发明涉及BOG液化技术领域，更具体地说，它涉及一种船用BOG双预冷再液化装置及使用方法。
背景技术
天然气作为一种过渡能源，从以煤炭或柴油为主要燃料的传统化石能源社会向以绿色和可再生能源为主要能源的可再生能源社会过渡。液化天然气(LNG)被评估为长距离运输天然气的最有效方式，它由液化天然气运输船在-163℃(111K)近大气压下运输，然后蒸发并供给船舶发动机，目前，小型BOG再液化工艺的设计引起了广泛关注，再液化系统主要用于天然气消耗量低于发电量的情况下控制货舱压力，例如在低速航行或锚泊时。
然而，LNG储罐由于漏热、晃动等原因会产生蒸发气(BOG)，从而导致LNG储罐超压，因此BOG需妥善处理，目前BOG再液化工艺仅限于单一预冷剂进行预冷，部分BOG自膨胀预冷，增加了氮循环侧的能量损失。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种船用BOG双预冷再液化装置及使用方法，通过BOG自膨胀预冷和丙烷预冷相结合的双预冷工艺，BOG自膨胀预冷目的是为了充分利用进料BOG的冷能，添加丙烷预冷的目的是弥补部分BOG自膨胀预冷，代替传统BOG再液化工艺仅限于单一预冷剂进行预冷的方式，降低氮循环侧的能量损失。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种船用BOG双预冷再液化装置，包括固定安装在船体上的LNG储液罐；所述储液罐通过管道连接有一级BOG预冷热交换器；所述一级BOG预冷热交换器通过管道连接有压缩冷却循环系统；所述压缩冷却循环系统通过管道连接有分流器；所述分流器上设置有两分流管；两所述分流管端部连接有混合器；所述混合器通过管道连接有膨胀器；所述膨胀器通过管道连接有三级BOG温热交换器；所述三级BOG温热交换器与储液罐之间连接有节流阀；一所述分流管与混合器之间设置有BOG自膨胀预冷；所述BOG自膨胀预冷中设置有若干压缩机；所述另一所述分流管与混合器之间设置有丙烷预冷循环；BOG经过BOG自膨胀预冷和丙烷预冷后，通过混合器合流，再通过氮气主制冷循环，冷却为液体，通过节流阀返回罐。
本发明进一步设置为：所述压缩冷却循环系统包括若干交错设置的压缩机以及海水冷却器。
一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，包括以下步骤：
T1、BOG换热；
T2、压缩冷却；
T3、分流；
T4、BOG自膨胀预冷；
T5、丙烷预冷循环；
T6、氮气主制冷循环；
T7、汇流回罐。
本发明进一步设置为：T1中所述BOG换热，具体为BOG首先以较低温度从储罐中进入一级BOG预冷热交换器。
本发明进一步设置为：T2中所述压缩冷却，具体为BOG经过三级压缩和中间冷却，处于高压常温状态。
本发明进一步设置为：T3中所述分流，具体为经过多组压缩机以及海水冷却器压缩冷却后的BOG通过节流阀随后分成两流，一股经过BOG预冷换热器，被从储罐流出的BOG进行预冷，另一股通过丙烷预冷循环进行预冷。
本发明进一步设置为：T5中所述丙烷预冷循环，且中的丙烷经过两级压缩压缩至高压状态，再经节流阀至低温低压，通过热交换器预冷分流出的高压BOG气体。
本发明进一步设置为：T6中所述氮气主制冷循环，其中的氮气经过三级压缩，高压常温的氮气进入主低温换热器，被膨胀后氮气进行冷却；冷却后的氮气然后膨胀至低温低压，膨胀后的氮气进入主低温换热器，冷却压缩后的氮气，并液化BOG，最后，氮气再次进入第一级压缩机开始新的一轮循环。
本发明进一步设置为：T7中所述汇流回罐，具体为两股BOG流在进入膨胀器之前进行汇合，然后通过主低温换热器进一步冷却为过冷液，最后通过节流阀返回储罐。
本发明的优点是：
本发明通过BOG自膨胀预冷和丙烷预冷相结合的双预冷工艺，BOG自膨胀预冷目的是为了充分利用进料BOG的冷能，添加丙烷预冷的目的是弥补部分BOG自膨胀预冷，代替传统BOG再液化工艺仅限于单一预冷剂进行预冷的方式，降低氮循环侧的能量损失。
附图说明
图1为本发明的一种船用BOG双预冷再液化装置的结构示意图。
图2为本发明的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法的步骤流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
