Lng加氣站bog壓縮液化回收系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LNG加氣站中產(chǎn)生的BOG回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用膨脹壓縮一體機(jī)、真空絕熱三位一體螺旋折流板列管式換熱器的LNG加氣站BOG壓縮液化回收系統(tǒng)，及采用所述系統(tǒng)回收BOG的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著“后石油時(shí)代”的到來，全球能源重心正在向更加高效、更加環(huán)保的天然氣能源快速轉(zhuǎn)移。LNG汽車作為國家清潔能源用車，近年來得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，同時(shí)LNG加氣站也如雨后春筍般的進(jìn)行了大面積的建設(shè)。目前在LNG加氣站運(yùn)行過程中，因儲(chǔ)存條件苛亥IJ、設(shè)計(jì)工藝不先進(jìn)等原因，幾乎所有加氣站都面臨著較為嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，其中最突出的是BOG再回收利用冋題。
[0003]在LNG加氣站生產(chǎn)運(yùn)營過程中，由于LNG槽車運(yùn)輸、儲(chǔ)罐蒸發(fā)、卸車、調(diào)壓、預(yù)冷、管道吸熱、儲(chǔ)罐閃蒸和栗工作外輸?shù)仍蚨紩?huì)產(chǎn)生大量的BOG氣體。BOG氣體不僅造成加氣站系統(tǒng)壓力升高，更帶來較大的安全隱患，最終這部分BOG氣體不得不進(jìn)行安全放散，造成巨大的能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本專利旨在提供一種在LNG加氣站中采用膨脹壓縮一體機(jī)、真空絕熱三位一體螺旋折流板列管式換熱器的BOG優(yōu)化壓縮液化回收裝置，解決目前LNG加氣站的安全隱患和BOG氣體放空處理造成的環(huán)境污染、資源浪費(fèi)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
[0006]LNG加氣站BOG壓縮液化回收系統(tǒng)，包括用于儲(chǔ)存LNG液體的LNG儲(chǔ)罐和用于收集加氣站管道內(nèi)BOG氣體的BOG緩沖罐;LNG儲(chǔ)罐和所述BOG緩沖罐分別通過管道與真空絕熱三位一體換熱器的一級(jí)換熱區(qū)相連通;所述真空絕熱三位一體換熱器的一級(jí)換熱區(qū)與絕熱膨脹壓縮一體機(jī)的壓縮機(jī)相連通，所述絕熱膨脹壓縮一體機(jī)的壓縮機(jī)通過一級(jí)空溫式換熱器與二級(jí)壓縮機(jī)相連通，所述二級(jí)壓縮機(jī)通過二級(jí)空溫式換熱器與真空絕熱三位一體換熱器的一級(jí)換熱區(qū)相連通;所述真空絕熱三位一體換熱器的三級(jí)換熱區(qū)與絕熱膨脹壓縮一體機(jī)的絕熱膨脹機(jī)相連通;所述絕熱膨脹壓縮一體機(jī)的絕熱膨脹機(jī)連接氣液分離器，所述氣液分離器的氣相口通過管道和調(diào)節(jié)閥與所述真空絕熱三位一體換熱器的二級(jí)換熱區(qū)相連通，所述氣液分離器的液相口連接低溫栗，所述低溫栗與所述真空絕熱三位一體換熱器的三級(jí)換熱區(qū)及所述LNG儲(chǔ)罐相連通。
[0007]作為優(yōu)選，所述真空絕熱三位一體換熱器將三個(gè)管式換熱器集成在一個(gè)真空殼內(nèi)，殼內(nèi)采用螺旋折流板提高換熱效率，部分管路集成在殼內(nèi)，使設(shè)備小型化，投資省，配管簡單，工藝簡化。當(dāng)然，也可以采用其他形式的三個(gè)換熱器集成于一個(gè)真空殼內(nèi)，部分管路集成在殼內(nèi)。
[0008]作為優(yōu)選，所述膨脹壓縮一體機(jī)利用絕熱膨脹機(jī)進(jìn)行制冷的同時(shí)帶動(dòng)壓縮機(jī)，對(duì)富熱后的BOG進(jìn)行一級(jí)壓縮，制冷效率高，設(shè)備小，投資省，工藝簡化，節(jié)能降耗。
[0009]作為優(yōu)選，所述BOG壓縮液化回收系統(tǒng)采用DCS對(duì)BOG回收壓縮液化撬進(jìn)行控制，通過調(diào)節(jié)閥分別與壓力變送器、溫度變送器和液位變送器相連鎖，安全可靠，操作簡單。
[0010]作為優(yōu)選，LNG槽車的氣相部分通過管道與所述BOG緩沖罐上部的管道相連通，管道上分別設(shè)置止回閥。所述BOG壓縮液化回收系統(tǒng)不僅對(duì)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG進(jìn)行回收，而且對(duì)LNG槽車和管線內(nèi)的BOG氣體均可進(jìn)行回收，杜絕了加氣站內(nèi)的能源浪費(fèi)。
