蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)包括：壓縮機(jī)，壓縮在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的液化天然氣存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；熱交換機(jī)，使用將被引入至壓縮機(jī)中的蒸發(fā)氣體通過使蒸發(fā)氣體與已在壓縮機(jī)中經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體之間進(jìn)行熱交換而冷卻已在壓縮機(jī)中經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體；膨脹構(gòu)件，使在熱交換機(jī)中被冷卻的蒸發(fā)氣體絕熱地膨脹；氣?液分離機(jī)，將在膨脹構(gòu)件中被絕熱地膨脹的蒸發(fā)氣體分離成氣體及液體，并將液化天然氣供應(yīng)至液化天然氣存儲罐；以及旁通線路，將經(jīng)受絕熱膨脹的蒸發(fā)氣體自膨脹構(gòu)件的下游供應(yīng)至氣?液分離機(jī)的下游。
【專利說明】
蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，且更具體而言涉及一種包括以下的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng):壓縮機(jī)，壓縮在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體;熱交換機(jī)，通過與將被供應(yīng)至所述壓縮機(jī)的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻所述經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體;膨脹單元，執(zhí)行由所述熱交換機(jī)冷卻的所述蒸發(fā)氣體的絕熱膨脹；以及氣-液分離機(jī)，執(zhí)行經(jīng)受由所述膨脹單元執(zhí)行的絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體的氣/液分離，并將LNG供應(yīng)至所述液化天然氣存儲罐，在其中構(gòu)成旁通線路以使得經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體能夠自所述膨脹單元的下游側(cè)而被供應(yīng)至所述氣-液分離機(jī)的下游側(cè)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運作的多樣化。
【背景技術(shù)】
[0002]液化天然氣(Liquef ied Natural Gas，以下稱作“LNG”)是通過將主要由甲燒(methane)組成的天然氣冷卻至約-162°C而獲得的無色透明液體，且其體積為天然氣體積的約1/600。因此，天然氣被液化為LNG以進(jìn)行高效運輸，且使用液化天然氣船來進(jìn)行LNG的海洋運輸。
[0003]由于天然氣的液化發(fā)生在環(huán)境壓力下約-163°C的低溫溫度下，因此若LNG的溫度在環(huán)境壓力下升高至略高于-163°C，則LNG很有可能會蒸發(fā)。盡管設(shè)置于LNG船、LNG浮式生產(chǎn)儲卸油裝置、再氣化船等的LNG存儲罐設(shè)置有熱絕緣結(jié)構(gòu)，但在LNG存儲罐中不可能完全防止熱量至LNG的傳遞，且因此，在LNG于LNG存儲罐中的存儲期間，LNG在LNG存儲罐中不斷蒸發(fā)而產(chǎn)生蒸發(fā)氣體(Boil-Off Gas,B0G) ο
[0004]BOG是一種LNG損失且是LNG的運輸效率中的一個重要因素，由于在LNG存儲罐中過量積聚的蒸發(fā)氣體可通過LNG存儲罐中壓力的過量增大而導(dǎo)致LNG存儲罐受損，因此已進(jìn)行各種研究來開發(fā)一種用于處理LNG存儲罐中產(chǎn)生的BOG的方法。
[0005]近來，為處理B0G，使用了在將BOG進(jìn)行再液化之后使所述BOG返回至存儲罐的方法、使用BOG作為船舶能量源的方法等。此外，使用了利用氣體燃燒單元(Gas Combust1nUnit，G⑶)來焚燒過量蒸發(fā)氣體的方法。
[0006]氣體燃燒單元不可避免地焚燒不用于船舶中的過量BOG以調(diào)控存儲罐的壓力，且具有浪費通過燃燒產(chǎn)生的BOG的化學(xué)能的問題。
[0007]當(dāng)在LNG船的推進(jìn)系統(tǒng)中將雙燃料(DualFuel，DF)引擎應(yīng)用于主推進(jìn)設(shè)備時，在LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體可用作所述DF引擎的燃料。當(dāng)在LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量超過在雙燃料引擎中的船舶推進(jìn)中使用的燃料的量時，蒸發(fā)氣體被傳送至氣體燃燒器并由所述氣體燃燒器焚燒以保護(hù)所述LNG存儲罐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明所要解決的問題
[0009]由于液化天然氣處于低溫狀態(tài)下且對例如溫度等環(huán)境變化極為敏感，因此在船舶航行期間在貨艙中不斷發(fā)生LNG的自發(fā)氣化，從而產(chǎn)生大量的B0G(Boil Off Gas，蒸發(fā)氣體)。由于存儲罐中的過量BOG可通過存儲罐中內(nèi)部壓力的增大而導(dǎo)致存儲罐的爆炸，因此將BOG排放出并進(jìn)行重新液化以進(jìn)行存儲，或通過燃燒而移除所述蒸發(fā)氣體(BOG)。已知具有熱絕緣結(jié)構(gòu)的船舶在液化天然氣的運輸期間在存儲罐中以約0.05體積％/天的量產(chǎn)生蒸發(fā)氣體，且傳統(tǒng)液化天然氣船以每小時4噸(t)至6噸的量或每次航行約300噸的量將液化天然氣氣化為蒸發(fā)氣體。
[0010]為了將存儲罐中的蒸發(fā)氣體再液化，自存儲罐排放蒸發(fā)氣體并使所述蒸發(fā)氣體在再液化設(shè)備中經(jīng)受冷卻循環(huán)，在所述再液化設(shè)備中，蒸發(fā)氣體在通過與低溫狀態(tài)下的制冷劑(例如，氮氣、混合制冷劑等)進(jìn)行熱交換而再液化之后返回至存儲罐?；诖朔N冷卻循環(huán)的再液化設(shè)備以復(fù)雜的方式運作，此導(dǎo)致對整體系統(tǒng)的控制復(fù)雜且功率消耗大。
[0011]因此，對大量BOG進(jìn)行液化需要復(fù)雜的再液化設(shè)備及大的能量消耗，且通過燃燒移除燃料會導(dǎo)致浪費燃料等。因此，需要一種能夠高效地處理在存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的系統(tǒng)。
[0012]已構(gòu)想本發(fā)明來解決現(xiàn)有技術(shù)中的此類問題，且本發(fā)明旨在提供一種用于高效地處理在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的系統(tǒng)。
[0013]解決問題的技術(shù)手段
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)包括:壓縮機(jī)，壓縮在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的液化天然氣(LNG)存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體；
[0015]熱交換機(jī)，通過與將被供應(yīng)至所述壓縮機(jī)的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻所述經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體；
[0016]膨脹單元，執(zhí)行由所述熱交換機(jī)冷卻的所述蒸發(fā)氣體的絕熱膨脹；
[0017]氣-液分離機(jī)，執(zhí)行經(jīng)受由所述膨脹單元執(zhí)行的絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體的氣/液分離，并將液化天然氣供應(yīng)至所述液化天然氣存儲罐;以及
[0018]旁通線路，經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述旁通線路而自所述膨脹單元的下游側(cè)被供應(yīng)至所述氣-液分離機(jī)的下游側(cè)。
