Система повторного сжижения отпарного газа (варианты)
BOIL OFF GAS RELIQUEFACTION SYSTEM (VARIANTS)

Область техники
[1] Настоящее изобретение относится к способу и системе повторного сжижения отпарного газа (ОГ), образуемого посредством естественного испарения сжиженного газа и, в частности к системе повторного сжижения отпарного газа, в которой излишки отпарного газа, образуемого в накопительной емкости судна с силовыми установками на сжиженном природном газе (СПГ) и предназначенного для подачи в качестве топлива в двигатель, которые превышают потребности в топливе двигателя, повторно сжижают с использованием отпарного газа в качестве хладагента.
Уровень техники
[2] В последнее время потребление сжиженного газа, такого как сжиженный природный газ (СПГ), стремительно росло во всем мире. Сжиженный газ, получаемый охлаждением природного газа до чрезвычайно низкой температуры, имеет значительно меньший объем, чем природный газ, и поэтому гораздо более пригоден для хранения и транспортировки. К тому же, поскольку загрязнители воздуха в природном газе могут быть уменьшены или удалены во время процесса сжижения, сжиженный газ, такой как СПГ, является экологичным топливом с низким выбросом загрязнителей воздуха при сжигании.
[3] СПГ - это бесцветная и прозрачная жидкость, получаемая путем охлаждения природного газа, в основном состоящего из метана, до примерно -163°C для сжижения природного газа, и имеет объем, составляющий около 1/600 от объема природного газа. Таким образом, сжижение природного газа обеспечивает очень эффективную транспортировку.
[4] Однако, поскольку природный газ сжижают при чрезвычайно низкой температуре -163°C при нормальном давлении, СПГ может легко испаряться за счет небольшого изменения температуры. Хотя накопительная емкость СПГ изолирована, внешнее тепло может непрерывно передаваться в накопительную емкость, вызывая естественное испарение СПГ с образованием тем самым отпарного газа (ОГ).
[5] Образование ОГ означает потерю СПГ и поэтому значительно влияет на эффективность транспортировки. Кроме того, когда ОГ накапливается в накопительной емкости, существует риск чрезмерного роста давления внутри накопительной емкости, вызывающего повреждение емкости. В отношении обработки ОГ, образуемого в накопительной емкости СПГ, были проведены различные исследования. Недавно для обработки ОГ был предложен способ, в котором ОГ повторно сжижают для возврата в накопительную емкость СПГ, способ, в котором ОГ используют в качестве источника энергии в источнике потребления топлива, таком как судовой двигатель и т. п.
[6] В число примеров способа повторного сжижения ОГ входят способ использования цикла охлаждения с отдельным хладагентом, в котором для повторного сжижения ОГ обеспечивают возможность его теплообмена с хладагентом, и способ использования ОГ в качестве хладагента для повторного сжижения ОГ без какого-либо отдельного хладагента. В частности, систему, использующую последний способ, называют системой частичного повторного сжижения (СЧПС).
[7] Примерами судового двигателя, способного использовать в качестве топлива природный газ, являются такие газовые двигатели, как двигатель DFDE, двигатель X-DF и двигатель ME-GI.
[8] Двигатель DFDE имеет четыре такта в цикле и использует цикл Отто, в котором природный газ, имеющий относительно низкое давление около 6,5 бар, впрыскивают во впускное отверстие для подачи воздуха горения с последующим выталкиванием поршня вверх для сжатия газа.
[9] Двигатель X-DF имеет два такта в цикле и применяет цикл Отто с использованием в качестве топлива природного газа, имеющего давление около 16 бар.
[10] Двигатель ME-GI имеет два такта в цикле и использует цикл Дизеля, в котором природный газ, имеющий давление около 300 бар, впрыскивают непосредственно в камеру сгорания вблизи верхней мертвой точки поршня.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема
[11] По существу, когда отпарной газ (ОГ), образуемый в накопительной емкости сжиженного природного газа (СПГ), сжимают и повторно сжижают посредством теплообмена с использованием отпарного газа без отдельного хладагента, для эффективности повторного сжижения ОГ нужно сжимать при высоком давлении с использованием цилиндра маслосмазываемого типа.
[12] Отпарной газ, сжимаемый компрессором с цилиндром маслосмазываемого типа, содержит смазочное масло. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что смазочное масло, содержащееся в сжимаемом ОГ, конденсируется или отвердевает раньше ОГ и блокирует канал текучей среды теплообменника во время охлаждения сжатого ОГ в теплообменнике. В частности, пластинчатые теплообменники с вытравленными каналами (PCHE), имеющие узкий канал текучей среды (например, канал текучей среды типа микроканала текучей среды), страдают от более частого засорения канала текучей среды из-за конденсированного или отвержденного смазочного масла.
[13] Соответственно, авторы настоящего изобретения разработали различные методы отделения смазочного масла от сжимаемого ОГ для предотвращения засорения канала текучей среды теплообменника конденсированным или отвержденным смазочным маслом.
[14] Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ и систему для ослабления или предотвращения засора канала текучей среды теплообменника конденсированным или отвержденным смазочным маслом и позволяют удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло, засоряющее канал текучей среды теплообменника, с помощью простого и экономичного процесса.
Техническое решение
[15] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; и второй масляный фильтр, расположенный на выходе редуктора давления; причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а второй масляный фильтр представляет собой криогенный масляный фильтр.
[16] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; газожидкостный сепаратор, расположенный на выходе редуктора давления и разделяющий ОГ на сжиженный газ, полученный путем повторного сжижения, и газообразный ОГ; и второй масляный фильтр, расположенный на пятой линии подачи, по которой выпускают сжиженный газ, отделенный газожидкостным сепаратором, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а второй масляный фильтр представляет собой криогенный масляный фильтр.
[17] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; газожидкостный сепаратор, расположенный на выходе редуктора давления и разделяющий ОГ на сжиженный газ, полученный путем повторного сжижения, и газообразный ОГ; и второй масляный фильтр, расположенный на шестой линии подачи, по которой выпускают газообразный ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором; причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а второй масляный фильтр представляет собой криогенный масляный фильтр.
[18] Второй масляный фильтр может отделять смазочное масло, имеющее твердую фазу.
[19] Система повторного сжижения ОГ может также содержать газожидкостный сепаратор, расположенный на выходе редуктора давления и разделяющий ОГ на сжиженный газ, полученный путем повторного сжижения, и газообразный ОГ, причем второй масляный фильтр расположен между редуктором давления и газожидкостным сепаратором.
[20] Второй масляный фильтр может быть верхневыпускного типа.
[21] Сжиженный газ, отделяемый газожидкостным сепаратором и выпускаемый по пятой линии подачи, может быть направлен в накопительную емкость.
[22] Второй масляный фильтр может быть нижневыпускного типа.
[23] Компрессор может сжимать ОГ до давления от 150 бар до 350 бар.
[24] Компрессор может сжимать ОГ до давления от 80 бар до 250 бар.
[25] Теплообменник может содержать жидкостный канал микроканального типа.
[26] Теплообменник может быть пластинчатым теплообменником с вытравленными каналами (PCHE).
[27] Система повторного сжижения ОГ может также содержать обводную линию, по которой ОГ подают в компрессор после обхода теплообменника.
[28] Система повторного сжижения ОГ может также содержать первый клапан, расположенный на входе канала холодной текучей среды теплообменника и регулирующий расход текучей среды и открывающий/закрывающий соответствующую линию подачи, причем обводная линия может ответвляться от соответствующей линии подачи на входе первого клапана.
[29] Система повторного сжижения ОГ может также содержать второй клапан, расположенный на выходе канала холодной текучей среды теплообменника и регулирующий расход текучей среды и открывающий/закрывающий соответствующую линию подачи, причем обводная линия соединена с соответствующей линии подачи на выходе второго клапана.
[30] Система повторного сжижения ОГ может также содержать первый масляный фильтр, расположенный на выходе компрессора и отделяющий смазочное масло от ОГ.
[31] Первый фильтр может отделять смазочное масло, имеющее паровую или фазу тумана.
[32] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ путем сжатия ОГ с помощью компрессора, охлаждения сжатого ОГ посредством теплообмена с несжатым ОГ с помощью теплообменника и снижения давления охлажденной посредством теплообмена текучей среды с помощью редуктора давления, причем ОГ, подлежащий использованию в качестве хладагента в теплообменнике, подают в теплообменник по второй линии подачи, а ОГ, не используемый в качестве хладагента в теплообменнике, выполнен с возможностью подачи в компрессор по обводной линии, обходящей теплообменник, и при этом на обводной линии расположен обводной клапан для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, на первой линии подачи на входе теплообменника расположен первый клапан для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, на второй линии подачи на выходе теплообменника расположен второй клапан для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, а компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, компрессор выполнен с возможностью сжатия ОГ до давления от 150 бар до 350 бар, причем способ выпуска смазочного масла включает в себя: 2) открытие обводного клапана при одновременном закрытии первого клапана и второго клапана; 3) направление ОГ, не используемого в качестве хладагента в теплообменнике, в компрессор по обводной линии с последующим сжатием компрессором; и 4) направление части или всего ОГ, сжатого компрессором, в теплообменник, причем конденсированное или отвержденное смазочное масло выпускают из системы повторного сжижения ОГ после расплавления или снижения вязкости посредством ОГ, температура которого повышена во время сжатия компрессором.
[33] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий ОГ, сжатый компрессором, посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, выпускаемого из накопительной емкости; первый клапан для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, расположенный на первой линии подачи, по которой ОГ, подлежащий использованию в качестве хладагента в теплообменнике, подают в теплообменник; второй клапан для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, расположенный на второй линии подачи, по которой ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике, подают в компрессор; обводную линию, по которой ОГ подают в компрессор после обхода теплообменника; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа и сжимает ОГ до давления от 150 бар до 350 бар, а обводная линия ответвляется от первой линии подачи на входе первого клапана и соединяется со второй линей подачи на выходе второго клапана.
[34] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ путем сжатия ОГ с помощью компрессора, охлаждения сжатого ОГ посредством теплообмена с несжатым ОГ с помощью теплообменника, и снижения давления охлажденной посредством теплообмена текучей среды с помощью редуктора давления, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, ОГ направляют в компрессор через обводную линию, обходящую теплообменник, и сжимают с помощью компрессора, сжатый с помощью компрессора ОГ подают в двигатель, а излишки ОГ, не подаваемого в двигатель, подают в теплообменник для выпуска конденсированного или отвержденного смазочного масла после расплавления смазочного масла или снижения его вязкости с использованием ОГ, температура которого повышена во время сжатия компрессором.
[35] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного охлаждения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ с использованием в качестве хладагента ОГ, в которой при повторном сжижении ОГ теплообменник охлаждает сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, выпускаемого из накопительной емкости; компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа; а конденсированное или отвержденное смазочное масло после расплавления или снижения вязкости выпускают по обводной линии, выполненной с возможностью обхода теплообменника и используемой при ремонте теплообменника.
[36] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ подачи топлива для двигателя, согласно которому топливо подают в двигатель во время выпуска конденсированного или отвержденного смазочного масла путем расплавления конденсированного или отвержденного смазочного масла или снижения его вязкости.
[37] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; и газожидкостный сепаратор, расположенный на выходе редуктора давления и разделяющий ОГ на сжиженный газ, полученный путем повторного сжижения, и газообразный ОГ, причем компрессор содержит по меньшей мере один маслосмазываемый цилиндр, а газожидкостный сепаратор соединен с линией выпуска смазочного масла, по которой выпускают смазочное масло, собранное в газожидкостном сепараторе.
[38] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ с использованием в качестве хладагента ОГ, причем смазочное масло, собранное в газожидкостном сепараторе, выпускают из газожидкостного сепаратора через линию выпуска смазочного масла, отдельную от пятой линии подачи, по которой из газожидкостного сепаратора выпускают сжиженный газ, получаемый путем повторного сжижения ОГ.
[39] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый с помощью компрессора ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; по меньшей мере одно из комбинации первого датчика температуры, расположенного на входе канала холодной текучей среды теплообменник, и четвертого датчика температуры, расположенного на выходе канала горячей текучей среды теплообменника, комбинации второго датчика температуры, расположенного на выходе канала холодной текучей среды теплообменника, и третьего датчика температуры, расположенного на входе канала горячей текучей среды теплообменника, и комбинации первого датчика давления, расположенного на входе канала горячей текучей среды теплообменника, и второго датчика давления, расположенного на выходе канала горячей текучей среды теплообменника, причем компрессор содержит по меньшей мере одни цилиндр маслосмазываемого типа.
[40] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый с помощью компрессора ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; по меньшей мере одно из комбинации первого датчика температуры, расположенного на входе канала холодной текучей среды теплообменник, и четвертого датчика температуры, расположенного на выходе канала горячей текучей среды теплообменника, комбинации второго датчика температуры, расположенного на выходе канала холодной текучей среды теплообменника, и третьего датчика температуры, расположенного на входе канала горячей текучей среды теплообменника, и датчика разности давлений, измеряющего разность между давлениями на входе канала горячей текучей среды теплообменника и выходе канала горячей текучей среды теплообменника, причем компрессор содержит по меньшей мере одни цилиндр маслосмазываемого типа.
