一种近海离岸CNG和LNG两用接卸系统及方法

技术领域

本发明涉及液化天然气(Liquefied natural gas，简称LNG)和压缩天然气(Compressed Natural Gas，简称CNG)的储运技术领域，尤其是涉及一种近海离岸CNG和LNG两用的接收系统。

背景技术

液化天然气(LiquefiedNaturalGas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45％左右。

液化天然气的主要成分是甲烷，甲烷的常压沸点是-161℃，临界温度为-84℃，临界压力为4.1MPa。其制造过程是先将气田生产的天然气经过净化(脱水、脱烃、脱酸性气体)后，采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体，通常利用低温液化天然气船运送，使用时重新气化。

对于那些便于短途运输或者资源有限的小气田，使用压缩天然气来取代液化天然气还是比较经济的。它可以从海上气田的生产平台上直接输送到CNG运输船上进行压缩并转入“货舱”里，省去了高成本的液化和再气化的过程。

LNG运输船是国际公认的高技术、高难度、高附加值的“三高”产品，LNG船是在-162℃低温下运输液化天然气的专用船舶，是一种“海上超级冷冻车”，被喻为世界造船“皇冠上的明珠”，一艘船的造价高达2亿元美元，相当于两艘10000TEU集装箱船的造价，比一架波音747客机还贵，是全世界货运船舶中造价最为昂贵的；其次是技术难度高，天然气在降低到零下163℃变成液体后，体积比原来的气体状态缩小了600倍，LNG船在运输过程中必须将它保持在零下163℃，挥发率低于0.5％；可靠性要求高，按照国际气体运输规范(IGC-code)的要求，运输LNG的船舶液货舱系统必需有两层屏障(Barrier)，对薄膜型LNG船来说就是两层绝缘和薄膜进行保护，即使在主层薄膜泄漏的情况下仍能保证LNG的安全运输。

LNG接收站都建设在可停泊大型LNG运输船的港口附近，液化天然气接收站内设置了LNG卸船臂和LNG卸船管线，LNG运输船到达LNG接收站的专用码头后，将接收站的LNG卸船臂和LNG运输船的卸料汇管连接，启动船上的LNG卸料泵，LNG将通过LNG卸船臂和卸船管线从运输船舱体内卸载到接收站的LNG储罐，实现LNG的卸载过程。由于LNG是以常压-160℃以下的液态存在，即使在非卸船过程中，由于环境热量的漏入，卸船管线中的LNG会吸热蒸发，产生BOG。

天然气在压力20MPa时呈气态，体积可减至天然气标准体积的1/200。由于无需液化装置和再气化终端等昂贵的设施，CNG投资费用明显低于LNG，工程实施时间也远少于LNG项目。因此CNG运输很适合储量较小的边缘气田中等距离的运输，较适合的运输距离为1000～2500km。而在全球已探明的约6000万亿立方英尺天然气储量中，几乎一半为储量较小的边缘天然气。对于这些储量较小的海外气田的而言，CNG运输船更有优势，因此本发明提出一种可以同时兼容CNG船与LNG船接收的系统，以适应不同的运输方式的海外天然气进口。

在《一种近海离岸LNG接收系统及方法，专利号：ZL201610885304.X》中廖勇、杨晓明、陈石义等人首次提出建设离岸的小型LNG卸载气化一体化应急气化系统以较低的建设成本，建设服务紧急气化采购的离岸设施。但整个系统仍考虑了BOG再冷却塔，小型LNG储罐两个分开的大型设备，在体积有限的海上平台实施时占空间较大，设备布置复杂。

本发明将BOG再冷却塔和LNG储罐两个大型设备合并成了新型BOG再冷器，流程更简练，更利于加工实施实施。同时为便于接收海外小型气田来气，根据新的小型气田气量低、周期短的特点，采用CNG船方式运输更快捷，因此本发明还在整个系统中增设了CNG减压模块。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提出了一种近海离岸CNG和LNG两用接卸系统及方法，通过在近海岸处建设浮式或重力基座式LNG和CNG一体的接收系统，通过将液化天然气复热或将CNG减压后，合格的天然气通过单点系泊装置和卸料臂输送至天然气干线或储气库，实现液化天然气和压缩天然气的离岸应急接收。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种近海离岸CNG和LNG两用接卸系统，包括CNG接卸系统、LNG接卸系统和保冷循环系统，其中：

