一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置及方法与流程

本发明属于液化天然气加气领域，尤其涉及一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置及方法。

背景技术：

目前LNG加气装置有两种类型，一种是利用LNG泵从LNG储罐中抽取LNG（液化天然气）液体，经泵增压后给LNG气瓶加气；另一种是利用增压器增加LNG储罐压力，利用LNG储罐和LNG气瓶的压力差加气。两种方式的加气装置都只有一个LNG储罐。

前一种方式有一个低压LNG储罐，储罐外边设置了一个低温潜液泵和泵池，通过设置在泵池内的低温泵给LNG增压，但是，加气前都需要LNG液体先流入泵池，也就是对泵池预冷并进液，每次预冷都会产生BOG（液化天然气挥发气体），造成BOG产生较多，并且因为使用的低压储罐，所以预冷的BOG回到LNG储罐后，为了避免造成储罐压力升高而排放掉BOG气体。BOG的排放会造成安全隐患；并且这种方式整体系统复杂，成本较高。

后一种方式是使用增压器给LNG储罐增压，这种方式常应用于LNG加气车，由于需要较高的压力才能加气，因此罐体为了承受更高的压力，不锈钢内罐就需要更厚的材料，造成装置笨重；这种方式常见于小型无泵加气车，应用于大型加气车很不经济，也无法满足公路运输需要，这种方式的加气车需要通过其他车辆向其补充液体，由于压力高，造成补充液体时排放也比较多，因此不能大量投入生产和使用。同时，这种方式增压时，向LNG储罐里输入了热量，其不利于加气进行，甚至罐内液体少的时候，由于液体温度升高，给气瓶加气时，气瓶压力也迅速升高，造成加气困难，这种加气车适用于距离LNG厂比较近、加气量不大的应急加气车使用。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置及方法的技术方案，降低LNG加气装置的制造复杂性，实现LNG加气装置在为气瓶加气操作和卸车操作中无BOG气体排放。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置，包括LNG储罐（2）、加气枪（15）、回气枪（25）和压缩装置（40）；所述带有高压加气罐的无排放LNG加气装置设有一个高压加气罐（3）；所述LNG储罐和所述高压加气罐分别设有液相接口和气相接口，所述LNG储罐的气相接口通过管道连接所述高压加气罐的气相接口，所述LNG储罐的液相接口通过管道连接所述高压加气罐的液相接口，所述高压加气罐的液相接口连接所述加气枪，所述高压加气罐的气相接口通过所述压缩装置连接所述回气枪。

更进一步，其特征在于，所述压缩装置是双向低温压缩装置，所述双向低温压缩装置设有A接口（4a）和B接口（4b），所述双向低温压缩装置是介质从A接口输入B接口输出或介质从B接口输入A接口输出的压缩装置；

所述LNG储罐设有气相接口（2a）和液相接口（2b），所述高压加气罐设有气相接口（3a）和液相接口（3b）；所述LNG储罐的气相接口和所述高压加气罐的气相接口通过设有第一控制阀（5）的管道连通，所述LNG储罐的液相接口和所述高压加气罐的液相接口通过设有第二控制阀（6）的管道连通；所述高压加气罐的气相接口通过设有第三控制阀（17）的管道连通所述双向低温压缩装置的A接口；所述LNG储罐的气相接口还通过设有第四控制阀（19）的管道连接所述双向低温压缩装置的B接口，所述回气枪通过管道连接所述双向低温压缩装置的B接口；所述加气枪通过设有加气控制阀（13）的管道连接所述高压加气罐的液相接口。

更进一步，所述高压加气罐设有回气下进液口（3c），所述回气液相接口，通过设有第一单向阀（18）的管道连通所述双向低温压缩装置的A接口。

更进一步，所述LNG储罐的气相接口通过设有第二单向阀（20）的管道连接所述双向低温压缩装置的B接口。

更进一步，所述LNG储罐的液相接口通过设有第五控制阀（16）的管道连接所述高压加气罐的气相接口。

更进一步，所述LNG储罐的容积不小于所述高压加气罐容积的2倍；所述LNG储罐的工作压力为0.5MPa～0.8MPa，所述高压加气罐的工作压力为1.2MPa～1.6MPa。

