用于將燃料供應(yīng)到具有再液化裝置和高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的海事結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)用于將燃料供應(yīng)到海事結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的方法，所述海事結(jié)構(gòu)具有用于蒸發(fā)氣體的再液化裝置和高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，所述海事結(jié)構(gòu)例如為安裝了曼恩電子氣體噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的液化天然氣船，所述方法用于在將所述再液化裝置消耗的能量減到最少的同時(shí)，將燃料有效地供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，提供驅(qū)動(dòng)用于將燃料供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的方法，所述系統(tǒng)包括：蒸發(fā)氣體壓縮部分，用于從儲(chǔ)罐接收從儲(chǔ)罐產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體，且壓縮所述蒸發(fā)氣體；再液化裝置，用于接收在所述蒸發(fā)壓縮部分中壓縮的蒸發(fā)氣體，且使所述蒸發(fā)氣體液化；高壓泵，用于壓縮所述液化蒸發(fā)氣體，所述液化蒸發(fā)氣體是在所述再液化裝置中液化；以及高壓氣化器，用于使所述高壓泵中壓縮的液化蒸發(fā)氣體氣化，其中所述供應(yīng)燃料的系統(tǒng)更包括再冷凝器，所述再冷凝器安裝在所述高壓泵的上游位置，且其中所產(chǎn)生的所述蒸發(fā)氣體的一部分或全部通過使用從所述儲(chǔ)罐供應(yīng)的所述液化氣而在所述再冷凝器中再冷凝，且其中所述壓載航行更包括供應(yīng)且再冷凝所有所述蒸發(fā)氣體并暫停所述再液化裝置的操作的時(shí)間。
【專利說明】用于將燃料供應(yīng)到具有再液化裝置和高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的海事結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于操作高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的方法，且更明確地說，涉及用于操作具有蒸發(fā)氣體(boil-off gas, BOG)再液化設(shè)備和高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，曼恩電子氣體噴射式(MAN Electronic-Gas Injection, ME-GI)發(fā)動(dòng)機(jī))的海事結(jié)構(gòu)(例如，液化天然氣(liquefied natural gas, LNGMft)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的方法，其可將燃料有效地供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)且將BOG再液化設(shè)備中的能量消耗減到最少。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，天然氣(例如，液化天然氣(LNG)或液化石油氣(liquefied petroleumgas, LPG))的消耗量在全世界迅速增長(zhǎng)。液化氣以氣態(tài)通過岸上或海上輸氣管線輸送，或在以液化狀態(tài)儲(chǔ)存在液化氣船內(nèi)的同時(shí)被輸送到遙遠(yuǎn)的消耗地點(diǎn)。通過將天然氣或石油氣冷卻到低溫(在LNG的狀況下，約_163°C )而獲得液化氣(例如，LNG或LPG)。由于液化氣的體積與氣態(tài)相比顯著減小，因此液化氣非常適合于長(zhǎng)距離海上輸送。
[0003]液化氣船經(jīng)設(shè)計(jì)以裝載液化氣，在海洋上航行，且在岸上消耗地點(diǎn)卸載液化氣。為此，液化氣船包含可耐受液化氣的低溫的儲(chǔ)罐(也稱作“貨艙”)。
[0004]設(shè)有能夠儲(chǔ)存低溫液化氣的儲(chǔ)罐的海事結(jié)構(gòu)的實(shí)例可包含例如液化氣船以及LNG再氣化船(LNG RV)等船只或例如LNG浮式儲(chǔ)存與再氣化單元(LNG FSRU)以及LNG浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(LNG FPS0)等結(jié)構(gòu)。
[0005]LNG RV為裝備有LNG再氣化設(shè)施的自行推進(jìn)的可浮式液化氣船，且LNG FSRU為儲(chǔ)存從遠(yuǎn)離陸地的海上的LNG船卸載的LNG且在必要時(shí)通過使LNG氣化來將LNG供應(yīng)到海上消耗地點(diǎn)的海事結(jié)構(gòu)。LNG FPSO為在海上精煉提取的LNG、在直接液化之后將LNG儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中且在必要時(shí)將LNG駁運(yùn)到LNG船的海事結(jié)構(gòu)。如本文中使用的術(shù)語“海事結(jié)構(gòu)”為包含例如液化氣船以及LNG RV等船只與例如LNG FPSO以及LNG FSRU等結(jié)構(gòu)的概念。