[41] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, выполненная с возможностью повторного сжижения ОГ путем сжатия ОГ с помощью компрессора, охлаждения сжатого ОГ посредством теплообмена с несжатым ОГ с помощью теплообменника и снижения давления охлажденной посредством теплообмена текучей среды с помощью редуктора давления, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, и при обнаружении неисправности теплообменника формируется аварийный сигнал.
[42] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ с использованием в качестве хладагента ОГ, в которой при повторном сжижении ОГ его охлаждают с помощью теплообменника, использующего в качестве хладагента ОГ, а наступило ли время выпускать конденсированное или отвержденное смазочное масло, определяют на основе меньшего значения из разности температур между температурой, измеренной первым датчиком температуры, расположенным на входе канала холодной текучей среды теплообменника, и температурой, измеренной четвертым датчиком температуры, расположенным на выходе канала горячей текучей среды теплообменника, и разности температур между температурой, измеренной вторым датчиком температуры, расположенным на выхода канала холодной текучей среды теплообменника, и температурой, измеренной третьим датчиком температуры, расположенным на входе канала горячей текучей среды теплообменника, или на основе разности давлений между давлением, измеренным первым датчиком давления, расположенным на входе канала горячей текучей среды, и давлением, измеренным вторым датчиком давления, расположенным на выходе канала горячей текучей среды теплообменника.
[43] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ с использованием в качестве хладагента ОГ, в которой при повторном сжижении ОГ его охлаждают с помощью теплообменника, использующего в качестве хладагента ОГ, а наступило ли время, когда пора выпускать конденсированное или отвержденное смазочное масло, определяют на основе меньшего значения из разности температур между температурой, измеренной первым датчиком температуры, расположенным на входе канала холодной текучей среды теплообменника, и температурой, измеренной четвертым датчиком температуры, расположенным на выходе канала горячей текучей среды теплообменника, и разности температур между температурой, измеренной вторым датчиком температуры, расположенным на выхода канала холодной текучей среды теплообменника, и температурой, измеренной третьим датчиком температуры, расположенным на входе канала горячей текучей среды теплообменника, или на основе разности давлений, измеряемой датчиком разности давлений для измерения разности между давлением на входе канала горячей текучей среды теплообменника и давлением на выходе канала горячей текучей среды теплообменника.
[44] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ путем сжатия ОГ с помощью компрессора, охлаждения сжатого ОГ посредством теплообмена с несжатым ОГ с помощью теплообменника и снижения давления охлажденной посредством теплообмена текучей среды с помощью редуктора давления, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а то, что наступило время выпускать конденсированное или отвержденное масло, определяют, если удовлетворено по меньшей одно из следующих условий: условие, что разность температур между предназначенным для использования в качестве хладагента ОГ на входе теплообменника и ОГ, сжатого компрессором и охлажденного теплообменником (далее именуемая «разностью температур холодного потока»), равна первому предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени или дольше; условие, что разность температур между ОГ, используемым в качестве хладагента в теплообменнике, и ОГ, сжатым компрессором и направленным в теплообменник (далее именуемая «разностью температур горячего потока»), равна первому предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени или дольше; и условие, что разность давлений между ОГ, сжатым компрессором и отправленным в теплообменник, на входе теплообменника, и ОГ, охлажденным теплообменником, на выходе теплообменника (далее именуемая «разностью давления канала горячей текучей среды») равна второму предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени или дольше.
[45] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ путем сжатия ОГ с помощью компрессора, охлаждения сжатого ОГ посредством теплообмена с несжатым ОГ с помощью теплообменника и снижения давления охлажденной посредством теплообмена текучей среды с помощью редуктора давления, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а то, что наступило время выпускать конденсированное или отвержденное масло, определяют, если меньшее значение из разности температур между предназначенным для использования в качестве хладагента ОГ на входе теплообменника и ОГ, сжатого компрессором и охлажденного теплообменником (далее именуемой «разностью температур холодного потока»), и разности температур между ОГ, используемым в качестве хладагента в теплообменнике, и ОГ, сжатым компрессором и направленным в теплообменник (далее именуемая «разностью температур горячего потока»), равно первому предварительно установленному значению или больше него в течение заданного периода времени или дольше, или если разность давлений между ОГ, сжатым компрессором и отправленным в теплообменник, на входе теплообменника, и ОГ, охлажденным теплообменником, на выходе теплообменника (далее именуемая «разностью давления канала горячей текучей среды») равна второму предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени или дольше.
[46] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ с использованием в качестве хладагента ОГ, причем момент времени для выпуска конденсированного или отвердевшего смазочного масла определяют на основе по меньшей мере одной из разности температур и разности давлений оборудования, а для указания момента времени для выпуска конденсированного или отвердевшего смазочного масла формируют аварийный сигнал.
[47] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; и редуктор давления, снижающий давление охлажденной теплообменником текучей среды, причем система повторного сжижения ОГ также содержит: блок обнаружения, расположенный на входе и/или выходе теплообменника для обнаружения того, засорен ли теплообменник смазочным маслом; и аварийный сигнал, на основе результата обнаружения блока обнаружения указывающий, что теплообменник засорен смазочным маслом.
[48] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, не сжатого компрессором; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; обводную линию, расположенную на входе теплообменника так, что ОГ, подлежащий использованию в качестве хладагента в теплообменнике, подают в компрессор по обводной линии, обходящей теплообменник; и обводной клапан, расположенный на обводной линии и регулирующий расход текучей среды и открывающий/закрывающий обводную линию, причем обводной клапан частично или полностью открыт, когда давление ОГ, подаваемого в компрессор, ниже требуемого условием по давлению на впуске для компрессора.
[49] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ подачи топлива в двигатель системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ путем сжатия ОГ с помощью компрессора, охлаждения сжатого ОГ посредством теплообмена с несжатым ОГ с помощью теплообменника и снижения давления текучей среды, охлажденной посредством теплообмена, с помощью редуктора давления, причем, когда давление ОГ, подаваемого в компрессор, ниже требуемого условием по давлению на впуске для компрессора, часть или весь ОГ, предназначенный для подачи в компрессор, подают в компрессор после обхода теплообменника.
[50] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, выпускаемого из накопительной емкости; обводную линию, по которой ОГ подают в компрессор после обхода теплообменника; второй клапан, расположенный на второй линии подачи, по которой ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике, подают в компрессор, причем второй клапан регулирует расход текучей среды и открывает/закрывает вторую линию подачи; и редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а обводная линия соединена со второй линией подачи на выходе второго клапана.
[51] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ выпуска смазочного масла из системы повторного сжижения ОГ, выполненной с возможностью повторного сжижения ОГ путем сжатия ОГ с помощью компрессора, охлаждения сжатого ОГ посредством теплообмена с несжатым ОГ с помощью теплообменника и снижения давления текучей среды, охлажденной посредством теплообмена, с помощью редуктора давления, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а второй клапан для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии подачи расположен на второй линии подачи, по которой ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике, подают в компрессор, и при этом ОГ сжимают компрессором после обхода теплообменника по обводной линии, излишки ОГ, превышающего потребности двигателя в топливе, подают в теплообменник для выпуска конденсированного смазочного масла после расплавления конденсированного смазочного масла посредством ОГ, температура которого повышена во время сжатия компрессором, а обводная линия соединена со второй линией подачи на выходе второго клапана.
[52] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий ОГ, сжатый компрессором, посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, выпускаемого из накопительной емкости; обводную линию, по которой ОГ подают в компрессор после обхода теплообменника; первый клапан, расположенный на первой линии подачи, по которой ОГ, подлежащий использованию в качестве хладагента в теплообменнике, подают в теплообменник, причем первый клапан регулирует расход текучей среды и открывает/закрывает первую линию подачи; и редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а обводная линия ответвляется от первой линии подачи на входе первого клапана.
[53] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система повторного сжижения ОГ, содержащая: компрессор, сжимающий ОГ; теплообменник, охлаждающий сжатый компрессором ОГ посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, выпускаемого из накопительной емкости; обводную линию, по которой ОГ подают в компрессор после обхода теплообменника, причем обводная линия ответвляется от первой линии подачи, по которой ОГ, подлежащий использованию в качестве хладагента в теплообменнике, подают в теплообменник; редуктор давления, расположенный на выходе теплообменника и снижающий давление текучей среды, охлажденной теплообменником; и газожидкостный сепаратор, расположенный на выходе редуктора давления и разделяющий ОГ на сжиженный газ, получаемый посредством повторного сжижения, и газообразный ОГ, причем компрессор содержит по меньшей мере один цилиндр маслосмазываемого типа, а газообразный ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором, выпускают из газожидкостного сепаратора по шестой линии подачи, причем шестая линия подачи соединена с первой линией подачи перед точкой ответвления обводной линии.
Преимущественные эффекты
[54] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения существует возможность удаления смазочного масла, конденсированного или отвержденного внутри теплообменника, с помощью простого и экономичного процесса, использующего имеющееся оборудование без установки отдельного оборудования или подачи отдельной текучей среды для удаления смазочного масла.
[55] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения существует возможность ремонта теплообменника при продолжении работы двигателя благодаря поддержанию двигателя в работающем состоянии во время удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла. Кроме того, существует возможность удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла с использованием излишков ОГ, не используемых двигателем. Более того, существует возможность сжигания смазочного масла, смешанного с ОГ, с помощью двигателя.
[56] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения существует возможность эффективного выпуска расплавленного или имеющего пониженную вязкость смазочного масла с использованием усовершенствованного газожидкостного сепаратора, если смазочное масло собирают в газожидкостном сепараторе.
[57] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения криогенный масляный фильтр располагают на по меньшей мере одном из мест на выходе редуктора давления, пятой линии подачи, по которой сжиженный газ выпускают из газожидкостного сепаратора, и шестой линии подачи, по которой ОГ выпускают из газожидкостного сепаратора, тем самым достигая эффективного удаления смазочного масла, смешанного с ОГ.
[58] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения существует возможность удовлетворения условия по давлению на впуске для компрессора и требования к топливу для двигателя при сохранении производительности повторного сжижения с помощью простого и экономичного процесса, даже с помощью имеющегося оборудования без отдельного оборудования.
Описание чертежей
[59] На ФИГ. 1 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[60] На ФИГ. 2 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[61] На ФИГ. 3 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[62] На ФИГ. 4 приведен увеличенный вид газожидкостного сепаратора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[63] На ФИГ. 5 приведен увеличенный вид второго масляного фильтра в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[64] На ФИГ. 6 приведен увеличенный вид второго масляного фильтра в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[65] На ФИГ. 7 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[66] На ФИГ. 8 приведен увеличенный вид редуктора давления в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[67] На ФИГ. 9 приведен увеличенный вид редуктора давления в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[68] На ФИГ. 10 приведен увеличенный вид теплообменника и газожидкостного сепаратора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[69] На ФИГ. 11 и ФИГ. 12 приведены графики, изображающие объемы повторного сжижения в зависимости от давления ОГ в системе частичного повторного сжижения (СЧПС).
[70] На ФИГ. 13 приведен вид в плане фильтрующего элемента, показанного на ФИГ. 5 и ФИГ. 6.
Оптимальный режим
[71] Ниже будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Системы повторного сжижения ОГ в соответствии с настоящим изобретением могут применяться на различных судах, таких как суда, оборудованные двигателями, использующими в качестве топлива природный газ, суда, содержащие накопительные емкости сжиженного газа, морские сооружения и т.п. Следует понимать, что приведенные далее варианты осуществления могут быть модифицированы различными способами и не ограничивают объем настоящего изобретения.
[72] Кроме того, текучая среда в каждой линии подачи текучей среды системы в соответствии с настоящим изобретением может иметь жидкую фазу, парожидкостную смешанную фазу, паровую фазу и сверхкритическую текучую фазу в зависимости от рабочих условий системы.
[73] На ФИГ. 1 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[74] Как показано на ФИГ. 1, система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления содержит компрессор 200, теплообменник 100, редуктор давления 600, обводную линию BL и обводной клапан 590.
[75] Компрессор 200 сжимает ОГ, выпущенный из накопительной емкости T, и может содержать множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 и множество охладителей 211, 221, 231, 241, 251. ОГ, сжимаемый компрессором 200, может иметь давление от около 150 бар до 350 бар.
[76] Некоторая часть ОГ, сжатого компрессором 200, может быть подана в главный двигатель судна по линии SL подачи топлива, а остальной ОГ, не подлежащий использованию главным двигателем, может быть подан в теплообменник 100 по третьей линии L3 подачи, чтобы подвергнуться процессу повторного сжижения. Главный двигатель может представлять собой двигатель ME-GI, который в качестве топлива использует природный газ высокого давления, имеющий давление около 300 бар.
[77] Некоторую часть ОГ, прошедшего через некоторые цилиндры 210, 220 из числа цилиндров компрессора 200, делят и подают в генератор. Генератор в соответствии с настоящим вариантом осуществления может представлять собой двигатель DF, который в качестве топлива использует природный газ низкого давления, имеющий давление около 6,5 бар.
[78] Теплообменник 100 охлаждает ОГ, сжимаемый компрессором 200 и подаваемый по третьей линии L3 подачи через теплообменник, использующий в качестве хладагента ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T и подаваемый по первой линии L1 подачи. ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике 100, направляют в компрессор 200 по второй линии L2 подачи, а текучую среду, охлаждаемую теплообменником 100, подают в редуктор 600 давления по четвертой линии L4 подачи.
