用于汽化来自低温储罐的屏障间空间的低温气液混合物的系统和方法与流程

用于汽化来自低温储罐的屏障间空间的低温气液混合物的系统和方法
1.本发明涉及一种用于汽化低温气液混合物的系统。
2.更具体地，本发明涉及一种用于汽化从低温储罐的屏障间空间取出的低温气液混合物的系统。
3.本发明还涉及一种根据本发明的用于操作用于汽化低温气液混合物的系统的方法，并且涉及使用这种系统的液化气船。


背景技术：

4.气体，例如天然气，可以通过海船以液态形式(如液化气或液化天然气(lng))储存和运输，如果运输的气体是天然气，在绝热低温罐内低于-150℃(通常-161℃)的低温温度下，压力高于大气压几毫巴。
5.通常，用于液化天然气的绝热低温罐是全密闭型的。
6.第一薄型金属膜屏障在液化天然气与第一多孔绝热材料层之间提供液密性。
7.第二薄型金属膜屏障设置在第一多孔绝热材料层与第二多孔绝热材料层之间。
8.然后，第二多孔绝热材料层由海船的内壳支撑。
9.在第一薄型金属膜屏障破裂或泄漏的情况下，lng将积聚在第一金属膜屏障和第二金属膜屏障之间的空间中。该空间被称为屏障间空间(ibs)。
10.然后，第二金属膜屏障将提供液密性并且避免低温液体接触船舶的内壳，这可能导致船舶的灾难性故障。
11.在lng积聚在ibs中的情况下，在卸载储罐期间，罐内的液位可能比积聚在ibs内的液体的液位下降得更快，从而导致从液体负载施加到从ibs侧朝向罐内的第一屏障的压力。该压力继而可能损坏第一屏障和密闭系统的整体完整性。
12.为了避免这种情况，在ibs内部设置汲取管以将lng从ibs中排出。这些汲取管被布置成使得所有液体均可以从该ibs中去除。
13.lng通过气举经由排出管从ibs中取出。
14.减压，即压力的整体降低，是由连接到汲取管的压缩机的抽吸产生的，并且由于包括在压缩机的抽吸与ibs之间的空间的同时减压，积聚在ibs中的lng的一部分将汽化并且在管中上升，从而将任何剩余液体随之一起以低温气液混合物的形式提升，在这种情况下，该低温气液混合物是lng与汽化的lng的混合物。
15.然后，从ibs中取出的低温气液混合物的液体部分必须汽化，然后才能用船舶气体燃烧装置进行焚烧处理。
16.通过使用船载强制汽化器、壳管式热交换器来完成汽化，其中低温气液混合物的液体部分(即来自ibs的lng)通过与蒸汽的间接热交换而汽化，同时低温气液混合物的气体部分被加热至过热程度，从而产生汽化的低温气液混合物。然而，由于这种强制汽化器的尺寸适于比在ibs排空期间发生的流速高得多的流速，因此在汽化器的出口处的汽化的低温气液混合物的温度过高并且可能损坏离心式压缩机的叶轮，因为该叶轮通常由铝制成。
17.因此，必须将汽化的低温气液混合物冷却。通常，这通过从陆上终端接收的冷天然气(ng)来完成。这意味着船舶必须停泊并且连接到陆上lng终端以排空屏障间空间(ibs)，从而使得当船舶在海上时难以(如果不是不可能的话)排空ibs。
18.因此，本发明的一个目的是提供一种用于汽化低温气液混合物的经改进系统，该系统避免了上述缺点。


