用于船舶的蒸发气体再液化设备的吹扫系统及方法与流程

本发明涉及一种用于船舶的再液化设备的吹扫系统及方法，且更具体来说，涉及以下一种用于船舶的再液化设备的吹扫系统及方法：在所述吹扫系统及方法中，在对再液化设备进行吹扫(purging)时，在通过真空泵抽吸并排出制冷剂循环管线中的气体之后施行n2吹扫，所述真空泵被设置成维持存储罐的真空隔热层的内部真空状态。

背景技术：

1、天然气包含甲烷作为主要成分且作为在燃烧期间几乎不放出或根本不放出环境污染物的生态友好型燃料而受到青睐。通过在常压下将天然气冷却到约-163℃来对天然气进行液化而获得液化天然气(liquefied natural gas，lng)，且由于液化天然气的体积为处于气体状态的天然气的体积的约1/600而适合于进行海上长距离运输。因此，天然气以易于存储及运输的液化天然气形式进行存储及运输。

2、由于天然气在常压下在-163℃的低温下被液化，因此lng存储罐通常为隔热的以使lng维持处于液体状态。然而，尽管为隔热的，但此种存储罐在阻挡外部热量方面的能力仍然有限。因此，由于外部热量持续传递到lng存储罐，因此存储于lng罐中的lng在运输期间持续地自然蒸发，从而产生蒸发气体(boil-off gas，bog)。

3、在lng存储罐中连续产生蒸发气体会增加lng存储罐的内部压力。如果存储罐的内部压力超过预定的安全压力，则此可能会导致紧急情况，例如存储罐破裂。因此，需要使用安全阀从存储罐排放蒸发气体。然而，蒸发气体是lng的一种损耗且对于lng的运输效率及燃料效率来说是一个重要问题。因此，会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场所(例如，船舶的引擎)处使用蒸发气体的方法、一种对蒸发气体进行再液化且将经再液化的蒸发气体返送到lng存储罐的方法、以及一种将这两种方式结合起来的方法且已将其投入使用。

技术实现思路

1、技术问题

2、在用于对在船舶中产生的蒸发气体进行再液化的再液化循环中，典型的可利用的液化方法包括使用单一混合制冷剂(single mixed refrigerant，smr)循环的工艺及使用丙烷预冷却混合制冷剂(propane-precooled mixed refrigerant，c3mr)循环的工艺。c3mr循环是其中单独使用丙烷制冷剂对天然气进行冷却且然后使用混合制冷剂进行液化及过冷(subcool)的工艺，而smr循环是其中使用由多种成分构成的混合制冷剂对天然气进行液化的工艺。

3、这样一来，smr循环及c3mr循环二者均使用混合制冷剂。然而，如果混合制冷剂的成分在对蒸发气体进行液化期间由于制冷剂损耗而发生改变，则此可导致液化效率不良。因此，需要通过连续地对混合制冷剂的成分进行测量并补充缺乏的制冷剂成分而使制冷剂的成分维持恒定。

4、对蒸发气体进行再液化的替代性再液化循环是使用氮气制冷剂进行的单循环液化工艺。

5、此种使用氮气制冷剂的再液化循环尽管与使用混合制冷剂的再液化循环相比效率相对低，但由于氮气制冷剂存在惰性性质而更安全且由于氮气制冷剂不经历相变而更易于应用于船舶。

6、船舶中的所有装备及管在制作之后立即进行n2吹扫，或者在装备维护之后的初始启动之前进行n2吹扫，以在防止空气中的水分在低温下被冷凝的同时降低装备及管中的氧气浓度。

7、具体来说，在其中使用氮气制冷剂来对从处于低温状态的lng产生的蒸发气体进行处置的再液化循环中，如果装备及管中剩余的水分被冷凝并冻结，则可能会损坏包括热交换器、测量仪器及管在内的主要装备。因此，调整露点对于再液化循环来说非常重要。

8、传统上，吹扫操作是通过以下方法来实行：重复进行若干次检查露点的工艺以在吹扫操作之后满足n2露点。然而，此种方法的问题在于：如果构成再液化循环的装备及管的体积大，则用于调整n2露点的n2吹扫流动速率变大且实行时间长。

9、本发明的一方面是提供一种系统及方法，所述系统及方法通过以下方法来实现快速再液化循环：在减少用于吹扫操作的时间的同时减少用于n2吹扫的氮气消耗。

10、技术解决方案

11、根据本发明的一个方面，提供一种用于船舶的蒸发气体再液化设备的吹扫系统，所述吹扫系统包括：存储罐，设置于一船舶中以存储低温液化气体且设置有包括真空隔热层的隔热部分；

