用于船的蒸发气体再液化系统和方法与流程

本发明涉及一种蒸发气体再液化系统和方法，所述系统和方法用于冷却和再液化从存储在船中的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体(boil-off gas；bog)，此可通过将氮气供应到分离器来维持分离器中的恒定压力来确保将由分离器分离的液化气体顺利地输送到存储罐，以及当氮气过度地溶解在液化气体中时，可允许过冷液化气体输送到存储罐而不穿过分离器。

背景技术：

1、天然气(natural gas)含有作为主要组分的甲烷(methane)，且作为在燃烧期间几乎不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(liquefiednatural gas；lng)通过在常压下将天然气冷却到约-163℃以使其液化而获得，且适合于海上的长距离运输，这是因为其体积约为气态天然气的体积的1/600。因此，天然气作为易于存储和运输的液化天然气进行存储和运输。

2、由于天然气在常压下在-163℃的低温下液化，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，但此类存储罐阻挡外部热的能力为有限的。因此，由于外部热不断地转移到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，从而引起蒸发气体(bog)产生。

3、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，那么这可能会引起紧急情况，例如存储罐的破裂。因此，需要使用安全阀来将蒸发气体从存储罐中排出。然而，蒸发气体为一种类型的lng损失，且为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部位(例如，船的发动机)使用蒸发气体的方法、一种再液化蒸发气体且使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。

技术实现思路

1、技术难题

2、用于使蒸发气体再液化的方法包含：一种通过使用单独制冷剂的制冷循环与制冷剂热交换来使蒸发气体再液化的方法；一种使用蒸发气体自身作为制冷剂而无单独制冷剂的情况下来使蒸发气体再液化的方法，以及类似物。

3、作为使用蒸发气体自身作为制冷剂而无单独制冷剂来使蒸发气体再液化的方法，已经研发出部分再液化系统(partial reliquefaction system；prs)和其改进，并且已用于船中，其中在部分再液化系统中，经压缩蒸发气体通过与未经压缩蒸发气体热交换来冷却，且以绝热方式膨胀以再液化。

4、使用单独制冷循环的蒸发气体再液化系统包含使用氮气制冷剂的再液化过程。

5、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。

6、将通过来自蒸发气体自身或单独制冷剂的冷热而冷却的蒸发气体引入到分离器中以进行气/液分离，且使分离的再液化气体返回到存储罐。

7、然而，在再液化系统的正常操作期间，可将通过热交换过冷的液化气体引入到分离器中。在此情况下，引入到分离器中的液化气体不会产生或极少产生闪蒸气体。

8、在此情境中，当打开分离器下游的阀以将液化气体从分离器输送到存储罐时，这可能会导致分离器中的压力骤降，从而导致难以控制分离器中的压力。

9、本发明的一个方面提供了一种再液化系统，所述再液化系统可在将再液化蒸发气体从分离器输送到存储罐之后维持分离器中的恒定压力，由此确保再液化蒸发气体顺利地输送到存储罐。

10、技术解决方案

11、根据本发明的一个方面，提供一种用于船的蒸发气体再液化系统，包含：压缩机，压缩从存储在船中的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；

12、再液化管线，将压缩机连接到存储罐，且允许蒸发气体再液化且沿着所述再液化管线返回到存储罐；

13、热交换器，安置在再液化管线上，且使由压缩机压缩的蒸发气体冷却；

14、分离器，安置在再液化管线上，从而将由热交换器冷却的蒸发气体分离成气相和液相，且将分离的液化气体供应到存储罐；

15、氮气覆盖管线(nitrogen blanket line)，沿着所述氮气覆盖管线将氮气供应到分离器的上游侧；以及

16、旁路管线，从热交换器下游的再液化管线分支出来，且连接到存储罐而不穿过分离器。

17、蒸发气体再液化系统可还包含：流量计，检测沿着氮气覆盖管线供应到分离器的氮气的流动速率，其中沿着氮气覆盖管线将毯状氮气(blanket nitrogen)供应到分离器，以维持分离器中的恒定压力；以及基于由流量计检测到的氮气的流动速率而监测分离器中的氮气消耗量，使得当分离器中的氮气消耗量超出预定值时，蒸发气体再液化系统在旁路操作模式下操作，在所述模式中，沿着旁路管线而不穿过分离器将由热交换器过冷的再液化气体输送到存储罐。

