CN216743831U - 基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(lng-fsru)再气化系统 - Google Patents

Abstract

一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG‑FSRU)再气化系统，有蒸汽发生模块和LNG气化系统，蒸汽发生模块的堆舱内设置有核反应堆，核反应堆依次与蒸汽发生器连接，蒸汽发生器产生40bar‑80bar的饱和蒸汽，40bar‑80bar饱和蒸汽的热量分别提供给发电系统、泵组透平系统、LNG气化系统。LNG‑FSRU再气化系统将核能所产生的热能应用于浮式装置的发电系统，透平系统，以及基于蒸汽介质的丙烷、水乙二醇介质加热系统。同时，核动力冷却系统吸收再气化系统释放的冷能。在节能减排的同时，可大大降低核动力冷却系统的海水换热负荷，多角度减少生态环境的破坏。该系统不但稳定可靠、冷热能高效利用，而且节能环保，降低污染。

Description

基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化 系统

技术领域

本发明涉及液化天然气浮式再气化技术领域，具体涉及一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置的再气化系统。

背景技术

目前，随着人们对清洁能源LNG使用量增加，LNG接收终端的市场需求量也日益增加。由于在沿海建设陆上LNG接收终端受到种种限制，建设海上天然气浮式存储和再气化装置(LNG-FSRU)成为更为经济便利的解决方案，现已逐渐在国内外LNG工程技术领域推广应用。

近年，许多油气公司、船厂、设计公司和设备厂商已经对LNG-FSRU的安全特点和设计特点开展研究，并在多领域取得研究成果。其中，LNG-FSRU再气化系统核心设备蒸发器的主流研究方向有利用加热后的海水在加热管路中对LNG换热、利用蒸气锅炉产生的蒸汽在管壳式蒸汽加热蒸发器中对LNG换热、以及利用海水直接加热丙烷或丁烷后再对LNG换热。前两者在换热过程中需要消耗大量化石燃料作为热源，后者则因大计量排放换热后的升温海水而对海洋环境造成危害。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，旨在达到利用核动力为能源，避免消耗大量化石燃料及对海洋环境造成破坏的目的，其所采用的技术方案是：

一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，有蒸汽发生模块，蒸汽发生模块的堆舱内设置有核反应堆，核反应堆依次与蒸汽发生器、主循环泵连接形成第一循环网；蒸汽发生器产生40bar-80bar的饱和蒸汽，40bar-80bar饱和蒸汽的热量分别进入发电系统、泵组透平系统、LNG气化系统。

蒸汽发生器依次与节流装置、泵组透平、第一水乙二醇加热器、海水冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第二循环网。

蒸汽发生器依次与发电机透平、第一水乙二醇加热器、海水冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第三循环网。

海水冷凝器另一端与海水连通，大海中的海水通过冷凝器海水泵泵入海水冷凝器内，再从海水冷凝器内流出，流回至大海。

泵组透平、发电机透平通往第一水乙二醇加热器的管路上设置有第四阀门，第一水乙二醇通往海水冷凝器的管路上依次设置有第三阀门和第七阀门，泵组透平、发电机透平通往第一水乙二醇加热器的管路与第一水乙二醇通往海水冷凝器的管路之间连接有第二阀门，海水冷凝器通往冷凝水泵的管路上设置有第六阀门，第一水乙二醇通往海水冷凝器的管路与海水冷凝器通往冷凝水泵的管路之间连接有第五阀门。

蒸汽发生器经由节流装置依次与水乙二醇闭式循环加热回路中的第二水乙二醇加热器、海水冷凝器连接，蒸汽发生器通往第二水乙二醇加热器的管路上设置有第一阀门，水乙二醇闭式循环加热回路是第二水乙二醇加热器分别与丙烷加热器、丙烷蒸发器连接，与丙烷加热器、丙烷蒸发器连接后汇合至水乙二醇膨胀罐，水乙二醇膨胀罐依次与水乙二醇输送泵、第一水乙二醇加热器连接，回流至第二水乙二醇加热器，形成水乙二醇闭式循环加热回路。

