用于船舶的再液化系统的制冷剂充注系统的制作方法

本发明涉及一种用于船舶的再液化系统的制冷剂充注系统，且更具体地说，涉及一种充注通过用于再液化船舶中所产生的蒸发气体的系统循环的制冷剂的制冷剂充注系统。

背景技术：

1、天然气(natural gas)的主要成分是甲烷(methane)，且作为一种在燃烧期间几乎不或不排放环境污染物的环保燃料，始终备受关注。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℃来使其液化而获得的，且由于其体积为呈气态的天然气的体积的约1/(60)0，因此适合于海上长途运输。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。

2、由于天然气在常压下在-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，即使隔热，此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(boil-off gas；bog)的产生。

3、lng存储罐中的蒸发气体的连续产生增加了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，那么这可能引起紧急情况，诸如存储罐破裂(rupture)。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。

4、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、再液化蒸发气体且将再液化蒸发气体传回到lng存储罐的方法以及组合这两种方法的方法且将所述方法投入使用。

技术实现思路

1、技术问题

2、在用于再液化船舶中所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循环(propane-precooled mixed refrigerant cycle；c3mr cycle)的过程。c3mr循环是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(single mixed refrigerant cycle；smr cycle)是使用由多个成分构成的混合制冷剂来液化天然气的过程。

3、因此，smr循环和c3mr循环均使用混合制冷剂。然而，如果混合制冷剂的组成归因于蒸发气体的液化期间的制冷剂损失而改变，那么这可能引起不良液化效率。因此，需要通过不断地测量混合制冷剂的组成且补充缺少的制冷剂成分来维持制冷剂的恒定组成。

4、用以再液化蒸发气体的替代再液化循环是使用氮气制冷剂的单一循环液化过程。

5、尽管与使用混合制冷剂的再液化循环相比相对低效，但使用氮气制冷剂的此类再液化循环由于氮气制冷剂的惰性特性而更安全，且由于氮气制冷剂不会发生相变而更容易应用于船舶。使用氮气制冷剂的再液化循环也需要补充氮气制冷剂，因为随着液化过程的进行，氮气制冷剂可能会损失。

6、图1为用于采用氮气制冷剂的再液化系统的常规制冷剂充注系统的示意性框图。

7、具有lng货舱的船舶通常配备有氮气产生装置以产生待供应到船舶的公用n2，包含待供应到货舱中的隔热空间(insulation space)的氮气。参考图1，通过空气压缩器(aircompressor,10)和n2产生器(n2 generator,20)产生的氮气存储在缓冲罐(30)中且作为公用n2从缓冲罐供应到船舶。制冷剂充注系统还从缓冲罐(30)接收氮气且将接收到的氮气供应到再液化系统(rs)。

8、制冷剂充注系统包含：干燥和过滤单元(40)，接收公用n2且减小公用n2的露点(dewpoint)；增压压缩器(50)，压缩公用n2；以及库存罐(60)，接收由增压压缩器压缩的公用n2且存储公用n2。

9、在从再液化循环并未运行的状态到再液化循环正常运行的状态的制冷剂充注过程中，尽管再液化循环并未运行，但制冷剂充注系统从缓冲罐(30)接收公用n2，允许公用n2通过干燥和过滤单元(40)，通过增压压缩器(50)压缩公用n2，且将经压缩公用n2供应到库存罐(60)。

10、在再液化循环开始运行时，再液化系统逐渐加载到正常运行状态，同时用从库存罐供应到再液化系统的制冷剂循环管线的制冷剂连续地充注(load-up)。

11、当再液化循环达到正常运行时，取决于负载要求，通过用来自再液化系统的制冷剂充注库存罐或从库存罐排出制冷剂来调节再液化循环的负载。制冷剂的充注或排出发生在库存罐与制冷剂循环管线之间，其中取决于库存罐中的情形，可通过用通过干燥和过滤单元(40)以及增压压缩器(50)从缓冲罐(30)供应的额外氮气制冷剂充注库存罐(60)或通过将一定氮气从库存罐排放到外部大气来调整库存罐中的压力。

