УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТПАРНОГО ГАЗА НА ТАНКЕРЕ СПГ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ГРЕБНОЙ УСТАНОВКОЙ И С ФУНКЦИЕЙ ПОВТОРНОГО СЖИЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК B63H21/20 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для обработки отпарного газа и способу его осуществления на танкере СПГ с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения газа, и, более конкретно, к устройству для обработки отпарного газа и способу его осуществления на танкере СПГ, которое может энергетически эффективно управлять отпарным природным газом (N-BOG), генерируемым в грузовом танке танкера СПГ, в качестве источника энергии для осуществления движения судна и дополнительно минимизировать потери избыточного газа, который не используется для гребной установки.

Уровень техники

Танкер сжиженного природного газа (танкер СПГ) представляет собой судно для транспортировки сжиженного природного газа (СПГ) от сооружений добычи газа к местам нахождения потребителей и обычно сокращенно называется танкер СПГ или СПГТ. Сжиженный природный газ представляет собой природный газ, содержащий в основном метан (CH₄), сжиженный при -162°C и атмосферном давлении, в котором объемное отношение жидкости к газу составляет 1:600, и удельная плотность СПГ в сжиженном состоянии составляет от 0,43 до 0,50.

В зависимости от конструкции грузовых танков танкеры СПГ подразделяются в основном на два типа, такие как тип танкера с вкладными грузовыми танками и танками мембранного типа. Танкеры СПГ типа танкеров с вкладными грузовыми танками включают в себя танкеры СПГ типа «Moss», разработанные компанией Moss Rosenberg Co. (Норвегия), которая обладает выданными на них патентами, и танкеры СПГ мембранного типа подразделяются на тип Mark III и тип NO96 E2, разработанные компанией GTT во Франции.

Обычно во время рейса танкера СПГ, загруженного СПГ, в грузовых танках танкера СПГ самопроизвольно образуется отпарной газ в количестве от 4 до 6 тонн в час, и поэтому танкер обеспечивается системой повторного сжижения для повторного сжижения отпарного природного газа, или двухтопливный дизель-электрический (DFDE) двигатель гребной установки используется с попеременным применением дизельного топлива и отпарного газа, как требуют обстоятельства, тем самым уменьшая огромные потери газа.

Однако, поскольку существующий танкер СПГ с системой повторного сжижения газа оборудован двигателем, использующим тяжелое дизельное топливо (HFO, bunker C), эксплуатационные издержки резко повышаются в связи с повышением цен на HFO. Существующий танкер СПГ с электрической гребной установкой, оборудованной двухтопливным дизель-электрическим (DFDE) двигателем, при нагрузке, соответствующей 18-20,5 узлам, не может использовать все количество отпарного природного газа, и, следовательно, во время перевозки или доставки большое количество газа должно сжигаться или стравливаться в воздух.

Когда существующий танкер СПГ с электрической гребной установкой движется с экономической скоростью около 17 узлов, около 30% от максимального количества отпарного природного газа остается в виде избыточного газа (например, в случае танкера СПГ вместимостью 173 тыс. куб.м во время рейса со скоростью 17 узлов используется около 3700 кг/час отпарного природного газа из общего количества 5100 кг/час, и, следовательно, около 1400 кг/час избыточного газа остается), и, следовательно, необходима разработка устройства для обработки отпарного газа, которое может эффективно обрабатывать и управлять избыточным газом без его потери.

При объединении существующего DFDE-двигателя гребной установки с существующей системой повторного сжижения газа, когда отпарной газ сжимается до давления (от 4 до 6 бар), подходящего для применения в существующем DFDE-двигателе гребной установки, эффективность повторного сжижения значительно уменьшается в связи с повышением температуры газа. Следовательно, необходимо обязательно обеспечивать отдельный компрессор только для DFDE-двигателя гребной установки или эксплуатировать существующую систему повторного сжижения газа при низкой эффективности повторного сжижения.

Техническая задача

Соответственно, настоящее изобретение выполнено для решения описанных выше проблем, и задачей настоящего изобретения является создание устройства для обработки отпарного газа и способа его осуществления на танкере СПГ с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения, в котором система повторного сжижения газа объединена с танкером СПГ с электрической гребной установкой, использующей DFDE-двигатель гребной установки, для повторного сжижения избыточного газа, остающегося после использования отпарного газа, необходимого для эксплуатации танкера СПГ с электрической гребной установкой, следовательно, эффективно обрабатывающего и управляющего отпарным природным газом (N-BOG) без его потери.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства для обработки отпарного газа и способа его осуществления на танкере СПГ с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения, которое может обеспечивать высокую эффективность повторного сжижения без применения отдельного компрессора только для DFDE-двигателя гребной установки, используемого на танкере СПГ с электрической гребной установкой и объединенного с системой повторного сжижения газа.

