一种乙烷运输船不可液化的高甲烷含量挥发气体处理系统的制作方法

本发明属于船舶工程装备技术领域，具体涉及一种乙烷运输船不可液化的高甲烷含量挥发气体处理系统。

背景技术：

天然气以其清洁、方便、高热值的特性成为替代煤炭、石油的新型能源，在全球能源消费结构中所占的比例越来越高。对天然气的需求不断增大，从而促进了对于页岩气的开采。乙烷作为页岩气开采过程中的附属产物，其产量也随着页岩气开采量的增长而大幅增加，目前乙烷价格低廉，在石化产业中，用来裂解乙烯具有巨大的成本优势。产量增加、需求旺盛，在供需关系的共同激励下，专门用于运输乙烷的大型船舶应运而生。

由于乙烷货物中含有一定量的甲烷，乙烷的沸点为-88.6℃，而甲烷沸点仅为-161.5℃。因此当外界热烈传递进货舱时，甲烷会更先一步气化。因此，尽管液态乙烷中甲烷含量较少（通常不超过0.8%mol），但在挥发气体中的含量却很高，可达到30%到50%。而现有的乙烷再液化装置无法液化如此高含量的甲烷气体。这部分气体被送往气体燃烧装置进行处理，由于燃烧不充分，存在甲烷逃逸的情况，造成对环境的破坏，同时气体燃烧装置的运行还需消耗大量的电能（风机）和燃料（柴油）。而甲烷作为一种清洁能源，就这样被消耗。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种乙烷运输船不可液化的高甲烷含量挥发气体处理系统，以克服现有技术中乙烷再液化装置无法液化高含量的甲烷气体，燃烧甲烷气体存在浪费资源和破坏环境的问题，本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种乙烷运输船不可液化的高甲烷含量挥发气体处理系统，该处理系统包括：货舱、第一气液分离器、货物压缩机、再液化装置、第二气液分离器、压力控制三通阀、高压压缩机、高压储气罐、后冷器、第一压力传感器、第二压力传感器、减压阀、调压阀、加热器；

货舱的顶部设置有挥发气收集管，挥发气收集管与第一气液分离器连接，第一气液分离器连接货物压缩机，货物压缩机连接再液化装置，再液化装置连接第二气液分离器，第二气液分离器底部连接货舱，第二气液分离器顶部连接压力控制三通阀，压力控制三通阀一路连接货舱，压力控制三通阀另一路连接高压压缩机，高压压缩机连接高压储气罐，后冷器分别与高压压缩机和高压储气罐连接，后冷器置于高压压缩机与高压储气罐之间的位置，第一压力传感器安装在第二气液分离器的顶部位置，第二压力传感器安装在高压压缩机上；

压力控制三通阀一端与减压阀相连，压力控制三通阀另一端与调压阀相连，调压阀与加热器相连。

进一步地，第一气液分离器底部连接有第一气液分离器回舱管路，第一气液分离器与第一气液分离器回舱管路中间位置设有第一止回阀，所述第一气液分离器回舱管路与货舱连接。

进一步地，减压阀连接有气体返回货舱管路，气体返回货舱管路与减压阀之间设有第二止回阀，第二气液分离器与货舱之间连接有第三止回阀和液化后乙烷回舱管路。

进一步地，高压储气罐为集装箱式模块化设计，四个高压储气罐安装在模块内，高压储气罐之间连接有高压软管，模块上设置有安全阀。

进一步地，第一止回阀、第二止回阀和第三止回阀均为摆式止回阀，且均为垂直安装。

进一步地，压力控制三通阀、减压阀、调压阀均为气动控制阀。

进一步地，乙烷运输船不可液化的高甲烷含量挥发气体的处理系统，所述加热器采用乙二醇水作为加热介质，安全阀为弹簧式安全阀。

进一步地，高压压缩机为常温、高压活塞式压缩机，采用防爆马达驱动，变频控制。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过设置在第二气液分离器顶部的压力传感器，监测第二气液分离器内的压力，在压力较低时（不可液化的气体量较少）。此时，通过控制三通阀，将第二气液分离器出口与减压阀连通，气体经过减压阀减压后（温度也相应降低），压力降至略高于货舱压力，在压差作用下，气体回流至货舱底部，以延长甲烷再次气化的时间。当第二气液分离器内压力升高，意味着大量的气体聚集，若继续回舱，大量的气体会对货舱内的货物起到加热的效果，从而导致蒸发量的急剧增加。此时，控制三通阀与调压阀连通，气体被引至加热器，加热升温后的气体，经高压压缩机升压后，储存在高压储气罐中。高压储气罐可定期在码头进行更换。

2、本发明系统构成简单，运行可靠，根据负荷变化，选取不同的处理流程，保证了系统的经济、高效；采用变频控制的高压压缩机，进一步提升了系统的经济性；利用减压阀、调压阀调节气体压力，通过安全阀实现对高压储气罐的保护，从而提升了系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的处理系统整体结构示意图。

