СИСТЕМА ОБРАБОТКИ СЖИЖЕННОГО ГАЗА ДЛЯ СУДНА
LIQUEFIED GAS PROCESSING SYSTEM FOR SHIP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе обработки сжиженного газа для судна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последнее время потребление сжиженного газа, такого как сжиженный природный газ (LNG) или сжиженный нефтяной газ (LPG), быстро растет по всему миру. Сжиженный газ транспортируют в газообразном состоянии через береговые или морские газовые трубопроводы или транспортируют к удаленному месту потребления и при этом хранят его в сжиженном состоянии внутри газовоза для сжиженного газа. Сжиженный газ, такой как LNG или LPG, получают посредством охлаждения природного газа или нефтяного газа до криогенной температуры (в случае LNG, приблизительно -163°C). Поскольку происходит значительное уменьшение объема сжиженного газа по сравнению с газообразным состоянием, сжиженный газ очень хорошо подходит для морской транспортировки на большие расстояния.
Газовоз для сжиженного газа, такой как LNG газовоз, разрабатывают для того, чтобы загружать сжиженный газ, плавать по морю и выгружать сжиженный газ в месте потребления на берегу. С этой целью, газовоз для сжиженного газа содержит цистерну для хранения (также называемую «грузовая цистерна»), которая может выдерживать криогенную температуру сжиженного газа.
Примеры морской конструкции, снабженной грузовой цистерной (танком), которая способна хранить криогенный сжиженный газ, могут включать суда, такие как газовоз для сжиженного газа и судно регазификации LNG (LNG RV), или конструкции, такие как плавучая установка для регазификации и хранения LNG (LNG FSRU) и плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки LNG (LNG FPSO) и установленная на барже электростанция (BMPP).
LNG RV представляет собой самодвижущийся плавучий газовоз для сжиженного газа, оборудованный установкой для регазификации LNG, а LNG FSRU представляет собой морскую конструкцию, которая хранит LNG, загруженный с LNG газовоза на море далеко от земли и, в случае необходимости, доставляет LNG к месту потребления на берегу посредством газификации LNG. LNG FPSO представляет собой морскую структуру, которая очищает извлеченный LNG на море, хранит LNG в цистерне для хранения после прямого сжижения и, в случае необходимости, перегружает LNG в LNG газовоз. BMPP представляет собой структуру, которая оборудована электрогенерирующей установкой для того, чтобы получать электричество на море.
Термин «судно», как используют в настоящем документе, представляет собой понятие, которое включает газовоз для сжиженного газа, такой как LNG газовоз, LNG RV и структуры, такие как LNG FPSO, LNG FSRU и BMPP.
Поскольку температура сжижения природного газа представляет собой криогенную температуру -163°C при давлении окружающей среды, LNG вероятно будет испаряться, даже когда температура LNG слегка превышает -163°C при давлении окружающей среды. В случае стандартного LNG газовоза, даже несмотря на то, что грузовая цистерна для LNG имеет тепловую изоляцию, непрерывно происходит перенос внешнего тепла в LNG. Следовательно, во время транспортировки LNG посредством LNG газовоза, непрерывно происходит испарение LNG внутри грузовой цистерны для LNG и образование испаряющегося газа (далее в настоящем документе обозначаемого как BOG) внутри грузовой цистерны для LNG.
Образуемый природный газ может повышать внутреннее давление в грузовой цистерне и ускорять поток природного газа из-за качки судна, что вызывает структурные проблемы. Следовательно, необходимо подавлять образование BOG.
Стандартно для того, чтобы подавлять образование BOG внутри грузовой цистерны газовоза для сжиженного газа по отдельности или в комбинации использовали способ отвода BOG из грузовой цистерны и сжигания BOG, способ отвода BOG из грузовой цистерны, повторного сжижения BOG через аппарат повторного сжижения и возврата BOG в грузовую цистерну, способ использования BOG в качестве топлива для гребного двигателя судна и способ подавления образования BOG посредством поддержания внутреннего давления грузовой цистерны на высоком уровне.
В случае стандартного судна, оборудованного аппаратом повторного сжижения BOG, BOG внутри грузовой цистерны отводят из грузовой цистерны и затем повторно сжижают через аппарат повторного сжижения для того, чтобы поддерживать давление в грузовой цистерне на подходящем уровне. В этом случае, отводимый BOG повторно сжижают через теплообмен с охлаждающим средством (например, азот, смешанное охлаждающее средство или тому подобное), охлажденным до криогенной температуры, в аппарате повторного сжижения, который содержит цикл охлаждения, и повторно сжиженный BOG возвращают в грузовую цистерну.
В случае стандартного LNG газовоза, оборудованного пропульсивной системой DFDE, BOG потребляют таким образом, чтобы подавать его в качестве топлива в DFDE после обработки BOG только посредством компрессора BOG и нагрева, без монтажа установки повторного сжижения. Следовательно, когда количество топлива, необходимое для двигателя, меньше, чем образующееся количество BOG, возникает такая проблема, что BOG сжигают в камере сгорания газа (GCU) или выбрасывают в атмосферу.
Даже несмотря на то, что стандартный LNG газовоз, оборудованный установкой повторного сжижения и низкоскоростным дизельным двигателем, может обрабатывать BOG через установку повторного сжижения, управление всей системой осложняется из-за сложности эксплуатации установки повторного сжижения с использованием газообразного азота и потребления существенного количества энергии.
Следовательно, существует необходимость в непрерывных исследованиях и разработке систем и способов эффективной обработки сжиженного газа, включая BOG, образуемый естественным путем в грузовой цистерне.
РАСКРЫТИЕ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Настоящее изобретение выполнено с целью решить вышеописанные проблемы и относится к системе обработки сжиженного газа для судна, которое содержит грузовую цистерну, в которой хранят LNG, и двигатель, в который подают LNG, который хранят в грузовой цистерне, и который использует LNG в качестве топлива, где BOG, образуемый в грузовой цистерне, и LNG, который хранят в грузовой цистерне, используют в двигателе в качестве топлива, тем самым достигая эффективного использования сжиженного газа.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
В соответствии с одним из аспектов по настоящему изобретению, предоставлена система обработки сжиженного газа для судна, которое содержит грузовую цистерну, в которой хранят LNG, и двигатель, использующий LNG в качестве топлива, система обработки сжиженного газа содержит: линию компрессора, выполненную с возможностью сжимать BOG, образуемый в грузовой цистерне, посредством компрессора и подавать сжатый BOG в двигатель в качестве топлива; линию насоса высокого давления, выполненную с возможностью сжимать LNG, который хранят в грузовой цистерне, посредством насоса и подавать сжатый LNG в двигатель в качестве топлива; и теплообменник, выполненный с возможностью сжижать часть BOG, которую сжимают посредством компрессора, посредством обмена теплом с BOG, который отводят из грузовой цистерны и переносят в компрессор.
Система обработки сжиженного газа дополнительно может содержать средство понижения давления, выполненное с возможностью снижать давление BOG, сжиженного посредством теплообменника.
BOG, который сжижают посредством теплообменника и давление в котором понижают с помощью средства понижения давления, можно возвращать в грузовую цистерну.
Система обработки сжиженного газа дополнительно может содержать газожидкостный разделитель, выполненный с возможностью разделять BOG, давление которого понижают до состояния смеси газа и жидкости, при прохождении через средство понижения давления, на газовый компонент и жидкостный компонент.
Жидкостный компонент BOG, давление которого понижают до состояния смеси газа и жидкости, при прохождении через средство понижения давления, можно возвращать в грузовую цистерну.
Газовый компонент BOG, давление которого понижают до состояния смеси газа и жидкости, при прохождении через средство понижения давления, можно объединять с BOG, который отводят из грузовой цистерны и подают в компрессор.
Система обработки сжиженного газа дополнительно может содержать охладитель, выполненный с возможностью охлаждения BOG, который сжижают посредством теплообменника и подают в средство понижения давления, посредством обмена теплом с жидкостным компонентом BOG, давление которого понижают до состояния смеси газа и жидкости, при прохождении через средство понижения давления.
Компрессор может содержать множество цилиндров сжатия.
BOG, который сжимают посредством компрессора и переносят в теплообменник, можно сжимать при прохождении через все или часть множества цилиндров сжатия, содержащихся в компрессоре.
Система обработки сжиженного газа дополнительно может содержать принудительный испаритель, выполненный с возможностью принудительно испарять LNG, который хранят в грузовой цистерне, и подавать принудительно испаренный LNG в компрессор.
Средство понижения давления может представлять собой расширительный клапан или детандер.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ
В соответствии с настоящим изобретением, весь BOG, образуемый во время транспортировки груза (то есть LNG) в LNG газовозе, можно использовать в качестве топлива двигателя, или можно повторно сжижать, возвращать в грузовую цистерну и хранить в ней. Следовательно, определенное количество BOG, потребляемого в GCU или тому подобном, можно снижать или устранять. Кроме того, BOG можно обрабатывать посредством повторного сжижения, без использования отдельных охлаждающих средств, таких как азот.
Следовательно, в соответствии с системой обработки сжиженного газа по настоящему изобретению, BOG, образуемый в грузовой цистерне, можно повторно сжижать без монтажа аппарата повторного сжижения, потребляющего большое количество энергии и требующего чрезмерных начальных затрат на монтаж, тем самым экономя энергию, потребляемую в аппарате повторного сжижения.
Кроме того, в соответствии с системой обработки сжиженного газа по настоящему изобретению, часть сжатого BOG после повышения давления BOG, отводимого из грузовой цистерны, можно подавать в двигатель с впрыском газа высокого давления (то есть пропульсивная система) в качестве топлива. Остальной сжатый BOG можно охлаждать с использованием энергии холода BOG после отвода из груза и перед сжатием и возвращать в грузовую цистерну.
Кроме того, в системе обработки сжиженного газа в соответствии с настоящим изобретением, поскольку нет необходимости монтировать аппараты повторного сжижения с использованием отдельных охлаждающих средств (то есть цикл охлаждения с азотным охлаждающим средством, цикл охлаждения со смешанным охлаждающим средством или тому подобное), установки для подачи и хранения охлаждающих средств не нужно монтировать отдельно. Следовательно, возможно сокращать начальные затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию для конфигурирования всей системы.