更进一步，在连接所述回气枪的管道上设有气体流量计（21），在连接所述加气枪的管道上设有液体流量计（12）；在连接所述回气枪的管道上设有压力传感器（44），在连接所述加气枪的管道上设有压力传感器（45）。

更进一步，所述LNG储罐和高压加气罐安装在一个真空外罐体（1）中。

更进一步，所述带有高压加气罐的无排放LNG加气装置设有一个或多个LNG储罐，所述多个LNG储罐之间的气相接口互相连通，所述个LNG储罐之间的液相接口互相连通。

一种带有高压加气罐的无排放LNG加气方法，所述方法是权利要求1至9中的任何一项所述装置的操作方法，所述方法包括为LNG气瓶加注LNG的方法；所述加气方法包括：

所述加气枪连接所述LNG气瓶的加气口，所述回气枪连接所述LNG气瓶的BOG排放口；

双向低温压缩装置抽取LNG储罐和LNG气瓶中的BOG气体,加压输送到高压加气罐中；包括：开启第三控制阀（17），其它控制阀门均处于关闭状态；启动双向低温压缩装置的压缩机（24），调整换向阀（23），双向低温压缩装置使介质从B接口输入、A接口输出，使LNG气瓶中的压力降低、高压加气罐中的压力升高；

当高压加气罐中的压力大于LNG气瓶压力时，加液控制阀（13）开启，高压加气罐中的LNG液体通过加液阀和加气枪加入LNG气瓶；

当高压加气罐中的压力升高至接近工作压力时，关闭第三控制阀（17），使由双向低温压缩装置A接口输出的BOG气体通过第一单向阀（18）和高压加气罐的回气下进液口进入高压加气罐的液相空间；

高压加气罐中的压力通过设置在连接加气枪管道上的压力传感器（45）获得，LNG气瓶的压力通过设置在连接回气枪管道上的压力传感器（44）获得。

本发明的有益效果是：采用LNG储罐存储LNG，高压加气罐为LNG气瓶加液，减轻了储罐的重量，提高了储罐的容量，降低了制造成本；采用双向低温压缩装置压缩BOG气体，加液和卸车过程无BOG排放；被双向低温压缩装置压缩后的BOG气体通过低温LNG返回高压加气罐，有助于BOG的液化回收，实现了环保、节能的操作。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1是本发明结构图，采用一个LNG储罐；

图2是本发明采用两个LNG储罐的结构图；

图3是本发明采用的双向低温压缩装置结构图；

图4是本发明加气操作图，进行预备加压的过程；

图5是本发明加气操作图，进行加气操作的过程；

图6是本发明倒罐操作图，进行LNG储罐和高压加气罐平衡压力的过程；

图7是本发明倒罐操作图，进行LNG储罐向高压加气罐注入LNG的过程；

图8是本发明卸车操作图；

图9是本发明应用于LNG加气车的示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1，一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置，包括LNG储罐（2）、加气枪（15）、回气枪（25）、双向低温压缩装置（40）；LNG储罐（2）设置在真空外罐体（1）内，在真空外罐体内还设有一个高压加气罐（3）。LNG储罐用于存储LNG，高压加气罐用于通过加压方式给LNG气瓶加气。

本实施例的加气装置安装在一个储量60立方米的LNG加气站内。

LNG储罐是容积为40立方米的不锈钢罐体，LNG储罐的工作压力为0.6MPa，设计耐压0.78MPa。LNG储罐设有气相接口（2a）和液相接口（2b）。气相接口连通LNG储罐上部的BOG气体，液相接口在下部连通LNG储罐内的LNG液体。LNG储罐还设有LNG装卸阀门（4）。

高压加气罐是容积为20立方米的不锈钢罐体，高压加气罐的工作压力为1.5MPa，设计耐压1.68 MPa。高压加气罐设有气相接口（3a）、液相接口（3b）和回气下进液口（3c），气相接口连通高压加气罐上部的BOG气体，液相接口和回气下进液口在下部连通高压加气罐内的LNG液体。

