阅读说明：本技术 一种气相共管的安全防护系统及方法 (Gas-phase co-pipe safety protection system and method ) 是由 蒋春辉 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种气相共管的安全防护系统及方法,包括：LNG存储系统,所述LNG存储系统包括至少十组罐箱系统,所述罐箱系统包括存贮有LNG的LNG罐箱；主管路系统,所述主管路系统包括主介质管路；安全监控与控制系统,所述安全监控与控制系统包括控制器、第一压力传感器和第二压力传感器；所述控制器用于接收所述第一压力传感器和所述第二压力传感器发送的压力值数据并控制所述报警器的开启与关闭。这种气相共管的安全防护系统当某个LNG罐箱中的压力值大于预设值(如0.5 MPa)之后,报警器提示工作人员将该LNG罐箱与主介质管路接通,实现了气相共管。(The invention provides a gas-phase common-pipe safety protection system and a gas-phase common-pipe safety protection method, wherein the gas-phase common-pipe safety protection system comprises the following steps: an LNG storage system comprising at least ten sets of tank systems, the tank systems comprising LNG tanks storing LNG; a main piping system comprising a main media piping; the safety monitoring and control system comprises a controller, a first pressure sensor and a second pressure sensor; the controller is used for receiving the pressure value data sent by the first pressure sensor and the second pressure sensor and controlling the alarm to be turned on and off. After the pressure value in a certain LNG tank is larger than a preset value (such as 0.5 MPa), the alarm prompts a worker to connect the LNG tank with the main medium pipeline, so that gas-phase common management is realized.)

一种气相共管的安全防护系统及方法

技术领域

本发明涉及BOG防护系统领域，尤其涉及一种气相共管的安全防护系统及方法。

背景技术

在液化天然气（LNG：Liquefied Natural Gas)储存、运输、卸载及加注过程中不可避免地从外界吸收热量产生蒸发气体（BOG：Boiling of Gas）。BOG的产生导致LNG储罐内的压力快速升高，当压力超过许用工作压力时，LNG储罐安全保护装置开启，对BOG进行排放、减压，排放到外部空气中的BOG容易造成严重的安全隐患，而在具有多个LNG罐箱的场合，如LNG运输船或者堆场中，这种安全隐患的问题尤为严重。

因此，有必要对现有的技术进行改进。

发明内容

本发明解决的问题是：当LNG罐箱超压时，直接将BOG排出到外部空间会造成严重的安全隐患的问题。本发明提供一种气相共管的安全防护系统及方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气相共管的安全防护系统，包括：

LNG存储系统，所述LNG存储系统包括至少十组罐箱系统，所述罐箱系统包括存贮有LNG的LNG罐箱；第一母接头通过第一连接管与所述LNG罐箱内部的BOG气相空间连接；所述LNG罐箱上设置有报警器；所述第一连接管上安装有第一手动截止阀；

主管路系统，所述主管路系统包括主介质管路和多个与所述第一母接头相匹配的第一公接头，每个所述第一公接头均通过一根第二连接软管与所述主介质管路连接；当所述第一母接头与所述第一公接头插合时，相应的第一连接管和第二连接软管接通；

安全监控与控制系统，所述安全监控与控制系统包括控制器、第一压力传感器和第二压力传感器；

所述第一压力传感器用于检测所述LNG罐箱内BOG气相空间的压力值；所述第二压力传感器用于检测所述主介质管路中BOG的压力值；

所述控制器用于接收所述第一压力传感器和所述第二压力传感器发送的压力值数据并控制所述报警器的开启与关闭。

作为优选，还包括BOG再液化回收系统，所述BOG再液化回收系统包括回热式制冷机，所述回热式制冷机包括低温换热器；第二介质管路连接于所述低温换热器的入口与所述主介质管路之间；所述第二介质管路与所述主介质管路的连接处位于所述主介质管路的第一端部与第二端部之间；所述第二介质管路上安装有第二气动调节阀，所述控制器控制所述回热式制冷机和所述第二气动调节阀的开启或者关闭。

作为优选，还包括再液化BOG存储系统，所述再液化BOG存储系统包括喷淋头和储液罐，所述喷淋头设于所述储液罐内且位于所述储液罐的顶部，所述喷淋头具有伸出所述储液罐的进口；第三介质管路连接于所述喷淋头的进口与所述低温换热器的出口之间。

