СУДНО Российский патент 2020 года по МПК B63B25/16 F17C9/02 F17C6/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к судну и, в частности к судну, включающему в себя систему, которая повторно сжижает отпарной газ, образуемый в резервуаре для хранения, с использованием самого отпарного газа в качестве хладагента.

Уровень техники

Даже в случае, когда резервуар для хранения сжиженного газа изолирован, имеется ограничение, не позволяющее полную изоляцию от внешнего тепла. Таким образом, сжиженный газ непрерывно испаряется в резервуаре для хранения из-за тепла, передаваемого в резервуар для хранения. Сжиженный газ, испаряющийся в резервуаре для хранения, называется отпарным газом (BOG).

Если из-за образования отпарного газа давление в резервуаре для хранения превышает заданное безопасное давление, отпарной газ выпускается из резервуара для хранения через предохранительный клапан. Отпарной газ, выпускаемый из резервуара для хранения, используется в качестве топлива для судна или повторно сжижается и возвращается в резервуар для хранения.

Техническая проблема

Обычно система повторного сжижения отпарного газа использует цикл охлаждения для повторного сжижения отпарного газа путем охлаждения. Охлаждение отпарного газа выполняется путем осуществления теплообмена с хладагентом, и в уровне техники известна система частичного повторного сжижения (PRS), использующая сам отпарной газ в качестве хладагента.

Варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают судно, включающее в себя улучшенную систему частичного повторного сжижения, выполненную с возможностью более эффективного повторного сжижения отпарного газа.

Техническое решение

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечено судно, имеющее резервуар для хранения сжиженного газа, причем судно включает в себя: многоступенчатый компрессор, включающий в себя множество цилиндров сжатия для сжатия отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения; второй теплообменник, охлаждающий текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, путем осуществления теплообмена текучей среды; первый декомпрессор, расширяющий один (далее называемый «поток a1») из двух потоков, на которые разветвляется текучая среда, охлажденная вторым теплообменником (далее называемый «поток a»); третий теплообменник, охлаждающий другой поток (далее называемый «поток a2») из двух потоков, путем осуществления теплообмена потока a2 с потоком a1, расширенным первым декомпрессором, в качестве хладагента; и второй декомпрессор, расширяющий поток a2, охлажденный третьим теплообменником, причем второй теплообменник охлаждает текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, с использованием потока a2, расширенного вторым декомпрессором, в качестве хладагента.

Отпарной газ, сжатый некоторыми из множества цилиндров сжатия, может сжиматься другими цилиндрами сжатия после охлаждения путем теплообмена в третьем теплообменнике.

Текучая среда, сжатая некоторыми из множества цилиндров сжатия и охлажденная третьим теплообменником, может сжиматься другими цилиндрами сжатия после соединения с потоком a1, расширенным первым декомпрессором и использованным в качестве хладагента в третьем теплообменнике.

Судно может дополнительно включать в себя: первый теплообменник, охлаждающий отпарной газ, сжатый многоступенчатым компрессором, путем осуществления теплообмена отпарного газа перед подачей отпарного газа во второй теплообменник.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения обеспечен способ повторного сжижения отпарного газа, используемый на судне, включающем в себя резервуар для хранения сжиженного газа, причем способ повторного сжижения отпарного газа включает в себя этапы, на которых: 1) сжимают отпарной газ, выпускаемый из резервуара для хранения, и охлаждают сжатый отпарной газ посредством третьего теплообменника; 2) дополнительно сжимают текучую среду, охлажденную третьим теплообменником на этапе 1); 3) охлаждают отпарной газ, дополнительно сжатый на этапе 2), посредством второго теплообменника; 4) делят текучую среду, охлажденную вторым теплообменником на этапе 3), на два потока; 5) расширяют один из двух потоков, разделенных на этапе 4), и используют один поток в качестве хладагента в третьем теплообменнике; 6) охлаждают другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 4), посредством третьего теплообменника; и 7) расширяют и повторно сжижают текучую среду, охлажденную третьим теплообменником на этапе 6), причем отпарной газ, повторно сжиженный на этапе 7), подают во второй теплообменник для использования в качестве хладагента для охлаждения отпарного газа, дополнительно сжатого на этапе 3).

Текучая среда, охлажденная третьим теплообменником на этапе 1), может быть дополнительно сжата на этапе 2) после соединения с текучей средой, расширенной и использованной в качестве хладагента в третьем теплообменнике на этапе 5).

Отпарной газ, дополнительно сжатый на этапе 2), может быть охлажден первым теплообменником перед охлаждением вторым теплообменником на этапе 3).

Полезные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением хладагент для повторного сжижения отпарного газа может быть диверсифицирован, что приводит к уменьшению количества отпарного газа, ответвляющегося перед теплообменником для использования в качестве хладагента.