[0006]由于天然氣的液化溫度在環(huán)境壓力下為_163°C的低溫，因此在環(huán)境壓力下，即使當(dāng)LNG的溫度稍高于_163°C時(shí)，LNG也很可能蒸發(fā)。在常規(guī)LNG船的狀況下，即使LNG儲(chǔ)罐熱絕緣，但外部熱仍持續(xù)傳遞到LNG。因此，在LNG通過LNG船輸送期間，LNG持續(xù)蒸發(fā)且蒸發(fā)氣體在LNG儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)生。
[0007]所產(chǎn)生的天然氣可增大儲(chǔ)罐的內(nèi)部壓力且因?yàn)榇坏膿u動(dòng)而加速天然氣的流動(dòng)，從而引起結(jié)構(gòu)問題。因此，有必要抑制BOG的產(chǎn)生。
[0008]按照慣例，為了抑制液化氣船的儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG的產(chǎn)生，已單獨(dú)或組合地使用將BOG從儲(chǔ)罐排出且燃燒BOG的方法，將BOG從儲(chǔ)罐排出、通過再液化設(shè)備使BOG再液化以及使BOG回流到儲(chǔ)罐的方法，使用BOG作為船只的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的方法，以及通過將儲(chǔ)罐的內(nèi)部壓力維持在高水準(zhǔn)來抑制BOG的產(chǎn)生的方法。
[0009]在裝備有BOG再液化設(shè)備的常規(guī)海事結(jié)構(gòu)的狀況下，將儲(chǔ)罐內(nèi)部的BOG從儲(chǔ)罐排出且接著通過再液化設(shè)備再液化以便將儲(chǔ)罐的壓力維持在適當(dāng)水準(zhǔn)。在此狀況下，在再液化過程之前，BOG被壓縮到約4到8巴的低壓且接著被供應(yīng)到再液化設(shè)備。壓縮的BOG在包含氮制冷循環(huán)的再液化設(shè)備中通過與冷卻到低溫的氮的熱交換而再液化，且液化BOG回流到儲(chǔ)罐。
[0010]BOG可被壓縮到高壓以便增大BOG再液化效率。然而，儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中的LNG維持在環(huán)境壓力狀態(tài)，且因此如果液化BOG的壓力過高，那么當(dāng)BOG回流到儲(chǔ)罐時(shí)可產(chǎn)生閃發(fā)氣體。因此，盡管再液化效率低，但BOG需要被壓縮到約4到8巴的上述低壓。
[0011]按照慣例,如圖1所說明，將儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG(即，蒸發(fā)天然氣(natural boil-offgas, NBOG))供應(yīng)到BOG壓縮器且壓縮到約4到8巴的低壓。接著，將低壓BOG供應(yīng)到使用氮?dú)庾鳛橹评鋭┑脑僖夯O(shè)備(第10-2006-0123675號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)公開案的詳細(xì)描述揭露BOG在6.8巴下被壓縮，且第10-2001-0089142號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)公開案(相關(guān)的第6，530，241號(hào)美國(guó)專利)的詳細(xì)描述揭露BOG在4.5巴下被壓縮)。閃發(fā)氣體可在BOG在再液化設(shè)備中液化(即，液化蒸發(fā)氣體(LBOG)回流到儲(chǔ)罐)時(shí)產(chǎn)生。因此，BOG壓縮器必須在低壓下壓縮B0G。
[0012]因此，根據(jù)典型的BOG處理方法，儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG通過再液化設(shè)備再液化且接著回流到儲(chǔ)罐。到現(xiàn)在為止，用于在BOG的再液化之后盡可能抑制閃發(fā)氣體產(chǎn)生的基本概念不是增大將要再液化的BOG的壓力。
[0013]BOG再液化設(shè)備使用在第WO 2007/117148號(hào)和第WO 2009/136793號(hào)國(guó)際專利公開案以及第10-2006-0123675和第10-2001-0089142號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)公開案中揭露的氮制冷循環(huán)，且還使用其它混合制冷劑循環(huán)。如上所述，通常，常規(guī)BOG再液化設(shè)備通過將BOG壓縮到約4到8巴的壓力來使BOG再液化。而且，此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的是，將BOG壓縮到比上述壓力高的壓力在技術(shù)上是不適當(dāng)?shù)摹＿@是因?yàn)槿绻鸅OG在高壓下再液化，那么在BOG稍后回流到儲(chǔ)罐之后，BOG的壓力降低到約環(huán)境壓力，且因此會(huì)產(chǎn)生大量閃發(fā)氣體(B0G)。
[0014]同時(shí)，由于氮制冷循環(huán)使用氮?dú)?N2)作為制冷劑，因此液化效率較低。而且，混合制冷劑循環(huán)使用混合有氮?dú)夂吞細(xì)浠衔餁怏w的制冷劑作為制冷劑，穩(wěn)定性較低。
