專利名稱：液化天然氣汽車加氣站蒸發(fā)氣體的再液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液化大然氣(LNG)蒸發(fā)氣體(BOG)的再液化裝置，特別足一種用 于液化天然氣汽車加氣站蒸發(fā)氣體的再液化裝置。該發(fā)明也可用于其它類型的LNG儲(chǔ)存設(shè) 施的BOG再液化，屬于低溫液化氣體儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LNG作為一種清潔燃料，是汽車最理想的替代燃料之一，在公交汽車和重型車輛上 應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益均十分顯著。LNG是天然氣經(jīng)過凈化后冷卻到露點(diǎn)溫度而形成的低溫 液體，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。LNG用作汽車燃料時(shí)，儲(chǔ)存于加氣站的低溫儲(chǔ)罐內(nèi)，可隨時(shí)為需要補(bǔ) 充燃料的車輛加注。LNG在常壓下的溫度約_163°C，屬于低溫液體，溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度。在環(huán)境條件 的加熱作用下，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG將會(huì)緩慢地汽化，以一定的速率產(chǎn)生BOG，BOG的數(shù)量與儲(chǔ)罐的 絕熱性能有關(guān)。另外，LNG加氣站運(yùn)行時(shí)，加注系統(tǒng)中的低溫泵、流量計(jì)、閥件及管路系統(tǒng)， 需要用LNG預(yù)先冷卻，只有系統(tǒng)所有設(shè)備溫度與LNG溫度相當(dāng)以后，才能正常加注LNG。預(yù) 冷期間也會(huì)產(chǎn)生大量的BOG。這些BOG返回到低溫儲(chǔ)罐的氣相空間，隨著時(shí)間的推移，BOG 數(shù)量的累積，會(huì)使整個(gè)LNG系統(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力上升。通常情況下，加氣站的BOG處理方式有2種一是如果附近有合適的天然氣管網(wǎng)， BOG可連接到管網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)壓力達(dá)到安全泄放的控制壓力時(shí)，泄壓裝置開啟，把多余的氣體 泄放進(jìn)入管網(wǎng)系統(tǒng)。如果附近沒有合適的天然氣管網(wǎng)，就要采用放空泄壓方式將多余的BOG 泄放到大氣中，以保證系統(tǒng)的安全。BOG的放空泄壓，首先是給加氣站帶來了經(jīng)濟(jì)上的直接損失。其次，天然氣作為一 種易燃易爆氣體，BOG放空會(huì)對(duì)LNG加氣站周邊環(huán)境造成一定的安全隱患，LNG產(chǎn)生的BOG 屬于溫室氣體，其溫室效應(yīng)大約是二氧化碳的20倍。因此，BOG泄放到環(huán)境中，也不利于環(huán) 境保護(hù)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的再液化裝置，對(duì)LNG汽車加氣站產(chǎn)生的BOG進(jìn)行再液化。在已有技 術(shù)中，傳統(tǒng)的天然氣液化是采用低溫液化的方法，產(chǎn)生低溫的方法有復(fù)疊式、多級(jí)膨脹和混 合制冷劑循環(huán)等制冷方式，系統(tǒng)比較復(fù)雜。而且都是大規(guī)模的生產(chǎn)，對(duì)于加氣站規(guī)模的BOG 液化，目前尚無相應(yīng)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種液化天然氣汽車加氣站蒸發(fā) 氣體的再液化裝置。利用BOG壓力較高的特點(diǎn)，將需要液化的BOG作制冷劑，提出了一種單 級(jí)壓縮，單級(jí)膨脹加節(jié)流的制冷方法，使BOG達(dá)到液化的目的。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的控 制值時(shí)，再液化裝置自動(dòng)啟動(dòng)，把系統(tǒng)內(nèi)多余的BOG液化一部分，使系統(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力下 降，當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到要求值時(shí)，再液化裝置自動(dòng)停機(jī)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明包括加氣站儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)、冷卻器、熱交換器、節(jié)流閥、氣液分離器、膨脹機(jī)、潛液式低溫泵、泄壓閥。