Система и способ обработки газа, полученного при испарении криогенной жидкости Российский патент 2020 года по МПК F25J1/00 

Настоящее изобретение относится к системе и способу обработки газа, полученного при испарении криогенной жидкости.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к области морских перевозок криогенных жидкостей, а еще более конкретно, сжиженного природного газа (СПГ). Однако системы и способы, которые предложены ниже, также могут найти применение в береговых установках.

При температуре окружающей среды сжиженный природный газ имеет температуру порядка -163°С (или менее). При морских перевозках СПГ его помещают в цистерны на судне. Хотя эти цистерны термически изолированы, происходят тепловые утечки и от внешней среды поступает тепло к жидкости в цистернах. Таким образом, жидкость нагревается и испаряется. Учитывая размеры цистерн на судне для перевозки метана, в зависимости от условий теплоизоляции и внешних условий, могут испаряться несколько тонн газа в час.

Испарившийся газ невозможно хранить в цистернах корабля по соображениям безопасности. Давление в цистернах может опасно возрасти. Поэтому необходимо обеспечить выпуск газа, который испаряется, из цистерны. Согласно нормативам, запрещен выброс газа в атмосферу (если это природный газ). Он подлежит сжиганию.

Также известно, что для того, чтобы избежать потерь этого испаряющегося газа, его, с одной стороны, используют в качестве топлива для двигателей на борту транспортирующего его судна, а с другой стороны, его повторно сжижают, чтобы поместить его обратно в цистерны, в которых он находился.

Настоящее изобретение относится к снабжению двигателей на борту судна на основе испаряющегося газа. Известно, что когда потребление двигателей значительно превышает «естественное» испарение газа в цистернах, часть газа отбирают для его испарения, а после этого им снабжают двигатели. Однако, более конкретно, настоящее изобретение относится к повторному сжижению газа, испарившегося в цистернах или емкостях для криогенной жидкости и, более конкретно, в цистернах или емкостях судна для перевозки метана, когда испарение газа превышает потребление двигателей корабля.

Документ ЕР 2933183 относится к системе обработки сжиженного газа, предназначенной для судна, которая включает емкость для хранения сжиженного природного газа и двигатель, который потребляет сжиженный природный газ, содержащийся в емкости для хранения, в качестве топлива. Система обработки сжиженного газа, представленная в ЕР 2933183, включает: емкость для хранения сжиженного газа, двигатель, который потребляет сжиженный газ, содержащийся в емкости для хранения, в качестве топлива, и трубу для подачи топлива, которая позволяет испарять сжиженный газ и подавать образующийся газ в двигатель в качестве топлива. Двигатель получает запас горючего газа, который сжат до низкого давления.

Во всех воплощениях, предложенных в ЕР 2933183, газ, подлежащий повторному сжижению, охлаждают перед повторным сжижением потоком газа, который выходит из цистерн, перед его сжатием и транспортировкой в двигатель(и). Теплообменник, обозначенный 21, все время встречается на чертежах 1-17.

Этот теплообменник 21 создает значительные потери напора в потоке газа, который испаряется из цистерн. Поэтому, при определенных условиях эксплуатации, испарившийся газ может поступать в компрессор при более низком давлении, чем атмосферное давление. Значит, существует риск засасывания воздуха и смешивания его с газом.

Другим недостатком системы, представленной в этом документе известного уровня техники, является то, что она не позволяет сбалансировать производство и потребление холода. Количество газа, потребляемое двигателем(ями), в большой степени является независимым от количества испарившего газа. Таким образом, обмен в теплообменнике 21 не может быть смоделирован в зависимости, в частности, от требований относительно повторного сжижения в показателях холода.

Для повторного сжижения газа, который испарился, известно охлаждение этого газа, чтобы снова вернуть его в условия температуры и давления, обеспечивающие его возращения в жидкую фазу. Такое добавление холода обычно осуществляют посредством теплообмена с контуром хладагента, включающего, например, такой хладагент, как азот.