[0019]所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)還可包括:再循環(huán)線路，由所述氣-液分離機(jī)分離的氣相的所述蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述再循環(huán)線路而被引入至所述蒸發(fā)氣體流中，以自所述LNG存儲罐供應(yīng)至所述熱交換機(jī)；以及冷卻機(jī)，設(shè)置于所述再循環(huán)線路并利用由所述氣-液分離機(jī)分離的所述蒸發(fā)氣體額外地使由所述熱交換機(jī)冷卻的所述蒸發(fā)氣體冷卻。
[0020]所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)還可包括:第一分離閥，安置于所述氣-液分離機(jī)的上游；以及第二分離閥，設(shè)置于所述旁通線路。
[0021]所述壓縮機(jī)可為其中交替排列有壓縮氣缸及中間冷卻機(jī)的多級壓縮機(jī)，且經(jīng)由所述多級壓縮機(jī)的一部分而被壓縮的所述蒸發(fā)氣體可作為燃料而被供應(yīng)至第一引擎。
[0022]經(jīng)由所述多級壓縮機(jī)的整體而被壓縮的所述蒸發(fā)氣體可作為燃料而被供應(yīng)至第二引擎，且在供應(yīng)至所述第一引擎及所述第二引擎之后剩余的所述蒸發(fā)氣體可在經(jīng)由所述熱交換機(jī)及所述膨脹單元進(jìn)行液化之后存儲于所述LNG存儲罐中。
[0023]所述第一引擎可為能夠接收被壓縮至5巴(bar)至20巴的壓力的所述蒸發(fā)氣體作為燃料的雙燃料DF引擎，且所述第二引擎可為能夠接收被壓縮至150巴至400巴的壓力的所述蒸發(fā)氣體作為燃料的ME-GI引擎。
[0024]所述膨脹單元可包括膨脹閥(J-T閥)及膨脹機(jī)(expander)中的一個。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)包括:燃料供應(yīng)線路，在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述燃料供應(yīng)線路被壓縮并供應(yīng)至所述船舶結(jié)構(gòu)或所述浮式結(jié)構(gòu)的引擎；
[0026]液化線路，經(jīng)由所述液化線路，所述經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體中的某些蒸發(fā)氣體被分離、通過與在所述液化天然氣存儲罐中產(chǎn)生的將被壓縮的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而被冷卻、并通過絕熱膨脹而被液化；
[0027]氣-液分離機(jī)，執(zhí)行經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體的氣-液分離，并將液化天然氣供應(yīng)至所述液化天然氣存儲罐;以及
[0028]旁通線路，自所述液化線路分支出并容許經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體能夠在繞過所述氣-液分離機(jī)之后被供應(yīng)至所述LNG存儲罐。
[0029]所述蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)還可包括:再循環(huán)線路，由所述氣-液分離機(jī)分離的氣相的所述蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述再循環(huán)線路而被重新引入至所述燃料供應(yīng)線路中；以及冷卻機(jī)，安置于所述再循環(huán)線路與所述液化線路的交叉點處，并利用由所述氣-液分離機(jī)分離的所述蒸發(fā)氣體使通過與將在所述液化線路中被壓縮的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻的所述蒸發(fā)氣體額外地冷卻。
[0030]發(fā)明的效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可通過對在LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體進(jìn)行壓縮而供應(yīng)所述蒸發(fā)氣體作為引擎燃料同時使用蒸發(fā)氣體自身的冷熱來實現(xiàn)剩余蒸發(fā)氣體的再液化，因此不需要單獨的制冷劑系統(tǒng)，從而降低了初始安裝成本并減小了裝備尺寸，同時容許進(jìn)行簡單的維護(hù)及修理。
[0032]如此一來，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)不采用需要大的能量消耗來進(jìn)行再液化的再液化設(shè)備，因此可降低用于再液化的運作成本并減少因在氣體燃燒單元GCU等中進(jìn)行用于再液化的燃燒而浪費的天然氣的量，從而提高了經(jīng)濟(jì)可行性。
[0033]此外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)置有旁通線路，所述旁通線路用以容許蒸發(fā)氣體繞過氣-液分離機(jī)，使得閃蒸氣體(flash gas)狀態(tài)中的蒸發(fā)氣體在利用存儲罐中的冷熱而液化之后可被重新引入至LNG存儲罐中而無需經(jīng)過氣-液分離機(jī)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)運作的多樣化。
【附圖說明】
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0035]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0036]圖3是與燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)一起使用的、根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0037]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0038]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0039]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0040]圖7是根據(jù)本發(fā)明的第六示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0041]通過附圖及對本發(fā)明的以下示例性實施例的說明，本發(fā)明的上述及其他方面、優(yōu)點及目標(biāo)將變得顯而易見。
[0042]以下，將參照附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的示例性實施例。在所有附圖中，相同的組件將由相同的參考編號表不。
[0043]一般而言，國際海事組織(Internat1nal Maritime Organizat1n)調(diào)控船舶廢氣中氮氧化物(NOx)及硫氧化物(SOx)的排放，且近來也在嘗試調(diào)控二氧化碳(CO2)的排放。具體而言，對氮氧化物(NOx)及硫氧化物(SOx)的調(diào)控問題在1997年由防止船舶造成海洋污染(MARP0L;The prevent1n of Maritime Pollut1n from Ships)協(xié)議提出。八年后，所述協(xié)議滿足實行要求并在2005年5月開始生效，現(xiàn)在所述調(diào)控作為強(qiáng)制性規(guī)定而生效。
[0044]因此，為滿足此類規(guī)定，已引入各種方法來減少氮氧化物(NOx)的排放。作為該些方法中的一種方法，已開發(fā)出并使用用于海洋結(jié)構(gòu)(例如，LNG船)的高壓天然氣注入引擎，例如MEGI引擎。相較于輸出同一功率電平的柴油引擎，所述ME-GI引擎作為能夠減少污染物排放(例如，使二氧化碳排放量減少23%、氮化合物的排放量減少80%、且硫化合物的排放量減少95 %以上)的下一代生態(tài)友好型弓I擎而備受關(guān)注。
[0045]此種MEGI引擎可設(shè)置于在將LNG存儲于能夠承受低溫溫度的存儲罐中的同時運輸LNG的船舶(例如，LNG船)中(本文中所用的用語“船舶”是包括海上工廠(例如，LNG RV、LNGFPS0、LNG FSRU等)以及LNG船等的概念)。在此種情形中，MEGI引擎使用天然氣作為燃料且依引擎負(fù)荷而需要約150bara至400bara(絕對壓力)的高壓用于氣體供應(yīng)。
[0046]MEGI引擎可直接耦合至用于推進(jìn)的推進(jìn)器，且為此，所述MEGI引擎可為以低速旋轉(zhuǎn)的二沖程引擎。亦即，MEGI引擎為低速二沖程高壓天然氣注入引擎。
[0047]此外，為了降低氮氧化物的排放量，已開發(fā)出使用柴油與天然氣的混合物作為燃料的雙燃料DF引擎(例如，DFDG;Dual Fuel Diesel Generator)并使用所述引擎進(jìn)行推進(jìn)或產(chǎn)生功率。雙燃料DF引擎可焚燒油與天然氣的混合物或僅使用選自油與天然氣中的一個作為燃料。由于天然氣中比油中含有更少的硫化合物，因此廢氣中的硫氧化物含量降低。