Кроме того, в соответствии с системой обработки сжиженного газа по настоящему изобретению, когда у BOG, охлажденного и сжиженного в теплообменнике, после сжатия снижают давление посредством детандера, потраченную энергию можно повторно использовать, поскольку во время расширения можно генерировать энергию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 и 4 представлены схематические диаграммы конфигурации, которые иллюстрируют системы обработки сжиженного газа для судна в соответствии с модификациями второго варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 и 8 представлены схематические диаграммы конфигурации, которые иллюстрируют системы обработки сжиженного газа для судна в соответствии с модификациями четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 9 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 10-12 представлены схематические диаграммы конфигурации, которые иллюстрируют системы обработки сжиженного газа для судна в соответствии с модификациями пятого варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 13 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОБРАЗЦОВЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи. Эти варианты осуществления предоставлены с тем, чтобы это раскрытие было тщательным и полным и чтобы полностью передать объем изобретения специалистам в данной области. Однако изобретение можно осуществлять во многих различных формах, и его не следует толковать в качестве ограниченного вариантами осуществления, изложенными в настоящем документе. На всем протяжении чертежей и описания, схожие номера позиций используют, чтобы отослать к схожим элементам.
2
Международная морская организация (IMO) регулирует выбросы оксидов азота (NOx) и оксидов серы (SOx) в выхлопных газах кораблей и также пытается регулировать выбросы диоксида углерода (CO). В частности, вопрос регулирования оксидов азота (NOx) и оксидов серы (SOx) поднят в Протоколе по предотвращению загрязнения моря кораблями (MARPOL) в 1997 году. После восьми долгих лет протокол согласован с требованиями по выполнению и вступил в силу в мае 2005 года. В настоящее время это регулирование имеет силу в качестве обязательного положения.
Следовательно, для того, чтобы отвечать таким положениям, предложены различные способы для того, чтобы снижать выбросы оксидов азота (NOx). В качестве одного из таких способов разработан и используется двигатель с впрыском природного газа высокого давления для LNG газовоза, например, разработан и используется двигатель MEGI. По сравнению с дизельным двигателем той же мощности, двигатель MEGI может снижать выбросы загрязняющих веществ (диоксид углерода: 23%, соединения азота: 80%, соединения серы: 95% или больше). Таким образом, двигатель MEGI рассматривают в качестве экологически благоприятного двигателя следующего поколения.
Такой двигатель MEGI можно устанавливать на судне, таком как LNG газовоз, который транспортирует LNG, при этом LNG хранится в цистерне для хранения, способной выдерживать криогенную температуру. Термин «судно», как используют в настоящем документе, включает LNG газовоз, LNG RV и морские агрегаты, такие как LNG FPSO и LNG FSRU. В этом случае, двигатель MEGI использует природный газ в качестве топлива и требует высокого давления приблизительно от 150 до 400 бар (абсолютное давление) для подачи газа, в зависимости от его нагрузки.
MEGI можно непосредственно соединять с гребным винтом для движения. С этой целью, в двигателе MEGI предусмотрен 2-тактный двигатель, вращающийся с низкой скоростью. То есть, двигатель MEGI представляет собой низкоскоростной 2-тактный двигатель с впрыском природного газа высокого давления.
Кроме того, чтобы снижать выбросы оксида азота, для движения или генерации энергии разработан и используется двигатель DF (например, DFDG: двухтопливный дизельный генератор), который использует смесь дизельного топлива и природного газа в качестве топлива. Двигатель DF представляет собой двигатель, который может сжигать смесь нефти и природного газа, или может избирательно использовать одно из нефти и природного газа в качестве топлива. Поскольку содержание серы составляет меньше, чем в случае, когда используют только нефть в качестве топлива, в выхлопных газах содержание оксида серы мало.
Двигатель DF не должен подавать газообразное топливо под высоким давлением, как у двигателя MEGI, и только должен подавать газообразное топливо после его сжатия приблизительно от нескольких бар до нескольких десятков бар. Двигатель DF получает энергию посредством приведения в действие генератора энергии через движущую силу двигателя. Эту энергию можно использовать для того, чтобы приводить в действие ходовой двигатель или для работы различных аппаратов или установок.
Когда подают природный газ в качестве топлива, в случае двигателя MEGI нет необходимости, чтобы совпадало метановое число, но в случае двигателя DF необходимо, чтобы метановое число совпадало.
Если нагревают LNG, метановый компонент, который имеет относительно низкую температуру сжижения, предпочтительно испаряется. Таким образом, поскольку содержание метана в BOG высоко, BOG можно непосредственно подавать в качестве топлива в двигатель DF. Однако, поскольку содержание метана в LNG относительно ниже, чем в BOG, метановое число в LNG ниже, чем метановое число, необходимое для двигателя DF. Доли углеводородных компонентов (метан, этан, пропан, бутан и т.п.), образующих LNG, отличаются в соответствии с районами производства. Следовательно, не подходит испарять LNG как он есть и затем подавать испаренный LNG в двигатель DF в качестве топлива.
Для того чтобы корректировать метановое число, тяжелый углеводородный (HHC) компонент, который имеет более высокую температуру сжижения, чем метан, можно сжижать и удалять посредством принудительного испарения LNG и понижения температуры LNG. После коррекции метанового числа возможно дополнительно нагревать природный газ, метановое число которого корректируют в соответствии с температурными условиями, необходимыми для двигателя.
Далее в настоящем документе, конфигурации и работа предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения описаны подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи. Кроме того, следующие варианты осуществления можно модифицировать в различных формах, и они не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения.
На фиг. 1 представлена диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Систему обработки сжиженного газа по настоящему варианту осуществления можно применять в LNG газовозе, оборудованном двигателем MEGI в качестве основного гребного двигателя (то есть движущее средство, которое использует LNG в качестве топлива).
Со ссылкой на фиг. 1, система 100 обработки сжиженного газа в соответствии с данным вариантом осуществления содержит линию 110 подачи топлива и линию 140 BOG. Линия 110 подачи топлива выполнена с возможностью предоставлять проход для переноса LNG из грузовой цистерны (танка) 1 к основному двигателю 3 в качестве пропульсивной системы. Линия 140 BOG выполнена с возможностью предоставлять проход для переноса BOG, образуемого в грузовой цистерне 1, к основному двигателю 3. Кроме того, система 100 обработки сжиженного газа, которая использует BOG в соответствии с данным вариантом осуществления, подает LNG в основной двигатель 3 в качестве топлива через линию 110 подачи топлива с помощью насоса 120 LNG и испарителя 130 LNG, подает BOG в основной двигатель 3 в качестве топлива через линию 140 BOG после сжатия BOG посредством компрессора 150 BOG и подает избыточный BOG из компрессора 150 BOG в интегрированную систему 200 генератора инертного газа/камеры сгорания газа (IGG/GCU).
В двигатель MEGI, который можно использовать в качестве основного двигателя 3, нужно подавать топливо под высоким давлением приблизительно от 150 до 400 бар (абсолютное давление). Следовательно, в качестве насоса 120 LNG и компрессора 150 BOG в соответствии с данным вариантом осуществления используют насос высокого давления и компрессор высокого давления, которые могут сжимать LNG и BOG до давления, соответственно, необходимого для двигателя MEGI.
Линия 110 подачи топлива предоставляет проход, через который LNG, подаваемый из грузовой цистерны для LNG 1 посредством приведения в действие переносящего насоса 2, переносят в основной двигатель 3 в качестве топлива, а насос 120 LNG и испаритель 130 LNG устанавливают в нем.
Насос 120 LNG устанавливают в линии 110 подачи топлива для того, чтобы предоставлять усилие насоса, необходимое для переноса LNG. В качестве примера насоса 120 LNG можно использовать насос LNG высокого давления (HP). Подобно данному варианту осуществления, множество насосов 120 LNG можно устанавливать параллельно.
Испаритель 130 LNG устанавливают на заднем конце насоса 120 LNG в линии 110 подачи топлива и он испаряет LNG, переносимый с помощью насоса 120 LNG. В качестве примера, LNG испаряют посредством теплообмена с теплоносителем, который циркулирует и который подают через линию 131 циркуляции теплоносителя. В качестве другого примера, различные нагревательные средства, включая нагреватели, можно использовать для предоставления тепла испарения для LNG. Кроме того, испаритель 130 LNG может использовать испаритель высокого давления (HP), который можно использовать под высоким давлением для испарения LNG. Между тем, в качестве примера теплоносителя, который циркулирует и который подают через линию 131 циркуляции теплоносителя, можно использовать пар, образуемый бойлером, или тому подобное.
Линия 140 BOG предоставляет проход для переноса BOG, образуемого естественным путем, из грузовой цистерны 1 в основной двигатель 3. Подобно данному варианту осуществления, линию 140 BOG соединяют с линией 110 подачи топлива для того, чтобы подавать BOG в основной двигатель 3 в качестве топлива. Альтернативно, линия 140 BOG может предоставлять проход для непосредственной подачи BOG в основной двигатель 3.
Компрессор 150 BOG устанавливают на линии 140 BOG для того, чтобы сжимать BOG, проходящий через линию 140 BOG. Несмотря на то, что только один компрессор 150 BOG проиллюстрирован на фиг. 1, систему можно выполнять с такой возможностью, что два компрессора BOG с одинаковым описанием соединяют параллельно с тем, чтобы отвечать требованиям к дублированию, точно таким же, как к основным системам подачи топлива. Однако, подобно данному варианту осуществления, когда один компрессор 150 BOG устанавливают в ответвленной части линии 160 избыточного BOG в линии 140 BOG, возможно добиваться дополнительных эффектов понижения бремени расходов на установку дорогостоящего компрессора 150 BOG и расходов на обслуживание.
