СУДНО, СОДЕРЖАЩЕЕ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2020 года по МПК B63B25/16 B63H21/38 F17C6/00 F02M21/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[1] Настоящее изобретение относится к судну, включающему двигатель и, более конкретно, к судну, включающему двигатель, в котором отпарный газ (BOG), оставшийся после использования в качестве топлива в двигателе, повторно сжижается в сжиженный природный газ посредством использования отпарного газа в качестве хладагента, и возвращается в резервуар-хранилище.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[2] Как правило, природный газ сжижается и транспортируется на большие расстояния в виде сжиженного природного газа (СПГ). Сжиженный природный газ получается путем охлаждения природного газа до очень низкой температуры около -163°С при атмосферном давлении и хорошо подходит для транспортировки на дальние расстояния по морю, поскольку его объем значительно уменьшается по сравнению с природным газом в газовой фазе.

[3] Даже когда резервуар-хранилище СПГ является изолированным, существует предел для полной блокировки внешнего тепла. Таким образом, СПГ непрерывно испаряется в резервуаре-хранилище СПГ за счет передачи тепла в резервуар-хранилище. СПГ, испаряющийся в резервуаре-хранилище, называется отпарным газом (BOG).

[4] Если давление в резервуаре-хранилище превышает заданное безопасное давление из-за образования отпарного газа, отпарный газ выпускается из резервуара-хранилища через предохранительный клапан. Отпарный газ, выпускаемый из резервуара-хранилища, используется в качестве топлива для судна, или повторно сжижается и возвращается в резервуар-хранилище.

[5] Примеры морского двигателя, способного работать на природном газе, включают двух топливный двигатель (DF) и ME-GI двигатель.

[6] Двигатель DFDE имеет четыре хода за цикл и использует цикл Отто (цикл с воспламенением от искрового разряда), в котором природный газ, имеющий относительно низкое давление около 6,5 бар, впрыскивается во впуск воздуха для горения, а затем толкает поршень вверх для сжатия газа.

[7] ME-GI двигатель имеет два хода за цикл и использует дизельный цикл, в котором природный газ, имеющий высокое давление около 300 бар, впрыскивается непосредственно в камеру сгорания вблизи верхней мертвой точки поршня. В последнее время ME-GI двигатель стал более привлекательным из-за лучшей эффективности использования топлива и эффективного тягового усилия.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

[8] Как правило, система повторного сжижения BOG использует цикл охлаждения для повторного сжижения BOG через охлаждение. При использовании в данной области техники, охлаждение BOG осуществляется посредством теплообмена с хладагентом и системы частичного повторного сжижения (PRS), использующей сам BOG в качестве хладагента.

[9] Фиг.1 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель высокого давления по предшествующему уровню техники.

[10] Ссылаясь к фиг.1, в системе частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель высокого давления по предшествующему уровню техники, BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, направляется в само-теплообменник 410 через первый клапан 610. BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, и подвергаемый теплообмену с хладагентом в само-теплообменнике 410, подвергается нескольким этапам сжатия многоступенчатым компрессором 200, который включает в себя множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и множество охладителей 310, 320, 330, 340, 350. Затем, некоторое количество BOG отправляется в двигатель высокого давления, который должен использоваться в качестве топлива, а оставшийся BOG отправляется в само-теплообменник 410 для охлаждения посредством теплообмена с BOG, выпускаемым из резервуара-хранилища 100.

[11] BOG, охлажденный само-теплообменником 410 после многоступенчатого сжатия, частично повторно сжижается декомпрессором 720 и разделяется на сжиженный природный газ, образующийся в результате повторного сжижения, и газообразный BOG, газо-жидкостным сепаратором 500. Повторно сжиженный природный газ, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, направляется в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, соединяется с BOG, выпускаемым из резервуара-хранилища 100 после прохождения через второй клапан 620, и затем направляется в само-теплообменник 410.

[12] С другой стороны, некоторая часть BOG, выпускаемого из резервуара-хранилища 100, и прошедшего через само-теплообменник 410, подвергается процессу частичного сжатия между несколькими ступенями сжатия (например, проходит через два цилиндра 210, 220 сжатия и два охладителя 310, 320 из пяти цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и пяти охладителей 310, 320, 330, 340, 350), разделенными третьим клапаном 630, и наконец, отправляется к генератору. Поскольку генератор требует, чтобы природный газ имел более низкое давление, чем давление, требуемое для двигателя высокого давления, BOG, подвергнутый процессу частичного сжатия, подается в генератор.

[13] Фиг.2 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель низкого давления по предшествующему уровню техники.

[14] Ссылаясь к фиг.2, как и в системе частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель высокого давления, в системе частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель низкого давления по предшествующему уровню техники, BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100 отправляется в само-теплообменник 410 через первый клапан 610. Как и в системе частичного повторного сжижения, показанной на фиг.1, BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, и проходящий через само-теплообменник 410, подвергается нескольким ступеням сжатия многоступенчатым компрессором 201, 202 и затем направляется в само-теплообменник 410 для охлаждения через теплообмен с BOG, выпускаемым из резервуара-хранилища 100.

[15] Как в системе частичного повторного сжижения, показанной на фиг.1, BOG, охлажденный само-теплообменником 410 после многоступенчатого сжатия, частично повторно сжижается декомпрессором 720 и разделяется на сжиженный природный газ, генерируемый через повторное сжижение, и газообразный BOG газо-жидкостным сепаратором 500. Повторно сжиженный природный газ, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, направляется в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, соединяется с BOG, выпускаемым из резервуара-хранилища 100 после прохождения через второй клапан 620, и затем направляется в само-теплообменник 410.

[16] Здесь, в отличие от системы частичного повторного сжижения, показанной на фиг.1, в системе частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель низкого давления по предшествующему уровню техники, BOG, подвергнутый процессу частичного сжатия между несколькими ступенями сжатия, разделяется и направляется генератору и двигателю, а весь BOG, подвергнутый всем этапам многоступенчатого сжатия, отправляется в само-теплообменник 410. Поскольку для двигателя низкого давления требуется природный газ, имеющий такое же давление, что и давление, необходимое для генератора, BOG, подвергнутый процессу частичного сжатия, подается на двигатель низкого давления и генератор.

[17] В системе частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель высокого давления по предшествующему уровню техники, поскольку некоторое количество BOG, подвергнутое воздействию всех ступеней сжатия, направляется в двигатель высокого давления, один многоступенчатый компрессор 200, имеющий требуемую мощность, устанавливается для двигателя высокого давления.

[18] Однако, в системе частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель низкого давления по предшествующему уровню техники, поскольку BOG, подвергнутый процессу частичного сжатия между несколькими ступенями сжатия, направляется к генератору и двигателю, а BOG, подвергнутый воздействию всех ступеней сжатия, не посылается к двигателю, ни одна из ступеней сжатия не требует цилиндра сжатия большой мощности.

[19] Соответственно, некоторое количество BOG, сжатого первым многоступенчатым компрессором 201, имеющим относительно большую мощность, разделяется и направляется к генератору и двигателю, а оставшийся BOG дополнительно сжимается вторым многоступенчатым компрессором 201, имеющим относительно небольшую мощность, и направляется в само-теплообменник 410.

[20] В системе частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель низкого давления по предшествующему уровню техники, мощность компрессора оптимизируется в зависимости от степени сжатия, требуемой для генератора или двигателя для предотвращения увеличения стоимости производства, связанной с мощностью компрессора, а установка двух многоступенчатых компрессоров 201, 202 обеспечивает недостаток в трудном обслуживании и капитальном ремонте.