[0011]作為優(yōu)選，所述一級(jí)壓縮機(jī)和二級(jí)壓縮機(jī)采用一級(jí)空溫式換熱器和二級(jí)空溫式換熱器進(jìn)行級(jí)間冷凝，從而提供BOG氣體液化所需冷能。
[0012]作為優(yōu)選，所述真空絕熱三位一體換熱器包括外殼和內(nèi)膽，所述外殼和內(nèi)膽之間形成真空真空殼，所述真空絕熱三位一體換熱器的若干換熱管集成設(shè)置于所述內(nèi)膽內(nèi)部而形成所述一級(jí)換熱區(qū)、二級(jí)換熱區(qū)及三級(jí)換熱區(qū)，各換熱區(qū)管式換熱器采用螺旋折流板提高傳熱效率。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述真空絕熱三位一體換熱器的一級(jí)換熱區(qū)與二級(jí)換熱區(qū)之間、二級(jí)換熱區(qū)與三級(jí)換熱區(qū)之間的管程分別通過管程連接腔相連通;所述真空絕熱三位一體換熱器的一級(jí)換熱區(qū)與二級(jí)換熱區(qū)之間、二級(jí)換熱區(qū)與三級(jí)換熱區(qū)之間的殼程分別通過殼程連接管相連通。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供采用以上所述系統(tǒng)回收BOG的方法，包括如下步驟:
[0015]S1.將LNG加氣站的管線BOG收集至緩沖罐內(nèi)，并在緩沖罐的氣相出口安裝調(diào)節(jié)閥，卸車裝置的氣相也通過此調(diào)節(jié)閥連接壓縮回收撬;LNG儲(chǔ)罐的氣相出口安裝調(diào)節(jié)閥和壓縮回收撬相連;待儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力超過規(guī)定的要求，DCS將連鎖啟動(dòng)壓縮回收撬，對(duì)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)BOG氣體進(jìn)行回收，將LNG儲(chǔ)罐壓力降低到規(guī)定的值后DCS將停止壓縮回收;BOG緩沖罐壓力達(dá)到一定值時(shí)，DCS將連鎖啟動(dòng)壓縮回收撬，壓力降低到規(guī)定的壓力后，壓縮回收裝置將自動(dòng)停止;LNG槽車卸車完成后，通過BOG回收撬將槽車內(nèi)NG充分回收?；厥盏腂OG氣體通過分別調(diào)壓后送入液化回收裝置的真空絕熱三位一體換熱器進(jìn)行一級(jí)換熱，充分回收BOG氣體的冷能；
[0016]S2.在真空絕熱三位一體換熱器中，低溫BOG氣體與常溫的壓縮NG進(jìn)行一級(jí)換熱，使BOG氣體溫度升至20 °C左右，變成NG，將其冷能全部由壓縮后NG氣體回收；
[0017]S3.然后將NG送入第一級(jí)壓縮機(jī)增壓，一級(jí)壓縮機(jī)利用絕熱膨脹制冷機(jī)的機(jī)械能帶動(dòng)，絕熱膨脹機(jī)和一級(jí)壓縮機(jī)整合在一個(gè)機(jī)座上，不僅投資省，節(jié)省占地面積，并且制冷效率提高70%，節(jié)電40%。壓縮后的NG送入第二級(jí)壓縮機(jī)，壓縮至lOMPa，兩級(jí)壓縮采用級(jí)間冷凝，使壓縮后的NG氣體溫度控制在30°C左右，然后將壓縮NG送至真空絕熱三位一體換熱器進(jìn)行降溫；
[0018]S4.壓縮NG在真空絕熱三位一體換熱器中分別與低溫回收B0G、氣液分離器后NG及氣液分離器中部分LNG進(jìn)行三級(jí)換熱，使壓縮NG氣體溫度降至-110°C左右;然后將NG送入絕熱膨脹機(jī)，使NG壓力降至400KPa，由于NG絕熱做功溫度降至約-160°C ;大部分NG被液化。
[0019]S5.將氣液混合物送入氣液分離器，實(shí)現(xiàn)氣液分離;氣態(tài)低溫NG通過調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后送至真空絕熱三位一體換熱器二級(jí)換熱，LNG—部分栗送至LNG儲(chǔ)罐，另一部分送至真空絕熱三位一體換熱器第三級(jí)與壓縮NG換熱；在三級(jí)換熱器內(nèi)LNG溫度升至-120 °C而氣化成低溫NG，出三級(jí)換熱器的低溫NG通過一體化換熱器內(nèi)殼程連接管與氣液分離器低溫NG—起進(jìn)入真空絕熱三位一體換熱器二級(jí)換熱，換熱結(jié)束后進(jìn)入一級(jí)換熱器與回收BOG—起對(duì)壓縮NG氣體進(jìn)行冷卻；壓縮NG從一級(jí)換熱器被冷卻后分別從級(jí)間管程腔進(jìn)入二級(jí)換熱器，從二級(jí)冷卻后又進(jìn)入三級(jí)換熱器進(jìn)入冷卻；真空絕熱三位一體換熱器內(nèi)折流板為螺旋板，提高換熱效率30 %。
