CN103562536A - 用于向高压天然气喷射发动机供给燃料的方法和系统 - Google Patents

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CN103562536A CN201180070984.5A CN201180070984A CN103562536A CN 103562536 A CN103562536 A CN 103562536A CN 201180070984 A CN201180070984 A CN 201180070984A CN 103562536 A CN103562536 A CN 103562536A
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Abstract

本发明涉及一种用于向高压天然气喷射发动机供给燃料的系统，即，例如，在使用ME-GI发动机的海洋结构中，其中从液化天然气储罐产生的蒸发气体在中压下被压缩，并且被再液化、在高压下被压缩、被气化，之后被供给到高压天然气喷射发动机中。根据本发明，所提供的用于向高压天然气喷射发动机供给燃料的系统包括：蒸发气体压缩部分，用于接收在用于储存液化气体的储罐中生成的蒸发气体，并且将其压缩；再液化装置，用于接收在所述蒸发气体压缩部分中压缩的蒸发气体，并使其液化；缓冲罐，用于接收在所述再液化装置中液化的蒸发气体，并将其分离成气体成分和液体成分；高压泵，用于从所述缓冲罐接收所述液体成分，并将其压缩；以及高压气化器，用于使在所述高压泵中被压缩的液体成分气化，并将其供给到所述高压天然气喷射发动机中，其中从所述缓冲罐供给到所述高压泵中的液体成分的压力为12至45bara（绝对压力）。

Description

用于向高压天然气喷射发动机供给燃料的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于高压天然气喷射发动机（high-pressure natural gasinjection engine）的燃料供给系统和方法，更具体地说，涉及一种用于使用高压天然气喷射发动机的海洋结构的燃料供给系统和方法，例如，一种曼恩电子气体喷射（MANElectronic-Gas Injection，ME-GI）发动机，其中在液化天然气（liquefied naturalgas，LNG）储罐（storage tank）中生成的蒸发气体（Boil Off Gas，BOG）被压缩至中压（medium pressure）、被再液化、被压缩至高压、被气化，并之后被供给到高压天然气喷射发动机中。
背景技术
最近，在世界各地，例如液化天然气（liquefied natural gas，LNG）或液化石油气（liquefied petroleum gas，LPG）之类的天然气的消耗已迅速增长。液化气体是通过陆上或海上的气体管道以气态输送的，或在将其以液态储存在液化气体运输船（liquefied gas carrier）内时将其输送到较远的消耗地点。例如LNG或LPG之类的液化气体是通过将天然气或石油气冷却至低温度（在LNG的情况下，大约-163℃）而获取的。因为与气态相比液化气体的体积显著地减少，所以液化气体非常适合于长距离海洋运输。
液化气体运输船被设计成用于装载液化气体、跨洋航行，并且在陆上消耗地点卸载液化气体。为此，液化气体运输船包含能够承受液化气体的低温度的储罐（也被称为“货舱（cargo hold）”）。
配备有能够储存低温液化气体的储罐的海洋结构（marine structure）的实例可以包含船舶，如液化气体运输船与LNG再气化船（LNG Regasification Vessel，LNG RV），或结构，如LNG浮式储存再气化单元（LNG Floating Storage and Regasification Unit，LNG FSRU）与LNG浮式生产储存卸货装置（LNG Floating,Production,Storage andOff-loading，LNG FPSO）。