[21] Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают судно, содержащее двигатель, который использует BOG, который должен быть направлен к генератору, в качестве хладагента для теплообмена, основаны на том факте, что некоторое количество BOG, имеющего относительно низкую температуру и давление, разделяется и отправляется к генератору (к генератору и двигателю в случае двигателя низкого давления).

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

[22] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предусмотрено судно, содержащее двигатель, дополнительно содержащее: само-теплообменник, осуществляющий теплообмен в отношении отпарного газа (BOG), выпускаемого из резервуара-хранилища; многоступенчатый компрессор, сжимающий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища, и прошедший через само-теплообменник за множество этапов; первый декомпрессор, расширяющий некоторое количество BOG, сжатого многоступенчатым компрессором и прошедшего через само-теплообменник; второй декомпрессор, расширяющий другую часть BOG, сжатого многоступенчатым компрессором и прошедшего через само-теплообменник, при этом само-теплообменник охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором, посредством использования BOG, выпускаемого из резервуара-хранилища, и BOG, расширенного первым декомпрессором, в качестве хладагента.

[23] BOG, прошедший через второй декомпрессор, и имеющий смешанную газо-жидкостную фазу, может быть направлен в резервуар-хранилище.

[24] Судно может дополнительно включать второй газо-жидкостный сепаратор, расположенный за вторым декомпрессором и разделяющий сжиженный природный газ, образующийся в результате повторного сжижения BOG, и газообразный BOG друг от друга, при этом сжиженный природный газ, отделенный вторым газо-жидкостным сепаратором, направляется в резервуар-хранилище, а газообразный BOG, отделенный вторым газо-жидкостным сепаратором, направляется в само-теплообменник.

[25] Некоторое количество BOG, прошедшее через многоступенчатый компрессор, может быть направлено к двигателю высокого давления.

[26] Двигатель высокого давления может быть ME-GI двигателем.

[27] Двигатель высокого давления может использовать природный газ с давлением около 150-400 бар в качестве топлива.

[28] BOG, прошедший через первый декомпрессор и само-теплообменник, может быть направлен, по меньшей мере, к одному из генератора и двигателя низкого давления.

[29] Двигатель низкого давления может быть, по меньшей мере, одним из DF двигателя, X-DF двигателя и газовой турбиной.

[30] Двигатель низкого давления может использовать природный газ с давлением около 6-20 бар в качестве топлива.

[31] Двигатель низкого давления может использовать природный газ с давлением 55 бар в качестве топлива.

[32] Генератор может использовать природный газ с давлением около 6-10 бар в качестве топлива.

[33] Многоступенчатый компрессор может сжимать BOG до критического давления или более.

[34] Многоступенчатый компрессор может сжимать BOG до давления около 100 бар или более.

[35] Судно может дополнительно включать в себя клапан, регулирующий величину потока газообразного BOG, отделенного вторым газо-жидкостным сепаратором, и отправленного в само-теплообменник.

[36] Судно может дополнительно включать в себя нагреватель, расположенный на линии, по которой BOG, прошедший через первый декомпрессор и само-теплообменник, направляется к генератору.

[37] Судно может дополнительно включать в себя первый газо-жидкостный сепаратор, разделяющий газообразный BOG и сжиженный природный газ, образующийся при частичном повторном сжижении, посредством сжатия многоступенчатым компрессором, охлаждения само-теплообменником, и расширения первым декомпрессором, при этом само-теплообменник охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором, используя BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища, сжиженный природный газ, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором, и BOG, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором, в качестве хладагента.

[38] Сжиженный природный газ, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором, и прошедший через само-теплообменник, и BOG, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором, и прошедший через само-теплообменник, могут быть соединены друг с другом и направлены, по меньшей мере, к одному из генератора и двигателя низкого давления.

[39] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предусмотрен способ, включающий этапы, при которых: 1) выполняют многоступенчатое сжатие в отношении отпарного газа (BOG), выпускаемого из резервуара-хранилища (далее называемого «поток a»), 2) подвергают BOG, подвергнутый многоступенчатому сжатию, теплообмену (далее называемый «поток b») с BOG, выпущенным из резервуара-хранилища (поток a) и другим хладагентом, 3) разделяют BOG, подвергнутый теплообмену (поток b), на два потока, 4) расширяют BOG одного из потоков, разделенных на этапе 3) (далее называемый «поток c»), для использования расширенного BOG в качестве другого хладагента, подвергнутого теплообмену с потоком b на этапе 2), и 5) расширяют другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 3).

[40] Способ может дополнительно включать этапы, при которых: 6) разделяют BOG, расширенный на этапе 5) и частично сжиженный в сжиженный природный газ и газообразный BOG; и 7) отправляют сжиженный природный газ, разделенный на этапе 6), в резервуар-хранилище, и присоединяют газообразный BOG, разделенный на этапе 6), к BOG, выпущенному из резервуара-хранилища, который будет использоваться в качестве хладагента для теплообмена на этапе 2).

[41] Некоторое количество BOG, подвергнутое многоступенчатому сжатию на этапе 1), может быть направлено в двигатель высокого давления.

[42] Поток c, используемый в качестве другого хладагента на этапе 4), может быть направлен, по меньшей мере, к одному из генератора и двигателя низкого давления.

[43] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ, включающий этапы, при которых: 1) выполняют многоступенчатое сжатие в отношении отпарного газа (BOG), выпускаемого из резервуара-хранилища (далее называемого «поток a»); 2) подвергают BOG, подвергнутый многоступенчатому сжатию, теплообмену (далее называемый «поток b») с BOG, выпущенным из резервуара-хранилища (поток a), первым хладагентом и вторым хладагентом; 3) разделяют BOG, подвергнутый теплообмену (поток b), на два потока, 4) расширяют BOG одного из потоков, разделенных на этапе 3); 5) разделяют BOG, расширенный на этапе 4), на жидкость и газ; 6) используют сжиженный природный газ, разделенный на этапе 5) (далее называемый как «поток с») в качестве первого хладагента, подвергаемого теплообмену с потоком b на этапе 2); 7) используют BOG, разделенный на этапе 5) (далее называемый «поток d») в качестве второго хладагента, подвергаемого теплообмену с потоком b на этапе 2); и 8) расширяют другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 3).

[44] Поток c, используемый в качестве первого хладагента на этапе 6), и поток d, используемый в качестве второго хладагента на этапе 7), могут быть соединены друг с другом и направлены, по меньшей мере, к одному из генератора и двигателя низкого давления.

[45] Некоторое количество BOG, подвергнутое многоступенчатому сжатию на этапе 1), может быть направлено в двигатель высокого давления.

ПОЛЕЗНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

[46] Согласно вариантам осуществления изобретения, судно, включающее в себя двигатель, использует не только BOG, выпущенный из резервуара-хранилища, но также BOG, направленный к генератору как хладагент в само-теплообменнике, тем самым улучшая эффективность повторного сжижения, и позволяет легкое обслуживание и капитальный ремонт путем обеспечения одного многоступенчатого компрессора даже в конструкции, в которой судно включает двигатель низкого давления.

[47] Дополнительно, на судне, включающем двигатель согласно вариантам осуществления изобретения, сжиженный природный газ и BOG, разделенные первым газо-жидкостным сепаратором, направляются в само-теплообменник для использования в качестве хладагента, тем самым повышая эффективность работы само-теплообменника.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[48] Фиг.1 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель высокого давления по предшествующему уровню техники.