Поскольку отпарной газ, ответвляющийся для использования в качестве хладагента, подвергается процессу сжатия в многоступенчатом компрессоре, уменьшение количества отпарного газа также может вызывать уменьшение количества отпарного газа, сжимаемого многоступенчатым компрессором, в результате чего такой же уровень эффективности повторного сжижения может быть достигнут при меньшем энергопотреблении многоступенчатого компрессора.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой структурную схему системы частичного повторного сжижения, используемой на судне в соответствии с примерным вариантом выполнения настоящего изобретения.

Наилучший способ осуществления изобретения

Далее варианты выполнения настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи. Судно в соответствии с настоящим изобретением может широко использоваться в разных областях, например, судно, оборудованное двигателем, работающим на природном газе, и судно, включающее в себя резервуар для хранения сжиженного газа. Следует понимать, что следующие варианты выполнения могут быть модифицированы различным образом и не ограничивают объем настоящего изобретения.

Системы обработки отпарного газа в соответствии с настоящим изобретением, как описано ниже, могут использоваться на всех видах судов и морских сооружений, включающих в себя резервуар для хранения, выполненный с возможностью хранения жидкого груза или сжиженного газа при низкой температуре, то есть на таких судах, как танкеры для перевозки сжиженного газа и морские сооружения, например, FPSO (плавучие установки для добычи, хранения и отгрузки нефти) или FSRU (плавучие регазификационные установки).

Кроме того, текучая среда на каждой линии в соответствии с изобретением может находиться в жидкой фазе, в смешанной газожидкостной фазе, в газовой фазе или в сверхкритической флюидной фазе в зависимости от условий работы системы.

Фиг. 1 представляет собой структурную схему системы частичного повторного сжижения, применяемой на судне в соответствии с примерным вариантом выполнения настоящего изобретения.

Обратимся к Фиг. 1, судно в соответствии с вариантом выполнения включает в себя: многоступенчатый компрессор 20, включающий в себя множество цилиндров 21, 22, 23 сжатия; второй теплообменник 32; третий теплообменник 40; первый декомпрессор 71; и второй декомпрессор 72.

Сжиженный газ, хранящийся в резервуаре 10 для хранения судна в соответствии с вариантом выполнения, может иметь точку кипения выше -110°C при 1 атм. Кроме того, сжиженный газ, хранящийся в резервуаре 10 для хранения, может представлять собой сжиженный нефтяной газ (LPG) или может включать в себя множество компонентов, например, метан, этан и тяжелые углеводороды.

В этом варианте выполнения многоступенчатый компрессор 20 сжимает отпарной газ, выпускаемый из резервуара 10 для хранения. Многоступенчатый компрессор 20 может включать в себя множество цилиндров сжатия, например, три цилиндра 21, 22, 23 сжатия, как показано на Фиг. 1. В этом варианте выполнения отпарной газ, выпущенный из резервуара 10 для хранения и сжатый некоторыми из множества цилиндров сжатия многоступенчатого компрессора 20, охлаждается третьим теплообменником 40 и затем подается обратно в многоступенчатый компрессор 20 для прохождения через другие цилиндры сжатия. Фиг. 1 показывает процесс, в котором отпарной газ, сжатый первым цилиндром 21 сжатия, охлаждается третьим теплообменником 40 и затем сжимается вторым цилиндром 22 сжатия и третьим цилиндром 23 сжатия.

Текучая среда, прошедшая через некоторые цилиндры 21 сжатия многоступенчатого компрессора 20, охлажденная третьим теплообменником 40 и прошедшая через другие цилиндры 22, 23 сжатия, охлаждается в процессе собственного теплообмена во втором теплообменнике 32 и затем подается обратно в третий теплообменник 40 (поток a). В выражении «собственный теплообмен» «собственный» означает, что сам отпарной газ используется в качестве хладагента для теплообмена.

В этом варианте выполнения текучая среда, сжатая многоступенчатым компрессором 20, может охлаждаться первым теплообменником 31 перед подачей во второй теплообменник 32. Первый теплообменник 31 может использовать отдельный хладагент, например, морскую воду в качестве хладагента для охлаждения отпарного газа. Альтернативно первый теплообменник 31 может быть выполнен с возможностью использования самого отпарного газа в качестве хладагента, подобно второму теплообменнику 32.

Давление, при котором текучая среда, подвергнутая многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 20, выпускается из многоступенчатого компрессора 20 (далее «давление на выпуске многоступенчатого компрессора»), может определяться на основе температуры текучей среды, выпускаемой из первого теплообменника 31 после охлаждения первым теплообменником 31. Предпочтительно давление на выпуске многоступенчатого компрессора 20 определяется давлением насыщенной жидкости, соответствующим температуре текучей среды, выпускаемой из первого теплообменника 31 после охлаждения первым теплообменником 31. То есть в случае, когда сжиженный газ представляет собой LPG, давление на выпуске многоступенчатого компрессора 20 может определяться давлением, при котором по меньшей мере часть текучей среды, прошедшей через первый теплообменник 31, превращается в насыщенную жидкость. Кроме того, давление, при котором текучая среда, прошедшая через каждую ступень сжатия, выпускается из соответствующего цилиндра сжатия, может определяться эффективностью соответствующего цилиндра сжатия.