LNG RV是配备有LNG再气化设备的自航式浮式液化气体运输船（self-propelled,floatable liquefied gas carrier），而LNG FSRU是在远离陆地的海上存储从LNG运输船卸载的LNG的海洋结构，而且必要时通过将LNG气化来向海上消耗地点供给LNG。LNG FPSO这一海洋结构在海上精炼所萃取的LNG、在直接液化之后将LNG储存在储罐中，并且必要时将LNG转运到LNG运输船上。本文使用的术语“海洋结构”是一个包含例如液化气体运输船与LNG RV之类的船舶以及例如LNG FPSO与LNG FSRU之类的结构的概念。
因为天然气的液化温度在环境压力下为-163℃的低温度，所以即使当LNG的温度在环境压力下稍高于-163℃时LNG也有可能会汽化。在常规LNG运输船的情况下，尽管LNG储罐是绝热的，但外部热量还是不断地传递到LNG中。因此，在LNG运输船运输LNG的过程中LNG不断地汽化，并且在LNG储罐内生成了蒸发气体（Boil Off Gas,BOG）。
生成的天然气可能增加储罐的内部压力，并且加速因船舶摇晃造成的天然气流动，从而导致结构性问题。因此，有必要抑制BOG的生成。
常规地，为了抑制液化气体运输船的储罐中BOG的生成，已经单独或组合地使用了从储罐中排出BOG并燃烧BOG的方法，从储罐中排出BOG、通过再液化装置使BOG再液化并使BOG回到储罐的方法，将BOG用作船舶的推进发动机的燃料的方法，以及通过使储罐的内部压力维持在高水平上从而抑制BOG的生成的方法。
在配备有BOG再液化装置的常规海洋结构的情况中，从储罐中排出储罐内的BOG，之后通过再液化装置将其再液化从而使储罐的压力维持在适当的水平上。在这个情况下，在再液化过程之前，BOG被压缩到大约4至8bara的低压，之后被供给到再液化装置中。压缩BOG通过与再液化装置（包含氮制冷循环（nitrogen refrigeration cycle））中被冷却至低温度的氮进行热交换从而被再液化，且经液化的BOG回到储罐中。
BOG可以被压缩至一个高压，从而提高BOG再液化效率。然而，储存在储罐中的LNG被维持在环境压力状态下，且因此，如果液化BOG的压力过高，那么当BOG回到储罐中时可能会生成闪蒸气（flash gas）。因此，尽管再液化效率较低，BOG还是需要被压缩到上述大约4至8bara的低压。
常规地，如图1所示，在储罐中生成的BOG（即天然蒸发气,natural boil-offgas,NBOG）被供给到BOG压缩机中，并且之后被压缩到大约4至8bara的低压。之后，低压BOG被供给到使用氮气作为制冷剂的再液化装置中（韩国专利申请公开案号10-2006-0123675的详细说明揭示了BOG被压缩至大约6.8bara，且韩国专利申请公开案号10-2001-0089142（相关美国专利号6,530,241）的详细说明揭示了BOG被压缩至大约4.5bara）。当在再液化装置中被液化的BOG（即液化蒸发气体，liquefied naturalgas,LBOG）回到储罐中时，可能生成闪蒸气。因此，BOG压缩机必须在低压下压缩BOG。
结果，根据典型的BOG处理方法，通过再液化装置使在储罐中生成的BOG再液化，并且之后使其回到储罐中。到目前为止，在BOG的再液化之后尽可能地抑制闪蒸气的生成的基本概念是不去增加待再液化的BOG的压力。
BOG再液化装置使用了在国际专利公开案号WO2007/117148和WO2009/136793以及韩国专利申请公开案号10-2006-0123675和10-2001-0089142中揭示的氮制冷循环，并且还使用了其它混合制冷剂循环。如上所述，通常，常规BOG再液化装置通过将BOG压缩到大约4至8bara的压力来使BOG再液化。而且，此项技术中众所周知的是，将BOG压缩至高于上述压力的压力在技术上是不合适的。这是因为如果BOG在高压下再液化，那么之后在BOG回到罐中时，BOG的压力降低至约为环境压力，且因此生成大量闪蒸气（BOG）。
与此同时，由于氮制冷循环使用氮气（N2）作为制冷剂，因此液化效率较低。而且，混合制冷剂循环使用混合了氮气和烃气（hydrocarbon gas）的制冷剂作为制冷剂，其稳定性较差。