[49] Фиг.2 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель низкого давления по предшествующему уровню техники.

[50] Фиг.3 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель высокого давления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[51] Фиг.4 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель низкого давления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[52] Фиг.5 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель высокого давления согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[53] Фиг.6 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель низкого давления согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[54] Фиг.7 представляет собой график, изображающий кривую фазового превращения метана в зависимости от температуры и давления.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[55] В дальнейшем, варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Судно, включающее двигатель согласно настоящему изобретению, может применяться к различным морским и сухопутным системам. Должно быть понятно, что следующие варианты осуществления могут быть модифицированы различными способами и не ограничивают объем настоящего изобретения.

[56] Фиг.3 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель высокого давления, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[57] В этом варианте осуществления, отпарный газ (BOG), выпускаемый из резервуара-хранилища 100, обычно упоминается как BOG и означает не только BOG в газообразной или паровой фазе, но также BOG в газообразной фазе в газо-жидкостной смешанной фазе, в жидкой фазе и в сверхкритической текучей фазе.

[58] Ссылаясь к фиг.3, судно согласно этому варианту осуществления включает в себя: само-теплообменник 410, осуществляющий теплообмен в отношении BOG, выпускаемого из резервуара-хранилища 100; многоступенчатый компрессор 200, сжимающий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, и прошедший через само-теплообменник 410 за множество этапов; первый декомпрессор 710, расширяющий некоторое количество BOG, сжатого многоступенчатым компрессором 200 и прошедшего через само-теплообменник 410; и второй декомпрессор 720, расширяющий другой BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200 и прошедший через само-теплообменник 410.

[59] В этом варианте осуществления само-теплообменник 410 выполняет теплообмен между BOG, выпущенным из резервуара-хранилища 100 (поток a на фиг.3), BOG, сжатым многоступенчатым компрессором 200 (поток b на фиг.3), и BOG, расширенным первым декомпрессором 710 (поток с на фиг.3). Конкретно, само-теплообменник 410 охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200 (поток b на фиг.3), используя BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100 (поток a на фиг. 3), и BOG, расширенный первым декомпрессором 710 (поток с на фиг.3) в качестве хладагента. В термине «само-теплообменник» «само-» означает, что холодный BOG используется в качестве хладагента для теплообмена с горячим BOG.

[60] На судне согласно этому варианту осуществления BOG, прошедший через первый декомпрессор 710, используется в качестве хладагента для дополнительного теплообмена в само-теплообменнике 410, тем самым улучшая эффективность повторного сжижения.

[61] Согласно этому варианту осуществления, BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100, обычно используется тремя способами. То есть, BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100, используется в качестве топлива для двигателя после сжатия до критического давления или более, направляется к генератору после сжатия до относительно низкого давления, меньшего или равного критическому давлению, или повторно сжижается и возвращается в резервуар-хранилище 100, когда он остается после удовлетворения количества BOG, необходимого для двигателя и генератора.

[62] Согласно этому варианту осуществления BOG, расширенный первым декомпрессором 710, снова направляется в само-теплообменник 410 для использования в качестве хладагента для теплообмена, и затем направляется к генератору на основе того факта, что BOG, который должен быть направлен к генератору, имеет пониженное не только давление, но также и температуру при расширении.

[63] Многоступенчатый компрессор 200 выполняет многоступенчатое сжатие в отношении BOG, выпущенного из резервуара-хранилища 100, и прошедшего через само-теплообменник 410. Многоступенчатый компрессор 200 включает в себя множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия, выполненных с возможностью сжатия BOG, и множество охладителей 310, 320, 330, 340, 350, расположенных за множеством цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия, соответственно, и выполненных с возможностью охлаждения BOG, сжатого цилиндрами 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и имеющего повышенное давление и температуру. В этом варианте осуществления, многоступенчатый компрессор 200 включает в себя пять цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и пять охладителей 310, 320, 330, 340, 350, и BOG подвергается пяти ступеням сжатия при прохождении через многоступенчатый компрессор 200. Однако следует понимать, что этот вариант осуществления представлен только для иллюстрации, и настоящее изобретение не ограничено этим.

[64] Фиг.7 представляет собой график, изображающий кривую фазового превращения метана в зависимости от температуры и давления. Ссылаясь к фиг.7, метан имеет сверхкритическую текучую фазу в условиях около -80°С или более и давлении около 50 бар или более. То есть метан имеет критическую точку при -80°С и 50 бар. Сверхкритическая текучая фаза является третьей фазой, отличной от жидкой фазы или газовой фазы. Здесь критическая точка метана может быть изменена в зависимости от количества азота, содержащегося в отпарном газе.

[65] С другой стороны, хотя текучая среда, имеющая температуру ниже критической температуры при критическом давлении или более, может иметь фазу, отличную от общей жидкости и аналогичную сверхкритической текучей среде, имеющей высокую плотность, и, следовательно, может быть в общем случае названа сверхкритической текучей средой, фаза отпарного газа, имеющего критическое давление или более, и критическую температуру или менее будет далее упоминаться как «жидкая фаза высокого давления».

[66] Ссылаясь к фиг.7, можно видеть, что, хотя газообразная фаза природного газа, имеющего относительно низкое давление (X на фиг. 7) сохраняется даже после снижения температуры и давления (X' на фиг.7), природный газ может стать смешанной газо-жидкостной фазой (Y' на фиг.7) из-за частичного сжижения даже при снижении температуры и давления после повышения давления природного газа (Y на фиг.7). То есть, можно видеть, что эффективность сжижения может дополнительно увеличиваться с увеличением давления природного газа до того, как природный газ пройдет через само-теплообменник 410, и теоретически 100% сжижение также может быть достигнуто (Z→Z' на фиг.7), если давление может быть достаточно поднято.

[67] Соответственно, многоступенчатый компрессор 200 согласно этому варианту осуществления сжимает BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100, с тем, чтобы повторно сжижать BOG.

[68] Согласно этому варианту осуществления, первый декомпрессор 710 расширяет некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 200, и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток с на фиг.3). Первый декомпрессор 710 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном.

[69] Согласно этому варианту осуществления, второй декомпрессор 720 расширяет другой BOG, подвергнутый нескольким ступеням сжатия в многоступенчатом компрессоре 200, и прошедший через само-теплообменник 410. Второй декомпрессор 720 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном.

[70] Судно согласно этому варианту осуществления может дополнительно включать газо-жидкостный сепаратор 500, который разделяет газообразный BOG и сжиженный природный газ, образующийся при частичном повторном сжижении BOG через охлаждение само-теплообменником 410 и расширение вторым декомпрессором 720. Сжиженный природный газ, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, может быть направлен в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, может быть направлен в линию, по которой BOG направляется из резервуара-хранилища 100 к само-теплообменнику 410.

[71] Судно согласно этому варианту осуществления может дополнительно включать в себя, по меньшей мере, один первый клапан 610, блокирующий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, по мере необходимости, и нагреватель 800, нагревающий BOG, направляемый к генератору через первый декомпрессор 710 и само-теплообменник 410 (поток c на фиг.3). Первый клапан 610 может обычно поддерживаться в открытом состоянии и может закрываться при обслуживании или капитальном ремонте резервуара-хранилища 100.

[72] В конструкции, в которой судно включает газо-жидкостный сепаратор 500, судно может дополнительно включать в себя второй клапан 620, который регулирует величину потока газообразного BOG, отделенного газо-жидкостным сепаратором 500, и направляемого к само-теплообменнику 410.

