СИСТЕМА И СПОСОБ ПОДАЧИ ГИБРИДНОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ СУДНА
HYBRID FUEL SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR ENGINE OF VESSEL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе подачи гибридного топлива для двигателя судна, и, в частности, к системе подачи гибридного топлива для двигателя судна, которая может обеспечить подачу отпарного газа (ОГ) или сжиженного природного газа (СПГ), хранящегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, в качестве топлива в двигатель с нагнетанием газа высокого давления, то есть движитель.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сжиженный природный газ (в дальнейшем называемый СПГ) представляет собой бесцветную и прозрачную жидкость, которая может быть получена охлаждением и сжижением природного газа (преимущественно метана) до температуры, составляющей приблизительно -162°С. Объем сжиженного природного газа составляет приблизительно 1/600 от объема природного газа. Следовательно, в случае сжижения природного газа до сжиженного природного газа может быть обеспечена очень эффективная транспортировка природного газа. Например, танкер для перевозки сжиженного природного газа используется для морской транспортировки сжиженного природного газа.
Поскольку температура сжижения природного газа представляет собой криогенную температуру, составляющую -163°С при давлении окружающей среды, сжиженный природный газ, скорее всего, будет испаряться даже тогда, когда температура сжиженного природного газа незначительно превышает -163°С при давлении окружающей среды. В случае обычного танкера для перевозки сжиженного природного газа, даже несмотря на то, что грузовой танк для сжиженного природного газа термически изолирован, внешнее тепло непрерывно передается сжиженному природному газу. Следовательно, во время транспортировки сжиженного природного газа посредством танкера для перевозки сжиженного природного газа сжиженный природный газ непрерывно испаряется естественным образом внутри грузового танка для сжиженного природного газа, и отпарной газ (в дальнейшем называемый ОГ) образуется внутри грузового танка для сжиженного природного газа.
Отпарной газ представляет собой некоторый тип потерь сжиженного природного газа и является важной проблемой с точки зрения эффективности транспортировки сжиженного природного газа. Если отпарной газ скапливается в грузовом танке для сжиженного природного газа, давление внутри грузового танка для сжиженного природного газа чрезмерно повышается. Поэтому существует риск повреждения грузового танка для сжиженного природного газа. Следовательно, было разработано множество разных способов обработки отпарного газа.
В последнее для обработки отпарного газа использовались способ повторного сжижения отпарного газа и возврата повторно сжиженного отпарного газа в грузовой танк, способ использования отпарного газа в качестве источника энергии для двигателя судна и тому подобное. Кроме того, был использован способ сжигания избыточного отпарного газа в установке для сжигания газа (УСГ).
Когда отпарной газ больше не является полезным, установка для сжигания газа неизбежно будет сжигать избыточный отпарной газ для регулирования давления в грузовом танке, что приводит к потере химической энергии, которую имеет отпарной газ.
В том случае, когда двигатель, работающих на двух видах топлива, используется в качестве пропульсивной системы танкера для перевозки сжиженного природного газа, отпарной газ, образующийся в грузовом танке для сжиженного природного газа, может быть обработан посредством его использования в качестве топлива для двигателя, работающего на двух видах топлива. Когда количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, превысит количество топлива, используемого в двигателе, работающем на двух видах топлива и предназначенном для обеспечения движения судна, отпарной газ может быть перемещен в установку для сжигания газа и может быть сожжен для защиты грузового танка для сжиженного природного газа.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Двигатель, работающий на двух видах топлива, использовался в качестве пропульсивной системы для судна, и были разработаны двигатели, в которых используется нагнетание газа высокого давления. При такой пропульсивной системе Правила классификации морских судов требуют дублирования устройства для подачи топлива в двигатель при подготовке для приостановки навигации вследствие неисправностей.
Как проиллюстрировано на фиг. 1, две группы 10 и 20 компрессионных устройств требуются, когда двигатель с нагнетанием газа высокого давления в танкере для перевозки сжиженного природного газа или тому подобном предусмотрен в пропульсивной системе, и отпарной газ, образующийся во время транспортировки сжиженного природного газа, подается в качестве топлива в двигатель судна. Однако неиспользуемое дополнительное оборудование, предназначенное для обеспечения соответствия правилам по дублированию, представляет собой очень тяжелое бремя с точки зрения затрат. В частности, поскольку компрессор, предназначенный для сжатия отпарного газа до высокого давления, является дорогим, бремя расходов увеличивается. Кроме того, когда грузовой танк полностью загружен сжиженным природным газом, образуется большое количество отпарного газа. Следовательно, отпарной газ может быть сжат и подан в качестве топлива. Однако, когда сжиженный природный газ выгружен, количество сжиженного природного газа, загруженного в грузовой танк, мало, и, следовательно, образуется малое количество отпарного газа. Следовательно, необходимо принудительно генерировать отпарной газ.