[79] Редуктор 600 давления снижает давление ОГ, сжатого компрессором 200 и затем охлажденного теплообменником 100. Часть или весь ОГ повторно сжижают путем сжатия компрессором 200, охлаждения теплообменником 100 и снижения давления редуктором 600 давления. Редуктор 600 давления может представлять собой расширительный клапан, такой как клапан Джоуля-Томсона, или может представлять собой нагнетательное устройство.
[80] Система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления может также содержать газожидкостный сепаратор 700, расположенный позади редуктора 600 давления, для отделения ОГ, оставшегося в паровой фазе, от сжиженного природного газа, получаемого путем повторного сжижения ОГ посредством компрессора 200, теплообменника 100 и редуктора 600 давления.
[81] Сжиженный газ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, подают в накопительную емкость T по пятой линии L5 подачи, а ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, может быть объединен с ОГ, выпускаемым из накопительной емкости T и подан в теплообменник 100.
[82] На шестой линии L6 подачи, по которой ОГ в паровой фазе выпускают из газожидкостного сепаратора 700, может быть расположен девятый клапан 582 для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи.
[83] Если теплообменник 100 недоступен, например, во время ремонта или неполадки теплообменника 100, выпускаемый из накопительной емкости T ОГ может быть пущен в обход теплообменника 100 по обводной линии BL. Обводная линия BL снабжена обводным клапаном 590, который открывает и закрывает обводную линию BL.
[84] На ФИГ. 2 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
[85] Как показано на ФИГ. 2, система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления содержит теплообменник 100, первый клапан 510, второй клапан 520, первый датчик 810 температуры, второй датчик 820 температуры, компрессор 200, третий датчик 830 температуры, четвертый датчик 840 температуры, первый датчик 910 давления, второй датчик 920 давления, редуктор 600 давления, обводную линию BL и обводной клапан 590.
[86] Теплообменник 100 охлаждает ОГ, сжатый компрессором 200, посредством теплообмена с использованием в качестве хладагента ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T. ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T и используемый в качестве хладагента в теплообменнике 100, направляют в компрессор 200, а ОГ, сжимаемый компрессором 200, охлаждают с помощью теплообменника 100, используя в качестве хладагента ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T.
[87] ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, подают в теплообменник по первой линии L1 подачи и используют в качестве хладагента, а ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике 100, направляют в компрессор 200 по второй линии L2 подачи. Часть ОГ, сжатого компрессором 200, подают в теплообменник 100 по третьей линии L3 подачи, чтобы охладить, а охлажденную теплообменником 100 текучую среду подают в редуктор 600 давления по четвертой линии L4 подачи.
[88] Первый клапан 510 расположен на первой линии L1 подачи для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, а второй клапан 520 расположен на второй линии L2 подачи для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи.
[89] Первый датчик 810 температуры расположен перед теплообменником 100 на первой линии L1 подачи для измерения температуры ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T и подаваемого в теплообменник 100. Предпочтительно первый датчик 810 температуры расположен прямо перед теплообменником 100 для измерения температуры ОГ непосредственно перед подачей в теплообменник 100.
[90] В настоящем документе термин «перед» означает на входе, а термин «позади» означает на выходе.
[91] Второй датчик 820 температуры расположен на выходе теплообменника 100 на второй линии L2 подачи для измерения температуры ОГ, используемого в качестве хладагента в теплообменнике 100, после выпуска из накопительной емкости T. Предпочтительно второй датчик 820 температуры расположен непосредственно позади теплообменника 100 для измерения температуры ОГ сразу после использования в качестве хладагента в теплообменнике 100.
[92] Компрессор 200 сжимает ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике 100, после выпуска из накопительной емкости T. Сжатый компрессором 200 ОГ может быть подан в двигатель высокого давления для использования в качестве топлива, а оставшийся после подачи в двигатель высокого давления ОГ может быть подан в теплообменник 100 для повторного сжижения.
[93] На линии SL подачи топлива, по которой ОГ, сжатый компрессором 200, подают в двигатель высокого давления, может быть расположен шестой клапан 560 для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи.
[94] Шестой клапан 560 действует в качестве предохранительного устройства для отключения подачи ОГ в двигатель высокого давления при прерывании работы двигателя высокого давления в газовом режиме. Газовый режим означает режим, в котором двигатель работает с использованием газа в качестве топлива. Когда ОГ, подлежащего использованию в качестве топлива, недостаточно, двигатель переключают на режим нефтяного топлива, чтобы обеспечить возможность использования нефтяного топлива в качестве топлива для двигателя.
[95] На линии подачи, по которой излишки ОГ сверх объема сжимаемого компрессором 200 ОГ, требуемого в качестве топлива для двигателя высокого давления, подают в теплообменник 100, может быть расположен седьмой клапан 570 для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии.
[96] Когда ОГ, сжатый компрессором 200, подают в двигатель высокого давления, компрессор 200 может сжимать ОГ до давления, требуемого для двигателя высокого давления. Двигатель высокого давления может быть двигателем ME-GI, который использует ОГ высокого давления в качестве топлива.
[97] Двигатель ME-GI, как известно, использует в качестве топлива природный газ, имеющий давление от около 150 бар до около 400 бар, предпочтительно от около 150 бар до около 350 бар, более предпочтительно около 300 бар. Компрессор 200 может сжимать ОГ до давления от около 150 бар до около 350 бар для подачи сжатого ОГ в двигатель ME-GI.
[98] Вместо двигателя ME-GI в качестве главного двигателя может быть использован двигатель X-DF или двигатель DF, использующий в качестве топлива ОГ под давление от около 6 бар до около 20 бар. В этом случае, поскольку сжатый ОГ для подачи в главный двигатель, имеет низкое давление, сжатый ОГ, подлежащий подаче в главный двигатель ОГ, можно дополнительно сжать для повторного сжижения ОГ. Дополнительно сжатый ОГ для повторного сжижения может иметь давление от около 80 бар до 250 бар.
[99] На ФИГ. 11 и ФИГ. 12 приведены графики, изображающие объемы повторного сжижения в зависимости от давления ОГ в системе частичного повторного сжижения (СЧПС). Предназначенный для повторного сжижения ОГ означает ОГ, подлежащий повторному сжижению путем охлаждения, и отличается от ОГ, используемого в качестве хладагента.
[100] Как можно увидеть на ФИГ. 11 и ФИГ. 12, когда давление ОГ в диапазоне от 150 бар до 170 бар, объем повторного сжижения достигает максимального значения, а когда давление ОГ в диапазоне от 150 бар до 300 бар, объем повторного сжижения по существу остается неизменным. Соответственно, будучи двигателем высокого давления, двигатель ME-GI, использующий в качестве топлива ОГ под давлением от около 150 бар до около 350 бар (в основном 300 бар), может легко управлять системой повторного сжижения для подачи топлива в двигатель высокого давления, поддерживая при этом высокий объем повторного сжижения.
[101] Компрессор 200 может содержать множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 и множество охладителей 211, 221, 231, 241, 251, расположенных на выходе множества цилиндров 210, 220, 230, 240, 250, соответственно. Охладители 211, 221, 231, 241, 251 охлаждают ОГ, сжатый цилиндрами 210, 220, 230, 240, 250 и имеющий высокие давление и температуру.
[102] В конструкции, где компрессор 200 содержит множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250, направляемый в компрессор 200 ОГ сжимают в несколько ступеней с помощью множества цилиндров 210, 220, 230, 240, 250. Каждый из цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 может действовать в качестве терминала сжатия каждого компрессора 200.
[103] Компрессор 200 может содержать первую линию Rc1 рециркуляции, по которой часть или весь ОГ, прошедший через первый цилиндр 210 и первый охладитель 211, подают на первый конец первого цилиндра 210; вторую линию Rc2 рециркуляции, по которой часть или весь ОГ, прошедший через второй цилиндр 220 и второй охладитель 221, подают на передний конец второго цилиндра 220; третью линию Rc3 рециркуляции, по которой часть или весь ОГ, прошедший через третий цилиндр 230 и третий охладитель 231, подают на передний конец третьего цилиндра 230; и четвертую линию Rc4 рециркуляции, по которой часть или весь ОГ, прошедший через четвертый цилиндр 240, четвертый охладитель 241, пятый цилиндр 250 и пятый охладитель 251, подают на передний конец четвертого цилиндра 240.
[104] Кроме того, на первой линии Rc1 рециркуляции может быть расположен первый клапан 541 рециркуляции для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, на второй линии Rc2 рециркуляции может быть расположен второй клапан 542 рециркуляции для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, на третьей линии Rc3 рециркуляции может быть расположен третий клапан 543 рециркуляции для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи, и на четвертой линии Rc4 рециркуляции может быть расположен четвертый клапан 544 рециркуляции для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи.
[105] Линии Rc1, Rc2, Rc3, Rc4 рециркуляции защищают компрессор 200 за счет рециркуляции части или всего ОГ, когда давление в накопительной емкости T низкое, чтобы удовлетворять условие по давлению на впуске, необходимое для компрессора 200. Когда линии Rc1, Rc2, Rc3, Rc4 рециркуляции не используют, клапаны рециркуляции 541, 542, 543, 544 закрывают, а когда условие по давлению на впуске, необходимое для компрессора 200, не удовлетворяется и необходимо использовать линии Rc1, Rc2, Rc3, Rc4 рециркуляции, клапаны 541, 542, 543, 544 открывают.
[106] Хотя на ФИГ. 2 показана конструкция, где в теплообменник 100 подают ОГ, прошедший через все из множества цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 компрессора 200, прошедший через некоторые из цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 ОГ может быть разделен в компрессоре 200 для подачи в теплообменник 100.
[107] Кроме того, ОГ, прошедший через некоторые из цилиндров 210, 220, 230, 240, 250, может быть разделен в компрессоре 200 для подачи в двигатель низкого давления для использования в качестве топлива, а излишки могут быть поданы в газосжигающую установку (ГСУ) для сжигания.
[108] Двигатель низкого давления может быть двигателем DF (например, DFDE), использующим в качестве топлива ОГ сжатый до давления от около 6 бар до 10 бар.
[109] Некоторые из цилиндров 210, 220, 230, 240, 250, входящих в компрессор 200, могут работать с безмасляной смазкой, а другие - с масляной смазкой. В частности, когда ОГ сжимают до 80 бар или более, предпочтительно 100 бар или более, чтобы использовать ОГ, сжатый компрессором 200, в качестве топлива для двигателя высокого давления или для эффективности повторного сжижения, компрессор 200 содержит цилиндр маслосмазываемого типа для сжатия ОГ до высокого давления.
[110] В данной области техники для сжатия ОГ до 100 бар и выше в компрессор 200 возвратно-поступательного типа, например, в его уплотнительную часть поршня, подают смазочное масло для смазки и охлаждения.
[111] Так как в цилиндр маслосмазываемого типа подают смазочное масло, некоторая часть смазочного масла смешивается с ОГ, проходящим через цилиндр маслосмазываемого типа известного уровня техники. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в теплообменнике 100 смазочное масло, смешанное со сжатым ОГ, конденсируется или отвердевает раньше ОГ, засоряя канал текучей среды теплообменника 100.
[112] Система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления может дополнительно содержать маслоотделитель 300 и первый масляный фильтр 410, расположенные между компрессором 200 и теплообменником 100, для отделения масла от ОГ.
[113] Маслоотделитель 300, как правило, отделяет смазочное масло в жидкой фазе, а первый масляный фильтр 410 отделяет смазочное масло в паровой фазе или в фазе тумана. Так как маслоотделитель 300 отделяет смазочное масло, имеющее больший размер частиц, чем смазочное масло, отделяемое первым масляным фильтром 410, маслоотделитель 300 располагают на входе первого масляного фильтра 410 так, чтобы ОГ, сжатый компрессором 200, мог быть подан в теплообменник 100 после последовательного прохождения через маслоотделитель 300 и первый масляный фильтр 410.
[114] Хотя на ФИГ. 2 показана конструкция, в которой система повторного сжижения ОГ содержит масляный сепаратор 300 и первый масляный фильтр 410, система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления может содержать один из маслоотделителя 300 и первого масляного фильтра 410. Предпочтительно используют и маслоотделитель 300, и первый масляный фильтр 410.
[115] Кроме того, хотя на ФИГ. 2 показана конструкция, в которой первый масляный фильтр 410 предусмотрен на второй линии L2 подачи на выходе компрессора 200, первый масляный фильтр 410 может быть также предусмотрен на третьей L3 линии подачи на входе теплообменника 100 и может быть предусмотрен в количестве нескольких штук для расположения параллельно.
[116] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит один из маслоотделителя 300 и первого масляного фильтра 410, а компрессор 200 включает в себя цилиндр со смазкой безмасляного типа и цилиндр маслосмазываемого типа, ОГ, прошедший через цилиндр масляного типа, может быть подан в маслоотделитель 300 и/или первый масляный фильтр 410, а ОГ, прошедший только через цилиндр со смазкой безмасляного типа, может быть подан непосредственно в теплообменник 100 без прохождения через маслоотделитель 300 или первый масляный фильтр 410.