[73] Поток текучей среды согласно этому варианту осуществления будет описан ниже. Следует отметить, что температура и давление BOG, описанные ниже, являются приблизительно теоретическими значениями и могут быть изменены в зависимости от температуры BOG, давления, необходимого для двигателя, конструкции многоступенчатого компрессора, скорости судна и т.п.

[74] BOG, генерированный в связи с проникновением наружного тепла внутрь резервуара-хранилища 100, и имеющий температуру от -130°C до -80°C и атмосферное давление, выпускается из резервуара-хранилища 100 и направляется в само-теплообменник 410 когда давление BOG становится заданным давлением или более.

[75] BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, и имеющий температуру от -130°C до -80°C, может быть смешан с BOG, разделенным газо-жидкостным сепаратором 500, и имеющим температуру от -160°C до -110°С и атмосферное давление, а затем направляется в само-теплообменник 410 в состоянии, при котором BOG имеет температуру от -140°С до -100°С и атмосферное давление.

[76] BOG, направленный из резервуара-хранилища 100 в само-теплообменник 410 (поток а на фиг.3) может иметь температуру от -90°С до 40°С и атмосферное давление через теплообмен с BOG, прошедшим через многоступенчатый компрессор 200 и имеющим температуру от 40°С до 50°С и давление от 150 до 400 бар (поток b на фиг.3) и BOG, прошедшим через первый декомпрессор 710 и имеющим температуру от -140°C до -110°C и давление от 6 до 10 бар (поток c на фиг.3). BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100 (поток a на фиг.3), сжимается вместе с BOG, прошедшим через первый декомпрессор 710 (поток c на фиг.3) многоступенчатым компрессором 200 и используется в качестве хладагента для охлаждения BOG, направленного в само-теплообменник 410 (поток b на фиг.3).

[77] BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100, и прошедший через само-теплообменник 410, подвергается многоступенчатому сжатию многоступенчатым компрессором 200. Согласно этому варианту осуществления, поскольку некоторое количество BOG, прошедшего через многоступенчатый компрессор 200, используется в качестве топлива для двигателя высокого давления, BOG сжимается многоступенчатым компрессором 200 для того, чтобы иметь давление, требуемое для двигателя высокого давления. Когда двигатель высокого давления является ME-GI двигателем, BOG, прошедший через многоступенчатый компрессор 200, имеет температуру от 40°C до 50°C и давление от 150 до 400 бар.

[78] Среди BOG, сжатого до критического давления или более за счет многоступенчатого сжатия многоступенчатым компрессором 200, некоторое количество BOG используется в качестве топлива для двигателя высокого давления, а другой BOG направляется в само-теплообменник 410. BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200, и прошедший через само-теплообменник 410, может иметь температуру от -130°C до -90°C и давление от 150 до 400 бар.

[79] BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200, и прошедший через само-теплообменник 410 (поток b на фиг.3), делится на два потока, один из которых расширяется первым декомпрессором 710, а другой из них расширяется вторым декомпрессором 720.

[80] BOG, расширенный первым декомпрессором 710 после прохождения через само-теплообменник 410 (поток c на фиг.3), снова направляется в само-теплообменник 410, для того чтобы использоваться в качестве хладагента для охлаждения BOG, прошедшего через многоступенчатый компрессор 200 (поток b на фиг.3) посредством теплообмена и затем направляется к генератору.

[81] BOG, расширенный первым декомпрессором 710 и прошедший через само-теплообменник 410, может иметь температуру от -140°C до -110°C и давление от 6 до 10 бар. Поскольку BOG, расширенный первым декомпрессором 710, отправляется к генератору, BOG расширяется до давления от 6 до 10 бар, которое является необходимым для генератора давлением. Кроме того, BOG, прошедший через первый декомпрессор 710, может иметь смешанную газо-жидкостную фазу.

[82] BOG, прошедший через само-теплообменник 410 после его расширения первым декомпрессором 710, может иметь температуру от -90°С до 40°С и давление от 6 до 10 бар, а BOG, прошедший через первый декомпрессор 710, может превращаться в газовую фазу посредством теплообмена в само-теплообменнике 410.

[83] BOG, направленный к генератору после прохождения через первый декомпрессор 710 и само-теплообменник 410, может регулироваться до температуры, необходимой для генератора, нагревателем 800, расположенным перед генератором. BOG, прошедший через нагреватель 800, может иметь газовую фазу, имеющую температуру от 40°C до 50°C и давление от 6 до 10 бар.

[84] BOG, расширенный вторым декомпрессором 720 после прохождения через само-теплообменник 410, может иметь температуру от -140°C до -110°C и давление от 2 до 10 бар. Кроме того, BOG, прошедший через второй декомпрессор 720, является частично сжиженным. BOG, частично сжиженный во втором декомпрессоре 720, может быть направлен в смешанную газо-жидкостную фазу в резервуар-хранилище 100 или может быть отправлен в газо-жидкостный сепаратор 500, посредством которого смешанная газо-жидкостная фаза разделяется на жидкую фазу и газовую фазу.

[85] Когда частично сжиженный BOG направляется в газо-жидкостный сепаратор 500, сжиженный природный газ, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500 и имеющий температуру около-163°С и атмосферное давление, направляется в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500 и имеющий температуру приблизительно от -160°С до -110°С и атмосферное давление, направляется вместе с BOG, выпускаемым из резервуара-хранилища 100 в само-теплообменник 410. Величина потока BOG, разделенная газо-жидкостным сепаратором 500, и отправленная в само-теплообменник 410, может регулироваться вторым клапаном 620.

[86] Фиг.4 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель низкого давления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[87] Система частичного повторного сжижения, применяемая на судне, включающем двигатель низкого давления, показанная на фиг.4, отличается от системы частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель высокого давления, показанной на фиг.3, поскольку некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию многоступенчатым компрессором 200 направляется к генератору и/или двигателю после прохождения через первый декомпрессор 710 и само-теплообменник 410, и следующее описание будет сфокусировано на отличии конфигурации системы частичного повторного сжижения. Описания деталей одинаковых компонентов, что и на судне, включающем двигатель высокого давления, описанных выше, будут опущены.

[88] Дифференциация между двигателем высокого давления, включенным в судно, на котором применена система частичного повторного сжижения, показанная на фиг.3, и двигателем низкого давления, включенным в судно, на котором применена система частичного повторного сжижения, показанная на фиг.4, основана на использовании природного газа, имеющего критическое давление или более в качестве топлива для двигателя. То есть двигатель, использующий природный газ, имеющий критическое давление или более в качестве топлива, упоминается как двигатель высокого давления, а двигатель, использующий природный газ, имеющий давление менее критического давления в качестве топлива, упоминается как двигатель низкого давления. Этот стандарт также обычно применяется к двигателю высокого давления, включенному в судно, на котором применена система частичного повторного сжижения, показанная на фиг.5, и двигателю низкого давления, включенному в судно, на котором применена система частичного повторного сжижения, показанная на фиг.6.

[89] Двигатель высокого давления может быть ME-GI двигателем, который использует природный газ при давлении около 300 бар в качестве топлива, а двигатель низкого давления может быть DF двигателем, который использует природный газ при давлении около 6 бар в качестве топлива. Система частичного повторного сжижения согласно настоящему изобретению может быть применена к судну, включающему двигатель среднего давления, такой как X-DF двигатель, который использует природный газ при давлении около 20 бар в качестве топлива. Это также применимо к системе частичного повторного сжижения согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг.5 и фиг.6.