[0048]雙燃料DF引擎不需要如在MEGI引擎中所需要的此類高壓燃料氣體，而需要被壓縮至約數(shù)個至數(shù)十bara的壓力的燃料氣體。雙燃料DF引擎通過使用驅(qū)動力來驅(qū)動功率發(fā)電機(jī)而獲得電力，且使用所述電力來驅(qū)動推進(jìn)電動機(jī)或操作多種設(shè)備或設(shè)施。
[0049]當(dāng)供應(yīng)天然氣作為燃料時，沒有必要針對MEGI引擎調(diào)整甲烷值，但有必要針對雙燃料DF引擎調(diào)整甲烷值。
[0050]當(dāng)LNG被加熱時，具有相對低的液化溫度的甲烷組分優(yōu)先氣化。因此，具有高甲烷含量的蒸發(fā)氣體可作為燃料被供應(yīng)至雙燃料DF引擎。然而，由于LNG具有低于蒸發(fā)氣體的甲烷含量，因此LNG的甲烷值低于雙燃料引擎的必需甲烷值，且構(gòu)成液化天然氣的烴組分(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)的比率依生產(chǎn)地點而有所變化。因此，液化天然氣不適于在氣化之后作為燃料供應(yīng)至雙燃料DF引擎。
[0051]*為了調(diào)整甲烷值，通過強(qiáng)制性地氣化并冷卻液化天然氣，可液化并移除具有高于甲燒的液化溫度的重經(jīng)(HHC；heavy hydrocarbon)組分。在調(diào)整甲燒值之后，可依引擎的必需溫度來額外地對甲烷值經(jīng)調(diào)整的天然氣進(jìn)行加熱。
[0052 ]接下來，將參照附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的示例性實施例。應(yīng)理解，以下實施例可以各種方式進(jìn)行修改且不限制本發(fā)明的范圍。
[0053]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0054]在圖1中，根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)被應(yīng)用于LNG船，所述LNG船設(shè)置有能夠使用天然氣作為燃料的高壓天然氣注入引擎，亦即MEGI引擎。然而，應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)不僅可應(yīng)用于設(shè)置有液化氣體存儲罐的任意種類的船舶(例如，LNG船、LNG RV等)，而且可應(yīng)用于海上工廠(例如LNG FPS0、LNG FSRU等)。
[0055]在根據(jù)第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)中，在存儲液化氣體的存儲罐(11)中產(chǎn)生并自存儲罐(11)排放的蒸發(fā)氣體(NBOG)沿蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)被遞送至壓縮機(jī)
(13)、被壓縮機(jī)(13)壓縮、然后被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎，例如MEGI引擎。當(dāng)蒸發(fā)氣體作為燃料被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎(例如，MEGI引擎)時，所述蒸發(fā)氣體被壓縮機(jī)(13)壓縮至約150bara至400bara的高壓。
[0056]盡管存儲罐設(shè)置有密封及熱絕緣障壁以在低溫狀態(tài)下存儲例如LNG等液化氣體，但存儲罐無法實現(xiàn)完全阻擋自外界的熱傳遞。因此，液化氣體的蒸發(fā)在存儲罐(II)中持續(xù)發(fā)生，且蒸發(fā)氣體經(jīng)由蒸發(fā)氣體排放線路(LI)自存儲罐排放以將蒸發(fā)氣體在存儲罐內(nèi)的壓力維持在適當(dāng)?shù)乃健?br>[0057]每一存儲罐(11)中設(shè)置有用于視需要自存儲罐排放LNG的排放栗(12)。
[0058]壓縮機(jī)(13)可包括至少一個壓縮汽缸(14)及至少一個用以冷卻蒸發(fā)氣體的中間冷卻機(jī)(15)，所述蒸發(fā)氣體的溫度在壓縮期間升高。壓縮機(jī)(13)可用以將蒸發(fā)氣體壓縮至例如約301 bara。盡管壓縮機(jī)(13)在圖1中被說明為包括五個壓縮汽缸(14)及五個中間冷卻機(jī)(15)以進(jìn)行多級壓縮，但應(yīng)理解，可視需要改變壓縮汽缸的數(shù)目及中間冷卻機(jī)的數(shù)目。此夕卜，可對包括含有多個壓縮汽缸的單個壓縮機(jī)、多個彼此串聯(lián)連接的壓縮機(jī)等在內(nèi)的壓縮機(jī)進(jìn)行各種修改。
[0059]由壓縮機(jī)(13)壓縮的蒸發(fā)氣體經(jīng)由蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)而被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎。此處，根據(jù)高壓天然氣注入引擎將使用的燃料量，經(jīng)壓縮蒸發(fā)氣體的整體或其一部分可被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎。
[0060]此外，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，假定自存儲罐(11)排放并由壓縮機(jī)(13)壓縮的蒸發(fā)氣體(即，自存儲罐排放的蒸發(fā)氣體整體)是第一氣流，且蒸發(fā)處理系統(tǒng)可被配置成使得蒸發(fā)氣體的第一氣流被分成第二氣流及第三氣流，其中第二氣流可作為燃料被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎且第三氣流可在再液化之后返回存儲罐。
[0061]第二氣流經(jīng)由蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎，且第三氣流將經(jīng)由蒸發(fā)氣體返回線路(L3)返回至存儲罐(U)。為使經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體的第三氣流液化，蒸發(fā)氣體返回線路(L3)設(shè)置有熱交換機(jī)(21)。熱交換機(jī)(21)執(zhí)行經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體的第三氣流與自存儲罐(11)排放的蒸發(fā)氣體的將被供應(yīng)至壓縮機(jī)(13)的第一氣流的熱交換。
[0062]由于蒸發(fā)氣體的在壓縮前的第一氣流的流動速率高于第三氣流的流動速率，因此經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體的第三氣流可通過與蒸發(fā)氣體的在壓縮前的第一氣流進(jìn)行熱交換而被液化。因此，在熱交換機(jī)(21)中，由壓縮機(jī)(13)壓縮至高壓的蒸發(fā)氣體通過與在剛剛自存儲罐(11)排放之后具有低溫溫度的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而被液化。
[0063]由熱交換機(jī)(21)液化的蒸發(fā)氣體(LBOG)在經(jīng)過膨脹閥(22)時被減壓，然后以氣_液混合狀態(tài)被供應(yīng)至氣-液分離機(jī)(23)。在經(jīng)過膨脹閥(22)時，LBOG可被減壓至近似大氣壓力。經(jīng)液化的蒸發(fā)氣體被氣-液分離機(jī)(23)分成氣體組分及液體組分，其中液體組分(亦即，LNG)經(jīng)由蒸發(fā)氣體返回線路(L3)被遞送至存儲罐(11)，且氣體組分(亦即，蒸發(fā)氣體)經(jīng)由蒸發(fā)氣體再循環(huán)線路(L5)而加入自存儲罐(11)排放的將被供應(yīng)至壓縮機(jī)(13)的蒸發(fā)氣體。更具體而言，蒸發(fā)氣體再循環(huán)線路(L5)自氣-液分離機(jī)(23)的上端延伸且在熱交換機(jī)(21)的上游側(cè)處連接至蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)。
[0064]盡管為便于說明將熱交換機(jī)(21)說明為設(shè)置于蒸發(fā)氣體返回線路(L3)，但由于蒸發(fā)氣體的經(jīng)過蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)的第一氣流與蒸發(fā)氣體的經(jīng)過蒸發(fā)氣體返回線路(L3)的第三氣流之間的熱交換實際上發(fā)生在熱交換機(jī)(21)中，因此熱交換機(jī)(21)也設(shè)置于蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)。