Как проиллюстрировано на фиг. 2, в случае двигателя с нагнетанием газа высокого давления, выполненного с возможностью подачи в него сжиженного природного газа вместо отпарного газа в качестве топлива после нагнетания и испарения, требуются две группы 30 и 40 насосов. Однако, поскольку цена насоса относительно ниже, чем цена компрессора, бремя расходов, связанных с приобретением оборудования, может быть уменьшено. Поскольку потребляется сжиженный природный газ, хранящийся в грузовом танке, может быть обеспечена стабильная подача топлива. С другой стороны, большое количество отпарного газа, образующегося при полной загрузке сжиженного природного газа, может быть не использовано, и требуются установки для повторного сжижения отпарного газа.
Следовательно, существует потребность в системах подачи топлива, которые являются экономически эффективными, могут в достаточной степени использовать образующийся отпарной газ и могут обеспечивать движение судна за счет топлива, стабильно подаваемого даже при образовании малого количества отпарного газа.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения система подачи гибридного топлива двигателя судна, включает в себя: компрессионное устройство, выполненное с возможностью сжатия отпарного газа (ОГ), образующегося из сжиженного природного газа (СПГ), хранящегося в грузовом танке для сжиженного природного газа; насос высокого давления, выполненный с возможностью сжатия сжиженного природного газа, подаваемого из грузового танка для сжиженного природного газа; испаритель, выполненный с возможностью испарения сжиженного природного газа, сжатого насосом высокого давления, и двигатель, работающий на двух видах топлива, в который в качестве топлива подается отпарной газ, сжатый посредством компрессионного устройства, при этом в двигателе судна в качестве топлива используется газ высокого давления, сжатый до давления от 150 до 400 бар, и двигатель судна приводится в действие посредством, по меньшей мере, одного из отпарного газа, сжатого в компрессионном устройстве, и сжиженного природного газа, сжатого в насосе высокого давления.
Компрессионное устройство может представлять собой многоступенчатый компрессор, включающий в себя множество компрессоров и множество промежуточных холодильников.
В двигатель, работающий на двух видах топлива, может подаваться отпарной газ, сжатый посредством, по меньшей мере, части множества компрессоров, включенных в многоступенчатый компрессор.
Система подачи гибридного топлива может дополнительно включать в себя установку для сжигания газа (УСГ), выполненную с возможностью сжигания отпарного газа, остающегося после подачи в качестве топлива для двигателя судна и двигателя, работающего на двух видах топлива.
Система подачи гибридного топлива может дополнительно включать в себя топливный насос, предусмотренный в грузовом танке для сжиженного природного газа и выполненный с возможностью подачи сжиженного природного газа, хранящегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, в насос высокого давления.
Система повторного сжижения, в которой используется отдельный цикл охлаждения, может быть не предусмотрена для повторного сжижения отпарного газа.
Когда судно находится в груженном состоянии, в двигатель судна может подаваться в качестве топлива отпарной газ, сжатый компрессионным устройством.
Когда судно находится в балласте, в двигатель судна может подаваться в качестве топлива сжиженный природный газ, сжатый посредством насоса высокого давления.
Когда судно находится в балласте, в двигатель судна может подаваться в качестве топлива, по меньшей мере, один из отпарного газа, сжатого компрессионным устройством, и сжиженного природного газа, сжатого посредством насоса высокого давления.
3
Судно может представлять собой танкер для перевозки сжиженного природного газа, имеющий вместимость от 130 000 до 350 000 м.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения способ подачи гибридного топлива для двигателя судна включает: сжатие и подачу отпарного газа, когда количество отпарного газа, образующегося из сжиженного природного газа, хранящегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, соответствует количеству топлива, необходимому для двигателя судна, и подачу сжиженного природного газа в двигатель судна после сжатия и принудительного испарения, когда количество отпарного газа, образующегося из сжиженного природного газа, меньше количества топлива, необходимого для двигателя судна, при этом в двигателе судна в качестве топлива используется газ высокого давления, сжатый до высокого давления от 150 до 400 бар, и отпарной газ, сжатый посредством, по меньшей мере, части ступеней сжатия в многоступенчатой системе, подают в двигатель, работающий на двух видах топлива и предусмотренный на судне.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения система подачи гибридного топлива двигателя судна, включает в себя: первую магистраль, соединенную с грузовым танком судна, предназначенным для сжиженного природного газа, и выполненную с так, что отпарной газ, образующийся из сжиженного природного газа, хранящегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, подается в двигатель судна, предусмотренный с нагнетанием газа высокого давления; вторую магистраль, выполненную так, что сжиженный природный газ, хранящийся в грузовом танке для сжиженного природного газа, перекачивается и испаряется, и затем подается в двигатель с нагнетанием газа высокого давления, и компрессионное устройство, предусмотренное в первой магистрали для сжатия отпарного газа, при этом в двигателе с нагнетанием газа высокого давления в качестве топлива используется газ высокого давления, сжатый до высокого давления от 150 до 400 бар. Система подачи гибридного топлива может дополнительно включать в себя третью магистраль, ответвляющуюся от первой магистрали, при этом дизельный двигатель, работающих на двух видах топлива (ДРДВТ), в который подается отпарной газ, предусмотрен в третьей магистрали.
