EM—MOL LNG項目再液化系統簡析

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成天然氣，因此采用再液化裝置的LNG船是一種較經濟的選擇。本文介紹了EM-MOL LNG項目中再液化系統的工作原理，并對其特點和優點進行了簡要分析。

關鍵詞：天然氣；美孚項目；氮氣；再液化系統

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

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

常規方式有兩種，一種是作為蒸汽輪機、雙燃料主機或燃氣輪機的燃料，另一種則是在LNG船上安裝再液化裝置，將揮發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）有限公司建造的EM-MOL LNG項目（下文簡稱美孚項目）中，設計采用兩臺低速柴油機作為主推進裝置，并安裝法國CRYOSTAR公司的EcoRel再液化裝置處理來提高LNG運輸的經濟性。

1 美孚項目再液化系統主要設備及功能

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

BOG中間冷卻器：將BOG壓縮機一級壓縮出口的天然氣冷卻；

BOG減溫器：用低溫氮氣將經過BOG壓縮機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，為進一步降溫做準備；

氮氣罐：儲存氮氣發生器制造的氮氣；

氮氣干燥增壓單元：將氮氣罐的氮氣干燥并加壓后補充至氮氣密封氣體罐；

氮氣高壓氣體罐：提供氮氣膨脹機運轉時氮氣系統使用的氮氣；

氮氣密封氣體罐：提供氮氣膨脹機運轉時的密封氣體；

氮氣壓縮膨脹機：由三級壓縮機跟氮氣膨脹器組成，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原理簡析

美孚項目安裝的再液化系統屬于間接式全部再液化系統，使用氮氣作為制冷循環的冷卻介質來產生冷卻作用，根據閉式氮氣逆布雷頓循環產生所需低溫能量冷凝揮發氣，產生的低溫能量與所欲再液化的揮發氣量成正比，通過調節氮氣循環內循環的氮氣量調整，冷凝溫度由揮發氣成分和發生冷凝時的壓力決定，工作原理如圖所示：

2.1 揮發氣再液化原理

揮發氣再液化循環設備全都布置在貨物機械室內，通過一臺BOG壓縮機從液貨艙中抽吸揮發氣，在BOG壓縮機內將揮發氣壓縮，通過BOG壓縮機中冷器控制二級壓縮進口為-90℃，經過二級壓縮后溫度為-43℃，經過BOG減溫器后溫度將為-130℃，由氮氣膨脹機出口的-168℃低溫氮氣在BOG冷凝器里面冷凝為LNG，通過管路進入氣液分離單元，再由LNG輸送泵運送至液貨艙。

2.2 氮氣制冷循環原理

氮氣制冷循環安裝在馬達室內，由氮氣壓縮膨脹機、氮氣逆流式熱交換器和揮發氣循環共用的冷凝器組成。常溫氮氣經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內通過膨脹過程降溫。

在氮氣循環模式下，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，降低氮氣膨脹器進口處的氮氣溫度，如此，經過膨脹過程后的氮氣溫度一直降低，直到揮發氣冷凝所需的-168℃左右，即可以進行揮發氣的再液化。

3 美孚項目再液化系統的特點

1）冷凝所采用的介質為氮氣，安全廉價；

2）安全性好：危險區域僅為機械室，馬達室為安全區域，機械室與馬達室由密封蒼幣隔開。涉及到揮發氣的系統管路均位于機械室內，而氮氣制冷循環設備和BOG壓縮機的馬達端均位于馬達室內；

3）經濟性好，沒有通過放氣或燃燒損失天然氣；

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

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

參考文獻：

[1] 李文華.再液化裝置在LNG船上的應用.機電設備，2010.