带预冷的多级bog膨胀海上lng闪蒸气再液化装置和工艺
技术领域
1.本发明涉及一种lng闪蒸气再液化装置和工艺，具体的说，涉及适用于海上的一种带预冷的多级bog膨胀的lng闪蒸气再液化工艺。


背景技术：

2.lng（液化天然气）是一种广泛应用于工业、发电、城市燃气、汽车燃料、船舶等领域的优质能源，具有清洁、低碳、高效等优点。lng的运输有船舶运输、管道输送、铁路运输和公路运输等多种方式，其中船舶运输因输送容量大、安全可靠等优点被广泛利用。lng常压下沸点低，在储运过程中会产生大量的闪蒸气（bog），如果接入火炬燃烧或放空系统不仅会造成能源的巨大浪费，而且会污染环境。
3.通常lng储罐会产生0.2%～0.3%的bog，对于高压lng供气系统来说，在低压辅机(发电机、锅炉)不能够完全消化bog的情况下，多余bog的直接排放到大气会造成浪费和污染，普遍采取的措施是采用高压压缩机增压后供给主机作为燃料或设置bog再液化系统进行回收。选择合适的再液化工艺会减低船舶建造和运行成本，提高系统可操作性，达到较低能耗和较高的液化收率。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种带预冷的多级bog膨胀海上lng闪蒸气再液化装置和工艺，该装置和工艺采用带预冷的多级bog膨胀技术，就地取材，不需要制备和储存制冷剂，降低运营成本，采用预冷工艺，降低能耗，提高再液化收率。
5.首先，本发明提供一种带预冷的多级bog膨胀海上lng闪蒸气再液化装置，包括下列部分：bog前处理系统、预冷剂循环系统、多级bog循环系统、bog液化储存系统。
6.所述的bog前处理系统包括换热器e-101、压缩机k-100和水冷器e-102。
7.预冷剂循环系统包括压缩机k-101、节流阀jt1、换热器e-103、分离罐v-102、节流阀jt2、换热器e-104、压缩机k-102；多级bog循环系统包括压缩机模块、制冷剂换热器lng-101、节流阀jt4；其中压缩机模块包含两个或多个bog压缩循环，具体为两级bog循环；bog液化储存系统包括换热器lng-102、lng-103、lng-104，节流阀jt5、jt3和储罐v-101；其中lng-102、lng-103、lng-104为多流股板式换热器。
8.所述的bog前处理系统换热器e-101管程出口与压缩机k-100入口通过管道连接；换热器e-101将bog升温到压缩机的工作温度区间内，采用的热源来自预冷剂循环系统，换热器e-101同时起到给预冷剂降温的作用；换热形式采用管壳式换热器，bog走管程，预冷剂走壳程；压缩机k-100采用螺杆式bog压缩机，水冷器e-102采用管壳换热器，bog走管程，冷却水走壳程，冷却水温度要求20-30℃；压缩机k-100出口管路连接e-102管程入口；bog前处理系统出口bog温度为30-40℃，压力800-900kpa；
所述的预冷剂循环系统包括压缩机k-101、节流阀jt1、换热器e-103、分离罐v-102、节流阀jt2、换热器e-104、压缩机k-102；采用的预冷剂为二氧化碳、丙烷、氟利昂、溴化锂等物质的的一种；k-101采用离心式压缩机，k-101出口管路与bog前处理系统的换热器e-101壳程入口管道连接，预冷剂与bog换热降温；e-101的预冷剂从bog前处理系统回到制冷剂循环系统，管路上设置节流阀jt1，与换热器e-103管程入口管路连接；e-103为管壳换热器，bog走管程，制冷剂走壳程；壳程出口管路连接分离器v-102，分离罐工作压力1500kpa-2000kpa；分离罐液相管路上设置节流阀jt2与换热器e-104壳程入口连接；e-104为管壳式换热器，bog走管程，预冷剂走壳程；管程上游连接水冷器e-102，下游连接bog液化存储系统的lng-102；壳程出口管路连接压缩机k-102的入口管路，k-102压缩机出口压力与分离罐v-102压力相等，压缩机出口管路与分离罐v-102气相管路汇集，与压缩机k-101进口管路连接。