Линия 160 избыточного BOG предоставляет проход для подачи избыточного BOG из компрессора 150 BOG в интегрированную систему 200 IGG/GCU. Линия 160 избыточного BOG может подавать избыточный BOG в качестве топлива во вспомогательный двигатель, такой как двигатель DF, также как интегрированная система 200 IGG/GCU.
Интегрированная система 200 IGG/GCU представляет собой систему, в которой интегрированы IGG и GCU.
Между тем, линию 160 избыточного BOG и линию 110 подачи топлива можно соединять вместе посредством соединительной линии 170. Следовательно, благодаря соединительной линии 170, избыточный BOG можно использовать в качестве топлива основного двигателя 3 или испаренный LNG можно использовать в качестве топлива интегрированной системы 200 IGG/GCU. Нагреватель 180 можно устанавливать в соединительной линии 170 с тем, чтобы нагревать BOG или испаренный LNG, проходящий через нее, и клапан 190 понижения давления (PRV) можно устанавливать для того, чтобы снижать чрезмерное давление посредством корректировки давления обусловленного BOG или испаренным LNG. Между тем, нагреватель 180 может представлять собой газовый нагреватель, использующий теплоту сгорания газа. Также нагреватель 180 может использовать различные нагревательные средства, включая блок циркуляции/подачи теплоносителя, который предоставляет источник тепла для нагрева посредством циркуляции теплоносителя.
Работа системы обработки сжиженного газа в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения описана далее.
Когда давление внутри грузовой цистерны 1 равно или превышает заданное давление или когда генерируют большое количество BOG, BOG сжимают посредством приведения в действие компрессора 150 BOG и затем подают в качестве топлива в основной двигатель 3. Кроме того, когда давление внутри грузовой цистерны 1 ниже, чем заданное давление, или когда генерируют малое количество BOG, LNG переносят и испаряют посредством приведения в действие насоса 120 LNG и испарителя 130 LNG и затем подают в качестве топлива в основной двигатель 3.
Между тем, избыточный BOG из компрессора 150 BOG подают в интегрированную систему 200 IGG/GCU или вспомогательный двигатель, такой как двигатель DF, через линию 160 избыточного BOG. Избыточный BOG потребляют или используют для генерации инертного газа для подачи в грузовую цистерну 1. Кроме того, избыточный BOG можно использовать в качестве топлива вспомогательного двигателя или тому подобное.
Интегрированная система 200 IGG/GCU, в которую подают BOG, может потреблять BOG, непрерывно образуемый в грузовой цистерне 1 посредством сгорания BOG внутри основного корпуса 210, и может, в случае необходимости, генерировать горючий газ в качестве инертного газа для подачи в грузовую цистерну 1.
На фиг. 2 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Несмотря на то, что на фиг. 2 проиллюстрирован пример, в котором систему обработки сжиженного газа по настоящему изобретению применяют в LNG газовозе, оборудованном двигателем с впрыском природного газа высокого давления, способного использовать природный газ в качестве топлива (то есть движущее средство, которое использует LNG в качестве топлива), систему обработки сжиженного газа по настоящему изобретению также можно применять к судам любого типа (LNG газовоз, LNG RV и т.п.) и морским агрегатам (LNG FPSO, LNG FSRU, BMPP и т.п.), в которых устанавливают грузовую цистерну для сжиженного газа.
В системе обработки сжиженного газа для судна в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, NBOG, образуемый и отводимый из грузовой цистерны (танка) 11, в которой хранят сжиженный газ, переносят вдоль линии L1 подачи BOG, сжимают в компрессоре 13 и затем подают в двигатель с впрыском природного газа высокого давления, например, двигатель MEGI. BOG сжимают под высоким давлением приблизительно от 150 до 400 бар посредством компрессора 13 и затем подают в качестве топлива в двигатель с впрыском природного газа высокого давления, например, двигатель MEGI.
Грузовая цистерна 11 имеет герметизирующие и теплоизоляционные стенки с тем, чтобы хранить сжиженный газ, такой как LNG, в криогенном состоянии, но не может превосходно блокировать тепло, переносимое извне. Следовательно, непрерывно происходит испарение сжиженного газа внутри грузовой цистерны 11. Для того чтобы поддерживать давление BOG на подходящем уровне, BOG отводят из грузовой цистерны 11 через отводящую BOG линию.
Отводящий насос 12 устанавливают внутри грузовой цистерны 11 с тем, чтобы отводить LNG вовне грузовой цистерны, когда необходимо.
Компрессор 13 может содержать один или несколько цилиндров 14 сжатия и один или несколько промежуточных охладителей 15 для охлаждения BOG, температура которого поднимается. Компрессор 13 можно выполнять с возможностью сжимать BOG, например, приблизительно до 400 бар. Несмотря на то, что на фиг. 2 проиллюстрирован многоступенчатый компрессор 13, который содержит пять цилиндров 14 сжатия и пять промежуточных охладителей 15, число цилиндров сжатия и число промежуточных охладителей можно изменять, когда необходимо. Кроме того, множество цилиндров сжатия можно располагать внутри одного компрессора, и множество компрессоров можно соединять последовательно.
BOG, сжимаемый в компрессоре 13, подают в двигатель с впрыском природного газа высокого давления через линию L1 подачи BOG. Весь или часть сжатого BOG можно подавать в двигатель с впрыском природного газа высокого давления в соответствии с количеством топлива, необходимым для двигателя с впрыском природного газа высокого давления.
Кроме того, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, когда BOG, отводимый из грузовой цистерны 11 и сжатый в компрессоре 13 (то есть весь BOG, отводимый из грузовой цистерны), представляет собой первый поток, первый поток BOG можно подразделять на второй поток и третий поток после сжатия. Второй поток можно подавать в качестве топлива в двигатель с впрыском природного газа высокого давления, а третий поток можно сжижать и возвращать в грузовую цистерну.
В этот момент второй поток подают в двигатель с впрыском природного газа высокого давления через линию L1 подачи BOG. Когда необходимо, второй поток можно подавать в качестве топлива через линию (то есть линия L1 подачи BOG), соединенную с двигателем с впрыском природного газа высокого давления, после прохождения через все из множества цилиндров 14 сжатия, содержащихся в компрессоре 13, или можно подавать в качестве топлива через линию (то есть ответвляющая BOG линия L8), соединенную с двигателем DF после прохождения через часть из множества цилиндров 14 сжатия, содержащихся в компрессоре 13.
Третий поток возвращают в грузовую цистерну 11 через линию L3 возврата BOG. Теплообменник 21 устанавливают в линии L3 возврата BOG с тем, чтобы охлаждать и сжижать третий поток. В теплообменнике 21 третий поток сжатого BOG обменивается теплом с первым потоком BOG, отводимым из грузовой цистерны 11 и затем подаваемым в компрессор 13.
Поскольку скорость потока первого потока BOG перед сжатием больше, чем скорость потока третьего потока, третий поток сжатого BOG можно сжижать посредством получения энергии холода от первого потока BOG перед сжатием. По существу, в теплообменнике 21, BOG в состоянии высокого давления охлаждают и сжижают посредством теплообмена между BOG с криогенной температурой незамедлительно после отвода из грузовой цистерны 11 и BOG в состоянии высокого давления, сжатым в компрессоре 13.
Давление LBOG, охлажденного в теплообменнике 21 и сжиженного, снижают по меньшей мере частично при прохождении через расширительный клапан 22, который служит в качестве средства понижения давления, и его подают в газожидкостный разделитель 23 в состоянии смеси газа и жидкости. Можно снижать давление LBOG приблизительно до атмосферного давления (например, давление снижают от 300 бар до 3 бар) при прохождении через расширительный клапан 22. Сжиженный BOG разделяют на газовые и жидкостные компоненты в газожидкостном разделителе 23. Жидкостный компонент, то есть LNG, переносят в грузовую цистерну 11 через линию L3 возврата BOG, и газовый компонент, то есть BOG, отводят из грузовой цистерны 11 через линию L5 рециркуляции BOG и объединяют с BOG, который подают в компрессор 13. Более конкретно, линия L5 рециркуляции BOG идет от верхнего конца газожидкостного разделителя 23 и соединяется со стороной выше по потоку, чем теплообменник 21 в линии L1 подачи BOG.
Для того чтобы плавно возвращать BOG с пониженным давлением в грузовую цистерну 11 и плавно объединять газовый компонент BOG с пониженным давлением с линией L1 подачи BOG через линию L5 рециркуляции BOG, благоприятно давление BOG после понижения давления с помощью средства понижения давления задавать выше внутреннего давления в грузовой цистерне 11.
Для удобства объяснения, указано, что теплообменник 21 устанавливают в линии L3 возврата BOG, но теплообменник 21 можно устанавливать в линии L1 подачи BOG, поскольку теплообмен фактически осуществляют между первым потоком BOG, переносимым через линию L1 подачи BOG, и третьим потоком BOG, переносимым через линию L3 возврата BOG.
Другой расширительный клапан 24 дополнительно можно устанавливать в линии L5 рециркуляции BOG. Следовательно, можно снижать давление газового компонента, отводимого из газожидкостного разделителя 23, при прохождении через расширительный клапан 24. Кроме того, охладитель 25 устанавливают в линии L5 рециркуляции BOG с тем, чтобы дополнительно охлаждать третий поток посредством теплообмена между третьим потоком BOG, сжиженным в теплообменнике 21 и подаваемым в газожидкостный разделитель 23, и газовым компонентом, отделенным от газожидкостного разделителя 23 и переносимым через линию L5 рециркуляции BOG. То есть, охладитель 25 дополнительно охлаждает BOG в жидком состоянии высокого давления до природного газа в криогенном газообразном состоянии низкого давления.
Для удобства объяснения, указано, что охладитель 25 устанавливают в линии L5 рециркуляции BOG, но охладитель 25 можно устанавливать в линии L3 возврата BOG, поскольку теплообмен фактически осуществляют между третьим потоком BOG, переносимым через линию L3 возврата BOG, и газовым компонентом, переносимым через линию L5 рециркуляции BOG.
