在早期的LNG船舶中，蒸汽轮机作为主机，BOG常被用作双燃料锅炉的燃料，产生的蒸汽推动蒸汽轮机驱动船舶并发电。然而，这种方式的效率相对较低，能耗较高，船舶蒸发的BOG可以通过锅炉完全消耗。但近年来，随着LNG运输船逐渐配备双燃料发电机或低速二冲程主机，在非全速航行或待航工况下，BOG往往无法完全消耗，因此，BOG再液化装置的配置变得愈发普遍。
传统的BOG再液化装置通过压缩BOG并与冷剂制冷循环进行换热，将其冷凝为LNG后再节流，分离出的液相LNG产品被送回储舱内。这类技术，如市场上流行的TGE、EcoＲel、MAＲK系列液化工艺，已被广泛应用于Q－flex级和Q－Max级LNG运输船中。尽管这些再液化装置的能力超过5t/h，但设备相对复杂，需要与船用系统的BOG压缩机相匹配，且占用甲板面积较大。
对于船用装备而言，受船舶可用空间等因素的限制，工艺的紧凑性、可操作性和安全性等标准可能更为重要。因此，近年来，一种基于涡轮布雷顿制冷技术的深冷再液化工艺系统应运而生。该系统在可靠性、占用空间、安装调试以及维护费用等方面均表现出明显优势，受到了LNG运输船和移动加注船市场的广泛青睐，逐渐成为主流船用BOG再液化装置。
然而，热力效率作为BOG液化工艺选择的重要参数之一，仍然需要得到足够的关注。根据对现有再液化系统技术参数的研究，目前再液化装置的液化能耗在0.75～1kWh/kg之间，其中深冷式再液化装置的液化能耗甚至超过0.87kWh/kg。这意味着当前的再液化技术仍存在一定的能耗较高问题，具有较大的优化空间。
1 深冷再液化流程与参数优化分析
深冷再液化装置无需依赖额外的BOG处理系统，也无需对BOG气体进行压缩处理。该装置通过在船舱内部配置的小型LNG循环泵，将一部分LNG输送到甲板上部的再液化装置中。这些LNG在装置内经过深度冷却后，被送入LNG船舱内的喷淋管道，并直接喷入船舱内部。此过程中，LNG作为中间冷媒，通过与船舱内的气相BOG进行直接接触和热量交换，将BOG冷凝转化为LNG产品，从而有效地降低了船舱内的压力。
在制冷循环侧，透平压缩机被用来为冷剂进行增压处理。增压后的冷剂进入膨胀压缩一体机进行进一步的压缩，随后进入冷箱进行预冷。经过预冷的冷剂再进入膨胀机进行膨胀，膨胀后的冷剂再次返回冷箱中，为整个系统提供所需的冷量。这一液化工艺流程如图1所示，实现了高效、紧凑的BOG再液化处理。
TK1 － LNG 储舱，P1 － LNG 潜液泵，CB1 － 冷箱，TE1 － 透
平膨胀机，C1、C2 － 压缩机，E1 ～ E2 － 冷却器。
图 1 深冷船用 BOG 再液化工艺
图 2 高速膨胀压缩一体机结构
为了提升深冷再液化装置的可靠性并减少设备维护需求，该装置创新性地引入了磁悬浮轴承技术，这一技术有效避免了轴承的磨损问题，从而确保了装置的长久稳定运行。相较于传统膨胀压缩驱动电机，其转速远低于膨胀所需，往往需要借助变速箱进行连接，这不仅增大了液化装置的体积，还带来了额外的传动损失。
为了优化装置的外形尺寸并提升运行效率，深冷再液化装置摒弃了传统的变速箱连接方式，转而采用高速电机直接驱动。这一高速电机与压缩膨胀一体机实现了同轴安装，既简化了装置结构，又提高了整体运行效率。这一具体结构设计如图2所示，充分展示了深冷再液化装置在技术创新和性能优化方面的卓越表现。
在深冷再液化装置的设计中，采用磁悬浮轴承技术和高速电机直接驱动的创新方案，不仅提升了装置的可靠性和运行效率，还带来了多方面的积极影响。
首先，磁悬浮轴承技术的引入，不仅避免了传统轴承因摩擦和磨损而产生的故障，还显著降低了运行噪音和振动，为装置的稳定运行提供了有力保障。这一技术的应用，使得深冷再液化装置在长时间、高负荷的运行环境下，依然能够保持出色的性能和稳定性，延长了设备的使用寿命。
其次，通过取消变速箱连接方式，采用高速电机直接驱动与压缩膨胀一体机同轴安装的设计，不仅简化了装置结构，减少了部件数量和连接点，降低了故障率，还显著提高了整体运行效率。这一设计使得深冷再液化装置在能量转换和传递过程中减少了能量损失，提高了液化效率，从而降低了能耗和运行成本。
此外，这一创新方案还带来了装置尺寸的缩减和重量的减轻，这对于船舶这种对空间和重量要求极为严格的应用场景来说，无疑是一个巨大的优势。它使得深冷再液化装置能够更灵活地适应不同船型和尺寸的船舶，为LNG运输船和移动加注船等市场提供了更为高效、紧凑的解决方案。
2 总结
综上所述，深冷再液化装置采用磁悬浮轴承技术和高速电机直接驱动的创新设计，不仅提升了装置的可靠性和运行效率，还带来了结构简化、能耗降低、尺寸缩减和重量减轻等多方面的积极影响。这一创新方案无疑为LNG运输和加注领域的发展注入了新的活力，推动了行业的技术进步和产业升级。未来，随着技术的不断发展和完善，深冷再液化装置将在更多领域得到广泛应用，为能源行业的可持续发展贡献更多力量。
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