更确切地说，用于船舶或海上设备的常规海上LNG再液化装置通过实施涡轮膨胀机型氮逆布雷顿循环（turbo-expander-type nitrogen reverse Brayton cycle）而使BOG再液化。常规陆上LNG液化设备通过使用混合制冷剂实施焦耳-汤姆逊制冷循环（Joule-Thomson refrigeration cycle）从而使天然气液化。用于海上LNG液化装置的氮逆布雷顿循环在装置配置方面相对简单，且因此有利于受限的船舶或海上设备，但效率低。用于陆上LNG液化设备的混合制冷剂焦耳-汤姆逊制冷循环具有相对较高的效率，但装置配置复杂，因为在混合制冷剂的特征导致气态和液态共存时，需要用于分离混合制冷剂的分离器。然而，这样的再液化方法仍被广泛使用。
此外，在配备有经配置以储存例如LNG之类的液化气体的储罐的海洋结构的情况下，对于高效地处理在储罐中连续生成的BOG并抑制闪蒸气的生成的方法，需要广泛的研究和发展。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面是针对一种燃料供给系统和方法。确切地说，在液化气体储罐中生成的BOG被用作高压天然气喷射发动机的燃料，例如，ME-GI发动机。BOG被压缩至中压并在之后被再液化。液化BOG被压缩至高压、被气化，并在之后被供给到高压天然气喷射发动机中。
本专利申请的申请人开发了一种燃料供给技术，其中LNG被高压泵压缩（抽取）、被气化并之后作为燃料被供给，而非曼恩比维柴油机（MAN B&W Diesel）有限责任公司所提出的用于高压气体喷射发动机的作为常规燃料供给方法的通过气体压缩的燃料供给。本专利申请的申请人在2007年5月8日在韩国提交了专利申请（韩国专利申请案号10-2007-0044727），并且这项技术极大地帮助了船主们以及曼恩比维柴油机有限责任公司。
汉姆沃斯燃气系统（Hamworthy）公司稍稍修改了由本专利申请的申请人提出的上述技术，并且提交了国际专利申请（国际专利公开案号WO2009/136793）。然而，即使在这种技术得到发展之后，此项技术中仍然关注于当液化BOG回到储罐时闪蒸气的生成。因此，当BOG再液化时，BOG在低压范围内（4至8bara）被压缩，且完全没有考虑在高于上述压力范围的压力下的BOG的压缩。
在实际应用用于LNG高压抽吸的基本技术时，本专利申请的申请人发现，在开发将LNG储罐中生成的BOG用作燃料的技术的过程中，与通过将BOG压缩到4至8bara的压力使BOG再液化的常规再液化技术不同，如果在高于常规再液化压力的中压范围（12至45bara）下压缩BOG且之后进行再液化，那么再液化中消耗的能量显著降低。基于这样的发现，本专利申请的申请人完成了本发明。
而且，本专利申请的申请人发现本发明具有可降低经配置以将LNG压缩至高压的高压泵的功率消耗的优点，其中LNG在再液化之后在中压范围下被压缩；以及极大地降低再液化能量的优点。此外，本专利申请的申请人发现本发明具有无须执行过冷（subcooling）的优点，因为在再液化之后BOG被高压泵压缩。
本文首次揭示了本发明的目的和效果。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统包含：蒸发气体（BOG）压缩单元，所述BOG压缩单元经配置以接收并压缩在储存液化气体的储罐中生成的BOG；再液化装置，所述再液化装置经配置以接收并液化由所述BOG压缩单元压缩的BOG；缓冲罐，所述缓冲罐经配置以从所述再液化装置接收液化BOG并且将经再液化的BOG分离成气体成分和液体成分；高压泵，所述高压泵经配置以从所述缓冲罐中接收所述液体成分并且压缩所述液体成分；以及高压气化器，所述高压气化器经配置以使被所述高压泵压缩的所述液体成分气化并且将气化液体成分供给到所述高压天然气喷射发动机中，其中从所述缓冲罐供给到所述高压泵中的所述液体成分的压力为12至45bara（绝对压力）。