18、蒸发气体再液化系统可还包含：第一控制阀，安置在位于旁路管线与再液化管线之间的接合点下游的再液化管线上；以及，第二控制阀，安置在旁路管线上。

19、当打开第二控制阀以沿着旁路管线将过冷再液化气体输送到存储罐时，过冷再液化气体中的一些可通过第一控制阀供应到分离器，且可监测供应到分离器的氮气的流动速率以判断是否要将蒸发气体再液化系统恢复到正常操作模式。

20、蒸发气体再液化系统可还包含：压力检测器，检测分离器的内部压力；压力补偿管线，从压缩机下游的再液化管线处分支出来以绕过热交换器，且与待连接到分离器的上游侧的氮气覆盖管线联接；以及压力补偿阀，安置在位于压力补偿管线与备用管线之间的接合点下游的压力补偿管线上，其中蒸发气体或氮气在被供应到分离器之前，可基于由压力检测器检测到的压力值而通过压力补偿阀来调节压力。

21、蒸发气体再液化系统可还包含：第一断流阀，安置在位于压力补偿管线与氮气覆盖管线之间的接合点上游的压力补偿管线上；第二断流阀，安置在氮气覆盖管线上；以及，止回阀，安置在第二断流阀下游的氮气覆盖管线上以防止回流。

22、蒸发气体再液化系统可还包含：制冷剂循环单元，用于与热交换器中的蒸发气体热交换的制冷剂通过所述制冷剂循环单元循环，其中制冷剂循环单元中的制冷剂可为氮气。

23、根据本发明的另一方面，提供一种用于船的蒸发气体再液化方法，其中：通过压缩机压缩从存储在船中的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；

24、使由压缩机压缩的蒸发气体在热交换器中冷却及再液化、在分离器中进行气/液分离，以及返回到存储罐；

25、沿着氮气覆盖管线将氮气供应到分离器的上游侧，以维持分离器中的恒定压力；以及

26、检测供应到分离器的氮气的流动速率以监测分离器中的氮气消耗量，使得当分离器中的氮气消耗量超出预定值时，沿着旁路管线而不穿过分离器将来自热交换器的过冷再液化气体输送到存储罐。

27、当沿着旁路管线将过冷再液化气体从热交换器输送到存储罐时，过冷再液化气体中的一些可供应到分离器，且可监测供应到分离器的氮气的流动速率以判断是否要将蒸发气体再液化系统恢复到正常操作模式。

28、有利效应

29、根据本发明的蒸发气体再液化系统可通过使用来自蒸发气体自身的冷热和制冷剂循环中的冷热更有效地使待再液化的蒸发气体冷却来提供增强的再液化速率。

30、具体来说，即使当过冷液化气体引入到分离器中且分离器中因此不会产生或极少产生闪蒸气体时，蒸发气体再液化系统可通过将毯状氮气供应到分离器来维持分离器中的恒定压力，从而确保液化气体从分离器顺利地输送到存储罐，且因此稳定系统操作。

31、此外，当分离器中的毯状氮气由于再液化气体的过冷而过度溶解时，蒸发气体再液化系统可通过沿着绕过分离器的旁路管线来将过冷再液化气体直接输送到存储罐以减少氮气消耗量，同时将过冷再液化气体中的一些供应到分离器且监测毯状氮气的流动速率以判断是否要将蒸发气体再液化系统恢复到正常操作模式。因此，减少用于将氮气供应到船的设备所需的容量和操作成本，同时解决由于大量氮气溶解在再液化气体中而导致液化气体的热值和质量恶化的问题为可能的。