9.所述的多级bog循环系统包括压缩机模块、制冷剂换热器lng-101、节流阀jt4；其中压缩机模块包含两个或多个bog压缩循环，具体为两级bog循环；本模块的压缩机采用带级间冷却的多级螺杆压缩机；一级bog循环系统的压缩机为两级压缩，k-106和k-107为压缩机，e-108和e-106为级间冷却器，级间冷却器采用冷却水冷却，冷却水走壳程，冷却水温度要求20-30℃；其连接方式为一级压缩机k-106入口连接lng-101冷流股出口，出口连接水冷器e-108，e-108管程出口连接二级压缩机k-107，k-107出口管路连接水冷器e-106，e-106管程出口管路连接制冷剂换热器lng-101降温，换热器出来对应的流股管路上设置节流阀jt4，其下游连接bog液化存储系统的换热器lng-102；二级bog循环系统的压缩机为三级压缩，k-103、k-104、k-105为压缩机，e-100、e-107和e-105是级间冷却器；级间冷却器采用冷却水冷却，冷却水走壳程，冷却水温度要求20-30℃；其连接方式为一级压缩机k-103入口连接lng-101冷流股出口，出口连接水冷器e-100，e-100管程出口连接二级压缩机k-104，k-104出口管路连接水冷器e-107，e-107管程出口连接三级压缩机，k-104出口管路连接水冷器e-105，e-105管程出口管路连接制冷剂换热器lng-101进行降温；lng-101为多流股板式换热器，换热流股为两个热流股和两个冷流股，冷热介质都是作制冷剂的bog；其热流股入口分别与e-106管程出口管路和e-105管程出口管路连接，来自e-106的热流股经管路nc1-3连接lng-101降温后，通过管路nc-1-4连接节流阀jt-4进一步降温，来自e-105的热流股经lng-101降温后通过管路nc2-4连接lng-102； 其冷流股来自lng-102出口的两个冷流股；来自jt-4的冷流股经过lng-102后，通过管路nc1-8与lng-101冷流股入口管连接，该流股lng-101出口与k-106入口管路连接；来自jt-5的冷流股依次经过lng-104、lng-103、lng-102后经过管路nc2-10与lng-101冷流股另一入口管连接，该流股lng-101出口连接k-103入口管路。
10.所述的bog液化储存系统包括换热器lng-102、lng-103、lng-104，节流阀jt5、jt3和储罐v-101；lng-102为多流股板式换热器，换热流股为两个热流股和两个冷流股，两个热流股介质分别是待液化的bog和制冷剂bog，两个冷流股分别来自两级bog循环；预冷剂循环系统的e-104管程出口管路连接lng-102的热流股入口管路b2，该热流股介质为待液化的bog，出口通过管路b3连接lng-103；lng-101来的热流股与lng-2的另一热流股入口通过管路nc2-4连接，该热流股为制冷剂bog，出口通过管路nc2-5连接lng-103；jt4出口管路nc1-6连接lng-102其一冷流股入口，该流股出口管路nc1-8连接lng-101冷流股入口；lng-103冷
流股出口管路nc2-9连接lng-102另一冷流股入口，该流股出口管路nc2-10连接lng-101冷流股入口；lng-103为多流股板式换热器，换热流股为两个热流股和一个冷流股；两个热流股介质分别是待液化的bog和制冷剂bog，冷流股来自二级bog循环；lng-102的待液化bog热流股出口管路连接到lng-103的其一热流股管道，该流股lng-103出口管路b4连接lng-104的热流股进口；lng-102的制冷剂bog热流股出口管路连接lng-103的另一热流股管道，该流股lng-103出口管路nc2-6连接节流阀jt5，阀与lng-104冷流股入口管路连接；lng-103的冷流股入口通过nc2-8与lng-104的冷流股出口连接，lng-103冷流股出口通过管路nc2-9连接lng-102的冷流股入口；lng-104为两流股板式换热器，冷流股由jt5出口管路连接到lng-104冷流股入口管路，冷流股出口管路连接lng-103的冷流股入口管路；lng-103的bog热流股出口管路连接lng-104热流股入口，lng-104热流股出口管路b5连接节流阀jt3后连接储罐v-101，储罐工作压力110-300kpa。
11.利用上述闪蒸气再液化装置，本发明还提供一种带预冷的多级bog膨胀海上lng闪蒸气再液化工艺，其特征在于，包括下列步骤：（一）bog前处理步骤、（二）预冷剂循环步骤、（三）多级bog循环步骤、（四）bog液化储存步骤。
12.所述步骤（一）bog前处理从储罐bog（bog from tank）先经换热器e101 与预冷系统的制冷剂换热升温后，进入压缩机加压，进入循环水冷却器e102降温。
13.（二）预冷剂循环步骤是一个制冷剂循环利用冷却bog的过程，所采用的的制冷剂可以为二氧化碳、丙烷、氟利昂、溴化锂等物质的一种。