作为优选，还包括天然气动力系统，所述天然气动力系统包括燃烧系统与冷量回收装置；所述燃烧系统用于燃烧BOG以推动燃气轮机运行；第一介质管路连接于所述燃烧系统的入口与所述主介质管路的第一端部之间；所述主介质管路上设有第一气动调节阀，所述第一气动调节阀靠近所述主介质管路的第一端部；所述控制器控制所述第一气动调节阀的开启或关闭；

所述冷量回收装置为具有多个入口和多个出口的热交换器，所述热交换器通过不同的入口和出口安装于第一介质管路、内燃气轮机空气管路、罐箱运输船冷风系统管路和燃气轮机排气与循环冷却水管路中。

作为优选，还包括桅杆点燃系统，所述桅杆点燃系统包括安全阀、桅杆排气管和点火器，所述主介质管路的第二端部连接至所述桅杆排气管的入口，所述桅杆排气管的出口与外界连通；所述点火器设置于所述桅杆排气管的出口处；所述安全阀设置在所述主介质管路的第二端部；所述控制器控制所述点火器的点火。

作为优选，所述安全监控与控制系统还包括第三压力传感器，所述第三压力传感器用于检测所述储液罐内部的BOG气相空间的压力值；

第四介质管路连接于所述储液管内部的BOG气相空间与所述第一介质管路；所述第四介质管路上安装有第三气动调节阀；

所述控制器控制所述第三气动调节阀的开启与关闭。

作为优选，还包括第五介质管路，所述第五介质管路的第一端部与所述储液罐内的液相空间连接，第二端部与所述储液罐内的BOG气相空间连接，以及所述第五介质管路至少有一部分位于所述储液罐的外部；

所述第五介质管路上安装有第一气动截止阀和自增压换热盘管，第一气动截止阀和所述自增压换热盘管均位于所述储液罐的外部，并且所述第一气动截止阀相对于所述自增压换热盘管更靠近所述第五介质管路的第一端部；

出液管路，所述出液管路的一端与所述储液罐内的液相空间相连接，所述出液管路上安装有第二气动截止阀；

所述安全监控与控制系统还包括液位传感器，所述液位传感器用于检测所述储液罐内的LNG的液位高度；

所述安全监控与控制系统用于控制所述第一气动截止阀和所述第二气动截止阀的开启与关闭。

本发明还提供了一种基于如上所说的气相共管的安全防护系统的气相共管的安全防护方法，具体包括如下步骤：

S1：当所述第一压力传感器检测到所述LNG罐箱内BOG气相空间的压力值大于第一预定值时，所述控制器控制所述报警器开启，人工将所述第一公接头与所述第一母接头插合，并打开第一手动截止阀；所述LNG罐箱内的BOG进入所述主介质管路；

S2：当所述第二压力传感器检测到的压力值大于第二预定值时，所述控制器打开所述第二气动调节阀，主介质管路中的BOG流入所述BOG再液化回收系统；

BOG流入所述BOG再液化回收系统后，所述控制器打开所述回热式制冷机进行制冷，BOG流经所述低温换热器后被液化成LNG并通过所述喷淋头喷洒到所述储液罐内；

S3：当所述主介质管路中的压力值大于第四预定值的时候，所述安全阀自动打开，所述主介质管路中的BOG流入所述桅杆点燃系统；

BOG流入所述桅杆点燃系统后，所述控制器控制所述点火器开启，点燃所述桅杆排气管出口处的BOG。

作为优选，在S1和S2之间还包括S11：所述控制器控制所述第一气动调节阀开启，主介质管路中的BOG流入所述天然气动力系统；

在S2和S3之间还包括S21：当所述第二压力传感器与所述第三压力传感器之间的差值小于第三预定值的时候，所述控制器控制所述第三气动调节阀开启，将所述储液罐中的BOG导入所述天然气动力系统；

BOG流入所述天然气动力系统后，BOG先经冷量回收装置进行换热，而后流入所述燃烧系统燃烧，推动燃气轮机运行；在所述冷量回收装置中，所述第一介质管路内的BOG与内燃气轮机空气管路、罐箱运输船冷风系统管路和燃气轮机排气与循环冷却水管路进行热交换。