[0015]更具體地說，船只的常規(guī)海上LNG再液化設(shè)備或海上設(shè)備通過實(shí)施渦輪膨脹機(jī)式氮逆布雷頓(Brayton)循環(huán)來使BOG再液化。常規(guī)岸上LNG液化設(shè)備通過使用混合制冷劑實(shí)施焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson)制冷循環(huán)來使天然氣液化。用于海上LNG液化設(shè)備的氮逆布雷頓循環(huán)在設(shè)備的配置方面相對(duì)簡(jiǎn)單且因此對(duì)于受限的船只或海上設(shè)備為有利的，但效率較低。用于岸上LNG液化設(shè)備的混合制冷劑焦耳-湯姆遜制冷循環(huán)具有相對(duì)高的效率，但在設(shè)備的配置方面較復(fù)雜，這是因?yàn)榉蛛x器需要用于在氣態(tài)和液態(tài)因?yàn)榛旌现评鋭┑奶卣鞫泊鏁r(shí)分離混合制冷劑。然而，此再液化方法仍得到廣泛使用。
[0016]此外，在裝備有經(jīng)配置以儲(chǔ)存液化氣(例如，LNG)的儲(chǔ)罐的海事結(jié)構(gòu)的狀況下，需要用于有效地處理在儲(chǔ)罐中持續(xù)產(chǎn)生的BOG以及抑制閃發(fā)氣體的產(chǎn)生的方法的擴(kuò)展性研究和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]技術(shù)問題
[0018]本發(fā)明的方面涉及用于操作燃料供應(yīng)系統(tǒng)的方法。具體地說，將液化氣儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG用作高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī))的燃料。將BOG壓縮到高于常規(guī)溫度的中壓、再液化且接著供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。安裝再冷凝器，且由再冷凝器將所產(chǎn)生的BOG的一部分再冷凝，以減小再液化設(shè)備上的負(fù)荷。因此，可將燃料有效地供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，且將再液化設(shè)備的能量消耗減到最少。
[0019]本專利申請(qǐng)案的 申請(qǐng)人:開發(fā)了燃料供應(yīng)技術(shù)，其中LNG通過高壓泵壓縮(泵送)、氣化且接著作為燃料來供應(yīng)，而不是通過氣體壓縮來進(jìn)行燃料供應(yīng)，通過氣體壓縮來進(jìn)行燃料供應(yīng)是由曼恩比維柴油機(jī)有限公司(MAN B&ff Diesel Ltd)提出以作為用于高壓氣體噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)燃料供應(yīng)方法。本專利申請(qǐng)案的 申請(qǐng)人:在2007年5月8日在韓國(guó)提出專利申請(qǐng)(第10-2007-0044727號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)案)，且此技術(shù)對(duì)于船主和曼恩比維柴油機(jī)有限公司非常珍貴。
[0020]漢姆沃斯燃?xì)庀到y(tǒng)有限公司(Hamworthy Gas Systems)對(duì)本專利申請(qǐng)案的 申請(qǐng)人:提出的上述技術(shù)略作修改且提出國(guó)際專利申請(qǐng)(第WO 2009/136793號(hào)國(guó)際專利公開案)。然而，即使在開發(fā)此技術(shù)之后，在此項(xiàng)技術(shù)中仍存在關(guān)于在液化BOG回流到儲(chǔ)罐時(shí)會(huì)產(chǎn)生閃發(fā)氣體的擔(dān)憂。因此，當(dāng)使BOG再液化時(shí)，在低壓范圍(4到8巴)中壓縮B0G，且完全不考慮在比上述壓力范圍高的壓力下壓縮B0G。
[0021]當(dāng)實(shí)際上應(yīng)用LNG的高壓泵送的基本技術(shù)時(shí)，本專利申請(qǐng)案的 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)，在開發(fā)用于使用在LNG儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG作為燃料的技術(shù)的過程中，不同于用于通過將BOG壓縮到4到8巴的壓力來使BOG再液化的常規(guī)再液化技術(shù)，如果在比常規(guī)再液化壓力高的中壓范圍(12到45巴)中壓縮BOG且接著使BOG再液化，那么再液化中消耗的能量顯著減少。基于此發(fā)現(xiàn)，本專利申請(qǐng)案的 申請(qǐng)人:完成了本發(fā)明。
[0022]而且，本專利申請(qǐng)案的 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):可減少經(jīng)配置以將LNG (所述LNG在再液化之后在中壓范圍中被壓縮)壓縮到高壓的高壓泵的功率消耗；以及再液化能量顯著減少。此外，本專利申請(qǐng)案的 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明具有無需執(zhí)行過冷卻(subcooling)的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)锽OG在再液化之后由高壓泵壓縮。
[0023]本文中首次揭露本發(fā)明的目標(biāo)和效果。