Когда в системе подачи гибридного топлива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, соответствует количеству топлива, необходимому для двигателя с нагнетанием газа высокого давления, отпарной газ может подаваться по первой магистрали, и, когда количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, меньше количества топлива, необходимого для двигателя с нагнетанием газа высокого давления, может подаваться перекачанный и испарившийся сжиженный природный газ.
Компрессионное устройство может быть конфигурировано в виде многоступенчатого устройства, включающего в себя множество компрессоров и множество промежуточных холодильников.
В дизельный двигатель, работающий на двух видах топлива, может подаваться отпарной газ, сжатый посредством, по меньшей мере, части компрессоров.
Компрессионное устройство может быть предусмотрено только с одним агрегатом, выполненным многоступенчатым.
Насос высокого давления и испаритель могут быть предусмотрены во второй магистрали. В насос высокого давления может подаваться сжиженный природный газ из грузового танка для сжиженного природного газа, и насос высокого давления обеспечивает перекачивание/нагнетание сжиженного природного газа под высоким давлением. Испаритель обеспечивает испарение сжиженного природного газа, нагнетаемого насосом высокого давления, и подачу испарившегося сжиженного природного газа в двигатель с нагнетанием газа высокого давления.
Система подачи гибридного топлива двигателя судна, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения может дополнительно включать в себя насос для топливного газа (ТГ), предусмотренный в грузовом танке для сжиженного природного газа и выполненный с возможностью подачи сжиженного природного газа в насос высокого давления.
Может быть предусмотрено множество насосов высокого давления. В этом случае множество насосов высокого давления могут быть предусмотрены параллельно.
В системе подачи гибридного топлива для двигателя судна, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения система сжижения, в которой используется отдельный цикл повторного охлаждения, может быть не предусмотрена для повторного сжижения отпарного газа.
Когда судно находится в груженном состоянии, двигатель с нагнетанием газа высокого давления может приводиться в действие посредством отпарного газа, сжатого компрессионным устройством.
Когда судно находится в балласте, сжиженный природный газ, хранящийся в грузовом танке для сжиженного природного газа, может подаваться в двигатель с нагнетанием газа высокого давления после перекачивания/нагнетания и испарения.
Когда судно находится в балласте, отпарной газ, образующийся в грузовом танке для сжиженного природного газа, может быть сжат и затем подан в дизельный двигатель, работающий на двух видах топлива, или в двигатель с нагнетанием газа высокого давления.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения разработан способ подачи гибридного топлива для двигателя судна, в котором отпарной газ, образующийся из сжиженного природного газа, хранящегося в грузовом танке судна, предназначенном для сжиженного природного газа, сжимают и затем подают в двигатель с нагнетанием газа высокого давления, или сжиженный природный газ подают в двигатель с нагнетанием газа высокого давления после перекачивания/нагнетания и принудительного испарения, так что отпарной газ или сжиженный природный газ избирательно подают в двигатель с нагнетанием газа высокого давления, при этом в двигателе с нагнетанием газа высокого давления в качестве топлива используется газ высокого давления, сжатый до высокого давления от 150 до 400 бар, и отпарной газ отводят и подают в дизельный двигатель, работающий на двух видах топлива.
Компрессионное устройство, выполненное с возможностью сжатия отпарного газа, может быть предусмотрено только с одним агрегатом, конфигурированным как многоступенчатый, включающим в себя множество компрессоров и множество промежуточных холодильников.
ПРЕИМУЩЕСТВА
В системе подачи гибридного топлива для двигателя судна, в соответствии с настоящим изобретением первая магистраль и вторая магистраль предусмотрены на судне, снабженном двигателем с нагнетанием газа высокого давления, и, следовательно, дублирование подачи топлива может быть обеспечено без дополнительного отдельного оборудования, которое не используется.
В соответствии с настоящим изобретением отпарной газ и сжиженный природный газ могут быть выборочно поданы в качестве топлива в двигатель с нагнетанием газа высокого давления. Следовательно, существует возможность решения проблемы, связанной с принудительным образованием отпарного газа для подачи топлива в двигатель с нагнетанием газа высокого давления вследствие недостаточного количества образующегося отпарного газа, когда судно находится в балласте. Также существует возможность экономии затрат, связанных с повторным сжижением большого количества отпарного газа, когда судно находится в груженном состоянии.
Кроме того, большое количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке для сжиженного природного газа, сжимают и затем подают в качестве топлива в двигатель с нагнетанием газа высокого давления. Следовательно, существует возможность эффективного использования отпарного газа при одновременном уменьшении количества отпарного газа, бесполезно расходуемого при сжигании в установке для сжигания газа. Система выполнена с возможностью подачи сжиженный природный газ, при образовании небольшого количества отпарного газа, в двигатель с нагнетанием газа высокого давления. Следовательно, может быть обеспечена стабильная подача топлива.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 иллюстрирует систему, которая включает в себя две группы компрессионных устройств для дублирования установки для подачи топлива и обеспечивает подачу отпарного газа в качестве топлива в двигатель с нагнетанием газа высокого давления.
