LNG储罐用BOG自循环再液化回收换热系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种BOG自循环再液化回收换热系统。本实用新型专利技术包括BOG液化单元、循环换热网络和LN2再生单元，BOG液化单元和LN2再生单元通过循环换热网络连接循环换热及再生，循环换热网络是由多通道预冷器、多通道过冷器和多通道冷凝器封装集成的一体式复合型循环换热装置。本实用新型专利技术系统具有结构紧凑、无冻结、高效液化等特点，本实用新型专利技术系统不仅能按照设计要求进行BOG的再液化与回收，还能通过LN2反复循环供冷，且所需动力装置少，BOG前期可通过自身压力推动液化循环，而LN2循环及其再生过程也不需要额外的制冷机，降低了相关设备的能耗，具有结构简单、安全节能的优点，满足了大流量BOG再液化回收的需求。

Recovery and heat exchange system of bog self circulation and re liquefaction for LNG storage tank

The utility model relates to a bog self circulation re liquefaction recovery heat exchange system. The utility model includes a bog liquefaction unit, a circulating heat exchange network and an LN2 regeneration unit. The bog liquefaction unit and the LN2 regeneration unit are connected with the circulating heat exchange and regeneration through the circulating heat exchange network, which is an integrated compound circulating heat exchange device packaged and integrated by a multi-channel precooler, a multi-channel subcooler and a multi-channel condenser. The system of the utility model has the characteristics of compact structure, no freezing, high efficiency liquefaction, etc. the system of the utility model can not only re liquefy and recover bog according to the design requirements, but also provide cooling through LN2 repeated cycle, and requires few power devices. In the early stage of bog, the liquefaction cycle can be pushed by its own pressure, while LN2 cycle and its regeneration process do not need additional chiller, reducing the phase The energy consumption of the equipment has the advantages of simple structure, safety and energy saving, which meets the demand of large flow bog re liquefaction recovery.

【技术实现步骤摘要】
LNG储罐用BOG自循环再液化回收换热系统
本技术涉及低温气体液化领域，围绕液化天然气设备技术，具体涉及一种BOG自循环再液化回收换热系统。
技术介绍
众所周知，化石燃料包括煤、石油和天然气。迄今为止，煤炭一直作为主要的能量来源满足全球能源需求。在全球能源需求中，煤炭份额占42％，而天然气份额仅为21％。然而，对比煤炭和石油的高排放值，天然气被认为是一种清洁能源，利用其燃烧提供动力或热量时可大量减少颗粒物、硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)废料的排放，且在其同等热质条件下其温室气体排放量仅为柴油燃料的40％左右。天然气的沸点约为-162℃，通过液化形成液化天然气LNG的方式，可使天然气的存储体积缩小超过620倍。由于世界范围内天然气储量的分布不均，其通常采用液体形式进行长距离运输和储存。迄今为止，全球在运行的LNG接收站约有124个，并以每年1％的增速上涨。若按照每个接收站大约4个储罐估算，陆上超大型LNG储罐总量约有600个。此外，海运和货船运输的小型储罐总数更是不计其数。由于环境因素以及加注操作等人为因素的影响，LNG受热部分气化变为BOG低温气体漂浮在储罐顶部，将逐渐增大储罐内部压力，甚至达到储罐临界值，若不加处理将产生严重后果。目前，传统处理BOG的方法是排空或利用火炬燃烧，既浪费能源又会带来安全隐患和环境污染。因此，基于对LNG储罐经济性和安全性的考虑，急需一种可靠简易连续循环的BOG再液化系统。