Техническое решение

Для решения упомянутых выше задач одним из аспектов настоящего изобретения является создание устройства для обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, имеющего функцию повторного сжижения и содержащего: охладитель 10 отпарного газа, который принимает отпарной природный газ, образующийся в грузовом танке танкера СПГ, и охлаждает газ путем теплообмена с хладагентом; газовый компрессор 20, который принимает охлажденный отпарной природный газ из охладителя 10 отпарного газа и сжимает газ до давления, подходящего для применения в двухтопливном дизель-электрическом (DFDE) двигателе 3 гребной установки; охладитель 30 газа, подаваемого в двигатель, который охлаждает отпарной природный газ, нагреваемый по мере прохождения через газовый компрессор 20, до температуры, подходящей для применения в DFDE-двигателе 3 гребной установки, и подает охлажденный газ в DFDE-двигатель 3 гребной установки; и теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения, который принимает избыточный отпарной природный газ, который не используется в DFDE-двигателе 3 гребной установки, после охладителя 30 газа, подаваемого в двигатель, и после охлаждения и повторного сжижения путем теплообмена с хладагентом подает газ в грузовой танк танкера СПГ.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать: компандер 61 хладагента, включающий в себя множество компрессоров 61a хладагента, которые выполнены с возможностью осуществления многоступенчатого сжатия газообразного хладагента, и детандер 61b хладагента для расширения хладагента, сжимаемого и нагреваемого по мере прохождения через компрессоры 61a хладагента, чтобы стать охлажденным до более низкой температуры, чем точка замерзания СПГ; и охладитель 62 хладагента, который охлаждает хладагент, текущий в компрессоры 61a хладагента или из них, для повышения индикаторного коэффициента полезного действия компрессора 61a хладагента.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать буферный резервуар 63 для хладагента, который соединяется с блоком подачи хладагента, для выборочного приема хладагента и включает в себя емкость для хранения, предназначенную для хранения в ней большого количества газообразного хладагента, и газоотвод для того, чтобы восполнять потери хладагента во время переноса и теплообмена, чтобы компенсировать (гидродинамический) удар в результате изменения давления или пропускной способности подводящего трубопровода для хладагента и чтобы уменьшать избыточное давление.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать: первый подводящий трубопровод 64a для хладагента, который подает хладагент, проходящий через компандер 61 хладагента, к теплообменному аппарату 50 для повторного сжижения газа и подает хладагент, нагреваемый по мере прохождения через теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа, в буферный резервуар 63 для хладагента; и второй подводящий трубопровод 64b для хладагента, который подает хладагент, проходящий через компандер 61 хладагента, к охладителю 10 отпарного газа и подает хладагент, нагреваемый по мере прохождения через охладитель 10 отпарного газа, в буферный резервуар 63 для хладагента.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать клапан-регулятор температуры 65, который регулирует интенсивность подачи хладагента, проходящего через второй подводящий трубопровод 64b для хладагента, пропорционально температуре и интенсивности подачи отпарного природного газа, проходящего через охладитель 10 отпарного газа.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать третий подводящий трубопровод 64c для хладагента, который подает хладагент, проходящий через множество компрессоров хладагента 61a, к теплообменному аппарату 50 для повторного сжижения газа, охлаждает хладагент, нагреваемый по мере прохождения через теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа, путем теплообмена с хладагентом, проходящим через первый подводящий трубопровод 64a для хладагента, и подает охлажденный хладагент к детандеру 61b хладагента.

Охладитель 30 газа, подаваемого в двигатель, может быть оснащен охладителем на основе пресной воды, который осуществляет теплообмен с помощью пресной воды в качестве хладагента, и охладитель 62 хладагента может быть оснащен охладителем на основе морской воды, который осуществляет теплообмен с помощью морской воды.

Хладагент может представлять собой N₂, точка замерзания которого ниже, чем точка замерзания СПГ, и который не является взрывоопасным.

Охладитель 10 отпарного газа может содержать выпускное отверстие для СПГ, которое образуется при открытии в нижней части охладителя 10 отпарного газа таким образом, что отпарной природный газ, частично сжиженный путем теплообмена с хладагентом, самотеком подается в грузовой танк танкера СПГ.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать: измеритель 41 расхода газа, который измеряет количество отпарного природного газа, подаваемого в DFDE-двигатель 3 гребной установки; и клапан 42 распределения нагрузки (газораспределительный клапан), который регулирует интенсивность подачи отпарного природного газа, текущего в теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения, исходя из количества газа, необходимого для DFDE-двигателя 3 гребной установки в соответствии с изменением нагрузки во время рейса судна и количеством газа, измеряемым с помощью измерителя расхода газа 41.

Компандер 61 хладагента может увеличивать и уменьшать интенсивность подачи или скорость потока хладагента пропорционально интенсивности подачи газа, проходящего через клапан 42 распределения нагрузки.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать сепаратор 70 отпарного газа и СПГ, включающий в себя емкость для хранения, которая может одновременно содержать жидкофазный СПГ, повторно сжиженный в теплообменном аппарате для повторного сжижения газа и подаваемый в грузовой танк танкера СПГ, и газ или N₂, образующийся отдельно от повторно сжиженного СПГ, и газоотвод, который отводит газ, присутствующий в емкости для хранения, тем самым обеспечивается подача в грузовой танк танкера СПГ только повторно сжиженного СПГ, от которого отделен газ или N₂.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать нагнетательный насос 80 для СПГ, который устанавливается на трубопроводе для подачи СПГ, повторно сжиженного в теплообменном аппарате 50 для повторного сжижения, в грузовой танк танкера СПГ для того, чтобы принудительно подавать повторно сжиженный СПГ в грузовой танк танкера СПГ в случае, если СПГ, повторно сжиженный в теплообменном аппарате 50 для повторного сжижения газа, не подается естественным образом или самотеком в грузовой танк танкера СПГ или в случае потери напора в трубопроводе.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать камеру 90 сжигания газа, которая сжигает принимаемый отпарной природный газ, превышающий количество, необходимое для DFDE-двигателя 3 гребной установки, в том случае, если теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа эксплуатируется в аварийном режиме, или работа теплообменного аппарата 50 для повторного сжижения газа прекращается в связи с аварией, поломкой или неисправностью.

Устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать устройство отображения ситуации во время рейса (не показано), которое генерирует сигнал, позволяющий рулевому судна визуально или на слух убеждаться, движется ли танкер СПГ с электрической гребной установкой с заданной экономической скоростью.

Для решения упомянутых выше задач еще один аспект настоящего изобретения состоит в создании способа обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, с функцией повторного сжижения, способа, включающего: стадию предварительной обработки отпарного газа, на которой отпарной природный газ (N-BOG), образующийся в грузовом танке танкера СПГ, сначала охлаждается; стадию сжатия отпарного газа, на которой отпарной природный газ, охлажденный на стадии предварительной обработки отпарного газа, сжимается до давления, подходящего для применения в двухтопливном дизель-электрическом (DFDE) двигателе 3 гребной установки; стадию охлаждения отпарного газа, на которой отпарной природный газ, нагретый на стадии сжатия отпарного газа, повторно охлаждается до температуры, подходящей для применения в DFDE-двигателе 3 гребной установки, и подается в DFDE-двигатель 3 гребной установки; и стадию повторного сжижения избыточного газа, на которой избыточный природный отпарной газ, который не используется в DFDE-двигателе 3 гребной установки, охлаждается и повторно сжижается с помощью теплообменника 50 для повторного сжижения и подается в грузовой танк танкера СПГ.

Способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать стадию сжигания избыточного газа, на которой отпарной природный газ, превышающий количество газа, необходимое для DFDE-двигателя 3 гребной установки, сжигается в том случае, если теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа эксплуатируется в аварийном режиме, или работа теплообменного аппарата 50 для повторного сжижения газа прекращается в связи с аварией, поломкой или неисправностью.

Эффекты изобретения

Согласно настоящему изобретению с описанной выше принципиальной схемой устройство для обработки отпарного газа для подачи в DFDE-двигатель гребной установки объединяется с системой повторного сжижения для повторного сжижения избыточного отпарного газа, который не используется для работы танкера СПГ с электрической гребной установкой, и, следовательно, потери отпарного природного газа сводятся к минимуму, улучшая при этом экономические показатели и эффективность.

Кроме того, поскольку отпарной природный газ по мере последовательного прохождения через охладитель отпарного газа, газовый компрессор и охладитель газа, подаваемого в двигатель, сжимается до высокого давления, при котором облегчается повторное сжижение, и одновременно обладает давлением и температурой, подходящими для применения в DFDE-двигателе гребной установки, можно эксплуатировать DFDE-двигатель гребной установки и обеспечивать высокую эффективность повторного сжижения без дополнительного применения дорогостоящего компрессора, обеспечивающего только работу DFDE-двигателя гребной установки.

Кроме того, с помощью измерителя расхода газа можно определять, соответствует ли подаваемое количество газа нагрузке, приложенной к DFDE-двигателю гребной установки, или существует ли различие между количеством газа, подаваемым в DFDE-двигатель гребной установки в данный момент, и количеством газа, необходимым для DFDE-двигателя гребной установки, и с помощью клапана распределения нагрузки можно осуществлять устойчивый процесс регулирования количества газа, подаваемого в DFDE-двигатель гребной установки или в теплообменный аппарат для повторного сжижения газа, легко обеспечивая при этом автоматическую работу системы.

Кроме того, поскольку на пути подачи отпарного природного газа, проходящего через охладитель подаваемого в двигатель газа к DFDE-двигателю гребной установки, применяют камеру для сжигания газа, можно сжигать отпарной природный газ, превышающий количество газа, необходимого для DFDE-двигателя гребной установки, путем эксплуатации камеры сжигания газа в том случае, если теплообменный аппарат для повторного сжижения газа эксплуатируется в аварийном режиме, или работа теплообменного аппарата для повторного сжижения газа прекращается в связи с аварией, поломкой или неисправностью, улучшая при этом стабильность работы.

Дополнительно, путем применения охладителя отпарного газа и клапана-регулятора температуры можно эффективно охлаждать отпарной природный газ до заданного интервала температур, подходящего для работы газового компрессора, независимо от температуры отпарного природного газа в грузовом танке танкера СПГ и подачи охлажденного газа в газовый компрессор, и, следовательно, можно решать проблемы, которые возникают, когда при низком уровне жидкого СПГ в грузовом танке танкера СПГ сжатие и подача отпарного природного газа осуществляются неэффективно, и к компрессору прикладывается избыточная нагрузка из-за образования аэрозольной смеси СПГ.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схематическая диаграмма, показывающая устройство для обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, обладающее функцией повторного сжижения, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая способ обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, включающий в себя функцию повторного сжижения газа, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Способ осуществления изобретения

Ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи будет описано устройство и способ обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения газа, в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 представлена схематическая диаграмма, показывающая устройство для обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения газа, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения; и на фиг.2 представлена принципиальная схема, показывающая способ обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Устройство для обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, обладающее функцией повторного сжижения газа, может энергетически эффективно управлять отпарным природным газом, образующимся в грузовом танке танкера СПГ, в качестве источника энергии для осуществления движения судна и дополнительно минимизировать потери избыточного газа, который не используется для гребной установки. Как показано на фиг.1, устройство для обработки отпарного газа обычно содержит охладитель 10 отпарного газа, газовый компрессор 20, охладитель 30 газа, подаваемого в двигатель, и теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа.