作为优选，在S3后还包括S4：当所述液位传感器检测到所述储液罐内的LNG的液位高度达到第五预定值的时候，所述控制器控制所述回热式制冷机、第二气动调节阀和第三气动调节阀关闭，并控制所述第一气动截止阀和所述第二气动截止阀开启；所述储液罐内的LNG通过出液管路流出所述储液罐进行长期存贮。

本发明的有益效果是，当某个LNG罐箱中的压力值大于预设值（如0.5 MPa）之后，报警器启动提示工作人员将该LNG罐箱与主介质管路接通，实现气相共管，并通过天然气动力系统、BOG再液化回收系统和桅杆点燃系统的三重安全防护，保证LNG的存储和运输安全，实现BOG的最大程度利用与回收，降低对大气环境的污染。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种气相共管的安全防护系统的结构示意图。

图中1、LNG存储系统，101、LNG罐箱，102、第一母接头，103、第一连接管，104、第一手动截止阀，2、天然气动力系统，201、燃烧系统，202、冷量回收装置，203、燃气轮机空气管路，204、罐箱运输船冷风系统管路，205、燃气轮机排气与循环冷却水管路，206、第一介质管路，3、BOG再液化回收系统，301、回热式制冷机，302、低温换热器，303、第三手动截止阀，304、第二手动截止阀，305、第二气动调节阀，306、第三介质管路，307、第二介质管路，4、安全监控与控制系统，401、第一压力传感器，402、第二压力传感器，403、控制器，404、报警器，405、第三压力传感器，406、液位传感器，5、再液化BOG储存系统，501、喷淋头，502、储液罐，503第三气动调节阀，504、第四介质管路，505、自增压换热盘管，506、第一气动截止阀，507、出液管路，508、第二气动截止阀，509、第五介质管路，6、主管路系统，601、主介质管路，602、第一公接头，603、第二连接软管，604、第一气动调节阀，7、桅杆点燃系统，701、安全阀，702、桅杆排气管，703、点火器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明提供了一种气相共管的安全防护系统，包括：

LNG存储系统1，LNG存储系统1包括至少十组罐箱系统，罐箱系统包括存贮有LNG的LNG罐箱101。第一母接头102通过第一连接管103与LNG罐箱101内部的BOG气相空间连接。LNG罐箱101上设置有报警器404，具体的，报警器404为声光报警器。第一连接管103上安装有第一手动截止阀104。

主管路系统6，主管路系统6包括主介质管路601和多个与第一母接头102相匹配的第一公接头602，每个第一公接头602均通过一根第二连接软管603与主介质管路601连接。当第一母接头102与第一公接头602插合时，相应的第一连接管103和第二连接软管603接通。在具体的实施例中，第一母接头102为Bayonet低温接头母头，第一公接头602为Bayonet低温接头公头。每个LNG罐箱101都能够通过Bayonet低温接头接入主介质管路601，实现多个LNG罐箱101内BOG的气相共管。第一手动截止阀104关闭时，保证了LNG罐箱101内的气体不会泄露，提高了安全性。

安全监控与控制系统4，安全监控与控制系统4包括控制器403、第一压力传感器401和第二压力传感器402。

第一压力传感器401用于检测LNG罐箱101内BOG气相空间的压力值；第二压力传感器402用于检测主介质管路601中BOG的压力值。

控制器403用于接收第一压力传感器401和第二压力传感器402发送的压力值数据并控制声光报警器404的开启与关闭。

BOG再液化回收系统3包括回热式制冷机301，回热式制冷机301中包括有低温换热器302。第二介质管路307连接于低温换热器302的入口与主介质管路601之间。第二介质管路307与主介质管路601的连接处位于主介质管路601的第一端部与第二端部之间。第二介质管路307上安装有第二气动调节阀305，控制器403控制回热式制冷机301和第二气动调节阀305的开启与关闭。需要说明的是，再液化回收系统可以有一组或者多组。

在此实施例中，第二介质管路307上安装有第二手动截止阀304，第三介质管路306上安装有第三手动截止阀303。当再液化回收系统不需要工作或者需要维修、更换时，关闭再液化回收系统中的第二手动截止阀304和第三手动截止阀303，保证安全。