技术实现要素：

19.该目的通过根据权利要求1所述的用于汽化低温气液混合物的系统、根据权利要求8所述的用于汽化低温气液混合物的方法以及根据权利要求13所述的包括用于汽化低温气液混合物的系统的液化气船来实现。
20.从属权利要求是指本发明的优选实施方案。
21.因此，本发明提供一种用于汽化低温气液混合物的系统，包括：
[0022]-低温气液混合物供应管线，该低温气液混合物供应管线用于从低温储罐的屏障间空间取出低温气液混合物；
[0023]-汽化器，该汽化器用于汽化该低温气液混合物，该汽化器位于该低温气液混合物供应管线的下游；
[0024]-代替如前所述用来自陆上终端的冷气体冷却汽化的低温气液混合物，本发明有利地使用来自船舶的低温液体将低温液体与汽化的低温气液混合物混合，该低温液体经由低温液体供应管线从船舶自身供应，经由低温供应管线供应的低温液体被船载地存储在低温储罐内部；
[0025]-汽化的低温气液混合物与低温液体的混合通过第一喷射装置来执行，该第一喷射装置将低温液体从低温液体供应管线喷射到汽化的低温气液混合物中。因此，在两种流体之间发生直接的热交换，并且低温液体在汽化的低温气液混合物内汽化，将所得的冷混合物的整体温度降低到适于压缩机的温度水平，即低于-50℃的温度水平；
[0026]-雾分离器设置用于在低温液体在冷混合物内不完全汽化的情况下从该冷混合物中分离出该低温液体的液滴，该雾分离器位于喷射装置的下游和压缩机的上游，以捕获任何剩余的液滴，使得它们无法到达压缩机；
[0027]-压缩机，该压缩机位于该雾分离器的气体出口的下游，该压缩机的抽吸在该系统内产生减压以汽化该低温气液混合物。
[0028]
因此，无需连接到陆上终端。
[0029]
为了提高系统的精度，可在该低温液体供应管线上定位温度控制阀，以通过调节喷射到汽化的低温气液混合物中的低温液体的流量来控制压缩机入口处的温度。
[0030]
在从屏障间空间(ibs)取出的低温气液混合物的量足够(即，超过一定值)的情况下，还可以通过使从ibs取出的低温气液混合物的一部分通过使该部分经过旁路管线(其绕过汽化器)而绕过汽化器并利用位于离开汽化器的管线(即位于汽化器下游的管线)上的第二喷射装置将低温气液混合物的该部分喷射到汽化的低温气液混合物中来降低汽化的低温气液混合物的温度。
[0031]
优选地，该压缩机是离心式压缩机。
[0032]
为了避免系统减压过多，可控的汽化的液化气流可经由液化气蒸汽供应管线馈送
至系统，汽化器下游和第一喷射装置上游。然后，液化气蒸汽供应管线将离开汽化器的管线连接到该第一喷射装置的上游。位于液化气蒸汽供应管线上的压力控制阀可用于调节液化气蒸汽流的流量，并从而调节系统内的压力。
[0033]
为了加速lng在屏障间空间中的汽化并通过气举效应取出低温气液混合物，该系统可在大气压以下操作。
[0034]
在优选的实施方案中，汽化系统中的压力高于50kpa绝对压力。
[0035]
根据第二方面，本发明涉及一种用于汽化低温气液混合物的方法，该方法包括以下步骤：
[0036]-从低温储罐的屏障间空间取出该低温气液混合物；
[0037]-在汽化器中汽化该低温气液混合物；
[0038]-将低温液体喷射到汽化的低温气液混合物中以获得所得的冷混合物。
[0039]-从该冷混合物中分离出低温液体的液滴以获得所得的无液滴混合物。
[0040]-在压缩机的抽吸所产生的减压下进行上述步骤。
[0041]
优选地，该压缩机的入口处的温度由位于供应低温液体的低温液体供应管线上的温度控制阀控制。
[0042]
在一个优选的实施方案中，系统内部的压力用位于液化气蒸汽供应管线上的压力控制阀来控制，该液化气蒸汽供应管线将离开汽化器的管线连接到第一喷射装置的上游。
[0043]
在另一个实施方案中，系统内部的压力被控制在大气压以下。
[0044]
在另一个优选的实施方案中，系统内的压力被控制在50kpa绝对压力到大气压的范围内。
[0045]
寻求保护的第三方面(但其也代表了根据第一方面和第二方面的本发明的实施方案)涉及一种液化气船，该液化气船包括根据权利要求1至7所述的用于汽化低温气液混合物的系统。
附图说明
[0046]
图1示意性地示出了具有第一喷射装置的本发明的第一实施方案。
[0047]
图2示意性地示出了具有第一喷射装置和第二喷射装置的本发明的第二实施方案。
[0048]
附图详细说明
[0049]
在下文中，将全面讨论根据图1和图2的不同实施方案，相同的附图标记指示相同或基本上相同的单元。应当理解，所属领域的技术人员可将附图中所示的实施方案的某些部件与所附权利要求中限定的本发明的特征组合，而不必包括该附图中所示的该实施方案的此特定部件之外的部件或甚至所有其他部件。