Так, в документе ЕР 1120615 описано устройство, предназначенное для применения на кораблях для повторного сжатия сжатого пара. Повторное сжатие осуществляют в замкнутом цикле, в котором рабочую среду сжимают по меньшей мере в одном компрессоре, охлаждают в первом теплообменнике, расширяют в турбине и повторно нагревают во втором теплообменнике, в котором сжатый пар по меньшей мере частично конденсируется. Устройство включает первую подсистему, включающую второй теплообменник, и вторую подсистему, включающую первый теплообменник, компрессор и расширительную турбину. Две подсистемы размещены соответственно на двух платформах.

В документе WO 2014/095877 природный газ, испарившийся из цистерн для хранения сжиженного природного газа, обычно расположенных на борту морского судна, сжимают в компрессоре, который имеет несколько ступеней, включающих ступени сжатия. По меньшей мере одну часть сжатого потока природного газа направляют для повторного сжижения в ожижитель, обычно работающий в соответствии с циклом Брайтона. Температуру сжатого природного газа, поступающего с заключительной стадии, снижают до значения менее 0°С посредством пропускания через теплообменник. Первая ступень сжатия выполняет функцию компрессора, работающего при низкой температуре, и полученный холодный сжатый природный газ используют в теплообменнике для выполнения необходимого охлаждения потока, поступающего со ступени сжатия. Ниже по потоку, после его прохождения через теплообменник, холодный сжатый природный газ протекает через остальные ступени компрессора. При желании, часть сжатого природного газа может служить в качестве топлива, и его подают в двигатель мореходного судна.

Наличие холодильного контура с азотом или любым другим газообразным хладагентом, отличающимся от охлаждаемой текучей среды, вызывает потребность в обеспечении специального оборудования для хладагента. Так, например, когда на борту судна (или в другом месте) предусмотрен контур азотного хладагента, необходима установка для обработки (очистки) азота, чтобы допустить его использование в криогенном секторе. Также необходимо предусмотреть специальную цистерну, клапаны и другие устройства для регулирования потока азота.

Таким образом, в настоящем изобретении предложена оптимизированная система, обеспечивающая на борту судна, транспортирующего сжиженный природный газ, возможность снабжения газом, испаряющимся из цистерн для хранения судна, двигателя на основе природного газа, и повторного сжижения газа, который испарился и не был потреблен двигателем. В данной системе не используют какую-либо охлаждающую жидкость иной природы, чем газ, используемый для снабжения двигателя, и ограничивают потери напора выше потоку от компрессора, используемого для снабжения двигателя. Преимущественно производство холода возможно привести в соответствие с количеством газа, подлежащего повторному сжижению.

Для этой цели в настоящем изобретении предложена система снабжения на основе газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, и повторного сжижения этого газа, причем указанная система включает линию снабжения по меньшей мере одного двигателя, на которой расположен первый компрессорный блок для указанного газа, и отвод в возвратную линию, на которой последовательно расположены средства охлаждения и первые средства расширения.

В соответствии с настоящим изобретением, средства охлаждения включают последовательно расположенные второй компрессорный блок и теплообменник, а также, ниже по потоку от второго компрессорного блока, отвод в контур, включающий вторые средства расширения, при этом контур повторно соединен с возвратной линией выше по потоку от второго компрессорного блока после прохода через теплообменник в направлении, противоположном направлению фракции газа, которую не отводят через контур.

Таким образом, предложен контур механического охлаждения, позволяющий избежать использования газа, который испаряется из цистерн, в качестве источника холода для охлаждения части газа перед его сжижением. Таким образом, газ, испарившийся из цистерн, может быть подан непосредственно в первый компрессорный блок без потерь напора (или с максимальным ограничением этих потерь напора). Более того, этот контур охлаждения работает независимо от других соседних систем, и таким образом, он может работать почти как замкнутый контур другого хладагента. Средства расширения позволяют быстро изменить давление текучей среды с высокого давления на пониженное давление и в каждом случае они могут включать расширительную турбину, или расширительный клапан, или дроссельное отверстие, или любую другую равноценную систему.