LNG储罐的容积是高压加气罐容积的2倍。

如图3双向低温压缩装置包括冷交换器（22）、换向阀（23）、压缩机（24）；冷交换器设有A接口（41）、B接口（42）；换向阀设有四个接口，压缩机的输入端和输出端分别连接换向阀的一个接口，换向阀的另外两个接口分别连接冷交换器与A接口连通的接口和与B接口连通的接口。切换换向阀，双向低温压缩装置实现对介质的双向加压输出。冷交换器是用于冷能置换的热交换器，本实施例中，冷交换器是一台管式热交换器。经过压缩机压缩后的BOG会发热升温，压缩机输出的高温BOG在冷交换器中与输入的低温BOG进行热交换，降低了温度，有利于被重新液态化。

LNG储罐的气相接口和高压加气罐的气相接口通过设有第一控制阀（5）的管道连通，LNG储罐的液相接口和高压加气罐的液相接口通过设有第二控制阀（6）的管道连通。

高压加气罐的回气下进液口通过设有第一单向阀（18）的管道连通双向低温压缩装置的A接口，单向阀使介质从双向低温压缩装置的A接口流向高压加气罐，高压加气罐的气相接口通过设有第三控制阀（17）的管道连通双向低温压缩装置的A接口。

LNG储罐的气相接口通过设有第二单向阀（20）的管道连接所述双向低温压缩装置的B接口，单向阀使介质从LNG储罐的气相接口流向双向低温压缩装置的B接口，LNG储罐的气相接口还通过设有第四控制阀（19）的管道连接所述双向低温压缩装置的B接口。

回气枪通过管道连接所述双向低温压缩装置的B接口，在连接回气枪的管道上设有气体流量计（21）、止回阀（43）和压力传感器（44），止回阀防止介质流向回气枪。

加气枪通过设有加液控制阀（13）的管道连接所述高压加气罐的液相接口，在连接加气枪的管道上设有液体流量计（12）和压力传感器（45），在一条与加液控制阀并行的管路上设有一只单向阀（14），单向阀使介质从加气枪流向高压加气罐的方向。

LNG储罐的液相接口通过设有第五控制阀（16）的管道连接高压加气罐的气相接口，第五控制阀也连接第三控制阀。

本实施例的加气装置在为LNG气瓶加注LNG的方法是：

加气枪连接LNG气瓶的加气口，回气枪连接所述LNG气瓶的BOG排放口。

如图4所示，进行预备加压。双向低温压缩装置抽取LNG储罐和LNG气瓶中的BOG气体,加压输送到高压加气罐中。具体的操作方法包括：开启第三控制阀（17），其它控制阀门均处于关闭状态。启动双向低温压缩装置的压缩机（24），调整换向阀（23），双向低温压缩装置使介质从B接口输入、A接口输出。LNG储罐中的BOG气体通过LNG储罐的气相接口、第二单向阀（20）进入双向低温压缩装置的B接口，LNG气瓶中的BOG气体通过回气枪（25）进入双向低温压缩装置的B接口，双向低温压缩装置使从B接口输入的BOG气体加压后由A接口输出，加压后的BOG气体通过第三控制阀和高压加气罐的气相接口进入高压加气罐。此过程使LNG气瓶中的压力降低、高压加气罐中的压力升高。

如图5所示，当高压加气罐中的压力大于LNG气瓶压力时（本实施例控制在0.05Mpa），加液控制阀（13）开启，高压加气罐中的LNG液体通过加液阀和加气枪加入LNG气瓶。当高压加气罐中的压力升高至接近工作压力（本实施例控制在1.48MPa）时，关闭第三控制阀（17），使由双向低温压缩装置A接口输出的BOG气体通过第一单向阀（18）和高压加气罐的回气下进液口进入高压加气罐的液相空间。这时，BOG气体进入储罐液体中被再次液化以完成BOG回收，并控制了高压加气罐中的压力，使其不高于工作压力。

加气结束后，关闭加液控制阀，加液控制阀和加气枪之间的液体通过单向阀（14）回流到高压加气罐内，避免软管内的液体膨胀超压损坏加气软管和加气枪。

通常情况下，双向低温压缩装置只通过回气枪抽取LNG气瓶中的BOG气体即可进行加气，通过第二单向阀抽取LNG储罐中的BOG，可稳定BOG的压力，当气瓶的压力过低时，LNG储罐中的BOG进行补充，避免双向低温压缩装置出现工作不稳定的现象。

