船舶蒸发气体再液化系统及方法与流程

本发明涉及一种蒸发气体再液化系统及方法，在所述蒸发气体再液化系统及方法中，使从存储在船舶的存储罐中的经液化气体产生的蒸发气体(bog；boil-off gas)冷却及再液化，同时通过根据存储罐中的压力对再液化设备的再液化容量进行调整而使得存储罐中的压力能够保持恒定。

背景技术：

1、天然气(natural gas)包含甲烷(methane)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(storage tank)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存储罐中持续生成蒸发气体会增大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，需要通过持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、在船舶的操作期间产生的蒸发气体可从存储罐被排放、由压缩机压缩、以及作为燃料被供应或者被引入到再液化循环中以进行再液化且被返送到存储罐。可通过以下方法来施行对再液化系统的再液化容量(reliquefaction capacity)的调节：利用控制器对再液化循环中的冷热量(cold heat)的量进行调整。

7、然而，如果再液化系统继续对相比于存储罐中所产生的蒸发气体的量更大量的蒸发气体进行再液化，或者如果在存储罐中所产生的蒸发气体的量减小的情况下仍以过冷状态将已经通过再液化系统(例如，采用氮气作为制冷剂的再液化循环)的经再液化气体引入到存储罐中来维持再液化系统的再液化容量，则存储罐的内部压力可过度下降，从而导致危险情况(例如，罐故障)。

8、为了解决此问题，本发明提出一种再液化系统及方法，所述再液化系统及方法通过基于存储罐的压力对再液化系统进行操作来稳定地维持存储罐的压力。

9、技术解决方案

10、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系统，所述蒸发气体再液化系统包括：存储罐，设置在一船舶中且存储经液化气体；

11、压缩机，对从所述经液化气体产生的蒸发气体进行压缩；

12、再液化设备，通过以下方法而使在所述压缩机中压缩的经压缩气体再液化：利用与在制冷剂循环部件中循环的制冷剂进行热交换来使所述经压缩气体冷却；以及

13、再液化容量控制器，对所述再液化设备的再液化容量(capacity)进行控制，

14、其中，当在蒸汽集管处感测的压力值低于预设低压力值时，所述再液化容量控制器减小所述再液化设备的所述再液化容量以维持所述存储罐中的压力，所述蒸发气体通过所述蒸汽集管而从所述存储罐被排放。

15、优选地，所述蒸发气体再液化系统还包括：第一压力变送器，对所述蒸汽集管处的所述蒸发气体的绝对压力(absolute pressure)进行感测；第二压力变送器，对所述蒸汽集管处的所述蒸发气体的表压(gauge pressure)进行感测；典型压力控制单元，接收由所述第一压力变送器感测的压力值且对所述再液化设备的所述再液化容量进行调整以将所述存储罐中的所述压力维持处于目标值；以及低压控制器，当由所述第二压力变送器感测的压力值低于所述预设低压力值时，所述低压控制器控制所述再液化容量控制器来强制减小所述再液化设备的所述再液化容量。

16、优选地，所述典型压力控制单元包括：第一典型压力控制器，基于由所述第一压力变送器感测的所述压力值而输出用于对所述再液化设备的所述再液化容量进行调整的操作信号；第二典型压力控制器，基于由所述第二压力变送器感测的所述压力值而输出用于对所述再液化设备的所述再液化容量进行调整的操作信号；以及选择器，在从所述第一典型压力控制器输出的所述操作信号及从所述第二典型压力控制器输出的所述操作信号之中选择用于对所述再液化容量进行调整的一操作信号且将所述一操作信号输出到所述再液化容量控制器，其中所述典型压力控制单元与所述再液化容量控制器以级联(cascade)方式连接。

17、优选地，所述再液化设备被设置为多个，且所述多个再液化设备中的每一者作为独立的列(train)安装在所述一船舶中且设置有再液化容量控制器。

18、优选地，所述各列中的每一者设置有列容量控制器，所述列容量控制器对设置在所述各列中的对应列上的所述再液化设备的所述再液化容量控制器进行控制。

19、优选地，所述各列中的每一列的所述再液化设备连接到所述典型压力控制单元而由此被操作，或者通过所述列容量控制器而独立于所述典型压力控制单元进行操作。

20、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方法，其中压缩机对从存储在一船舶的存储罐中的经液化气体产生的蒸发气体进行压缩，

21、通过与在再液化设备的制冷剂循环部件中循环的制冷剂进行热交换而使在所述压缩机中压缩的经压缩气体冷却及再液化，

22、提供适于对所述再液化设备的再液化容量(capacity)进行控制的再液化容量控制器，

23、以在蒸汽集管处感测的压力值低于预设低压力值时通过减小所述再液化设备的所述再液化容量来维持所述存储罐的压力，所述蒸发气体通过所述蒸汽集管而从所述存储罐被排放。

24、优选地，第一压力变送器对蒸发气体的绝对压力(absolute pressure)进行感测，典型压力控制单元基于由所述第一压力变送器感测的压力值而对所述再液化设备的所述再液化容量进行调整，以将所述存储罐的所述压力维持处于目标值，第二压力变送器对所述蒸汽集管处的所述蒸发气体的表压(gauge pressure)进行感测，且当由所述第二压力变送器感测的压力值低于预设低压力值时，低压控制器对所述再液化设备进行控制以强制减小所述再液化设备的所述再液化容量。

25、优选地，所述典型压力控制单元包括：第一典型压力控制器，基于由所述第一压力变送器感测的所述压力值而输出用于对所述再液化设备的所述再液化容量进行调整的操作信号；第二典型压力控制器，基于由所述第二压力变送器感测的所述压力值而输出用于对所述再液化设备的所述再液化容量进行调整的操作信号；以及选择器，在从所述第一典型压力控制器输出的所述操作信号及从所述第二典型压力控制器输出的所述操作信号之中选择用于对所述再液化容量进行调整的一操作信号且将所述一操作信号输出到所述再液化容量控制器，其中所述典型压力控制单元与所述再液化容量控制器以级联(cascade)方式连接。

26、优选地，所述再液化设备被设置为多个，所述多个再液化设备中的每一者作为独立的列(train)安装在所述一船舶中且设置有再液化容量控制器，且所述各列中的每一列的所述再液化设备连接到所述典型压力控制单元而由此被操作，或者通过列容量控制器而独立于所述典型压力控制单元进行操作，所述列容量控制器对被提供到所述各列中的每一列的所述再液化设备的再液化容量控制器进行控制。

27、有利效果

28、根据本发明的系统及方法通过根据存储罐的压力对再液化设备的再液化容量进行调整而使得存储罐的压力能够保持恒定。

29、这样一来，即使当提供使用单独制冷剂(例如，氮气)的多个再液化设备时，再液化系统也可高效地进行操作，且可通过基于存储罐的压力对再液化设备的再液化容量进行调整来维持存储罐的压力，从而在确保船舶安全的同时防止由于存储罐的压力过度增大或过度减小而造成的罐损坏。