В такой системе снабжения и повторного сжижения предпочтительно обеспечивают линию рециркуляции, позволяющую подавать не сжиженную повторно фракцию газа, выходящего из первых средств расширения, в линию снабжения для двигателя выше по потоку от первого компрессорного блока. Предпочтительно линия рециркуляции проходит через теплообменник.

В блоке охлаждения отвод предпочтительно осуществляют в теплообменнике таким образом, чтобы отводимый поток газа уже частично был охлажден, чтобы затем поступать во вторые средства расширения.

В одном воплощении такой системы снабжения и повторного сжижения первые средства расширения, например, включают расширительный клапан с выходом в баллон, предназначенный для разделения полученной жидкости и фракции несжиженного газа. Баллон обеспечивает возможность осуществления разделения газа и жидкости и обработки газа и жидкости ниже по потоку разными путями. В таком воплощении предусмотрено, чтобы верхняя часть баллона была связана с теплообменником таким образом, чтобы газ, выходящий из баллона, поступал в теплообменник с той же стороны, на которой находится отвод, и чтобы нижняя часть баллона была связана с цистерной для криогенной жидкости.

В особенно преимущественном варианте воплощения системы обработки второй компрессорный блок включает несколько ступеней сжатия, каждая из которых содержит компрессорное колесо, вторые средства расширения включают расширительную турбину, и каждое компрессорное колесо и расширительная турбина связаны с одной и той же механической передачей. Данное воплощение позволяет обеспечить компактную конструкцию. Кроме того, работу, извлеченную на уровне расширительной турбины, можно немедленно передать компрессорным колесам, что способствует достижению хорошего коэффициента использования энергии для системы.

Для облегчения запуска блока охлаждения, эта система может включать дополнительные средства введения газа в обводной контур блока охлаждения. Таким образом, блок охлаждения фактически становится автономным и им можно управлять, как если бы он был замкнутым контуром. Средства введения газа в обводной контур включают, например, насос для криогенной жидкости, испаритель и регулирующий клапан.

Настоящее изобретение также относится к:

- системе снабжения и повторного сжижения, как описано выше, дополнительно включающей коллектор для извлечения испарившихся газов из комплекта цистерн для криогенной жидкости, причем коллектор соединен непосредственно, в частности, иными словами, без промежуточного устройства для теплообмена с другой газовой трубой, с первым компрессорным блоком, и

- судну для транспортировки криогенной жидкости, в частности, судну для перевозки метана, оборудованному такой системой снабжения и повторного сжижения.

Наконец, в изобретении предложен способ управления потоком газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, в котором:

указанный поток газа сжимают в первом компрессорном блоке, перед его подачей либо в двигатель, либо в средства повторного сжижения,

фракцию газа, подаваемую в средства повторного сжижения, пропускают через средства охлаждения и затем средства расширения и, наконец, через сепаратор, из которого жидкую часть направляют в цистерну для криогенной жидкости.

В соответствии с настоящим изобретением, средства охлаждения являются средствами механического охлаждения, в которых:

поток газа сжимают во втором компрессорном блоке и затем охлаждают в теплообменнике перед его расширением таким образом, что фракция газа повторно сжижается,

после сжатия поток газа разделяют на первую часть потока газа и вторую часть потока газа,

первую часть потока газа охлаждают и затем подают в средства повторного сжижения для по меньшей мере частичного ее сжижения, и

вторую часть потока газа подают в контур, в котором указанную вторую часть потока газа расширяют и затем используют для охлаждения первой части потока газа, перед повторным объединением потока газа для повторного сжатия во втором компрессорном блоке.

В таком способе управления потоком газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, предпочтительно предусмотреть сжатие газа, образующегося при испарении, без предварительного теплообмена с другой газовой трубой. Это позволяет ограничить потери напора, перед тем как газ попадает в первый компрессорный блок.

Несжиженный газ, выходящий из первых средств расширения, можно пропускать через линию рециркуляции выше по потоку от первого компрессорного блока. В этом случае, для повышения энергетической эффективности, несжиженный газ, выходящий из первых средств расширения, предпочтительно проходит через теплообменник перед тем, как его снова сжимают в первом компрессионном блоке.