Охладитель 10 отпарного газа принимает отпарной природный газ, образующийся в грузовом танке танкера СПГ (не показан), и сначала охлаждает газ путем теплообмена с хладагентом; и газовый компрессор 20 принимает отпарной природный газ, охлажденный в охладителе 10 отпарного газа, и сжимает газ до давления (например, от 4 до 7 бар), подходящего для применения в двухтопливном дизель-электрическом (DFDE) двигателе 3 гребной установки.

Когда в нижней части охладителя 10 отпарного газа при открытии образуется выпускное отверстие (не показано) для СПГ, отпарной природный газ частично сжижается путем теплообмена с хладагентом, и сжиженный СПГ естественным образом или самотеком течет по пути отпарного газа в охладитель отпарного газа 10 и собирается в нижней части емкости для хранения. В результате собранный при этом сжиженный СПГ, отделенный от отпарного природного газа, через выпускное отверстие для СПГ можно подавать в грузовой (графитовый) танк танкера СПГ.

Охладитель 30 газа, подаваемого в двигатель, охлаждает отпарной природный газ, нагреваемый (например, приблизительно от -140°C до интервала 70-80°C) по мере прохождения через газовый компрессор 20, до температуры (например, от интервала 70-80°C до интервала 10-50°C), подходящей для применения в DFDE-двигателе 3 гребной установки, и подает охлажденный газ в DFDE-двигатель 3 гребной установки. Теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа принимает избыточный отпарной природный газ, который не используется в DFDE-двигателе 3 гребной установки, после охладителя 30 газа, подаваемого в двигатель, и после охлаждения и повторного сжижения путем теплообмена с хладагентом подает газ в грузовой танк танкера СПГ.

По мере последовательного прохождения через охладитель 10 отпарного газа, газовый компрессор 20 и охладитель 30 газа, подаваемого в двигатель, отпарной природный газ сжимается до высокого давления, при котором облегчается повторное сжижение, и одновременно имеет давление и температуру, подходящие для применения в DFDE-двигателе 3 гребной установки. Следовательно, можно эксплуатировать DFDE-двигатель 3 гребной установки и обеспечивать высокую эффективность повторного сжижения без дополнительного применения дорогостоящего компрессора, обеспечивающего только работу DFDE-двигателя 3 гребной установки.

Для того чтобы регулировать количество газа, подаваемого в DFDE-двигатель 3 гребной установки, устройство для обработки отпарного газа предпочтительно может содержать прибор 41 учета расхода газа, который измеряет количество отпарного природного газа, подаваемого в DFDE-двигатель 3 гребной установки, и клапан 42 распределения нагрузки, который регулирует интенсивность подачи отпарного природного газа, текущего в теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа, исходя из количества газа, необходимого для DFDE-двигателя 3 гребной установки, в соответствии с изменением нагрузки во время рейса судна и количеством газа, измеряемым с помощью измерителя 41 расхода газа.

С помощью измерителя 41 расхода газа можно определить, подходит ли подаваемое количество газа для приложенной к DFDE-двигателю 3 гребной установки нагрузки или в данный момент существует различие между количеством газа, подаваемым в DFDE-двигатель 3 гребной установки, и количеством газа, необходимым для DFDE-двигателя 3 гребной установки, и с помощью клапана 42 распределения нагрузки можно стабильно регулировать количество газа, подаваемого в DFDE-двигатель 3 гребной установки или в теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа, легко обеспечивая при этом автоматическую работу системы.

Хладагент, применяемый в охладителе 10 отпарного газа и теплообменном аппарате 50 для повторного сжижения газа, предпочтительно представляет собой N₂, точка замерзания которого (-196°C) ниже точки замерзания СПГ (от -150 до -160°C), и который не является взрывоопасным. Кроме того, для подачи хладагента к охладителю 10 отпарного газа и теплообменному аппарату 50 для повторного сжижения газа предпочтительно применяется установка для сжижения, содержащая компандер 61 хладагента, охладитель 62 хладагента, буферный резервуар 63 для хладагента, первый-третий подводящие трубопроводы 64a, 64b и 64c для хладагента и клапан-регулятор температуры 65.

Компандер 61 хладагента содержит множество компрессоров 61a хладагента, выполненных с возможностью многоступенчатого сжатия газообразного хладагента (например, от интервала 4-10 бар до интервала 40-60 бар), и детандер 61b хладагента для расширения хладагента (например, уменьшая давление от интервала 40-60 бар до интервала 4-6 бар), сжимаемого и нагреваемого по мере прохождения через компрессоры 61a хладагента, чтобы быть охлажденным до температуры (например, приблизительно от -20°C до интервала от -150 до -160°C) ниже, чем точка замерзания СПГ. Кроме того, предпочтительно увеличивать и уменьшать интенсивность подачи или скорость потока хладагента пропорционально интенсивности подачи газа, проходящего через клапан (газораспределительный клапан) распределения нагрузки 42, то есть интенсивность подачи отпарного природного газа, проходящего через теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа.

Охладитель 62 хладагента размещен среди множества компрессоров 61a хладагента, чтобы охлаждать хладагент, текущий в компрессоры 61a хладагента или из них, для повышения индикаторного коэффициента полезного действия компрессора 61a хладагента, а также размещен между компрессором 61a хладагента и детандером 61b хладагента для повышения эффективности охлаждения детандера 61b хладагента.