所述BOG压缩单元可以包含：一个或多个BOG压缩机，所述一个或多个BOG压缩机经配置以压缩BOG；以及一个或多个中间冷却器，所述一个或多个中间冷却器经配置以冷却在被所述BOG压缩机压缩时温度上升的BOG。
所述再液化装置可以包含：冷箱，所述冷箱经配置以使通过与制冷剂进行热交换而被压缩并由所述BOG压缩单元供给的BOG再液化；制冷剂气液分离器，所述制冷剂气液分离器经配置以将被所述冷箱加热并部分气化的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂；制冷剂压缩机，所述制冷剂压缩机经配置以压缩被所述制冷剂气液分离器分离的所述气体制冷剂；制冷剂冷却器，所述制冷剂冷却器经配置以冷却被所述制冷剂压缩机压缩的制冷剂；制冷剂膨胀阀，所述制冷剂膨胀阀经配置以通过使由所述制冷剂压缩机压缩并由所述制冷剂冷却器冷却的制冷剂膨胀来降低制冷剂的温度；以及制冷剂泵，所述制冷剂泵经配置以向所述制冷剂膨胀阀供给由所述制冷剂气液分离器分离的所述液体制冷剂。
所述燃料供给系统可以进一步包含LBOG回流管线，所述LBOG回流管线经配置以用于在所述高压天然气喷射发动机上的负载降低时或在所述储罐中生成过量的BOG时，使从所述缓冲罐供给到所述高压泵中的BOG的一部分回到所述储罐中。
所述燃料供给系统可以进一步包含LBOG膨胀阀，所述膨胀阀安装在所述LBOG回流管线上，并经配置以使液化BOG减压。
所述的燃料供给系统可以进一步包含LBOG气液分离器，所述LBOG气液分离器经配置以将减压过程中生成的包含闪蒸气的BOG分离成液体成分和气体成分，并且仅使所述液体成分回到所述储罐中。
所述燃料供给系统可以进一步包含LNG供给泵和LNG供给管线，所述LNG供给泵和LNG供给管线经安装从而当所述再液化装置不运作时或在所述储罐中生成的BOG的量小于所述高压天然气喷射发动机中消耗的BOG的量时，储存在所述储罐中的LNG被供给到所述缓冲罐中。
根据本发明的另一个方面，用于高压天然气喷射发动机的燃料供给方法包含：从储罐中排出在所述储罐中生成的BOG，并且压缩排出的BOG；
通过冷却被压缩的BOG使BOG再液化；将经再液化的BOG分离成气体成分和液体成分；以及将分离的液体成分压缩至高压、使被压缩的液体成分气化，并且将气化液体成分供给到所述高压天然气喷射发动机中，其中分离的液体成分的压力为12至45bara。
因为BOG通过液化之前的BOG与气化之前的液化BOG之间的热交换，从而再循环利用液化BOG的液化能量，根据本发明的燃料供给方法可以降低BOG液化能量。而且，在压缩液化气体储罐中生成的BOG之前，可以通过与压缩BOG或在再液化装置的氮制冷循环中被加热的氮制冷剂进行热交换，从而预热储罐中生成的BOG。BOG的冷热回收或预热可以使用在国际专利公开案号WO2007/117148和WO2009/136793、韩国专利申请公开案号10-2006-0123675和10-0929250，以及韩国专利注册号0929250中揭示的技术。尽管在本发明中描述了来自液化BOG的冷热回收，但当液化BOG的量小于高压天然气喷射发动机中所需的燃料的量时，可以使用储存在LNG储罐中的LNG。在这个情况下，可以从供给自LNG储罐的LNG中回收冷热。
海洋结构的实例可以包含例如液化气体运输船和LNG RV之类的船舶，或例如LNGFSRU和LNG FPSO之类的结构。
在燃料供给过程中，燃料供给方法可以将所有的液化BOG供给到高压天然气喷射发动机中。即，在海洋结构航行的相当大部分时间内，高压天然气喷射发动机所需的燃料的量可能大于在LNG储罐中生成的BOG的量。在这个情况下，所有的液化BOG被供给到高压天然气喷射发动机中，由此防止了当液化BOG回到LNG储罐中时闪蒸气的生成。
根据本发明的另一方面，当在海洋结构航行期间，高压天然气喷射发动机所需的燃料的量大于在LNG储罐中生成的BOG的量时，可以将所有或大量的BOG供给到高压天然气喷射发动机中。在这个情况下，如果燃料的量不足，那么可以将储存在LNG储罐中的LNG用作燃料。
有利效果
本发明可以提供一种燃料供给系统和方法。确切地说，在液化气体储罐中生成的BOG被用作高压天然气喷射发动机的燃料，例如，ME-GI发动机。BOG被压缩至中压并在之后被再液化。液化BOG被压缩至高压、被气化，并在之后被供给到高压天然气喷射发动机中。