Детали и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из приведенного ниже описания, представленного со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, где:

на каждом из Фиг. 1-5 представлен схематический вид цистерны для криогенной жидкости, соединенной с системой извлечения газа, испаряющегося из указанной цистерны, с одной стороны, для поставки по меньшей мере в один двигатель, а с другой стороны, для повторного сжижения газа, не потребляемого указанным двигателем(ями).

На каждом прилагаемом чертеже представлена цистерна 1. В последующем описании предполагается, что речь идет о цистерне для сжиженного природного газа (или СПГ) из ряда других аналогичных цистерн, находящихся на борту морского судна для перевозки метана.

Численные значения, приведенные ниже в описании, представлены исключительно в качестве иллюстративных и совершенно не ограничивающих численных примеров. Они соответствуют обработке СПГ на борту судна, но могут изменяться, в частности, в случае изменения природы газа.

В цистерне 1 СПГ хранят при температуре порядка -163°С, что соответствует обычной температуре хранения СПГ при давлении, близком к атмосферному. Данная температура, конечно, зависит от состава природного газа и условий хранения. Поскольку окружающая среда вокруг цистерны 1 находится при гораздо более высокой температуре, чем температура СПГ, хотя цистерна 1 очень хорошо изолирована термически, тепло поступает к жидкости, которая подогревается и испаряется. Поскольку объем испаряющегося газа гораздо больше объема соответствующей жидкости, давление в цистерне 1 возрастает с течением времени и по мере поступления тепла к жидкости.

Чтобы избежать чрезмерно высокого давления, испаряющийся газ периодически отводят из цистерны 1 (и из других цистерн судна) и собирают из нескольких цистерн к основной трубе 2.

В системах, представленных на чертежах, предусмотрено использование испаряющегося газа для снабжения по меньшей мере одного двигателя (не показан) на борту судна и для повторного сжижения избыточного газа. В данном случае цель заключается в том, чтобы избежать потерь испарившегося газа, и следовательно, либо использовать его для движения судна, либо извлечь его и вернуть в жидкой фазе в цистерну 1.

Чтобы использовать газ в двигателе судна, газ сначала необходимо сжать. Тогда это сжатие осуществляют в первом компрессорном блоке 3, который, как показано на чертежах, является многоступенчатым. В данном блоке, только в качестве иллюстративного и совершенно не ограничивающего численного примера, давление газа, собранного в основной трубе 2, доводят от давления по существу равного атмосферному давлению до давления порядка от 15 до 20 бар (1 бар = 10⁵ Па).

После этой первой стадии сжатия газ подают в промежуточный охладитель 4, в котором его охлаждают без существенного изменения его давления. Газ, который был повторно нагрет в течение его сжатия, находится при температуре примерно от 40 до 45°С на выходе из промежуточного охладителя (эти значения приведены исключительно в качестве иллюстрации).

Таким образом сжатый и охлажденный газ затем подают через инжекционную трубу 5 в двигатель на борту судна. Это может быть двигатель, предназначенный для приведения в движение судна или для других целей (вспомогательный генератор и т.д.).

Основная труба 2 и инжекционная труба 5 образуют линию снабжения двигателя газом, испарившимся из цистерны 1.

Потребности в газе двигателя(ей) судна часто ниже, чем «производство» газа при испарении во всех цистернах, которые находятся на борту судна. Газ, который не используют в двигателе(ях), затем подают в блок повторного сжижения, включающий, в частности, блок 10 механического охлаждения.

Блок 10 охлаждения включает на входе вентиль 6, в частности, предназначенный для регулирования давления газа в инжекционной трубе 5, а затем основной цикл и контур, описанные далее.

Основной цикл дает возможность получать из газа (который находится под давлением от нескольких бар до примерно 50 бар (5 МПа), неограничивающие значения) газ такой температуры, что он переходит в жидкую фазу перед возвратом в цистерну 1.