Несмотря на то, что не проиллюстрировано, в соответствии с модификацией данного варианта осуществления, систему можно выполнять с такой возможностью, что охладитель 25 не используют. Если охладитель 25 не устанавливают, общая эффективность системы может быть слегка понижена. Однако можно упрощать расположение труб и работу системы, и можно снижать начальные затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию.
Между тем, когда ожидают образования избыточного BOG, поскольку количество BOG, образуемого в грузовой цистерне 11, больше количества топлива, необходимого для двигателя с впрыском природного газа высокого давления, BOG, сжатый или сжимаемый поэтапно в компрессоре 13, ответвляют через ответвляющие BOG линии L7 и L8 и затем используют в потребляющих BOG средствах. Примеры потребляющих BOG средств могут включать GCU, DF генератор (DFDG) и газовую турбину, каждое из которых может использовать природный газ, который имеет относительно более низкое давление, чем для двигателя MEGI, в качестве топлива. На средней ступени компрессора 13 давление BOG, ответвленного через ответвляющие BOG линии L7 и L8, может составлять приблизительно от 6 до 10 бар.
Как описано выше, в системе обработки сжиженного газа и способе в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, BOG, образуемый во время транспортировки груза (то есть LNG) в LNG газовозе, можно использовать в качестве топлива двигателя, или можно повторно сжижать, возвращать в грузовую цистерну и хранить в ней. Следовательно, определенное количество BOG, потребляемого в GCU или тому подобном, можно снижать или устранять. Кроме того, BOG можно обрабатывать посредством повторного сжижения, без монтажа аппаратов повторного сжижения, использующих отдельные охлаждающие средства, такие как азот.
Кроме того, в системе обработки сжиженного газа и способе в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, поскольку нет необходимости монтировать аппараты повторного сжижения, использующие отдельные охлаждающие средства (то есть цикл охлаждения с азотным охлаждающим средством, цикл охлаждения со смешанным охлаждающим средством или тому подобное), установки для подачи и хранения охлаждающих средств не нужно монтировать отдельно. Следовательно, возможно сокращать начальные затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию для конфигурирования всей системы.
Несмотря на то, что на фиг. 2 проиллюстрирован пример, в котором линию L3 возврата BOG для подачи сжатого BOG в теплообменник 21 ответвляют на заднем конце компрессора 13, линию L3 возврата BOG можно устанавливать для того, чтобы ответвлять BOG, сжимаемый поэтапно в компрессоре 13, подобно описанным выше ответвляющим BOG линиям L7 и L8. На фиг. 3 проиллюстрирована модификация, в которой сжатый BOG 2-й ступени ответвляют после двух цилиндров, и на фиг. 4 проиллюстрирована модификация, в которой сжатый BOG 3-й ступени ответвляют после трех цилиндров. В этот момент, давление BOG, ответвленного от средней ступени компрессора 13, может составлять приблизительно от 6 до 10 бар.
В частности, в случае использования компрессора (производства компании Burckhardt), содержащего пять цилиндров, из которых три цилиндра передней ступени работают способом без смазки маслом и два цилиндра задней ступени работают способом со смазкой маслом, нужно переносить BOG, который при этом прошел через масляный фильтр, когда BOG ответвляют на задней ступени или 4 ступени компрессора или больше. Однако это полезно в том отношении, что масляный фильтр не нужно использовать, когда BOG ответвляют на 3-й ступени компрессора или меньше.
На фиг. 5 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Система обработки сжиженного газа в соответствии с третьим вариантом осуществления отличается от системы обработки сжиженного газа в соответствии со вторым вариантом осуществления тем, что LNG можно использовать после принудительного испарения, когда количество BOG, необходимое для двигателя MEGI или DF генератора, больше количества BOG, образуемого естественным путем в грузовой цистерне (танке) 11. Далее в настоящем документе, только отличия от системы обработки сжиженного газа по второму варианту осуществления описаны более подробно. Кроме того, те же номера позиций присвоены тем же элементам, что и во втором варианте осуществления, и их подробное описание пропущено.
Система обработки сжиженного газа для судна в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения идентична таковой в соответствии со вторым вариантом осуществления в том, что NBOG, образуемый и отводимый из грузовой цистерны 11, в которой хранят сжиженный газ, переносят вдоль линии L1 подачи BOG, сжимают в компрессоре 13 и затем подают в двигатель с впрыском природного газа высокого давления, например, двигатель MEGI, или в двигатель DF (DF генератор) подают NBOG, который сжимают в многоступенчатом компрессоре 13 и затем используют в нем в качестве топлива.
Однако система обработки сжиженного газа в соответствии с третьим вариантом осуществления содержит такую линию L11 принудительного испарения, что LNG, который хранят в грузовой цистерне 11, можно испарять в принудительном испарителе 31 и затем подавать в компрессор 13, когда количество BOG, необходимого в качестве топлива в двигателе с впрыском природного газа высокого давления или двигателе DF, больше количества BOG, образуемого естественным путем в грузовой цистерне 11.
Когда предусмотрена линия L11 принудительного испарения, как в третьем варианте осуществления, топливо можно стабильно подавать, даже когда генерируют малое количество BOG, поскольку малое количество LNG хранят в грузовой цистерне 11, или количество BOG, необходимое в качестве топлива в различных двигателях, больше количества BOG, образуемого естественным путем в грузовой цистерне 11.
На фиг. 6 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Система обработки сжиженного газа в соответствии с четвертым вариантом осуществления отличается от системы обработки сжиженного газа в соответствии со вторым вариантом осуществления тем, что детандер 52 используют вместо расширительного клапана в качестве средства понижения давления. То есть, в соответствии с четвертым вариантом осуществления, при прохождении через детандер 52 давление LBOG, охлажденного в теплообменнике 21 и сжиженного по меньшей мере частично, снижают и подают в газожидкостный разделитель 23 в состоянии смеси газа и жидкости. Далее в настоящем документе, только отличия от системы обработки сжиженного газа по второму варианту осуществления, описаны более подробно. Кроме того, те же номера позиций присвоены тем же элементам, что и во втором варианте осуществления, и их подробное описание пропущено.
Детандер 52 вырабатывает энергию при расширении сжиженного BOG высокого давления при низком давлении. Можно снижать давление LBOG приблизительно до атмосферного давления при прохождении через детандер 52. Сжиженный BOG разделяют на газовые и жидкостные компоненты в газожидкостном разделителе 23. Жидкостный компонент, то есть LNG, переносят в грузовую цистерну 11 через линию L3 возврата BOG, и газовый компонент, то есть BOG, отводят из грузовой цистерны (танка) 11 через линию L5 рециркуляции BOG и объединяют с BOG, подаваемым в компрессор 13. Более конкретно, линия L5 рециркуляции BOG идет от верхнего конца газожидкостного разделителя 23 и соединяется со стороной выше по потоку, чем теплообменник 21, в линии L1 подачи BOG.
Другое средство понижения давления, например, расширительный клапан 24, дополнительно можно устанавливать в линии L5 рециркуляции BOG. Следовательно, можно снижать давление газового компонента, отводимого из газожидкостного разделителя 23, при прохождении через расширительный клапан 24.
На фиг. 7 и 8 представлены схематические диаграммы конфигурации, которые иллюстрируют системы обработки сжиженного газа для судна в соответствии с модификациями четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.
В четвертом варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 6, линию L3 возврата BOG для подачи сжатого BOG в теплообменник 21 ответвляют на заднем конце компрессора 13. Однако в соответствии с модификациями, проиллюстрированными на фиг. 7 и 8, как в ответвляющих BOG линиях L7 и L8, как описано выше, или линии возврата BOG в модификации второго варианта осуществления, как описано со ссылкой на фиг. 3 и 4, линию L3 возврата BOG можно устанавливать для того, чтобы ответвлять BOG, сжимаемый поэтапно в компрессоре 13.
На фиг. 7 проиллюстрирована модификация, в которой сжатый BOG 2-й ступени ответвляют после двух цилиндров, и на фиг. 8 проиллюстрирована модификация, в которой сжатый BOG 3-й ступени ответвляют после трех цилиндров. В частности, в случае использования компрессора (производства компании Burckhardt), содержащего пять цилиндров, из которых три цилиндра передней ступени работают способом без смазки маслом и два цилиндра задней ступени работают способом со смазкой маслом, нужно переносить BOG, который при этом прошел через масляный фильтр, когда BOG ответвляют на задней ступени или 4-й ступени компрессора или больше. Однако это полезно в том отношении, что масляный фильтр не нужно использовать, когда BOG ответвляют на 3-й ступени компрессора или меньше.
Кроме того, возвращаясь к первой модификации четвертого варианта осуществления, проиллюстрированной на фиг. 7, систему обработки сжиженного газа в соответствии с четвертым вариантом осуществления можно модифицировать так, что не используют охладитель 25 (см. фиг. 6), выполняющий функцию теплообменника для дополнительного охлаждения BOG, охлажденного и сжиженного при прохождении через теплообменник 21. Если охладитель 25 не устанавливают, общая эффективность системы может быть слегка понижена. Однако можно упрощать расположение труб и работу системы и можно снижать начальные затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию.
Кроме того, возвращаясь ко второй модификации четвертого варианта осуществления, проиллюстрированной на фиг. 8, систему обработки сжиженного газа в соответствии с четвертым вариантом осуществления можно модифицировать так, что детандер 52 и расширительный клапан 55, выполняющие функцию средства понижения давления, располагают параллельно. В этот момент, детандер 52 и расширительный клапан 55, расположенные параллельно, размещают между теплообменником 21 и газожидкостным разделителем 23. Обходную линию L31, которую ответвляют от линии L3 возврата BOG между теплообменником 21 и газожидкостным разделителем 23 и которая выполнена с возможностью обхода детандера 52, устанавливают с тем, чтобы монтировать расширительный клапан 55 параллельно и использовать только детандер 52 или расширительный клапан 55, когда необходимо. Расширительный клапан 55 закрывают, когда сжиженный BOG расширяют с использованием только детандера 52, и двухпозиционные клапаны 53 и 54, установленные соответственно на переднем конце и заднем конце детандера 52, закрывают, когда сжиженный BOG расширяют с использованием только расширительного клапана 55.