鉴于传统再液化系统流程复杂，需要添加额外制冷机与气液分离器或是改变液化天然气储罐结构、加装其他设备等，同时还存在BOG液化效率低、换热设备冻结、额外制冷量不匹配以及造价过高等缺点，导致其难以推广使用。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术公开了一种基于液氮LN2供冷的BOG自循环再液化回收换热系统及方法，使BOG依靠自身压力在特制的循环换热网络中反复循环进行液化后，经LNG泵重新回到储罐内；气化后的氮气则通过膨胀机和节流阀重新液化为液氮，继续循环使用。本技术克服了传统BOG液化效率低的缺点，而且液氮在膨胀节流过程中没有额外机械功输入，不需额外润滑即可循环使用，整个系统仅需初始的LN2泵以及末端的LNG泵作为动力源推动循环，安全节能，降低了相关设备的能耗，同时兼顾了无冻结、结构紧凑的特性，满足了大流量BOG再液化回收的需求。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：LNG储罐用BOG自循环再液化回收换热系统，包括BOG液化单元、循环换热网络和LN2再生单元，BOG液化单元和LN2再生单元通过循环换热网络连接循环换热及再生；其中：所述的BOG液化循环单元，包括LNG储罐、压力开关阀和LNG返回泵；LNG储罐通过压力开关阀与循环换热网络入口连通，并且通过LNG返回泵与循环换热网络出口连通；LNG储罐内过热BOG通过安全压力开关阀进入循环换热网络，经过循环换热网络的已完全冷凝后液化的液化天然气经过与循环换热网络出口连接的LNG返回泵返回至LNG储罐内继续储存；所述循环换热网络，包括多通道预冷器、多通道过冷器、多通道冷凝器、以及相应连接的管道，所述的多通道预冷器、多通道过冷器和多通道冷凝器均为多股流换热器，其中，多通道预冷器连接压力开关阀，接收LNG储罐的过热BOG，多通道预冷器与多通道过冷器连通组成BOG预冷循环回路，多通道预冷器与多通道冷凝器连通构成BOG冷凝液化循环回路，同时，多通道过冷器和多通道冷凝器分别接收LN2循环再生单元的两股液氮作为冷源，进入BOG预冷循环回路和BOG冷凝液化循环回路与BOG换热，多通道过冷器和多通道冷凝器的液氮出口换热后的液氮过热蒸汽回流至LN2循环再生单元，多通道冷凝器冷凝液化后的LNG出口连接LNG返回泵；所述的LN2循环再生单元，包括液氮储罐、LN2液体泵、膨胀机、J-T节流阀以及连接的低温管道，所述的液氮储罐连接LN2液体泵，LN2液体泵连接分配器，经分配器分配后的两股液氮分别进入到循环换热网络的多通道过冷器和多通道冷凝器，换热后流出多通道过冷器和多通道冷凝器的两股液氮过热蒸汽汇集进入膨胀机，膨胀机通过J-T节流阀连接LN2储罐，使经过膨胀机再生的液氮返回LN2储罐。进一步地，所述的循环换热网络的多通道预冷器、多通道过冷器和多通道冷凝器为板翅式、板式、缠绕管式或壳管式多股流换热器。进一步地，所述的循环换热网络是将多通道预冷器、多通道过冷器和多通道冷凝器三部分封装集成在同一个换热器内部构成的一体式复合型循环换热装置。进一步地，所述的多通道预冷器、多通道过冷器和多通道冷凝器中的换热通道内均采用翅片结构，考虑到液氮液体粘度较大，换热通道宜选用平直翅片或开孔翅片，而氮气及BOG的过热、过冷蒸气的换热通道宜选用锯齿型或波纹型翅片。进一步地，所述的多通道预冷器、多通道过冷器和多通道冷凝器的布置方式采用冷热流体单层、双层或组合方式进行配置，即在两个相邻的热通道之间夹有一个冷通道或在两个相邻的冷通道之间夹有一个热通道，并重复堆叠。进一步地，所述的多通道预冷器为单个多股流板翅式换热器，多通道过冷器和多通道冷凝器组合为一体结构的换热器，换热通道内选用工业板翅换热器翅片，多通道预冷器、多通道过冷器和多通道冷凝器的两侧均分别设置有真空隔热层，用于隔绝换热器与外界的热量传递。进一步地，过冷器和冷凝器两侧均分别设置真空隔热层，用于隔绝换热器与外界以及换热器之间的热量传递。LNG储罐用BOG自循环再液化回收换热方法，其特征在于，步骤如下：(1)过热的BOG预冷由于环境及人为操作等因素的影响，LNG储罐内的BOG不断增多，LNG储罐内压力达到安全限定值后激活LNG储液罐压力开关阀P-1，过热的BOG通过其自身压力排入到循环换热网络的多通道预冷器1中，过热的BOG利用已经经过多通道过冷器2与LN2换热后的流回多通道预冷器1中的第一回流过冷BOG进行预冷换热，然后进入多通道过冷器2中与LN2换热后的流回多通道预冷器1中作为的第一回流过冷BOG；(2)BOG冷凝液化第一回流过冷BOG经过多通道预冷器1回热后进入多通道冷凝器3中与LN2进行冷凝换热液化，从而完成第一次液化循环；未液化的BOG再次流回多通道预冷器1中，作为下一次液化循环的开始，预冷初始的过热BOG之后再次流回多通道冷凝器3中继续冷凝；(3)BOG液化后回流通过循环换热网络的反复预冷、液化循环n次后，循环次数n≥2，最终BOG被液化为LNG，并通过LNG泵P-LNG输送回LNG储罐内，从而完成BOG的液化回收循环；在上述BOG的液化回收循环中，BOG经过循环换热网络液化回收，BOG的显热被多通道过冷器2中第一股LN2吸收，剩余的BOG液化潜热被多通道冷凝器3中第二股LN2继续吸收；(4)LN2的冷却循环LN2储罐中的液氮LN2被分为两股流体，经LN2液体泵P-LN2加压后，一股通入多通道过冷器2中吸收BOG的显热，另一股通入多通道冷凝器3中吸收BOG的潜热；两股LN2换热后成为氮蒸汽，并汇集至同一低温管道中；然后通过膨胀机4膨胀降温，并通过J-T节流阀重新转变为液体返回LN2储罐内，从而完成LN2的冷却再生循环。