Основной цикл блока 10 охлаждения прежде всего включает многоступенчатый компрессор, в данном случае включающий три последовательные ступени, обозначенные 11, 12 и 13. Каждая ступень состоит из компрессорного колеса, и три компрессорных колеса приводят в действие с помощью одной и той же передачи 15 с валами и шестернями. Линия между ступенями сжатия на чертежах обозначает механическую связь между ними.

После этого второго сжатия (газ, минующий линию снабжения, уже сжат в первом компрессорном блоке 3), газ подают в промежуточный охладитель 16. Его давление тогда составляет несколько десятков бар, например около 50 бар (5 МПа), а его температура снова составляет примерно от 40 до 45°С.

Затем таким образом сжатый газ охлаждают в многопоточном теплообменнике 17. Газ поступает в данный теплообменник 17 в первом направлении. Текучие среды, протекающие в противоположном направлении (относительно данного первого направления) и используемые для его охлаждения, описаны далее.

На выходе из теплообменника 17 сжатый газ, охлажденный до температуры примерно от -110 до -120°С становится жидким, и его подают, все еще при давлении несколько десятков бар (например, приблизительно 50 бар (5 МПа)), через изолированный трубопровод 22 в средства расширения. В представленном воплощении, соответствующем предпочтительному воплощению, используют расширительный вентиль 30 для дальнейшего охлаждения повторно сжиженного газа и снижения его давления.

После расширения посредством расширительного вентиля 30 одновременно получают богатую метаном жидкость и богатый азотом газ (поскольку природный газ не состоит исключительно из метана). Разделение этой жидкой фазы и этой газовой фазы осуществляют внутри баллона 40, в котором давление составляет порядка нескольких бар, например, от 3 до 5 бар (от 0,3 до 0,5 МПа).

Газ из баллона 40 предпочтительно возвращают в основную трубу 2. Таким путем он смешивается с первичным потоком, и следовательно, его частично используют в качестве топлива в двигателе(ях) или направляют обратно в блок 10 охлаждения. Так как газ, поступающий из баллона 40, является холодным, его можно использовать для охлаждения сжатого газа в теплообменнике 17. Поэтому предусмотрено его пропускание в противоположном направлении в этом теплообменнике 17, прежде чем его возвращают в основную трубу 2 через соединительную трубу 35.

Если по различным причинам, в частности во время переходных этапов, газ из баллона 40 не может быть возвращен в основную трубу 2, предусмотрена его подача на факел или в блок сжигания. С помощью комплекта вентилей 31, 32 управляют подачей газа из баллона 40 в основную трубу 2 через соединительную трубу 35 или в блок сжигания.

Жидкость, извлеченная снизу из баллона 40, в свою очередь предназначена для возврата в цистерну 1. В зависимости от условий эксплуатации, жидкость может быть направлена в цистерну 1 напрямую (проход регулируют вентилем 33), или с помощью насоса 41 (проход регулируют вентилем 34).

Возврат жидкости, поступающей из баллона 40, напрямую или через насос 41 в цистерну 1 осуществляют через изолированный трубопровод 36.

В блоке 10 охлаждения, как указано выше, также расположен контур. Этот контур начинается с отводной трубы 18, которая разделяет газовый поток ниже по потоку от многоступенчатого компрессора 11, 12, 13 на первый поток, или основной поток, который соответствует основному циклу, описанному ранее, и второй поток, или обводной поток.

Отводная труба 18 предпочтительно соединена с основным циклом на уровне теплообменника 17. Газ, который таким образом поступает в отводную трубу 18, находится под «высоким давлением» (около 5 МПа (50 бар) в приведенном числовом примере) и при промежуточной температуре от 40°С до -110°С.

Перепущенный по отводной трубе 18 газ расширяют в средствах расширения, сформированных в предпочтительном воплощении, сохраненном на чертеже, из расширительной турбины 14. Последняя в предпочтительном воплощении, проиллюстрированном на чертеже, механически связана с тремя компрессорными колесами, соответствующими ступеням 11, 12 и 13 многоступенчатого компрессора блока 10 охлаждения. Передача 15 соединяет расширительную турбину 14 и компрессорные колеса многоступенчатого компрессора посредством валов и шестерней. Эта передача 15 обозначена линией, соединяющей на чертежах расширительную турбину 14 со ступенями 11, 12 и 13.