丙烷加热器通过管路依次与天然气加热器、丙烷蒸发器、LNG蒸发器、丙烷罐、丙烷输送泵连接，丙烷输送泵回流至丙烷加热器，形成丙烷闭式循环加热回路。

LNG气化系统包括丙烷闭式循环加热回路、水乙二醇闭式循环加热回路、LNG液货舱，LNG液货舱内设置有LNG输送泵，LNG输送泵通过管路依次与吸入罐、LNG增压泵、BOG再冷凝器、LNG蒸发器、天然气加热器、计量撬连接。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，BOG再冷凝器伸出有管路回流至吸入罐。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，在第一循环网中，主循环泵通往反应堆的路径上、反应堆通往蒸汽发生器的路径上，设置有稳压器。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，核反应堆是压水反应堆，载热介质为加压至15-20mpa的水。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，淡水舱通过管路依次与淡水泵、温水箱连接，淡水泵与温水箱之间设置有温水箱控制阀。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，第一循环网、第二循环网、第三循环网中的流通有水介质，丙烷闭式循环加热回路中流通有丙烷介质，水乙二醇闭式循环加热回路中流通有水乙二醇介质。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，吸入罐伸出一条与BOG再冷凝器连接的BOG管路。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，LNG液货舱伸出有BOG管路经由BOG气体压缩机进入BOG再冷凝器。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，温水箱内设置有第一液位传感器，第一液位传感器与温水箱控制阀信号连接。

上述一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，更进一步地，蒸汽发生器内设置有第二液位传感器，第二液位传感器与给水控制阀通过信号连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用核动力作为液化天然气浮式再气化装置再气化系统的热能来源，替代了以往采用燃烧化石燃料或吸收海水热量的能源获取结构。该系统节能环保，降低污染，同时避免因大量排放换热后的低温海水而对海洋环境造成的破坏。

2.本发明将蒸汽发生模块的热能与LNG再气化模块的冷能综合高效利用，LNG再气化模块对蒸汽发生模块做功后的低温乏汽热能回收利用。与传统核动力系统相比，对乏汽携带的大量低温热能回收利用，提高核能热效率。同时减少蒸汽冷却系统与海水换热量，从而改善因大量排放高温海水而造成的海洋环境破坏。

3.该系统将核能作为全船的动力源，蒸汽发生器产生的高温饱和蒸汽应用于LNG气化模块，同时也高效应用于FSRU的各泵组及发电系统。该系统核能利用率高，经济可观。

附图说明

图1是本发明的系统图；

其中：1-核反应堆、2-蒸汽发生器、3-主循环泵、4-稳压器、5-节流装置、6-泵组透平、7-发电机透平、8-第一水乙二醇加热器、9-海水冷凝器、10-冷凝水泵、11-温水箱、12-除氧器、13-给水泵、14-高压给水加热器、15-给水控制阀、16-冷凝器海水泵、17-温水箱控制阀、18-淡水泵、19-淡水舱、20-第二水乙二醇加热器、21-水乙二醇输送泵、22-水乙二醇膨胀罐、23-丙烷加热器、24-丙烷蒸发器、25-丙烷输送泵、26-丙烷罐、27-LNG蒸发器、28-天然气加热、29-计量撬、30-LNG液货舱、31-LNG输送泵、32-吸入罐、33-LNG增压泵、34-BOG再冷凝器、35-BOG气体压缩机、36-第一阀门、37-第二阀门、38-第三阀门、39-第四阀门、40-第五阀门、41-第六阀门、42-第七阀门、43-BOG管路、44-发电机。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1所示的一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，有堆舱，堆舱内设置有核反应堆，核反应堆采用常规的压水反应堆，压水反应堆通过管路依次与蒸汽发生器、主循环泵连接，主循环泵回流至压水反应堆，形成第一循环网，在主循环泵回流至压水反应堆的通路与压水反应堆通往蒸汽发生器的通路之间设置有稳压器，稳压器用于防止第一循环网内压力过高使设备受损以及压力过低引起冷却剂的沸腾。

蒸汽发生器通过管路依次与节流装置、泵组透平、第一水乙二醇加热器、海水冷凝器、冷凝水泵、温水箱加热、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，高压给水加热器回流至蒸汽发生器，形成第二循环网。蒸汽发生器通过管路依次与发电机透平、第一水乙二醇加热器、海水冷凝器、冷凝水泵、温水箱加热、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，高压给水加热器回流至蒸汽发生器，形成第三循环网。第一循环网、第二循环网、第三循环网内流通的载热介质是水。发电机透平还与发电机通过管路连接。