Подобно системе обработки сжиженного газа и способу в соответствии с приведенными выше вариантами осуществления, в системе обработки сжиженного газа и способе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения BOG, образуемый во время транспортировки груза (то есть LNG) в LNG газовозе, можно использовать в качестве топлива двигателя или можно повторно сжижать, возвращать в грузовую цистерну и хранить в ней. Следовательно, определенное количество BOG, потребляемого в GCU или тому подобном, можно снижать или устранять. Кроме того, BOG можно обрабатывать посредством повторного сжижения, без монтажа аппаратов повторного сжижения, использующих отдельные охлаждающие средства, такие как азот.
Даже когда систему обработки сжиженного газа и способ в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения применяют к агрегатам (LNG FPSO, LNG FSRU, BMPP, и т.п.), а также судам (LNG газовоз, LNG RV и т.п.), BOG, образуемый в грузовой цистерне, в которой хранят LNG, можно использовать в качестве топлива двигателя (включая двигатели для генерации энергии, а также двигатели для движения) или можно повторно сжижать, тем самым уменьшая или устраняя чрезмерный расход BOG.
Кроме того, в системе обработки сжиженного газа и способе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, поскольку нет необходимости монтировать аппараты повторного сжижения, которые используют отдельные охлаждающие средства (то есть цикл охлаждения с азотным охлаждающим средством, цикл охлаждения со смешанным охлаждающим средством или тому подобное), установки для подачи и хранения охлаждающих средств не нужно монтировать отдельно. Следовательно, возможно сокращать начальные затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию для конфигурирования всей системы.
На фиг. 9 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Система обработки сжиженного газа в соответствии с пятым вариантом осуществления отличается от системы обработки сжиженного газа в соответствии со вторым вариантом осуществления тем, что BOG, сжиженный в теплообменнике 21 и затем подвергнутый понижению давления в средстве понижения давления (например, расширительном клапане 22), возвращают в грузовую цистерну 11, без прохождения через газожидкостный разделитель 23. Далее в настоящем документе, только отличия от системы обработки сжиженного газа по второму варианту осуществления описаны более подробно. Кроме того, те же номера позиций присвоены тем же элементам, что и во втором варианте осуществления, и их подробное описание пропущено.
В соответствии с данным вариантом осуществления, BOG (то есть двухфазный BOG), который приобретает состояние, в котором смешаны газовый компонент (то есть газ мгновенного испарения) и жидкостный компонент (то есть сжиженный BOG) при понижении давления после сжижения, возвращают в грузовую цистерну (танк) 11 через линию L3 возврата BOG. Линию L3 возврата BOG можно выполнять с такой возможностью, что двухфазный BOG, возвращаемый в грузовую цистерну 11, впрыскивают в нижнюю часть грузовой цистерны 11.
Газовый компонент (то есть газ мгновенного испарения) двухфазного BOG, впрыскиваемого в нижнюю часть грузовой цистерны 11, можно частично нагревать в LNG, который хранят в грузовой цистерне 11, или можно сжижать посредством энергии холода LNG. Кроме того, газ мгновенного испарения (BOG), который не нагревают или не сжижают, отводят из грузовой цистерны 11 также через линию L1 подачи BOG вместе с BOG (NBOG), дополнительно образуемым в грузовой цистерне 11. Газ мгновенного испарения, отводимый из грузовой цистерны 11 вместе с вновь образуемым BOG, рециркулируют в компрессор 13 вдоль линии L1 подачи BOG.
В соответствии с данным вариантом осуществления, поскольку двухфазный BOG после расширения впрыскивают в нижнюю часть грузовой цистерны 11, большее количество BOG сжижают посредством LNG, который хранят в грузовой цистерне 11. Кроме того, поскольку установки, такие как газожидкостный разделитель или тому подобное, не используют, можно сокращать затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию.
На фиг. 10 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с первой модификацией пятого варианта осуществления настоящего изобретения.
Первая модификация пятого варианта осуществления, проиллюстрированная на фиг. 10, отличается от системы обработки сжиженного газа, проиллюстрированной на фиг. 9, в соответствии с пятым вариантом осуществления тем, что детандер 52 используют вместо расширительного клапана в качестве средства понижения давления. То есть, в соответствии с первой модификацией пятого варианта осуществления, давление LBOG, охлажденного и сжиженного в теплообменнике 21, снижают до состояния смеси газа и жидкости при прохождении через детандер 52 и возвращают в грузовую цистерну (танк) 11 в двухфазном состоянии.
На фиг. 11 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии со второй модификацией пятого варианта осуществления настоящего изобретения.
Вторая модификация пятого варианта осуществления, проиллюстрированная на фиг. 11, отличается от системы обработки сжиженного газа, проиллюстрированной на фиг. 9, в соответствии с пятым вариантом осуществления тем, что вместо многоступенчатого компрессора в качестве сжимающего средства используют множество компрессоров (например, первый компрессор 13a и второй компрессор 13b).
В системе обработки сжиженного газа для судна в соответствии со второй модификацией пятого варианта осуществления настоящего изобретения, NBOG, образуемый и отводимый из грузовой цистерны 11, в которой хранят сжиженный газ, переносят вдоль линии L1 подачи BOG и затем подают в первый компрессор 13a. BOG, сжимаемый в первом компрессоре 13a, можно сжимать приблизительно от 6 до 10 бар и затем подавать потребителю, то есть, в пропульсивную систему (например, DFDE), использующую LNG в качестве топлива, вдоль линии подачи топлива L2. BOG, остающийся после подачи в DFDE, можно дополнительно сжимать посредством второго компрессора 13b, который выполняет функцию вспомогательного компрессора. Затем, как в описанном выше пятом варианте осуществления, BOG можно сжижать, при этом перемещая вдоль линии L3 возврата BOG, и затем возвращать в грузовую цистерну 11.
Первый компрессор 13a может представлять собой компрессор 1-й ступени, который содержит один цилиндр 14a сжатия и один промежуточный охладитель 15a. Второй компрессор 13b может представлять собой компрессор 1-й ступени, который содержит один цилиндр 14b сжатия и один промежуточный охладитель 15b. В случае необходимости, во втором компрессоре 13b можно предусмотреть многоступенчатый компрессор, который содержит множество цилиндров сжатия и множество промежуточных охладителей.
BOG, сжимаемый в первом компрессоре 13a, сжимают приблизительно от 6 до 10 бар и затем подают потребителю, например, в двигатель DF (то есть DFDE), через линию подачи топлива L2. В этот момент, весь или часть сжатого BOG можно подавать в двигатель в соответствии с количеством топлива, необходимым для двигателя.
То есть, когда BOG, отводимый из грузовой цистерны 11 и подаваемый в первый компрессор 13a (то есть весь BOG, отводимый из грузовой цистерны 11) представляет собой первый поток, первый поток BOG можно подразделять на второй поток и третий поток на стороне первого компрессора 13a ниже по потоку. Второй поток можно подавать в качестве топлива в пропульсивную систему, то есть, двигатель DF (DFDE), и третий поток можно сжижать и возвращать в грузовую цистерну 11.
В этот момент, второй поток подают в DFDE через линию подачи топлива L2, а третий поток, который дополнительно сжимают во втором компрессоре 13b, претерпевает процессы сжижения и понижения давления, и его возвращают в грузовую цистерну 11 через линию L3 возврата BOG. Теплообменник 21 устанавливают в линии L3 возврата BOG с тем, чтобы сжижать третий поток сжатого BOG. Третий поток BOG, сжимаемый в теплообменнике 21, обменивается теплом с первым потоком BOG, отводимым из грузовой цистерны 11, и затем его подают в первый компрессор 13a.
Поскольку скорость потока первого потока BOG перед сжатием больше, чем скорость потока третьего потока, третий поток сжатого BOG можно охлаждать (то есть сжижать по меньшей мере частично) посредством получения энергии холода от первого потока BOG перед сжатием. По существу, в теплообменнике 21, BOG в состоянии высокого давления охлаждают (сжижают) посредством теплообмена между BOG с криогенной температурой незамедлительно после отвода из грузовой цистерны 11 и BOG в состоянии высокого давления, сжимаемым в компрессоре 13.
Давление LBOG, охлажденного в теплообменнике 21, снижают при прохождении через расширительный клапан 22 (например, клапан J-T), который выполняет функцию средства понижения давления, и его затем подают в грузовую цистерну 11 в состоянии смеси газа и жидкости. Можно снижать давление LBOG приблизительно до атмосферного давления (например, давление снижают от 300 бар до 3 бар) при прохождении через расширительный клапан 22.
Между тем, когда ожидают, что будет образован избыточный BOG, поскольку количество BOG, образуемого в грузовой цистерне 11 больше, чем количество топлива, необходимое для двигателя DF (например, во время остановки двигателя или во время низкоскоростной навигации), BOG, сжимаемый в первом компрессоре 13a, ответвляют через ответвляющую BOG линию L7 и затем используют в потребляющем BOG средстве. Примеры потребляющих BOG средств могут включать GCU и газовую турбину, каждая из которых может использовать природный газ в качестве топлива.
На фиг. 12 представлена схематическая диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с третьей модификацией пятого варианта осуществления настоящего изобретения.
Третья модификация пятого варианта осуществления, проиллюстрированная на фиг. 12, отличается от системы обработки сжиженного газа, проиллюстрированной на фиг. 11, в соответствии со второй модификацией пятого варианта осуществления тем, что детандер 52 используют вместо расширительного клапана в качестве средства понижения давления. То есть, в соответствии с третьей модификацией пятого варианта осуществления, давление LBOG, охлажденного и сжиженного в теплообменнике 21, снижают до состояния смеси газа и жидкости при прохождении через детандер 52, который выполняет функцию средства понижения давления, и его возвращают в грузовую цистерну 11 в двухфазном состоянии.