实施例一
请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：
一种船用BOG双预冷再液化装置，具体地，包括固定安装在船体上的LNG储液罐；储液罐通过管道连接有一级BOG预冷热交换器；一级BOG预冷热交换器通过管道连接有压缩冷却循环系统；压缩冷却循环系统通过管道连接有分流器；分流器上设置有两分流管；两分流管端部连接有混合器；混合器通过管道连接有膨胀器；膨胀器通过管道连接有三级BOG温热交换器；三级BOG温热交换器与储液罐之间连接有节流阀；一分流管与混合器之间设置BOG自膨胀预冷；BOG自膨胀预冷中设置有若干压缩机；BOG经过BOG自膨胀预冷和丙烷预冷后，通过混合器合流，再通过氮气主制冷循环，冷却为液体，通过节流阀返回罐；另一分流管与混合器之间设置有丙烷预冷循环；压缩冷却循环系统包括若干交错设置的压缩机以及海水冷却器。
本实施例一工作原理：设计的工艺流程通过商用模拟器Aspen HYSYS进行模拟。利用Peng-Robinson状态方程计算了工质的热力学性质。BOG流股B1在-80℃、113kPa的条件下进入再液化系统；本设计提出BOG自膨胀和丙烷相结合的外设预冷，结合氮气膨胀工艺，对BOG进行再液化；在本发明所设计工况中，BOG(B1)首先以较低温度从储罐中进入BOG预冷热交换器，然后以环境温度流出；BOG经过三级压缩和中间冷却，处于高压常温状态(B8)。随后分成两流，一股经过BOG预冷换热器(B9-1)，被从储罐流出的BOG进行预冷，另一股通过丙烷预冷循环进行预冷(B9-2)。两股BOG流(B10-1、B10-2)在进入膨胀器之前进行汇合，然后通过主低温换热器进一步冷却为过冷液(B13)，最后通过节流阀返回储罐(B14)。在氮气膨胀循环中，氮气(N1)经过三级压缩，高压常温的氮气(N7)进入主低温换热器，被膨胀后氮气(N9)进行冷却。冷却后的氮气(N8)然后膨胀至低温低压(N9)；膨胀后的氮气进入主低温换热器，冷却压缩后的氮气，并液化BOG；最后，氮气(N1)再次进入第一级压缩机开始新的一轮循环。在丙烷预冷循环中，丙烷(C31)经过两级压缩压缩至高压状态，再经节流阀至低温低压，通过热交换器预冷分流出的高压BOG气体。
氮气膨胀工艺紧凑性使其成为LNG燃料船舶液化工艺的首选。在以氮气为制冷剂的逆布雷顿工艺(膨胀制冷循环多采用逆布雷顿循环(Reverse-Brayton)，在该循环中工质通过压缩机等熵压缩，经冷却器冷却，然后在透平膨胀机内等熵绝热膨胀并对外做功，从而获得低温气流来制取冷量)基础上增加预冷循环或增加新的膨胀器(包括结构优化)已被证明是提高能效的有效途径，目前BOG再液化工艺仅限于单一预冷剂进行预冷；本发明是BOG自膨胀预冷和丙烷预冷相结合的双预冷工艺，BOG自膨胀预冷目的是为了充分利用进料BOG的冷能，添加丙烷预冷的目的是弥补部分BOG自膨胀预冷，降低氮循环侧的能量损失。
由于氮膨胀循环的功耗对整个系统的性能影响最为关键，所以添加预冷循环目的是降低的氮膨胀循环的功耗，BOG自膨胀预冷目的是为了充分利用进料BOG的冷能，降低氮循环侧的质量流量，从而降低能量损失；由于进料BOG自身冷量不足以将膨胀后的BOG温度降的足够低，添加丙烷预冷的目的是弥补部分BOG自膨胀预冷冷量，减少氮气质量流量，从而达到降低能耗的作用。
图1中，B1-B16：BOG流股；C31-C36：丙烷流股；N1-N9：氮气流股；K-100、K-101、K-102、K-103、K-104、K-106、K-107、K-108：压缩机；K-105、K-109：膨胀机；E100-E107：海水冷却器：LNG-100、LNG-101、LNG-102：换热器；TEE-100：分流器；MIX-100：混合器；VLV-100、VLV-101：节流阀；V-100：LNG储罐。
一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，包括以下步骤：
T1、BOG换热；T2、压缩冷却；T3、分流；T4、BOG自膨胀预冷；T5、丙烷预冷循环；T6、氮气主制冷循环；T7、汇流回罐。
T1中BOG换热，具体为BOG(B1)首先以较低温度从储罐中进入一级BOG预冷热交换器。
T2中压缩冷却，具体为BOG经过三级压缩和中间冷却，处于高压常温状态(B8)。