加气方法回收了从LNG气瓶中排出的BOG气体，BOG气体通过回气下进液口进入高压加气罐，可使BOG气体与高压加气罐中的低温LNG液体混合，在高压、低温条件下更有助于BOG气体重新转变为LNG液体。更进一步，BOG被液化后，可降低LNG储罐、高压储罐和LNG气瓶的压力，避免因压力过高而排放BOG。

高压加气罐中的压力通过设置在连接加气枪管道上的压力传感器（45）获得，LNG气瓶的压力通过设置在连接回气枪管道上的压力传感器（44）获得。

连接加气枪管道上的液体流量计（12）计量加入LNG气瓶中的LNG液体，连接回气枪管道上的气体流量计（21）计量从LNG气瓶中排出的BOG气体，可用于加气的综合计量和计价。

如图6、图7，当高压加气罐中的LNG液体存量少于充满容量的五分之一时，需要进行倒罐操作。

倒罐方法的步骤包括：

使加气装置处于非加气状态。关闭加液控制阀，断开加气枪和回气枪与LNG气瓶的连接，同时使其它控制阀门处于关闭状态。

如图6所示，平衡LNG储罐和高压加气罐中的压力。开启第五控制阀（16），由于高压加气罐中的压力高于LNG储罐的压力，高压加气罐中的BOG气体通过高压加气罐的气相接口、第五控制阀、LNG储罐的液相接口进入LNG储罐的液相空间，使LNG储罐与高压加气罐中的压力平衡。在压力平衡过程中，高压加气罐中的压力被降低，由于LNG储罐的容积远大于高压加气罐的容积，因此平衡压力后LNG储罐的压力不会超过其工作压力的上限0.8MPa。高压加气罐中的BOG气体通过LNG储罐的液相接口进入LNG储罐的液相空间，可使BOG气体与LNG储罐中的低温LNG液体混合，有助于BOG气体重新转变为LNG液体。

如图7所述，将LNG储罐中的LNG液体注入高压加气罐。关闭第五控制阀，开启第二控制阀（6）、第三控制阀(17)和第四控制阀（19）。启动双向低温压缩装置的压缩机（24），调整换向阀（23），双向低温压缩装置使介质从A接口输入、B接口输出。高压加气罐中的BOG气体从高压加气罐的气相接口通过第三控制阀输送到双向低温压缩装置的A接口，双向低温压缩装置使从A接口输入的BOG气体加压后由B接口输出，从双向低温压缩装置B接口输出的BOG气体通过第四控制阀由LNG储罐的气相接口进入LNG储罐的液相空间，使LNG储罐内的压力升高，LNG储罐内的LNG液体从LNG储罐的液相接口输出、通过第二控制阀由高压加气罐的液相接口进入高压加气罐。

如图8，加气装置的卸车操作方法，卸车方法是向LNG储罐和高压加气罐中补充LNG的方法。

卸车方法包括：

开启第一控制阀（5），使LNG储罐的气相接口和高压加气罐的气相接口连通。

开启第二控制阀（6），使LNG储罐的液相接口和高压加气罐的液相接口连通。

关闭其他控制阀门。

将LNG储罐的LNG装卸阀门（4）与LNG源连通。

开启LNG装卸阀门，向LNG储罐中注入LNG液体，使LNG储罐和高压加气罐中的LNG液体达到充满状态。

实施例二：

一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置，本实施例是实施例一的一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置的结构扩充。

如图2，本实施例中，带有高压加气罐的无排放LNG加气装置设有两个LNG储罐2，两个LNG储罐之间的气相接口互相连通，两个LNG储罐之间的液相接口互相连通。两个LNG储罐都是储量为60立方米的不锈钢罐体。

实施例三：

如图9，一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置，本实施例是一种LNG加气车，采用实施例一的一种带有高压加气罐的无排放LNG加气装置。

本实施例中，LNG储罐是容积为47立方米的不锈钢罐体，高压加气罐是容积为5立方米的不锈钢罐体。