进一步地，根据所需的BOG流量大小，循环换热网络的循环次数n能够设计，循环换热网络的循环换热次数n与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.LNG储罐用BOG自循环再液化回收换热系统，其特征在于，包括BOG液化单元、循环换热网络和LN2循环再生单元，BOG液化单元和LN2循环再生单元通过循环换热网络连接循环换热及再生；其中：所述的BOG液化单元，包括LNG储罐(LNG)、压力开关阀(P‑1)和LNG返回泵(P‑LNG)；LNG储罐(LNG)通过压力开关阀(P‑1)与循环换热网络入口连通，并且通过LNG返回泵(P‑LNG)与循环换热网络出口连通；LNG储罐(LNG)内过热BOG通过压力开关阀(P‑1)进入循环换热网络，经过循环换热网络的已完全冷凝后液化的液化天然气经过与循环换热网络出口连接的LNG返回泵(P‑LNG)返回至LNG储罐(LNG)内继续储存；所述循环换热网络，包括多通道预冷器(1)、多通道过冷器(2)、多通道冷凝器(3)、以及相应连接的管道，所述的多通道预冷器(1)、多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)均为多股流换热器，其中，多通道预冷器(1)连接压力开关阀(P‑1)，接收LNG储罐的过热BOG，多通道预冷器(1)与多通道过冷器(2)连通组成BOG预冷循环回路，多通道预冷器(1)与多通道冷凝器(3)连通构成BOG冷凝液化循环回路，同时，多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)分别接收LN2循环再生单元的两股液氮作为冷源，进入BOG预冷循环回路和BOG冷凝液化循环回路与BOG换热，多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)的液氮出口换热后的液氮过热蒸汽回流至LN2循环再生单元，多通道冷凝器(3)冷凝液化后的LNG出口连接LNG返回泵(P‑LNG)；所述的LN2循环再生单元，包括液氮储罐(LN2)、LN2液体泵(P‑LN2)、膨胀机(4)、J‑T节流阀(J‑T)以及连接的低温管道，所述的液氮储罐(LN2)连接LN2液体泵(P‑LN2)，LN2液体泵(P‑LN2)连接分配器，经分配器分配后的两股液氮分别进入到循环换热网络的多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)，换热后流出多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)的两股液氮过热蒸汽汇集进入膨胀机(4)，膨胀机(4)通过J‑T节流阀(J‑T)连接液氮储罐(LN2)，使经过膨胀机(4)再生的液氮返回液氮储罐(LN2)。...

【技术特征摘要】
1.LNG储罐用BOG自循环再液化回收换热系统，其特征在于，包括BOG液化单元、循环换热网络和LN2循环再生单元，BOG液化单元和LN2循环再生单元通过循环换热网络连接循环换热及再生；其中：所述的BOG液化单元，包括LNG储罐(LNG)、压力开关阀(P-1)和LNG返回泵(P-LNG)；LNG储罐(LNG)通过压力开关阀(P-1)与循环换热网络入口连通，并且通过LNG返回泵(P-LNG)与循环换热网络出口连通；LNG储罐(LNG)内过热BOG通过压力开关阀(P-1)进入循环换热网络，经过循环换热网络的已完全冷凝后液化的液化天然气经过与循环换热网络出口连接的LNG返回泵(P-LNG)返回至LNG储罐(LNG)内继续储存；所述循环换热网络，包括多通道预冷器(1)、多通道过冷器(2)、多通道冷凝器(3)、以及相应连接的管道，所述的多通道预冷器(1)、多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)均为多股流换热器，其中，多通道预冷器(1)连接压力开关阀(P-1)，接收LNG储罐的过热BOG，多通道预冷器(1)与多通道过冷器(2)连通组成BOG预冷循环回路，多通道预冷器(1)与多通道冷凝器(3)连通构成BOG冷凝液化循环回路，同时，多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)分别接收LN2循环再生单元的两股液氮作为冷源，进入BOG预冷循环回路和BOG冷凝液化循环回路与BOG换热，多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)的液氮出口换热后的液氮过热蒸汽回流至LN2循环再生单元，多通道冷凝器(3)冷凝液化后的LNG出口连接LNG返回泵(P-LNG)；所述的LN2循环再生单元，包括液氮储罐(LN2)、LN2液体泵(P-LN2)、膨胀机(4)、J-T节流阀(J-T)以及连接的低温管道，所述的液氮储罐(LN2)连接LN2液体泵(P-LN2)，LN2液体泵(P-LN2)连接分配器，经分配器分配后的两股液氮分别进入到循环换热网络的多通道过冷器(2)和多通道冷凝器(3)，换热后流出...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩凤翚，王哲，李文华，陈海泉，孙玉清，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21