一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统及方法

技术领域

本发明涉及蒸发气再冷凝技术领域，尤其涉及一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统及方法。

背景技术

大型船舶一般都会采用主机和辅机相结合的方式作为船体的能量输出装置，其中，主机一般采用高压(通常压力在300bar以上)的燃气系统，以液化天然气(LNG)作为主机的供能燃料，辅机一般采用低压(通常压力在6-10bar)燃气系统，以液化天然气的蒸发气(BOG)作为辅机的供能燃料。

在现有的船体上，LNG在船上储存会产生0.2％～0.3％的蒸发气(BOG)，对于高压LNG供气系统来说，蒸发气(BOG)的有效利用是一个难题。在低压辅机(发电机、锅炉)不能够完全消化BOG的情况下，要么将不能够消化的BOG释放掉，要么采用高压压缩机将不能够消化的BOG增压后供给主机作为燃料，要么增加LNG再液化系统用于回收不能够消化的BOG等方案，但是上述方案都将大大增加船舶的建造及后期运营成本，且系统复杂，操作困难，不利于推广使用。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有液化天然气的蒸发气再液化系统存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统，其目的在于解决燃料罐中产生得蒸发气不能得到充分回收再利用的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统，此系统包括储料单元，输出单元、第一通道、第二通道和第三通道，其中，储料单元，包括燃料罐和传输泵，所述传输泵设置于所述燃料罐内；输出单元，包括主机和辅机，所述主机和辅机各自独立运行；第一通道，其一端连通所述储料单元以导出蒸发气，另一端接入所述辅机以进行燃料供给；第二通道，其一端连通所述储料单元以导出液化天然气，另一端接入所述主机以进行燃料供给；以及，第三通道，其一端连接至所述第一通道以导出未利用的蒸发气，另一端接入所述第二通道以进行燃料液化再利用。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述传输泵至少设置有两个，为深井泵和/或潜液泵。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述第一通道中连接有压缩机，自所述传输泵输出端输出的蒸发气经所述压缩机压缩后输出给所述辅机。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述第二通道中依次连接有冷凝器、缓冲罐、高压泵和气化器，所述气化器的输出端连通至所述主机。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述冷凝器为双层式结构，其包括外筒、内筒和混合内件，所述内筒设置于所述外筒内腔中，而所述混合内件设置在所述内筒的内腔中。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述外筒的筒体侧壁上连通有蒸发气输入管，所述蒸发气输入管远离所述外筒筒体侧壁的一端为蒸发气输入端口。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述内筒的筒体两端分别为液化天然气输入端和液化天然气输出端，且在所述内筒筒体侧壁上均匀分布有通孔。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述混合内件包括固定件和分流板，所述分流板通过所述固定件连接于所述内筒的内腔中；所述固定件垂直于所述内筒的轴向平面设置，设置有至少两层且规则分布。

作为本发明所述静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的一种优选方案，其中：所述第三通道中具有调压阀，自所述压缩机输出的部分蒸发气经所述调压阀调压后输入至所述冷凝器的蒸发气输入口。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化方法，其目的在于通过操作上述再液化系统来解决燃料罐中产生得蒸发气不能得到充分回收再利用的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化方法，使用上述的蒸发气再液化系统，还包括了以下的控制步骤：

所述燃料罐中的蒸发气经所述第一通道进入所述辅机；所述燃料罐中的液化天然气经所述第二通道进入所述主机；以及，所述第一通道中未被消耗的蒸发气经所述第三通道导入所述第二通道中的冷凝器内，导入的蒸发气和液化天然气在所述冷凝器中进行热量交换，蒸发气被冷凝为液体，并随液化天然气供给所述主机。

本发明的有益效果：

本发明的系统回路简单，在原有的燃料供应管道中，增设了第三通道，将第一通道中未能利用的BOG导入第二通道增设的冷凝器中，从而将BOG充分利用；而增设的冷凝器为静态混合式，具有结构简单，稳定可靠，操作简单的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的整体示意图。

图2为本发明静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的冷凝器整体结构示意图。

图3为本发明静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的冷凝器的分离结构示意图。

图4为本发明静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的冷凝器的X剖面结构示意图。

图5为本发明静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统的冷凝器中BOG和LNG流向示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1，为本发明第一个实施例，提供了一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化系统，此系统包括储料单元100，输出单元200、第一通道300、第二通道400和第三通道500，其中，储料单元100，包括燃料罐101和传输泵102，传输泵102设置于燃料罐101内；输出单元200，包括主机201和辅机202，主机201和辅机202各自独立运行；第一通道300，其一端连通储料单元100以导出蒸发气，另一端接入辅机202以进行燃料供给；第二通道400，其一端连通储料单元100以导出液化天然气，另一端接入主机201以进行燃料供给；以及，第三通道500，其一端连接至第一通道300以导出未利用的蒸发气，另一端接入第二通道400以进行燃料液化再利用。