Подобно системе обработки сжиженного газа и способу в соответствии с приведенными выше вариантами осуществления, в системе обработки сжиженного газа и способе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения, BOG, образуемый во время транспортировки груза (то есть LNG) в LNG газовозе, можно использовать в качестве топлива двигателя или можно повторно сжижать, возвращать в грузовую цистерну и хранить в ней. Следовательно, определенное количество BOG, потребляемого в GCU или тому подобном, можно снижать или устранять. Кроме того, BOG можно обрабатывать посредством повторного сжижения, без монтажа аппаратов повторного сжижения, использующих отдельные охлаждающие средства, такие как азот.
Даже когда систему обработки сжиженного газа и способ в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения применяют к агрегатам (LNG FPSO, LNG FSRU, BMPP и т.п.), а также судам (LNG газовоз, LNG RV и т.п.), BOG, образуемый в грузовой цистерне, в которой хранят LNG, можно использовать в качестве топлива двигателя (включая двигатели для генерации энергии, а также двигатели для движения) или можно повторно сжижать, тем самым снижая или устраняя чрезмерный расход BOG.
Кроме того, в системе обработки сжиженного газа и способе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения, поскольку нет необходимости монтировать аппараты повторного сжижения, использующие отдельные охлаждающие средства (то есть цикл охлаждения с азотным охлаждающим средством, цикл охлаждения со смешанным охлаждающим средством или тому подобное), установки для подачи и хранения охлаждающих средств не нужно монтировать отдельно. Следовательно, возможно сокращать начальные затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию для конфигурирования всей системы.
На фиг. 13 представлена диаграмма конфигурации, которая иллюстрирует систему обработки сжиженного газа для судна в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Система обработки сжиженного газа, проиллюстрированная на фиг. 13, в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения выполнена с возможностью интеграции системы обработки сжиженного газа, проиллюстрированной на фиг. 1, в соответствии с первым вариантом осуществления (гибридная система, которая содержит линию, через которую LNG сжимают посредством насоса высокого давления 120 и подают в качестве топлива в пропульсивную систему, и линию, через которую BOG сжимают посредством компрессора 150 и подают в качестве топлива в пропульсивную систему) и системы обработки сжиженного газа, проиллюстрированной на фиг. 2, в соответствии со вторым вариантом осуществления.
Несмотря на то, что не проиллюстрировано, в соответствии с настоящим изобретением, очевидно, что системы обработки сжиженного газа, проиллюстрированные на фиг. 3-13, в соответствии с вариантами осуществления с третьего по пятый также можно интегрировать с гибридной системой (см. L23, L24 и L25 на фиг. 13) как проиллюстрировано на фиг. 13.
Система обработки сжиженного газа, проиллюстрированная на фиг. 13, в соответствии с данным изобретением, содержит двигатель с впрыском природного газа высокого давления (например, двигатель MEGI) в качестве основного двигателя, и двигатель DF (DF генератор: DFDG) в качестве вспомогательного двигателя. В целом, основной двигатель используют для движения для того, чтобы осуществлять навигацию судна, а вспомогательный двигатель используют для генерации энергии для того, чтобы подавать энергию на различные аппараты и установки, смонтированные на судне. Однако настоящее изобретение не ограничено задачами основного двигателя и вспомогательного двигателя. Можно устанавливать множество основных двигателей и множество вспомогательных двигателей.
Система обработки сжиженного газа в соответствии с настоящим изобретением выполнена с такой возможностью, что природный газ, хранимый в грузовой цистерне 11 (то есть BOG в газообразном состоянии и LNG в жидком состоянии) можно подавать в качестве топлива в двигатели (то есть двигатель MEGI, который выполняет функцию основного двигателя, и двигатель DF, который выполняет функцию вспомогательного двигателя).
Для того чтобы подавать BOG в газообразном состоянии в качестве газообразного топлива, система обработки сжиженного газа в соответствии с данным вариантом осуществления содержит основную линию L1 подачи BOG, которая выполняет функцию линии подачи BOG для того, чтобы подавать в основной двигатель BOG, хранимый в грузовой цистерне 11, и вспомогательную линию L8 подачи BOG, ответвленную от основной линии L1 подачи BOG, чтобы подавать BOG во вспомогательный двигатель. Основная линия L1 подачи BOG имеет ту же конфигурацию, что и линия L1 подачи BOG по приведенному выше варианту осуществления. Однако, в описании, ссылающемся на фиг. 13, эту линию подачи BOG обозначают как основную линию L1 подачи BOG с тем, чтобы отличать от линии подачи BOG для двигателя DF (то есть, вспомогательной линией L8 подачи BOG). Кроме того, вспомогательная линия L8 подачи BOG имеет ту же конфигурацию, что и ответвляющая BOG линия L8 по приведенному выше варианту осуществления. Однако, в описании, ссылающемся на фиг. 13, эту линию подачи BOG обозначают как вспомогательную линию L8 подачи BOG с тем, чтобы отличать от основной линии L1 подачи BOG.
Для того чтобы подавать LNG в жидком состоянии в качестве газообразного топлива, система обработки сжиженного газа в соответствии с данным вариантом осуществления содержит основную линию L23 подачи LNG, служащую для того, чтобы подавать в основной двигатель LNG, который хранят в грузовой цистерне 11, и вспомогательную линию L24 подачи LNG, ответвленную от основной линии L23 подачи LNG для того, чтобы подавать LNG во вспомогательный двигатель.
В соответствии с данным вариантом осуществления, компрессор 13 для сжатия BOG устанавливают в основной линии L1 подачи BOG, а насос 43 высокого давления для сжатия LNG устанавливают в основной линии L23 подачи LNG.
NBOG, образуемый в грузовой цистерне 11, в которой хранят сжиженный газ, и отводимый через отводящий BOG клапан 41, переносят по основной линии L1 подачи BOG, сжимают в компрессоре 13 и затем подают в двигатель с впрыском природного газа высокого давления, например, двигатель MEGI. BOG сжимают под высоким давлением приблизительно от 150 до 400 бар посредством компрессора 13 и затем подают в двигатель с впрыском природного газа высокого давления.
Грузовая цистерна 11 имеет герметизирующие и теплоизоляционные стенки с тем, чтобы хранить сжиженный газ, такой как LNG, в криогенном состоянии, но не может превосходно блокировать тепло, переносимое извне. Следовательно, непрерывно происходит испарение сжиженного газа внутри грузовой цистерны 11, и BOG отводят из грузовой цистерны 11 с тем, чтобы поддерживать давление BOG на подходящем уровне.
Компрессор 13 может содержать один или несколько цилиндров 14 сжатия и один или несколько промежуточных охладителей 15 для охлаждения BOG, температура которого поднимается. Компрессор 13 можно выполнять с возможностью сжимать BOG, например, приблизительно до 400 бар. Несмотря на то, что на фиг. 13 проиллюстрирован многоступенчатый компрессор 13, содержащий пять цилиндров 14 сжатия и пять промежуточных охладителей 15, число цилиндров сжатия и число промежуточных охладителей можно изменять, когда необходимо. Кроме того, множество цилиндров сжатия можно располагать внутри одного компрессора, и множество компрессоров можно соединять последовательно.
BOG, сжимаемый в компрессоре 13, подают в двигатель с впрыском природного газа высокого давления через основную линию L1 подачи BOG. Весь или часть сжатого BOG можно подавать в двигатель с впрыском природного газа высокого давления в соответствии с количеством топлива, необходимым для двигателя с впрыском природного газа высокого давления.
Вспомогательную линию L8 подачи BOG для подачи газообразного топлива во вспомогательный двигатель (то есть двигатель DF) ответвляют от основной линии L1 подачи BOG. Более конкретно, вспомогательную линию L8 подачи BOG ответвляют от основной линии L1 подачи BOG так, что BOG можно ответвлять в процессе многоступенчатого сжатия в компрессоре 13. Несмотря на то, что на фиг. 13 проиллюстрировано, что сжатый BOG 2-й ступени ответвляют и часть BOG подают во вспомогательный двигатель через вспомогательную линию L8 подачи BOG, это лишь служит в качестве образца. Систему также можно выполнять так, что сжатый BOG 1-й ступени или сжатый BOG от 3-й до 5-й ступени ответвляют и затем подают во вспомогательный двигатель через вспомогательную линию подачи BOG. В качестве примера компрессора, можно использовать компрессор производства компании Burckhardt. Компрессор производства компании Burckhardt содержит пять цилиндров. Известно, что три цилиндра передней ступени работают способом без смазки маслом и два цилиндра задней ступени работают способом со смазкой маслом. Следовательно, в случае, когда компрессор производства компании Burckhardt используют в качестве компрессора 13 для сжатия BOG, BOG нужно переносить через масляный фильтр, когда BOG ответвляют на 4-й ступени компрессора или больше. Однако это полезно в том отношении, что масляный фильтр не нужно использовать, когда BOG ответвляют на 3-й ступени компрессора или меньше.
Необходимое давление для двигателя DF (например, DFDG), который выполняет функцию вспомогательного двигателя, ниже, чем для двигателя MEGI. Следовательно, когда BOG, сжимаемый под высоким давлением ответвляют на заднем конце компрессора 13, это не эффективно, поскольку давление BOG нужно снова снижать и затем подавать его во вспомогательный двигатель.
Как описано выше, если LNG нагревают, предпочтительно испаряется метановый компонент, имеющий относительно низкую температуру сжижения. Таким образом, поскольку содержание метана в BOG высоко, BOG можно непосредственно подавать в качестве топлива в двигатель DF. Следовательно, отдельные аппараты для корректировки метанового числа не нужно монтировать в основной линии подачи BOG и вспомогательной линии подачи BOG.
Между тем, когда ожидают, что будет образовываться избыточный BOG, поскольку количество BOG, образуемого в грузовой цистерне 11, больше количества топлива, необходимого для основного двигателя и вспомогательного двигателя, система обработки сжиженного газа по настоящему изобретению может повторно сжижать BOG и возвращать повторно сжиженный BOG в грузовую цистерну.