Буферный резервуар 63 для хладагента соединяется с блоком подачи хладагента (не показан) для выборочного приема хладагента и содержит емкость для хранения, предназначенную для хранения в ней большого количества газообразного хладагента, и газоотвод (не показан) для того, чтобы восполнять потерю хладагента во время переноса и теплообмена, чтобы компенсировать (гидродинамический) удар в результате изменения давления или пропускной способности подводящего трубопровода для хладагента и чтобы уменьшать избыточное давление.

Первый подводящий трубопровод 64a для хладагента обеспечивает путь потока для подачи хладагента (например, при температуре от -150 до -160° C и давлении от 4 до 6 бар), проходящего через компандер 61 хладагента в теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа, и подачу хладагента, нагреваемого по мере прохождения через теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа, в буферный резервуар 63 для хладагента.

Второй подводящий трубопровод 64b для хладагента обеспечивает путь потока для подачи хладагента (например, при температуре от -150 до -160°C и давлении от 4 до 6 бар), проходящего через компандер 61 хладагента к охладителю 10 отпарного газа, и подачу хладагента, нагреваемого по мере прохождения через охладитель 10 отпарного газа, в буферный резервуар 63 для хладагента.

Когда клапан-регулятор температуры 65 для регулирования интенсивности подачи хладагента, проходящего через второй подводящий трубопровод 64b для хладагента, пропорционально температуре и интенсивности подачи отпарного природного газа, проходящего через охладитель 10 отпарного газа, устанавливается на второй подводящий трубопровод 64b для хладагента, можно поддерживать постоянную холодопроизводительность охладителя 10 отпарного газа.

Когда в грузовом танке танкера СПГ содержится относительно небольшое количество СПГ (например, во время рейса без груза по сравнению с рейсом с полным грузом, когда грузовой танк танкера СПГ полностью загружен СПГ), отпарной природный газ локализуется в верхней части грузового танка танкера СПГ и, очевидно, находится на расстоянии далеко от жидкофазного СПГ, присутствующего в нижней части грузового танка танкера СПГ, и температура отпарного природного газа при этом относительно повышается.

То есть, когда температура отпарного природного газа относительно повышается, индикаторный коэффициент полезного действия компрессора, установленного снаружи грузового танка танкера СПГ для сжатия отпарного природного газа, уменьшается. Следовательно, существующий танкер СПГ с электрической гребной установкой оборудуют устройством для предварительного охлаждения для образования аэрозоля жидкофазного или низкотемпературного СПГ в грузовом танке танкера СПГ и отдельным насосом для подачи СПГ для образования аэрозоля.

В частности, в существующем танкере СПГ с электрической гребной установкой при низком уровне жидкого СПГ в грузовом танке танкера СПГ необходимо эксплуатировать устройство для предварительного охлаждения и насос. Однако, когда в связи с движением судна усиливается движение СПГ в грузовом танке танкера СПГ, забор и подача СПГ происходят неэффективно, при этом работа устройства для предварительного охлаждения и насоса становится нестабильной. В результате необходимо обеспечивать отдельную систему для стабильного отсасывания СПГ с низким уровнем жидкости. В противном случае работа устройства для предварительного охлаждения или насоса должна быть прекращена или должна быть прервана подача отпарного природного газа в DFDE-двигатель 3 гребной установки.

В настоящем изобретении благодаря применению охладителя отпарного газа 10 и клапана-регулятора температуры 65 можно эффективно охлаждать отпарной природный газ до заданного интервала температур, подходящего для работы газового компрессора 20, независимо от температуры отпарного природного газа в грузовом танке танкера СПГ и подачи охлажденного газа в газовый компрессор 20, и, следовательно, можно решить проблемы, которые возникают, когда уровень жидкого СПГ в грузовом танке танкера СПГ является низким, сжатие и подача отпарного природного газа осуществляются неэффективно, и к компрессору прикладывается избыточная нагрузка из-за образования аэрозольной смеси СПГ.

Третий подводящий трубопровод 64c для хладагента подает хладагент, проходящий через множество компрессоров 61a хладагента, в теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа. Кроме того, третий подводящий трубопровод 64c для хладагента охлаждает хладагент, нагреваемый по мере прохождения через теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения, путем теплообмена с хладагентом, проходящим через первый подводящий трубопровод 64a для хладагента (например, от 40°C до 120°C), без применения отдельного охлаждающего теплообменного аппарата, и подает охлажденный хладагент в детандер 61b для хладагента.

Предпочтительно охладитель 30 газа, подаваемого в двигатель, может представлять собой охладитель на основе пресной воды, который осуществляет теплообмен с помощью пресной воды, обладающей незначительным риском коррозии, в качестве хладагента, и каждый охладитель 62 хладагента может представлять собой охладитель на основе морской воды, который осуществляет теплообмен с помощью морской воды, которую можно получать в больших количествах, в качестве хладагента.

Когда на трубопроводе для подачи СПГ, повторно сжиженного в теплообменном аппарате 50 для повторного сжижения газа, в грузовой танк танкера СПГ устанавливается сепаратор 70 отпарного газа и СПГ, содержащий емкость для одновременного хранения повторно сжиженного жидкофазного СПГ и газа или N₂, отделенного от повторно сжиженного СПГ, и газоотвод (не показан) для выхода газа, присутствующего в емкости для хранения, в грузовой танк танкера СПГ можно подавать только повторно сжиженный СПГ, от которого отделен газ или N₂.