[0024]技術(shù)解決方案
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種用于操作燃料供應(yīng)系統(tǒng)以將燃料供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)包含:蒸發(fā)氣體(BOG)壓縮單元，經(jīng)配置以接收并壓縮儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG ;再液化設(shè)備，經(jīng)配置以接收由所述BOG壓縮單元壓縮的所述BOG并使所述BOG液化；高壓泵，經(jīng)配置以壓縮由所述再液化設(shè)備產(chǎn)生的所述液化BOG ;以及高壓氣化器，經(jīng)配置以使由所述高壓泵壓縮的所述液化BOG氣化，特征在于，所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)包括安裝在所述高壓泵的上游側(cè)的再冷凝器，且所述再冷凝器通過使用從所述儲(chǔ)罐供應(yīng)的液化氣來使所述所產(chǎn)生的BOG的一部分或全部再冷凝，其中在壓載航行過程期間，所述BOG全部被供應(yīng)到所述再冷凝器且由所述再冷凝器再冷凝，且所述再液化設(shè)備的操作中斷。
[0026]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)罐中的液化天然氣(LNG)可通過LNG供應(yīng)線供應(yīng)到所述再冷凝器。
[0027]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，從所述儲(chǔ)罐排出的BOG可被壓縮到約12到45巴，且接著被供應(yīng)到所述再冷凝器。
[0028]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，當(dāng)所述儲(chǔ)罐滿載液化氣貨物時(shí)，所述儲(chǔ)罐中自然產(chǎn)生的BOG可被供應(yīng)到所述再液化設(shè)備且由所述再液化設(shè)備再液化。[0029]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，所述儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的所述BOG的一部分可通過BOG旁通線旁通到所述再冷凝器以減小所述再液化設(shè)備上的再液化負(fù)荷。
[0030]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，增壓泵可安裝在所述再冷凝器與所述高壓泵之間。
[0031]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)罐中的LNG可由位于所述儲(chǔ)罐中的潛入泵供應(yīng)到所述再冷凝器。
[0032]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，從所述儲(chǔ)罐排出的LNG可由增壓泵壓縮到等于所述再冷凝器的內(nèi)壓的壓力，且接著被供應(yīng)到所述再冷凝器。
[0033]根據(jù)所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，由所述BOG壓縮單元壓縮的所述BOG和由所述高壓泵壓縮的所述液化BOG可在熱交換器中彼此交換熱，以使得所述BOG可被冷卻且供應(yīng)到所述再液化設(shè)備和所述再冷凝器中的至少一者，且所述液化BOG可被加熱且供應(yīng)到所述
高壓氣化器。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的燃料供應(yīng)方法可減少BOG液化能量，這是因?yàn)锽OG通過液化之前的BOG與氣化之前的液化BOG之間的熱交換來使液化BOG的液化能量再循環(huán)。而且，在壓縮液化氣儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG之前，可通過與壓縮BOG或再液化設(shè)備的氮制冷循環(huán)中加熱的氮制冷劑的熱交換來對(duì)儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG進(jìn)行預(yù)熱。BOG的冷熱回收或預(yù)熱可使用第WO 2007/117148號(hào)和第WO 2009/136793號(hào)國(guó)際專利公開案、第10-2006-0123675號(hào)和第10-0929250號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)公開案以及第0929250號(hào)韓國(guó)專利中揭露的技術(shù)。盡管本揭露中描述了從液化BOG進(jìn)行的冷熱回收，但當(dāng)液化BOG的量小于高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)中所需的燃料的量時(shí)，可使用儲(chǔ)存在LNG儲(chǔ)罐中的LNG。在此狀況下，冷熱可從供應(yīng)自LNG儲(chǔ)罐的LNG回收。
[0035]海事結(jié)構(gòu)的實(shí)例可包含例如液化氣船和LNG RV等船只或例如LNG FSRU和LNGFPSO等結(jié)構(gòu)。