[0065]蒸發(fā)氣體再循環(huán)線路(L5)也可設(shè)置有另一膨脹閥(24)，自氣-液分離機(jī)(23)排放的氣體組分可在經(jīng)過膨脹閥(24)時通過所述膨脹閥(24)被減壓。此外，蒸發(fā)氣體再循環(huán)線路(L5)設(shè)置有冷卻機(jī)(25)，冷卻機(jī)(25)通過使蒸發(fā)氣體的在由熱交換機(jī)(21)液化之后被供應(yīng)至氣-液分離機(jī)(23)的第三氣流與由氣-液分離機(jī)(23)分離且經(jīng)過蒸發(fā)氣體再循環(huán)線路(L5)的氣體組分進(jìn)行熱交換，而使所述第三氣流進(jìn)一步冷卻。亦即，冷卻機(jī)(25)進(jìn)一步地將高壓液體狀態(tài)的蒸發(fā)氣體冷卻為低壓低溫氣體狀態(tài)的天然氣。
[0066]此處，盡管為便于說明將冷卻機(jī)(25)說明為設(shè)置于蒸發(fā)氣體再循環(huán)線路(L5)，但由于蒸發(fā)氣體的經(jīng)過蒸發(fā)氣體返回線路(L3)的第三氣流與經(jīng)過蒸發(fā)氣體再循環(huán)線路(L5)的氣體組分之間的熱交換實際上發(fā)生在冷卻機(jī)(25)中，因此冷卻機(jī)(25)也設(shè)置于蒸發(fā)氣體返回線路(L3)。
[0067]另一方面，當(dāng)預(yù)期會因存儲罐(11)內(nèi)的蒸發(fā)氣體超過高壓天然氣注入引擎的必需燃料而產(chǎn)生過量蒸發(fā)氣體時，已被壓縮或正在壓縮機(jī)(13)中被逐步壓縮的某些蒸發(fā)氣體經(jīng)由蒸發(fā)氣體分支線路(L7，L8)被排放以供蒸發(fā)氣體消耗側(cè)利用。蒸發(fā)氣體消耗側(cè)的實例可包括可采用低于MEGI引擎的低壓天然氣作為燃料的氣體燃燒單元GCU、雙燃料發(fā)電機(jī)(DFDG)、氣體輪機(jī)等。
[0068]在如上所述根據(jù)第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)及方法中，由于在LNG船運輸貨物(亦即，LNG)期間產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體可用作引擎燃料，或可在被再液化并返回存儲罐之后存儲于存儲罐中，因此可減少或防止氣體燃燒單元GCU等對蒸發(fā)氣體的浪費，并可通過再液化來處理蒸發(fā)氣體而無需安裝使用例如氮氣等單獨制冷劑的單獨再液化設(shè)備。
[0069]此外，由于如上所述根據(jù)第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)及方法不需要安裝使用單獨制冷劑的單獨再液化設(shè)備(亦即，氮氣制冷劑冷卻循環(huán)、混合制冷劑冷卻循環(huán)等)，因此不需要額外地安裝用于供應(yīng)并存儲制冷劑的裝備，從而使得能夠降低整個系統(tǒng)的初始安裝成本及運作成本。
[0070]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0071]不同于根據(jù)第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，根據(jù)第二示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)容許在MEGI引擎或雙燃料發(fā)電機(jī)所需的蒸發(fā)氣體的量高于在存儲罐中自發(fā)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量時通過強(qiáng)制性氣化來使用液化天然氣。以下，將更詳細(xì)地闡述根據(jù)第二示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)不同于第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的特征。
[0072]在根據(jù)第二示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)中，在存儲液化氣體的存儲罐(11)中產(chǎn)生并自存儲罐排放的蒸發(fā)氣體(NBOG)在壓縮機(jī)(13)的多級壓縮期間經(jīng)由蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)被遞送至壓縮機(jī)、被壓縮機(jī)(13)壓縮、并被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎(例如，MEGI引擎)、或被供應(yīng)至雙燃料引擎(雙燃料發(fā)電機(jī))而用作所述雙燃料引擎的燃料，如在根據(jù)第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)中。
[0073]然而，在根據(jù)第二示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)中，當(dāng)高壓天然氣注入引擎及雙燃料發(fā)電機(jī)所需的蒸發(fā)氣體的量高于在存儲罐(11)中自發(fā)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量時，建立強(qiáng)制性氣化線路(LI I)以使得存儲于存儲罐(11)中的液化天然氣能夠在通過強(qiáng)制性氣化機(jī)(31)將液化天然氣氣化之后被供應(yīng)至壓縮機(jī)(13)。
[0074]通過如在第二示例性實施例中的強(qiáng)制性氣化線路(Lll)，即使在因存儲于存儲罐中的LNG的量少而產(chǎn)生少量蒸發(fā)氣體時、或在各種引擎所需用來作為燃料的蒸發(fā)氣體的量高于在存儲罐中自發(fā)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量時仍可實現(xiàn)穩(wěn)定的燃料供應(yīng)。
[0075]圖3是與燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)一起使用的、根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。
[0076]在圖3中，盡管根據(jù)圖1中第一示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)被說明為耦合至燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)，但應(yīng)理解，根據(jù)第二示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)也可與燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)一起使用。
[0077]參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的用于船舶的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括高壓天然氣注入引擎(例如，MEGI引擎)作為主要引擎，并包括雙燃料DF引擎(雙燃料發(fā)電機(jī);DH)G)作為輔助引擎。盡管主要引擎一般用作船舶航運的推進(jìn)引擎而輔助引擎一般用作用于向安裝于船舶內(nèi)的各種裝置及設(shè)施供應(yīng)電力的電力產(chǎn)生引擎，但應(yīng)理解，本發(fā)明不受主要引擎及輔助引擎的實用性的限制。燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)可包括多個主要引擎及多個輔助引擎。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的用于船舶的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)被構(gòu)造成使得存儲于存儲罐(11)中的天然氣(亦即，氣體狀態(tài)的BOG以及液體狀態(tài)的LNG)可作為燃料氣體被供應(yīng)至引擎(亦即，對應(yīng)于主要引擎的MEGI引擎及對應(yīng)于輔助引擎的雙燃料引擎)。
[0079]為了供應(yīng)氣體狀態(tài)的BOG作為燃料氣體，根據(jù)本發(fā)明的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括:作為BOG供應(yīng)線路的主要BOG供應(yīng)線路(LI)，存儲于存儲罐(11)中的BOG經(jīng)由所述主要BOG供應(yīng)線路(LI)被供應(yīng)至主要引擎；以及輔助BOG供應(yīng)線路(L8)，自主要BOG供應(yīng)線路(LI)分支出并供應(yīng)BOG至輔助引擎。主要BOG供應(yīng)線路(LI)與圖1及圖2中所示的BOG供應(yīng)線路(LI)具有相同的構(gòu)型，且為與相對于雙燃料DF引擎的BOG供應(yīng)線路(亦即，輔助BOG供應(yīng)線路(L8))區(qū)分開，在參照圖3所作的說明中被稱為主要BOG供應(yīng)線路(LI)。