14.具体步骤为：制冷剂（c1）经过压缩机k-101增压后进入e101与前处理系统的bog换热降温后，经过节流阀jt1后进入换热器e103冷却来自前处理系统的bog，从e103出来的制冷剂进入气液分离罐v-102，分离罐工作压力1500kpa-2000kpa。分离罐的液相制冷剂先经过节流阀jt2进一步降温加压后，进入换热器e104进一步冷却来自e103的bog，换热后制冷剂由液相变为气相（c8），进压缩机k-102升压后与分离罐v-102的气相制冷剂（c5）混合进入k-101，完成预冷制冷剂循环。
15.本步骤是前处理系统来的bog先后进入换热器e-103和e-104，与预冷剂进行换热降温。
16.（三）多级bog循环步骤包含多个bog膨胀制冷循环，多个循环的区别在于，每级膨胀进节流阀前的温度不同，二级循环比一级循环增加了进一步冷却，所以二级循环的温度比一级循环更低。一级循环的bog用量为二级循bog用量的1-3倍。
17.一级bog循环流程：bog（nc1-2）自压缩机k-106出，经水冷器e-108后，进入压缩机k-107,此气体压缩过程可以分为多级压缩。后进入e-106进行冷却，进入换热器lng-101进行深度降温后进入节流阀jt4，减压得到低温bog依次进入换热器lng-102和lng-101参与制冷换热，升温后的bog进入压缩机k-106入口进行压缩，完成一级bog循环。
18.二级bog循环流程：bog（nc2-2）自压缩机k-103出，经水冷器e-100后，进入压缩机k-105,再经水冷器e-107冷却进入压缩机k-104， 此气体压缩过程可以分为多级压缩。后进入e-105进行冷却，依次进入换热器lng-101、lng-102和lng-103进行深度降温后进入节流阀jt5，减压后得到低温bog依次进入换热器lng-104、lng-103、lng-102和lng-101参与制冷换热，升温后的bog进入压缩机k-103入口进行压缩，完成二级bog循环。
19.本步骤是将预冷系统来的bog先进入预冷换热器lng-102冷却，在进液化换热器lng-103液化，后进入过冷换热器lng-104增加过冷度。
20.（四）bog液化储存步骤：经lng-104过冷后的bog，经过节流阀jt3降压后进入储罐v-101，储罐工作压力110-300kpa。
21.本发明的有益效果：本发明的海上适应性好。采用的主制冷剂为储罐产生的bog气体，不需要另外生产制冷剂。预冷循环和多级bog膨胀循环都是采压缩后节流实现，没有膨胀机、泵等设备，节省设备投资和维护未用。采用撬块结构，其中前处理系统、预冷制冷剂循换系统、预冷系统集成在一个撬块，多级bog压缩膨胀系统集成在一个撬块，bog液化系统的换热器集成在一个撬块。集成后具有工艺流程简单、设备数量少，设备紧凑、占用甲板面积小的特点。
附图说明
22.附图1是bog前处理系统图。
23.附图2是预冷剂循环系统图。
24.附图3是多级bog循环步骤系统图。
25.附图4是bog液化储存系统图。
26.图中：换热器e-101、压缩机k-100、水冷器e-102、压缩机k-101、节流阀jt1、换热器e-103、分离罐v-102、节流阀jt2、换热器e-104、压缩机k-102、换热器lng-101、节流阀jt4、压缩机k-106、压缩机k-107、级间冷却器e-108、级间冷却器e-106、压缩机k-103、压缩机k-104、压缩机k-105、级间冷却器e-100、级间冷却器e-107、级间冷却器e-105、换热器lng-102、lng-103、lng-104，节流阀jt5、jt3、储罐v-101。
具体实施方式
27.实施例1如附图1-4所示，本实施例提供一种带预冷的多级bog膨胀海上lng闪蒸气再液化装置，包括下列部分：bog前处理系统、预冷剂循环系统、多级bog循环系统、bog液化储存系统。
28.所述的bog前处理系统包括换热器e-101、压缩机k-100和水冷器e-102。
29.预冷剂循环系统包括压缩机k-101、节流阀jt1、换热器e-103、分离罐v-102、节流阀jt2、换热器e-104、压缩机k-102；多级bog循环系统包括压缩机模块、制冷剂换热器lng-101、节流阀jt4；其中压缩机模块包含两个或多个bog压缩循环，具体为两级bog循环；bog液化储存系统包括换热器lng-102、lng-103、lng-104，节流阀jt5、jt3和储罐v-101；lng-102为多流股板式换热器。