[117] В качестве примера, компрессор 200 в соответствии с данным вариантом осуществления содержит пять цилиндров 210, 220, 230, 240, 250, из которых передние три цилиндра 210, 220, 230 могут быть цилиндрами со смазкой безмасляного типа, а задние два цилиндра 240, 250 могут быть цилиндрами маслосмазываемого типа. В таком случае в системе повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления ОГ может быть непосредственно подан в теплообменник 100 без прохождения через маслоотделитель 300 или первый масляный фильтр 410 до разделения ОГ на три ступени или меньше и может быть подан в теплообменник 100 после прохождения через маслоотделитель 300 и/или первый масляный фильтр 410 при разделении ОГ на четыре ступени или больше.
[118] Первый масляный фильтр 410 может быть масляным коалесцирующим масляным фильтром.
[119] На линии SL подачи топлива между компрессором 200 и двигателем высокого давления может быть расположен невозвратный клапан 550. Невозвратный клапан 550 служит для предотвращения возврата ОГ в компрессор и повреждения его в случае остановки двигателя высокого давления.
[120] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит маслоотделитель 300 и/или первый масляный фильтр 410, невозвратный клапан 550 может быть расположен на выходе маслоотделителя 300 и/или первого фильтра 410 для предотвращения протекания ОГ обратно в маслоотделитель 300 и/или первый масляный фильтр 410.
[121] Кроме того, так как ОГ может протекать обратно в компрессор 200 и повреждать компрессор 200 в случае внезапного закрытия расширительного клапана 600, невозвратный клапан 550 может быть расположен на входе точки ответвления третьей линии L3 подачи от линии SL подачи топлива.
[122] На входе теплообменника 100 на третьей линии L3 подачи расположен третий датчик 830 температуры для измерения температуры ОГ, сжатого компрессором 200 и затем подаваемого в теплообменник 100. Предпочтительно третий датчик 830 температуры расположен непосредственно позади теплообменника 100 для измерения температуры ОГ сразу после использования в качестве хладагента в теплообменнике 100.
[123] На выходе теплообменника 100 на четвертой линии L4 подачи расположен четвертый датчик 840 температуры для измерения температуры ОГ, сжатого компрессором 200 и затем охлажденного теплообменником 100. Предпочтительно четвертый датчик 840 температуры расположен непосредственно позади теплообменника 100 для измерения температуры ОГ сразу после охлаждения теплообменником 100.
[124] На входе теплообменника 100 на третьей линии L3 подачи расположен первый датчик 910 давления для измерения давления ОГ, сжатого компрессором 200 и подаваемого в теплообменник 100. Предпочтительно первый датчик 910 давления расположен прямо перед теплообменником 100 для измерения давления ОГ непосредственно перед подачей в теплообменник 100.
[125] На выходе теплообменника 100 на четвертой линии L4 подачи расположен второй датчик 920 давления для измерения давления ОГ, сжатого компрессором 200 и затем охлажденного теплообменником 100. Предпочтительно второй датчик 920 давления расположен непосредственно позади теплообменника 100 для измерения давления ОГ сразу после охлаждения теплообменником 100.
[126] Хотя желательно, чтобы в системе повторного сжижения были предусмотрены все из первого по четвертый датчиков температуры 810-840, первого датчика 910 давления и второго датчика 920 давления, как показано на ФИГ. 2, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается ими. В альтернативном варианте осуществления система повторного сжижения может быть обеспечена только первым датчиком 810 температуры и четвертым датчиком 840 температуры («первая пара»), только вторым датчиком 820 температуры и третьим датчиком 830 температуры («вторая пара»), только первым датчиком 910 давления и вторым датчиком 920 давления («третья пара») или двумя парами из первой по третью пар.
[127] На выходе теплообменника 100 расположен редуктор 600 давления для снижения давления ОГ, сжатого компрессором 200 и затем охлажденного теплообменником 100. Часть или весь ОГ повторно сжижают путем сжатия компрессором 200, охлаждения теплообменником 100 и снижения давления редуктором 600 давления. Редуктор 600 давления может представлять собой расширительный клапан, такой как клапан Джоуля-Томсона, или может представлять собой нагнетательное устройство.
[128] Система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления может также содержать газожидкостный сепаратор 700, расположенный на выходе редуктора 600 давления, для отделения ОГ, оставшегося в паровой фазе, от сжиженного природного газа, получаемого путем повторного сжижения ОГ посредством компрессора 200 теплообменника 100 и редуктора 600 давления.
[129] Сжиженный газ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, подают в накопительную емкость T по пятой линии L5 подачи, а ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, может быть объединен с ОГ, выпускаемым из накопительной емкости T по шестой линии L6 подачи, и подан в теплообменник 100.
[130] Хотя на ФИГ. 2 показана конструкция, где ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700 объединяют с ОГ, выпускаемым из накопительной емкости T, и затем подают в теплообменник 100, следует понимать, что настоящее изобретение этим не ограничивается. В качестве примера, теплообменник 100 может состоять из трех каналов текучей среды, и ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, может быть подан в теплообменник 100 по отельному каналу текучей среды, чтобы быть использованным там в качестве хладагента.
[131] В альтернативном варианте осуществления газожидкостный сепаратор 700 может отсутствовать, а система повторного сжижения ОГ может быть выполнена с возможностью подачи текучей среды, полностью или частично сжиженной посредством снижения давления с помощью редуктора 600 давления, непосредственно в накопительную емкость T.
[132] На пятой линии L5 подачи может быть расположен восьмой клапан 581 для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи. С помощью восьмого клапана 581 регулируют уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700.
[133] На шестой линии L6 подачи может быть расположен девятый клапан 592 для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии подачи. С помощью девятого клапана 592 можно регулировать внутреннее давление газожидкостного сепаратора 700.
[134] На ФИГ. 4 приведен увеличенный вид газожидкостного сепаратора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на ФИГ. 4, газожидкостный сепаратор 700 может быть обеспечен датчиком 940 уровня текучей среды, который измеряет уровень природного газа в газожидкостном сепараторе 700.
[135] Система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления может содержать второй масляный фильтр 420, расположенный между редуктором 600 давления и газожидкостным сепаратором 700, для фильтрации смазочного масла, смешанного с текучей жидкостью, подвергнутой снижению давления с помощью редуктора 600 давления.
[136] Как показано на ФИГ. 2 и ФИГ. 4, второй масляный фильтр 420 может быть расположен на четвертой линии L4 подачи между редуктором 600 давления и газожидкостным сепаратором 700 (позиция A на ФИГ. 4), на пятой линии L5 подачи, по которой выпускают повторно сжиженный газ из газожидкостного сепаратора 700 (позиция B на ФИГ. 4), или на шестой линии L6 подачи, по которой выпускают газообразный ОГ из газожидкостного сепаратора 700 (Позиция C на ФИГ. 4). На ФИГ. 2 показана конструкция, где второй масляный фильтр 420 находится в положении A, указанном на ФИГ. 4.
[137] ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, может быть объединен с ОГ, выпускаемым из накопительной емкости T, и подан в канал холодной текучей среды теплообменника 100. В данном случае, поскольку смазочное масло собирают в газожидкостном сепараторе 700, существует возможность смешивания, пусть и не в большом количестве, смазочного масла с газообразным ОГ, отделенным газожидкостным сепаратором 700.
[138] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда газообразный ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, смешивается со смазочным маслом и направляется в канал холодной текучей среды теплообменника 100, могут возникнуть еще более трудные условия, чем при подаче сжатого компрессором 200 смазочного масла, смешанного с газообразным ОГ, в канал горячей текучей среды теплообменника 100.
[139] Так как текучую среду, подлежащую использованию в качестве хладагента в теплообменнике 100, направляют в канал холодной текучей среды теплообменника 100, криогенный ОГ подают в течение всей работы системы повторного сжижения, а текучую среду, имеющую достаточно высокую температуру для расплавления конденсированного или отвержденного масла, туда не подают. Поэтому удалять конденсированное или отвержденное масло, накопленное в канале низкотемпературной текучей среды теплообменника 100, очень трудно.
[140] Чтобы как можно сильнее уменьшить возможность подачи смеси смазочного масла и газообразного ОГ, отделенного газожидкостным сепаратором 700, в канал холодной текучей среды теплообменника 100, второй масляный фильтр 420 может быть расположен в положении A или C, указанном на ФИГ. 4.
[141] Преимущество конструкции, где второй масляный фильтр 420 расположен в положении C, указанном на ФИГ. 4, заключается в том, что система повторного сжижения имеет высокую эффективность фильтрации и не требует частой замены второго масляного фильтра 420, поскольку большая часть расплавленного или имеющего пониженную вязкость смазочного масла собирается в жидкой фазе в газожидкостном сепараторе 700, а количество газообразного смазочного масла, выпускаемого по шестой линии L6 подачи, небольшое.
[142] В конструкции, где второй масляный фильтр 420 расположен в положении B, указанном на ФИГ. 4, можно предотвратить загрязнение сжиженного газа, хранящегося в накопительной емкости T, поскольку может быть предотвращено попадание смазочного масла в накопительную емкость T.
[143] Так как первый масляный фильтр 410 расположен на выходе компрессора 200, а сжатый компрессором 200 ОГ имеет температуру от около 40°C до около 45°C, необходимости в использовании криогенного масляного фильтра нет. Однако, поскольку текучая среда, давление которой понижено редуктором давления 600, имеет температуру от около -160°C до около -150°C, чтобы обеспечивать повторное сжижение по меньшей мере части ОГ, и поскольку сжиженный газ и ОГ, отделенные газожидкостным сепаратором 700, имеют температуру от около -160°C до около -150°C, второй масляный фильтр 420 должен быть предназначен для криогенных температур независимо от положения второго масляного фильтра 420 в любом из положений A, B, C и D, указанных на ФИГ. 4.
[144] Кроме того, так как большая часть смазочного масла, смешанного с ОГ, сжатым компрессором 200 и имеющим температуру от около 40°C до 45°C, имеет жидкую фазу или фазу тумана, маслоотделитель 300 выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность отделения смазочного масла жидкой фазы, а первый масляный фильтр 410 выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность отделения смазочного масла фазы тумана (которая может включать в себя некоторое количество смазочного масла в паровой фазе).
[145] С другой стороны, так как текучая среда, которая представляет собой криогенную текучую среду и имеет давление, пониженное редуктором 600 давления, приводит к тому, что отделенный газожидкостным сепаратором 700 ОГ и отделенное газожидкостным сепаратором 700 и смешанное со сжиженным газом смазочное масло находится в твердой фазе (или в отвержденном состоянии) ниже точки текучести, второй масляный фильтр 420 выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность отделения смазочного масла в твердой фазе (или в отвержденном состоянии).
[146] На ФИГ. 5 приведен увеличенный вид второго масляного фильтра в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, а на ФИГ. 6 приведен увеличенный вид второго масляного фильтра в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[147] Как показано на ФИГ. 5 и ФИГ. 6, второй масляный фильтр 420 может иметь конструкцию, показанную на ФИГ. 5 (далее именуемую конструкцией «нижневыпускного типа»), или конструкцию, показанную на ФИГ. 6 (далее именуемую конструкцией «верхневыпускного типа»). На ФИГ. 5 и ФИГ. 6 направление потока текучей среды указано пунктирной линией.
[148] Как показано на ФИГ. 5 и ФИГ. 6, второй масляный фильтр 420 содержит крепежную пластину 425 и фильтрующий элемент 421 и соединен с впускной трубой 422, выпускной трубой 423 и масловыпускной трубой 424.
[149] Для отделения смазочного масла от текучей среды, протекающей через впускную трубу 422, на крепежной пластине 425 предусмотрен фильтрующий элемент 421.
[150] На ФИГ. 13 приведен вид в плане фильтрующего элемента 421, показанного на ФИГ. 5 и ФИГ. 6. Как показано на ФИГ. 13, фильтрующий элемент 421 может иметь полую (пространство Z на ФИГ. 13) цилиндрическую форму, в которой несколько слоев с разным размером ячеек уложены стопкой друг на друга. Смазочное масло отфильтровывается из текучей среды, когда текучая среда, протекающая во второй масляный фильтр 420 через впускную трубу 422, проходит через несколько слоев фильтрующего элемента 421. Фильтрующий элемент 421 может отделять смазочное масло методом физической адсорбции.
[151] Текучую среда (ОГ, сжиженный газ или текучая среда из парожидкостной смеси), отфильтрованную фильтрующим элементом 421, выпускают через выпускную трубу 423, а смазочное масло, отфильтрованное фильтрующим элементом 421, выпускают через масловыпускное отверстие 424.
[152] Компоненты второго масляного фильтра 420 сформированы из материалов, способных выдерживать криогенные условия, чтобы отделять смазочное масло от текучей среды, имеющей сверхнизкую температуру. Фильтрующий элемент 421 может быть сформирован из материала, способного выдерживать криогенные условия, в частности, из нержавеющей стали.
[153] Как показано на ФИГ. 5, в масляном фильтре нижневыпускного типа текучая среда, подаваемая через впускную трубу 422, соединенную с верхней частью масляного фильтра, проходит через фильтрующий элемент 421 и пространство (X на ФИГ. 5), образуемое под крепежной пластиной 425, и затем выпускается через выпускную трубу 423, соединенную с нижней частью масляного фильтра.
[154] В масляном фильтре нижневыпускного фильтра крепежная пластика 425 соединена с нижней частью масляного фильтра, фильтрующий элемент 421 расположен на верхней поверхности крепежной пластины 425, а выпускная труба 423 соединена с боковой стороной масляного фильтра, противоположной фильтрующему элементу 421 относительно крепежной пластине 425.