海水冷凝器另一端与海水连接，海水通过冷凝器海水泵泵入海水冷凝器内，在海水冷凝器内换热后，升温的海水回流至大海中。温水箱另一端与淡水舱连接，淡水舱与温水箱之间设置有淡水泵、温水箱控制阀，温水箱内设置有第一液位传感器，第一液位传感器与温水箱控制阀相连接。温水箱中第一液位传感器与温水箱控制阀相连，第一液位传感器将液位信号发送给温水箱控制阀，当水液位过低时，自动开启温水箱控制阀，淡水由淡水泵从淡水舱泵入温水箱，在温水箱低温加热后，载热介质经过除氧器除氧，再由给水泵泵入高压给水加热器加热，载热介质经过高压给水加热器加热后形成压力为70bar～120bar的载热介质进入蒸汽发生器。蒸汽发生器中设置有第二液位传感器，第二液位传感器与给水控制阀信号连接，第二液位传感器向给水控制阀发送液位信号，给水控制阀根据液位信号，实时向蒸汽发生器内补充载热介质。载热介质进入蒸汽发生器，与经由压水反应堆出来的15-20mpa的水换热蒸发后，分别形成40bar-80bar的饱和蒸汽和冷却后的载热介质，40bar-80bar的饱和蒸汽进入第二循环网(即40bar-80bar的饱和蒸汽提供给泵组透平系统，高温饱和蒸汽驱动泵组透平，带动LNG输送泵、LNG增压泵、丙烷输送泵、水乙二醇输送泵、冷凝水泵、淡水泵、给水泵、冷凝器海水泵运转)、第三循环网继续循环。40bar-80bar的饱和蒸汽提供给发电系统，在发电机透平中做功，将蒸汽的热能转化为机械能，发电机透平转子与发电机相连，将机械能转换为电能，供全船仪器仪表、生活及照明使用；冷却后的载热介质通过主循环泵泵入压水反应堆中加热，在第一循环网中继续循环。

蒸汽发生器通过管路经由节流装置与第二水乙二醇加热器连接，在蒸汽发生器通往第二水乙二醇加热器的通路上设置有第一阀门，40bar-80bar的饱和蒸汽从蒸汽发生器出来后，进入第二水乙二加热器进行换热，换热后形成的低温载热介质回流至海水冷凝器，冷凝水泵将低温载热介质泵入温水箱内进行加热。

泵组透平与发电机透平通往第一水乙二醇加热器的通路上设置有第四阀门，第一水乙二加热器通往海水冷凝器的通路上依次设置有第三阀门和第七阀门，海水冷凝器通往温水箱的通路上设置有第六阀门，泵组透平与发电机透平通往第一水乙二醇加热器的通路与第一水乙二加热器通往海水冷凝器的通路之间，连接有第二阀门，第一水乙二加热器通往海水冷凝器的通路与海水冷凝器通往温水箱的通路之间，连接有第五阀门。第二阀门与第四阀门、第三阀门并联；第五阀门与第七阀门、第六阀门并联。

LNG气化系统包括丙烷闭式循环加热回路、水乙二醇闭式循环加热回路、LNG液货舱，LNG液货舱内设置有LNG输送泵，LNG输送泵通过管路依次与吸入罐、LNG增压泵、BOG再冷凝器、LNG蒸发器、天然气加热器、计量撬连接。LNG液货舱顶部伸出有BOG管路，BOG管路经由BOG气体压缩机进入BOG再冷凝器，经由BOG再冷凝器进入吸入罐；吸入罐顶部也伸出有BOG管路，BOG管路经由BOG再冷凝器进入吸入罐。

水乙二醇闭式循环加热回路包括第二水乙二醇加热器，第二水乙二醇加热器通过管路分别与丙烷加热器、丙烷蒸发器连接，与丙烷加热器、丙烷蒸发器连接后汇合至水乙二醇膨胀罐，水乙二醇膨胀罐通过管路依次与水乙二醇输送泵、第一水乙二醇加热器连接后，回流至第二水乙二醇加热器，形成水乙二醇闭式循环加热回路。

丙烷加热器通过管路依次与天然气加热器、丙烷蒸发器、LNG蒸发器、丙烷罐、丙烷输送泵连接，丙烷输送泵回流至丙烷加热器，形成丙烷闭式循环加热回路。丙烷闭式循环加热回路中流通有丙烷载热介质，水乙二醇闭式循环加热回路中流通有水乙二醇载热介质。