传输泵102至少设置有两个，为深井泵和/或潜液泵。

其中，储料单元100用于船舶燃料的存储，在船舶中，一般选用燃料罐101作为储存主体，并在燃料罐101内安装传输泵102作为罐内燃料的抽取部件，本方案在，在燃料罐101中至少设置了两个深井泵和/或潜液泵，互为备用，或一个安装于燃料罐101的罐内顶部用于抽取BOG，另一个安装于燃料罐101罐体的底部，使之始终位于LNG液面之下，用于向罐外抽取LNG；而输出单元200为船舶的动力输出部分，包括了主机201和辅机202，其中主机201一般作为船舶的动力部件，为船用发动机及锅炉等，而辅机202一般作为船舶的辅助动力或发电部件；而第一通道300、第二通道400和第三通道500均为输送燃料的管道回路，其中，第一通道300一端连接传输泵102的输出端，另一端连接辅机202，用于将燃料罐101内产生的BOG输出给辅机202作为燃料；而第二通道400一端连接另一传输泵102，另一端连接主机201，用于将燃料罐101内的LNG持续稳定的输送给主机201作为燃料；而第三通道500的一端连接于第一通道300靠近辅机202的一端，另一端连接于第二通道400中，用于将未能充分使用的BOG再液化冷凝为LNG供给主机201，以使得燃料得到充分利用。

实施例2

参照图1，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：第一通道300中连接有压缩机301，自传输泵102输出端输出的蒸发气经压缩机301压缩后输出给辅机202。

相较于实施例1，进一步的，第一通道300中不仅有用于输料的管道，还在管道中连通有压缩机301，其作用是对进入第一通道300内的BOG进行压缩，提高进入辅机202时的浓度，进而稳定辅机202的供料过程。而需要说明的是，在第一通道300的输料管道中还连接有控制阀A和调压阀B，用于辅助控制和监测第一通道300。

其余结构与实施例1的结构相同。

实施例3

参照图1～4，为本发明的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例的是：第二通道400中依次连接有冷凝器401、缓冲罐402、高压泵403和气化器404，气化器404的输出端连通至主机201。

冷凝器401为双层式结构，其包括外筒401a、内筒401b和混合内件401c，内筒401b设置于外筒401a内腔中，而混合内件401c设置在内筒401b的内腔中。

外筒401a的筒体侧壁上连通有蒸发气输入管401a-1，蒸发气输入管401a-1远离外筒401a筒体侧壁的一端为蒸发气输入端口N2。

内筒401b的筒体两端分别为液化天然气输入端N1和液化天然气输出端N3，且在内筒401b筒体侧壁上均匀分布有通孔401b-1。

混合内件401c包括固定件401c-1和分流板401c-2，分流板401c-2通过固定件401c-1连接于内筒401b的内腔中；固定件401c-1垂直于内筒401b的轴向平面设置，设置有至少两层且规则分布。

相较于实施例2，进一步的，第二通道400作为主机201的供料通道，用于将燃料罐101中的LNG输送至主机201中，除了具有输料的管道外，还设置有高压泵403和气化器404，用于对进入主机201之前的LNG进行处理。

进一步的，在第二通道400中且位于高压泵403和气化器404之前的管路中还连接了冷凝器401和缓冲罐402，其中，冷凝器401用于接收来自第一通道300中未被消耗的BOG，并将第二通道400中原导入的LNG作为冷媒，将接收的BOG冷凝液化，并融入LNG中作为燃料供给主机201。

具体的，结合附图2～4所述，使用的冷凝器401为双层式结构，静态混合式冷凝，其主体结构包括外筒401a、内筒401b和混合内件401c，具体的，外筒401a和内筒401b的内腔均径向贯通，外筒401a的腔体为外筒腔M，内筒401b的腔体为内筒腔N，由于外筒401a的径向直径大于内筒401b的径向直径，因此当内筒401b安装在外筒401a内时，外筒腔M与内筒腔N之间形成环形空腔T，并且，外筒401a的筒体侧壁上设置有蒸发气输入管401a-1，其中，蒸发气输入管401a-1与外筒腔M相连通，而外筒401a的筒体径向两端为连接端口，此连接端口与蒸发气输入端口N2的端口部均设置连接法兰P，且外筒401a的两端口侧壁上还设置有安装卡槽402a-2。