12、压缩机，对从所述存储罐产生的蒸发气体进行压缩；

13、热交换器，使在所述压缩机中被压缩的经压缩气体在所述热交换器中冷却；以及

14、制冷剂循环管线，使将与所述热交换器中的所述经压缩气体进行热交换的制冷剂在所述制冷剂循环管线中循环，

15、其中，在对所述再液化设备进行n2吹扫时，所述吹扫系统在使用真空泵从所述制冷剂循环管线抽吸气体及排出所述气体之后供应n2，所述真空泵被设置成维持所述存储罐的所述真空隔热层的内部真空状态。

16、优选地，所述制冷剂循环管线包括：制冷剂膨胀机，使将被供应到所述热交换器的制冷剂膨胀且冷却；以及制冷剂压缩机，对在所述热交换器中进行热交换之后被排放的所述制冷剂进行压缩，在所述制冷剂循环管线中循环的所述制冷剂是氮气，且所述制冷剂压缩机是通过接收所述制冷剂膨胀机中的所述制冷剂的膨胀能量而被驱动。

17、优选地，所述吹扫系统还包括：硬管，从所述真空泵延伸到所述再液化设备；以及柔性管，将所述硬管连接到所述再液化设备的各管及每一装置。

18、优选地，对所述再液化设备进行n2吹扫包括：1)抽吸步骤，在所述抽吸步骤中通过所述真空泵抽吸并排出所述再液化设备的所述管及装置中的气体；2)吹扫步骤，在所述吹扫步骤中将氮气供应到所述管及所述装置且从所述管及所述装置排出氮气；以及3)检查步骤，在所述检查步骤中检查所述管及所述装置中的露点(dew point)。

19、优选地，步骤3)是在步骤1)与步骤2)被依序实行两次或更多次之后实行，且当在步骤3)中露点尚未下降到预设值时，n2吹扫返回到步骤1)，随后依序实行步骤1)到步骤3)。

20、优选地，通过在约7毫巴(mbara)的真空压力下对所述真空泵进行操作来施行步骤1)达1小时，且在步骤2)中，通过供应氮气并排出氮气直到内部压力达到约5巴(barg)来对所述各管及所述各装置进行吹扫。

21、根据本发明的另一方面，提供一种用于船舶的蒸发气体再液化设备的吹扫方法，在所述吹扫方法中，由存储在船上存储罐中的低温液化气体产生的蒸发气体在压缩机中被压缩且通过在热交换器中与沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂进行热交换而被冷却及再液化，

22、其中所述存储罐设置有包括真空隔热层的隔热部分，以将所述低温液化气体保持处于冷状态，且

23、其中，在对所述再液化设备进行n2吹扫时，在使用真空泵从所述制冷剂循环管线抽吸气体并排出所述气体之后供应n2，所述真空泵被设置成维持所述存储罐的所述真空隔热层的内部真空状态。

24、优选地，对所述再液化设备进行n2吹扫包括：1)抽吸步骤，在所述抽吸步骤中通过所述真空泵抽吸并排出所述再液化设备的管及装置中的气体；2)吹扫步骤，在所述吹扫步骤中将氮气供应到所述管及所述装置且从所述管及所述装置排出氮气；以及3)检查步骤，在所述检查步骤中检查所述管及所述装置中的露点。

25、优选地，步骤3)是在步骤1)与步骤2)被依序实行两次或更多次之后实行，且当在步骤3)中露点尚未下降到预设值时，n2吹扫返回到步骤1)，随后依序实行步骤1)到步骤3)。

26、优选地，通过以下方式来实行所述抽吸步骤：将来自所述真空泵的硬管连接到所述再液化设备；以及利用柔性管将所述硬管连接到所述再液化设备的各管及各装置。

27、有利效果

28、在本发明中，在对再液化设备进行吹扫时，通过在使用被设置用于将存储罐的真空隔热层排空的真空泵从再液化设备的管及每一装置抽吸气体及排出气体之后供应n2来实行吹扫。

29、通过在n2吹扫之前使用船上真空泵将再液化设备的各管及各装置排空，可减少用于进行n2吹扫及用于满足再液化设备的露点要求所需的氮气量以及用于n2吹扫的时间，从而能够快速启动再液化设备。

30、具体来说，在其中使用低温氮气制冷剂来对由lng产生的蒸发气体进行处置的再液化设备中，根据本发明的吹扫系统及方法可防止由于再液化设备的管及装置中剩余的水分发生冷凝及冻结而损坏再液化设备的主装备、测量仪器及管。