30.所述的bog前处理系统换热器e-101管程出口与压缩机k-100入口通过管道连接；换热器e-101将bog升温到压缩机的工作温度区间内，采用的热源来自预冷剂循环系统，换热器e-101同时起到给预冷剂降温的作用；换热形式采用管壳式换热器，bog走管程，预冷剂走壳程；压缩机k-100采用螺杆式bog压缩机，水冷器e-102采用管壳换热器，bog走管程，冷
却水走壳程，冷却水温度要求20-30℃；压缩机k-100出口管路连接e-102管程入口；bog前处理系统出口bog温度为30-40℃，压力800-900kpa；所述的预冷剂循环系统包括压缩机k-101、节流阀jt1、换热器e-103、分离罐v-102、节流阀jt2、换热器e-104、压缩机k-102；采用的预冷剂为二氧化碳、丙烷、氟利昂、溴化锂等物质的的一种；k-101采用离心式压缩机，k-101出口管路与bog前处理系统的换热器e-101壳程入口管道连接，预冷剂与bog换热降温；e-101的预冷剂从bog前处理系统回到制冷剂循环系统，管路上设置节流阀jt1，与换热器e-103管程入口管路连接；e-103为管壳换热器，bog走管程，制冷剂走壳程；壳程出口管路连接分离器v-102，分离罐工作压力1500kpa-2000kpa；分离罐液相管路上设置节流阀jt2与换热器e-104壳程入口连接；e-104为管壳式换热器，bog走管程，预冷剂走壳程；管程上游连接水冷器e-102，下游连接bog液化存储系统的lng-102；壳程出口管路连接压缩机k-102的入口管路，k-102压缩机出口压力与分离罐v-102压力相等，压缩机出口管路与分离罐v-102气相管路汇集，与压缩机k-101进口管路连接。
31.所述的多级bog循环系统包括压缩机模块、制冷剂换热器lng-101、节流阀jt4；其中压缩机模块包含两个或多个bog压缩循环，具体为两级bog循环；本模块的压缩机采用带级间冷却的多级螺杆压缩机；一级bog循环系统的压缩机为两级压缩，k-106和k-107为压缩机，e-108和e-106为级间冷却器，级间冷却器采用冷却水冷却，冷却水走壳程，冷却水温度要求20-30℃；其连接方式为一级压缩机k-106入口连接lng-101冷流股出口，出口连接水冷器e-108，e-108管程出口连接二级压缩机k-107，k-107出口管路连接水冷器e-106，e-106管程出口管路连接制冷剂换热器lng-101降温，换热器出来对应的流股管路上设置节流阀jt4，其下游连接bog液化存储系统的换热器lng-102；二级bog循环系统的压缩机为三级压缩，k-103、k-104、k-105为压缩机，e-100、e-107和e-105是级间冷却器；级间冷却器采用冷却水冷却，冷却水走壳程，冷却水温度要求20-30℃；其连接方式为一级压缩机k-103入口连接lng-101冷流股出口，出口连接水冷器e-100，e-100管程出口连接二级压缩机k-104，k-104出口管路连接水冷器e-107，e-107管程出口连接三级压缩机，k-104出口管路连接水冷器e-105，e-105管程出口管路连接制冷剂换热器lng-101进行降温；lng-101为多流股板式换热器，换热流股为两个热流股和两个冷流股，冷热介质都是作制冷剂的bog；其热流股入口分别与e-106管程出口管路和e-105管程出口管路连接，来自e-106的热流股经管路nc1-3连接lng-101降温后，通过管路nc-1-4连接节流阀jt-4进一步降温，来自e-105的热流股经lng-101降温后通过管路nc2-4连接lng-102； 其冷流股来自lng-102出口的两个冷流股；来自jt-4的冷流股经过lng-102后，通过管路nc1-8与lng-101冷流股入口管连接，该流股lng-101出口与k-106入口管路连接；来自jt-5的冷流股依次经过lng-104、lng-103、lng-102后经过管路nc2-10与lng-101冷流股另一入口管连接，该流股lng-101出口连接k-103入口管路。
32.所述的bog液化储存系统包括换热器lng-102、lng-103、lng-104，节流阀jt5、jt3和储罐v-101；lng-102为多流股板式换热器，换热流股为两个热流股和两个冷流股，两个热流股介质分别是待液化的bog和制冷剂bog，两个冷流股分别来自两级bog循环；预冷剂循环系统的e-104管程出口管路连接lng-102的热流股入口管路b2，该热流股介质为待液化的bog，出口通过管路b3连接lng-103；lng-101来的热流股与lng-2的另一热流股入口通过管