[0080]此外，為了供應(yīng)液體狀態(tài)的LNG作為燃料氣體，根據(jù)本發(fā)明的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括:主要LNG供應(yīng)線路(L23)，存儲于存儲罐(11)中的LNG經(jīng)由所述主要LNG供應(yīng)線路(L23)而被供應(yīng)至主要引擎；以及輔助LNG供應(yīng)線路(L24)，自主要LNG供應(yīng)線路(L23)分支出并供應(yīng)LNG至輔助引擎。
[0081]根據(jù)本發(fā)明，主要BOG供應(yīng)線路(LI)設(shè)置有用于壓縮BOG的壓縮機(jī)(13)，且主要LNG供應(yīng)線路(L23)設(shè)置有用于壓縮LNG的高壓栗(43)。
[0082]在存儲液化氣體的存儲罐(11)中產(chǎn)生并經(jīng)由蒸發(fā)氣體排放閥(41)排放的蒸發(fā)氣體(NBOG)經(jīng)由主要蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)被遞送、在壓縮機(jī)(13)中被壓縮、并被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎，例如MEGI引擎。蒸發(fā)氣體在被壓縮機(jī)(13)壓縮至約15(^&作至40(^3作的高壓之后被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎。
[0083]盡管存儲罐設(shè)置有密封及熱絕緣障壁以在低溫狀態(tài)下存儲例如LNG等液化氣體，但存儲罐無法實現(xiàn)完全阻擋自外界的熱傳遞。因此，液化氣體的蒸發(fā)在存儲罐(I I)中持續(xù)發(fā)生，且蒸發(fā)氣體自存儲罐(11)排放以將蒸發(fā)氣體在存儲罐內(nèi)的壓力維持在適當(dāng)?shù)乃健?br>[0084]壓縮機(jī)(13)可包括至少一個壓縮汽缸(14)及至少一個用以冷卻蒸發(fā)氣體的中間冷卻機(jī)(15)，所述蒸發(fā)氣體的溫度在壓縮期間升高。壓縮機(jī)(13)可用以將蒸發(fā)氣體壓縮至例如約301 bara。盡管壓縮機(jī)(13)在圖1中被說明為包括五個壓縮汽缸(14)及五個中間冷卻機(jī)(15)以用于多級壓縮，但應(yīng)理解，可視需要改變壓縮汽缸的數(shù)目及中間冷卻機(jī)的數(shù)目。此夕卜，可對包括含有多個壓縮汽缸的單個壓縮機(jī)、多個彼此串聯(lián)連接的壓縮機(jī)等在內(nèi)的壓縮機(jī)進(jìn)行各種修改。
[0085]由壓縮機(jī)(13)壓縮的BOG經(jīng)由主要蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)而被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎。此處，根據(jù)高壓天然氣注入引擎將使用的燃料量，經(jīng)壓縮蒸發(fā)氣體整體或其一部分可被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎。
[0086]輔助BOG供應(yīng)線路(L8)自主要BOG供應(yīng)線路(LI)分支出，其中燃料氣體經(jīng)由輔助BOG供應(yīng)線路(L8)而被供應(yīng)至作為輔助引擎的雙燃料DF引擎。更具體而言，輔助BOG供應(yīng)線路(L8)自主要BOG供應(yīng)線路(LI)分支出使得在壓縮機(jī)(13)中的多級壓縮期間可經(jīng)由所述輔助BOG供應(yīng)線路(L8)供應(yīng)某些B0G。圖1示出經(jīng)受二級壓縮的某些BOG經(jīng)由輔助BOG供應(yīng)線路(L8)被供應(yīng)至輔助引擎。
[0087]由于被提供作為輔助引擎的雙燃料DF引擎(例如，DFDG)相比于MEGI引擎需要較低壓力，因此在壓縮機(jī)(13)的后端被壓縮至高壓的BOG的劃分需要在將BOG供應(yīng)至輔助引擎之前將蒸發(fā)氣體的壓力降低，從而導(dǎo)致運作效率低下。
[0088]如上所述，由于具有相對低的液化溫度的甲烷組分在LNG被加熱時優(yōu)先氣化，因此具有高甲烷含量的蒸發(fā)氣體可作為燃料被供應(yīng)至雙燃料DF引擎。因此，不需要安裝用于在主要BOG供應(yīng)線路及輔助BOG供應(yīng)線路中調(diào)整甲烷值的裝置。
[0089]另一方面，當(dāng)預(yù)期會因存儲罐(11)內(nèi)的蒸發(fā)氣體超過主要引擎及輔助引擎的必需燃料而產(chǎn)生過量蒸發(fā)氣體時，蒸發(fā)氣體可通過根據(jù)本發(fā)明的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)而返回至存儲觸。
[0090]當(dāng)在存儲罐中產(chǎn)生過量蒸發(fā)氣體時，已被壓縮或正在壓縮機(jī)(13)中被逐步壓縮的某些蒸發(fā)氣體經(jīng)由蒸發(fā)氣體分支線路(L7)被排放以供BOG消耗側(cè)利用。蒸發(fā)氣體消耗側(cè)的實例可包括可采用低于MEGI引擎的低壓天然氣作為燃料的氣體燃燒單元GCU、雙燃料發(fā)電機(jī)、氣體輪機(jī)等。蒸發(fā)氣體分支線路(L7)優(yōu)選地自輔助蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(L8)分支出，如圖3所示。
[0091]經(jīng)由蒸發(fā)氣體返回線路(L3)對在壓縮機(jī)(13)中被壓縮并隨后經(jīng)由蒸發(fā)氣體供應(yīng)線路(LI)被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎的至少某些蒸發(fā)氣體進(jìn)行處理的過程(亦即，通過再液化使至少某些蒸發(fā)氣體返回至存儲罐(11)的過程)相同于參照圖1及圖2所述的，因此本文中不再對此過程進(jìn)行贅述。
[0092]主要液化天然氣供應(yīng)線路(L23)設(shè)置有:排放栗(12)，安置于每一存儲罐(11)內(nèi)部并自存儲罐(11)排放LNG;以及高壓栗(43)，用于將首先由排放栗(12)壓縮的LNG壓縮至MEGI引擎所需的壓力。每一存儲罐(11)中可設(shè)置有一個排放栗(12)。盡管圖3中示出了單個高壓栗(43)，但可使用多個彼此并聯(lián)連接的高壓栗。
[0093]如上所述，MEGI引擎所需的燃料氣體的壓力可為約150bara至約400bara(絕對壓力)的高壓。本文中所用的用語“高壓”可被視為MEGI引擎所需的約150bara至約400bara(絕對壓力)的壓力。
[0094]經(jīng)由排放栗(12)自存儲液化氣體的存儲罐(11)排放的LNG經(jīng)由主要LNG供應(yīng)線路(L23)被供應(yīng)至高壓栗(43)。然后，由高壓栗(43)將LNG壓縮至高壓并供應(yīng)至在其中將LNG氣化的氣化機(jī)(44)。經(jīng)氣化的LNG作為燃料氣體被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎，例如MEGI引擎。由于MEGI引擎所需的壓力處于超臨界狀態(tài)，因此被壓縮至高壓的LNG處于氣-液混合狀態(tài)。因此，由氣化機(jī)(44)對被壓縮至高壓的LNG進(jìn)行的氣化應(yīng)視為意指以下過程:將處于超臨界狀態(tài)的LNG的溫度增大至MEGI引擎所要求的溫度。
[0095]用于將燃料氣體供應(yīng)至被提供作為輔助引擎的雙燃料DF引擎的輔助LNG供應(yīng)線路(L24)自主要LNG供應(yīng)線路(L23)分支出。更具體而言，輔助LNG供應(yīng)線路(L24)自主要LNG供應(yīng)線路(L23)分支出，以使得某些LNG能夠在由高壓栗(43)壓縮之前經(jīng)由所述輔助LNG供應(yīng)線路(L24)被供應(yīng)。
[0096]輔助LNG供應(yīng)線路(L24)設(shè)置有氣化機(jī)(45)、氣-液分離機(jī)(26)及加熱機(jī)(27)，以將作為燃料被供應(yīng)的LNG的甲烷值及溫度調(diào)整至雙燃料DF引擎所需的值。
[0097]如上所述，由于LNG具有相對低的甲烷含量，因此LNG的甲烷值低于雙燃料DF引擎的必需甲烷值，且構(gòu)成LNG的烴組分(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)的比率依生產(chǎn)地點而有所變化。因此，LNG不適于在氣化之后作為燃料供應(yīng)至雙燃料DF引擎。
[0098]為了調(diào)整甲烷值，由氣化機(jī)(45)對LNG加熱以使LNG僅部分氣化。被部分氣化為氣(亦即，天然氣)-液(亦即，液化天然氣)混合狀態(tài)的燃料氣體被供應(yīng)至在其中燃料氣體被分離成氣體及液體的氣-液分離機(jī)(46)。由于具有高熱量的重?zé)N(HHC)組分具有相對高的氣化溫度，因此在部分氣化的燃料氣體中保持處于液體狀態(tài)的LNG的重?zé)N組分的比率相對增加。由于具有高熱量的重?zé)N組分具有相對高的氣化溫度，因此液體組分(亦即，重?zé)N組分)通過氣-液分離機(jī)(46)自燃料氣體分離，由此燃料氣體可具有增加的甲烷值。