内筒401b的筒体两端为液化天然气输入端N1和液化天然气输出端N3，此液化天然气输入端N1、液化天然气输出端N3的端部侧壁上设置有支撑环402b-2，支撑环402b-2能够配合卡接在安装卡槽402a-2内，方便内筒401b安装与外筒401a的内腔中；更进一步的，在内筒401b的筒体侧壁上还均匀分布有通孔401b-1，使得环形空腔T能够与内筒腔N保持相通。

在内筒401b的内筒腔N中安装有混合内件401c，混合内件401c至少包括固定件401c-1和分流板401c-2，其中，分流板401c-2与固定件401c-1相连，固定件401c-1垂直于内筒401b的轴向平面安装，至少分布有两层，每层中设置有多个固定件401c-1和分流板401c-2的组合，以尽可能填充内筒腔N，并且，分流板401c-2与内筒402c的轴向平面呈现倾斜设置，倾斜角范围在30～60度之间。上述设置使得LNG从内筒腔N中流过时，能够减低流速，延长其位于内筒401b中的时间，进而达到BOG静态混合的效果。需要说明的是，本申请中的固定件401c-1不仅限于杆状，还可以是框体、板状等其他形式能够用于固定分流板401c-2的结构，而分流板401c-2的形状、角度和分布位置及疏密程度也都可根据实际所需进行设定，不限于本申请中所表达的形状和倾角。

缓冲罐402用于缓冲从冷凝器401中输出的LNG，使得燃料供应能够连续且稳定。

其余结构与实施例2的结构相同。

实施例4

参照图1，为本发明的第四个实施例，该实施例不同于第三个实施例的是：第三通道500中具有调压阀B，自压缩机301输出的部分蒸发气经调压阀B调压后输入至冷凝器401的蒸发气输入口N2。

相较于实施例3，进一步的，第三通道500为增设的BOG再利用通道，其通道中设置有调压阀B，用于调节管道中被回收的BOG的所处压力，此BOG通过蒸发气输入口N2端导入冷凝器401中，进行再冷凝利用。

其余结构与实施例3的结构相同。

实施例5

参照图1和5，为本发明第五个实施例，提供了一种静态混合式液化天然气的蒸发气再液化方法，使用上述的蒸发气再液化系统，还包括了以下的控制步骤：

燃料罐101中的蒸发气经第一通道300进入辅机202；

燃料罐101中的液化天然气经第二通道400进入主机201；以及，

第一通道300中未被消耗的蒸发气经第三通道500导入第二通道400中的冷凝器401内，导入的蒸发气和液化天然气在冷凝器401中进行热量交换，蒸发气被冷凝为液体，并随液化天然气供给主机201。

相较于上述实施例，本实施例提供了上述再液化的操作方法，在船舶上安装此再液化系统，可在原有高压端供能的第二通道400中增设新型的冷凝器401和缓冲罐402等；而控制过程中，第一通道300连接了燃料罐101和辅机201，在传输泵102的抽取及压缩机301的压缩作用下，并在控制阀A和调压阀B的监控作用下，将燃料罐101内的BOG输送给辅机202；第二通道400将传输泵102抽取的LNG在冷凝器401、缓冲罐402、高压泵403和气化器404的作用下输送给主机201，而具体的，第二通道400中，传输泵102抽取的LNG自内筒401b的液化天然气输入端N1流入，并在与内筒腔N内与混合内件401c充分接触后，从液化天然气输出端N3缓慢流出；第三通道500将第一通道300中未能充分利用的BOG通过调压阀B调压后自蒸发气输入端口N2导入至冷凝器401内，进入环形空腔T，由于BOG的呈气态，且为高压，而内筒401b中流淌的LNG呈液态，为低压，在温度差和压力差的作用下，BOG会被LNG液化再冷凝，同时会由于BOG的量远小于内筒401b中LNG的量，因此BOG会被充分液化；并通过内筒401b侧壁中分布的通孔401b-1融入LNG中，在液位控制阀C的控制作用下，流入缓冲罐402，并在缓冲管403的缓冲作用下，调节LNG流出的流量和流速，持续稳定的供给主机201。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。