再液化BOG储存系统5，再液化BOG存储系统包括喷淋头501和储液罐502，喷淋头501设于储液罐502内且位于储液罐502的顶部，喷淋头501具有伸出储液罐502的进口。第三介质管路306连接于喷淋头501的进口与低温换热器302的出口之间。BOG沿第二介质管路307流入低温换热器302并吸收冷量，温度逐渐降低，直至液化成LNG。LNG汇聚进入第三介质管路306后流至喷淋头501，喷淋头501将LNG分散、喷洒进入储液罐502，LNG在下落过程中与储液罐502内BOG进行换热，降低气体温度，且储液罐502内的BOG部分被二次液化，实现降低储液罐502内BOG气相空间压力的目的。

根据另外的实施例，这种气相共管的安全防护系统还包括天然气动力系统2，天然气动力系统2包括燃烧系统201与冷量回收装置202。燃烧系统201用于燃烧BOG以推动燃气轮机运行。第一介质管路206连接于燃烧系统201的入口与主介质管路601的第一端部之间。

冷量回收装置202用于实现第一介质管路206与内燃气轮机空气管路203、罐箱运输船冷风系统管路204和燃气轮机排气与循环冷却水管路205换热。主介质管路601上设有第一气动调节阀604，第一气动调节阀604靠近主介质管路601的第一端部，控制器403控制第一气动调节阀604的开启或关闭。冷量回收装置202用来回收BOG中的冷量，并用于降低燃气轮机组的空气进口温度，冷却燃气轮机的排气温度和循环冷却水系统，提高机组的效率，并可向罐箱运输船的冷风系统提供冷量，避免做功制冷而消耗大量的能源。具体地，冷量回收装置202为具有多个入口和多个出口的热交换器。冷量回收装置202通过不同的入口和出口安装于第一介质管路206、内燃气轮机空气管路203、罐箱运输船冷风系统管路204和燃气轮机排气与循环冷却水管路205中。

根据另外的实施例，安全监控与控制系统4还包括第三压力传感器405，第三压力传感器405用于检测储液罐502内部的BOG气相空间的压力值。第四介质管路504连接于储液管内部的BOG气相空间与第一介质管路206。第四介质管路504上安装有第三气动调节阀503。控制器403控制第三气动调节阀503的开启与关闭。

当第三调节阀开启后，储液罐502内的BOG经过第四介质管路504流入第一介质管路206后，进入天然气动力系统2燃烧使用。

根据另外的实施例，这种气相共管的安全防护系统还包括：第五介质管路509，第五介质管路509的第一端部与储液罐502内的液相空间连接，第二端部与储液罐502内的BOG气相空间连接，以及第五介质管路509至少有一部分位于储液罐502的外部。

第五介质管路509上安装有第一气动截止阀506和自增压换热盘管505，第一气动截止阀506和自增压换热盘管505均位于储液罐502的外部，并且第一气动截止阀506相对于自增压换热盘管505更靠近第五介质管路509的第一端部。

出液管路507，出液管路507的一端与储液罐502内的液相空间相连接，另一端连通至能够长期存贮LNG的容器（如液化气罐）中。出液管路507上安装有第二气动截止阀508。

安全监控与控制系统4还包括液位传感器406，液位传感器406用于检测储液罐502内的LNG的液位高度。

安全监控与控制系统4用于控制第一气动截止阀506和第二气动截止阀508的开启与关闭。

当液位传感器406探测到储液罐502内的LNG达到预定值后，控制器403控制回热式制冷机301、第二气动调节阀305和第三气动调节阀503关闭并控制第一气动截止阀506和第二气动截止阀508开启。储液罐502中的LNG流入第五介质管路509中，经过自增压换热盘管505接收到热量后汽化，被汽化后的LNG流入储液罐502的气相空间中，使得储液罐502内的压力增大，储液罐502内的LNG被经过出液管路507被压送至能够装LNG的容器（如液化气罐）中进行长期存贮。

根据另外的实施例，这种气相共管的安全防护系统还包括桅杆点燃系统7，桅杆点燃系统7包括安全阀701、桅杆排气管702和点火器703，主介质管路601的第二端部连接至桅杆排气管702的入口，桅杆排气管702的出口与外界连通。点火器703设置于桅杆排气管702的出口处。安全阀701设置在主介质管路601的第二端部设置。控制器403控制点火器703的点火。