12、在对再液化系统进行降载(load-down)时，氮气制冷剂利用制冷剂循环管线与库存罐之间的压力差从制冷剂循环管线排放到库存罐。当在再液化系统的负载降低到一定水平或更低水平时难以通过压力差从制冷剂循环排出氮气制冷剂时，氮气被发送到增压压缩器的上游侧以再压缩且接着输送到库存罐。另外，常规制冷剂充注系统包含：单独供应管，用以在再液化循环中定期补充由压缩器在再液化循环中消耗的氮气；和单独排气管线，用以在紧急情况下从再液化系统快速排放氮气制冷剂。

13、本发明的一方面提供一种解决方案，所述解决方案通过减少相关装置的数目实现了更紧凑和简化的制冷剂充注系统，同时确保再液化系统所需的氮气制冷剂的顺利充注或排出。

14、技术解决方案

15、根据本发明的一个方面，一种用于船舶的再液化系统的制冷剂充注系统包含：

16、再液化系统，提供到船舶，且通过压缩在液化气体存储罐中产生的蒸发气体且使经压缩蒸发气体与供应到热交换器同时沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂进行热交换来再液化所述蒸发气体；

17、缓冲罐，存储待供应到船舶的公用n2；

18、增压压缩器，从缓冲罐接收公用n2，压缩接收到的公用n2且将经压缩公用n2供应到制冷剂循环管线；以及

19、第一加载管线，公用n2沿着所述第一加载管线从缓冲罐供应到制冷剂循环管线而不通过增压压缩器，其中在再液化系统的非运转状态下进行初始充注时，通过利用制冷剂循环管线与缓冲罐之间的压力差沿着第一加载管线将公用n2从缓冲罐供应到制冷剂循环管线，用制冷剂充注制冷剂循环管线。

20、制冷剂充注系统还可包含：第二加载管线，公用n2沿着所述第二加载管线通过增压压缩器从缓冲罐供应到制冷剂循环管线，其中在制冷剂充注以用于对再液化系统进行加载(load-up)时，当制冷剂循环管线中的压力高于或等于缓冲罐中的压力时，来自缓冲罐的公用n2沿着第二加载管线由增压压缩器加压且供应到制冷剂循环管线。

21、制冷剂充注系统可还包含：第一降载管线，从制冷剂循环管线连接到缓冲罐，且允许制冷剂沿着所述第一降载管线排出；和第二降载管线，通过增压压缩器从制冷剂循环管线连接到缓冲罐，其中，在对再液化系统进行降载(load-down)时，制冷剂利用制冷剂循环管线与缓冲罐之间的压力差沿着第一降载管线从制冷剂循环管线排出，且当缓冲罐中的压力高于或等于制冷剂循环管线中的压力时，制冷剂循环管线中的制冷剂通过增压压缩器沿着第二降载管线传回到缓冲罐。

22、制冷剂循环管线可具备制冷剂压缩器和膨胀器，所述制冷剂压缩器在冷却蒸发气体之后压缩从热交换器排出的制冷剂，所述膨胀器使由制冷剂压缩器压缩且已通过热交换器冷却的制冷剂膨胀和冷却，且将冷却后的制冷剂供应到热交换器；以及，在将制冷剂充注到制冷剂循环管线中时，公用n2从缓冲罐供应到制冷剂循环管线上的制冷剂压缩器的上游侧，且在对再液化系统进行降载时，制冷剂从制冷剂循环管线上的制冷剂压缩器的下游侧排放到缓冲罐。

23、缓冲罐可提供到氮气产生装置，所述氮气产生装置产生公用n2以供应到液化气体存储罐的隔热层、供应为用于船上压缩器的密封气体(seal gas)或供应为用于再液化系统的制冷剂。

24、氮气产生装置还可包含：氮气产生器，从经压缩空气产生公用n2且将所产生的公用n2输送到缓冲罐；以及空气压缩器，压缩空气且将经压缩空气供应到氮气产生器。

25、公用n2可从缓冲罐供应到制冷剂循环管线，而不通过将干燥器安置在氮气产生器的下游以减小公用n2的露点(dew point)或通过增加氮气产生器的含水量相关规格来进一步干燥公用n2。

26、有利效果

27、本发明提供一种制冷剂充注系统，所述制冷剂充注系统可降低初始安装成本且可通过消除对单独装置(诸如，用于制冷剂循环的干燥器和库存罐)的需要而有助于释放船舶中的空间。

28、另外，本发明通过减少相关装置的数目实现了更紧凑和简化制冷剂充注系统，同时通过有效利用现有装置将制冷剂充注到再液化系统中/从再液化系统排出制冷剂来确保对再液化系统的负载的顺利控制。