加氣站儲(chǔ)罐為圓 柱形雙層殼體結(jié)構(gòu)的低溫儲(chǔ)罐，是加氣站儲(chǔ)存LNG的主體設(shè)備。單個(gè)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存能力通常在 (30 50)m3，加氣站LNG儲(chǔ)存可以采用單儲(chǔ)罐、雙儲(chǔ)罐或多儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐內(nèi)既儲(chǔ)存LNG，也儲(chǔ) 存BOG，BOG處于LNG的液面之上。加氣站儲(chǔ)罐上方氣相出口分別與泄壓閥和壓縮機(jī)進(jìn)口 相連，泄壓閥與大氣相通。壓縮機(jī)的出口與冷卻器熱流體回路的進(jìn)口相連，冷卻器熱流體回 路的出口分別與熱交換器熱流體回路進(jìn)口和膨脹機(jī)7進(jìn)口連接。冷卻器的冷流體為水或空 氣。熱交換器的熱流體回路出口通過節(jié)流閥與氣液分離器上方氣相進(jìn)口相連，氣液分離器 的氣相出口通過熱交換器的冷流體回路與壓縮機(jī)的進(jìn)口連接。膨脹機(jī)的出口與熱交換器冷 流體回路進(jìn)口連接。氣液分離器下方的液相出口與潛液式低溫泵進(jìn)口連接，潛液式低溫泵 液相出口分別與加氣站儲(chǔ)罐的液相進(jìn)口或加氣機(jī)進(jìn)口連接，潛液式低溫泵氣相出口與壓縮 機(jī)的進(jìn)口連接。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到0. SMPa時(shí)，再液化裝置啟動(dòng)。儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG被壓縮機(jī)吸入，壓縮 至4. OMPa0被壓縮后的BOG進(jìn)入冷卻器冷卻，用水或空氣冷卻到常溫。從冷卻器出來的BOG 分為路，一部分進(jìn)入熱交換器繼續(xù)冷卻降溫，達(dá)到比較低的溫度。另一部分進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)行 等熵膨脹，溫度下降，降溫后的氣體返回?zé)峤粨Q器，作為熱交換器的冷流體，和BOG進(jìn)行熱 交換。在熱交換器內(nèi)被冷卻到較低溫度的BOG經(jīng)過節(jié)流閥，進(jìn)行節(jié)流膨脹，節(jié)流膨脹后 的BOG溫度進(jìn)一步降低，部分被液化變?yōu)長NG，然后進(jìn)入氣液分離器。未被液化的BOG也是 溫度與LNG接近的氣體。這部分氣體和膨脹機(jī)出來的BOG匯合，進(jìn)入熱交換器作為冷流體， 冷卻將要節(jié)流的BOG。而自身的溫度逐步回升，最后返回到壓縮機(jī)的進(jìn)口，和加氣站儲(chǔ)罐內(nèi) 過來的BOG混合，重新進(jìn)入壓縮循環(huán)。經(jīng)節(jié)流膨脹后產(chǎn)生的LNG，儲(chǔ)存于氣液分離器內(nèi)，這部 分LNG通過管路連接至潛液式低溫泵，由潛液式低溫泵把再液化形成的LNG輸送到加氣站 儲(chǔ)罐內(nèi)或直接加注給液化天然氣汽車。本發(fā)明的有益效果目前，國內(nèi)、外尚無采用該裝置的LNG加氣站，本發(fā)明通過BOG 的再液化，可解決LNG加氣站的BOG放空問題。減少BOG放空帶來的安全隱患，對(duì)保護(hù)環(huán)境 和減少資源浪費(fèi)均具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意中1-加氣站儲(chǔ)罐2-壓縮機(jī)3-冷卻器4-熱交換器5-節(jié)流閥6_氣液 分離器7-膨脹機(jī)8-潛液式低溫泵9-泄壓閥
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述如圖1所示，本發(fā)明包括加氣站儲(chǔ)罐1、壓縮機(jī)2、冷卻器3、熱交換器4、節(jié)流閥5、 氣液分離器6、膨脹機(jī)7、潛液式低溫泵8、泄壓閥9。加氣站儲(chǔ)罐1為圓柱形雙層殼體結(jié)構(gòu) 低溫儲(chǔ)罐，是加氣站儲(chǔ)存LNG的主體設(shè)備。單個(gè)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存能力通常在(30 50)m3，加氣站 LNG儲(chǔ)存可以采用單儲(chǔ)罐、雙儲(chǔ)罐或多儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐內(nèi)既儲(chǔ)存LNG，也儲(chǔ)存BOG，BOG處于LNG 的液面之上。加氣站儲(chǔ)罐1上方氣相出口分別與泄壓閥9和壓縮機(jī)2進(jìn)口相連，泄壓閥9與大氣相通。壓縮機(jī)2的出口與冷卻器3熱流體回路的進(jìn)口相連，冷卻器3熱流體回路的 出口分別與熱交換器4熱流體回路進(jìn)口和膨脹機(jī)7進(jìn)口連接。冷卻器3的冷流體為水或空 氣。熱交換器4的熱流體回路出口通過節(jié)流閥5與氣液分離器6上方氣相進(jìn)口相連，氣液 分離器6的氣相出口通過熱交換器4的冷流體回路與壓縮機(jī)2的進(jìn)口連接。