图中，1、货舱；2、挥发气收集管路；3、第一气液分离器；4、第一止回阀；5、第一气液分离器回舱管路；6、货物压缩机；7、再液化装置；8、第二气液分离器；9、第一压力传感器；10、压力控制三通阀；11、减压阀；12、第二止回阀；13、气体返回货舱管路；14、调压阀；15、加热器；16、高压压缩机；17、后冷器；18、第二压力传感器；19、高压储气罐；20、安全阀；21、第三止回阀；22、液化后乙烷回舱管路；23、高压软管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：

一种乙烷运输船不可液化的高甲烷含量挥发气体处理系统，如图1所示，包括处理系统，处理系统包括：货舱1、第一气液分离器3、货物压缩机6、再液化装置7、第二气液分离器8、压力控制三通阀10、高压压缩机16、高压储气罐19、后冷器17、第一压力传感器9、第二压力传感器18、减压阀11、调压阀14、加热器15。

货舱1的顶部设置有挥发气收集管，挥发气收集管与第一气液分离器3连接，第一气液分离器3顶部连接货物压缩机6，第一气液分离器3底部连接有第一气液分离器回舱管路5，第一气液分离器3与第一气液分离器回舱管路5中间位置设有第一止回阀4，第一气液分离器回舱管路5与货舱1连接。

货物压缩机6连接再液化装置7，再液化装置7连接第二气液分离器8，第二气液分离器8底部连接货舱1，第二气液分离器8顶部连接压力控制三通阀10，压力控制三通阀10一路连接货舱1，压力控制三通阀10另一路连接高压压缩机16，高压压缩机16采用常温、高压活塞式压缩机，防爆马达驱动，变频控制。高压压缩机16连接高压储气罐19，高压储气罐19为集装箱式模块化设计，四个高压储气罐19安装在模块内，高压储气罐19之间连接有高压软管23，模块上设置有弹簧式安全阀20，防止高压储气罐19超压，如果高压储气罐19超压，则安全阀20打开释放压力从通风桅杆排出。后冷器17分别与高压压缩机16和高压储气罐19连接，后冷器17置于高压压缩机16与高压储气罐19之间的位置，第一压力传感器9安装在第二气液分离器8的顶部位置，第一压力传感器9用于监测第二气液分离器8内部的压力，压力控制三通阀10一端（o）连接第二气液分离器8的上端；第二压力传感器18安装在高压压缩机16上，第二压力传感器18根据监测到的高压压缩机16出口压力，变频控制高压压缩机16的转速，保证出口气体的压力保持在设定压力。第一止回阀4、第二止回阀12和第三止回阀21均为摆式止回阀，且均为垂直安装，防止介质回流。

压力控制三通阀10一端（a）与减压阀11相连，减压阀11连接有气体返回货舱管路13，气体返回货舱管路13与减压阀11之间设有第二止回阀12，第二气液分离器8与货舱1之间连接有第三止回阀21和液化后乙烷回舱管路22；压力控制三通阀10另一端（b）与调压阀14相连，调压阀14与加热器15相连，加热器15采用乙二醇水作为加热介质，防止由于气体温度过低，造成加热介质的冻结。后冷器17采用淡水作为冷却介质，将高压气体降至环境温度。压力控制三通阀10、减压阀11、调压阀14均为气动控制阀，气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机构正常工作的各类气动元件。控制和调节压缩空气压力的元件称为压力控制阀。

具体工作过程：

步骤1：货舱1中产生的挥发气体，由挥发气收集管收集后，进入第一气液分离器3，分离后的液体经第一止回阀4，由第一气液分离器回舱管路5返回货舱1。分离出的气体，经货物压缩机6加压后，进入再液化装置7，液化的乙烷和无法液化的气体混合物进入第二气液分离器8再次分离。

步骤2：第二气液分离器8分离的液体，经第三止回阀21，通过液化后乙烷回舱管路22，返回货舱1。第二气液分离器8上部汇集的气体，通过其顶部管路，由压力控制三通阀10引出。安装在第二气液分离器8顶部的第一压力传感器9，监测第二气液分离器8内部的压力，以控制压力控制三通阀10接通方向。

步骤3：当监测到第二气液分离器8内部压力较低时，压力控制三通阀10(o→a接通)，气体在压差作用下，经减压阀11减压后，由气体返回货舱管路13，返回货舱1的底部。

步骤4：当监测到第二气液分离器8内部压力较高时，压力控制三通阀10(o→b接通)，气体经过调压阀14，保证平稳的气流被送至加热器15加热到高压压缩机16所要求的进口温度，高压压缩机16出口设有第二压力传感器18监测气体出口压力，以控制高压压缩机16的转速。经加压的气体温度升高，需经后冷器17冷却后注入高压储气罐19。

步骤5：船舶在定期停靠码头时，可拆除高压快速连接软管，将高压储气罐19模块，整体拆除，更换新的模块，用于下一个航次储存无法液化的高甲烷气体。更换的模块内的气体(甲烷+乙烷)，可作为燃料供岸上使用。

本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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