[0020]本發(fā)明具有至少以下有益效果:采用低溫BOG絕熱膨脹制冷時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能帶動(dòng)壓縮機(jī)，同時(shí)對(duì)富熱后的BOG進(jìn)行一級(jí)壓縮，降低能耗，提高制冷效率;采用真空絕熱三位一體換熱器實(shí)現(xiàn)BOG壓縮制冷液化各工段的冷能充分利用，增強(qiáng)傳熱效率，提高BOG回收的液化效率;采用DCS對(duì)BOG回收壓縮液化撬進(jìn)行控制，安全可靠，操作簡單，利于減小LNG加氣站的安全隱患，并能夠?qū)崿F(xiàn)BOG氣體高效回收，從而避免BOG氣體放空處理造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。
【附圖說明】
[0021]以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中:
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是三級(jí)管式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是圖2中A處的放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是圖2中B處的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中:1-LNG儲(chǔ)罐；11、21、81_管道；12、22、82_調(diào)節(jié)閥；13、23、83_壓力變送器；2-BOG緩沖罐;3-真空絕熱三位一體換熱器;31-—級(jí)換熱區(qū)；32-二級(jí)換熱區(qū)；33-三級(jí)換熱區(qū)；34-外殼;35-內(nèi)膽;351-螺旋折流板;36-真空殼;37-換熱管;38-殼程;381-殼程連接管;39-管程;391-管程連接腔;4-絕熱膨脹壓縮一體機(jī);41-壓縮機(jī);42-絕熱膨脹機(jī);5-—級(jí)空溫式換熱器;6-二級(jí)空溫式換熱器;7-二級(jí)壓縮機(jī);8-氣液分離器;9-低溫栗；10-LNG槽車；101-管道;24、102-止回閥。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在下面的詳細(xì)描述中，只通過說明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0028]如圖1至圖4所示，LNG加氣站BOG壓縮液化回收系統(tǒng)，包括用于儲(chǔ)存LNG液體的LNG儲(chǔ)罐I和用于收集加氣站管道內(nèi)BOG氣體的BOG緩沖罐2;所述LNG儲(chǔ)罐I和所述BOG緩沖罐2氣相部分分別通過管道11、21與真空絕熱三位一體換熱器3的一級(jí)換熱區(qū)31的殼程38相連通；所述真空絕熱三位一體換熱器3的一級(jí)換熱區(qū)31的殼程38與所述絕熱膨脹壓縮一體機(jī)4的壓縮機(jī)41相連通，所述絕熱膨脹壓縮一體機(jī)4的壓縮機(jī)41通過空溫式換熱器5與所述三級(jí)管式真空絕熱三位一體換熱器3的一級(jí)換熱區(qū)31的管程39相連通，所述二級(jí)壓縮機(jī)7通過二級(jí)空溫式換熱器6與真空絕熱三位一體換熱器3的一級(jí)換熱區(qū)31相連通;所述真空絕熱三位一體換熱器3的三級(jí)換熱區(qū)33的管程與膨脹壓縮一體機(jī)4的絕熱膨脹機(jī)42相連通，所述絕熱膨脹壓縮一體機(jī)4的絕熱膨脹機(jī)42連接氣液分離器8，所述氣液分離器8的氣相口通過管道81與所述真空絕熱三位一體換熱器3的二級(jí)換熱區(qū)32的殼程38相連通，所述氣液分離器8的液相口連接低溫栗9，所述低溫栗9通過調(diào)節(jié)閥和管道與所述真空絕熱三位一體換熱器3的三級(jí)換熱區(qū)33及所述LNG儲(chǔ)罐I相連通。
[0029]為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)DCS控制，在BOG緩沖罐2的氣相出口管道21安裝調(diào)節(jié)閥22，LNG槽車10的氣相部分通過管道101與所述BOG緩沖罐2上部的管道21相連通，LNG槽車10的BOG氣相口也通過調(diào)節(jié)閥22連接壓縮液化回收系統(tǒng)(或稱壓縮回收撬)，所述LNG儲(chǔ)罐I上部的氣相管道11及氣液分離器8上部的氣相管道81上分別設(shè)置有調(diào)節(jié)閥12、82，所述調(diào)節(jié)閥12、22、82分別與壓縮回收系統(tǒng)的溫度變送器、壓力變送器13、23和