[0036]燃料供應(yīng)方法可在燃料供應(yīng)期間將液化BOG全部供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。也就是說，高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)在海事結(jié)構(gòu)的航行期間在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)可需要比LNG儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG的量多的燃料量。在此狀況下，將液化BOG全部供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而在液化BOG回流到LNG儲(chǔ)罐時(shí)防止閃發(fā)氣體的產(chǎn)生。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當(dāng)高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)在海事結(jié)構(gòu)的航行期間需要比LNG儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG的量多的燃料量時(shí)，可將全部或相當(dāng)大的量的BOG供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。在此狀況下，如果燃料量不足，那么可使用儲(chǔ)存在LNG儲(chǔ)罐中的LNG作為燃料。
[0038]有利效果
[0039]本發(fā)明可提供用于操作高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的方法。具體地說，將液化氣儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG用作高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī))的燃料。將BOG壓縮到高于常規(guī)溫度的中壓、再液化且接著供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。安裝再冷凝器，且由再冷凝器將所產(chǎn)生的BOG的一部分再冷凝，以減小再液化設(shè)備上的負(fù)荷。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)操作方法，可將燃料有效地供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，且將再液化設(shè)備的能量消耗減到最少。
[0041]與將BOG壓縮到約4到8巴的低壓的現(xiàn)有技術(shù)形成對(duì)比，根據(jù)本發(fā)明的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)將BOG壓縮到約12到45巴的中壓且接著使其再液化。隨著BOG的壓力增大，液化能量減少。因此，再液化中消耗的液化能量可減少。
[0042]而且，在根據(jù)本發(fā)明的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)中，由于BOG再液化中的BOG的壓力為比現(xiàn)有技術(shù)的壓力高的中壓，因此BOG的液化點(diǎn)升高。因此，施加到用于再液化的熱交換器的熱應(yīng)力減小，且高壓氣化器的熱負(fù)荷減小，從而導(dǎo)致設(shè)備的大小減小。
[0043]而且，由于將壓縮到中壓的液化BOG壓縮到高壓，因此高壓泵的功率減小。
[0044]而且，在根據(jù)本發(fā)明的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)中，將不可燃混合制冷劑用作再液化設(shè)備的制冷劑以用于BOG再液化。因此，根據(jù)本發(fā)明的燃料供應(yīng)方法比常規(guī)氮制冷循環(huán)有效，且可比常規(guī)混合制冷劑循環(huán)安全地使BOG再液化。
[0045]根據(jù)燃料供應(yīng)系統(tǒng)的燃料供應(yīng)方法可在高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間將液化BOG全部供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。也就是說，高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)在海事結(jié)構(gòu)的航行期間在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)可需要比LNG儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG的量多的燃料量。在此狀況下，將液化BOG全部供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而在液化BOG回流到LNG儲(chǔ)罐時(shí)防止閃發(fā)氣體的產(chǎn)生。而且，可顯著減少用于在液化BOG回流到LNG儲(chǔ)罐時(shí)減少閃發(fā)氣體產(chǎn)生的過冷卻消耗的能量。漢姆沃斯燃?xì)庀到y(tǒng)有限公司的常規(guī)第三代再液化設(shè)備(第WO 2007/117148號(hào)國(guó)際專利公開案中揭露的技術(shù))將BOG壓縮到8巴的壓力且在-159°C的溫度下使BOG液化。