應(yīng)用于海上浮式lng再氣化裝置的lng階梯式再氣化系統(tǒng)及再氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)及再氣化方法。它包括液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)回路結(jié)構(gòu)和海水循環(huán)結(jié)構(gòu)；液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)包括依次連通的液化天然氣高壓泵、第一級液化天然氣換熱器和第二級天然氣加熱器，第二級天然氣加熱器的氣體出口與天然氣外輸計量裝置相連通；中間介質(zhì)回路包括依次連通的中間介質(zhì)緩沖罐、中間介質(zhì)循環(huán)泵、中間介質(zhì)加熱器和第一級液化天然氣換熱器；海水循環(huán)結(jié)構(gòu)包括2條循環(huán)管路，一條循環(huán)管路進行海水與第二級天然氣加熱器之間的熱交換，另一條循環(huán)管路進行海水與中間介質(zhì)加熱器之間的熱交換。本發(fā)明對海域運動的敏感度低，操作性能好，維護少，中間介質(zhì)的可控性高，實現(xiàn)中國南方水域進行穩(wěn)定生產(chǎn)，連續(xù)安全供氣。
【專利說明】應(yīng)用于海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)及再氣化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)及再氣化方法，屬于海上油氣工業(yè)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家對能源需求的不斷增長，引進LNG對優(yōu)化中國的能源結(jié)構(gòu)發(fā)揮重要作用，有效解決能源供應(yīng)安全、生態(tài)環(huán)境保護的雙重問題，實現(xiàn)經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。接收LNG的方式一般分為陸上和海上。
[0003]如今中國的經(jīng)濟發(fā)展對天然氣的需求日益增長，沿海區(qū)域遍布陸上LNG接收站，同時，中國海洋油氣資源豐富，初始勘探開發(fā)程度較低、發(fā)展?jié)摿Υ螅瑧?yīng)用于海上LNG接收與處理、陸上LNG接收站資源調(diào)配、海洋開采天然氣處理與運輸?shù)暮Ｉ细∈皆贇饣b置變得越發(fā)重要，前景十分廣闊。
[0004]海上浮式LNG再氣化裝置較常規(guī)陸上終端具有多種優(yōu)點，特別是對環(huán)境敏感地區(qū)或人口稠密地區(qū)，具有建設(shè)周期短、相對成本低等優(yōu)點。但也存在其局限性，當環(huán)境惡劣時，其不能正常運行，面臨中斷對外供氣的危險。
[0005]但到目前為止，大多數(shù)使用的海上LNG再氣化系統(tǒng)都是IFV (中間介質(zhì)氣化器)形式，無論采用的何種中間介質(zhì)，何種熱源，是否開環(huán)，最終都會是IFV幾種形式中的一種?，F(xiàn)有的氣化系統(tǒng)受環(huán)境的影響較大，對于不同海水溫度形式不同，也存在著能耗高、操作性差、日常維護成本高的問題。
[0006]結(jié)合中國南方海域的情況，因地制宜的設(shè)計海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，對以后中國海上LNG產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與技術(shù)布局有重要作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)及再氣化方法，本發(fā)明能夠解決了中國南方水域，全年大部分時間可以使用海水作為唯一的熱源，但冬季部分時間海水溫度過低不能滿足再氣化熱量要求的問題。
[0008]本發(fā)明所提供的應(yīng)用于海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，包括液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)回路結(jié)構(gòu)和海水循環(huán)結(jié)構(gòu)；
[0009]所述液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)包括依次連通的液化天然氣高壓泵、第一級液化天然氣換熱器和第二級天然氣加熱器，所述第二級天然氣加熱器的氣體出口與天然氣外輸計量裝置相連通；
[0010]所述中間介質(zhì)回路包括依次連通的中間介質(zhì)緩沖罐、中間介質(zhì)循環(huán)泵、中間介質(zhì)加熱器和所述第一級液化天然氣換熱器；
[0011 ] 所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)包括2條循環(huán)管路，一條循環(huán)管路進行海水與所述第二級天然氣加熱器之間的熱交換，另一條循環(huán)管路進行海水與所述中間介質(zhì)加熱器之間的熱交換。