与将BOG压缩到大约4至8bara的低压的现有技术不同的是，根据本发明的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给方法将BOG压缩到大约12至45bara的中压，并之后将其再液化。随着BOG的压力增加，液化能量降低。因此，可以降低在再液化中消耗的液化能量。
而且，在根据本发明的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给方法中，因为BOG再液化过程中BOG的压力是高于现有技术中压力的中压，所以提升了BOG的液化点。因此，降低了施加到用于再液化的热交换器上的热应力，并且还降低了高压气化器的热负荷（heat duty），从而使得装置的尺寸减小。
而且，因为被压缩至中压的液化BOG被压缩至高压，所以降低了高压泵的功率。
而且，在根据本发明的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给方法中，不可燃混合制冷剂被用作用于BOG再液化的再液化装置的制冷剂。因此，根据本发明的燃料供给方法比常规氮制冷循环更高效，并能够比常规混合制冷剂循环更加安全地使BOG再液化。
在高压天然气喷射发动机运转过程中，燃料供给方法可以将所有的液化BOG供给到高压天然气喷射发动机中。即，在海洋结构航行的相当大部分时间内，高压天然气喷射发动机所需的燃料的量可能大于在LNG储罐中生成的BOG的量。在这个情况下，所有的液化BOG被供给到高压天然气喷射发动机中，由此防止了当液化BOG回到LNG储罐中时闪蒸气的生成。而且，能够显著地降低过冷所消耗的能量，过冷是用于减少当液化BOG回到LNG储罐中时闪蒸气的生成。汉姆沃斯燃气系统公司的常规Mark III再液化装置（在国际专利公开案号WO2007/117148中揭示的技术）将BOG压缩至8bara的压力，并在-159℃的温度下使BOG液化。在这个情况下，因为BOG的饱和温度约为-149.5℃，所以BOG被过冷约9至10℃。BOG需要这个程度的过冷以便防止当液化BOG回到LNG储罐时闪蒸气的生成。然而，因为当液化BOG作为燃料被供给给高压天然气喷射发动机时液化BOG被高压泵压缩，所以通过增加的压力达到饱和的LBOG可以在之后稳定地维持过度冷却状态。因此，根据本发明，液化BOG可以通过在对应压力下、在与饱和温度相比过度冷却0.5至3℃（优选地约为1℃）从而被液化，并之后作为燃料被供给。
而且，在根据本发明的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给方法中，如果必要的话，可以安装DFDE从而将在向高压天然气喷射发动机供给燃料之后剩余的燃料或在减压过程中生成的闪蒸气用作DFDE的燃料并消耗。即，超过高压天然气喷射发动机所需的燃料的量的BOG可以被压缩到大约4至8bara的压力并直接从LNG储罐被供给到DFDE中，而不经过中压再液化。
附图说明
图1为图示了根据现有技术的用于通过BOG再液化来处理BOG的方法的示意性框图。
图2为图示了根据本发明的用于通过燃料供给来处理BOG的方法的示意性框图。
图3a为图示了根据本发明的第一实施例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图3b为图示了根据本发明第一实施例的修改实例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图4a为图示了根据本发明的不可燃混合制冷剂中含有的成分的凝固点与沸点的曲线图。
图4b为图示了烃混合制冷剂中含有的成分的凝固点与沸点的曲线图。
图4c为图示了根据压缩压力的天然气液化温度的曲线图。
图5为图示了组成不可燃混合制冷剂的成分的沸点的曲线图。
图6a至图6c为图示了当BOG再液化装置使用氮制冷循环、不可燃混合制冷剂制冷循环以及单混合制冷剂（Single Mixed Refrigerant，SMR）制冷循环时的功率消耗比较的曲线图。