Текучая среда, прошедшая через многоступенчатый компрессор 20 и второй теплообменник 32 (поток a), делится на два потока a1, a2 перед третьим теплообменником 40. Поток a1 расширяется первым декомпрессором 71 для снижения температуры и затем используется в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40, а поток a2 подвергается теплообмену в третьем теплообменнике 40 для охлаждения и затем расширяется вторым декомпрессором 72 для частичного или полного повторного сжижения. Текучая среда, использованная в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1), подается в многоступенчатый компрессор 20 для сжатия другими цилиндрами 22, 23 сжатия после соединения с текучей средой, сжатой некоторыми цилиндрами 21 сжатия многоступенчатого компрессора 20 и поданной в третий теплообменник 40.

Второй теплообменник 32 охлаждает текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором 20 (поток a), с использованием текучей среды, охлажденной третьим теплообменником 40 и расширенной вторым декомпрессором 72 для частичного или полного повторного сжижения (поток a2), в качестве хладагента. Текучая среда, использованная в качестве хладагента во втором теплообменнике 32 (поток a2), подается в резервуар 10 для хранения, а текучая среда, охлажденная вторым теплообменником 32 (поток a), подается в третий теплообменник 40.

В этом варианте выполнения каждый из первого декомпрессора 71 и второго декомпрессора 72 может представлять собой расширительный клапан, например, клапан Джоуля-Томсона, или может представлять собой расширитель в зависимости от конфигурации системы. В этом варианте выполнения второй теплообменник 32 может представлять собой экономайзер, а третий теплообменник 40 может представлять собой промежуточный охладитель.

Например, в случае, когда сжиженный газ представляет собой LPG, текучая среда, сжатая многоступенчатым компрессором 20, проходит через первый теплообменник 31 для охлаждения. Здесь по меньшей мере часть текучей среды может сжижаться в первом теплообменнике 31 и переохлаждаться вторым теплообменником 32. Кроме того, текучая среда, переохлажденная вторым теплообменником 32, делится на поток a1 и поток a2, причем поток a1 используется в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 после расширения первым декомпрессором 71, а поток a2 вторично переохлаждается третьим теплообменником 40 с использованием потока a1 в качестве хладагента. Поток a2, переохлажденный третьим теплообменником 40, расширяется вторым декомпрессором 72 и затем возвращается в жидкой фазе в резервуар 10 для хранения.

Хотя в этом варианте выполнения описано, что отпарной газ, сжатый многоступенчатым компрессором 20, подвергается одному промежуточному процессу охлаждения с использованием третьего теплообменника 40, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим, и отпарной газ, сжатый многоступенчатым компрессором 20, может подвергаться многоступенчатому промежуточному процессу охлаждения. Например, в случае, когда многоступенчатый компрессор 20 включает в себя три цилиндра 21, 22, 23 сжатия, отпарной газ, сжатый первым цилиндром 21 сжатия, может сжиматься вторым цилиндром 22 сжатия после охлаждения третьим теплообменником 40 и затем подвергаться дополнительному промежуточному процессу охлаждения перед сжатием третьим цилиндром 23 сжатия. Также в дополнительном промежуточном процессе охлаждения поток отпарного газа, ответвляющийся перед соответствующим теплообменником, может использоваться в качестве хладагента после расширения, как в промежуточном процессе охлаждения с использованием третьего теплообменника 40.

В соответствии с настоящим изобретением, поскольку текучая среда, частично или полностью сжиженная путем сжатия в многоступенчатом компрессоре 20, охлаждения в третьем теплообменнике 40 и расширения во втором декомпрессоре 72, используется в качестве хладагента во втором теплообменнике 32 для дополнительного охлаждения текучей среды, сжатой многоступенчатым компрессором 20, температура текучей среды, подаваемой в третий теплообменник 40 (поток a), может быть дополнительно снижена. В результате, такой же уровень эффективности повторного сжижения может быть достигнут при меньшем количестве отпарного газа, ответвляющегося для использования в качестве хладагента (поток a1). Кроме того, поскольку текучая среда, используемая в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1), сжимается многоступенчатым компрессором 20, энергопотребление многоступенчатого компрессора 20 может быть снижено за счет уменьшения количества текучей среды, используемой в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1). Другими словами, с использованием второго теплообменника 32 система частичного повторного сжижения в соответствии с настоящим изобретением может уменьшать количество текучей среды, используемой в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1), тем самым снижая энергопотребление многоступенчатого компрессора 20 при достижении почти такого же уровня эффективности повторного сжижения.