所述CNG接卸系统包括与CNG船连接的CNG卸船臂，以及与CNG卸船臂依次连接的第一调压计量撬、计量撬和船岸连接装置；

所述LNG接卸系统包括与LNG船连接的LNG卸船臂，以及与LNG卸船臂依次连接的新型BOG再冷器、LNG增压泵、LNG加热器、第二调压计量撬、船岸连接装置；

所述保冷循环系统包括依次连接的新型BOG再冷器、LNG循环泵、BOG储罐、一级压缩机、再液化装置，所述再液化装置依次与节流阀、新型BOG再冷器连接；所述新型BOG再冷器通过LNG循环泵接入LNG卸船臂之后。

本发明还提供了一种近海离岸CNG和LNG两用接卸方法，包括如下内容：

(1)在CNG接卸系统中：将来自CNG卸船臂的20MPa的高压天然气输送至第一调压计量撬减压到10MPa后，再将10MPa的天然气输送至计量撬进行计量后输送至船岸连接装置；

(2)在LNG接卸系统：将来自LNG卸船臂的0.4MPa的LNG一部分输送至新型BOG再冷器上部用于喷淋，另一部分直接送至新型BOG再冷器下部进行储存；新型BOG再冷器出口分为两股：其中一股输送至LNG循环泵，另一股输送至LNG增压泵增压到10MPa以后，送至LNG加热器，经过加热的LNG变为10MPa的天然气输送至第二调压计量撬，经过调压计量后输送至船岸连接装置；

(3)在保冷循环系统中：在LNG接卸系统停止使用后，将系统中存留的LNG收集进新型BOG再冷器，新型BOG再冷器的气相被收集进BOG储罐，经过一级压缩机增压至5MPa后送至再液化装置进行液化，生成LNG，经过节流阀降至0.4MPa后输回新型BOG再冷器完成制冷循环，最后将新型BOG再冷器内的LNG经过LNG循环泵输入低温系统各处完成保冷循环。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明首次将CNG运输船和LNG运输船的卸载流程整合在一个离岸装置上，相对传统建设码头工程，降低了建设成本，将减少对港口岸线资源的占用。与传统码头装载工艺技术相比，本发明非常适合于缺乏天然港口的地区及港口规划不易变更的情况，投资低，建设周期短，而且当市场发生变化时，本发明的CNG和LNG两用接卸系统的所有设备均可迁移至其他地区继续使用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的近海离岸CNG和LNG两用接卸系统的结构示意图；

图中附图标记包括：CNG船1、CNG卸船臂2、第一调压计量撬3、计量撬4、船岸连接装置5、LNG运输船6、LNG卸船臂7、BOG返回臂8、新型BOG再冷器9、LNG增压泵10、LNG加热器11、第二调压计量撬12、发电撬13、LNG循环泵14、BOG储罐15、一级压缩机16、再液化装置17、节流阀18、二级压缩机19。

具体实施方式

如图1所示，一种近海离岸CNG和LNG两用接卸系统，包括CNG接卸系统、LNG接卸系统、保冷循环系统；其中：

一、CNG接卸系统：

所述CNG接卸系统包括CNG运输船1、CNG卸船臂2、第一调压计量撬3、计量撬4、船岸连接装置5；

在CNG系统中连接方式为：CNG卸船臂2依次连接第一调压计量撬3、计量撬4、船岸连接装置5；

在CNG接卸系统中：来自CNG运输船1的CNG经过CNG卸船臂2将20MPa的高压天然气输送至第一调压计量撬3进行减压到10MPa后，将10MPa的天然气输送至计量撬4。

二、LNG接卸系统：

所述LNG接卸系统包括LNG运输船6、LNG卸船臂7、新型BOG再冷器9、LNG加热器11、第二调压计量撬12、BOG储罐15、一级压缩机16、二级压缩机19；

在LNG系统中连接方式为：LNG卸船臂7依次连接新型BOG再冷器9、LNG增压泵10、LNG加热器11、第二调压计量撬12，第二调压计量撬12分别与船岸连接装置5、发电撬13连接；第二调压计量撬12依次与新型BOG再冷器9、BOG储罐15、LNG运输船6连接；BOG储罐15的BOG出口依次连接一级压缩机16，二级压缩机19、计量撬4、船岸连接装置5连接。

所述新型BOG再冷器9由两部分组成，上部是一个精馏塔，设置有槽盘气液分布器，并填装有塔内件，塔顶设置有气相出口，塔上部设有LNG进液口；下部是一个大型C型舱储罐。外部常温天然气首先注入C型舱内增加气相压力，然后气相BOG从精馏塔底部向上穿行，LNG从塔上部向下流，通过塔内件让BOG和LNG充分接触换热，使BOG达到低温状态，最终满足温度的BOG被送至LNG运输船，补充因为卸载LNG液体带来的真空度。