[0012]所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)中，所述第一級液化天然氣換熱器為印刷電路板式換熱器(PCHE換熱器)，所述PCHE換熱器非常緊湊，具有高的傳熱效率，只要其中的換熱介質(zhì)潔凈且無腐蝕，那么它將具有優(yōu)秀的耐用性。
[0013]所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)中，所述第二級天然氣加熱器和所述中間介質(zhì)加熱器均為管殼式加熱器。
[0014]所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)中，所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)中的2條循環(huán)管路均由海水泵進行驅(qū)動。
[0015]所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)中，所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)中，與所述第二級天然氣加熱器和所述中間介質(zhì)加熱器換熱后的海水輸入至海水處理系統(tǒng)，進行海水利用或者排出。
[0016]本發(fā)明進一步提供了利用上述LNG階梯式再氣化系統(tǒng)進行LNG階梯式再氣化方法，具體包括如下步驟:
[0017](I)待氣化的液態(tài)天然氣經(jīng)所述液化天然氣高壓泵增壓后，輸入至所述第一級液化天然氣換熱器中進行換熱；液態(tài)天然氣經(jīng)換熱后發(fā)生相變?yōu)樘烊粴猓?br> [0018]同時，控制中間介質(zhì)在所述中間介質(zhì)回路中進行循環(huán)，所述中間介質(zhì)在所述第一級液化天然氣換熱器中與待氣化的液態(tài)天然氣進行熱交換，所述中間介質(zhì)在所述中間介質(zhì)加熱器中與海水進行熱交換，所述海水由所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)進行控制循環(huán)；
[0019](2)經(jīng)步驟(I)得到的天然氣繼續(xù)輸入至第二級天然氣加熱器中與海水進行換熱，所述海水由所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)進行控制循環(huán)；經(jīng)換熱后的天然氣經(jīng)所述天然氣外輸計量裝置進行外輸。
[0020]上述的LNG階梯式再氣化方法中，步驟(I)中，將所述液態(tài)天然氣增壓至6.5?7.5Mpag ;所述液態(tài)天然氣的溫度為-140?_165°C ；
[0021]經(jīng)所述換熱后得到的所述天然氣的溫度為-5?-15°C，壓力為6.4?7.4Mpag。
[0022]上述的LNG階梯式再氣化方法中，步驟(I)中，所述中間介質(zhì)可為丙烷；
[0023]經(jīng)與液態(tài)天然氣換熱后，所述中間介質(zhì)的壓力為2.5?3.5barg,溫度為-4 ?-6。。。
[0024]所述中間介質(zhì)經(jīng)增壓至4.5?5.5barg后進入所述中間介質(zhì)加熱器中與海水進行熱交換，經(jīng)熱交換后所述中間介質(zhì)的溫度上升為O?2°C，壓力為3.2?4.0bargo
[0025]上述的LNG階梯式再氣化方法中，步驟(2)中，經(jīng)與海水進行換熱后，所述天然氣的溫度升至約0.5?2°C。
[0026]本發(fā)明結(jié)合中國南方海域的情況，因地制宜的設(shè)計得到了海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，經(jīng)過合理優(yōu)化配置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，除能夠代替海上浮式LNG再氣化裝置(FSRU和SRV)的氣化系統(tǒng)外，還具有低能耗、尺寸小、重量輕的特點，對海域運動的敏感度低，操作性能好，維護少，中間介質(zhì)的可控性高，實現(xiàn)中國南方水域進行穩(wěn)定生產(chǎn)，連續(xù)安全供氣。在海水溫度較高的海域，海水作為熱源是一種十分經(jīng)濟又簡便的再氣化方式，特別是在中國南部海域，海水溫度最低也在8°C以上，全年可以使用海水作為唯一的熱源。從整個系統(tǒng)的流程中，合理優(yōu)化改進，以滿足不同環(huán)境條件下的需求。經(jīng)過合理優(yōu)化配置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，除能夠代替海上浮式LNG再氣化裝置(FSRU和SRV)的氣化系統(tǒng)外，還具有低能耗、尺寸小、重量輕的特點，對海域運動的敏感度低，操作性能好，維護少，中間介質(zhì)的可控性高，實現(xiàn)中國南方水域進行穩(wěn)定生產(chǎn)，連續(xù)安全供氣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明LNG階梯式再氣化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中各標記如下:
[0029]I液化天然氣入口、2液化天然氣高壓泵、3第一級液化天然氣換熱器、4第二級天然氣加熱器、5天然氣外輸計量裝置、6天然氣外輸站、7中間介質(zhì)緩沖罐、8中間介質(zhì)循環(huán)泵、9中間介質(zhì)加熱器、10海水泵、11海水處理系統(tǒng)、12天然氣出口。

【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0031]如圖1所示，為本發(fā)明提供的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)的示意圖，它包括液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)回路結(jié)構(gòu)和海水循環(huán)結(jié)構(gòu)。其中，液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)包括依次連通的液化天然氣高壓泵2、第一級液化天然氣換熱器3和第二級天然氣加熱器4，第二級天然氣加熱器4的天然氣體出口依次與天然氣外輸計量裝置5和天然氣外輸站6相連通，圖中標記12表示天然氣出口。本發(fā)明中第一級液化天然氣換熱器3和選擇PCHE換熱器，其非常緊湊，具有高的傳熱效率，只要其中的換熱介質(zhì)潔凈且無腐蝕，那么它將具有優(yōu)秀的耐用性。
[0032]本發(fā)明中中間介質(zhì)回路包括依次連通的中間介質(zhì)緩沖罐7、中間介質(zhì)循環(huán)泵8、中間介質(zhì)加熱器9和第一級液化天然氣換熱器3，該中間介質(zhì)回路用于對中間介質(zhì)進行循環(huán)換熱，其中中間介質(zhì)加熱器9為管殼式加熱器。
[0033]本發(fā)明中海水循環(huán)結(jié)構(gòu)包括2條循環(huán)管路，一條循環(huán)管路由海水泵10驅(qū)動海水流經(jīng)中間介質(zhì)加熱器9后輸入至海水處理系統(tǒng)11進行利用或者排出，另一條循環(huán)管路由海水泵10驅(qū)動海水流經(jīng)第二級天然氣加熱器4后輸入至海水處理系統(tǒng)11進行利用或者排出。該海水循環(huán)結(jié)構(gòu)用于驅(qū)動海水與天然氣(于第二級天然氣加熱器4中)和中間介質(zhì)(于海水流經(jīng)中間介質(zhì)加熱器9中)進行換熱，提供熱源。
[0034]利用上述LNG階梯式再氣化系統(tǒng)進行LNG的再氣化，步驟如下:
[0035](I)液態(tài)天然氣(LNG)從液化天然氣入口 I端流入液化天然氣(LNG)高壓泵2中，LNG由液化天然氣高壓泵2增壓6.5?7.5Mpag后輸送到第一級液化天然氣(LNG)換熱器3中與液態(tài)中間介質(zhì)(IF)—丙烷進行第一次熱交換，熱的丙烷蒸汽與LNG進行熱交換，IF由從氣態(tài)變成液態(tài)，放出大量的熱，而LNG吸收IF液化過程放出的熱量從液態(tài)變成氣態(tài)，使LNG從_160°C的液體變成-10°C的氣體，其壓力6.4?7.4Mpag，完成了相變的第一階段。
[0036](2)由上步驟得到的-10°C的天然氣從第一級液化天然氣換熱器3中出來后，進入第二級天然氣(NG)加熱器4中與海水進行第二次熱交換，進一步加熱后達到更加適合輸出的溫度，經(jīng)過這個熱交換過程，天然氣的溫度達到了 1°C，通過天然氣外輸計量裝置5后到達天然氣外輸站6輸出到海底管線或者相應(yīng)的終端。
[0037](3)本發(fā)明再氣化方法中，中間介質(zhì)IF的循環(huán)是一個閉路的循環(huán)，在第一級液化天然氣換熱器3中與LNG進行熱交換后，其溫度為O?2°C，壓力為3.2?4.0barg，進入中間介質(zhì)(IF)緩沖罐7中進行液態(tài)IF的儲存與緩沖，穩(wěn)定的液態(tài)IF進入中間介質(zhì)(IF)循環(huán)泵8,中間介質(zhì)(IF)循環(huán)泵8將其增壓至4.5?5.5barg后輸送至中間介質(zhì)(IF)加熱器9中與海水進行熱交換，由液態(tài)熱交換為氣態(tài)蒸汽，換熱后的丙烷蒸汽的溫度為-4?-6°C，壓力為2.5?3.5barg，進而進入第一級液化天然氣(LNG)換熱器3中與LNG進行熱交換，組成一個閉路循環(huán)。
[0038](4)本發(fā)明再氣化方法中，海水由海水泵10分別輸送至第二級天然氣加熱器4和中間介質(zhì)(IF)加熱器9中，分別與-10°C天然氣和液態(tài)丙烷在換熱器中進行熱交換，熱交換后的低溫海水從第二級天然氣加熱器4和中間介質(zhì)(IF)加熱器9中出來后匯總到海水處理系統(tǒng)11，進行海水利用或者排出。
【權(quán)利要求】
