用于處理船舶中的蒸發(fā)氣體的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于船只的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)和方法，并且更確切地說，涉及用于船只的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)和方法，其中從儲罐排放的蒸發(fā)氣體被壓縮，大部分的蒸發(fā)氣體用作船只發(fā)動機(jī)的燃料，并且其它蒸發(fā)氣體中的一部分通過從儲罐中新排放的蒸發(fā)氣體的冷能而液化并且返回到儲罐，由此有效地利用蒸發(fā)氣體。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，例如LNG (Liquefied Natural Gas)或LPG (Liquefied Petroleum Gas)的液化氣的消耗在全世界已經(jīng)快速增加。液化氣以氣體狀態(tài)通過岸上或離岸氣體管道輸送，或在以液化狀態(tài)儲存在液化氣運(yùn)輸船內(nèi)時輸送到遙遠(yuǎn)的消耗場所。例如LNG或LPG的液化氣通過將天然氣或石油氣冷卻到低溫溫度(在LNG的情況下約-163°C)而獲得。由于相比于氣體狀態(tài)液化氣的體積顯著減小，所以液化氣非常適合于長距離的海洋運(yùn)輸。
[0003]例如LNG運(yùn)輸船的液化氣運(yùn)輸船被設(shè)計(jì)為裝載液化氣、航行跨越海洋，并且在岸上消耗場所卸載液化氣。為此目的，液化氣運(yùn)輸船包含儲罐(也被稱為“貨艙”)，其可以承受液化氣的低溫溫度。
[0004]由于天然氣的液化溫度在環(huán)境壓力下是_163°C的低溫溫度，所以LNG很可能發(fā)生氣化甚至當(dāng)LNG的溫度在環(huán)境壓力下是略微地高于_163°C時也是如此。在常規(guī)的LNG運(yùn)輸船的情況下，盡管LNG儲罐是熱絕緣的，但是外部熱量連續(xù)地傳送到LNG。因此，在通過LNG運(yùn)輸船運(yùn)輸LNG期間，LNG是在LNG儲罐內(nèi)連續(xù)地氣化的并且在LNG儲罐內(nèi)生成蒸發(fā)氣體(在下文中，被稱作BOG ;Boil Off Gas)。
[0005]所生成的天然氣可能會由于船只的搖蕩而增大儲罐的內(nèi)部壓力并且加快天然氣的流動，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)問題。因此，有必要抑制蒸發(fā)氣體的生成。
[0006]另外，由于蒸發(fā)氣體是LNG的損失，所以就運(yùn)輸效率而言蒸發(fā)氣體的抑制或再液化是非常重要的問題。
[0007]常規(guī)地，為了抑制液化氣運(yùn)輸船的儲罐內(nèi)的蒸發(fā)氣體的生成，已經(jīng)獨(dú)立地或以組合形式使用一種將蒸發(fā)氣體從儲罐排放并且燃燒蒸發(fā)氣體的方法，一種將蒸發(fā)氣體從儲罐排放、通過再液化設(shè)備使蒸發(fā)氣體再液化并且使蒸發(fā)氣體返回到儲罐的方法，一種使用蒸發(fā)氣體作為燃料以用于船只的推進(jìn)發(fā)動機(jī)的方法，以及一種通過將儲罐的內(nèi)部壓力維持在高水平下來抑制蒸發(fā)氣體的生成的方法。
[0008]在配備有蒸發(fā)氣體再液化設(shè)備的常規(guī)船只的情況下，儲罐內(nèi)的蒸發(fā)氣體從儲罐排放并且隨后通過再液化設(shè)備再液化以便維持在適當(dāng)水平下的儲罐的壓力。在這種情況下，所排放的蒸發(fā)氣體在包含制冷周期的再液化設(shè)備中通過與冷卻到低溫溫度的制冷劑(例如，氮?dú)?、混合制冷劑或類似?的熱交換而再液化，并且再液化的蒸發(fā)氣體返回到儲罐。
[0009]在配備有DFDE推進(jìn)系統(tǒng)的常規(guī)的LNG運(yùn)輸船的情況下，在通過僅一個蒸發(fā)氣體壓縮機(jī)和加熱處理蒸發(fā)氣體之后蒸發(fā)氣體以作為供應(yīng)到DFDE的燃料的方式消耗，而無需安裝再液化設(shè)施。因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)所需的燃料的量小于蒸發(fā)氣體的生成量時，存在蒸發(fā)氣體在氣體燃燒單元(GQJ ;Gas Combust1n Unit)中燃燒或排放(venting)到大氣的問題。
[0010]盡管配備有再液化設(shè)施和低速柴油發(fā)動機(jī)的常規(guī)的LNG運(yùn)輸船可以通過再液化設(shè)施處理B0G，但是由于使用氮?dú)獾脑僖夯O(shè)施的操作復(fù)雜性，整個系統(tǒng)的控制是復(fù)雜的，并且消耗相當(dāng)大量的功率。