[0050]
图1示意性地示出了根据本发明的用于汽化低温气液混合物的系统1。
[0051]
具有第一薄型金属膜屏障和第二薄型金属膜屏障的用于lng的低温储罐4被船载地用于lng船以供存储和运输lng，该两个屏障由被称为屏障间空间3的多孔低温绝热材料层分开。
[0052]
由于第一薄型金属膜屏障与低温罐4内的lng直接接触，因此在第一薄型金属膜屏障破裂的情况下，lng将积聚在屏障间空间3内。
[0053]
在卸载罐期间，罐4内的液位可能比屏障间空间3内的液位下降得更快。为了避免损坏第一薄型金属膜屏障，在ibs内设置汲取管以排出积聚的lng。
[0054]
在ibs排空期间，积聚的lng通过气举效应以低温气液混合物的形式在汲取管内被提升，该低温气液混合物是气态lng和液态lng的混合物。
[0055]
低温气液混合物通过低温气液混合物供应管线2供应至根据本发明的汽化系统1，该供应管线以流体方式连接汲取管和汽化器5，其中低温气液混合物通过与蒸汽的间接热交换而汽化。
[0056]
汽化器5被设计用于带来高于ibs排空情况所需的产率，因此汽化的低温气液混合物可能在过高温度下离开汽化器5。
[0057]
为了避免这种情况，用低温液体(在该实施方案中为lng)来冷却离开汽化器5并流经管线16的汽化的低温气液混合物，该低温液体由低温液体供应管线6来供应。低温供应管线6与其中储存lng的低温罐4内部空间流体连接。
[0058]
离开汽化器5和低温液体形成管线6的汽化的低温气液混合物与位于汽化器5下游的第一喷射装置7混合在一起，其中低温液体被喷射到汽化的低温气液混合物中。
[0059]
在喷射期间，低温液体在汽化的低温气液混合物内汽化，从而将汽化的低温气液混合物降低至所得混合物的温度。
[0060]
雾分离器8设置在第一喷射装置7的下游，以便在低温液体在所得的冷混合物中并未完全汽化的情况下，将低温液体的剩余液滴从所得的冷混合物中分离出来。
[0061]
在雾分离器8的气体出口的下游设置有压缩机9。压缩机9的抽吸在系统1内产生减压，从而降低lng的沸点，触发lng在屏障间空间ibs 3内的汽化，所形成的气体沿汲取管上升并且随之提升一些液体。
[0062]
由于系统内的整体低温温度，使用离心式压缩机9是有利的，因为这种类型的压缩机的机械润滑油与压缩的低温气体接触的风险较小，这种风险可能导致压缩低温气体的污染或润滑油的冻结。
[0063]
然而，由于离心式压缩机9通常设置有由铝合金制成的叶轮，因此压缩机入口处的温度必须控制在-50℃以下。
[0064]
温度控制阀11设置在第一喷射装置7上游的低温液体供应管线6上，以根据在压缩机9的入口处所测量的温度来调节喷射到汽化的低温气液混合物中的低温液体的流量。
[0065]
通过允许液化气蒸汽流(在这种情况下为天然气(ng))进入汽化系统1来将本发明的汽化系统1中的压力控制在大气压以下。压力控制阀14设置在液化气蒸汽供应管线15上，该液化气蒸汽供应管线将离开汽化器的管线16连接到第一喷射装置7的上游。利用压力控制阀14，可以控制液化气蒸汽到系统1的流量。可将压力控制在50kpa到大气压的范围内，因为低于50kpa的压力可能损坏压缩机9的机械部件。
[0066]
图2示意性地示出了根据本发明的第二实施方案的用于汽化低温气液混合物的系统1。
[0067]
除了图1所示的第一实施方案之外，第二实施方案还包括第二喷射装置12，该第二喷射装置12位于离开汽化器的管线16上，位于第一喷射装置7的上游，并且位于离开汽化器的管线16与液化气蒸汽供应管线15之间的连接的上游。
[0068]
如果由低温气液混合物供应管线2所供应的低温气液混合物的流速超过一定值，
则可使用第二喷射装置12。低温气液混合物的一部分将通过汽化器旁路管线13绕过汽化器5，并且将通过位于汽化器5下游的第二喷射装置12混合到汽化的低温气液混合物中，以降低汽化的低温气液混合物的温度。
[0069]
附图标记列表
[0070]
1：用于汽化低温气液混合物的系统
[0071]
2：低温气液混合物供应管线
[0072]
3：屏障间空间
[0073]
4：储罐
[0074]
5：汽化器
[0075]
6：低温液体供应管线
[0076]
7：第一喷射装置
[0077]
8：雾分离器
[0078]
9：压缩机
[0079]
10：雾分离器的气体出口
[0080]
11：温度控制阀
[0081]
12：第二喷射装置
[0082]
13：汽化器的旁路管线
[0083]
14：压力控制阀
[0084]
15：液化气蒸汽供应管线
[0085]
16：离开汽化器的管线