[155] Кроме того, в масляном фильтре нижневыпускного типа впускная труба 422, предпочтительно соединенная с масляным фильтром выше верхнего конца фильтрующего элемента 421, чтобы текучая среда могла протекать в масляный фильтр через впускную трубу 422 и фильтроваться даже верхней частью фильтрующего элемента 421 (т. е., чтобы использовать как можно большую часть фильтрующего элемента).
[156] Желательно, чтобы впускная труба 422 и выпускная труба 423 были расположены на противоположных сторонах (на левой и правой сторонах относительно фильтрующего элемента 421, изображенного на ФИГ. 5) с точки зрения потока текучей жидкости, и поскольку смазочное масло, отфильтрованное фильтрующим элементов 421, собирается на нижней стороне масляного фильтра, желательно, чтобы масловыпускная труба 424 была соединена с нижней частью фильтрующего элемента 421.
[157] В масляном фильтре нижневыпускного типа масловыпускная труба 424 может быть соединена с масляным фильтром так, чтобы находиться непосредственно над крепежной пластиной 425.
[158] Как показано на ФИГ. 5 (a), когда в масляный фильтр нижневыпускного типа подают текучую среду, в основном состоящую из жидкого компонента (например, 90% об. жидкости и 10% об. газа), за счет высокой плотности жидкого компонента образуется направленный вниз поток текучей среды, и тем самым сохраняются хорошие фильтрующие воздействия.
[159] С другой стороны, как показано на ФИГ. 5(b), когда в масляный фильтр нижневыпускного типа подают текучую среду, состоящую из газообразного компонента (например, 10% об. жидкости и 90% об. газа), газообразный компонент, имеющий малую плотность, остается в верхней части, и тем самым ухудшаются поток текучей среды и фильтрующие воздействия.
[160] Как показано на ФИГ. 6, в масляном фильтре верхневыпускного типа текучая среда, подаваемая через впускную трубу 422, соединенную с нижней частью масляного фильтра, проходит через фильтрующий элемент 421 и пространство (Y на ФИГ. 6), образуемое над крепежной пластиной 425, и затем выпускается через выпускную трубу 423, соединенную с верхней частью масляного фильтра.
[161] В масляном фильтре верхневыпускного фильтра крепежная пластика 425 соединена с верхней частью масляного фильтра, фильтрующий элемент 421 расположен на нижней поверхности крепежной пластины 425, а выпускная труба 423 соединена с боковой стороной масляного фильтра, противоположной фильтрующему элементу 421 относительно крепежной пластине 425.
[162] Кроме того, в масляном фильтре верхневыпускного типа впускная труба 422, предпочтительно соединена с масляным фильтром ниже нижнего конца фильтрующего элемента 421, чтобы текучая среда могла протекать в масляный фильтр через впускную трубу 422 и фильтроваться даже нижней частью фильтрующего элемента 421 (т.е. чтобы использовать как можно большую часть фильтрующего элемента).
[163] Желательно, чтобы впускная труба 422 и выпускная труба 423 были расположены на противоположных сторонах (на левой и правой сторонах относительно фильтрующего элемента 421, изображенного на ФИГ. 6) с точки зрения потока текучей жидкости, и поскольку смазочное масло, отфильтрованное фильтрующим элементов 421, собирается на нижней стороне масляного фильтра, желательно, чтобы масловыпускная труба 424 была соединена с нижней частью фильтрующего элемента 421.
[164] Как показано на ФИГ. 6, в масляном фильтре верхневыпускного типа текучая среда, подаваемая в масляный фильтр через впускную трубу 422, соединенную с нижней частью масляного фильтра, проходит через фильтрующий элемент 421 и выпускается через выпускную трубу 423, соединенную с верхней частью масляного фильтра. Смазочное масло, отфильтрованное фильтрующим элементом 421, выпускают через отдельную трубу 424.
[165] Как показано на ФИГ. 6 (a), когда в масляный фильтр верхневыпускного типа подают текучую среду, в основном состоящую из газообразного компонента (например, 10% об. жидкости и 90% об. газа), за счет низкой плотности газообразного компонента образуется направленный вверх поток текучей среды, тем самым обеспечивая подходящий поток вверх с сохранением при этом хороших фильтрующих воздействий.
[166] С другой стороны, как показано на ФИГ. 6(b), когда в масляный фильтр верхневыпускного типа подают текучую среду, состоящую из жидкого компонента (например, 90% об. жидкости и 10% об. газа), жидкий компонент, имеющий высокую плотность, остается в нижней части, и тем самым ухудшает поток текучей среды и фильтрующие воздействия.
[167] Соответственно, в конструкции, где второй масляный фильтр 420 расположен в положении B, указанном на ФИГ. 4, в качестве второго масляного фильтра 420 желательно использовать масляный фильтр нижневыпускного типа, как показано на ФИГ. 5, а когда второй масляный фильтр 420 расположен в положении C, указанном на ФИГ. 4, в качестве второго масляного фильтра 420 желательно использовать масляный фильтр верхневыпускного типа, как показано на ФИГ. 6.
[168] В конструкции, где второй масляный фильтр 420 расположен в положении A, указанном на ФИГ. 4, текучая среда с давлением, пониженным редуктором 600 давления, представляет собой парожидкостную смесь (теоретически возможно 100%-е повторное сжижение), в которой объемная доля газообразного компонента выше объемной доли жидкого компонента. Поэтому в качестве второго масляного фильтра 420 желательно использовать масляный фильтр верхневыпускного типа, как показано на ФИГ. 6.
[169] В соответствии с вариантами осуществления обводная линия BL ответвляется от первой линии L1 подачи на входе в теплообменник 100 для обхода теплообменника 100 и соединяется со второй линией L2 подачи на выходе теплообменника 100.
[170] Как правило, обводная линия, обходящая теплообменник, расположена внутри теплообменника, чтобы быть единым целым с теплообменником. В конструкции, где обводная линия расположена внутри теплообменника, текучая среда не может быть подана в теплообменник и обводную линию, когда клапаны, расположенные на входе и/или выходе теплообменника, закрыты.
[171] В вариантах осуществления настоящего изобретения обводная линия BL расположена снаружи теплообменника 100, чтобы быть отдельной от теплообменника 100, и ответвляется от первой линии L1 подачи на входе первого клапана 510 и соединяется со второй линией L2 подачи на выходе клапана 520 так, что ОГ может быть направлен в обводную линию BL даже тогда, когда первый клапан 510 на входе теплообменника 100 и/или второй клапан 520 на выходе теплообменника 100 закрыты.
[172] Обводной клапан 590 расположен на обводной линии BL и открывается, когда необходимо использовать обводную линию BL.
[173] По сути дела, когда теплообменник 100 невозможно использовать, например, в случае отказа или ремонта теплообменника 100, будет использоваться обводная линия BL. Например, если теплообменник 100 невозможно использовать, когда система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления направляет часть или весь ОГ, сжатый компрессором 200, в двигатель высокого давления, выпускаемый из накопительной емкости T ОГ направляют непосредственно в компрессор 200 по обводной линии BL, обходящей теплообменник 100, вместо повторного сжижения излишков ОГ, не используемых двигателем высокого давления, а сжатый компрессором 200 ОГ подают в двигатель высокого давления, одновременно направляя излишки ОГ в ГСУ для сжигания излишков ОГ.
[174] При использовании обводной линии BL для выполнения ремонта теплообменника 100, например, когда канал текучей среды теплообменника 100 засорен конденсированным или отвержденным смазочным маслом, конденсированное или отвержденное смазочное масло может быть удалено посредством обводной линии BL.
[175] Кроме того, если нет необходимости в повторном сжижении ввиду небольшого излишка ОГ, как в балластном состоянии судна, весь ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, может быть направлен по обводной линии BL, чтобы весь ОГ мог быть непосредственно направлен в компрессор 200 в обход теплообменника 100. Сжимаемый компрессором 200 ОГ используют в качестве топлива для двигателя высокого давления. Управлять обводным клапаном 590 можно так, чтобы он автоматически открывался, если определено, что необходимости в повторном сжижении ОГ нет ввиду небольших излишков ОГ.
[176] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что при подаче ОГ в двигатель через теплообменник, имеющий узкий канал текучей среды в соответствии с вариантами осуществления, ОГ страдает от сильного падения давления из-за теплообменника. Если необходимости в повторном сжижении ОГ нет, топливо можно бесперебойно подавать в двигатель путем сжатия ОГ, минуя при этом теплообменник, как описано выше.
[177] Кроме того, обводная линия BL может быть также использована для повторного сжижения ОГ ввиду увеличения количества несжиженного ОГ.
[178] Когда существует потребность в повторном сжижении ОГ ввиду увеличения количества ОГ (т.е. при запуске или повторном запуске ОГ), весь ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, может быть направлен в обводную линию BL, чтобы весь ОГ мог быть непосредственно направлен в компрессор 200, обходя при этом теплообменник 100, а сжатый компрессором 200 ОГ мог быть направлен в канал горячей текучей среды теплообменника 100. Некоторая часть ОГ, сжатого компрессором 200, может быть подана в двигатель высокого давления.
[179] Преимущество состоит в том, что когда температура канала горячей текучей среды теплообменника 100 возрастает из-за вышеупомянутого процесса при запуске или перезапуске повторного сжижения ОГ, повторное сжижение ОГ может быть запущено после удаления любого конденсированного или отвержденного смазочного масла, других остатков или примесей, которые могли остаться в теплообменнике 100, другом оборудовании, трубах и т.п. в предыдущем процессе повторного отверждения ОГ.
[180] В остатки могут входить ОГ, который сжимали компрессором 200 и затем подавали в теплообменник при предыдущем повторном сжижении ОГ, и смазочное масло, смешанное с ОГ, сжатым компрессором 200.
[181] Если при запуске или повторном запуске повторного сжижения ОГ холодный ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, подают по обводной линии BL непосредственно в теплообменник 100 без повышения температуры теплообменника 100, холодный ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, направляют в канал холодной текучей среды теплообменника 100 в состоянии, в котором горячий ОГ не направляют в канал горячей текучей среды теплообменника 100. В результате смазочное масло, оставшееся в неконденсированном или неотвержденном состоянии в теплообменнике 100, может тоже быть конденсировано или отверждено по мере снижения температуры теплообменника 100.
[182] Когда обводную линию BL используют для повышения температуры теплообменника 100 в течение конкретного периода времени (если определено, что конденсированное или отвержденное смазочное масло или другие примеси почти полностью удалены, конкретный период времени может быть определен специалистами в данной области техники и может составлять от около 1 минуты до около 30 минут, предпочтительно от около 3 минут до около 10 минут, более предпочтительно от около 2 минут до около 5 минут), повторное сжижение ОГ запускают путем медленного открытия первого клапана 510 и второго клапана 520, при этом медленно открывая обводной клапан 590. Спустя некоторое время первый клапан 510 и второй клапан 520 полностью открывают, а обводной клапан 590 полностью закрывают, чтобы весь ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, использовался в качестве хладагента для повторного сжижения ОГ в теплообменнике 100.
[183] Кроме того, обводная линия BL может быть использована для удовлетворения условия по давлению на впуске компрессора 200, когда внутреннее давление накопительной емкости T низкое.
[184] Более того, если внутреннее давление накопительной емкости T требуется отрегулировать до низкого давления, обводная линия BL может быть использована для удовлетворения условия по давлению на впуске компрессора 200, даже если внутреннее давление накопительной емкости T сниженное.
[185] В дальнейшем описании основное внимание будет уделено случаю, когда обводную линию BL используют для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла, и случаю, когда обводную линию BL используют для удовлетворения требования по давлению на впуске компрессора 200 при низком внутреннем давлении накопительной емкости T.
[186]
[187] 1. Случай, когда обводную линию BL используют для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла
[188] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что поскольку с ОГ, прошедшим через цилиндр маслосмазываемого типа компрессора 200, смешивается определенное количество смазочного масла, а в теплообменнике 100 смазочное масло, содержащееся в ОГ, конденсируется или отвердевает раньше ОГ и накапливается в теплообменнике 100, существует потребность в удалении конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100 по истечении заданного периода времени ввиду увеличения количества конденсированного или отвержденного смазочного масла, накопленного в теплообменнике 100 со временем.
[189] В частности, хотя желательно, чтобы теплообменник 100 в соответствии с данным вариантом осуществления представлял собой пластинчатый теплообменник с вытравленными каналами (PCHE, далее также именуемый DCHE), учитывая давление и/или расход ОГ, подлежащего повторному сжижению, эффективность повторного сжижения и т. п., PCHE имеет узкий змеевидный канал текучей среды (канал текучей среды микроканального типа), и поэтому сталкивается с проблемами, такими как быстрое засорение канала текучей среды конденсированным или отвержденным смазочным маслом, быстрое накопление конденсированного или отвержденного масла на змеевидном участке канала текучей жидкости и т. п. PCHE (DCHE) изготовляют компании Kobelko Co., Ltd., Alfalaval Co., LTd. и т.п.
[190] Конденсированное или отвержденное смазочное масло может быть удалено посредством следующих этапов:
[191] 1) определение того, наступило ли время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло;
[192] 2) открытие обводного клапана 590 с закрытием при этом первого клапана 510 и второго клапана 520;
[193] 3) сжатие с помощью компрессора 200 ОГ, выпущенного из накопительной емкости T и прошедшего через обводную линию BL;
[194] 4) направление части или всего ОГ, сжатого компрессором 200, в теплообменник 100;
[195] 5) направление ОГ, прошедшего через теплообменник 100, в газожидкостный сепаратор 700;
[196] 6) выпуск смазочного масла из газожидкостного сепаратора 700; и
[197] 7) определение того, приведен ли теплообменник 100 в нормальное состояние.