在此狀況下，由于BOG的飽和溫度為約-149.5°C，因此BOG過冷卻約9到10°C。BOG需要過冷卻達(dá)此度數(shù)以便防止在液化BOG回流到LNG儲(chǔ)罐時(shí)產(chǎn)生閃發(fā)氣體。然而，由于液化BOG由高壓泵壓縮，同時(shí)液化BOG作為高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料來供應(yīng)，因此因增大的壓力而飽和的LBOG可在稍后穩(wěn)定地維持過度冷卻狀態(tài)。因此，根據(jù)本發(fā)明，液化BOG可通過過度冷卻多達(dá)0.5到3°C，優(yōu)選地約IV (與對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度相比)而液化，且接著作為燃料來供應(yīng)。
[0046]而且，在根據(jù)本發(fā)明的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)中，必要時(shí)，可安裝DFDE以使得在燃料供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)之后剩余的燃料或減壓期間產(chǎn)生的閃發(fā)氣體在用作DFDE的燃料的同時(shí)被消耗。也就是說，超過高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃料量的BOG可被壓縮到約4到8巴的壓力且從LNG儲(chǔ)罐直接供應(yīng)到DFDE而無中壓再液化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1為說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于通過BOG再液化來處理BOG的方法的示意性框圖。
[0048]圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的用于通過燃料供應(yīng)來處理BOG的方法的示意性框圖。
[0049]圖3A為說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0050]圖3B為說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0051]圖4A為說明根據(jù)本發(fā)明的不可燃混合制冷劑中含有的成分的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)的曲線圖。[0052]圖4B為說明碳?xì)浠衔锘旌现评鋭┲泻械某煞值谋c(diǎn)和沸點(diǎn)的曲線圖。
[0053]圖4C為說明根據(jù)壓縮壓力的天然氣的液化溫度的曲線圖。
[0054]圖5為說明構(gòu)成不可燃混合制冷劑的成分的沸點(diǎn)的曲線圖。
[0055]圖6A到圖6C為說明BOG再液化設(shè)備使用氮?dú)庵评溲h(huán)、不可燃混合制冷劑制冷循環(huán)以及單級(jí)混合制冷劑(single mixed refrigerant, SMR)制冷循環(huán)的狀況下的功率消耗的比較的曲線圖。
[0056]圖7A為說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0057]圖7B為說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0058]圖8A為說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0059]圖SB為說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0060]圖9A為說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0061]圖9B為說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0062]圖1OA為說明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0063]圖1OB為說明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0064]圖11為說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0065]圖12為說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的第一修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0066]圖13為說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的第二修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0067]圖14為說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的第三修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