Фиг. 2 схематично иллюстрирует систему, которая включает в себя две группы насосов для дублирования установки для подачи топлива и обеспечивает подачу сжиженного природного газа в качестве топлива в двигатель с нагнетанием газа высокого давления.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует конфигурацию системы подачи гибридного топлива для двигателя судна, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 схематично иллюстрирует систему подачи гибридного топлива в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИВЕДЕННЫХ В КАЧЕСТВЕ ПРИМЕРА ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенные в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи. Данные варианты осуществления приведены таким образом, что данное описание будет тщательным и полным, и обеспечит полное представление об объеме изобретения для специалистов в данной области техники. Тем не менее, изобретение может быть реализовано во многих других вариантах, и его не следует рассматривать как ограниченное вариантами осуществления, приведенными в данном документе. На всех чертежах и во всем описании аналогичные ссылочные позиции будут использованы для обозначения аналогичных элементов.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует конфигурацию системы подачи гибридного топлива для двигателя судна, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как проиллюстрировано на фиг. 3, система подачи гибридного топлива двигателя судна, в соответствии с настоящим изобретением включает в себя первую магистраль L1, вторую магистраль L2 и компрессионное устройство 200. Первая магистраль L1 соединена с грузовым танком СТ судна, предназначенным для сжиженного природного газа, и выполнена так, что отпарной газ, образующийся из сжиженного природного газа, хранящегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, подается в двигатель 100 судна, предусмотренный с нагнетанием газа высокого давления. Вторая магистраль L2 выполнена так, что сжиженный природный газ, хранящийся в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, перекачивается/нагнетается и испаряется, и затем подается в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления. Компрессионное устройство 200 предусмотрено в первой магистрали L1 для сжатия отпарного газа. Газ высокого давления, сжатый до высокого давления от 150 до 400 бар, используется в качестве топлива в двигателе 100 с нагнетанием газа высокого давления.
Когда в данном варианте осуществления количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, соответствует количеству топлива, необходимому для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, отпарной газ может подаваться по первой магистрали L1, а когда количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, меньше количества топлива, необходимого для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, может подаваться только перекачиваемый/нагнетаемый и испарившийся сжиженный природный газ, или перекачанный/нагнетаемый и испарившийся сжиженный природный газ может подаваться в количестве, соответствующем недостатку топлива. Как описано выше, в соответствии с данным вариантом осуществления магистраль подачи топлива конфигурирована с дублированием за счет первой магистрали L1 и второй магистрали L2. Дополнительное оборудование (например, дополнительный компрессор), предназначенное только для удовлетворения требования по дублированию и при этом не используемое на регулярной основе, не предусмотрено.
Конструкция с резервированием/дублированием представляет собой такую конструкцию, в которой дополнительное оборудование предусмотрено в виде оборудования, находящегося в состоянии эксплуатационной готовности во время работы основного оборудования, предназначенного для выполнения требуемых функций, и «принимает на себя» данные функции и выполняет данные функции, когда основное оборудование не работает вследствие неисправности или тому подобного. Дополнительное оборудование, предназначенное для удовлетворения подобных требований по дублированию, главным образом предусмотрено в качестве резервного по отношению к вращающемуся оборудованию. В системе подачи топлива по данному варианту осуществления компрессионное устройство или насос соответствует требованию по резервированию/дублированию.
Например, двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления может работать при подаче в него отпарного газа, сжатого компрессионным устройством 200, при груженном состоянии судна и может работать при подаче в его сжиженного природного газа, хранящегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, после перекачивания/нагнетания и испарения, когда судно находится в балласте.
Груженное состояние относится к состоянию, в котором сжиженный природный газ загружен до приблизительно 98% от объема танка по отношению к полной загрузке сжиженным природным газом предназначенного для сжиженного природного газа, грузового танка СТ танкера для перевозки сжиженного природного газа. При груженном состоянии большое количество отпарного газа образуется в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа. Состояние в балласте относится к состоянию, в котором сжиженный природный газ выгружен, и, таким образом, малое количество сжиженного природного газа хранится в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа. В состоянии в балласте образуется малое количество отпарного газа. В данном варианте осуществления система выполнена с возможностью эффективной подачи топлива в корабельный главный двигатель в соответствии с груженным состоянием или состоянием в балласте, при этом обеспечивается подача отпарного газа в корабельный главный двигатель для эффективного использования большого количества отпарного газа, образующегося в предназначенном для сжиженного природного газа, грузовом танке СТ судна, в частности, танкера для перевозки сжиженного природного газа.
Несмотря на то, что существуют различия, соответствующие объему грузового танка, температуре окружающей среды и тому подобному, количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, составляет от 3 до 4 тонн в час при груженном состоянии и составляет от 0,3 до 0,4 тонны в час при состоянии в балласте в случае судна, имеющего вместимость 150 000. Известно, что двигатель типа ME-GI, который представляет собой один тип двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, требует топлива в количестве от 1 до 4 т/ч в соответствии с нагрузкой. Между тем, поскольку в последние годы имела место тенденция снижения скорости испарения вследствие улучшения характеристик теплоизоляции судна, количество образующегося отпарного газа имеет тенденцию к уменьшению.