Кроме того, когда на трубопроводе для подачи СПГ, повторно сжиженного в теплообменном аппарате 50 для повторного сжижения газа, в грузовой танк танкера СПГ устанавливается нагнетательный насос 80 для СПГ, повторно сжиженный СПГ можно принудительно подавать в грузовой танк танкера СПГ путем эксплуатации нагнетательного насоса 80 для СПГ в том случае, если СПГ, повторно сжиженный в теплообменном аппарате 50 для повторного сжижения газа, не подается естественным образом или самотеком в грузовой танк танкера СПГ или в случае потери напора в трубопроводе.

Чтобы гарантировать стабильность обработки избыточного газа, обычно обеспечивают пару систем для повторного сжижения газа, обладающих одинаковой функцией. Однако, когда наряду с теплообменным аппаратом 50 для повторного сжижения газа на пути подачи отпарного природного газа, проходящего через охладитель 30 подаваемого в двигатель газа к DFDE-двигателю 3 гребной установки, применяется камера 90 для сжигания газа, можно сжигать отпарной природный газ, превышающий количество газа, необходимое для DFDE-двигателя 3 гребной установки, путем эксплуатации камеры 90 для сжигания газа в том случае, если теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа эксплуатируется в аварийном режиме, или работа теплообменного аппарата 50 для повторного сжижения газа прекращается в связи с аварией, поломкой или неисправностью, при этом стабильность работы системы повышается.

Согласно настоящему изобретению можно повторно сжижать избыточный газ, который не используется для гребной установки судна, и возвращать повторно сжиженный газ в грузовой танк танкера СПГ для хранения в нем независимо от того, движется ли танкер СПГ с электрической гребной установкой с заданной экономической скоростью. Однако предпочтительно обеспечивать устройство отображения ситуации во время рейса (не показано) для генерации сигнала, позволяющего рулевому судна визуально или на слух убеждаться, движется ли танкер СПГ с электрической гребной установкой с заданной экономической скоростью, такой, при которой судно может двигаться в оптимальном состоянии.

Как показано на фиг.2, способ обработки отпарного газа на танкере СПГ с электрической гребной установкой, включающий в себя функцию повторного сжижения газа, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в котором применяется описанное выше устройство для обработки отпарного газа, обычно включает в себя стадию предварительной обработки отпарного газа, стадию сжатия, стадию охлаждения отпарного газа и стадию повторного сжижения избыточного газа.

На стадии предварительной обработки отпарного газа отпарной природный газ (N-BOG), образующийся в грузовом танке танкера СПГ, сначала охлаждается с применением охладителя 10 отпарного газа. На стадии сжатия отпарного газа отпарной природный газ, охлажденный на стадии предварительной обработки отпарного газа, сжимается до давления, подходящего для применения в DFDE-двигателе 3 гребной установки.

На стадии охлаждения отпарного газа отпарной природный газ, нагретый на стадии сжатия отпарного газа, повторно охлаждается до температуры, подходящей для применения в DFDE-двигателе 3 гребной установки, с применением охладителя 30 подаваемого в двигатель газа и подается в DFDE-двигатель 3 гребной установки. На стадии повторного сжижения избыточного газа избыточный природный отпарной газ, который не использовался в DFDE-двигателе 3 гребной установки, охлаждается и повторно сжижается с помощью теплообменного аппарата 50 для повторного сжижения газа и подается в грузовой танк танкера СПГ.

В том случае, если теплообменный аппарат 50 для повторного сжижения газа эксплуатируется в аварийном режиме или работа теплообменного аппарата 50 для повторного сжижения газа прекращается в связи с аварией, поломкой или неисправностью, осуществляется стадия сжигания избыточного газа, такая, на которой отпарной природный газ, превышающий количество газа, необходимого для DFDE-двигателя 3 гребной установки, сжигается в камере 90 для сжигания газа, гарантируя при этом надежность работы (системы).

Несмотря на то, что были проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, специалисту в данной области техники будет понятно, что, не выходя за пределы изобретения, в его более широких аспектах могут быть осуществлены изменения и другие модификации. Различные признаки настоящего изобретения изложены в следующей формуле изобретения.

Перечень ссылочных позиций

3: DFDE-двигатель гребной установки

10: охладитель отпарного газа

20: газовый компрессор

30: охладитель газа, подаваемого в двигатель

41: прибор учета (измеритель) расхода газа

42: клапан распределения нагрузки

50: теплообменный аппарат для повторного сжижения газа

61: компандер хладагента

61a: компрессор хладагента

61b: детандер хладагента

62: охладитель хладагента

63: буферный резервуар для хладагента

64a: первый подводящий трубопровод для хладагента

64b: второй подводящий трубопровод для хладагента

64c: третий подводящий трубопровод для хладагента

65: клапан-регулятор температуры

70: сепаратор отпарного газа и СПГ

80: нагнетательный насос СПГ

90: камера сжигания газа.

