CN101855130A - 操作以lng作燃料的船舶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作以LNG作燃料的船舶的方法和系统。船舶(1)包括LNG储罐(3)和以LNG作燃料的动力站(71)。LNG储存在LNG储罐内，并且针对燃料加注操作，通过将LNG源连接到船舶的燃料加注管线(14)，随后经由燃料加注管线将LNG提供给船舶，来给船舶供给LNG。为了实现更快的燃料加注操作，在燃料加注操作之前对燃料加注管线(14)进行冷却。

Description

操作以LNG作燃料的船舶的方法
技术领域
根据权利要求1的前序部分，一种操作以LNG作燃料的船舶的方法，该船舶包括LNG储罐和以LNG作燃料的动力站(power plant)，在所述方法中将LNG储存在LNG储罐中，并且在所述方法中针对燃料加注操作，通过将LNG源连接到船舶的燃料加注管线，随后通过燃料加注管线将LNG提供给船舶，来为船舶供给LNG。本发明还涉及一种根据权利要求6的前序部分的操作系统。
背景技术
船舶可用LNG(液化天然气)为燃料。很清楚，使用LNG，需要按特定时间间隔给船舶补给燃料或加注燃料。燃料加注操作通常发生在港口，但也可发生在其它位置，例如发生在海上漂浮的燃料加注设施。
以LNG作燃料的船舶的燃料加注操作通常比较费时。原因在于LNG(正常约为-162℃)和燃料加注管线(正常为环境温度，+20℃左右)之间的温差。此温差引起LNG在燃料加注管线中沸腾，导致气体和液体的两相流。两相流引起控制问题和压力脉冲，这有害于燃料加注管线的供给过程和管道布置。因此，为了实现可控燃料加注操作，在操作开始时，LNG流率需要保持很低以最小化压力脉冲或至少尝试将压力脉冲保持在可接受水平。在燃料加注管线开始冷却后，可以缓慢增加流率。因此燃料加注操作十分费时。
现今船舶操作的典型实践和趋势是缩短港口时间和高操作速度(后者需要高能量消耗)，这需要在短时间内传输大量燃料。
如此快速的燃料传输在现有技术中是不可能的。
发明内容
本发明的目的是避免现有技术的缺陷，以及在保持受控的燃料流的同时高效传输燃料，尤其是LNG。该目的是通过根据权利要求1所述的方法来实现的。
本发明的基本思想是在燃料加注操作之前，即在对船舶加注燃料之前，对船舶上的燃料加注管线进行冷却。有利的是将燃料加注管线冷却至与LNG的温度水平对应的温度水平。这有助于避免两相流和在燃料加注管线中提供更低的压力脉冲，这样做的结果是原则上从燃料加注操作一开始就提供高流率，因此提供了更快速的燃料加注操作。
对燃料加注管线的冷却有利地是通过将LNG从LNG储罐循环通过燃料加注管线进行的。这样，不需要任何辅助的冷却手段。
有利的是将LNG从LNG储罐的下部泵送到船舶的燃料加注管线，这与加压LNG储罐和处于流体静压力下的LNG储罐两者相结合，确保了只有LNG再循环至燃料加注管线。这优选地在船舶抵达燃料加注设施之前完成。
有利的是，该方法还使用清除连接部来清空燃料加注管线中的残留LNG。
以LNG作燃料的船舶的操作系统的主要和有利的特征在权利要求6到10中限定。
附图说明
以下将参照附图仅通过举例来描述本发明，其中：
图1例示了本发明的第一实施方式，和
图2例示了本发明的第二实施方式。
具体实施方式
图1例示了本发明的第一实施方式，其示出船舶1位于燃料加注设施2(如港口)处。用示意性地示出船舶的侧壳的线条标示船舶1。侧壳容纳燃料加注台11，燃料加注台11包括具有合适阀装置的入口管12。入口管12通向燃料加注管线14，燃料加注管线14设有第一紧急关闭阀13，并且通向船舶1上的LNG储罐3。通过排放管路6和燃料供给管线7将LNG储罐3连接到船舶1的动力站(用标号71示意性地标示)。LNG储罐中的LNG液位通过标号L来标示。
在本实施方式中，燃料加注管线14包括双通阀15、连接到双通阀15并直接朝LNG储罐3开口的第一支管16、以及连接到双通阀15并具有设置在LNG储罐3内的喷嘴组件18的第二支管17。在标准燃料加注或燃料补给操作中，通过支管16供给LNG。如果LNG储罐3是空的，则因此在高温下，最初可通过第二支管17供给LNG，从而可通过喷嘴组件18将LNG喷射到LNG储罐3中，以便冷却LNG储罐3。
入口管12设有清除连接部19，以清空入口管和燃料加注管线14内的残留LNG。可以利用通过气体，例如N2，进行清除。