膨脹機(jī)7的出 口與熱交換器4冷流體回路進(jìn)口連接。氣液分離器6下方的液相出口潛液式低溫泵8進(jìn)口 連接，潛液式低溫泵8液相出口分別與加氣站儲(chǔ)罐1的液相進(jìn)口或加氣機(jī)進(jìn)口連接，潛液式 低溫泵8氣相出口與壓縮機(jī)2的進(jìn)口連接。 當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到0. SMPa時(shí)，再液化裝置啟動(dòng)。儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG被壓縮機(jī)2吸入，壓縮 至4.0MPa。被壓縮后的BOG進(jìn)入冷卻器3冷卻，用水或空氣冷卻到常溫。從冷卻器出來的 BOG分為2路，一部分進(jìn)入熱交換器4繼續(xù)冷卻降溫，達(dá)到比較低的溫度。另一部分進(jìn)入膨 脹機(jī)7進(jìn)行等熵膨脹，溫度下降，降溫后的氣體返回?zé)峤粨Q器4，作為熱交換器4的冷流體和 BOG進(jìn)行熱交換。在熱交換器4內(nèi)被冷卻到較低溫度的BOG經(jīng)過節(jié)流閥5，進(jìn)行節(jié)流膨脹， 節(jié)流膨脹后的BOG溫度進(jìn)一步降低，然后進(jìn)入氣液分離器6，部分被液化變?yōu)長NG，未被液化 的BOG是溫度與LNG接近的氣體。這部分氣體和膨脹機(jī)出來的BOG匯合，進(jìn)入熱交換器4 作為冷流體冷卻將要節(jié)流的BOG。而自身的溫度逐步回升，最后返回到壓縮機(jī)2的進(jìn)口，和 加氣站儲(chǔ)罐1內(nèi)過來的BOG混合，重新進(jìn)入壓縮循環(huán)。經(jīng)節(jié)流膨脹后產(chǎn)生的LNG，儲(chǔ)存于氣 液分離器6內(nèi)，這部分LNG通過管路連接至潛液式低溫泵8，由潛液式低溫泵8把再液化形 成的LNG輸送到加氣站儲(chǔ)罐1內(nèi)或直接加注給汽車。
權(quán)利要求
一種液化天然氣汽車加氣站蒸發(fā)氣體的再液化裝置，包括加氣站儲(chǔ)罐(1)，壓縮機(jī)(2)、冷卻器(3)，熱交換器(4)，節(jié)流閥(5)，氣液分離器(6)，膨脹機(jī)(7)，潛液式低溫泵(8)，泄壓閥(9)，其特征在于本發(fā)明是采用單級(jí)壓縮、單級(jí)膨脹加節(jié)流的制冷方式，加氣站儲(chǔ)罐1上方氣相出口分別與泄壓閥(9)和壓縮機(jī)(2)進(jìn)口相連，泄壓閥(9)與大氣相通，壓縮機(jī)(2)的出口與冷卻器(3)熱流體回路的進(jìn)口相連，冷卻器(3)熱流體回路的出口分別與熱交換器(4)熱流體回路進(jìn)口和膨脹機(jī)(7)進(jìn)口連接，冷卻器(3)的冷流體為水或空氣，熱交換器(4)的熱流體回路出口通過節(jié)流閥(5)與氣液分離器(6)上方氣相進(jìn)口相連，氣液分離器(6)的氣相出口通過熱交換器(4)的冷流體回路與壓縮機(jī)(2)的進(jìn)口連接，膨脹機(jī)(7)的出口與熱交換器(4)冷流體回路進(jìn)口連接，氣液分離器(6)下方的液相出口與潛液式低溫泵(8)進(jìn)口連接，潛液式低溫泵(8)液相出口分別與加氣站儲(chǔ)罐(1)的液相進(jìn)口和加氣機(jī)進(jìn)口連接，潛液式低溫泵(8)氣相出口與壓縮機(jī)(2)的進(jìn)口連接。
全文摘要
液化天然氣汽車加氣站蒸發(fā)氣體的再液化裝置屬于低溫液化氣體儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)領(lǐng)域。包括加氣站儲(chǔ)罐，壓縮機(jī)、冷卻器，熱交換器，節(jié)流閥，氣液分離器，膨脹機(jī)，潛液式低溫泵。本發(fā)明將需要液化的BOG作制冷劑，采用單級(jí)壓縮，單級(jí)膨脹加節(jié)流的制冷方法，使BOG達(dá)到液化的目的。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的控制值時(shí)，再液化裝置自動(dòng)啟動(dòng)，把系統(tǒng)內(nèi)多余的BOG液化一部分，使系統(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力下降，當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到要求值時(shí)，再液化裝置自動(dòng)停機(jī)。本發(fā)明通過BOG的再液化，可解決LNG加氣站的BOG放空問題。減少BOG放空帶來的安全隱患，對(duì)保護(hù)環(huán)境和減少資源浪費(fèi)均具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)F17C5/00GK101975335SQ20101029079
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者顧安忠, 魯雪生 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)