[0099]鑒于液化天然氣中的烴組分的比率及引擎的必需甲烷值，氣化機(jī)(45)的加熱溫度可被調(diào)整以獲得適當(dāng)?shù)募淄橹怠饣瘷C(jī)(45)的加熱溫度可被確定為處于攝氏-80至-120度范圍內(nèi)。由氣-液分離機(jī)(46)自燃料氣體分離的液體組分經(jīng)由液體組分返回線路(L5)返回至存儲罐(11)。蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的蒸發(fā)氣體返回線路(L3)與燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的液體組分返回線路(L25)可匯合并隨后延伸至存儲罐(11)。
[0100]甲烷值經(jīng)調(diào)整的燃料氣體經(jīng)由輔助LNG供應(yīng)線路(L24)供應(yīng)至加熱機(jī)(47)，且所述燃料氣體被加熱至輔助引擎的必需溫度并被作為燃料供應(yīng)至輔助引擎。舉例而言，當(dāng)輔助引擎是雙燃料柴油發(fā)電機(jī)DFDG時，雙燃料柴油發(fā)電機(jī)的必需甲烷值通常為80或高于80。舉例而言，一般LNG (通常，甲烷:89.6 %，氮氣:0.6% )在重?zé)N組分的分離之前具有71.3的甲烷值及48 ,872.8kJ/kg的低熱值LHV(lower heating value)(在飽和蒸氣中在I標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)。在通過將一般LNG壓縮至7bara的壓力并加熱至攝氏-120度的溫度而移除重?zé)N組分時，液化天然氣的甲烷值增加至95.5，且在此種情形中，液化天然氣具有49，265.6kJ/kg的低熱值。
[0101]根據(jù)本實施例，提供兩種路徑來將燃料氣體供應(yīng)至引擎(主要引擎及輔助引擎)。亦即，燃料氣體可在由壓縮機(jī)(13)或高壓栗(43)壓縮之后被供應(yīng)至引擎。
[0102]具體而言，由于使用例如LNG船、LNGRV等船舶來將LNG自生產(chǎn)地點運輸至消耗地點，因此船舶在前往消耗地點時以其中存儲罐完全載滿LNG的滿載(Laden)狀態(tài)航行，而在卸載LNG之后返回生產(chǎn)地點時以其中存儲罐幾乎為空的壓載(Ballast)狀態(tài)航行。在滿載狀態(tài)下，大量的LNG產(chǎn)生較大量的蒸發(fā)氣體，而在壓載狀態(tài)下，少量的LNG產(chǎn)生較少量的蒸發(fā)氣體。
[0103]盡管蒸發(fā)氣體的量依存儲罐容量、外部溫度等條件而存在某些差異，但當(dāng)LNG存儲罐具有約130，OOOm3至350，OOOm3的容量時，蒸發(fā)氣體的量在滿載狀態(tài)下為約3噸/小時至4噸/小時，而在壓載狀態(tài)下為約0.3噸/小時至0.4噸/小時。此外，用于引擎的燃料氣體的必需量對于MEGI引擎而言可為約I噸/小時至4噸/小時(平均約1.5噸/小時)，而對于雙燃料DF引擎(DFDG)而言可為約0.5噸/小時。近年來，隨著存儲罐的熱絕緣性能增強(qiáng)，汽化率BOR(Boil Off Rate)已逐漸降低，因此在存儲罐中產(chǎn)生的BOG的量也降低。
[0104]因此，根據(jù)本實施例的設(shè)置有壓縮機(jī)線路(S卩，圖3中的LI及L8)以及高壓栗線路(SP，圖3中的L23及L24)的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)選地在其中產(chǎn)生大量蒸發(fā)氣體的滿載狀態(tài)下經(jīng)由壓縮機(jī)線路供應(yīng)燃料氣體至引擎，而在其中產(chǎn)生少量蒸發(fā)氣體的壓載狀態(tài)下經(jīng)由高壓栗線路供應(yīng)燃料氣體至引擎。
[0105]通常，通過壓縮機(jī)將氣體(BOG)壓縮至MEGI引擎所需的150bara至400bara(絕對壓力)的壓力的必需能量顯著大于通過栗壓縮液體(LNG)的必需能量，且用于壓縮氣體的壓縮機(jī)非常昂貴且占據(jù)大的體積。因此，僅使用栗線路而不使用壓縮機(jī)線路可被視為是經(jīng)濟(jì)的。舉例而言，通過驅(qū)動多級壓縮機(jī)中的一組壓縮機(jī)來供應(yīng)燃料至ME-GI引擎會消耗2MW的功率，而在使用高壓栗時僅消耗10kW的功率。然而，當(dāng)在滿載狀態(tài)下僅經(jīng)由高壓栗線路將燃料氣體供應(yīng)至引擎時，需要用于使BOG重新液化的再液化設(shè)備以處理在存儲罐中不斷產(chǎn)生的B0G?？紤]到再液化設(shè)備的能量消耗，通過采用壓縮機(jī)線路及栗線路兩者以在滿載狀態(tài)下經(jīng)由壓縮機(jī)線路供應(yīng)燃料氣體至引擎而在壓載狀態(tài)下經(jīng)由高壓栗線路供應(yīng)燃料氣體至引擎可為有利的。
[0106]當(dāng)在存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體小于ME-GI引擎在壓載狀態(tài)下的必需燃料時，以下做法可為高效的:多級壓縮機(jī)不將蒸發(fā)氣體壓縮至ME-GI引擎的必需高壓，且蒸發(fā)氣體的一部分在多級壓縮期間被強(qiáng)制性地經(jīng)由BOG分支線路(L7)自壓縮機(jī)排放然后作為燃料供應(yīng)至雙燃料引擎。亦即，當(dāng)蒸發(fā)氣體在僅經(jīng)過5級壓縮機(jī)的第一級壓縮汽缸及第二級壓縮汽缸之后被供應(yīng)至雙燃料引擎時，剩余的三個壓縮汽缸空轉(zhuǎn)。舉例而言，通過驅(qū)動整個5級壓縮機(jī)來壓縮蒸發(fā)氣體需要2MW的功率，然而僅使用第一級壓縮汽缸及第二級壓縮汽缸而使剩余三個壓縮汽缸空轉(zhuǎn)需要600kW的功率，且經(jīng)由高壓栗來供應(yīng)燃料至ME-GI引擎需要10kW的功率。因此，當(dāng)BOG的量小于ME-GI引擎在壓載狀態(tài)下所需的燃料量時，使雙燃料DF引擎消耗所有的蒸發(fā)氣體并經(jīng)由高壓栗供應(yīng)LNG作為燃料在能量效率方面是有利的。
[0107]然而，若有必要，則即使在BOG的量小于ME-GI引擎所需的燃料的量時，仍可在經(jīng)由壓縮機(jī)將BOG作為燃料供應(yīng)至ME-GI引擎的同時通過強(qiáng)制性地氣化視需要供應(yīng)足夠多的LNG。另一方面，由于在壓載狀態(tài)下產(chǎn)生少量的B0G，因此BOG可被收集直至存儲罐達(dá)到預(yù)定壓力，使得所收集的蒸發(fā)氣體可間歇地作為燃料被供應(yīng)至雙燃料DF引擎或ME-GI引擎，而非每當(dāng)產(chǎn)生蒸發(fā)氣體時便消耗所述蒸發(fā)氣體。
[0108]此外，包括難以在海上進(jìn)行修復(fù)或更換的設(shè)施的船舶在緊急情形中需要包括備用設(shè)施(即，冗余設(shè)計)。即，有必要將船只設(shè)計成具有主設(shè)施及能夠與主設(shè)施執(zhí)行相同功能的多余設(shè)施，使得多余設(shè)施在主設(shè)施正常運作時處于待用狀態(tài)而在主設(shè)施故障時執(zhí)行主設(shè)施的功能。需要冗余設(shè)計的設(shè)施可包括旋轉(zhuǎn)裝置，例如壓縮機(jī)、栗等。
[0109]如上所述，船舶配備有兩份各種設(shè)施以滿足冗余要求，多余的一份設(shè)施在正常狀態(tài)下不使用。使用兩個壓縮機(jī)線路的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)可具有用于安裝壓縮機(jī)的成本高及空間大且在使用壓縮機(jī)期間能量消耗高的問題，而使用兩個高壓栗線路的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)可具有用于處理(即，再液化)蒸發(fā)氣體的能量消耗高的問題。相反，根據(jù)本發(fā)明的具有單個壓縮機(jī)線路及單個高壓栗線路兩者的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)可使得船舶在即使一個供應(yīng)線路存在問題時仍能夠經(jīng)由另一個供應(yīng)線路來正常地執(zhí)行航運，且可在使用較少昂貴壓縮機(jī)的同時依所產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量而恰當(dāng)?shù)剡x擇最佳燃料氣體供應(yīng)方法，從而實現(xiàn)不僅降低初始構(gòu)造成本而且降低運作成本的額外效果。
[0110]如圖3所示，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實施例將蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)與燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)相結(jié)合時，在LNG船運輸貨物(S卩，LNG)期間產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體可用作引擎的燃料或經(jīng)由再液化再次存儲于存儲罐中，從而使得可降低或消除氣體燃燒單元GCU等對蒸發(fā)氣體的浪費并可通過再液化來處理蒸發(fā)氣體而無需使用例如氮氣等單獨制冷劑的再液化設(shè)備。