图7a为图示了根据本发明的第二实施例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图7b为图示了根据本发明第二实施例的修改实例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图8a为图示了根据本发明的第三实施例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图8b为图示了根据本发明第三实施例的修改实例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图9a为图示了根据本发明的第四实施例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图9b为图示了根据本发明第四实施例的修改实例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图10a为图示了根据本发明的第五实施例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图10b为图示了根据本发明第五实施例的修改实例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
图11为图示了根据本发明的第六实施例的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统的配置图。
具体实施方式
下文中将参考附图来详细描述本发明的示范性实施例。然而，本发明可通过不同的形式进行实施，且不应解释为限于本文中所列出的各实施例。相反，提供这些实施例以使本发明将详尽且完整，并且可以将本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。
国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）规定了船舶废气中的氮氧化物（NOX）与硫氧化物（SOX）的排放，并且还试图规定二氧化碳（CO2）的排放。具体而言，关于氮氧化物（NOX）与硫氧化物（SOX）的规定的议题在1997年的国际防止船舶造成污染公约（Prevention of Marine Pollution from Ships，MARPOL）协议中提出。八年后，协议满足了实行要求并在2005年5月生效。目前，公约作为强制性规定生效。
因此，为了符合这样的规定，已经引进了多种方法来减少氮氧化物（NOX）的排放。作为这些方法之一，已经开发并使用了用于LNG运输船的高压天然气喷射发动机，例如，ME-GI发动机。
这样的ME-GI发动机可以安装在海洋结构上，如将LNG（Liquefied Natural Gas）储存在能够承受低温度的储罐中并运输LNG的LNG运输船。本文所使用的术语“海洋结构”包含例如LNG运输船与LNG RV之类的船舶，以及例如LNG FPSO与LNG FSRU之类的海上设备。在这个情况下，ME-GI发动机使用天然气作为燃料，并根据其负载而需要大约150至400bara（绝对压力）的高压用于供气。
即使在配备有例如ME-GI发动机之类的高压天然气喷射发动机的海洋结构的情况下，仍需要用于处理在LNG储罐中生成的BOG（Boil Off Gas）的再液化装置。同时配备有例如ME-GI发动机之类的高压天然气喷射发动机以及用于处理BOG的再液化（Reliquefaction）装置的常规海洋结构在再液化BOG并将经液化BOG输送到储罐中时，可以根据气体与燃油价格的变化以及废气监管的强度来选择是使用BOG作为燃料还是使用重燃油（Heavy Fuel oil，HFO）作为燃料。具体而言，当经过有特殊规定的海洋区域时，可以仅通过气化LNG来为海洋结构供应燃料。此外，该海洋结构被认为是下一代环保发动机，且具有高达50%的效率。因此，预期该海洋结构在不远的将来会被用作LNG运输船的主发动机。