Газ расширяют, например, до давления, которое соответствует его давлению на входе в блок 10 охлаждения, т.е. приблизительно от 1,5 до 2 МПа (от 15 до 20 бар). Его температура падает ниже -120°С. Затем этот поток газа направляют в теплообменник 17 в противоположном направлении, чтобы охладить газ основного цикла, сначала часть 19, находящуюся ниже по потоку от отводной трубы 18, а затем часть выше по потоку от этой отводной трубы 18. На выходе из теплообменника 17 газ вновь приобретает температуру примерно 40°С, и его можно повторно вводить в основной цикл блока охлаждения, выше по потоку от многоступенчатого компрессора, через возвратную трубу 21.

Таким образом получен открытый контур охлаждения, в котором в качестве газа для охлаждения используют тот же газ, что и газ, подлежащий сжижению.

В варианте воплощения на Фиг. 2, по сравнению с воплощением на Фиг. 1, предусмотрено сохранение газа, выходящего из баллона 40 в блок 10 охлаждения, путем введения его в возвратную трубу 21 через соединительную трубу 35b, не отправляя его в коллектор 2. Данное воплощение следует предусмотреть, в частности, в тех случаях, когда первый компрессорный блок 3 не имеет производительности для обработки богатого азотом газа, поступающего из баллона 40.

Данный вариант воплощения на Фиг. 2 можно объединить с одним или несколькими вариантами, которые описаны далее в данном документе со ссылками на Фиг. 3-5.

На Фиг. 3 предусмотрено изменение конфигурации системы ниже по потоку от расширительной турбины 14 и теплообменника 17. Вместо подачи расширенного газа, выходящего из теплообменника 17, на вход первой ступени 11 многоступенчатого компрессора блока 10 охлаждения, в данном случае предложена рециркуляция данного потока газа, либо непосредственно в основную трубу 2, или, на промежуточном уровне, в первый компрессорный блок 3. Вентили 23 и 24 позволяют регулировать расход газа, который при выходе из теплообменника 17 направляют либо в основную трубу 2, либо в первый компрессорный блок 3.

Благодаря такой конфигурации, возможно получить большее соотношение давлений на уровне расширительной турбины 14, чем такое соотношение многоступенчатого компрессора блока 10 охлаждения.

Фиг. 4 иллюстрирует тот, факт, что предложенная система дает возможность питания различных типов двигателей. Возможно обеспечить различные уровни давления с помощью первого компрессорного блока 3, чтобы соответствовать различным типам двигателей. Если, например, давление в инжекционной трубе 5 очень высокое, например, более 25 МПа (250 бар), для поставки в двигатель с непосредственным впрыском газа высокого давления, то возможно также снабжать блок 10 охлаждения с промежуточной ступени первого компрессорного блока 3, а не из инжекционной трубы 5.

Наконец, на Фиг. 5 показаны средства, которые могут быть реализованы для облегчения охлаждения блока 10 охлаждения и, следовательно, его запуска. Воплощение, представленное на Фиг. 5, позволяет осуществлять такой запуск без влияния на расход газа в инжекционной трубе 5, питающей двигатель или т.п.Например, можно предусмотреть, чтобы при охлаждении блока 10 охлаждения клапан 6 был закрыт.

Таким образом, на Фиг. 5 предусмотрено снабжение контура газом непосредственно из цистерны 1. Для этой цели насос 60 обеспечивает возможность выпуска части жидкости из цистерны 1, чтобы подавать ее в систему 62 введения через подающую трубу 61. В системе 62 введения испаритель 63 позволяет обеспечить переход жидкости, выпущенной из цистерны 1, в газообразную фазу. Затем обеспечен вентиль 64 для регулирования введения газа, полученного в испарителе на выходе, и контроля количества газа, вводимого в контур, и тем самым осуществления регулирования охлаждения блока 10 охлаждения. На Фиг. 5 представлено введение на уровне возвратной трубы 21, но может быть выбрана другая точка введения.