В данном варианте осуществления компрессионное устройство 200 может быть выполнено с конфигурацией многоступенчатого устройства, включающего в себя множество компрессоров 201 и множество промежуточных холодильников 202. Компрессионное устройство 200 может быть предусмотрено только с одним агрегатом, имеющим подобную многоступенчатую конфигурацию.
Между тем, насос 300 высокого давления и испаритель 310 могут быть предусмотрены во второй магистрали L2. Насос 300 высокого давления выполнен с возможностью подачи в него сжиженного природного газа из грузового танка СТ для сжиженного природного газа и нагнетания сжиженного природного газа под высоким давлением. Испаритель 310 выполнен с возможностью испарения сжиженного природного газа, нагнетаемого насосом 300 высокого давления, и подачи испарившегося сжиженного природного газа в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления. Насос 320 для топливного газа может быть предусмотрен в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа. Насос 320 для топливного газа выполнен с возможностью подачи сжиженного природного газа в насос 300 высокого давления.
Двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления может представлять собой двигатель ME-GI, выполненный с возможностью подачи в него газа высокого давления, сжатого до давления от 150 до 400 бар, в качестве топлива.
Двигатель ME-GI пригоден на судне и представляет собой двухтактный двигатель с нагнетанием природного газа высокого давления, который был разработан для уменьшения выбросов оксида азота (NOx) и оксида серы (SOx) и в котором в качестве топлива может использоваться газ и нефтяное топливо. Двигатель ME-GI может быть установлен в конструкции для использования в море, такой как танкер для перевозки сжиженного природного газа, который обеспечивает транспортировку сжиженного природного газа при одновременном хранении его в грузовом танке, выдерживающем криогенную температуру. В двигателе ME-GI в качестве топлива используется природный газ или нефтяное топливо. Двигатель ME-GI требует высокого давления подачи газа, составляющего приблизительно от 150 до 450 бар абсолютного давления (абсолютное давление) в соответствии с нагрузкой. Кроме того, по сравнению с дизельным двигателем такой же мощности двигатель ME-GI может обеспечить уменьшение выбросов загрязняющих веществ. Например, двигатель ME-GI может обеспечить уменьшение выбросов диоксида углерода на 23%, выбросов азотных соединений на 80% и выбросов соединений серы на 95% или более. Таким образом, двигатель ME-GI рассматривается как экологически приемлемый двигатель следующего поколения.
Мощность, составляющая приблизительно 2 МВт, потребляется для подачи сжатого топлива в двигатель ME-GI за счет приведения в действие одного агрегата компрессионного устройства 200, конфигурированного как многоступенчатого. В случае насоса 300 высокого давления потребляется мощность, составляющая приблизительно 100 кВт. Если рассматривать потребление мощности только во время подачи топлива, то предпочтительно предусмотреть в конфигурации только насос 300 высокого давления. Однако, как описано выше, необходимо подвергать повторному сжижению или сжигать большое количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа. Следовательно, в данном варианте осуществления система выполнена с конфигурацией с одним агрегатом компрессионного устройства 200, выполненного с возможностью подачи отпарного газа в качестве топлива, и с насосом 300 высокого давления и испарителем 310, выполненными с возможностью перекачивания/нагнетания, испарения и подачи сжиженного природного газа, принимая во внимание эффективное использование, потребляемую мощность, затраты на конфигурацию системы, резервирование/дублирования и тому подобное.
Поскольку в данном варианте осуществления предусмотрены дублирующие магистрали подачи топлива, предпочтительно конфигурировать только один агрегат компрессионного устройства 200. Однако дополнительные компрессоры (не показаны) могут быть предусмотрены для потребления отпарного газа за счет более стабильной подачи отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, в качестве топлива в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления.
Даже в случае морского сооружения или судна, снабженного двигателем ME-GI, в котором обеспечивается нагнетание и принудительное испарение сжиженного природного газа и потребление сжиженного природного газа в качестве топлива, установки для обработки отпарного газа, такие как установка для повторного сжижения и установка 410 для сжигания газа, по-прежнему требуются для обработки отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа. Однако в данном варианте осуществления количество отпарного газа, подвергаемого повторному сжижению или сжиганию, может быть уменьшено за счет выполнения системы подачи гибридного топлива с возможностью выборочной подачи отпарного газа и сжиженного природного газа в качестве топлива в соответствии с состоянием. Один двигатель ME-GI или множество двигателей ME-GI могут быть предусмотрены на судне по данному варианту осуществления.
Данный вариант осуществления может функционировать следующим образом в зависимости от количества отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа.
Во-первых, в случае груженного состояния, в котором количество образующегося отпарного газа является достаточно большим, чтобы соответствовать количеству топлива, необходимому для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, отпарной газ подают после его сжатия до давления, необходимого для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, посредством компрессионного устройства 200, предусмотренного в первой магистрали L1.
Как описано выше, компрессионное устройство 200 может быть конфигурировано в виде многоступенчатого, в котором множество компрессоров 201 и множество промежуточных холодильников 202 расположены попеременно. Компрессионное устройство 200 может быть конфигурировано в различных вариантах в соответствии с температурными условиями и условиями давления природного газа, необходимыми для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления.