[90] Ссылаясь к фиг.4, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, судно согласно этому варианту осуществления включает в себя само-теплообменник 410, многоступенчатый компрессор 200, первый декомпрессор 710 и второй декомпрессор 720.

[91] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, само-теплообменник 410 согласно этому варианту осуществления выполняет теплообмен между BOG, выпущенным из резервуара-хранилища 100 (поток a на фиг.4), BOG, сжатым многоступенчатым компрессором 200 (поток b на фиг.4), и BOG расширенным первым декомпрессором 710 (поток c на фиг.4). Конкретно, само-теплообменник 410 охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200 (поток b на фиг.4), используя BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100 (поток a на фиг.4), и BOG, расширенный первым декомпрессором 710 (поток c на фиг.4), в качестве хладагента.

[92] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, многоступенчатый компрессор 200 согласно этому варианту осуществления выполняет многоступенчатое сжатие в отношении BOG, выпускаемого из резервуара-хранилища 100 и прошедшего через само-теплообменник 410. Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, многоступенчатый компрессор 200 согласно этому варианту осуществления может включать в себя множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и множество охладителей 310, 320, 330, 340, 350.

[93] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, первый декомпрессор 710 согласно этому варианту осуществления расширяет некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 200 и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток с на фиг.4). Первый декомпрессор 710 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном.

[94] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, второй декомпрессор 720 согласно этому варианту осуществления расширяет другой BOG, подвергнутый нескольким ступеням сжатия в многоступенчатом компрессоре 200, и прошедший через само-теплообменник 410. Второй декомпрессор 720 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном.

[95] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления показанный на фиг.3, судно согласно этому варианту осуществления, может дополнительно включать газо-жидкостный сепаратор 500, который разделяет газообразный BOG и сжиженный природный газ, образующийся при частичном повторном сжижении BOG через охлаждение само-теплообменником 410 и расширение вторым декомпрессором 720. Сжиженный природный газ, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, может быть направлен в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, может быть направлен в линию, по которой BOG направляется из резервуара-хранилища 100 к само-теплообменнику 410.

[96] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, судно согласно этому варианту осуществления может дополнительно включать в себя, по меньшей мере, один первый клапан 610, блокирующий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, по мере необходимости, и нагреватель 800, нагревающий BOG, направляемый к генератору через первый декомпрессор 710 и само-теплообменник 410 (поток c на фиг.4).

[97] Дополнительно, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, в конструкции, в которой судно включает газо-жидкостный сепаратор 500, судно может дополнительно включать в себя второй клапан 620, который регулирует величину потока газообразного BOG, отделенного газо-жидкостным сепаратором 500, и направляемого к само-теплообменнику 410.

[98] Поток текучей среды согласно этому варианту осуществления будет описан ниже.

[99] BOG, генерированный в связи с проникновением наружного тепла внутрь резервуара-хранилища 100, и имеющий температуру от -130°C до -80°C и атмосферное давление, выпускается из резервуара-хранилища 100 и направляется в само-теплообменник 410, когда давление BOG становится заданным давлением или более, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3.

[100] BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, и имеющий температуру от -130°C до -80°C, может быть смешан с BOG, разделенным газо-жидкостным сепаратором 500, и имеющим температуру от -160°C до -110°С и атмосферное давление, а затем направлен в само-теплообменник 410 в состоянии, при котором BOG имеет температуру от -140°С до -100°С и атмосферное давление, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3.

[101] BOG, направленный из резервуара-хранилища 100 к само-теплообменнику 410 (поток а на фиг.4), может иметь температуру от -90°С до 40°С и атмосферное давление через теплообмен с BOG, прошедшим через многоступенчатый компрессор 200 и имеющим температуру от 40°С до 50°С и давление от 100 до 300 бар (поток b на фиг.4) и BOG, прошедшим через первый декомпрессор 710 и имеющим температуру от -140°C до -110°C и давление от 6 до 20 бар (поток c на фиг.4). BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100 (поток а на фиг.4) сжимается вместе с BOG, прошедший через первый декомпрессор 710 (поток c на фиг.4) многоступенчатым компрессором 200 и используется в качестве хладагента для охлаждения BOG, направленного в само-теплообменник 410 (поток b на фиг.4).

[102] BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100 и прошедший через само-теплообменник 410, подвергается многоступенчатому сжатию многоступенчатым компрессором 200, как на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3.

[103] В отличие от судна, показанного на фиг.2, судно, включающее двигатель низкого давления согласно этому варианту осуществления, включает в себя один многоступенчатый компрессор, тем самым позволяя легкое обслуживание и ремонт.

[104] Однако, согласно этому варианту осуществления, весь BOG, сжатый до критического давления или более посредством многоступенчатого сжатия многоступенчатым компрессором 200, направляется в само-теплообменник 410, в отличие от судна, включающего двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, на котором к нему направляется некоторое количество BOG, сжатого до критического давления или более многоступенчатым компрессором 200.

[105] Согласно этому варианту осуществления, поскольку некоторое количество BOG, прошедшего через многоступенчатый компрессор 200, непосредственно не отправляется в двигатель, отсутствует необходимость, чтобы многоступенчатый компрессор 200 сжимал BOG до давления, необходимого для двигателя, в отличие от судна, включающего двигатель высокого давления, показанный на фиг.3. Однако для эффективности повторного сжижения, BOG, предпочтительно, сжимается до критического давления или более, более предпочтительно, до 100 бар или более многоступенчатым компрессором 200. BOG, прошедший через многоступенчатый компрессор 200, может иметь температуру приблизительно от 40°C до 50°C и давление приблизительно от 100 до 300 бар.

[106] BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200, и прошедший через само-теплообменник 410 (поток b на фиг. 4) разделяется на два потока, один из которых расширяется первым декомпрессором 710, а другой расширяется вторым декомпрессором 720 как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3. BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200, и прошедший через само-теплообменник 410, может иметь температуру от -130°C до -90°C и давление от 100 до 300 бар.

[107] BOG, расширенный первым декомпрессором 710 после прохождения через само-теплообменник 410 (поток c на фиг.3), снова направляется в само-теплообменник 410, для того чтобы использоваться в качестве хладагента для охлаждения BOG, прошедшего через многоступенчатый компрессор 200 (поток b на фиг.3) посредством теплообмена, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3.

[108] В этом варианте осуществления BOG, подвергнутый теплообмену в само-теплообменнике 410 после его расширения первым декомпрессором 710, может быть направлен не только к генератору, но и двигателю низкого давления, в отличие от судна, включающего двигатель высокого давления, показанный на фиг.3.

[109] BOG, расширенный первым декомпрессором 710 после прохождения через само-теплообменник 410, может иметь температуру от -140°C до -110°C и давление от 6 до 20 бар. Здесь, когда двигатель низкого давления представляет собой газовую турбину, BOG, расширенный первым декомпрессором 710 после прохождения через само-теплообменник 410, может иметь давление около 55 бар.

[110] Поскольку BOG, расширенный первым декомпрессором 710, направляется в двигатель низкого давления и/или генератор, BOG расширяется до давления, необходимого для двигателя низкого давления и/или генератора. Кроме того, BOG, прошедший через первый декомпрессор 710, может иметь смешанную газо-жидкостную фазу.

[111] BOG, прошедший через само-теплообменник 410 после его расширения первым декомпрессором 710, может иметь температуру от -90°С до 40°С и давление от 6 до 20 бар, а BOG, прошедший через первый декомпрессор 710, может превращаться в газовую фазу посредством теплообмена в само-теплообменнике 410. Здесь, когда двигатель низкого давления представляет собой газовую турбину, BOG, прошедший через само-теплообменник 410 после расширения первым декомпрессором 710, может иметь давление около 55 бар.