Хотя описаны некоторые варианты выполнения, специалисту в данной области техники будет понятно, что эти варианты выполнения приведены только в целях иллюстрации, и что различные модификации, изменения, замены и эквивалентные варианты выполнения могут быть выполнены без отклонения от замысла и объема изобретения.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судну, включающему в себя систему, которая повторно сжижает отпарной газ, образуемый в резервуаре для хранения. Судно содержит многоступенчатый компрессор для сжатия отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения, содержащий множество цилиндров сжатия; второй теплообменник для осуществления теплообмена текучей среды, сжатой многоступенчатым компрессором, и, следовательно, ее охлаждения; первое декомпрессионное устройство для расширения потока (далее называемого «поток a1»), частично ответвленного от потока (далее называемого «поток a»), охлажденного вторым теплообменником; третий теплообменник для осуществления теплообмена с использованием «потока a1», расширенного первым декомпрессионным устройством, в качестве хладагента потока (далее называемого «поток a2»), оставшегося от «потока a» после исключения ответвленного «потока a1», и, следовательно, его охлаждения; и второе декомпрессионное устройство для расширения «потока a2», охлажденного третьим теплообменником, причем второй теплообменник охлаждает текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, с использованием «потока a2», расширенного вторым декомпрессионным устройством, в качестве хладагента. Обеспечивается возможность более эффективного повторного сжижения отпарного газа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Судно, имеющее резервуар для хранения сжиженного газа, причем судно содержит:

многоступенчатый компрессор, содержащий множество цилиндров сжатия для сжатия отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения;

второй теплообменник, охлаждающий текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, путем осуществления теплообмена текучей среды;

первый декомпрессор, расширяющий один (далее называемый «поток a1») из двух потоков, на которые разветвляется текучая среда, охлажденная вторым теплообменником (далее называемый «поток a»);

третий теплообменник, охлаждающий другой поток (далее называемый «поток a2») из двух потоков путем осуществления теплообмена потока a2 с потоком a1, расширенным первым декомпрессором, для использования в качестве хладагента; и

второй декомпрессор, расширяющий поток a2, охлажденный третьим теплообменником,

причем второй теплообменник охлаждает текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, с использованием потока a2, расширенного вторым декомпрессором, в качестве хладагента.

2. Судно по п. 1, в котором отпарной газ, сжатый некоторыми из множества цилиндров сжатия, сжимается другими цилиндрами сжатия после охлаждения путем теплообмена в третьем теплообменнике.

3. Судно по п. 2, в котором текучая среда, сжатая некоторыми из множества цилиндров сжатия и охлажденная третьим теплообменником, сжимается другими цилиндрами сжатия после соединения с потоком a1, расширенным первым декомпрессором и использованным в качестве хладагента в третьем теплообменнике.

4. Судно по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее:

первый теплообменник, охлаждающий отпарной газ, сжатый многоступенчатым компрессором, путем осуществления теплообмена отпарного газа перед подачей отпарного газа во второй теплообменник.

5. Способ повторного сжижения отпарного газа, используемый на судне, имеющем резервуар для хранения сжиженного газа, причем способ повторного сжижения отпарного газа включает этапы, на которых:

1) сжимают отпарной газ, выпускаемый из резервуара для хранения, и охлаждают сжатый отпарной газ посредством третьего теплообменника;

2) дополнительно сжимают текучую среду, охлажденную третьим теплообменником на этапе 1);

3) охлаждают отпарной газ, дополнительно сжатый на этапе 2), посредством второго теплообменника;

4) делят текучую среду, охлажденную вторым теплообменником на этапе 3), на два потока;

5) расширяют один из двух потоков, разделенных на этапе 4), и используют один поток в качестве хладагента в третьем теплообменнике;

6) охлаждают другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 4), посредством третьего теплообменника; и

7) расширяют и повторно сжижают текучую среду, охлажденную третьим теплообменником на этапе 6),

причем отпарной газ, повторно сжиженный на этапе 7), подают во второй теплообменник для использования в качестве хладагента для охлаждения отпарного газа, дополнительно сжатого на этапе 3).

6. Способ повторного сжижения отпарного газа по п. 5, при котором текучую среду, охлажденную третьим теплообменником на этапе 1), дополнительно сжимают на этапе 2) после соединения с текучей средой, расширенной и использованной в качестве хладагента в третьем теплообменнике на этапе 5).

7. Способ повторного сжижения отпарного газа по п. 5 или 6, при котором отпарной газ, дополнительно сжатый на этапе 2), охлаждают первым теплообменником перед охлаждением вторым теплообменником на этапе 3).