[0111]根據(jù)本發(fā)明，盡管在當(dāng)前趨勢下隨著存儲罐的容量增加而所產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量增加，且隨著引擎的性能提高而引擎的必需燃料減少，但在用作引擎的燃料之后剩余的蒸發(fā)氣體可被重新液化并返回至存儲罐，從而防止蒸發(fā)氣體的浪費。
[0112]具體而言，對于根據(jù)本發(fā)明的用于處理蒸發(fā)氣體的系統(tǒng)及方法而言，沒有必要安裝使用單獨制冷劑的再液化設(shè)備(即，氮氣制冷劑冷卻循環(huán)或混合制冷劑冷卻循環(huán))。因此，不需要用于供應(yīng)及存儲制冷劑的額外設(shè)施，從而降低了整個系統(tǒng)的初始安裝成本及運作成本。
[0113]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖，且圖5是根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖，且圖7是根據(jù)本發(fā)明的第六示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的示意圖，其中冷卻機(jī)設(shè)置于根據(jù)第五示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的再循環(huán)線路(RL)。
[0114]應(yīng)理解，以下闡述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)不僅可應(yīng)用于設(shè)置有液化氣體存儲罐的任意種類的船舶(例如，LNG船、LNG RV等)，而且可應(yīng)用于海上工廠(例如LNG FPS0、LNG FSRU等)O
[0115]參照圖4，根據(jù)第三示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)包括:燃料供應(yīng)線路(LI)，在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的LNG存儲罐(T)中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述燃料供應(yīng)線路被壓縮并供應(yīng)至所述船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的引擎；以及液化線路(L2)，經(jīng)由所述液化線路，經(jīng)壓縮的蒸發(fā)氣體中的某些蒸發(fā)氣體被供應(yīng)、通過與在LNG存儲罐(T)中產(chǎn)生的將經(jīng)受壓縮的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而被冷卻、并隨后通過絕熱膨脹而被液化。
[0116]盡管LNG存儲罐(T)設(shè)置有密封及熱絕緣障壁以在低溫狀態(tài)下存儲例如液化天然氣等液化氣體，但LNG存儲罐無法實現(xiàn)完全阻擋自外界的熱傳遞。因此，液化氣體的蒸發(fā)在存儲罐中持續(xù)發(fā)生，且蒸發(fā)氣體經(jīng)由蒸發(fā)氣體排放線路(LI)自存儲罐排放以將蒸發(fā)氣體在存儲罐內(nèi)的壓力維持在適當(dāng)?shù)乃?。所排放的蒸發(fā)氣體(NBOG)被沿燃料供應(yīng)線路(LI)遞送、被壓縮機(jī)壓縮、且隨后被供應(yīng)至高壓天然氣注入引擎(E1、E2)。
[0117]為了壓縮將被供應(yīng)至引擎的蒸發(fā)氣體，燃料供應(yīng)線路(LI)設(shè)置有壓縮機(jī)(100)。壓縮機(jī)(100)可被實現(xiàn)為其中交替排列有壓縮汽缸及中間冷卻機(jī)的多級壓縮機(jī)。在附圖中，示出了包括交替排列的五個壓縮汽缸及五個中間冷卻機(jī)的多級壓縮機(jī)(100)。
[0118]根據(jù)本實施例的船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)設(shè)置有:第一引擎(El)，接收經(jīng)過多級壓縮機(jī)(100)的一部分的經(jīng)壓縮蒸發(fā)氣體作為燃料；以及第二引擎(E2)，接收經(jīng)過整個多級壓縮機(jī)(100)的經(jīng)壓縮蒸發(fā)氣體作為燃料。
[0119]第一引擎(El)可為能夠接收處于5巴至20巴下的經(jīng)壓縮蒸發(fā)氣體作為燃料的雙燃料DF引擎，且第二引擎(E2)可為能夠接收處于150巴至400巴下的經(jīng)壓縮蒸發(fā)氣體作為燃料的ME-GI引擎。
[0120]根據(jù)引擎所需的燃料量及在存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量，經(jīng)壓縮蒸發(fā)氣體整體可被供應(yīng)至引擎。然而，在實施例中，由于在存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體的量可大于引擎所需的燃料量，因此設(shè)置液化線路(L2)以處理蒸發(fā)氣體，使得蒸發(fā)氣體可作為燃料被供應(yīng)至第一引擎及第二引擎(E2)，且剩余的蒸發(fā)氣體可通過由熱交換機(jī)(200)及膨脹單元(300)執(zhí)行的液化而存儲于LNG存儲罐(T)中。
[0121]熱交換機(jī)(200)安置于液化線路(L2)與燃料供應(yīng)線路(LI)之間的交叉點處，以通過使由壓縮機(jī)(100)壓縮的蒸發(fā)氣體與將被供應(yīng)至壓縮機(jī)(100)的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻所述由壓縮機(jī)(100)壓縮的蒸發(fā)氣體。在熱交換機(jī)(200)中，由壓縮機(jī)(100)壓縮至高壓的蒸發(fā)氣體通過與在剛剛自LNG存儲罐(T)排放之后具有低溫溫度的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而被液化。因此，根據(jù)實施例，在LNG存儲罐(T)中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體可在液化天然氣存儲罐中通過冷熱液化，而無需使用單獨的制冷劑系統(tǒng)。
[0122]液化線路(L2)設(shè)置有:膨脹單元(300)，執(zhí)行由熱交換機(jī)(200)冷卻的蒸發(fā)氣體的絕熱膨脹；以及氣-液分離機(jī)(400)，執(zhí)行在膨脹單元(300)中經(jīng)絕熱膨脹的蒸發(fā)氣體的氣/液分離，并將LNG供應(yīng)至液化天然氣存儲罐(T)。由熱交換機(jī)(200)冷卻的經(jīng)液化蒸發(fā)氣體(LBOG)在經(jīng)過膨脹單元(300)時被減壓，隨后以氣-液混合狀態(tài)被供應(yīng)至氣-液分離機(jī)(400) ο
[0123]膨脹單元(300)可為例如膨脹閥(J-T閥)或膨脹機(jī)(expander)。在經(jīng)過膨脹單元(300)時，LBOG可被減壓至近似大氣壓力。
[0124]在減壓后處于氣-液混合狀態(tài)的LBOG被氣-液分離機(jī)(400)分為氣體組分及液體組分，其中液體組分(亦即，液化天然氣)經(jīng)由返回線路(L3)被遞送至LNG存儲罐(T)，且氣體組分(亦即，蒸發(fā)氣體)經(jīng)由再循環(huán)線路(RL)而加入自存儲罐排放的將被供應(yīng)至熱交換機(jī)(200)及壓縮機(jī)(100)的蒸發(fā)氣體。再循環(huán)線路(RL)可進(jìn)一步設(shè)置有能夠執(zhí)行由氣-液分離機(jī)(400)分離的蒸發(fā)氣體進(jìn)行減壓的膨脹閥(V4)。返回線路(L3)也可設(shè)置有用于打開或關(guān)閉返回線路的分離閥(V3)。
[0125]在此實施例中，旁通線路(BL)可自液化線路(L2)分支出以使得經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體能夠自膨脹單元(300)的下游側(cè)被供應(yīng)至氣-液分離機(jī)(400)的下游側(cè)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運作的多樣化。為此，液化線路(L2)設(shè)置有位于氣-液分離機(jī)(400)的上游的第一分離閥(Vl)，且旁通線路(BL)設(shè)置有第二分離閥(V2)。
[0126]通過旁通線路(BL)，經(jīng)受絕熱膨脹的LBOG可由氣-液分離機(jī)(400)以兩相(twophase)狀態(tài)分離成氣體組分及液體組分，或可經(jīng)由旁通線路(BL)通過返回線路(L3)被供應(yīng)至LNG存儲罐(T)而不經(jīng)過氣-液分離機(jī)(400)，然后通過至存儲罐的熱傳遞而被額外地液化。