技术特征：
1.一种用于汽化低温气液混合物的系统(1)，包括：-低温气液混合物供应管线(2)，所述低温气液混合物供应管线用于从低温储罐(4)的屏障间空间(3)取出低温气液混合物；-汽化器(5)，所述汽化器用于汽化所述低温气液混合物，所述汽化器(5)布置在所述低温气液混合物供应管线(1)的下游；-低温液体供应管线(6)；-第一喷射装置(7)，所述第一喷射装置用于将低温液体从所述低温液体供应管线(6)喷射到所述汽化器(5)下游的汽化的低温气液混合物中，以获得所得的冷混合物；-雾分离器(8)，所述雾分离器用于从所述冷混合物中分离出所述低温液体的液滴，所述雾分离器位于所述第一喷射装置(7)的下游；-压缩机(9)，所述压缩机位于所述雾分离器(8)的气体出口(10)的下游，所述压缩机(9)的抽吸在所述系统(1)内产生减压以汽化所述低温气液混合物。2.根据权利要求1所述的用于汽化低温气液混合物的系统(1)，包括位于所述低温液体供应管线(6)上、用于控制所述压缩机(9)的入口处的温度的温度控制阀(11)。3.根据权利要求1或2中任一项所述的用于汽化低温气液混合物的系统(1)，包括第二喷射装置(12)，所述第二喷射装置用于将穿过所述汽化器(5)的旁路管线(13)的所述低温气液混合物的一部分喷射到离开所述汽化器(5)的所述汽化的低温气液混合物中，所述第二喷射装置(12)位于离开所述汽化器的管线(16)上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于汽化低温气液混合物的系统(1)，其中所述压缩机(9)是离心式压缩机。5.根据权利要求1至4所述的用于汽化低温气液混合物的系统(1)，包括压力控制阀(14)，所述压力控制阀位于液化气蒸汽供应管线(15)上用于控制所述系统(1)内的压力，从而汽化低温气液混合物，所述液化气蒸汽供应管线(15)将所述离开所述汽化器的管线(16)连接到所述第一喷射装置(7)的上游。6.根据权利要求5所述的用于汽化低温气液混合物的系统(1)，其特征在于所述系统(1)内部的压力低于大气压。7.根据权利要求6所述的用于汽化低温气液混合物的系统(1)，其特征在于所述系统(1)内部的压力在50kpa绝对压力到大气压的范围内。8.一种用于汽化低温气液混合物的方法，包括以下步骤：-从低温储罐(4)的屏障间空间(3)供应所述低温气液混合物；-在汽化器(5)中汽化所述低温气液混合物；-将低温液体喷射到汽化的低温气液混合物中并获得冷混合物；-从所述冷混合物中分离出所述低温液体的液滴；-在压缩机(9)的抽吸所产生的减压下进行上述步骤。9.根据权利要求9所述的用于汽化低温气液混合物的方法，其中所述压缩机(9)的入口处的温度由位于低温液体供应管线(6)上的温度控制阀(11)控制。10.根据权利要求8至9所述的用于汽化低温气液混合物的方法，其中所述系统(1)内部的压力用位于液化气蒸汽供应管线(15)上的压力控制阀(14)来控制，所述液化气蒸汽供应管线(16)将离开所述汽化器的管线(15)连接到第一喷射装置(7)的上游。
11.根据权利要求10所述的用于汽化低温气液混合物的方法，其中所述系统(1)内部的压力控制在大气压以下。12.根据权利要求11所述的用于汽化低温气液混合物的方法，其中所述系统(1)内部的压力控制在50kpa绝对压力到大气压的范围内。13.一种液化气船，所述液化气船包括根据权利要求1至7所述的用于汽化低温气液混合物的系统(1)。

技术总结
本发明公开了一种用于汽化低温气液混合物的系统，包括：低温气液混合物供应管线；汽化器；喷射装置，该喷射装置用于将低温液体喷射到该汽化器的出口处的汽化的低温气液混合物中；雾分离器，该雾分离器用于从汽化的低温气液混合物中分离出低温液体的液滴；以及压缩机。该压缩机的入口处的温度由位于低温液体供应管线上的控制阀控制。应管线上的控制阀控制。应管线上的控制阀控制。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：克里奥斯塔股份有限公司
技术研发日：2021.12.10
技术公布日：2023/9/9