[198]
[199] 1) Этап определения того, наступило ли время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло
[200] При засорении канала текучей среды теплообменника 100 конденсированным или отвержденным смазочным маслом охлаждающее воздействие теплообменника 100 может быть уменьшено. Поэтому, если производительность теплообменника 100 падает ниже установленного значения нормальной производительности, можно предположить, что в теплообменнике 100 накопилось определенное количество конденсированного или отвержденного смазочного масла. В качестве примера, принять решение, что наступило время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло из теплообменника 100, можно в том случае, если производительность теплообменника 100 падает до от около 50% до около 90% от нормальной производительности, предпочтительно от около 60% до около 80%, более предпочтительно около 70% или менее.
[201] В настоящем документе диапазон «от около 50% до около 90%» от нормальной производительности включает в себя все значения из «около 50% и менее», «около 60% и менее», «около 70% и менее», «около 80% и менее» и «около 90% и менее», а диапазон «от около 60% до около 80%» от нормальной производительности включает в себя все значения из «около 60% и менее», «около 70% и менее», «около 80% и менее».
[202] Когда производительность теплообменника 100 ухудшается, разность температур между холодным ОГ (L1), подаваемым в теплообменник 100, и холодным ОГ (L4), выпускаемым из теплообменника 100, увеличивается, и разность температур между горячим ОГ (L2), выпускаемым из теплообменника 100, и горячим ОГ (L3), подаваемым в теплообменник 100, тоже увеличивается. Кроме того, когда канал текучей среды теплообменника 100 засоряется конденсированным или отвержденным смазочным маслом, жидкостный канал теплообменника 100 становится узким, тем самым повышая разность давлений между передним концом (L3) и задним концом (L4) теплообменника 100.
[203] Соответственно, определить, наступило ли время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло, можно на основе разности температур 810, 840 холодной текучей среды, подаваемой в теплообменник 100 и выпускаемой из теплообменника 100, разности температур 820, 830 горячей текучей среды, подаваемой в теплообменник 100 и выпускаемой из теплообменника 100, и разности давлений 910, 920 в канале горячей текучей среды теплообменника 100.
[204] А именно, если разность температур (имеется в виду абсолютное значение, далее именуемая «разностью температур холодного потока») между температурой ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T и подаваемого в теплообменник 100, которая измеряется первым датчиком 810 температуры, и температурой ОГ, сжатого компрессором 200 и охлажденного теплообменником 100, которая измеряется четвертым датчиком 840 температуры, выше нормальной разности температур и сохраняется в течение определенного периода времени или более, может быть определено, что теплообмен в теплообменнике 100 выполняется нормально.
[205] В качестве примера, когда состояние, в котором разность температур холодного потока составляет от 20°C до 50°C или выше, предпочтительно от 30°C до 40°C или выше, более предпочтительно около 35°C и выше, и сохраняется в течение 1 часа или более, может быть определено, что наступило время выпускать конденсированное или отвержденное смазочное масло.
[206] Когда теплообменник 100 работает нормально, ОГ, сжатый компрессором 200 до около 300 бар, имеет температуру от около 40°C до около 45°C, а в теплообменник подают ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T и имеющий температуру от около -160°C до около -140°C. При этом во время доставки в теплообменник 100 температура ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T, увеличивается до от около -150°C до около -110°C, предпочтительно до -120°C.
[207] В системе повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления, которая содержит газожидкостный сепаратор 700, когда газообразный ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, объединяют с ОГ, выпускаемым из накопительной емкости T, и затем подают в теплообменник 100, температура ОГ, в конечном счете подаваемого в теплообменник 100, ниже температуры ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T в теплообменник 100, а температура ОГ, подаваемого в теплообменник 100, может еще больше понизиться с увеличением количества газообразного ОГ, отделенного газожидкостным сепаратором 700.
[208] ОГ, подаваемый в теплообменник 100 по третьей линии L3 подачи и имеющий температуру от около 40°C до 45°C, охлаждается теплообменником 100 до температуры от около -130°C до около -110°C, и разность температур холодного потока предпочтительно составляет от около 2°C до около 3°C в нормальном состоянии.
[209] Кроме того, если разность температур (имеется в виду абсолютное значение, далее именуемое «разностью температур горячего потока») между температурой ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T и используемого в качестве хладагента теплообменником 100, которая измеряется вторым датчиком 820 температуры, и температурой ОГ, сжатого компрессором 200 и подаваемого в теплообменник 100, которая измеряется третьим датчиком 830 температуры, выше нормальной разности температур и сохраняется в течение определенного периода времени или более, может быть определено, что теплообмен в теплообменнике 100 выполняется нормально.
[210] Когда состояние, в котором разность температур горячего потока составляет от 20°C до 50°C или выше, предпочтительно от 30°C до 40°C или выше, более предпочтительно около 35°C и выше, и сохраняется в течение 1 часа или более, может быть определено, что наступило время выпускать конденсированное или отвержденное смазочное масло.
[211] Когда теплообменник 100 работает нормально, ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T и имеющий слегка повышенную температуру от около -150°C до около -110°C (предпочтительно около -120°C), при поступлении в теплообменник 100 после использования в качестве хладагента в теплообменнике 100 может иметь температуру от около -80°C до 40°C в зависимости от скорости судна, а ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике 100 и имеющий температуру от около -80°C до 40°C, сжимают с помощью компрессора 200, чтобы получить температуру от около 40°C до около 45°C.
[212] Кроме того, если разность давлений (далее именуемая «разностью давлений канала горячей текучей среды») между давлением ОГ, сжимаемого компрессором 200 и подаваемого в теплообменник 100, которое измеряется первым датчиком 910 давления, и давлением ОГ, охлажденного теплообменником 100, которое измеряется вторым датчиком 920 давления, выше нормальной разности давлений и сохраняется в течение определенного времени или более, может быть определено, что теплообменник 100 работает ненормально.
[213] Так как ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, не смешивается с маслом или имеет ничтожно малое количество масла, а момент времени, когда смазочное масло смешивается с ОГ, наступает при сжатии ОГ компрессором 200, конденсированное или отвержденное смазочное масло несущественно накапливается в канале холодной текучей среды теплообменника 100, который использует в качестве хладагента ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, и затем подает ОГ в компрессор 200, и накапливается в канале горячей среды теплообменника 100, в котором ОГ, сжатый компрессором 200, охлаждают и подают в редуктор 600 давления.
[214] Соответственно, так как из-за блокировки канала жидкой среды конденсированным или отвержденным смазочным маслом разность давлений между передним концом и задним концом теплообменника 100 быстро увеличивается в канале горячей текучей среды, решение о том, наступило ли время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло, принимают путем измерения давления канала жидкой среды теплообменника 100.
[215] Учитывая, что в соответствии с данным вариантом осуществления в качестве теплообменника может быть использован PCHE, имеющий узкий и змеевидный канал текучей среды, решение о том, наступило время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло, можно эффективно принимать на основе разности давлений между передним концом и задним концом теплообменника 100.
[216] В качестве примера, когда разность давлений канала горячей текучей среды в два или более раз превосходит его нормальную разность давлений и сохраняется в течение 1 часа или более, может быть определено, что наступило время выпускать конденсированное или отвержденное смазочное масло.
[217] Когда теплообменник 100 работает нормально, сжимаемый компрессором 200 ОГ подвергается падению давления от около 0,5 бар до около 2,5 бар, предпочтительно от около 0,7 бар до около 1,5 бар, более предпочтительно около 1 бар, не испытывая значительного падения давления, даже когда ОГ охлаждается во время прохождения через теплообменник 100. Когда состояние, в котором разность давлений канала горячей текучей среды имеет по меньшей мере заданное давление или более, например, от 1 бар до 5 бар или более, предпочтительно от 1,5 бар до 3 бар или более, более предпочтительно от около 2 бар (200 кПА) или более, может быть определено, что наступило время выпускать конденсированное или отвержденное смазочное масло.
[218] Хотя момент времени для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла может быть определен на основе любой одной из разности температур холодного потока, разности температур горячего потока и разности давлений канала горячей текучей среды, как описано выше, момент времени для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла может быть определен на основе по меньшей мере двух из разности температур холодного потока, разности температур горячего потока и разности давлений канала горячей текучей среды, чтобы улучшить надежность.
[219] В качестве примера, когда меньшее значение между разностью температур холодного потока и разностью температур горячего потока поддерживается на уровне 35°C или более в течение 1 часа или более, или когда разность давлений канала горячей текучей среды в два или более раз превосходит его нормальную разность давлений или 200 кПа или более и сохраняется в течение 1 часа или более, можно принимать решение, что наступило время удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла.
[220] Первый датчик 810 температуры, второй датчик 820 температуры, третий датчик 830 температуры, четвертый датчик 840 температуры, первый датчик 910 давления и второй датчик 920 давления можно считать средством обнаружения для обнаружения того, засорен ли теплообменник 100 смазочным маслом.
[221] Кроме того, система повторного сжижения ОГ в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может дополнительно содержать контроллер (не показан) для определения того, засорен ли теплообменник 100 смазочным маслом, на основе результата обнаружения по меньшей мере одного из первого датчика 810 температуры, второго датчика 820 температуры, третьего датчика 830 температуры, четвертого датчика 840 температуры, первого датчика 910 температуры и второго датчика 920 температуры. Контроллер можно считать средством определения для определения того, засорен ли теплообменник 100 смазочным маслом.
[222] 2) Этап открытия обводного клапана 590, с закрытием при этом первого клапана 510 и второго клапана 520
[223] Если на этапе 1 определено, что наступило время удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100, обводной клапан 590, расположенный на обводной линии BL, открывают, а первый клапан 510, расположенный на линии L1 подачи, и второй клапан 520, расположенный на второй линии L2, подачи закрывают.
[224] Когда обводной клапан 590 открывают, закрывая при этом первый клапан 510 и второй клапан 520, выпускаемый из накопительной емкости T ОГ направляют в компрессор 200 по обводной линии BL и препятствуют его подаче в теплообменник 100. Поэтому хладагент не подается в теплообменник 100.
[225] 3) Этап сжатия с помощью компрессора 200 ОГ, выпущенного из накопительной емкости T и прошедшего через обводную линию BL
[226] Выпускаемый из накопительной емкости T ОГ обходит теплообменник 100 по обводной линии BL и затем направляется в компрессор 200. Направленный в компрессор 200 ОГ подвергается увеличению температуры и давления во время сжатия компрессором 200. ОГ, сжатый до около 300 бар компрессором 200, имеет температуру от около 40°C до около 45°C.
[227] 4) Этап направления части или всего ОГ, сжатого компрессором 200, в теплообменник 100.
[228] Когда ОГ, сжатый компрессором 200, непрерывно подают в теплообменник 100, холодный ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике 100 и выпускаемый из накопительной емкости T, не подают в теплообменник 100, а горячий ОГ непрерывно подают в теплообменник 100, тем самым постепенно повышая температуру канала горячей текучей среды теплообменника 100, через который проходит ОГ, сжатый компрессором 200.
[229] Когда температура канала горячей текучей среды теплообменника 100 превышает точку конденсации или отвердения смазочного масла, конденсированное или отвержденное смазочное масло, накопленное в теплообменнике 100, постепенно расплавляется или снижает вязкость, и затем смазочное масло, расплавленное или имеющее низкую вязкость, смешивается с ОГ и выходит из теплообменника 100.
[230] Когда конденсированное или отвержденное смазочное масло удаляют с помощью обводной линии BL, ОГ циркулирует по обводной линии BL, компрессору 200, каналу горячей текучей среды теплообменника 100, редуктору 600 давления и газожидкостному сепаратору 700 до тех пор, пока теплообменник 100 не нормализуется.
[231] Кроме того, когда конденсированное или отвержденное смазочное масло удаляют с помощью обводной трубы BL, ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T и проходящий через обводную линию BL, компрессор 200, канал горячей текучей среды теплообменника 100 и редуктор 600 давления, может быть направлен в отдельную емкость или другое средство сбора, отдельное от накопительной емкости T, вместе с ОГ, смешанным с расплавленным или имеющим пониженную вязкость смазочным маслом. ОГ, хранящийся в отдельной емкости или другом средстве сбора, направляют в обводную линию BL, чтобы продолжить процесс удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла.
[232] Даже в конструкции, где газожидкостный сепаратор 700 расположен на выходе редуктора 600 давления, когда текучую среду, состоящую из сжатого ОГ, смешанного с расплавленным или имеющим пониженную вязкость смазочным маслом, направляют в отдельную емкость или другое средство сбора, газожидкостный сепаратор 700 обеспечивает ту же самую функцию, что и в типичной системе повторного сжижения ОГ, а расплавленное или имеющее пониженную вязкость смазочное масло не собирают в газожидкостном сепараторе 700 (расплавленное или имеющее пониженную вязкость смазочное масло собирают в отдельную емкость или другое средство сбора, отдельное от накопительной емкости T). Таким образом, в системе повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления можно исключить газожидкостный сепаратор, выполненный с возможностью выпуска смазочного масла, тем самым обеспечивая снижение стоимости.