[112] BOG, направленный к генератору после прохождения через первый декомпрессор 710 и само-теплообменник 410, может быть отрегулирован до температуры, необходимой для генератора, нагревателем 800, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3. BOG, прошедший через нагреватель 800, может иметь температуру от 40°C до 50°C и давление от 6 до 20 бар. Здесь, когда двигатель низкого давления представляет собой газовую турбину, BOG, прошедший через нагреватель 800, может иметь давление около 55 бар.

[113] Генератору требуется давление от 6 до 10 бар, а двигателю низкого давления требуется давление от 6 до 20 бар. Двигатель низкого давления может быть DF двигателем, X-DF двигателем, или газовой турбиной. Здесь, когда двигатель низкого давления представляет собой газовую турбину, газовая турбина требует давления около 55 бар.

[114] BOG, расширенный вторым декомпрессором 720 после прохождения через само-теплообменник 410, может иметь температуру от -140°C до -110°C и давление от 2 до 10 бар, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3. Кроме того, BOG, прошедший через второй декомпрессор 720, частично повторно сжижается, как на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3. BOG, частично повторно сжиженный во втором декомпрессоре 720, может быть направлен в смешанном газо-жидкостном состоянии в резервуар-хранилище 100 или может быть направлен в газо-жидкостный сепаратор 500, посредством которого смешанная газо-жидкостная фаза разделяется на жидкую фазу и газовую фазу, как на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3.

[115] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, когда частично повторно сжиженный BOG направляется в газо-жидкостный сепаратор 500, сжиженный природный газ, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, и имеющий температуру около -163°С и атмосферное давление, направляется в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, отделенный газо-жидкостным сепаратором 500, и имеющий температуру от -160°С до -110°С и атмосферное давление, направляется вместе с BOG, выпущенным из резервуара-хранилища 100 в само-теплообменник 410. Величина потока BOG, разделенная газо-жидкостным сепаратором 500 и отправленная в само-теплообменник 410, может регулироваться вторым клапаном 620.

[116] Фиг.5 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель высокого давления согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[117] Ссылаясь к фиг.5, судно согласно этому варианту осуществления включает в себя: само-теплообменник 410, осуществляющий теплообмен BOG, выпускаемого из резервуара-хранилища 100; многоступенчатый компрессор 200, сжимающий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100 и прошедший через само-теплообменник 410 за множество этапов; первый декомпрессор 710, расширяющий некоторое количество BOG, сжатого многоступенчатым компрессором 200 и прошедшего через само-теплообменник 410; второй декомпрессор 720, расширяющий другой BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200 и прошедший через само-теплообменник 410; и первый газо-жидкостный сепаратор 520, разделяющий газообразный BOG и сжиженный природный газ, генерируемый частичным повторным сжижением через расширение первым декомпрессором 710 после сжатия многоступенчатым компрессором 200 и охлаждения посредством само-теплообменника 410.

[118] В этом варианте осуществления, само-теплообменник 410 выполняет теплообмен между BOG, выпущенным из резервуара-хранилища 100 (поток a), BOG, сжатым многоступенчатым компрессором 200 (поток b), сжиженным природным газом, разделенным первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток с) и BOG, разделенным первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток d).

[119] Конкретно, само-теплообменник 410 охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200 (поток b), используя BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100 (поток a на фиг.5), сжиженный природный газ, разделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток с) и BOG, разделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток d) в качестве хладагента.

[120] Согласно этому варианту осуществления, BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100, обычно используется тремя способами. То есть, BOG, выпущенный из резервуара-хранилища 100, используется в качестве топлива для двигателя после сжатия до критического давления или более, направляется к генератору после сжатия до относительно низкого давления, меньшего или равного критическому давлению, или повторно сжижается и возвращается в резервуар-хранилище 100, когда он остается после удовлетворения количества BOG, необходимого для двигателя и генератора.

[121] Согласно этому варианту осуществления, BOG, расширенный первым декомпрессором 710, снова направляется в само-теплообменник 410 для использования в качестве хладагента для теплообмена и затем направляется к генератору, основан на факте, при котором BOG, который должен быть направлен к генератору, имеет пониженное не только давление, но также и температуру при расширении.

[122] В этом варианте осуществления, вместо прямой отправки BOG, расширенного первым декомпрессором 710 к само-теплообменнику 410, BOG, расширенный первым декомпрессором 710, делится на сжиженный природный газ и BOG первым газо-жидкостным сепаратором 520, так что сжиженный природный газ и BOG, разделенные первым газо-жидкостным сепаратором 520, могут быть направлены в само-теплообменник 410, как описано ниже.

[123] Многоступенчатый компрессор 200 согласно этому варианту осуществления выполняет многоступенчатое сжатие в отношении BOG, выпущенного из резервуара-хранилища 100 и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток а). Многоступенчатый компрессор 200 согласно этому варианту осуществления включает в себя множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия, выполненных с возможностью сжатия BOG, и множество охладителей 310, 320, 330, 340, 350, расположенных за множеством цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия, соответственно, и выполненных с возможностью охлаждения BOG, сжатого цилиндрами 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и имеющего повышенное давление и температуру. В этом варианте осуществления, многоступенчатый компрессор 200 включает в себя пять цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и пять охладителей 310, 320, 330, 340, 350, и BOG подвергается пяти этапам сжатия при прохождении через многоступенчатый компрессор 200. Однако следует понимать, что этот вариант осуществления представлен только для иллюстрации, и настоящее изобретение не ограничено этим.

[124] Согласно этому варианту осуществления, первый декомпрессор 710 расширяет некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 200 и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток b), и направляет расширенный BOG к первому газо-жидкостному сепаратору 520. Первый декомпрессор 710 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном.

[125] Судно, включающее двигатель согласно этому варианту осуществления, использует текучую среду, прошедшую через первый декомпрессор 710, в качестве хладагента для дополнительного теплообмена в само-теплообменнике 410, тем самым, улучшая эффективность повторного сжижения.

[126] Первый газо-жидкостный сепаратор 520 согласно этому варианту осуществления разделяет газообразный BOG и сжиженный природный газ, полученный путем частичного повторного сжижения BOG путем расширения первым декомпрессором 710 после сжатия многоступенчатым компрессором 200 и охлаждения само-теплообменником 410. Сжиженный природный газ, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток с) и BOG, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток d), независимо направляются в само-теплообменник 410 для использования в качестве хладагента для охлаждения BOG, сжатого многоступенчатым компрессором 200, и направляемого в само-теплообменник 410 (поток b).

[127] Если судно не включает первый газо-жидкостный сепаратор 520 и сконфигурирован для направления текучей среды, расширенной первым декомпрессором 710, в само-теплообменник 410, которая будет использоваться в качестве хладагента, текучая среда смешанной газо-жидкостной фазы вводится в само-теплообменник 410 и, таким образом, может неравномерно протекать в канале текучей среды само-теплообменника 410, что приводит к ухудшению эффективности теплообмена само-теплообменника 410. Поэтому, согласно этому варианту осуществления, сжиженный природный газ и BOG, разделенные первым газо-жидкостным сепаратором 520, независимо направляются в само-теплообменник 410, тем самым, предотвращая ухудшение эффективности теплообмена само-теплообменника 410.