[0068]圖15為說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的第四修改實(shí)例的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)的配置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0069]下文將參看附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可按不同形式體現(xiàn)且不應(yīng)視為限于本文中闡述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例以使得本揭露將為詳盡且完整的，且將向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。
[0070]國(guó)際海事組織(InternationalMaritime Organization, IMO)規(guī)定船舶的廢氣中的氮的氧化物(NOX)和硫的氧化物(SOX)的排放且還試圖規(guī)定二氧化碳(C02)的排放。明確地說，氮的氧化物(NOX)和硫的氧化物(SOX)的規(guī)章的頒布是由國(guó)際防止船舶造成海洋污染(Prevention of Marine Pollution from Ships, MARPOL)公約在 1997 年提出的。在長(zhǎng)達(dá)八年之后，所述公約符合實(shí)行要求且在2005年5月生效。目前，所述規(guī)章作為強(qiáng)制規(guī)定而為有效的。
[0071]因此，為了符合此規(guī)定，已引入多種方法來減少氮的氧化物(NOX)的排放。作為這些方法中的一者，已開發(fā)并使用用于LNG船的高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī))。
[0072]此ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī)可安裝在將LNG儲(chǔ)存在能夠耐受低溫的儲(chǔ)罐中的同時(shí)輸送LNG的海事結(jié)構(gòu)(例如，LNG船)中。如本文中使用的術(shù)語“海事結(jié)構(gòu)”包含例如LNG船和LNG RV等船只以及例如LNG FPSO和LNG FSRU等海上設(shè)備。在此狀況下，ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī)使用天然氣作為燃料且取決于其負(fù)荷而需要約150到400巴(絕對(duì)壓力)的高壓以用于氣體供應(yīng)。
[0073]即使在裝備有高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī))的海事結(jié)構(gòu)的狀況下，仍需要再液化設(shè)備以用于處理LNG儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的B0G。裝備有高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī))以及用于處理BOG的再液化設(shè)備兩者的常規(guī)海事結(jié)構(gòu)可在使BOG再液化且將液化BOG輸送到儲(chǔ)罐的同時(shí)選擇使用BOG作為燃料還是使用重質(zhì)燃油(heavy fuel
oil,HF0)作為燃料，這取決于燃?xì)夂腿加蛢r(jià)格的改變以及廢氣的規(guī)章的力度。明確地說，當(dāng)通過特殊規(guī)定的海洋區(qū)域時(shí)，可通過簡(jiǎn)單地使LNG氣化來為海事結(jié)構(gòu)供應(yīng)燃料。另外，海事結(jié)構(gòu)視為下一代環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)且具有高達(dá)50%的效率。因此，預(yù)期在不久的將來，海事結(jié)構(gòu)將用作LNG船的主發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0074]圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的燃料供應(yīng)方法的示意性框圖。根據(jù)本發(fā)明的燃料供應(yīng)方法，將儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG (B卩，NB0G)供應(yīng)到BOG壓縮器且接著壓縮到約12到45巴的中壓。接著，將中壓BOG供應(yīng)到使用混合制冷劑(例如，不可燃混合制冷劑、單級(jí)混合制冷劑(SMR)等)或氮?dú)庾鳛橹评鋭┑脑僖夯O(shè)備。在燃料供應(yīng)系統(tǒng)中將再液化設(shè)備中再液化的B0G(SP，LBOG)壓縮到ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī)所需的壓力(例如，約400巴的高壓)且接著將其作為燃料供應(yīng)到ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，由于從再液化設(shè)備供應(yīng)到燃料供應(yīng)系統(tǒng)的LBOG不會(huì)回流到儲(chǔ)罐，因此可防止閃發(fā)氣體的產(chǎn)生，而閃發(fā)氣體的產(chǎn)生是現(xiàn)有技術(shù)的問題。因此，BOG壓縮器可將BOG壓縮到中壓。