В случае состояния в балласте, в котором малое количество отпарного газа образуется в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, или в случае, в котором неисправность возникает в первой магистрали L1, сжиженный природный газ сжимается посредством насоса 300 высокого давления до давления, необходимого для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, например, до давления от 150 до 400 бар абсолютного давления в случае двигателя ME-GI, подвергается принудительному испарению посредством испарителя 310 и затем подается в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления. При этом насос 300 высокого давления предусмотрен на верхней палубе, и сжиженный природный газ, хранящийся в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, перемещается в насос 300 высокого давления посредством насоса 320 для топливного газа. Для удовлетворения требований по дублированию/резервированию и надежности оборудования множество насосов 300 высокого давления могут быть предусмотрены параллельно на ступени перед испарителем 310.
Поскольку сжиженный природный газ, сжатый посредством насоса 300 высокого давления, находится в сверхкритическом состоянии под давлением, превышающим критическое давление, испарение в испарителе 310 не означает фазового превращения из жидкости в газ, но означает подвод тепловой энергии к сжатому сжиженному природному газу.
В данном варианте осуществления третья магистраль L3, ответвляющаяся от первой магистрали L1, может быть предусмотрена для подачи отпарного газа, количество которого превышает количество топлива, необходимое для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, в дизельный двигатель (ДРДВТ) 400, работающий на двух видах топлива, или в установку 410 для сжигания газа.
В дизельном двигателе 400, работающем на двух видах топлива, можно сжигать как тяжелое нефтяное топливо, так и природный газ, или тяжелое нефтяное топливо и природный газ могут выборочно использоваться в качестве топлива. Поскольку содержание серы меньше, чем содержание серы в случае, когда в качестве топлива используется только тяжелое нефтяное топливо, содержание оксида серы будет небольшим в выхлопном газе.
В данном варианте осуществления в компрессионном устройстве 200, в котором компрессоры 201 и промежуточные холодильники 202 предусмотрены в многоступенчатой конфигурации, третья магистраль L3 может ответвляться от первой магистрали L1 в месте, в котором отпарной газ сжимается от давления, необходимого для дизельного двигателя 400, работающего на двух видах топлива.
Когда количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, не превышает количества топлива, необходимого для двигателя ME-GI, подобно тому, что имеет место в состоянии в балласте или тому подобном, данный отпарной газ может подаваться в дизельный двигатель 400, работающий на двух видах топлива, через часть многоступенчатого компрессионного устройства 200. В случае подачи в дизельный двигатель 400, работающий на двух видах топлива, через два компрессора из пяти компрессоров 201 компрессионного устройства 200, оставшиеся три компрессора 201 работают на холостом ходу. Однако, когда мощность, требуемая компрессионным устройством 200 для подачи отпарного газа в двигатель ME-GI, составляет приблизительно 2 МВт, мощность, необходимая для того, чтобы часть компрессионного устройства 200 работала на холостом ходу, для подачи отпарного газа в дизельный двигатель 400, работающий на двух видах топлива, составляет приблизительно 600 кВт. При подаче сжиженного природного газа, подаваемого в двигатель ME-GI после перекачивания/нагнетания и испарения, мощность, потребляемая в насосе 300 высокого давления, составляет приблизительно 100 кВт. Следовательно, когда количество образующегося отпарного газа меньше количества топлива, необходимого для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, подобно тому, что имеет место в состоянии в балласте, предпочтительно подавать отпарной газ в дизельный двигатель 400, работающий на двух видах топлива, по соображениям, связанным с потреблением энергии. Однако в случае необходимости даже тогда, когда количество отпарного газа меньше количества топлива, необходимого для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, сжиженный природный газ может подаваться в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления за счет перекачивания/нагнетания и принудительного испарения сжиженного природного газа в количестве, соответствующем недостающему количеству, во время подачи отпарного газа в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления.
Между тем, поскольку малое количество отпарного газа образуется в состоянии в балласте, отпарной газ может скапливаться и затем периодически подаваться в дизельный двигатель 400, работающий на двух видах топлива.
В состоянии в балласте в двигатель судна (то есть двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления) в качестве топлива можно одновременно подавать отпарной газ, сжатый компрессионным устройством 200, и сжиженный природный газ, сжатый посредством насоса 300 высокого давления. Кроме того, в состоянии в балласте в двигатель судна (то есть двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления) можно попеременно подавать отпарной газ, сжатый компрессионным устройством 200, и сжиженный природный газ, сжатый посредством насоса 300 высокого давления.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения разработан способ подачи гибридного топлива, предназначенный для двигателя судна, в котором отпарной газ, образующийся из сжиженного природного газа, хранящегося в грузовом танке СТ судна, предназначенном для сжиженного природного газа, сжимают и затем подают в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления, или сжиженный природный газ подают в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления после перекачивания/нагнетания и принудительного испарения. Следовательно, отпарной газ или сжиженный природный газ выборочно подают в двигатель с нагнетанием газа высокого давления, и в двигателе с нагнетанием газа высокого давления в качестве топлива используется газ высокого давления, сжатый до высокого давления от 150 до 400 бар. Соответственно, оборудование для сжатия отпарного газа и оборудование для перекачивания/нагнетания и испарения сжатого природного газа предусмотрены в виде только одного агрегата.