[128] Согласно этому варианту осуществления, второй декомпрессор 720 расширяет некоторое количество BOG, не отправленного в первый декомпрессор 710 из BOG, подвергнутого нескольким этапам сжатия в многоступенчатом компрессоре 200 и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток b). Второй декомпрессор 720 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном. Некоторое количество или весь BOG, прошедший через многоступенчатый компрессор 200, само-теплообменник 410 и второй декомпрессор 720 повторно сжижается.

[129] Судно согласно этому варианту осуществления может дополнительно включать второй газо-жидкостный сепаратор 510, который разделяет газообразный BOG и сжиженный природный газ, образующиеся при частичном повторном сжижении BOG посредством многоступенчатого компрессора 200, само-теплообменника 410 и второго декомпрессора 720. Сжиженный природный газ, разделенный вторым газо-жидкостным сепаратором 510, может быть направлен в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, разделенный вторым газо-жидкостным сепаратором 510, может быть соединен с BOG, выпущенным из резервуара-хранилища 100 (поток а), и направлен к само-теплообменнику 410.

[130] Судно согласно этому варианту осуществления, может дополнительно включать, по меньшей мере, один первый клапан 610, блокирующий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, по мере необходимости, и нагреватель 800, нагревающий BOG и расположенный на линии, по которой сжиженный природный газ, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520, и используемый в качестве хладагента в само-теплообменнике 410 (поток с), и BOG, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520, и используемый в качестве хладагента в само-теплообменнике 410 (поток d), соединяются друг с другом и направляются к генератору. Первый клапан 610 может обычно поддерживаться в открытом состоянии и может закрываться при обслуживании или капитальном ремонте резервуара-хранилища 100.

[131] В конструкции, в которой судно включает второй газо-жидкостный сепаратор 510, судно может дополнительно включать в себя второй клапан 620, который управляет количеством потока газообразного BOG, разделенного газо-жидкостным сепаратором 510, и направляемого к само-теплообменнику 410.

[132] Фиг.6 представляет собой принципиальную схему системы частичного повторного сжижения, применяемую на судне, включающем двигатель низкого давления согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[133] Система частичного повторного сжижения, применяемая на судне, включающем двигатель низкого давления, показанный на фиг.6, отличается от системы частичного повторного сжижения, применяемой на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, в том, что сжиженный природный газ и BOG, разделенные первым газо-жидкостным сепаратором 520, соединяются друг с другом после прохождения через само-теплообменник 410 и затем отправляются к генератору и/или двигателю вместо того, чтобы направлять некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию многоступенчатым компрессором 200 к двигателю, и нижеследующее описание будет сфокусировано на различной конфигурации системы частичного повторного сжижения. Описания деталей одинаковых компонентов, что и судна, включающего двигатель высокого давления, описанных выше, будут опущены.

[134] Ссылаясь к фиг.6, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.3, судно согласно этому варианту осуществления включает в себя само-теплообменник 410, многоступенчатый компрессор 200, первый декомпрессор 710, второй декомпрессор 520 и первый газо-жидкостный сепаратор 520.

[135] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, само-теплообменник 410 согласно этому варианту осуществления выполняет теплообмен между BOG, выпущенным из резервуара-хранилища 100 (поток a), BOG, сжатым многоступенчатым компрессором 200 (поток b), сжиженным природным газом, разделенным первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток с) и BOG, разделенным первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток d). Конкретно, само-теплообменник 410 охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором 200 (поток b на фиг.4), используя BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100 (поток a на фиг.5), сжиженный природный газ, разделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток с) и BOG, разделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток d) в качестве хладагента.

[136] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, многоступенчатый компрессор 200 согласно этому варианту осуществления выполняет многоступенчатое сжатие в отношении BOG, выпускаемого из резервуара-хранилища 100 и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток а). Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, многоступенчатый компрессор 200 может включать в себя множество цилиндров 210, 220, 230, 240, 250 сжатия и множество охладителей 310, 320, 330, 340, 350.

[137] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, первый декомпрессор 710 согласно этому варианту осуществления расширяет некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 200 и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток b на фиг.4) и отправляет расширенный BOG в первый газо-жидкостный сепаратор 520. Первый декомпрессор 710 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном.

[138] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанном на фиг.5, первый газо-жидкостный сепаратор 520 согласно этому варианту осуществления разделяет газообразный BOG и сжиженный природный газ, полученный путем частичного повторного сжижения BOG путем расширения первым декомпрессором 710 после сжатия многоступенчатым компрессором 200 и охлаждения само-теплообменником 410. Сжиженный природный газ, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток с) и BOG, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520 (поток d), независимо направляются в само-теплообменник 410 для использования в качестве хладагента для охлаждения BOG, сжатого многоступенчатым компрессором 200, и направляемого в само-теплообменник 410 (поток b).

[139] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, второй декомпрессор 720 согласно этому варианту осуществления, расширяет некоторое количество BOG, не направленное к первому декомпрессору 710 из BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 200 и прошедшего через само-теплообменник 410 (поток b). Второй декомпрессор 720 может быть расширительным устройством или расширительным клапаном. Некоторое количество или весь BOG, прошедший через многоступенчатый компрессор 200, само-теплообменник 410 и второй декомпрессор 720 повторно сжижается.

[140] Как и в судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, судно согласно этому варианту осуществления может дополнительно включать второй газо-жидкостный сепаратор 510, который разделяет газообразный BOG и сжиженный природный газ, образующийся при частичном повторном сжижении BOG посредством многоступенчатого компрессора, само-теплообменника 410 и второго декомпрессора 720. Сжиженный природный газ, разделенный вторым газо-жидкостным сепаратором 510, может быть направлен в резервуар-хранилище 100, а газообразный BOG, разделенный вторым газо-жидкостным сепаратором 510, может быть соединен с BOG, выпущенным из резервуара-хранилища 100 (поток а) и направлен к само-теплообменнику 410.

[141] Как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5, судно согласно этому варианту осуществления может дополнительно включать, по меньшей мере, один первый клапан 610, блокирующий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища 100, по мере необходимости, и нагреватель 800, нагревающий BOG и расположенный на линии, по которой сжиженный природный газ, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520, и используемый в качестве хладагента в само-теплообменнике 410 (поток с), и BOG, отделенный первым газо-жидкостным сепаратором 520, и используемый в качестве хладагента в само-теплообменнике 410 (поток d), соединяются друг с другом и направляются к генератору.

[142] В конструкции, в которой судно включает второй газо-жидкостный сепаратор 510, судно согласно этому варианту осуществления может дополнительно включать в себя второй клапан 620, который регулирует величину потока газообразного BOG, разделенного вторым газо-жидкостным сепаратором 510, и направляемого к само-теплообменнику 410, как и на судне, включающем двигатель высокого давления, показанный на фиг.5.