图2为图示了根据本发明的燃料供给方法的示意性框图。根据本发明的燃料供给方法，在储罐中生成的BOG（即NBOG）被供给到BOG压缩机中，并且之后被压缩到大约12至45bara的中压（medium pressure）。之后，中压BOG被供给到再液化装置中，该再液化装置使用混合制冷剂（例如，不可燃混合制冷剂（Non Flammable MixedRefrigerant）、单混合制冷剂（Single Mixed Refrigerant，SMR）等等）或氮气作为制冷剂。在再液化装置中被再液化的BOG（即LBOG）在燃料供给系统中被压缩至ME-GI发动机所需的压力（例如，大约400bara的高压），之后作为燃料被供给到ME-GI发动机中。根据本发明，因为从再液化装置供给到燃料供给系统中的LBOG不回到储罐中，所以可以防止闪蒸气的生成，而闪蒸气的生成在现有技术中是个问题。因此，BOG压缩机可以将BOG压缩至中压。
在本说明书中，“高压”范围代表大约150至400bara的压力，该压力为高压天然气喷射发动机所需的燃料供给压力。“中压”范围代表大约12至45bara的压力，BOG压缩机13在该压力下压缩BOG。“低压”范围代表大约4至8bara的压力，在现有技术中在该压力下压缩BOG以用于将其供给到再液化装置。
与常规低压再液化相比，在使用了氮制冷剂和不可燃混合制冷剂的图6a和图6b的情况中以及在使用了SMR的图6c的情况中，在中压范围内压缩之后的再液化带来了显著的再液化能量减少。
图6a和图6b中所示的数据是使用海西斯处理模型(Hysys process model）（由艾斯本技术有限公司（Aspentech）制造）而获得的结果。从这些结果中可知，在汉姆沃斯燃气系统公司（Hamworthy Gas Systems）的Mark III再液化装置的情况下，其中使用氮气作为制冷剂（在国际专利公开案WO2007/117148中揭示的技术），当BOG压缩机的压力为8bara时，再液化所需的功率消耗大约为2776kW，但是当BOG压缩机的压力增加到12bara时，再液化所需的功率消耗迅速减少到2500kW。而且当BOG压缩机的压力为12bara或更大时，再液化所需的功率消耗逐渐降低。
图6c的曲线图图示了当烃SMR被用作制冷剂时功率消耗的变化。如图6c的结果所见，即使将SMR用作制冷剂时，与BOG压缩机的压力为8bara的情况相比，在BOG压缩机的压力为12bara的情况下再液化所需的功率消耗也会迅速降低。而且当BOG压缩机的压力为12bara或更大时，再液化所需的功率消耗逐渐降低。
为了效率优化，根据液化压力调整SMR的组成，如以下表1所示。
表1
Figure BDA0000417291850000071
在本文所描述的使用不可燃混合制冷剂（NFMR，组成如下文表4所示）的再液化装置的情况中，再液化所需的能量与使用氮制冷剂的再液化装置的情况相比进一步降低。
根据本发明，优选的BOG压力范围是大约12至45bara的中压范围。低于12bara的压力不是优选的，因为再液化所需的功率消耗没有大幅减少。同样地，高于45bara的压力不是优选的，因为再液化所需的能量没有大幅减少。
（第一实施例）
图3a为配置图，图示了根据本发明第一实施例的用于例如LNG运输船之类的海洋结构的燃料供给系统，该海洋结构具有高压天然气喷射发动机，例如，ME-GI发动机。图3a图示了一个实例，其中根据本发明的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统被应用于LNG运输船，该运输船配备有能够用天然气作为燃料的ME-GI发动机。然而，根据本发明的用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统还可以应用于配备有液化气体储罐的任何种类的海洋结构。海洋结构的实例可以包含例如LNG运输船和LNG RV之类的船舶，以及例如LNG FPSO和LNG FSRU之类的海上设备。