Компрессионное устройство 200 может быть предусмотрено только с одним агрегатом, конфигурированным в виде многоступенчатого агрегата, включающего в себя множество компрессоров 201 и множество промежуточных холодильников 202.
Как описано выше, в системе подачи гибридного топлива для двигателя судна, в соответствии с данным вариантом осуществления первая магистраль L1 и вторая магистраль L2 предусмотрены на судне, снабженном двигателем 100 с нагнетанием газа высокого давления. Когда количество отпарного газа, образующегося в грузовом танке СТ для сжиженного природного газа, соответствует количеству топлива, необходимому для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, отпарной газ подается по первой магистрали L1. Когда количество образующегося отпарного газа меньше количества топлива, необходимого для двигателя 100 с нагнетанием газа высокого давления, подвергнутый перекачиванию/нагнетанию и испарению, сжиженный природный газ подается в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления, или недостающее количество топлива восполняется подвергнутым перекачиванию/нагнетанию и испарению, сжиженным природным газом во время подачи отпарного газа.
Когда большое количество отпарного газа образуется в грузовом танке СТ судна, предназначенном для сжиженного природного газа, например, в груженном состоянии, отпарной газ сжимается и затем подается в качестве топлива в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления. Система выполнена так, что при образовании малого количества отпарного газа, например, в состоянии в балласте, сжиженный природный газ может быть подан в двигатель 100 с нагнетанием газа высокого давления. Следовательно, существует возможность обеспечения стабильной подачи топлива в двигатель при одновременном удовлетворении требования по дублированию и возможность эффективного использования отпарного газа при одновременном уменьшении количества отпарного газа, расходуемого бесполезно при сжигании в установке 410 для сжигания газа.
Кроме того, требование по дублированию удовлетворяется за счет выполнения первой магистрали L1 и второй магистрали L2, и число компрессоров уменьшено за счет выполнения в конфигурации только одного агрегата компрессионного устройства 200. Следовательно, существует возможность конфигурирования компактной системы и уменьшения затрат на монтаж и управление системой.
Фиг. 4 представляет собой схематичное изображение конфигурации, иллюстрирующее систему подачи гибридного топлива в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Система подачи гибридного топлива в соответствии с настоящим изобретением может быть применена для танкера для перевозки сжиженного природного газа, снабженного двигателем ME-GI в качестве главного двигателя.
Как показано на фиг. 4, система 1000 подачи гибридного топлива в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя магистраль 1110 подачи топлива и магистраль 1140 для отпарного газа. Магистраль 1110 подачи топлива выполнена с возможностью обеспечения образования канала для перемещения сжиженного природного газа из грузового танка 1 к главному двигателю 3. Магистраль 1140 для отпарного газа выполнена с возможностью обеспечения образования канала для перемещения образующегося отпарного газа из грузового танка 1 к главному двигателю 3. Кроме того, система 1000 подачи гибридного топлива, в которой используется отпарной газ, в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения обеспечивает подачу сжиженного природного газа в качестве топлива в главный двигатель 3 по магистрали 1110 подачи топлива посредством насоса 1120 для сжиженного природного газа и испарителя 1130 для сжиженного природного газа, подачу отпарного газа в качестве топлива в главный двигатель 3 по магистрали 1140 для отпарного газа после сжатия отпарного газа посредством компрессора 1150 для отпарного газа и подачу избыточного отпарного газа из компрессора 1150 для отпарного газа в интегрированную систему 1200, объединяющую генератор инертного газа и установку для сжигания газа (ГИГ/УСГ).
Магистраль 1110 подачи топлива образует канал, по которому сжиженный природный газ, подаваемый из грузового танка 1 для сжиженного природного газа за счет приведения в действие перекачивающего насоса 2, перемещается в главный двигатель 3 в качестве топлива, и насос 1120 для сжиженного природного газа и испаритель 1130 для сжиженного природного газа установлены в данной магистрали.
Насос 1120 для сжиженного природного газа установлен в магистрали 1110 подачи топлива для обеспечения усилия нагнетания, необходимого для транспортирования сжиженного природного газа. В качестве примера насоса 1120 для сжиженного природного газа может быть использован насос высокого давления для сжиженного природного газа. Подобно данному варианту осуществления множество насосов 1120 для сжиженного природного газа могут быть установлены параллельно.