[233] 5) Этап направления ОГ, прошедшего через теплообменник 100, в газожидкостный сепаратор 700
[234] По мере возрастания температуры канала горячей текучей среды теплообменника 100 конденсированное или отвержденное смазочное масло, накопленное в теплообменнике 100, постепенно расплавляется или снижает вязкость и затем направляется в газожидкостный сепаратор 700, будучи смешанным с ОГ. Поскольку в процессе удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100 через обводную линию BL ОГ не сжижается повторно, повторно сжиженный газ не собирается в газожидкостном сепараторе 700, а ОГ и расплавленное или имеющее пониженную вязкость смазочное масло собираются.
[235] Газообразный ОГ, собранный в газожидкостном сепараторе 700, выпускают из газожидкостного сепаратора 700 по шестой линии L6 подачи и направляют в компрессор 200 по обводной линии BL. Так как на этапе 2 первый клапан 510 закрывают, газообразный ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, объединяют с ОГ, выпускаемым из расходного бака T, и направляют в компрессор 200 по обводной линии BL, минуя канал холодной текучей среды теплообменника 100.
[236] Подача газообразного ОГ, отделенного газожидкостным сепаратором 700, в обводную линию BL с помощью первого клапана 510 в закрытом состоянии может не допустить подачу смазочного масла, содержащегося в ОГ, в теплообменник 100, тем самым предотвращая засорение канала холодной текучей среды теплообменника.
[237] Процесс циркуляции, в котором газообразный ОГ, собираемый в газожидкостном сепараторе 700, выпускают из газожидкостного сепаратора 700 по шестой линии L6 подачи и затем направляют обратно в компрессор 200 по обводной линии BL, продолжается до тех пор, пока не будет определено, что температура канала горячей текучей среды теплообменника 100 возросла до температуры ОГ, сжимаемого компрессором 200 и направляемого в канал горячей текучей среды теплообменника 100. Однако процесс циркуляции может продолжаться до тех пор, пока не будет эмпирически определено, что прошло достаточно времени.
[238] Во время удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100 с использованием обводной линии BL восьмой клапан 581 закрывают для предотвращения протекания смазочного масла, собираемого в газожидкостном сепараторе 700, в накопительную емкость T по пятой линии L5 подачи. В случае введения смазочного масла в накопительную емкость T чистота сжиженного газа, хранящегося в накопительной емкости T, может ухудшиться, что приведет к снижению ценности сжиженного газа.
[239] 6) Этап выпуска смазочного масла из газожидкостного сепаратора 700
[240] Расплавленное или имеющее пониженную вязкость смазочное масло, выпускаемое из теплообменника 100, собирают в газожидкостном сепараторе 700. Для обработки смазочного масла, собранного в газожидкостном сепараторе 700, система повторного сжижения ОГ в соответствии с данным вариантом осуществления, может использовать газожидкостный сепаратор 700, полученный путем усовершенствования стандартного газожидкостного сепаратора.
[241] На ФИГ. 10 приведен увеличенный вид теплообменника и газожидкостного сепаратора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 10 некоторые компоненты опущены для удобства описания.
[242] Как показано на ФИГ. 10, газожидкостный сепаратор 700 снабжен линией OL выпуска смазочного масла, по которой выпускают смазочное масло, собираемое в газожидкостном сепараторе 700, а также пятой линией L5 подачи, по которой сжиженный газ, отделяемый газожидкостным сепаратором 700, направляют в накопительную емкость T. Для обеспечения в газожидкостном сепараторе 700, соединенном с линией OL выпуска смазочного масла, эффективного выпускания смазочного масла, собираемого в нижней части газожидкостного сепаратора 700, линия OL выпуска смазочного масла соединена с нижним концом газожидкостного сепаратора 700, а один конец пятой линии L5 подачи расположен выше нижнего конца газожидкостного сепаратора 700. Для предотвращения засорения пятой линии L5 подачи смазочным маслом желательно, чтобы конец пятой линии L5 подачи располагался выше уровня смазочного масла, когда количество смазочного масла, собранного в газожидкостном сепараторе 700, достигает максимального значения.
[243] Третий клапан 530 для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии может быть расположен на линии OL выпуска смазочного масла и может быть предусмотрен в количестве нескольких штук.
[244] Так как смазочное масло, собираемое в газожидкостном сепараторе 700, может быть естественным образом выпущено или может потребовать длительного времени для выпуска, смазочное масло в газожидкостном сепараторе 700 может быть выпущено посредством продувки азотом. Когда азот под давлением от около 5 бар до 7 бар подают в газожидкостный сепаратор 700, внутреннее давление газожидкостного сепаратора 700 возрастает и позволяет быстро выпускать смазочное масло.
[245] Для выпуска смазочного масла из газожидкостного сепаратора 700 посредством продувки азотом линия NL подачи азота может быть расположена так, чтобы она соединялась с третьей линией L3 подачи на входе теплообменника 100. При необходимости несколько линий подачи азота могут быть расположены в разных местах.
[246] На линии NL подачи азота может быть расположен азотный клапан 583 для регулирования расхода текучей среды и открытия/закрытия соответствующей линии подачи и обычно поддерживаться в закрытом состоянии, когда линию NL подачи азота не используют. Затем, когда существует потребность в использовании линии NL подачи азота для подачи азота в газожидкостный сепаратор 700 для продувки азотом, азотный клапан 583 открывают. Может быть предусмотрено несколько азотных клапанов 583.
[247] Хотя выпуск смазочного масла может быть выполнен посредством продувки азотом путем непосредственного введения азота в газожидкостный сепаратор 700, если линия подачи азота уже установлена в других целях, выпускать смазочное масло из газожидкостного сепаратора 700 желательно с использованием другой установленной линии подачи азота, которая могла быть ранее размещена для других целей.
[248] Если после процессов направления всего ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T в обводную линию BL для сжатия компрессором 200, направления ОГ, сжатого компрессором 200, в канал горячей текучей среды теплообменника 100, направления ОГ, прошедшего через теплообменник 100 и понизившего давление в редукторе 600 давления, в газожидкостный сепаратор 700, и направления ОГ, выпускаемого из газожидкостного сепаратора 700, в обводную линию BL определено, что большая часть конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100 собрана в газожидкостном сепараторе 700 (т. е. если определено, что теплообменник 100 нормализован), выполняют продувку азотом путем блокировки протекания ОГ, сжимаемого компрессором 200, в теплообменник 100 и открытия азотного клапана 583.
[249] 7) Этап определения того, приведен ли теплообменник 100 в нормальное состояние
[250] Если определено, что теплообменник 100 снова нормализован путем выпуска конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100, и когда процесс выпуска смазочного масла из газожидкостного сепаратора 700 завершен, система повторного сжижения ОГ опять работает в обычном режиме за счет открытия первого клапана 510 и второго клапана 520 при закрытии обводного клапана 590. Когда система повторного сжижения ОГ работает в обычном режиме, выпускаемый из накопительной емкости T ОГ используют в качестве хладагента в теплообменнике 100, и часть или весь ОГ, используемый в качестве хладагента в теплообменнике 100, повторно сжижают путем сжатия компрессором 200, охлаждения теплообменником 100 и снижения давления редуктором 600 давления.
[251] Как и при определении того, наступило ли время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло, определение того, нормализован ли снова теплообменник 100, осуществляют на основе по меньшей мере одной из разностей температур холодного потока, разности температур горячего потока и разности давлений канала горячей текучей среды.
[252] Помимо конденсированного или отвержденного смазочного масла внутри теплообменника 100 с помощью вышеупомянутых процессов могут быть также удалены конденсированные или отвержденные смазочные масла, накапливаемые в трубах, клапанах, приборах и другом оборудовании.
[253] Обычно во время этапа удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла из внутренней части теплообменника 100 с использованием обводной линии BL двигатель высокого давления и/или двигатель низкого давления (далее именуемые «двигателем») могут быть в работающем состоянии. Поскольку при ремонте части оборудования, входящего в систему подачи топлива или систему повторного сжижения, подача топлива в двигатель или сжижение излишков ОГ невозможны, двигатель обычно находится в неработающем состоянии.
[254] Напротив, если двигатель можно приводить в действие во время удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100, как в настоящем изобретении, так как теплообменник 100 можно ремонтировать во время работы двигателя, это дает преимущества, заключающиеся в том, что существует возможность двигать судно и вырабатывать энергию, а также удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло с использованием излишков ОГ во время ремонта теплообменника 100.
[255] Кроме того, когда во время удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла из теплообменника 100 двигатель находится в работающем состоянии, существует преимущество, заключающееся в том, что смазочное масло, смешанное с ОГ во время сжатия компрессором 200, можно сжигать. То есть, двигатель используется не только в целях движения судна или выработки энергии, но и для удаления масла, смешанного с ОГ.
[256] С другой стороны, процесс определения на основе аварийного сигнала, наступило ли время удалять конденсированное или отвержденное смазочное масло, может включать в себя ① активацию аварийного сигнала и/или ② формирование аварийного сигнала.
[257] На ФИГ. 7 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, на ФИГ. 8 приведен увеличенный вид редуктора давления в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, а на ФИГ. 9 приведен увеличенный вид редуктора давления в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[258] Как показано на ФИГ. 7, в настоящем изобретении два компрессора 200, 210 могут быть расположены параллельно. Два компрессора 200, 210 могут иметь одни и те же технические характеристики и могут обеспечивать резервирование на случай выхода из строя любого одного из компрессоров. Для удобства описания другие устройства не изображены.
[259] Как показано на ФИГ. 7, в конструкции, где компрессоры 200, 210 расположены параллельно, выпускаемый из накопительной емкости ОГ направляют во второй компрессор 210 по седьмой линии L22 подачи, а ОГ, сжатый компрессором 210, частично выпускают в двигатель высокого давления по линии SL подачи топлива, тогда как излишки ОГ направляют в теплообменник 100 по восьмой линии L33 подачи для подвержения процессу повторного сжижения. На восьмой линии L33 подачи может быть расположен десятый клапан 571 для регулирования расхода и открытия/закрытия соответствующей линии.
[260] В других вариантах осуществления возможно параллельное расположение двух редукторов 600, 610 давления, как показано на ФИГ. 8, и параллельное расположение двух пар редукторов 600, 610 давления, соединенных последовательно, как показано на ФИГ. 9.
[261] Как показано на ФИГ. 8, оба редуктора 600, 610 давления, расположенные параллельно, могут обеспечивать резервирование на случай выхода из строя любого одного из компрессоров, а каждый из редукторов 600, 610 давления на своих передних/задних концах может быть снабжен стопорными клапанами 620.
[262] Как показано на ФИГ. 9, две пары редукторов 600, 610, соединенных последовательно, расположены параллельно. В зависимости от изготовителя два редуктора 600 давления соединяют последовательно для стабильности снижения давления. Две пары редукторов 600, 610 давления, соединенных параллельно, могут обеспечивать резервирования на случай выхода из строя любой пары редукторов давления.
[263] Каждый из редукторов 600, 610 давления, соединенных параллельно, на своих передних/задних концах может быть обеспечен стопорными клапанами 620. Стопорные краны 620, показанные на ФИГ. 8 и ФИГ. 9, изолируют редукторы 600 давления при техническом обслуживании или ремонте редукторов 600 давления вследствие выхода из строя редукторов 600, 610 давления и т. п.
[264] Активация аварийного сигнала
[265] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит один компрессор 200 и один редуктор 600 давления, как показано на ФИГ. 2, аварийный сигнал активируется при условиях, когда степень открытия редуктора 600 давления равна предварительно установленному значению или больше него, седьмой клапан 570 и второй клапан 520 открыты, а уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700 является нормальным уровнем.
[266] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит один компрессор 200, как показано на ФИГ. 2, и два параллельных редуктора 600, 610 давления, как показано на ФИГ. 8, аварийный сигнал активируется при условиях (далее именуемых «первым условием активации»), когда степень открытия первого редуктора 600 давления или второго редуктора 610 давления равна предварительно установленному значению или больше него, седьмой клапан 570 и второй клапан 520 открыты, а уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700 является нормальным уровнем.
[267] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит один компрессор 200, как показано на ФИГ. 2, и две пары редукторов 600, 610 давления, соединенных параллельно, как показано на ФИГ. 9, аварийный сигнал активируется при условиях (далее именуемых «вторым условием активации»), когда степень открытия одного из двух первых редукторов 600 давления, расположенных последовательно, или одного из двух вторых редукторов 610 давления, соединенных последовательно, равна предварительно установленному значению или больше него, седьмой клапан 570 и второй клапан 520 открыты, а уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700 является нормальным уровнем.
[268] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит два компрессора 200, 210, соединенных параллельно, как показано на ФИГ. 7, и один редуктор 600, как показано на ФИГ. 2, аварийный сигнал активируется при условиях (далее именуемых «третьим условием активации»), когда степень открытия редуктора 600 давления равна предварительно установленному значению или больше него, седьмой клапан 570 или десятый клапан 571 открыт, второй клапан 520 открыт, а уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700 является нормальным уровнем.
[269] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит два компрессора 200, 210, соединенных параллельно, как показано на ФИГ. 7, и два редуктора 600, 610, соединенных параллельно, как показано на ФИГ. 8, аварийный сигнал активируется при условиях (далее именуемых «четвертым условием активации»), когда степень открытия первого редуктора 600 давления или второго редуктора 610 давления равна предварительно установленному значению или больше него, седьмой клапан 570 или десятый клапан 571 открыт, второй клапан 520 открыт, а уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700 является нормальным уровнем.