在本实施方式中，为了在LNG储罐3中保持期望的压力，LNG储罐3是加压(一般压力在大约5巴)的储罐，因此设置有通过换热器5的增压回路4。
通过排放管路6将LNG从LNG储罐3提供到燃料供给管线7，排放管路6的入口在LNG储罐3的底部，低于液位L。排放管路6穿过换热器5以使LNG汽化，从而进一步传输到船舶1的动力站71的燃料供给管线7中。
通过加热介质回路8将热提供给换热器5。
此外，在本实施方式中，以在港口侧的LNG油罐卡车10的形式示出了LNG源。LNG油罐卡车10设置有出口管101，出口管101带有合适阀装置，如第二紧急关闭阀102。为了在LNG油罐卡车10的出口管101和船舶1的燃料加注台11的入口管12之间建立流动连接，提供了燃料加注连接管线103，例如燃料软管。
LNG源也可以是例如建立在陆地上或是建立在漂浮支撑结构上的储罐。
在图1中，根据本发明，燃料加注管线14也设有冷却装置。该冷却装置包括LNG储罐3的排放管路6，排放管路6还分岔出通过第一紧急关闭阀13与燃料加注管线14流动连接的冷却管线9。冷却管线9设置有冷却管线阀91和泵装置，该泵装置在本实施方式中为循环泵92。这使得LNG能够从LNG储罐3循环到燃料加注管线14，以便将燃料加注管线14有利地冷却至与LNG的温度水平对应的温度水平。冷却装置，即，带有冷却管线阀91和泵装置(即，所述循环泵92)的冷却管线9，当然可以与排放管路6分开设置。
优选地在船舶抵达燃料加注设施2之前，完成对燃料加注管线14的冷却。这样，在抵达时可立即开始燃料加注，并且几乎从一开始就可通过从LNG源按高流率供给LNG来执行燃料加注，由此可在短时间内完成燃料加注操作。
考虑到与LNG的特性有关的安全标准，以上讨论的紧急关闭阀是有利的。另外，为了避免泄漏到环境中，管道、管路和管线优选有双层壁或被封入输送管道中。
总之，鉴于以上描述，船舶的操作可以简短描述如下。
当船舶1出海时，通过从LNG储罐3提供的汽化NG(天然气)驱动船舶1的动力站71，或推进机械。LNG的供给途经排放管路6，经过换热器5，在换热器中LNG被汽化，从而将LNG以气体模式(NG)输送到推进机械的燃料供给管线7(例如，在本实施方式中有两个燃料供给管线，对应于两个内燃机)。
当船舶1抵达例如其目的港口时，除可能的卸载和/或装载操作之外，它还需要补给燃料。通过LNG油罐卡车10，或例如其它LNG源，来补给燃料。
为了为高效补给燃料操作做准备，在船舶1抵达港口之前就在船舶1上采用了准备措施。将冷却管线阀91打开，并且启动循环泵92，以便将LNG从LNG储罐3经过冷却管9再循环到燃料加注管线14，并途经燃料加注管线14返回到LNG储罐3。所述燃料加注管线和冷却管中的各个阀装置被自然定位，以便建立流体连通。运转循环泵92，并将LNG再循环充足的时间，以便燃料加注管线14冷却下来，并在燃料加注管线14中达到期望的温度水平(有利的是，与LNG温度水平对应的温度水平)，由此可以终止LNG的再循环。
随后，当船舶1抵达港口时，燃料加注管线14处于合适的温度以从LNG油罐卡车10接收LNG。接着，通过燃料加注连接管线103，可将LNG油罐卡车10的出口管101连接到船舶1的燃料加注台11的入口管12上，从而可开始并在短时间内执行燃料加注操作。一旦通过来自LNG油罐卡车10的LNG将燃料加注连接管线103(即，燃料软管)冷却下来，就可以将LNG高流率地传输到冷却的燃料加注管线14。因此，燃料加注连接管线103越短越有利。
各个阀装置被自然定位，以便建立从LNG油罐卡车10到燃料加注管线14的流体连通。当完成燃料加注时，可与LNG油罐卡车10断开连接，并关闭各个阀装置。
如果LNG源是例如建立在陆地或漂浮支撑结构上的固定储罐，则可通过与以上描述类似的方法有利地冷却从固定储罐通向停靠侧燃料加注连接管线的连接点的管道。这可通过将从固定储罐供给的LNG经过通向停靠侧连接点的管道再循环来实现，其中燃料加注管线连接部将要连接至所述连接点。在船舶抵达港口之前，可在船舶上按与所述准备措施对应的方式执行该操作。
因此，这实现了快速的燃料加注操作和短的停港时间。然后，船舶1等待进一步操作。
LNG储罐和燃料供给结构，包括诸如泵、换热器、压缩机和阀装置的构件，被认为是本领域技术人员已知的，因此就此不做更详细的描述。
可通过合适的自动化系统适当地控制以上描述的不同阶段的操作。这被认为是在本领域技术人员的知识范畴之内，因此就此不做详细讨论。