Когда BOG генерируют сверх способности к повторному сжижению, BOG сжатый или сжимаемый поэтапно в компрессоре 13, можно ответвлять через ответвляющую BOG линию L7 и использовать в потребляющем BOG средстве. Примеры потребляющих BOG средств могут включать GCU и газовую турбину, каждое из которых может использовать природный газ, который имеет относительно низкое давление, по сравнению с двигателем MEGI, в качестве топлива. Как проиллюстрировано на фиг. 13, ответвляющую BOG линию L7 можно ответвлять от вспомогательной линии L8 подачи BOG.
Поскольку процесс, в котором по меньшей мере часть BOG, сжимаемого в компрессоре 13 и затем подаваемого в двигатель с впрыском природного газа высокого давления через линию L1 подачи BOG, осуществляют через линию L3 возврата BOG, то есть его повторно сжижают и возвращают в грузовую цистерну 11, идентичен таковому, описанному со ссылкой на фиг. 2, подробное его описание пропущено.
Несмотря на то, что на фиг. 13 проиллюстрирован пример, в котором линию L3 возврата BOG для подачи сжатого BOG в теплообменник 21 ответвляют на заднем конце компрессора 13, линию L3 возврата BOG можно устанавливать для того, чтобы ответвлять BOG, сжимаемый поэтапно в компрессоре 13, подобно описанной выше ответвляющей BOG линии L7 и вспомогательной линии L8 подачи BOG, которые выполняют функцию ответвляющей BOG линии. На фиг. 3 проиллюстрирована модификация, в которой сжатый BOG 2-й ступени ответвляют после двух цилиндров, и на фиг. 4 проиллюстрирована модификация, в которой сжатый BOG 3-й ступени ответвляют после трех цилиндров. В этот момент, давление BOG, ответвленного от средней ступени компрессора 13, может составлять приблизительно от 6 до 10 бар.
В частности, в случае использования компрессора (производства Burckhardt), содержащего пять цилиндров, из которых три цилиндра передней ступени работают способом без смазки маслом и два цилиндра задней ступени работают способом со смазкой маслом, нужно переносить BOG, который при этом прошел через масляный фильтр, когда BOG ответвляют на задней ступени или 4-й ступени компрессора или больше. Однако это полезно в том отношении, что масляный фильтр не нужно использовать, когда BOG ответвляют на 3-й ступени компрессора или меньше.
Отводящий насос 12 и насос 43 высокого давления монтируют в основной линии L23 подачи LNG. Отводящий насос 12 устанавливают внутри грузовой цистерны 11 и выполняют с возможностью отводить LNG вовне грузовой цистерны 11. Насос 43 высокого давления выполнен с возможностью во вторую очередь сжимать LNG, который в первую очередь сжимают в отводящем насосе 12, до давления, необходимого для двигателя MEGI. Отводящий насос 12 можно устанавливать в каждой грузовой цистерне 11. Несмотря на то, что только один насос 43 высокого давления проиллюстрирован на фиг. 4, когда необходимо, можно параллельно соединять множество насосов высокого давления.
Как описано выше, давление газообразного топлива, необходимое для двигателя MEGI, представляет собой высокое давление приблизительно от 150 до 400 бар (абсолютное давление). В этом описании, следует принимать во внимание, что термин «высокое давление», как используют в настоящем документе, относится к давлению, необходимому для двигателя MEGI, например, давление приблизительно от 150 до 400 бар (абсолютное давление).
LNG, отводимый из грузовой цистерны 11, в которой хранят сжиженный газ, через отводящий насос 12 переносят по основной линии L23 подачи LNG и затем подают в насос 43 высокого давления. Затем LNG сжимают до высокого давления в насосе 43 высокого давления, подают в испаритель 44 и испаряют в испарителе 44. Испаренный LNG подают в качестве топлива в двигатель с впрыском природного газа высокого давления, то есть двигатель MEGI. Поскольку давление, необходимое для двигателя MEGI, относится к сверхкритическому состоянию, LNG, сжимаемый до высокого давления, находится в состоянии, которое не представляет собой ни газ ни жидкость. Следовательно, следует принимать во внимание, что выражение «испарение LNG, сжимаемого до высокого давления в испарителе 44» обозначает повышение температуры LNG, находящегося в сверхкритическом состоянии, вплоть до температуры, необходимой для двигателя MEGI.
Вспомогательную линию L24 подачи LNG для подачи газообразного топлива во вспомогательный двигатель (то есть двигатель DF) ответвляют от основной линии L23 подачи LNG. Более конкретно, вспомогательную линию L24 подачи LNG ответвляют от основной линии L23 подачи LNG так, что LNG можно ответвлять до сжатия в насосе 43 высокого давления.
Между тем, на фиг. 13 вспомогательная линия L24 подачи LNG проиллюстрирована как ответвленная от основной линии L23 подачи LNG на стороне выше по потоку относительно насоса 43 высокого давления. Однако, в соответствии с модификацией, вспомогательную линию L24 подачи LNG можно ответвлять от основной линии L23 подачи LNG на стороне ниже по потоку относительно насоса 43 высокого давления. Однако в случае, когда линию L24 подачи LNG ответвляют от стороны ниже по потоку относительно насоса 43 высокого давления, поскольку давление LNG увеличено с помощью насоса 43 высокого давления, необходимо понижать давление LNG до давления, необходимого для вспомогательного двигателя, с помощью средства понижения давления перед подачей LNG во вспомогательный двигатель в качестве топлива. Подобно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 13, это полезно в том отношении, что дополнительное средство понижения давления не нужно монтировать, когда вспомогательную линию L24 подачи LNG ответвляют на стороне выше по потоку относительно насоса 43 высокого давления.
Испаритель 45, газожидкостный разделитель 46 и нагреватель 47 монтируют во вспомогательной линии L24 подачи LNG с тем, чтобы корректировать метановое число и температуру LNG, подаваемого в качестве топлива, до значения, необходимого для двигателя DF.
Как описано выше, поскольку содержание метана в LNG относительно ниже, чем у BOG, метановое число LNG ниже, чем метановое число, необходимое для двигателя DF. Доли углеводородных компонентов (метан, этан, пропан, бутан и т.п.), образующих LNG, различаются в соответствии с районами производства. Следовательно, не подходит испарять LNG, как он есть, и затем подавать испаренный LNG в двигатель DF в качестве топлива.
Для того чтобы корректировать метановое число, LNG нагревают и частично испаряют в испарителе 45. Газообразное топливо, частично испаренное до состояния, в котором смешаны газообразное состояние (то есть природный газ) и жидкое состояние (то есть LNG), подают в газожидкостный разделитель 46 и разделяют на газ и жидкость. Поскольку температура испарения тяжелого углеводородного (HHC) компонента, имеющего высокую теплоту сгорания, является относительно высокой, доля HHC компонента относительно возрастает в LNG в жидком состоянии, который остается без испарения в частично испаренном BOG. Следовательно, метановое число газообразного топлива можно увеличивать посредством отделения жидкостного компонента в газожидкостном разделителе 46, то есть посредством отделения HHC компонента.
Для того чтобы достигать подходящего метанового числа, температуру нагрева в испарителе 45 можно корректировать с учетом доли углеводородного компонента, содержащегося в LNG, метанового числа, необходимого для двигателя и т.п. Температуру нагрева в испарителе 45 можно определять в диапазоне от -80°C до -120°C. Жидкостный компонент, отделенный от газообразного топлива в газожидкостном разделителе 46, возвращают в грузовую цистерну 11 через линию L5 возврата жидкостного компонента. Линия L3 возврата BOG и линия L5 возврата жидкостного компонента могут идти к грузовой цистерне 11 после объединения друг с другом.
Газообразное топливо, у которого корректируют метановое число, подают в нагреватель 47 через вспомогательную линию L24 подачи LNG, дополнительно нагревают до температуры, необходимой для вспомогательного двигателя и затем подают в качестве топлива во вспомогательный двигатель. Например, когда вспомогательным двигателем является DFDG, необходимое метановое число обычно составляет 80 или больше. Например, в случае обычного LNG (типично, метан: 89,6%, азот: 0,6%), метановое число перед отделением HHC компонента составляет 71,3, и низшая теплота сгорания (LHV) в этот момент составляет 48872,8 кДж/кг (при 1 атмосфере, насыщенный пар). Когда HHC компонент удаляют посредством сжатия обычного LNG до 7 бар и его нагрева до -120°C, метановое число возрастает до 95,5 и LHV в этот момент составляет 49265,6 кДж/кг.
В соответствии с данным вариантом осуществления, имеют место два прохода, через которые газообразное топливо подают в двигатели (основной двигатель и вспомогательный двигатель). То есть, газообразное топливо можно подавать в двигатели после сжатия через компрессор 13, или можно подавать в двигатели после сжатия через насос 43 высокого давления.
В частности, судно, такое как LNG газовоз или LNG RV, используют для того, чтобы транспортировать LNG из района производства к потребителю. Следовательно, когда плывет из района производства, судно плывет в нагруженном состоянии, в котором грузовая цистерна полностью загружена LNG. Когда возвращается в район производства после разгрузки LNG, судно плывет в балластном состоянии, в котором грузовая цистерна почти пуста. В нагруженном состоянии генерируют большое количество BOG, поскольку количество LNG относительно велико. В балластном состоянии генерируют относительно малое количество BOG, поскольку количество LNG мало.
Несмотря на то, что существуют различия, связанные с вместимостью грузовой цистерны, внешней температурой и т.п., количество BOG, образуемого, когда вместимость грузовой цистерны для LNG составляет приблизительно от 130000 до 350000, составляет от 3 до 4 тонн/ч в нагруженном состоянии и от 0,3 до 0,4 тонн/ч в балластном состоянии. Кроме того, количество газообразного топлива, необходимого для двигателей, составляет приблизительно от 1 до 4 тонн/ч (приблизительно 1,5 тонн/ч в среднем) в случае двигателя MEGI и приблизительно 0,5 тонн/ч в случае двигателя DF (DFDG). Между тем, в последние годы, в связи с тенденцией к снижению скорости выпаривания (BOR) из-за усовершенствования эффективности тепловой изоляции грузовой цистерны, образующееся количество BOG проявляет тенденцию к снижению.