T3中分流，具体为经过多组压缩机以及海水冷却器压缩冷却后的BOG通过节流阀随后分成两流。
T4中BOG自膨胀预冷，一股经过BOG预冷换热器(B9-1)，被从储罐流出的BOG进行预冷，另一股通过丙烷预冷循环进行预冷(B9-2)。
T5中丙烷预冷循环，且中的丙烷(C31)经过两级压缩压缩至高压状态，再经节流阀至低温低压，通过热交换器预冷分流出的高压BOG气体。
T6、氮气主制冷循环，其中的氮气(N1)经过三级压缩，高压常温的氮气(N7)进入主低温换热器，被膨胀后氮气(N9)进行冷却，冷却后的氮气(N8)然后膨胀至低温低压(N9)，膨胀后的氮气进入主低温换热器，冷却压缩后的氮气，并液化BOG，最后，氮气(N1)再次进入第一级压缩机开始新的一轮循环。
T7中汇流回罐，具体为两股BOG流(B10-1、B10-2)在进入膨胀器之前进行汇合，然后通过主低温换热器进一步冷却为过冷液(B13)，最后通过节流阀返回储罐(B14)。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种船用BOG双预冷再液化装置，包括固定安装在船体上的LNG储液罐；其特征在于：
所述储液罐通过管道连接有一级BOG预冷热交换器；所述一级BOG预冷热交换器通过管道连接有压缩冷却循环系统；所述压缩冷却循环系统通过管道连接有分流器；
所述分流器上设置有两分流管；两所述分流管端部连接有混合器；所述混合器通过管道连接有膨胀器；所述膨胀器通过管道连接有三级BOG温热交换器；所述三级BOG温热交换器与储液罐之间连接有节流阀；
一所述分流管与混合器之间设置有BOG自膨胀预冷；所述氮气预冷循环中设置有若干压缩机；所述另一所述分流管与混合器之间设置有丙烷预冷循环；BOG经过BOG自膨胀预冷和丙烷预冷后，通过混合器合流，再通过氮气主制冷循环，冷却为液体，通过节流阀返回罐。
2.根据权利要求1所述的一种船用BOG双预冷再液化装置，其特征在于：所述压缩冷却循环系统包括若干交错设置的压缩机以及海水冷却器。
3.根据权利要求2所述的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
T1、BOG换热；
T2、压缩冷却；
T3、分流；
T4、BOG自膨胀预冷
T5、丙烷预冷循环；
T6、氮气主制冷循环；
T7、汇流回罐。
4.根据权利要求3所述的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，其特征在于：T1中所述BOG换热，具体为BOG首先以较低温度从储罐中进入一级BOG预冷热交换器。
5.根据权利要求4所述的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，其特征在于：T2中所述压缩冷却，具体为BOG经过三级压缩和中间冷却，处于高压常温状态。
6.根据权利要求5所述的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，其特征在于：T3中所述分流，具体为经过多组压缩机以及海水冷却器压缩冷却后的BOG通过节流阀随后分成两流，一股经过BOG预冷换热器，被从储罐流出的BOG进行预冷，另一股通过丙烷预冷循环进行预冷。
7.根据权利要求6所述的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，其特征在于：T5中所述丙烷预冷循环，且其中的丙烷经过两级压缩压缩至高压状态，再经节流阀至低温低压，通过热交换器预冷分流出的高压BOG气体。
8.根据权利要求7所述的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，其特征在于：T6中所述氮气主制冷循环，其中的氮气经过三级压缩，高压常温的氮气进入主低温换热器，被膨胀后氮气进行冷却，冷却后的氮气然后膨胀至低温低压，膨胀后的氮气进入主低温换热器，冷却压缩后的氮气，并液化BOG，最后，氮气再次进入第一级压缩机开始新的一轮循环。
9.根据权利要求8所述的一种船用BOG双预冷再液化装置的使用方法，其特征在于：T7中所述汇流回罐，具体为两股BOG流在进入膨胀器之前进行汇合，然后通过主低温换热器进一步冷却为过冷液，最后通过节流阀返回储罐。
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