[0075]在本說明書中，“高壓”范圍表示約150到400巴的壓力，這是高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)所需的燃料供應(yīng)壓力?！爸袎骸狈秶硎炯s12到45巴的壓力，這是BOG壓縮器13壓縮BOG的壓力?！暗蛪骸狈秶硎炯s4到8巴的壓力，這是在現(xiàn)有技術(shù)中壓縮BOG以用于供應(yīng)到再液化設(shè)備的壓力。
[0076]與常規(guī)低壓再液化相比，在中壓范圍中壓縮之后進(jìn)行再液化導(dǎo)致在使用氮制冷劑和不可燃混合制冷劑的圖6A和圖6B的狀況下以及使用SMR的圖6C的狀況下，再液化能量顯著減少。
[0077]圖6A和圖6B所示的數(shù)據(jù)是使用海西斯處理模型(Hysys process model)(由艾斯本技術(shù)有限公司(Aspentech)制造)獲得的結(jié)果。如從這些結(jié)果可見，在漢姆沃斯燃?xì)庀到y(tǒng)有限公司的使用氮?dú)庾鳛橹评鋭┑牡谌僖夯O(shè)備(第WO 2007/117148號(hào)國(guó)際專利公開案中揭露的技術(shù))的狀況下，當(dāng)BOG壓縮器的壓力為8巴時(shí)，再液化所需的功率消耗為2，776千瓦，但當(dāng)BOG壓縮器的壓力增大到12巴時(shí)，再液化所需的功率消耗迅速減少到2，500千瓦。而且，當(dāng)BOG壓縮器的壓力為12巴或12巴以上時(shí)，再液化所需的功率消耗逐漸減少。
[0078]圖6C的曲線圖說明當(dāng)將碳?xì)浠衔颯MR用作制冷劑時(shí)的功率消耗的變化。如從圖6C的結(jié)果可見，即使當(dāng)SMR用作制冷劑時(shí)，與BOG壓縮器的壓力為8巴的狀況相比，再液化所需的功率消耗在BOG壓縮器的壓力為12巴的狀況下仍迅速減少。而且，當(dāng)BOG壓縮器的壓力為12巴或12巴以上時(shí)，再液化所需的功率消耗逐漸減少。
[0079]按照液化壓力調(diào)整SMR的組成以實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化，如下文表I所示。
[0080]表I
【權(quán)利要求】
1.一種用于操作燃料供應(yīng)系統(tǒng)以將燃料供應(yīng)到高壓天然氣噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)包含:蒸發(fā)氣體(BOG)壓縮單元，經(jīng)配置以接收并壓縮儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的BOG ;再液化設(shè)備，經(jīng)配置以接收由所述BOG壓縮單元壓縮的所述BOG并使所述BOG液化；高壓泵，經(jīng)配置以壓縮由所述再液化設(shè)備產(chǎn)生的所述液化BOG ;以及高壓氣化器，經(jīng)配置以使由所述高壓泵壓縮的所述液化BOG氣化，特征在于:所述燃料供應(yīng)系統(tǒng)包括安裝在所述高壓泵的上游側(cè)的再冷凝器；且所述再冷凝器通過使用從所述儲(chǔ)罐供應(yīng)的液化氣來使所述所產(chǎn)生的BOG的一部分或全部再冷凝，其中在壓載航行過程期間，所述BOG全部被供應(yīng)到所述再冷凝器且由所述再冷凝器再冷凝，且所述再液化設(shè)備的操作中斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)罐中的液化天然氣(LNG)通過LNG供應(yīng)線供應(yīng)到所述再冷凝器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述儲(chǔ)罐排出的BOG被壓縮到約12到45巴，且接著被供應(yīng)到所述再冷凝器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)所述儲(chǔ)罐滿載液化氣貨物時(shí)，所述儲(chǔ)罐中自然產(chǎn)生的BOG被供應(yīng)到所述再液化設(shè)備且由所述再液化設(shè)備再液化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述儲(chǔ)罐中產(chǎn)生的所述BOG的一部分通過BOG旁通線旁通到所述再冷凝器以減小所述再液化設(shè)備上的再液化負(fù)荷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中增壓泵安裝在所述再冷凝器與所述高壓泵之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)罐中的LNG由位于所述儲(chǔ)罐中的潛入泵供應(yīng)到所述再冷凝器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其中從所述儲(chǔ)罐排出的LNG由增壓泵壓縮到等于所述再冷凝器的內(nèi)壓的壓力，且接著被供應(yīng)到所述再冷凝器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中由所述BOG壓縮單元壓縮的所述BOG和由所述高壓泵壓縮的所述液化BOG在熱交換器中彼此交換熱，以使得所述BOG被冷卻且供應(yīng)到所述再液化設(shè)備和所述再冷凝器中的至少一者，且所述液化BOG被加熱且供應(yīng)到所述高壓氣化器。
【文檔編號(hào)】F02M25/08GK103443435SQ201180069183
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月11日
【發(fā)明者】鄭承敎, 鄭濟(jì)憲, 李正漢, 申鉉俊, 李成俊, 崔東圭 申請(qǐng)人:大宇造船海洋株式會(huì)社