Следовательно, в случае, когда предусмотрена как линия компрессора (то есть L1 и L8 на фиг. 13), так и линия насоса высокого давления (то есть L23 и L24 на фиг. 13), подобно системе подачи газообразного топлива по данному варианту осуществления, предпочтительно в нагруженном состоянии, в котором генерируют большое количество BOG, газообразное топливо подают в двигатели через линию компрессора, и в балластном состоянии, в котором генерируют малое количество BOG, газообразное топливо подают в двигатели через линию насоса высокого давления.
В целом, энергия, необходимая компрессору для того, чтобы сжимать газ (BOG) вплоть до высокого давления приблизительно от 150 до 400 бар (абсолютное давление), необходимого для двигателя MEGI, значительно больше, чем энергия, необходимая насосу для того, чтобы сжимать жидкость (LNG). Компрессор для сжатия газа до высокого давления стоит очень дорого и занимает большое пространство. Следовательно, можно считать, что использование линии насоса высокого давления отдельно без какой-либо линии сжатия является экономически эффективным. Например, 2 МВт мощности потребляют для подачи топлива в двигатель MEGI посредством приведения в действие одной компрессорной установки с многоступенчатой конфигурацией. Однако если используют насос высокого давления, потребляют 100 кВт мощности. Однако когда газообразное топливо подают в двигатели с использованием только линии насоса высокого давления в нагруженном состоянии, аппарат повторного сжижения для повторного сжижения BOG обязательно требуется для того, чтобы обрабатывать BOG, непрерывно образуемый в грузовой цистерне. Если учитывать энергию, потребляемую аппаратом повторного сжижения, благоприятно монтируют как линию компрессора, так и линию насоса высокого давления, и в нагруженном состоянии газообразное топливо подают через линию компрессора, а в балластном состоянии газообразное топливо подают через линию насоса высокого давления.
Между тем, подобно балластному состоянию, когда количество BOG, образуемого в грузовой цистерне, меньше, чем количество топлива, необходимого для двигателя MEGI, может эффективно ответвлять BOG через вспомогательную линию L8 подачи BOG в процессе многоступенчатого сжатия и использовать ответвленный BOG в качестве топлива двигателя DF, без сжатия BOG в многоступенчатом компрессоре до высокого давления, необходимого для MEGI. То есть, например, если BOG подают в двигатель DF только через цилиндры сжатия 2-х стадий 5-ступенчатого компрессора, остающиеся цилиндры сжатия 3-х ступеней работают вхолостую. 2 МВт мощности необходимо, когда BOG сжимают посредством приведения в действие целого 5-ступенчатого компрессора. 600 кВт мощности необходимо, когда используют цилиндры сжатия 2-х стадий и остающиеся цилиндры сжатия 3-х ступеней работают вхолостую. 100 кВт мощности необходимо, когда топливо подают в двигатель MEGI через насос высокого давления. Следовательно, подобно балластному состоянию, когда образующееся количество BOG меньше, чем количество топлива, необходимое для двигателя MEGI, в отношении энергоэффективности благоприятно потреблять все количество BOG в двигателе DF или тому подобном и подавать LNG в качестве топлива через насос высокого давления.
Однако, в случае необходимости, даже когда образующееся количество BOG меньше, чем количество топлива, необходимое для двигателя MEGI, LNG можно принудительно испарять и подавать в недостающем количестве, когда BOG подают в качестве топлива в двигатель MEGI через компрессор. Между тем, поскольку образующееся количество BOG в балластном состоянии мало, BOG не отводят, а накапливают до тех пор, пока грузовая цистерна не достигнет предварительно определяемого давления, и периодически отводят и подают в качестве топлива в двигатель DF или двигатель MEGI, вместо отведения и потребления BOG всякий раз, когда генерируют BOG.
В балластном состоянии, в двигатель судна (двигатель DF или двигатель MEGI) можно одновременно подавать BOG, сжимаемый посредством компрессора 13, и LNG, сжимаемый посредством насоса 43 высокого давления, в качестве топлива. Кроме того, в балластном состоянии, в двигатель судна (двигатель DF или двигатель MEGI) можно альтернативно подавать BOG, сжимаемый посредством компрессора 13, и LNG, сжимаемый посредством насоса 43 высокого давления, в качестве топлива.
В случае двигателя низкого давления, такого как бойлер, газовая турбина или двигатель низкого давления DF, в который подают используемое топливо низкого давления, разработана система подачи топлива, которая использует BOG, образуемый в цистерне для хранения, в качестве топлива в нормальном состоянии, и принудительно испаряет LNG и использует испаренный LNG в качестве топлива вместе с BOG, когда количество BOG меньше, чем необходимое количество топлива. Такая система подачи топлива ограничена случаем, когда на судне устанавливают только двигатель низкого давления. Образуемый естественным путем BOG и принудительно испаряемый LNG различаются по теплоте сгорания и метановому числу. Таким образом, в случае, когда BOG и принудительно испаряемый LNG подают в один двигатель в смеси, происходит изменение мощности двигателя, поскольку непрерывно меняется компонент топлива, то есть теплота сгорания. Это затрудняет управление двигателем. В случае грузового судна, такого как LNG газовоз, относительно достаточное количество BOG генерируют в нагруженном состоянии, в котором грузовое судно полностью загружено грузом на рейсе. Однако в балластном состоянии, в котором грузовое судно возвращается после выгрузки груза, количества BOG не достаточно и, таким образом, необходимо принудительно испарять LNG. Следовательно, в балластном состоянии, соответствующем приблизительно половине от всего периода плавания, непрерывно возникают проблемы, такие как изменение мощности двигателя.
Однако описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения значительно отличаются от системы подачи топлива, в которой установлен только двигатель низкого давления, в том отношении, что устанавливают и двигатель высокого давления, в который подают топливо под высоким давлением (например, двигатель MEGI, приблизительно от 150 до 400 бар) и двигатель низкого давления, в который подают топливо при низком давлении (например, двигатель DF, приблизительно 6-10 бар).
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, когда образующееся количество BOG меньше, чем количество топлива, необходимое для всего двигателя, BOG подают в качестве топлива только в двигатель низкого давления, или LNG подают в качестве топлива и в двигатель высокого давления и в двигатель низкого давления. Когда предварительно определяемое количество BOG накапливается в цистерне для хранения, BOG и LNG поочередно подают в двигатели в качестве топлива. Следовательно, возможно решить проблему, которая возникает, когда BOG и принудительно испаряемый LNG подают в один двигатель в смеси.
Однако, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, очевидно, что BOG, сжимаемый посредством компрессора 13, и LNG, сжимаемый посредством насоса 43 высокого давления, можно одновременно подавать в качестве топлива в один двигатель по мере необходимости.
Кроме того, на судах, где не легко чинить или заменять оборудование, важные установки нужно устанавливать по две, принимая во внимание экстренные ситуации (дублирование). То есть, необходимо такое дублирование важных установок, что дополнительные установки, способные выполнять ту же функцию, что и основная установка, и дополнительное оборудование переводят в режим ожидания во время нормальной работы основной установки, и они принимают на себя функцию основной установки, когда основная установка не работает из-за отказа. Примеры установок, требующих дублирования, могут включать вращающиеся установки, например, компрессоры или насосы.
По существу, различные установки нужно монтировать в избытке на судне с тем, чтобы только удовлетворять требование к дублированию, но при этом не использовать в обычные дни. Система подачи газообразного топлива с использованием двух линий сжатия требует значительных расходов и пространства для монтажа компрессора. При использовании системы подачи газообразного топлива потребляют много энергии. Система подачи газообразного топлива с использованием двух линий насоса высокого давления может потреблять много энергии при обработке (повторном сжижении) BOG. С другой стороны, в системе подачи газообразного топлива по настоящему изобретению, в которой монтируют и линию компрессора и линию насоса высокого давления, даже когда возникает проблема в одной из линий подачи, судно может продолжать плавание, обычно, с помощью другой линии подачи. В случае, когда устанавливают только одну линию сжатия, меньше используют дорогостоящие компрессоры и можно надлежащим образом выбирать и использовать оптимальный способ подачи газообразного топлива в соответствии с образующимся количеством BOG. Следовательно, возможно добиваться дополнительного эффекта, который может позволять экономить затраты на эксплуатацию, а также начальные расходы на постройку судна.
Как проиллюстрировано на фиг. 13, когда систему обработки сжиженного газа и гибридную систему подачи газообразного топлива комбинируют в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, BOG, образуемый во время транспортировки груза (то есть LNG) в LNG газовозе, можно использовать в качестве топлива двигателя, или можно повторно сжижать, возвращать в грузовую цистерну и хранить в ней. Следовательно, определенное количество BOG, потребляемого в GCU или тому подобном, можно снижать или устранять. Кроме того, BOG можно обрабатывать посредством повторного сжижения, без монтажа аппаратов повторного сжижения, использующих отдельные охлаждающие средства, такие как азот.
В соответствии с данным вариантом осуществления, несмотря на недавнюю тенденцию, согласно которой возрастает образующееся количество BOG из-за увеличенной вместимости грузовой цистерны и уменьшается необходимое количество топлива из-за усовершенствованной эффективности двигателя, BOG, остающийся после использования в качестве топлива двигателя, можно повторно сжижать и возвращать в грузовую цистерну, тем самым препятствуя расходу BOG.
В частности, в системе обработки сжиженного газа и способе в соответствии с данным вариантом осуществления, поскольку нет необходимости монтировать аппараты повторного сжижения, использующие отдельные охлаждающие средства (то есть цикл охлаждения с азотным охлаждающим средством, цикл охлаждения со смешанным охлаждающим средством или тому подобное), установки для подачи и хранения охлаждающих средств не нужно монтировать отдельно. Следовательно, возможно сокращать начальные затраты на монтаж и затраты на эксплуатацию для конфигурирования всей системы.
Хотя варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области очевидно, что можно выполнять различные изменения и модификации, не отступая от сущности и объема изобретения, как определено в следующей формуле изобретения.