[270] В конструкции, где система повторного сжижения ОГ содержит два компрессора 200, 210, соединенных параллельно, как показано на ФИГ. 7, и две пары редукторов 600, 610 давления, соединенных параллельно, как показано на ФИГ. 9, аварийный сигнал активируется при условиях (далее именуемых «пятым условием активации»), когда степень открытия одного из двух первых редукторов 600 давления, расположенных последовательно, или одного из двух вторых редукторов 610 давления, соединенных последовательно, равна предварительно установленному значению или больше него, седьмой клапан 570 или десятый клапан 571 открыт, второй клапан 520 открыты, а уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700 является нормальным уровнем.
[271] В условиях с первого по пятое активации аварийного сигнала, описанных выше, заданная степень открытия первого редуктора 600 давления или второго редуктора 610 давления может составлять 2%, а нормальный уровень сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700 означает случай, когда можно определить, что процесс повторного сжижения выполняется нормально, путем подтверждения повторного сжиженного газа в газожидкостном сепараторе 700.
[272] Формирование аварийного сигнала
[273] Аварийный сигнал может быть сформирован для указания момента времени для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла, если удовлетворено одно из следующих условий: условие, что разность температур холодного потока равна предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени, условие, что разность температур горячего потока равна предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени, и условие, что разность давлений канала горячей текучей среды равна предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени.
[274] Для повышения надежности аварийный сигнал может быть сформирован для указания момента времени для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла, если удовлетворены по меньшей мере два из следующих условий: условие, что разность температур холодного потока равна предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени, условие, что разность температур горячего потока равна предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени, и условие, что разность давлений канала горячей текучей среды равна предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени.
[275] Кроме того, аварийный сигнал может быть сформирован для указания момента времени для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла, если меньшее значение из разности температур холодного потока и разности температур горячего потока равно предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени (или условия), или если разность давлений канала горячей текучей среды равно предварительно установленному значению или больше него и сохраняется в течение заданного периода времени.
[276]
[277] В соответствии с настоящим изобретением нештатное функционирование теплообменника, формирование аварийного сигнала и т. п. может быть определено подходящим контроллером. В качестве контроллера для определения нештатного функционирования теплообменника, формирования аварийного сигнала и т.п., используемого системой повторного сжижения ОГ в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно может быть использован контроллер, используемый судном или морским сооружением, на котором применяют систему повторного сжижения природного газа в соответствии с настоящим изобретением, а также может быть использован отдельный контроллер для определения нештатного функционирования теплообменника, возникновения аварийной сигнализации и т.п.
[278] Кроме того, использование обводной линии, выпуск смазочного масла, подача топлива в двигатель, запуск и перезапуск системы повторного сжижения ОГ, открытие и закрытие различных клапанов для этих компонентов могут быть автоматически или вручную управляемыми с помощью контроллера.
[279]
[280] 2. Случай использования обводной линии BL для удовлетворения условия по давлению на впуске для компрессора 200, когда внутреннее давление накопительной емкости T низкое.
[281] Компрессор 200 часто не удовлетворяет условие по давлению на впуске на впуске компрессора 200 в том случае, когда накопительная емкость T имеет низкое внутреннее давление, например, когда количество образуемого ОГ мало из-за небольшого количества сжиженного газа в накопительной емкости T, или если количество ОГ, подаваемого в двигатель для движения судна, большое вследствие высокой скорости судна.
[282] В частности, в PCHE (DCHE), используемом в качестве теплообменника 100, когда ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, проходит через PCHE, падение давления большое из-за его узкого канала текучей среды.
[283] Обычно, когда компрессор 200 не может удовлетворять условие по давлению на впуске, открывают клапаны 541, 542, 543, 544 рециркуляции, чтобы защитить компрессор 200 за счет рециркуляции части или всего ОГ через линии Rc1, Rc2, Rc3, Rc4 рециркуляции.
[284] Однако, если условие по давлению на впуске компрессора 200 удовлетворено системой повторного сжижения ОГ, количество ОГ, сжимаемого компрессором 200, уменьшается, тем самым вызывая ухудшение производительности повторного сжижения и невозможность удовлетворения требования по потреблению топлива для двигателя. В частности, если двигатель не удовлетворяет требования по потреблению топлива, работа судна может быть значительно нарушена. Следовательно, существует потребность в способе повторного сжижения ОГ, способного удовлетворять условие по давлению на впуске для компрессора и требование по потреблению топлива для двигателя, даже когда внутреннее давление в накопительной емкости T низкое.
[285] В соответствии с настоящим изобретением для удовлетворения условия по давлению на впуске для компрессора 200 вместо обеспечения дополнительного оборудования можно использовать обводную линию BL, предусмотренную для технического обслуживания и ремонта теплообменника 100, без снижения количества ОГ, сжимаемого компрессором 200, даже если внутреннее давление накопительной емкости T низкое. Условие по давлению на всасывании, требуемое для компрессора 200, можно удовлетворять без уменьшения количества ОГ.
[286] В соответствии с настоящим изобретением, когда внутреннее давление накопительной емкости T снижается до предварительного установленного значения или меньше него, открывают обводной клапан 590, чтобы часть или весь ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, непосредственно направлялся в компрессор 200 по обводной линии BL, минуя теплообменник 100.
[287] Количество ОГ, направляемого в обводную линию BL, можно регулировать в зависимости от давления накопительной емкости T по сравнению с условием по давлению на впуске, требуемому для компрессора 200. То есть весь ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, может быть направлен в обводную линию BL путем открытия обводного клапана 590 при закрытии первого клапана 510 и второго клапана 520, или только некоторая часть ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T, может быть направлена в обводную линию BL, а остальной ОГ может быть направлен в теплообменник 100 путем частичного открытия обводного клапана 590, первого клапана 510 и второго клапана 520. То есть весь ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, может быть направлен в обводную линию BL путем открытия обводного клапана 590 при закрытии первого клапана 510 и второго клапана 520, или только некоторая часть ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T, может быть направлена в обводную линию BL, а остальной ОГ может быть направлен в теплообменник 100 путем частичного открытия обводного клапана 590, первого клапана 510 и второго клапана 520. Падение давления ОГ уменьшается с увеличением количества ОГ, обходящего теплообменник 100 по обводной линии BL.
[288] Хотя это дает преимущество, заключающееся в сведении к минимуму падения давления, когда выпускаемый из накопительной емкости T ОГ обходит теплообменник 100 и непосредственно направляется в компрессор 200, отведение тепла холодным ОГ не может быть использовано для повторного сжижения. Таким образом, использование обводной линии BL для снижения падения давления и количества ОГ, подлежащего направлению в обводную линию BL, из общего количества ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T, определяют на основе внутреннего давления расходного бака T, требования к потреблению топлива для двигателя, количества ОГ, подлежащего повторному сжижению, и т. п.
[289] В качестве примера можно определить, что целесообразно снижать падение давления с использованием обводной линии BL, когда внутреннее давление расходного бака T равно предварительно установленному значению или меньше его, а судно движется с заданной скоростью или быстрее. А именно, можно определить, что целесообразно снижать падение давления с использованием обводной линии BL, когда внутреннее давление расходного бака T составляет 1,09 бар или меньше, а скорость судна составляет 17 узлов или больше.
[290] Кроме того, условие по давлению на впуске компрессора 200 удовлетворяют не часто даже когда весь ОГ, выпускаемый из накопительной емкости T, направляют в компрессор 200 по обводной линии BL. В этом случае условие по давлению на впуске удовлетворяют с помощью линий Rc1, Rc2, Rc3, Rc4 рециркуляции.
[291] То есть, в известном уровне техники, когда условие по давлению на впуске компрессор 200 не может быть удовлетворено из-за снижения давления в накопительной емкости T, компрессор 200 защищают с использованием линий Rc1, Rc2, Rc3, Rc4, тогда как в соответствии с настоящим изобретением для удовлетворения условия по давлению на впуске компрессора 200 в первую очередь используют обводную линию BL, а линии Rc1, Rc2, Rc3, Rc4 рециркуляции используют во вторую очередь, когда условие по давлению на впуске компрессора 200 не может быть удовлетворено даже путем направления всего ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T, в компрессор по обводной линии BL.
[292] Чтобы удовлетворять условие под давлению на впуске компрессора 200, путем использования в первую очередь обводной линии BL и во вторую очередь линий Rc1, Rc2, Rc3, Rc4 рециркуляции, условие для давления, при котором открывают обводной клапан 590, устанавливают на более высокое значение, чем условие для давления, при котором открывают клапаны 541, 542, 543, 544 рециркуляции.
[293] Условие, при котором открывают клапаны 541, 542, 543, 544 рециркуляции, и условие, при котором отрывают обводной клапан 590, предпочтительно определяют на основе давления на входе компрессора 200. В альтернативном варианте осуществления эти условия могут быть определены на основе внутреннего давления накопительной емкости T.
[294] Давление на входе компрессора 200 может быть измерено с помощью третьего датчика давления (не показан), расположенного на входе компрессора 200, а внутреннее давление накопительной емкости T может быть измерено с помощью четвертого датчика давления (не показан).
[295] С другой стороны, в конструкции, где шестая линия L6 подачи для выпуска газообразного ОГ, отделенного газожидкостным сепаратором 700, присоединена к первой линии L1 подачи на участке перед точкой ответвления обводной линии BL, ответвляемой от первой линии L1 подачи, некоторая часть ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T, помимо предотвращения падения давления может быть использована в качестве хладагента в теплообменнике 100 путем непосредственного направления газообразного ОГ, отделенного газожидкостным сепаратором 700, в обводную линию BL за счет того, что все из обводного клапана 590 первого клапана 510 и второго клапана 520 открыты во время работы системы.
[296] Так как температура газообразного ОГ, отделяемого газожидкостным сепаратором 700, ниже температуры ОГ, выпускаемого из накопительной емкости T и подаваемого в теплообменник 100, а эффективность охлаждения теплообменника 100 может ухудшиться, когда газообразный ОГ, отделяемый газожидкостным сепаратором 700 непосредственно направляют в обводную линию BL, желательно направлять по меньшей мере некоторую часть газообразного ОГ, отделяемого газожидкостным сепаратором 700, в теплообменник 100.
[297] В данном случае, если количество ОГ, образуемого в накопительной емкости T, меньше количества ОГ, требуемого в качестве топлива для двигателя, повторное сжижение ОГ может не потребоваться. Однако, когда существует потребность в повторном сжижении ОГ, весь газообразный ОГ, отделяемый газожидкостным сепаратором 700, может быть направлен в обводную линию BL, так как его не нужно подавать в качестве хладагента в теплообменник 100.
[298] Соответственно, в настоящем изобретении шестая линия L6 подачи соединена с первой линией L1 подачи перед точкой ответвления обводной линии BL от первой линии L1 подачи. В конструкции, где шестая линия L6 подачи соединена с первой линией L1 подачи перед точкой ответвления обводной линии, выпускаемый из накопительной емкости T ОГ и газообразный ОГ, отделенный газожидкостным сепаратором 700, объединяют друг с другом перед точкой ответвления обводной линии BL, а затем количество ОГ, подлежащего направлению в обводную линию BL и теплообменник 100, определяют в зависимости от степеней открытия обводного клапана 590 и первого клапана 510, тем самым обеспечивая простое управление системой и предотвращая направление газообразного ОГ, отделенного газожидкостным сепаратором 700, непосредственно в обводную линию BL.
[299] Предпочтительно обводной клапан 590 представляет собой клапан, реагирующий быстрее, чем стандартный клапан, чтобы обеспечивать возможность быстрого регулирования степени открытия в зависимости от изменения давления в накопительной емкости T.
[300] На ФИГ. 3 приведена принципиальная схема системы повторного сжижения ОГ в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[301] Как показано на ФИГ. 3, система повторного сжижения ОГ в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения отличается от системы повторного сжижения ОГ в соответствии с первым вариантом осуществления, показанным на ФИГ. 1, тем, что система повторного сжижения ОГ в соответствии с третьим вариантом осуществления содержит датчик 930 разности давлений вместо первого датчика 910 давления и второго датчика 920 давления, и в дальнейшем описании основное внимание будет уделено на отличительных признаках третьего варианта осуществления. Описания компонентов, одинаковых с компонентами системы повторного сжижения ОГ в соответствии с первым вариантом осуществления, будут опущены.
[302] В отличие от первого варианта осуществления система повторного сжижения ОГ в соответствии с третьим вариантом осуществления вместо первого датчика 910 давления и второго датчика 920 давления содержит датчик 930 разности давлений, который измеряет разность давлений между третьей линией L3 подачи на входе теплообменника 100 и четвертой линией L4 подачи на выходе теплообменник 100.
[303] С помощью датчика 930 разности давлений может быть получена разность давлений канала горячей среды и, как в первом варианте осуществления, наступление времени для удаления конденсированного или отвержденного смазочного масла можно определять на основе по меньшей мере одной из разности давления канала горячей текучей среды, разности температур холодного потока и разности температур горячего потока.
[304] Специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше, и могут быть внесены разные модификации, изменения, поправки и созданы эквивалентные варианты осуществления, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.