当LNG-FSRU需要气化LNG时，打开第三阀门和第四阀门，关闭第二阀门，第一循环网中的泵组透平和第二循环网中的发电机透平做功后的乏汽经第四阀门进入第一水乙二醇加热器，加热LNG气化系统中的水乙二醇载热介质，在第一水乙二醇加热器内换热，换热后的冷凝液或汽水混合物流经第三阀门。当第一循环网和第二循环网产生的乏汽热量不足以满足LNG气化系统热量需求时，打开第一阀门，高温饱和蒸汽经节流装置和第一阀门进入第二水乙二醇加热器，在第二水乙二醇加热器中与已在第一水乙二醇加热器中加热的水乙二醇介质换热，水乙二醇介质继续升温。

换热后的冷凝液或汽水混合物与流经第三阀门的冷凝液或汽水混合物汇合，当汇合物为冷凝液时，打开第五阀门，关闭第六阀门、第七阀门，冷凝液流经第五阀门，被冷凝水泵泵入温水箱中加热；当汇合物为汽水混合物时，打开第六阀门、第七阀门，关闭第五阀门，汽水混合物进入海水冷凝器，在海水冷凝器中与低温海水换热凝结成水，凝结后的水被冷凝水泵泵入温水箱中进行加热，低温海水通过冷凝海水泵泵入冷凝器，换热后循环回大海。

当LNG-FSRU无需气化LNG时，关闭第一阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门，打开第二阀门、第六阀门、第七阀门。在第一循环网中的泵组透平和第二循环网中的发电机透平做功后的乏汽经第二阀门、第七阀门，在海水冷凝器中与低温海水换热凝结成水，凝结后的水被冷凝水泵泵入温水箱中进行加热，低温海水通过冷凝海水泵泵入冷凝器，换热后循环回大海。

本发明的LNG气化系统是基于蒸汽介质的丙烷、水乙二醇介质加热系统。水乙二醇闭式加热回路通过泵浦系统循环，把与蒸汽发生模块换热得到的热量传递到甲板上的丙烷闭式加热回路，丙烷闭式加热回路又将热量传递给LNG液体，使之气化。

当FSRU需要气化LNG时，LNG液货舱内-163℃的低温LNG液体通过LNG输送泵输送到甲板上的吸入罐，经LNG增压泵增压后流经BOG再冷凝器，流经BOG再冷凝器后的LNG在LNG蒸发器中被丙烷介质加热到-6℃，这一过程中气态的丙烷介质被冷却成液态丙烷；-6℃的LNG进入天然气加热器，在天然气加热器中-6℃的LNG被加热为3℃的天然气，本过程利用液态丙烷来加热；加热后3℃的天然气，经过计量撬可输送给岸站。LNG液货舱内产生的BOG气体通过BOG气体压缩机升压后与吸入罐产生的BOG气体汇合，在BOG再冷凝器中与增压后的LNG液体换热变为液态重新返回吸入罐。

丙烷闭式循环加热回路中，低温丙烷通过丙烷输送泵从丙烷罐中泵出输送到丙烷加热器，在丙烷加热器中与水乙二醇介质换热升温，升温后的丙烷液体在天然气加热器中与-6℃LNG换热降温，随后在丙烷蒸发器中再次被水乙二醇介质加热为气态，气态的丙烷与低温LNG在LNG蒸发器中换热后变为液态重新回到丙烷罐中，形成闭环回路。水乙二醇在丙烷加热器和丙烷蒸发器中同时加热丙烷，可提高换热效率。

水乙二醇闭式循环加热回路中，低温水乙二醇通过水乙二醇输送泵从水乙二醇膨胀罐泵出，经第一水乙二醇加热器、第二水乙二醇加热器与高温蒸汽换热升温，升温后的水乙二醇载热介质分别进入丙烷加热器、丙烷蒸发器，同时与丙烷换热降温，降温后返回水乙二醇膨胀罐形成闭环回路。

本发明将核能作为全船的动力源，蒸汽发生器产生的高温饱和蒸汽应用于LNG气化模块，同时也高效应用于FSRU的各泵组及发电系统，该系统核能利用率高，经济可观。LNG-FSRU再气化系统将核能所产生的热能应用于浮式装置的发电系统，透平系统，以及基于蒸汽介质的丙烷、水乙二醇介质加热系统。同时，核动力冷却系统吸收再气化系统释放的冷能。在节能减排的同时，可大大降低核动力冷却系统的海水换热负荷，多角度减少生态环境的破坏。该系统不但稳定可靠、冷热能高效利用，而且节能环保，降低污染。