[143] Специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления, и различные модификации, изменения, исправления и эквивалентные варианты осуществления могут быть сделаны, не отступая от сущности и объема настоящего изобретение.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судну с системой обработки отпарного газа. Предложено судно, содержащее двигатель, которое также содержит: теплообменник, который выполняет теплообмен отпарного газа, выпущенного из резервуара-хранилища; многоступенчатый компрессор, который сжимает в нескольких ступенях отпарный газ, который проходит через теплообменник после выпуска из резервуара-хранилища; первое декомпрессирующее устройство, которое расширяет одну порцию отпарного газа, которая проходит через теплообменник после сжатия многоступенчатым компрессором; второе декомпрессирующее устройство, которое расширяет другую порцию отпарного газа, которая проходит через теплообменник после сжатия многоступенчатым компрессором; при этом теплообменник использует отпарный газ, выпускаемый из резервуара-хранилища, и отпарный газ, расширенный первым декомпрессирующим устройством в качестве хладагента для охлаждения отпарного газа, сжатого многоступенчатым компрессором. Технический результат заключается в повышении эффективности повторного сжижения отпарного газа. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Судно, содержащее двигатель, при этом судно дополнительно содержит:

- теплообменник, выполняющий теплообмен в отношении отпарного газа (BOG), выпускаемого из резервуара-хранилища;

- многоступенчатый компрессор, сжимающий BOG, выпускаемый из резервуара-хранилища, и прошедший через теплообменник за множество этапов;

- первый декомпрессор, расширяющий некоторое количество BOG, сжатого многоступенчатым компрессором и прошедшего через теплообменник;

- второй декомпрессор, расширяющий другой BOG, сжатый многоступенчатым компрессором, и прошедший через теплообменник;

при этом теплообменник охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором, посредством использования BOG, выпущенного из резервуара-хранилища, и BOG, расширенного первым декомпрессором в качестве хладагента.

2. Судно, содержащее двигатель по п.1, в котором BOG, прошедший через второй декомпрессор и имеющий смешанную газожидкостную фазу, направляется в резервуар-хранилище.

3. Судно, содержащее двигатель по п.1, дополнительно содержащее:

- второй газожидкостный сепаратор, расположенный ниже по потоку от второго декомпрессора и отделяющий сжиженный природный газ, образующийся в результате повторного сжижения BOG, и газообразный BOG друг от друга,

при этом сжиженный природный газ, отделенный вторым газожидкостным сепаратором, направляется в резервуар для хранения, а газообразный BOG, отделенный вторым газожидкостным сепаратором, направляется в теплообменник.

4. Судно, содержащее двигатель по п.1, в котором некоторое количество BOG, прошедшего через многоступенчатый компрессор, направляется к двигателю высокого давления.

5. Судно, содержащее двигатель по п.4, в котором двигатель высокого давления является ME-GI двигателем.

6. Судно, содержащее двигатель по п.4, в котором двигатель высокого давления использует природный газ при давлении от 150 до 400 бар в качестве топлива.

7. Судно, содержащее двигатель по п.1, в котором BOG, прошедший через первый декомпрессор и теплообменник, направляется к, по меньшей мере, одному из генератора и двигателя низкого давления.

8. Судно, содержащее двигатель по п.7, в котором двигатель низкого давления является, по меньшей мере, одним из DF двигателя, X-DF двигателя и газовой турбиной.

9. Судно, содержащее двигатель по п.7, в котором двигатель низкого давления использует природный газ при давлении от 6 до 20 бар в качестве топлива.

10. Судно, содержащее двигатель по п.7, в котором двигатель низкого давления использует природный газ при давлении 55 бар в качестве топлива.

11. Судно, содержащее двигатель по п.7, в котором генератор использует природный газ при давлении от 6 до 10 бар в качестве топлива.

12. Судно, содержащее двигатель по п.1, в котором многоступенчатый компрессор сжимает BOG до критического давления или более.

13. Судно, содержащее двигатель по п.12, в котором многоступенчатый компрессор сжимает BOG до давления около 100 бар или более.

14. Судно, содержащее двигатель по п.3, дополнительно содержащее:

клапан, регулирующий величину потока газообразного BOG, отделенный вторым газожидкостным сепаратором, и направленного в теплообменник.

15. Судно, содержащее двигатель по п.7, дополнительно содержащее:

нагреватель, расположенный на линии, по которой BOG, прошедший через первый декомпрессор и теплообменник, направляется к генератору.

16. Судно, содержащее двигатель по п.1, дополнительно содержащее:

первый газожидкостный сепаратор, разделяющий газообразный BOG и сжиженный природный газ, генерируемый частичным повторным сжижением посредством сжатия многоступенчатым компрессором, охлаждения посредством теплообменника, и расширения первым декомпрессором,

при этом теплообменник охлаждает BOG, сжатый многоступенчатым компрессором, посредством использования BOG, выпускаемого из резервуара-хранилища, сжиженного природного газа, отделенного первым газожидкостным сепаратором, и BOG, отделенного первым газожидкостным сепаратором, в качестве хладагента.

17. Судно, содержащее двигатель по п.16, в котором сжиженный природный газ, отделенный первым газожидкостным сепаратором и прошедший через теплообменник, и BOG, отделенный первым газожидкостным сепаратором, и прошедший через теплообменник, соединяются друг с другом и направляются к, по меньшей мере, одному из генератора и двигателя низкого давления.

18. Способ обработки отпарного газа для судна, включающий этапы, при которых:

1) выполняют многоступенчатое сжатие в отношении отпарного газа (BOG), выпускаемого из резервуара-хранилища (далее называемого «поток a»),

2) подвергают BOG, подвергнутый многоступенчатому сжатию, теплообмену (далее называемый «поток b») с BOG, выпущенным из резервуара-хранилища (поток a) и другим хладагентом,

3) разделяют BOG, подвергнутый теплообмену (поток b), на два потока,

4) расширяют BOG одного из потоков, разделенных на этапе 3) (далее называемый «поток c»), для использования расширенного BOG в качестве другого хладагента, подвергнутого теплообмену с потоком b на этапе 2), и

5) расширяют другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 3).

19. Способ по п.18, дополнительно включающий в себя этапы, при которых:

6) разделяют BOG, расширенный на этапе 5) и частично сжиженный в сжиженный природный газ, и газообразный BOG; и

7) отправляют сжиженный природный газ, разделенный на этапе 6), в резервуар-хранилище, и присоединяют газообразный BOG, разделенный на этапе 6), к BOG, выпущенному из резервуара-хранилища, который подлежит использованию в качестве хладагента для теплообмена на этапе 2).

20. Способ по п.18, в котором некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию на этапе 1), направляется к двигателю высокого давления.

21. Способ по п.18, в котором поток с, использованный в качестве другого хладагента на этапе 4), направляется к, по меньшей мере, одному из генератора и двигателя низкого давления.

22. Способ обработки отпарного газа для судна, включающий этапы, при которых:

1) выполняют многоступенчатое сжатие в отношении отпарного газа (BOG), выпускаемого из резервуара-хранилища (далее называемого «поток a»);

2) подвергают BOG, подвергнутый многоступенчатому сжатию, теплообмену (далее называемый «поток b») с BOG, выпущенным из резервуара-хранилища (поток a) и первым хладагентом, и вторым хладагентом;

3) разделяют BOG, подвергнутый теплообмену (поток b), на два потока;

4) расширяют BOG одного из потоков, разделенных на этапе 3);

5) разделяют BOG, расширенный на этапе 4), на жидкость и газ;

6) используют сжиженный природный газ, отделенный на этапе 5) (далее называемый как «поток с») в качестве первого хладагента, подвергаемого теплообмену с потоком b на этапе 2);

7) используют BOG, отделенный на этапе 5) (далее называемый как «поток d») в качестве второго хладагента, подвергаемого теплообмену с потоком b на этапе 2); и

8) расширяют другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 3).

23. Способ по п.22, в котором поток с, используемый в качестве первого хладагента на этапе 6), и поток d используемый в качестве второго хладагента на этапе 7), соединяются друг с другом и направляются к, по меньшей мере, одному из генератора и двигателя низкого давления.

24. Способ по п.22, в котором некоторое количество BOG, подвергнутого многоступенчатому сжатию на этапе 1), направляется к двигателю высокого давления.