1.應(yīng)用于海上浮式LNG再氣化裝置的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，其特征在于:它包括液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)回路結(jié)構(gòu)和海水循環(huán)結(jié)構(gòu)； 所述液化天然氣/天然氣循環(huán)結(jié)構(gòu)包括依次連通的液化天然氣高壓泵、第一級液化天然氣換熱器和第二級天然氣加熱器，所述第二級天然氣加熱器的氣體出口與天然氣外輸計量裝置相連通； 所述中間介質(zhì)回路包括依次連通的中間介質(zhì)緩沖罐、中間介質(zhì)循環(huán)泵、中間介質(zhì)加熱器和所述第一級液化天然氣換熱器； 所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)包括2條循環(huán)管路，一條循環(huán)管路進行海水與所述第二級天然氣加熱器之間的熱交換，另一條循環(huán)管路進行海水與所述中間介質(zhì)加熱器之間的熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，其特征在于:所述第一級液化天然氣換熱器為印刷電路板式換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，其特征在于:所述第二級天然氣加熱器和所述中間介質(zhì)加熱器均為管殼式加熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，其特征在于:所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)中的2條循環(huán)管路均由海水泵進行驅(qū)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的LNG階梯式再氣化系統(tǒng)，其特征在于:所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)中，與所述第二級天然氣加熱器和所述中間介質(zhì)加熱器換熱后的海水輸入至海水處理系統(tǒng)。
6.一種LNG階梯式再氣化方法，其特征在于:利用權(quán)利要求1-5中任一項所述LNG階梯式再氣化系統(tǒng)進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: (1)待氣化的液態(tài)天然氣經(jīng)所述液化天然氣高壓泵增壓后，輸入至所述第一級液化天然氣換熱器中進行換熱；液態(tài)天然氣經(jīng)換熱后發(fā)生相變?yōu)樘烊粴猓? 同時，控制中間介質(zhì)在所述中間介質(zhì)回路中進行循環(huán)，所述中間介質(zhì)在所述第一級液化天然氣換熱器中與待氣化的液態(tài)天然氣進行熱交換，所述中間介質(zhì)在所述中間介質(zhì)加熱器中與海水進行熱交換，所述海水由所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)進行控制循環(huán)； (2)經(jīng)步驟(I)得到的天然氣繼續(xù)輸入至第二級天然氣加熱器中與海水進行換熱，所述海水由所述海水循環(huán)結(jié)構(gòu)進行控制循環(huán)；經(jīng)換熱后的天然氣經(jīng)所述天然氣外輸計量裝置進行外輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LNG階梯式再氣化方法，其特征在于:步驟(I)中，將所述液態(tài)天然氣增壓至6.5?7.5Mpag ;所述液態(tài)天然氣的溫度為-140?_165°C ； 經(jīng)所述換熱后得到的所述天然氣的溫度為-5?-15°C，壓力為6.4?7.4Mpag。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的LNG階梯式再氣化方法，其特征在于:步驟⑴中，所述中間介質(zhì)為丙烷； 經(jīng)與液態(tài)天然氣換熱后，所述中間介質(zhì)的壓力為2.5?3.5barg,溫度為-4?_6°C。。 所述中間介質(zhì)經(jīng)增壓至4.5?5.5barg后進入所述中間介質(zhì)加熱器中與海水進行熱交換，經(jīng)熱交換后所述中間介質(zhì)的溫度上升為O?2V，壓力為3.2?4.0bargo
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的LNG階梯式再氣化方法，其特征在于:步驟(2)中，經(jīng)與海水進行進行換熱后，所述天然氣的溫度為0.5?2°C。
【文檔編號】F17C13/02GK104315339SQ201410582621
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】許佳偉, 單彤文, 屈長龍, 黃宇, 宋坤, 李恩道, 明紅芳 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責(zé)任公司