LNG气化系统与蒸汽发生模块互相结合，LNG气化系统先对蒸汽发生模块做功后的低温乏汽热能回收利用，降低了蒸汽发生模块产生的乏汽温度后，再进入海水冷凝器，减少蒸汽冷却系统与海水换热量，从而改善因大量排放高温海水而造成的海洋环境破坏。与传统核动力系统相比，本发明中的蒸汽发生模块能够对乏汽携带的大量低温热能回收利用，提高核能热效率。

Claims (10)

1.一种基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：有蒸汽发生模块，蒸汽发生模块的堆舱内设置有核反应堆，核反应堆依次与蒸汽发生器、主循环泵连接形成第一循环网；蒸汽发生器产生40bar-80bar的饱和蒸汽，40bar-80bar饱和蒸汽的热量分别进入发电系统、泵组透平系统、LNG气化系统；

蒸汽发生器依次与节流装置、泵组透平、第一水乙二醇加热器、海水冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第二循环网；

蒸汽发生器依次与发电机透平、第一水乙二醇加热器、海水冷凝器、冷凝水泵、温水箱、除氧器、给水泵、高压给水加热器连接，形成第三循环网，高压给水加热器与蒸汽发生器之间设置有给水控制阀；

海水冷凝器另一端与海水连通，大海中的海水通过冷凝器海水泵泵入海水冷凝器内，再从海水冷凝器内流出，流回至大海；

泵组透平、发电机透平通往第一水乙二醇加热器的管路上设置有第四阀门，第一水乙二醇通往海水冷凝器的管路上依次设置有第三阀门和第七阀门，泵组透平、发电机透平通往第一水乙二醇加热器的管路与第一水乙二醇通往海水冷凝器的管路之间连接有第二阀门，海水冷凝器通往冷凝水泵的管路上设置有第六阀门，第一水乙二醇通往海水冷凝器的管路与海水冷凝器通往冷凝水泵的管路之间连接有第五阀门；

蒸汽发生器经由节流装置依次与水乙二醇闭式循环加热回路中的第二水乙二醇加热器、海水冷凝器连接，蒸汽发生器通往第二水乙二醇加热器的管路上设置有第一阀门，水乙二醇闭式循环加热回路是第二水乙二醇加热器分别与丙烷加热器、丙烷蒸发器连接，与丙烷加热器、丙烷蒸发器连接后汇合至水乙二醇膨胀罐，水乙二醇膨胀罐依次与水乙二醇输送泵、第一水乙二醇加热器连接，回流至第二水乙二醇加热器，形成水乙二醇闭式循环加热回路；

丙烷加热器通过管路依次与天然气加热器、丙烷蒸发器、LNG蒸发器、丙烷罐、丙烷输送泵连接，丙烷输送泵回流至丙烷加热器，形成丙烷闭式循环加热回路；

LNG气化系统包括丙烷闭式循环加热回路、水乙二醇闭式循环加热回路、LNG液货舱，LNG液货舱内设置有LNG输送泵，LNG输送泵通过管路依次与吸入罐、LNG增压泵、BOG再冷凝器、LNG蒸发器、天然气加热器、计量撬连接。

2.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：BOG再冷凝器伸出有管路回流至吸入罐。

3.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：在第一循环网中，主循环泵通往核反应堆的路径上、核反应堆通往蒸汽发生器的路径上，设置有稳压器。

4.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：核反应堆是压水反应堆，载热介质为加压至15-20mpa的水。

5.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：淡水舱通过管路依次与淡水泵、温水箱连接，淡水泵与温水箱之间设置有温水箱控制阀。

6.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：第一循环网、第二循环网、第三循环网中的流通有水介质，丙烷闭式循环加热回路中流通有丙烷介质，水乙二醇闭式循环加热回路中流通有水乙二醇介质。

7.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：吸入罐伸出一条与BOG再冷凝器连接的BOG管路。

8.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：LNG液货舱伸出有BOG管路经由BOG气体压缩机进入BOG再冷凝器。

9.根据权利要求5所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：温水箱内设置有第一液位传感器，第一液位传感器与温水箱控制阀信号连接。

10.根据权利要求1所述的基于核动力的液化天然气浮式再气化装置(LNG-FSRU)再气化系统，其特征在于：蒸汽发生器内设置有第二液位传感器，第二液位传感器与给水控制阀通过信号连接。

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