当主介质管路601中的压力大于安全阀701的设定值时，安全阀701自动打开，主介质管路601中的BOG流入桅杆排气管702，被设置于桅杆排气管702出口处的点火器703点燃后排出。

这种气相共管的安全防护系统当某个LNG罐箱101中的压力值大于预设值（如0.5MPa）之后，报警器404提示工作人员将该LNG罐箱101与主介质管路601接通，实现了气相共管，气相共管之后，能够将主介质管路601中的BOG引出进行处置，确保了对BOG进行安全的防护。

这种气相共管的安全防护系统能够应用于LNG罐箱101的运输船或者堆放LNG罐箱101的堆场。

这种气相共管的安全防护系统具有三重安全防护功能，当LNG罐箱101压力高于0.5 MPa之后，LNG罐箱101的气相空间与主介质管路601连通，实现气相共管。先将主介质管路601中的BOG引入天然气动力系统2，作为燃料燃烧；当天然气动力系统2无法消纳时，将BOG再液化回收系统3将BOG液化，当主介质管路601中的BOG超压时，主介质管路601中的BOG通进入桅杆点燃系统7点燃排放，确保整个系统的安全。

本发明还提供了一种基于如上所说的气相共管的安全防护系统的气相共管的安全防护方法，具体包括如下步骤：

S1：当第一压力传感器401检测到LNG罐箱101内BOG气相空间的压力值大于第一预定值（譬如0.5MPa）时，控制器403控制报警器404开启，人工将第一公接头602与第一母接头102插合，并打开第一手动截止阀104， LNG罐箱101内的BOG进入主介质管路601。

S2：当第二压力传感器402检测到的压力值大于第二预定值时，控制器403打开第二气动调节阀305，主介质管路601中的BOG流入BOG再液化回收系统3。

BOG流入BOG再液化回收系统3后，控制器403打开回热式制冷机301进行制冷，BOG流经低温换热器302后被液化成LNG并通过喷淋头501喷洒到储液罐502内。

S3：当主介质管路601中的压力值大于第四预定值的时候，安全阀701自动打开，主介质管路601中的BOG流入桅杆点燃系统7。当BOG流入桅杆点燃系统7后，控制器403控制点火器703开启，点燃桅杆排气管702的出口处的BOG。

根据另外的实施例，在S1和S2之间还包括S11：控制器403控制第一气动调节阀604开启，主介质管路601中的BOG流入天然气动力系统2。

在S2和S3之间还包括S21：当第二压力传感器402与第三压力传感器405之间的差值小于第三预定值的时候，控制器403控制第三气动调节阀503开启，将储液罐502中的BOG导入天然气动力系统2。

BOG流入天然气动力系统2后， BOG先经过冷量回收装置202进行换热，而后流入燃烧系统201燃烧，推动燃气轮机运行；在冷量回收装置202中，第一介质管路206内的BOG与内燃气轮机空气管路203、罐箱运输船冷风系统管路204和燃气轮机排气与循环冷却水管路205进行热交换。

根据另外的实施例，在S3后还包括S4：当液位传感器406检测到储液罐502内的LNG的液位高度达到第五预定值的时候，控制器403控制回热式制冷机301、第二气动调节阀305和第三气动调节阀503关闭并控制第一气动截止阀506和第二气动截止阀508开启；储液罐502内的LNG通过出液管路507流出储液罐502进行长期存贮。

这种气相共管的安全防护方法运用于LNG运输船时，当LNG罐箱101压力高于0.5MPa之后，LNG罐箱101的气相空间与主介质管路601连通，实现气相共管。先将主介质管路601中的BOG引入天然气动力系统2，作为燃料燃烧，当天然气动力系统2无法消纳时，启动BOG再液化回收系统3对BOG进行液化后回收，当主介质管路601中的BOG超压时，安全阀701自动起跳，将主介质管路601中的BOG通过桅杆点燃系统7进行点燃泄压，确保整个系统的安全。

这种气相共管的安全防护方法运用于堆场时，则整个装置没有天然气动力系统2，在气相共管之后，主介质管路601中的BOG优先被再液化系统液化后回收，当主介质管路601中的BOG超压时，安全阀701自动起跳，将主介质管路601中的BOG通过燃烧点燃系统进行点燃泄压。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。