[0011]因此，存在對用于有效地處理液化氣(包含從儲罐中自然地生成的蒸發(fā)氣體)的系統(tǒng)和方法的連續(xù)研究和開發(fā)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]技術(shù)問題
[0013]本發(fā)明企圖解決上述問題并且涉及用于船只的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)和方法，其中從儲罐排放的蒸發(fā)氣體被壓縮，大部分的蒸發(fā)氣體用作船只發(fā)動機(jī)的燃料，并且其它蒸發(fā)氣體中的一部分通過從儲罐中新排放的蒸發(fā)氣體的冷能而液化并且返回到儲罐，由此有效地利用蒸發(fā)氣體。
[0014]技術(shù)解決方案
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于船只的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)處理從儲存液化氣的儲罐排放的蒸發(fā)氣體，所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)包含:壓縮機(jī)，其經(jīng)配置以壓縮從儲罐排放的蒸發(fā)氣體；中壓氣體發(fā)動機(jī)，其經(jīng)配置以接收由壓縮機(jī)壓縮過的蒸發(fā)氣體的至少一部分作為燃料；熱交換器，其經(jīng)配置以在并不供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)作為燃料的其它蒸發(fā)氣體與從儲罐排放且未被壓縮的蒸發(fā)氣體之間交換熱量；以及膨脹器，其經(jīng)配置以對通過熱交換器熱交換的其它蒸發(fā)氣體進(jìn)行減壓。
[0016]在本說明書中，術(shù)語“中壓”應(yīng)該被視為意味著大約5到20bar的壓力，在此壓力下作為燃料供應(yīng)到發(fā)動機(jī)的蒸發(fā)氣體被壓縮。
[0017]所述壓縮機(jī)可以包含:壓縮機(jī)，其經(jīng)配置以將從儲罐排放的蒸發(fā)氣體壓縮到中壓氣體發(fā)動機(jī)所必需的壓力；以及增壓壓縮機(jī)，其經(jīng)配置以進(jìn)一步壓縮并不供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)的其它蒸發(fā)氣體。
[0018]所述壓縮機(jī)可以是離心式多級壓縮機(jī)。
[0019]所述壓縮機(jī)可以將蒸發(fā)氣體壓縮到5到20巴。
[0020]所述增壓壓縮機(jī)可以是往復(fù)式多級壓縮機(jī)。
[0021]所述增壓壓縮機(jī)可以將蒸發(fā)氣體壓縮到80到250巴。
[0022]根據(jù)中壓氣體發(fā)動機(jī)的負(fù)載，供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)的蒸發(fā)氣體的量可以確定為在從儲罐排放的蒸發(fā)氣體的30到70%的范圍內(nèi)。
[0023]在通過膨脹器時減壓且變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的氣體組分可以從儲罐排放并且加入供應(yīng)到熱交換器的蒸發(fā)氣體。
[0024]在通過膨脹器時減壓且變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的氣體組分可以在通過另一膨脹器時進(jìn)一步減壓并且加入供應(yīng)到熱交換器的蒸發(fā)氣體。
[0025]在通過膨脹器時減壓且變?yōu)闅庖籂顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的液體組分可以返回到儲罐。
[0026]所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)可以進(jìn)一步包含強(qiáng)制氣化器，其經(jīng)配置以強(qiáng)制性地氣化儲存在儲罐中的液化氣并且將經(jīng)強(qiáng)制性地氣化的液化氣供應(yīng)到壓縮機(jī)。
[0027]所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)可進(jìn)一步包含蒸發(fā)氣體消費(fèi)者，所述蒸發(fā)氣體消費(fèi)者經(jīng)配置以接收和使用通過壓縮機(jī)壓縮的蒸發(fā)氣體。