Испаритель 1130 для сжиженного природного газа установлен у заднего конца насоса 1120 для сжиженного природного газа в магистрали 1110 подачи топлива и обеспечивает испарение сжиженного природного газа, перемещаемого посредством насоса 1120 для сжиженного природного газа. В качестве примера испарение сжиженного природного газа осуществляется за счет теплообмена с теплоносителем, циркулирующим и подаваемым по магистрали 1131 для циркуляции теплоносителя. В качестве другого примера множество разных нагревательных средств, включая нагреватели, могут быть использованы для обеспечения теплоты парообразования сжиженного природного газа. Кроме того, в испарителе 1130 для сжиженного природного газа может использоваться испаритель высокого давления, который можно использовать при высоком давлении для испарения сжиженного природного газа. Между тем, в качестве примера теплоносителя, циркулирующего и подаваемого по магистрали 1131 для циркуляции теплоносителя, может быть использован пар, образующийся в котле, или тому подобное.
Магистраль 1140 для отпарного газа обеспечивает образование канала для перемещения отпарного газа, образующегося естественным образом, из грузового танка 1 в главный двигатель 3. Подобно данному варианту осуществления, магистраль 1140 для отпарного газа соединена с магистралью 1110 подачи топлива для подачи отпарного газа в качестве топлива в главный двигатель 3. В альтернативном варианте магистраль 1140 для отпарного газа может обеспечить образование канала для непосредственной подачи отпарного газа в главный двигатель 3.
Компрессор 1150 для отпарного газа установлен в магистрали 1140 для отпарного газа для сжатия отпарного газа, проходящего по магистрали 1140 для отпарного газа. Подобно данному варианту осуществления, один компрессор 1150 для отпарного газа может быть установлен в ответвляющейся части магистрали 1160 для избыточного отпарного газа в магистрали 1140 для отпарного газа, в результате чего уменьшаются бремя расходов на установку дорогостоящего компрессора 1150 для отпарного газа и затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт.
Магистраль 1160 для избыточного отпарного газа обеспечивает образование канала для подачи избыточного отпарного газа из компрессора 1150 для отпарного газа в интегрированную систему 1200, объединяющую генератор инертного газа и установку для сжигания газа. Магистраль 1160 для избыточного отпарного газа может обеспечить подачу избыточного отпарного газа в качестве топлива во вспомогательный двигатель, а также в интегрированную систему 1200, объединяющую генератор инертного газа и установку для сжигания газа.
Интегрированная система 1200, объединяющая генератор инертного газа и установку для сжигания газа, представляет собой систему, в которой генератор инертного газа и установка для сжигания газа объединены в одно целое.
Между тем, магистраль 1160 для избыточного отпарного газа и магистраль 1110 подачи топлива могут быть соединены вместе соединительной магистралью 1170. Следовательно, благодаря соединительной магистрали 1170 избыточный отпарной газ может быть использован в качестве топлива для главного двигателя 3, или испарившийся сжиженный природный газ может быть использован в качестве топлива в интегрированной системе 1200, объединяющей генератор инертного газа и установку для сжигания топлива. В соединительной магистрали 1170 может быть установлен нагреватель 1180 для нагрева отпарного газа или испарившегося сжиженного природного газа, проходящего по ней, и редукционный клапан 1190 может быть установлен для снижения избыточного давления посредством регулирования давления, создаваемого отпарным газом или испарившимся сжиженным природным газом. Между тем, нагреватель 1180 может представлять собой газовый нагреватель, в котором используется теплота сгорания газа. Кроме того, в нагревателе 1180 может быть использовано множество разных нагревательных средств, включая устройство для циркуляции/подачи теплоносителя, обеспечивающее источник тепла для нагрева за счет циркуляции теплоносителя.
Работа системы подачи гибридного топлива в соответствии с настоящим изобретением будет описана ниже.
Когда давление внутри грузового танка 1 равно установленному давлению/уставке давления или превышает его, отпарной газ сжимают посредством приведения в действие компрессора 1150 для отпарного газа и затем подают в качестве топлива в главный двигатель 3. Следовательно, может быть обеспечено регулирование давления внутри грузового танка 1. Кроме того, когда давление внутри грузового танка 1 ниже установленного давления, сжиженный природный газ перемещают и испаряют посредством приведения в действие насоса 1120 для сжиженного природного газа и испарителя 1130 для сжиженного природного газа и затем подают в качестве топлива в главный двигатель 3. Следовательно, может быть обеспечено регулирование давления внутри грузового танка 1.
Между тем, избыточный отпарной газ из компрессора 1150 для отпарного газа подают в интегрированную систему 1200, объединяющую генератор инертного газа и установку для сжигания газа, по магистрали 1160 для избыточного отпарного газа. Избыточный отпарной газ потребляется или используется для генерирования инертного газа, предназначенного для подачи в грузовой танк 1. Кроме того, избыточный отпарной газ может быть использован в качестве топлива для вспомогательного двигателя или тому подобного.
Интегрированная система 1200, которая объединяет генератор инертного газа и установку для сжигания газа и в которую подается отпарной газ, может потреблять непрерывно образующийся отпарной газ из грузового танка 1 посредством сжигания отпарного газа в основном корпусе (не показан) и в случае необходимости может генерировать газообразные продукты сгорания в качестве инертного газа, предназначенного для подачи в грузовой танк 1.
Несмотря на то, что варианты осуществления настоящего изобретения были описаны со ссылкой на определенные варианты осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что могут быть выполнены различные изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения, определенного в нижеприведенной формуле изобретения.