在LNG接卸系统中：来自LNG运输船6的LNG经过LNG卸船臂7将0.4MPa的LNG一部分输送至新型BOG再冷器9上部用于喷淋，另一部分直接送至新型BOG再冷器9下部进行储存。新型BOG再冷器9出口分为两股：其中一股输送至LNG循环泵14，另一股输送至LNG增压泵10增压到10MPa以后，送至LNG加热器11，经过加热的LNG变为10MPa的天然气输送至第二调压计量撬12，经过调压计量后输送至船岸连接装置5或发电撬13进行发电；在第二调压计量撬12中部分天然气抽出输送至新型BOG再冷器9，通过再冷凝器将温度下降至-140℃后输送至BOG储罐15，BOG储罐15将低温天然气进一步降温，最后将降低接近-160℃低温天然气输送至LNG运输船6中保持压力动态平衡。如果因为LNG组分或环境变化的原因，系统BOG蒸发量过大，BOG储罐中的20KPa的BOG经过一级压缩机16压缩至5MPa后进行二级压缩，输送至二级压缩机19压缩至10MPa后输送至计量撬4，计量撬4亦可以计量来自BOG储罐15的天然气，计量后输送至船岸连接装置5。

三、保冷循环系统：

所述保冷循环系统包括：新型BOG再冷器9、LNG循环泵14、BOG储罐15、再液化装置17、节流阀18；

在保冷循环系统中连接方式为：新型BOG再冷器9、LNG循环泵14、BOG储罐15、一级压缩机16、再液化装置17、节流阀18、新型BOG再冷器9依次连接；新型BOG再冷器9通过LNG循环泵14接入LNG卸船臂7之后；新型BOG再冷器9通过LNG循环泵14接入LNG加热器11之前。

在保冷循环系统中：在LNG接卸系统停止使用后，系统存留LNG收集进新型BOG再冷器9，新型BOG再冷器9的气相被收集进BOG储罐15，经过一级压缩机16增压至5MPa后送至再液化装置17进行液化，生成LNG，经过节流阀18降至0.4MPa后输回新型BOG再冷器9完成制冷循环，将新型BOG再冷器9内的LNG经过LNG循环泵14输入低温系统各处完成保冷循环。

本发明的工作原理是：

低温LNG运输船6运送来的LNG首先经过船载泵增加到中压(0.4MPa左右)，中压LNG输向新型BOG再冷器9缓冲后由LNG增压泵10增加到高压(10MPa左右)，高压LNG由气化器(LNG加热器11)转化为常温天然气，最后经第二调压计量撬12调压计量并通过船岸连接装置5将常温天然气送至陆地管线；CNG运输船1送来的20MPa的CNG通过第一调压计量撬3进行减压到10MPa后，最后经计量撬4计量并通过船岸连接装置5将天然气送至陆地管线。LNG在保冷循环工况时，产生的BOG既可以通过再冷凝液化成LNG(长时间暂停工况)，也可以通过BOG增压后直接外输(短时间暂停工况)。其中：

(1)在CNG接卸系统中：将来自CNG卸船臂的20MPa的高压天然气输送至第一调压计量撬减压到10MPa后，再将10MPa的天然气输送至计量撬进行计量后输送至船岸连接装置，经船岸连接装置送至天然气管网或储气库；

(2)在LNG接卸系统：将来自LNG运输船的大约0.4MPa的LNG通过LNG卸料臂一部分送至新型BOG再冷器上部用于换热降低天然气温度，另一部分输送至新型BOG再冷器下部储存，储存的LNG经增压泵增压至10MPa后送至LNG加热器，经过LNG加热器的加热后为10MPa的常温天然气输送至第二调压计量撬，经过调压计量后输送至船岸连接装置；为了平衡LNG运输船卸料之后的负压，将从调压计量橇抽出一股天然气送至新型BOG再冷器中部，经LNG换热降低天然气温度温度后再通过BOG返回臂返回LNG运输船平衡压力。

(3)在保冷循环系统中：在LNG接卸系统停止使用后，将新型BOG再冷器中，储存的LNG通过循环泵抽出分别送至LNG卸船臂后、BOG压缩机中、LNG气化器前进行保冷循环，避免停车期间温升导致系统复热，预备着进行下一次接卸。新型BOG再冷器的气相被收集进BOG储罐，经过一级压缩机增压至5MPa后送至再液化装置进行液化，生成LNG，然后经过节流阀降至0.4MPa后输回新型BOG再冷器储存，实现完整的保冷循环。