[0028]所述蒸發(fā)氣體消費(fèi)者可以是集成式IGG/GCU系統(tǒng)、GCU和燃?xì)鉁u輪機(jī)中的一個或多個。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于船只的蒸發(fā)氣體處理方法，所述方法處理從儲存液化氣的儲罐中排放的蒸發(fā)氣體，所述蒸發(fā)氣體處理方法包含:壓縮從所述儲罐排放的蒸發(fā)氣體；向中壓氣體發(fā)動機(jī)供應(yīng)蒸發(fā)氣體的至少一部分作為燃料，所述蒸發(fā)氣體的至少一部分是在壓縮步驟中壓縮的；在并不供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)作為燃料的其它蒸發(fā)氣體與從所述儲罐排放且并不壓縮的蒸發(fā)氣體之間交換熱量；以及對在熱交換步驟中熱交換的其它蒸發(fā)氣體進(jìn)行減壓。
[0030]減壓且變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的氣體組分可以加入從儲罐排放的蒸發(fā)氣體。
[0031]減壓且變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的氣體組分可以返回到儲罐。
[0032]熱交換步驟可進(jìn)一步包含在熱交換之前對在壓縮步驟中壓縮的蒸發(fā)氣體進(jìn)行額外的壓縮。
[0033]所述蒸發(fā)氣體處理方法可進(jìn)一步包含:根據(jù)在壓載狀況中中壓氣體發(fā)動機(jī)所必需的燃料的量強(qiáng)制性地氣化儲存在儲罐中的液化氣，在壓載狀況中蒸發(fā)氣體的生成量相對較小；以及將強(qiáng)制性地氣化的液化氣供應(yīng)到壓縮步驟。
[0034]在蒸發(fā)氣體的生成量相對較大的滿載狀況中，在壓縮步驟中壓縮的蒸發(fā)氣體的一部分可以供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)，并且并不供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)的其它蒸發(fā)氣體可以進(jìn)一步壓縮并且供應(yīng)到熱交換步驟。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供船只，所述船只包含:儲罐，其儲存液化氣；以及中壓氣體發(fā)動機(jī)，其使用儲存在所述儲罐中的液化氣作為燃料，所述船只包含:上述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，其中所述船只通過所述中壓氣體發(fā)動機(jī)生成電力，所述中壓氣體發(fā)動機(jī)包含于蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)中并且接收從儲罐排放的蒸發(fā)氣體作為燃料，并且是使用電機(jī)推動的。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于制造船只的方法，所述船只包含:儲罐，其經(jīng)配置以儲存液化氣；壓縮機(jī)，其經(jīng)配置以對從儲存在儲罐中的液化氣中生成的蒸發(fā)氣體進(jìn)行壓縮，方法是從儲罐中排放蒸發(fā)氣體；以及中壓氣體發(fā)動機(jī)，其經(jīng)配置以使用由所述壓縮機(jī)壓縮的蒸發(fā)氣體作為燃料，其中增壓壓縮機(jī)經(jīng)配置以進(jìn)一步壓縮由所述壓縮機(jī)壓縮的蒸發(fā)氣體；熱交換器，其經(jīng)配置以冷卻由所述增壓壓縮機(jī)進(jìn)一步壓縮的蒸發(fā)氣體，方法是與從儲罐排放的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換；膨脹器，其經(jīng)配置以對由熱交換器冷卻的蒸發(fā)氣體進(jìn)行減壓；氣液分離器，其經(jīng)配置以將由膨脹器減壓并且變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的蒸發(fā)氣體分成氣體組分和液體組分；以及蒸發(fā)氣體再循環(huán)管線，其經(jīng)配置以使由所述氣液分離器分開的氣體組分加入從額外安裝在船只中的儲罐排放的蒸發(fā)氣體。
[0037]所述增壓壓縮機(jī)可經(jīng)配置以進(jìn)一步壓縮其它蒸發(fā)氣體，所述其它蒸發(fā)氣體是從儲罐中排放的蒸發(fā)氣體當(dāng)中由壓縮機(jī)壓縮的且并不供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)。
[0038]所述壓縮機(jī)可以是離心式多級壓縮機(jī)。
[0039]所述壓縮機(jī)可以將蒸發(fā)氣體壓縮到5到20巴。
[0040]所述增壓壓縮機(jī)可以是往復(fù)式多級壓縮機(jī)。
[0041 ] 所述增壓壓縮機(jī)可以將蒸發(fā)氣體壓縮到80到250巴。
[0042]根據(jù)中壓氣體發(fā)動機(jī)的負(fù)載，供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)的蒸發(fā)氣體的量可以確定為在從儲罐排放的蒸發(fā)氣體的30到70%的范圍內(nèi)。