Также, в случае необходимости, может быть предусмотрено стравливание сжиженного природного газа (наличие стрелки) из подающей трубы 61.

Таким образом, предложенная в данном изобретении система позволяет обеспечить открытый контур охлаждающего газа, соответствующего охлаждаемому газу, с получением холода при двух различных температурах, температуре приблизительно -120°С на выходе из расширительной турбины и температуре приблизительно -160°С на выходе из расширительного вентиля. Система не зависит от двигателей, находящихся на борту судна и питаемых испарившимся газом. Она позволяет осуществлять сжижение только на основе испарившегося газа, независимо от любого другого внешнего источника холода.

В контуре получение холода постоянно адаптируют к нагрузке на уровне средств повторного сжижения, и его можно регулировать в широком диапазоне посредством воздействия на второй компрессорный блок. Таким образом, возможно регулировать к получение холода, необходимого для повторного сжижения и выполнять корректировку энергетического баланса системы.

В условиях установившегося режима не предусмотрен сброс газа или сжигание газа.

В ходе запуска, охлаждение внутри охлаждающего контура может быть организовано как в случае замкнутого контура. Блок охлаждения не оказывает никакого влияния на первый компрессорный блок, который также используют для питания двигателей (или других генераторов). Когда контур холодный, он может оставаться «в покое», и его можно использовать в режиме незамкнутого контура, как только необходимо подвергнуть сжижению избыток испарившегося газа.

Предложенная система позволяет ограничить потери напора газа, испаряющегося из цистерн(ы). Этот газ собирают и подают непосредственно на вход первого компрессорного блока. Неизбежная потеря напора происходит при подаче газа через основную трубу. Она ограничена, и это дает возможность избежать того, чтобы во всех условиях эксплуатации системы снижалось давление на входе первого компрессорного блока.

Кроме того, очевидно, что предложенная система не требует какой-либо установки для обработки азота или аналогичной установки. Ее конструкция упрощена посредством использования повторно сжиженного газа такой же природы, как газ, который охлаждают и сжижают.

Конечно, настоящее изобретение не ограничено воплощениями систем и способов, описанными в настоящем документе путем не ограничивающих примеров, но оно также относится ко всем вариантам воплощений в пределах возможностей специалиста в данной области в рамках приложенной формулы изобретения.

Система снабжения двигателя на основе газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, и повторного сжижения этого газа, включает линию снабжения по меньшей мере одного двигателя. Первый компрессорный блок (3) непосредственно снабжается газом, образующимся при испарении криогенной жидкости. Отвод в возвратную линию, на которой последовательно расположены средства (10) охлаждения и первые средства (30) расширения. Средства охлаждения включают последовательно расположенные второй компрессорный блок (11, 12, 13) и теплообменник (17), а также, ниже по потоку от второго компрессорного блока (11, 12, 13), отвод в контур (18, 20, 21), включающий вторые средства (14) расширения. Контур повторно соединен с возвратной линией выше по потоку от второго компрессорного блока (11, 12, 13) после прохода через теплообменник (17) в направлении, противоположном направлению фракции газа, не отводимой через контур. Техническим результатом является повышение эффективности хранения сжиженного газа. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система снабжения двигателя на основе газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, и повторного сжижения этого газа, включающая линию снабжения по меньшей мере одного двигателя, на которой расположен первый компрессорный блок (3), непосредственно снабжаемый газом, образующимся при испарении криогенной жидкости, и отвод в возвратную линию, на которой последовательно расположены средства (10) охлаждения и первые средства (30) расширения, отличающаяся тем, что средства охлаждения включают последовательно расположенные второй компрессорный блок (11, 12, 13) и теплообменник (17), а также, ниже по потоку от второго компрессорного блока (11, 12, 13), отвод в контур (18, 20, 21), включающий вторые средства (14) расширения, причем контур повторно соединен с возвратной линией выше по потоку от второго компрессорного блока (11, 12, 13) после прохода через теплообменник (17) в направлении, противоположном направлению фракции газа, не отводимой через контур.