图2例示了本发明的第二实施方式，其示出船舶1在燃料加注设施2(如港口)处。用示意性地示出船舶侧壳的线条标示船舶1。侧壳容纳燃料加注台11，燃料加注台11包括具有合适阀装置的入口管12。入口管12通向燃料加注管线14，燃料加注管线14设有第一紧急关闭阀门13，并通向船舶1上的LNG储罐30。
燃料加注管线14直接通向LNG储罐30，LNG储罐30连接到分离的燃料供给箱40，燃料供给箱40是隔热压力容器并在尺寸上远小于LNG储罐30。LNG储罐30处于大气压下，即实际上处于LNG引起的流体静压力下。LNG储罐中的LNG液位由标号L标示。
入口管12设有清除连接部19，以便清空入口管12和燃料加注管线14中的残留LNG。可以通过气体，例如N2，执行清除。
在本实施方式中，LNG储罐30被设置为将LNG传输到燃料供给箱40。为此，LNG储罐30设有第一燃料供给管线31，第一燃料供给管线31包括泵装置，在本实施方式中，泵装置为供给泵32，有利地为低温泵。供给泵32将LNG以液化形式从LNG储罐30的下部(低于液位L)途经所述第一燃料供给管线31泵送到燃料供给箱40，同时提高压力。LNG储罐30还设有第二燃料供给管线33，第二燃料供给管线33被设置在LNG储罐的上部(高于液位L)并收集蒸发的气体并将其从LNG储罐30运输到燃料供给箱40。第二燃料供给管线33设有用于将蒸发的气体从低压LNG储罐30泵送到高压燃料供给箱40的压缩机34(在该实施方式中，有两个压缩机)。压缩机34将蒸发气体的压力升高到燃料供给箱40中的主要压力水平。燃料供给箱40中的LNG液位用符号L’标示。
燃料供给箱40设有增压回路41，增压回路41从燃料供给箱40的下部(低于液位L’)延伸至燃料供给箱40的上部(高于液位L’)，并通过第一换热器42，以便在燃料供给箱40内维持期望的压力水平。利用第一加热介质回路81，向第一换热器42提供热。
将LNG从燃料供给箱40经过排放管路60提供到燃料供给管线70。排放管路60通过第二换热器50，以便将LNG汽化以进一步将其传输至船舶1的动力站71的燃料供给管线70。利用第二加热介质回路82来向第二换热器50提供热。
此外，在本实施方式中，以在港口侧的LNG油罐卡车10的形式示出了LNG源。LNG油罐卡车10设有出口管101，出口管101带有合适阀装置，例如第二紧急关闭阀门102。为了在LNG油罐卡车10的出口管101与船舶1的燃料加注台11的入口管12之间建立流动连接，提供了燃料加注连接管线103，例如燃料软管。
LNG源也可以是例如建立在陆地上或是建立在漂浮支撑结构上的储罐。
在图2中，根据本发明，燃料加注管线14设有冷却装置。该冷却装置包括设置在LNG储罐30内的第一燃料供给管线31，该第一燃料供给管线31还分岔出冷却管线90，冷却管线90设有冷却管线阀91，并通过第一紧急关闭阀13与燃料加注管线14流动连接。通过泵装置，即，所述供给泵32，使LNG在冷却管线90中循环。这样将LNG从LNG储罐30循环至燃料加注管线14，以便将燃料加注管线14有利地冷却至与LNG的温度水平对应的温度水平。冷却装置，即带有冷却管线阀91的冷却管线90，当然可以与第一燃料供给管线31分开地布置，并且在这种情况下，可设有单独的泵装置。
优选地在船舶抵达燃料加注设施2之前，完成对燃料加注管线14的冷却。这样，在抵达时可立即开始燃料加注，并且几乎从一开始就可从LNG源按高流率供给LNG来完成燃料加注，由此可在短时间内完成燃料加注操作。
考虑到与LNG的特性有关的安全标准，以上所讨论的紧急关闭阀是有利的。另外，为了避免泄漏到环境中，管道、管路和管线优选是双层壁的。
总之，并鉴于以上所述，船舶的操作可简短描述如下。
当船舶1出海时，通过从LNG储罐3提供的汽化NG(天然气)驱动船舶1的动力站71或推进机械。LNG途经设有供给泵32的第一燃料供给管线31被提供至燃料供给箱40，并且进一步经过排放管路60和换热器50，在换热器50中LNG被汽化，从而以气体模式(NG)被传输到推进机械的燃料供给管线70(例如，在本实施方式中有四个燃料供给管线，对应于四个内燃机)。
当船舶1抵达例如目的港时，除可能的卸载和/或装载操作之外，它还需要补给燃料。通过LNG油罐卡车10或例如其它LNG源来补给燃料。