[0043]在通過膨脹器時減壓且變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的氣體組分可以從儲罐排放并且加入供應(yīng)到熱交換器的蒸發(fā)氣體。
[0044]在通過膨脹器時減壓且變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的氣體組分可以在通過另一膨脹器時進(jìn)一步減壓并且加入供應(yīng)到熱交換器的蒸發(fā)氣體。
[0045]在通過膨脹器時減壓且變?yōu)闅庖籂顟B(tài)的其它蒸發(fā)氣體的液體組分可以返回到儲罐。
[0046]所述船只可進(jìn)一步包含強(qiáng)制氣化器，其經(jīng)配置以強(qiáng)制性地氣化儲存在儲罐中的液化氣并且將經(jīng)強(qiáng)制性地氣化的液化氣供應(yīng)到壓縮機(jī)。
[0047]所述船只可進(jìn)一步包含蒸發(fā)氣體消費(fèi)者，所述蒸發(fā)氣體消費(fèi)者經(jīng)配置以接收和使用通過壓縮機(jī)壓縮的蒸發(fā)氣體。
[0048]所述蒸發(fā)氣體消費(fèi)者可以是IGG/GCU系統(tǒng)、GCU和燃?xì)鉁u輪機(jī)中的一個或多個。
[0049]在蒸發(fā)氣體的生成量相對較小的壓載狀況中，根據(jù)中壓氣體發(fā)動機(jī)所必需的燃料的量可以強(qiáng)制性地氣化儲存在儲罐中的液化氣，并且強(qiáng)制性地氣化的液化氣可以供應(yīng)到壓縮機(jī)。
[0050]在蒸發(fā)氣體的生成量相對較大的滿載狀況中，在壓縮步驟中壓縮的蒸發(fā)氣體的一部分可以供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)，并且并不供應(yīng)到中壓氣體發(fā)動機(jī)的其它蒸發(fā)氣體可以進(jìn)一步壓縮并且供應(yīng)到熱交換器。
[0051]有利效果
[0052]根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)和方法，在對從儲罐中排放的蒸發(fā)氣體加壓之后壓縮的蒸發(fā)氣體的一部分可以作為燃料供應(yīng)到船只發(fā)動機(jī)并且其它壓縮過的蒸發(fā)氣體可以從儲罐中新排放以通過在壓縮之前由蒸發(fā)氣體的冷能液化而將其返回到儲罐。
[0053]因此，根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)以及方法，從儲罐生成的蒸發(fā)氣體可在不安裝消耗大量能量且需要過量初始安裝成本的再液化設(shè)備的情況下再液化，由此節(jié)省再液化設(shè)備中消耗的能量。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)和方法，在LNG運(yùn)輸船中在貨物(即，LNG)的運(yùn)輸期間生成的全部蒸發(fā)氣體可以用作發(fā)動機(jī)的燃料，或者可以再液化、返回到儲罐，并且儲存在其中。因此，在GCU或類似物中消耗的蒸發(fā)氣體的量可減少。此外，可通過再液化來處理蒸發(fā)氣體，而不使用單獨(dú)的制冷劑，例如氮?dú)狻?br>[0055]另外，在根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)和方法中，因?yàn)闆]有必要安裝使用單獨(dú)制冷劑的再液化設(shè)備(也就是說，氮?dú)庵评鋭┲评溲h(huán)、混合制冷劑制冷循環(huán)等)，所以不必單獨(dú)安裝用于供應(yīng)和儲存制冷劑的設(shè)施。因此，有可能節(jié)省用于配置整個系統(tǒng)的初始安裝成本和操作成本。
【附圖說明】
[0056]圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于船只的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意性配置圖，
[0057]圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于船只的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意性配置圖，
[0058]圖3是說明其中根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)連同燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)一起使用的狀態(tài)的示意性配置圖，
[0059]圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)