2. Система снабжения и повторного сжижения по п.1, отличающаяся тем, что она включает линию (35) рециркуляции, обеспечивающую возможность подачи несжиженной фракции газа, выходящей из первых средств (30) расширения, в линию (2) снабжения двигателя выше по потоку от первого компрессорного блока (3).

3. Система снабжения и повторного сжижения по п.2, отличающаяся тем, что линия (35) рециркуляции проходит через теплообменник (17).

4. Система снабжения и повторного сжижения по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что отвод в контур (18, 20, 21) выполнен в пределах теплообменника (17).

5. Система снабжения и повторного сжижения по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что первые средства расширения включают расширительный вентиль (30), выходящий в баллон (40), предназначенный для разделения полученной жидкости и несжиженной фракции газа.

6. Система снабжения и повторного сжижения по п.5, отличающаяся тем, что верхняя часть баллона (40) соединена с теплообменником (17) таким образом, что газ, выходящий из баллона (40), поступает в теплообменник (17) с той же стороны, с которой расположен отвод, и нижняя часть баллона (40) соединена с цистерной (1) для криогенной жидкости.

7. Система снабжения и повторного сжижения по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что второй компрессорный блок включает несколько ступеней (11, 12, 13) сжатия, каждая из которых содержит компрессорное колесо, вторые средства расширения включают расширительную турбину (14), и каждое компрессорное колесо, и расширительная турбина (14) соединены с одной и той же механической передачей (15).

8. Система снабжения и повторного сжижения по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что она дополнительно включает средства (62) введения газа в обводной контур цикла.

9. Система снабжения и повторного сжижения по п.8, отличающаяся тем, что средства (62) введения газа в обводной контур включают насос (60) для криогенной жидкости, испаритель (63) и регулировочный вентиль (64).

10. Система снабжения и повторного сжижения по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что она дополнительно включает коллектор для извлечения испарившихся газов из комплекта цистерн (1) для криогенной жидкости, и коллектор соединен напрямую, иными словами, в частности, без промежуточного устройства для теплообмена с другой газовой трубой, с первым компрессорным блоком (3).

11. Судно для транспортировки криогенной жидкости, отличающееся тем, что оно включает систему снабжения и повторного сжижения по одному из пп.1-10.

12. Судно по п.11, отличающееся тем, что указанное судно является судном для перевозки метана.

13. Способ управления потоком газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, в котором:

указанный поток газа непосредственно сжимают в первом компрессорном блоке перед его подачей либо в двигатель, либо в средства повторного сжижения,

фракцию газа, подаваемую в средства повторного сжижения, пропускают через средства (10) охлаждения и затем средства (30) расширения и, наконец, через сепаратор (40) из которого жидкую часть подают в цистерну (1) для криогенной жидкости,

отличающийся тем, что средства охлаждения представляют собой средства механического охлаждения, где

поток газа сжимают во втором компрессорном блоке (11, 12, 13) и затем охлаждают в теплообменнике (17) перед его расширением таким образом, что фракция газа повторно сжижается,

после сжатия поток газа разделяют на первую часть потока газа и вторую часть потока газа,

первую часть потока газа охлаждают и затем подают в средства повторного сжижения для по меньшей мере частичного ее сжижения, и

вторую часть потока газа подают в контур (18, 20, 21), в котором указанную вторую часть потока газа расширяют и затем используют для охлаждения первой части потока газа, перед повторным объединением потока газа для повторного сжатия во втором компрессорном блоке (11, 12, 13).

14. Способ управления потоком газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, по п.13, отличающийся тем, что газ, поступающий из испарителя, сжимают без предварительного теплообмена с другой газовой трубой.

15. Способ управления потоком газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, по п.13 или 14, отличающийся тем, что несжиженный газ, поступающий из первых средств (30) расширения, направляют посредством линии (35) рециркуляции выше по потоку от первого компрессорного блока (3).

16. Способ управления потоком газа, образующегося при испарении криогенной жидкости, по п.15, отличающийся тем, что несжиженный газ, поступающий из первых средств (30) расширения, пропускают через теплообменник (17) перед его повторным сжатием в первом компрессорном блоке (3).