Изобретение относится к обработке отпарного газа на танкере для перевозки сжиженного природного газа с электрической гребной установкой. Устройство для обработки отпарного газа на танкере для перевозки сжиженного природного газа с электрической гребной установкой содержит охладитель отпарного газа, газовый компрессор, двухтопливный дизель-электрический двигатель, охладитель подаваемого в двигатель газа, теплообменный аппарат для повторного сжижения газа. Охладитель принимает отпарной природный газ, образующийся в грузовом танке танкера, и охлаждает его путем теплообмена с хладагентом. Газовый компрессор принимает охлажденный газ из охладителя отпарного газа и сжимает его до давления, подходящего для применения в двигателе гребной установки. Охладитель подаваемого в двигатель газа охлаждает отпарной природный газ, нагреваемый по мере прохождения через газовый компрессор, до температуры, подходящей для применения в двигателе гребной установки, и подает охлажденный газ в двигатель гребной установки. Теплообменный аппарат принимает избыточный отпарной природный газ, который не используется в двигателе гребной установки, после охладителя газа. После охлаждения и повторного сжижения путем теплообмена с хладагентом теплообменный аппарат подает газ в грузовой танк танкера. Способ обработки отпарного газа включает предварительную обработку отпарного газа, его сжатие, охлаждение и повторное сжижение избыточного газа. Достигается эффективное управление и обработка отпарного природного газа без его потери. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для обработки отпарного газа на танкере для перевозки сжиженного природного газа с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения, содержащее: охладитель (10) отпарного газа, который принимает отпарной природный газ, образующийся в грузовом танке танкера для перевозки сжиженного природного газа, и охлаждает газ путем теплообмена с хладагентом; газовый компрессор (20), который принимает охлажденный отпарной природный газ из охладителя (10) отпарного газа и сжимает газ до давления, подходящего для применения в двухтопливном дизель-электрическом двигателе (3) гребной установки; охладитель (30) подаваемого в двигатель газа, который охлаждает отпарной природный газ, нагреваемый по мере прохождения через газовый компрессор (20), до температуры, подходящей для применения в двухтопливном дизель-электрическом двигателе (3) гребной установки, и подает охлажденный газ в двухтопливный дизель-электрический двигатель (3) гребной установки; и теплообменный аппарат (50) для повторного сжижения, который принимает избыточный отпарной природный газ, который не используется в двухтопливном дизель-электрическом двигателе (3) гребной установки, после охладителя (30) газа, подаваемого в двигатель, и после охлаждения и повторного сжижения путем теплообмена с хладагентом подает газ в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее: компандер (61) хладагента, включающий в себя множество компрессоров (61a) хладагента, которые выполнены с возможностью осуществления многоступенчатого сжатия газообразного хладагента, и детандер (61b) хладагента для расширения хладагента, сжимаемого и нагреваемого по мере прохождения через компрессоры (61a) хладагента, чтобы охладить хладагент до более низкой температуры, чем точка замерзания сжиженного природного газа; и охладитель (62) хладагента, который охлаждает хладагент, текущий в компрессоры (61a) хладагента или из них, для повышения индикаторного коэффициента полезного действия компрессора (61а) хладагента.

3. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее буферный резервуар (63) для хладагента, который соединяется с блоком подачи хладагента для выборочного приема хладагента и включает в себя емкость для хранения, предназначенную для хранения в ней большого количества газообразного хладагента, и газоотвод для того, чтобы восполнять потери хладагента во время переноса и теплообмена, чтобы компенсировать удар в результате изменения давления или пропускной способности подводящего трубопровода для хладагента и чтобы уменьшать избыточное давление.

4. Устройство по п.3, дополнительно содержащее: первый подводящий трубопровод (64a) для хладагента, который подает хладагент, проходящий через компандер (61) хладагента, в теплообменный аппарат (50) для повторного сжижения газа и подает хладагент, нагреваемый по мере прохождения через теплообменный аппарат (50) для повторного сжижения газа, в буферный резервуар (63) для хладагента; и второй подводящий трубопровод (64b) для хладагента, который подает хладагент, проходящий через компандер (61) хладагента, к охладителю (10) отпарного газа и подает хладагент, нагреваемый по мере прохождения через охладитель (10) отпарного газа, в буферный резервуар (63) для хладагента.

5. Устройство по п.4, дополнительно содержащее клапан-регулятор (65) температуры, который регулирует интенсивность подачи хладагента, проходящего через второй подводящий трубопровод (64b) для хладагента, пропорционально температуре и интенсивности подачи отпарного природного газа, проходящего через охладитель (10) отпарного газа.

6. Устройство по п.2, дополнительно содержащее третий подводящий трубопровод (64c) для хладагента, который подает хладагент, проходящий через множество компрессоров (61a) хладагента, к теплообменному аппарату (50) для повторного сжижения газа, охлаждает хладагент, нагреваемый по мере прохождения через теплообменный аппарат (50) для повторного сжижения газа, путем теплообмена с хладагентом, проходящим через первый подводящий трубопровод (64a) для хладагента, и подает охлажденный хладагент в детандер (61b) хладагента.

7. Устройство по п.2, в котором охладитель (30) газа, подаваемого в двигатель, оснащен охладителем на основе пресной воды, который осуществляет теплообмен с помощью пресной воды в качестве хладагента, и охладитель (62) хладагента оснащен охладителем на основе морской воды, который осуществляет теплообмен с помощью морской воды.

8. Устройство по п.1, в котором хладагент представляет собой N₂, точка замерзания которого ниже, чем точка замерзания сжиженного природного газа, и который не является взрывоопасным.

9. Устройство по п.1, в котором охладитель (10) отпарного газа содержит выпускное отверстие для сжиженного природного газа, которое образуется при открытии в нижней части охладителя (10) отпарного газа таким образом, что отпарной природный газ, частично сжиженный путем теплообмена с хладагентом, самотеком подается в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа.

10. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее: прибор (41) учета расхода газа, который измеряет количество отпарного природного газа, подаваемого в двухтопливный дизель-электрический двигатель 3 гребной установки; и клапан (42) распределения нагрузки, который регулирует интенсивность подачи отпарного природного газа, текущего в теплообменный аппарат (50) для повторного сжижения газа, исходя из количества газа, необходимого для двухтопливного дизель-электрического двигателя (3) гребной установки, в соответствии с изменением нагрузки во время рейса судна и количеством газа, измеряемым с помощью прибора учета (41) расхода газа.

11. Устройство по п.10, в котором компандер (61) хладагента увеличивает и уменьшает интенсивность подачи или скорость потока хладагента пропорционально интенсивности подачи газа, проходящего через клапан (42) распределения нагрузки.

12. Устройство по п.1, дополнительно содержащее сепаратор (70) отпарного газа и сжиженного природного газа, включающий в себя емкость для хранения, которая может одновременно содержать жидкофазный сжиженный природный газ, повторно сжиженный в теплообменном аппарате (50) для повторного сжижения газа и подаваемый в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа, и газ или N₂, образующийся отдельно от повторно сжиженного природного газа, и газоотвод, который отводит газ, присутствующий в емкости для хранения, при этом в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа подается только повторно сжиженный природный газ, от которого отделен газ или N₂.

13. Устройство по п.10, дополнительно содержащее нагнетательный насос (80) для сжиженного природного газа, который устанавливается на трубопровод для подачи сжиженного природного газа, повторно сжиженного в теплообменном аппарате (50) для повторного сжижения газа, в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа для того, чтобы принудительно подавать повторно сжиженный природный газ в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа в случае, если сжиженный природный газ, повторно сжиженный в теплообменном аппарате (50) для повторного сжижения газа, не подается естественным образом или самотеком в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа или в случае потери напора в трубопроводе.

14. Устройство по п.3, дополнительно содержащее нагнетательный насос (80) для сжиженного природного газа, который устанавливается на трубопровод для подачи сжиженного природного газа, повторно сжиженного в теплообменном аппарате (50) для повторного сжижения газа, в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа для того, чтобы принудительно подавать повторно сжиженный природный газ в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа в случае, если сжиженный природный газ, повторно сжиженный в теплообменном аппарате (50) для повторного сжижения газа, не подается естественным образом или самотеком в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа или в случае потери напора в трубопроводе.

15. Устройство по любому из пп.1 и 2, 4-9 или 11 и 12, дополнительно содержащее нагнетательный насос (80) для сжиженного природного газа, который устанавливается на трубопровод для подачи сжиженного природного газа, повторно сжиженного в теплообменном аппарате (50) для повторного сжижения газа, в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа для того, чтобы принудительно подавать повторно сжиженный природный газ в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа в случае, если сжиженный природный газ, повторно сжиженный в теплообменном аппарате (50) для повторного сжижения газа, не подается естественным образом или самотеком в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа или в случае потери напора в трубопроводе.

16. Устройство по п.1, дополнительно содержащее камеру (90) для сжигания газа, которая сжигает принимаемый природный отпарной газ, превышающий количество газа, необходимого для двухтопливного дизель-электрического двигателя (3) гребной установки, в случае, если теплообменный аппарат (50) для повторного сжижения газа эксплуатируется в аварийном режиме, или работа теплообменного аппарата (50) для повторного сжижения газа прекращается в связи с аварией, поломкой или неисправностью.

17. Устройство по п.10, дополнительно содержащее устройство отображения ситуации во время рейса, которое генерирует сигнал, позволяющий рулевому судна визуально или на слух убеждаться, движется ли танкер для перевозки сжиженного природного газа с электрической гребной установкой с заданной экономической скоростью.

18. Способ обработки отпарного газа на танкере для перевозки сжиженного природного газа с электрической гребной установкой, имеющем функцию повторного сжижения, при этом способ включает: предварительную обработку отпарного газа, при которой отпарной природный газ (N-BOG), образующийся в грузовом танке танкера для перевозки сжиженного природного газа, сначала охлаждают; сжатие отпарного газа, при котором отпарной природный газ, охлажденный на стадии предварительной обработки отпарного газа, сжимают до давления, подходящего для применения в двухтопливном дизель-электрическом двигателе (3) гребной установки; охлаждение отпарного газа, при котором отпарной природный газ, нагретый на стадии сжатия отпарного газа, повторно охлаждают до температуры, подходящей для применения в двухтопливном дизель-электрическом двигателе (3) гребной установки, и подают в двухтопливный дизель-электрический двигатель (3) гребной установки; и повторное сжижение избыточного газа, при котором избыточный отпарной природный газ, который не использовался в двухтопливном дизель-электрическом двигателе (3) гребной установки, охлаждают и подвергают повторному сжижению с помощью теплообменного аппарата (50) для повторного сжижения, и подают в грузовой танк танкера для перевозки сжиженного природного газа.

19. Способ по п.18, дополнительно включающий сжигание избыточного газа, при котором отпарной природный газ, превышающий количество газа, необходимого для двухтопливного дизель-электрического двигателя (3) гребной установки, сжигают в случае, если теплообменный аппарат (50) для повторного сжижения газа эксплуатируется в аварийном режиме, или работа теплообменного аппарата (50) для повторного сжижения газа прекращается в связи с аварией, поломкой или неисправностью.