为了为高效的燃料补给操作做准备，在船舶1抵达港口之前在船舶1上执行准备措施。运行供给泵32，并打开冷却管线阀91，以便将LNG从LNG储罐3经过冷却管线90再循环到燃料加注管线14，并途经燃料加注管线14返回到LNG储罐3。所述燃料加注管线和冷却管线中的各个阀装置被自然定位，以便建立流体连通。该再循环持续充足时间，以便在燃料加注管线14中达到期望的温度水平(有利地，与LNG的温度水平对应的温度水平)，由此可以终止LNG的再循环。
随后，当船舶1抵达港口时，燃料加注管线14处于合适的温度以接收来自LNG油罐卡车10的LNG。接着通过燃料加注连接管线103，即，燃料软管，可将LNG油罐卡车10的出口管101连接到船舶1的燃料加注台11的入口管12上。一旦通过来自LNG油罐卡车10的LNG将燃料加注连接管线103(即燃料软管)冷却下来，就可以按高流率将LNG传输到冷却的燃料加注管线14。因此，燃料加注连接管线103越短越有利。
各个阀装置被自然定位，以便建立从LNG油罐卡车10到燃料加注管线14的流体连通。当完成燃料加注时，可以断开与LNG油罐卡车10的连接，并关闭各个阀装置。
如果LNG源是例如建立在陆地或漂浮支撑结构上的固定储罐，有利地可按照与以上描述类似的方法对从固定储罐通向停靠侧燃料加注连接管线的连接点的管道进行冷却。这可通过将从固定储罐提供的LNG经过通向停靠侧连接点的管道进行再循环来完成，其中燃料加注管线连接部将连接至所述连接点。在船舶抵达港口之前，可在船舶上按与与所述准备措施对应的方式执行该操作。
因此，这实现了快速的燃料加注操作和短的停港时间。随后，船舶1等待进一步的操作。
LNG储罐、燃料供给箱和燃料供给结构，包括诸如泵、换热器、压缩机和阀装置的构件，被认为是本领域技术人员所已知的，因此就此不做更详细的描述。
可通过合适的自动化系统适当地控制以上描述的不同阶段的操作。这被认为是在本领域技术人员的知识范畴之内，因此就此不做详细讨论。
文字描述和相关附图意在阐明本发明的基本思想。在权利要求的范围内，本发明在细节上可以变化。

Claims (10)

1.一种操作以LNG作燃料的船舶的方法，该船舶(1)包括LNG储罐(3；30)和以LNG作燃料的动力站(71)，在所述方法中，将LNG储存在所述LNG储罐(3；30)中，并且在所述方法中，针对燃料加注操作，通过将LNG源连接到所述船舶(1)的燃料加注管线(14)，随后经由所述燃料加注管线向所述船舶供给LNG，来向所述船舶供给LNG，
其特征在于，在所述燃料加注操作之前，对所述燃料加注管线(14)进行冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述燃料加注管线(14)冷却至与LNG的温度水平对应的温度水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过将LNG从所述LNG储罐(3；30)经由所述燃料加注管线进行循环而对所述燃料加注管线(14)进行冷却。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述船舶抵达燃料加注设施(2)之前，将LNG从所述LNG储罐(3；30)的下部泵送到所述燃料加注管线(14)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法利用清除连接部(19)来清空所述燃料加注管线(14)。
6.一种以LNG作燃料的船舶的操作系统，该船舶(1)包括LNG储罐(3；30)、以LNG作燃料的动力站(71)、燃料加注台(11)、以及在所述燃料加注台与所述LNG储罐之间提供流动连接的燃料加注管线(14)，
其特征在于，所述系统还包括用于在燃料加注操作之前冷却所述燃料加注管线(14)的冷却装置。
7.根据权利要求6所述的操作系统，其特征在于，所述冷却装置包括在所述LNG储罐(3；30)与所述燃料加注管线(14)之间提供流动连接的冷却管线(9；90)。
8.根据权利要求7所述的操作系统，其特征在于，所述冷却管线(9；90)连接到所述LNG储罐(3；30)的下部，所述冷却管线设置有泵装置，并且所述冷却管线(9；90)连接到所述燃料加注管线(14)。
9.根据权利要求8所述的操作系统，其特征在于，所述LNG储罐是加压LNG储罐(3)或是处于流体静压力下的LNG储罐(30)。
10.根据权利要求6中所述的操作系统，其特征在于，所述系统包括与所述燃料加注管线(14)流动连接的清除连接部(19)。
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