路nc2-4连接，该热流股为制冷剂bog，出口通过管路nc2-5连接lng-103；jt4出口管路nc1-6连接lng-102其一冷流股入口，该流股出口管路nc1-8连接lng-101冷流股入口；lng-103冷流股出口管路nc2-9连接lng-102另一冷流股入口，该流股出口管路nc2-10连接lng-101冷流股入口；lng-103为多流股板式换热器，换热流股为两个热流股和一个冷流股；两个热流股介质分别是待液化的bog和制冷剂bog，冷流股来自二级bog循环；lng-102的待液化bog热流股出口管路连接到lng-103的其一热流股管道，该流股lng-103出口管路b4连接lng-104的热流股进口；lng-102的制冷剂bog热流股出口管路连接lng-103的另一热流股管道，该流股lng-103出口管路nc2-6连接节流阀jt5，阀与lng-104冷流股入口管路连接；lng-103的冷流股入口通过nc2-8与lng-104的冷流股出口连接，lng-103冷流股出口通过管路nc2-9连接lng-102的冷流股入口；lng-104为两流股板式换热器，冷流股由jt5出口管路连接到lng-104冷流股入口管路，冷流股出口管路连接lng-103的冷流股入口管路；lng-103的bog热流股出口管路连接lng-104热流股入口，lng-104热流股出口管路b5连接节流阀jt3后连接储罐v-101，储罐工作压力110-300kpa。
33.实施例2本实施例提供一种带预冷的多级bog膨胀海上lng闪蒸气再液化工艺，包括（一）bog前处理步骤、（二）预冷剂循环步骤、（三）多级bog循环步骤、（四）bog液化储存步骤。
34.所述步骤（一）bog前处理从储罐bog（bog from tank）先经换热器e101 与预冷系统的制冷剂换热升温后，进入压缩机加压，进入循环水冷却器e102降温。
35.（二）预冷剂循环步骤是一个制冷剂循环利用冷却bog的过程，所采用的的制冷剂可以为二氧化碳、丙烷、氟利昂、溴化锂等物质的的一种。
36.具体步骤为：制冷剂（c1）经过压缩机k-101增压后进入e101与前处理系统的bog换热降温后，经过节流阀jt1后进入换热器e103冷却来自前处理系统的bog，从e103出来的制冷剂进入气液分离罐v-102，分离罐工作压力1500kpa-2000kpa。分离罐的液相制冷剂先经过节流阀jt2进一步降温加压后，进入换热器e104进一步冷却来自e103的bog，换热后制冷剂由液相变为气相（c8），进压缩机k-102升压后与分离罐v-102的气相制冷剂（c5）混合进入k-101，完成预冷制冷剂循环。
37.本步骤是前处理系统来的bog先后进入换热器e-103和e-104，与预冷剂进行换热降温。
38.（三）多级bog循环步骤包含多个bog膨胀制冷循环，多个循环的区别在于，每级膨胀进节流阀前的温度不同，二级循环比一级循环增加了进一步冷却，所以二级循环的温度比一级循环更低。一级循环的bog用量为二级循bog用量的1-3倍。
39.一级bog循环流程：bog（nc1-2）自压缩机k-106出，经水冷器e-108后，进入压缩机k-107,此气体压缩过程可以分为多级压缩。后进入e-106进行冷却，进入换热器lng-101进行深度降温后进入节流阀jt4，减压得到低温bog依次进入换热器lng-102和lng-101参与制冷换热，升温后的bog进入压缩机k-106入口进行压缩，完成一级bog循环。
40.二级bog循环流程：bog（nc2-2）自压缩机k-103出，经水冷器e-100后，进入压缩机k-105,再经水冷器e-107冷却进入压缩机k-104， 此气体压缩过程可以分为多级压缩。后进入e-105进行冷却，依次进入换热器lng-101、lng-102和lng-103进行深度降温后进入节流阀jt5，减压后得到低温bog依次进入换热器lng-104、lng-103、lng-102和lng-101参与制冷
换热，升温后的bog进入压缩机k-103入口进行压缩，完成二级bog循环。
41.本步骤是将预冷系统来的bog先进入预冷换热器lng-102冷却，在进液化换热器lng-103液化，后进入过冷换热器lng-104增加过冷度。
42.（四）bog液化储存步骤：经lng-104过冷后的bog，经过节流阀jt3降压后进入储罐v-101，储罐工作压力110-300kpa。