EM—MOL LNG項目再液化系統(tǒng)簡析

曹煒 樊夏軍 吳鋒

摘 要：由于液化天然氣在運輸過程中極易揮發(fā)成天然氣，因此采用再液化裝置的LNG船是一種較經(jīng)濟(jì)的選擇。本文介紹了EM-MOL LNG項目中再液化系統(tǒng)的工作原理，并對其特點和優(yōu)點進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：天然氣；美孚項目；氮氣；再液化系統(tǒng)

天然氣作為一種清潔能源越來越廣泛地應(yīng)用到了日常生活、工業(yè)生產(chǎn)及能源制造上，LNG船作為天然氣的主要運輸工具日趨重要。

天然氣以液態(tài)的形式接近 -163°沸點下由LNG船進(jìn)行長距離運輸，在大氣壓力下極容易揮發(fā)，單次航程揮發(fā)量超過1.5%，為了維持貨艙壓力接近大氣壓，揮發(fā)出的的天然氣必須處理掉。

常規(guī)方式有兩種，一種是作為蒸汽輪機(jī)、雙燃料主機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的燃料，另一種則是在LNG船上安裝再液化裝置，將揮發(fā)出的天然氣重新冷凝液化后送回液貨艙。

在滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司建造的EM-MOL LNG項目（下文簡稱美孚項目）中，設(shè)計采用兩臺低速柴油機(jī)作為主推進(jìn)裝置，并安裝法國CRYOSTAR公司的EcoRel再液化裝置處理來提高LNG運輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。

1 美孚項目再液化系統(tǒng)主要設(shè)備及功能

BOG壓縮機(jī)：二級壓縮機(jī)，從液貨艙吸入揮發(fā)的天然氣并將其送至各系統(tǒng)，控制液貨艙壓力；

BOG中間冷卻器：將BOG壓縮機(jī)一級壓縮出口的天然氣冷卻；

BOG減溫器：用低溫氮氣將經(jīng)過BOG壓縮機(jī)壓縮的天然氣冷卻降溫；

BOG冷凝器：用低溫氮氣將BOG減溫器出來的天然氣降溫，使其冷凝；

氮氣逆流式熱交換器：用低溫氮氣對管路氮氣降溫，為進(jìn)一步降溫做準(zhǔn)備；

氮氣罐：儲存氮氣發(fā)生器制造的氮氣；

氮氣干燥增壓單元：將氮氣罐的氮氣干燥并加壓后補(bǔ)充至氮氣密封氣體罐；

氮氣高壓氣體罐：提供氮氣膨脹機(jī)運轉(zhuǎn)時氮氣系統(tǒng)使用的氮氣；

氮氣密封氣體罐：提供氮氣膨脹機(jī)運轉(zhuǎn)時的密封氣體；

氮氣壓縮膨脹機(jī)：由三級壓縮機(jī)跟氮氣膨脹器組成，將常溫氮氣三級壓縮后膨脹制造低溫氮氣冷卻管路，冷凝天然氣；

LNG運輸泵：將LNG氣液分離單元中的液化天然氣運送至液貨艙；

LNG氣液分離單元：存儲BOG冷凝器出來的氣液混合物；

廢氣加熱器：將氣液分離單元中的氣體加熱使其在GCU中燃燒；

GCU：天然氣焚燒裝置，處理氣液分離單元中的天然氣，控制艙壓。

2 美孚項目再液化系統(tǒng)原理簡析

美孚項目安裝的再液化系統(tǒng)屬于間接式全部再液化系統(tǒng)，使用氮氣作為制冷循環(huán)的冷卻介質(zhì)來產(chǎn)生冷卻作用，根據(jù)閉式氮氣逆布雷頓循環(huán)產(chǎn)生所需低溫能量冷凝揮發(fā)氣，產(chǎn)生的低溫能量與所欲再液化的揮發(fā)氣量成正比，通過調(diào)節(jié)氮氣循環(huán)內(nèi)循環(huán)的氮氣量調(diào)整，冷凝溫度由揮發(fā)氣成分和發(fā)生冷凝時的壓力決定，工作原理如圖所示：

2.1 揮發(fā)氣再液化原理

揮發(fā)氣再液化循環(huán)設(shè)備全都布置在貨物機(jī)械室內(nèi)，通過一臺BOG壓縮機(jī)從液貨艙中抽吸揮發(fā)氣，在BOG壓縮機(jī)內(nèi)將揮發(fā)氣壓縮，通過BOG壓縮機(jī)中冷器控制二級壓縮進(jìn)口為-90℃，經(jīng)過二級壓縮后溫度為-43℃，經(jīng)過BOG減溫器后溫度將為-130℃，由氮氣膨脹機(jī)出口的-168℃低溫氮氣在BOG冷凝器里面冷凝為LNG，通過管路進(jìn)入氣液分離單元，再由LNG輸送泵運送至液貨艙。

2.2 氮氣制冷循環(huán)原理

氮氣制冷循環(huán)安裝在馬達(dá)室內(nèi)，由氮氣壓縮膨脹機(jī)、氮氣逆流式熱交換器和揮發(fā)氣循環(huán)共用的冷凝器組成。常溫氮氣經(jīng)過三級壓縮成高壓氮氣，在每一級壓縮過程中利用淡水冷卻使三級壓縮后的高壓氮氣溫度控制在常溫，然后氮氣氣流在膨脹機(jī)內(nèi)通過膨脹過程降溫。

在氮氣循環(huán)模式下，膨脹器出口的低溫氮氣與三級壓縮后的常溫高壓氮氣混合，降低氮氣膨脹器進(jìn)口處的氮氣溫度，如此，經(jīng)過膨脹過程后的氮氣溫度一直降低，直到揮發(fā)氣冷凝所需的-168℃左右，即可以進(jìn)行揮發(fā)氣的再液化。

3 美孚項目再液化系統(tǒng)的特點

1）冷凝所采用的介質(zhì)為氮氣，安全廉價；

2）安全性好：危險區(qū)域僅為機(jī)械室，馬達(dá)室為安全區(qū)域，機(jī)械室與馬達(dá)室由密封蒼幣隔開。涉及到揮發(fā)氣的系統(tǒng)管路均位于機(jī)械室內(nèi)，而氮氣制冷循環(huán)設(shè)備和BOG壓縮機(jī)的馬達(dá)端均位于馬達(dá)室內(nèi)；

3）經(jīng)濟(jì)性好，沒有通過放氣或燃燒損失天然氣；

4）具有一定的可靠性：氮氣壓縮膨脹機(jī)跟BOG壓縮機(jī)均為兩臺，具備一定的冗余度；

5） 經(jīng)驗卓越：全球LNG船隊有70%以上使用的是CRYOSTAR的船用貨物處理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李文華.再液化裝置在LNG船上的應(yīng)用.機(jī)電設(shè)備，2010.