[0127]當(dāng)預(yù)期會因LNG存儲罐(T)內(nèi)的蒸發(fā)氣體超過引擎的必需燃料及再液化容量而產(chǎn)生過量蒸發(fā)氣體時，已被壓縮或正在壓縮機(jī)(100)中被逐步壓縮的某些蒸發(fā)氣體被排放至蒸發(fā)氣體消耗側(cè)(G)。蒸發(fā)氣體消耗側(cè)(G)的實例可包括氣體燃燒單元GCU、雙燃料發(fā)電機(jī)、氣體輪機(jī)等。
[0128]參照圖5，根據(jù)第四示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)還在根據(jù)第三示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的再循環(huán)線路(RL)中包括冷卻機(jī)(500)，以使得由熱交換機(jī)(200)冷卻的蒸發(fā)氣體能夠利用由氣-液分離機(jī)(400)分離的蒸發(fā)氣體在絕熱膨脹之前被額外地冷卻。除冷卻機(jī)(500)安置于再循環(huán)線路與液化線路(L2)之間的交叉點處以通過與由氣-液分離機(jī)(400)分離且處于低壓低溫氣體狀態(tài)的天然氣進(jìn)行熱交換而實現(xiàn)對已經(jīng)過熱交換機(jī)(200)且處于高壓液體狀態(tài)的蒸發(fā)氣體的額外冷卻以外，根據(jù)本實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)類似于上述實施例中所述的。本文中不再對其予以贅述。
[0129]參照圖6，不同于第三示例性實施例，根據(jù)第五示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)僅設(shè)置有在壓縮機(jī)的壓縮期間接收蒸發(fā)氣體的第一引擎(Ela)，且用于容許經(jīng)由壓縮機(jī)(10a)的整體而被壓縮的蒸發(fā)氣體的再液化。此系統(tǒng)可增大蒸發(fā)氣體的再液化量。不同于其中設(shè)置有多個接收不同壓力下的氣體的引擎的第一示例性實施例及第二示例性實施例，根據(jù)本實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)設(shè)置有用以接收恒定壓力下的氣體的引擎(Ela)，且經(jīng)由壓縮機(jī)(10a)的整體而被壓縮的蒸發(fā)氣體經(jīng)受再液化而非被供應(yīng)至引擎。本文中也不再對其予以贅述。
[0130]參照圖7，根據(jù)第六示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)還在根據(jù)第五示例性實施例的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)的再循環(huán)線路(RLa)中包括冷卻機(jī)(500a)，以使得由熱交換機(jī)(200a)冷卻的蒸發(fā)氣體能夠利用由氣-液分離機(jī)(400a)分離的蒸發(fā)氣體在絕熱膨脹之前被額外地冷卻。本文中也不再對其予以贅述。
[0131]對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是:本發(fā)明并非僅限于上述實施例，且在不背離本發(fā)明的范圍的條件下可作出各種修改或變型。因此，應(yīng)理解，所述實施例的此類修改或變型落于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，其特征在于包括: 壓縮機(jī)，其壓縮在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體； 熱交換機(jī)，其通過與將被供應(yīng)至所述壓縮機(jī)的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻由所述壓縮機(jī)壓縮的所述蒸發(fā)氣體； 膨脹單元，其執(zhí)行由所述熱交換機(jī)冷卻的所述蒸發(fā)氣體的絕熱膨脹； 氣-液分離機(jī)，其執(zhí)行經(jīng)受由所述膨脹單元執(zhí)行的絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體的氣/液分離，并將液化天然氣供應(yīng)至所述LNG存儲罐;以及 旁通線路，經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述旁通線路而自所述膨脹單元的下游側(cè)被供應(yīng)至所述氣-液分離機(jī)的下游側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，還包括: 再循環(huán)線路，由所述氣-液分離機(jī)分離的氣相的所述蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述再循環(huán)線路而被引入至所述蒸發(fā)氣體的流中，以自所述LNG存儲罐供應(yīng)至所述熱交換機(jī);以及 冷卻機(jī)，設(shè)置于所述再循環(huán)線路并利用由所述氣-液分離機(jī)分離的所述蒸發(fā)氣體額外地使由所述熱交換機(jī)冷卻的所述蒸發(fā)氣體冷卻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，還包括: 第一分離閥，安置于所述氣-液分離機(jī)的上游；以及 第二分離閥，設(shè)置于所述旁通線路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，其中所述壓縮機(jī)是其中交替排列有壓縮氣缸及中間冷卻機(jī)的多級壓縮機(jī)，且經(jīng)由所述多級壓縮機(jī)的一部分而被壓縮的所述蒸發(fā)氣體作為燃料而被供應(yīng)至第一引擎。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，其中經(jīng)由所述多級壓縮機(jī)的整體而被壓縮的所述蒸發(fā)氣體作為燃料而被供應(yīng)至第二引擎，且在供應(yīng)至所述第一引擎及所述第二引擎之后剩余的所述蒸發(fā)氣體在經(jīng)由所述熱交換機(jī)及所述膨脹單元進(jìn)行液化之后存儲于所述LNG存儲罐中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，其中所述第一引擎是能夠接收被壓縮至5巴至20巴的壓力的所述蒸發(fā)氣體作為燃料的雙燃料DF引擎，且所述第二引擎是能夠接收被壓縮至150巴至400巴的壓力的所述蒸發(fā)氣體作為燃料的ME-GI引擎。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，其中所述膨脹單元包括膨脹閥(J-T閥)及膨脹機(jī)(expander)中的一個。8.一種蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，其特征在于包括: 燃料供應(yīng)線路，在船舶結(jié)構(gòu)或浮式結(jié)構(gòu)的LNG存儲罐中產(chǎn)生的蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述燃料供應(yīng)線路被壓縮并供應(yīng)至所述船舶結(jié)構(gòu)或所述浮式結(jié)構(gòu)的引擎； 液化線路，經(jīng)由所述液化線路，經(jīng)壓縮的所述蒸發(fā)氣體中的某些蒸發(fā)氣體被分離、通過與在所述LNG存儲罐中產(chǎn)生的將被壓縮的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而被冷卻、并通過絕熱膨脹而被液化； 氣-液分離機(jī)，執(zhí)行經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體的氣-液分離，并將液化天然氣供應(yīng)至所述LNG存儲觸；以及 旁通線路，自所述液化線路分支出并容許經(jīng)受絕熱膨脹的所述蒸發(fā)氣體能夠在繞過所述氣-液分離機(jī)之后被供應(yīng)至所述LNG存儲罐。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蒸發(fā)氣體處理系統(tǒng)，還包括: 再循環(huán)線路，由所述氣-液分離機(jī)分離的氣相的所述蒸發(fā)氣體經(jīng)由所述再循環(huán)線路而被重新引入至所述燃料供應(yīng)線路中；以及 冷卻機(jī)，安置于所述再循環(huán)線路與所述液化線路之間的交叉點處，并利用由所述氣-液分離機(jī)分離的所述蒸發(fā)氣體使通過與將在所述液化線路中被壓縮的蒸發(fā)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻的所述蒸發(fā)氣體額外地冷卻。
【文檔編號】B63H21/38GK106029491SQ201580010403
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月27日
【發(fā)明人】李準(zhǔn)采, 金南守, 鄭濟(jì)憲, 樸青氣
【申請人】大宇造船海洋株式會社