根据本发明第一实施例的用于具有高压天然气喷射发动机的海洋结构的燃料供给系统，在液化气体储罐11中生成并排出的NBOG被BOG压缩单元13压缩至大约12至45bara（绝对压力）的中压，并在之后被供给到再液化装置20中。在再液化装置20中通过接收再液化能量（即，冷热（cold heat））而再液化的LBOG被高压泵33压缩至大约150至400bara的高压，并在之后被供给到高压气化器37中。之后，LBOG被高压气化器37气化，并在之后作为燃料被供给到高压天然气喷射发动机中，例如，ME-GI发动机。
因为被高压泵33压缩至高压的液化BOG（即，LNG）处在超临界压力状态，所以实际上很难把液相与气相区分开来。在本说明书中，在高压状态下将液化BOG加热至环境温度（或高压天然气喷射发动机中所需的温度）被称为气化，而经配置以在高压状态下将液化BOG加热至环境温度的单元被称为高压气化器。
储罐包含用于将例如LNG之类的液化气体储存在低温状态下的密封且绝热的障壁。然而，储罐不能完全阻断从外界传导的热量。因此，在储罐110中液化气体不断地蒸发。为了将储罐11中BOG的压力维持在合适的水平，通过BOG排出管线L1排出BOG。
排出的BOG通过BOG排出管线L1被供给到BOG压缩单元13中。BOG压缩单元13包含一个或多个BOG压缩机14以及经配置以冷却BOG的一个或多个中间冷却器15，BOG在被BOG压缩机14压缩时温度上升。在图3a中示范性地图示了包含五个BOG压缩机14和五个中间冷却器15的五级BOG压缩单元13。
由BOG压缩单元13压缩的BOG通过BOG供给管线L2被供给到再液化装置20中。被供给到再液化装置20中的BOG在经过再液化装置20的冷箱（cold box）21时，被制冷剂冷却并再液化。只要再液化装置20可以使例如LNG之类的液化气体中生成的BOG液化，再液化装置20就可以具有任何配置。
在冷箱21中通过热交换被再液化的BOG在缓冲罐31中被分离为气态和液态。只有液态的液化BOG通过燃料供给管线L3被供给到高压泵33中。可以并行地安装多个高压泵33（例如，两个高压泵）。
高压泵33将液化BOG压缩至在高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）中所需的燃料供给压力。从高压泵33供给的液化BOG具有大约150至400bara（绝对压力）的高压。
在图3a中示范性地图示的再液化装置20包含：经配置以使用制冷剂通过热交换使BOG再液化的冷箱21；一个或多个制冷剂气液分离器22，这些分离器经配置以将被冷箱21加热并部分气化的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂；经配置以压缩由制冷剂气液分离器22分离的气体制冷剂的一个或多个制冷剂压缩机23；经配置以冷却由制冷剂压缩机23压缩的制冷剂的制冷剂冷却器24；制冷剂膨胀阀25，该膨胀阀经配置以通过使由制冷剂压缩机23压缩并由制冷剂冷却器24冷却的制冷剂膨胀，从而降低制冷剂的温度；以及经配置以向制冷剂膨胀阀25供给由制冷剂气液分离器22分离的液体制冷剂的制冷剂泵26。
通过制冷剂泵26被供给到制冷剂膨胀阀25中的制冷剂可以与在制冷剂膨胀阀25的上游侧经过制冷剂冷却器24之后被供给到制冷剂膨胀阀25中的制冷剂混合。
与此同时，被供给到制冷剂膨胀阀25中的制冷剂在膨胀之前可以与经过冷箱21的制冷剂进行热交换，并在膨胀之后具有低温状态。
此外，由制冷剂冷却器24冷却的制冷剂可以被供给到另一个制冷剂气液分离器中从而被分离成气体制冷剂和液体制冷剂。为此，尽管图3a中示范性地图示了包含两个制冷剂气液分离器22、两个制冷剂压缩机23、两个制冷剂冷却器以及两个制冷剂泵26的再液化装置20，但本发明不限于此。包含在再液化装置20中的相应组件的数量根据其设计可以增加或减少。
（第一实施例的修改实例）
图3b图示了根据本发明第一实施例的修改实例的燃料供给系统。因为第一实施例的修改实例在BOG压缩单元13和再液化装置20的配置方面部分不同于第一实施例，所以下文仅描述它们之间的差异。
图3b所示的第一实施例的修改实例在BOG压缩单元13包含五个BOG压缩机14这个方面与图3a所示的第一实施例实质上相同，但与第一实施例的不同在于在包含于BOG压缩单元13中的第一与第二BOG压缩机之间以及第二与第三BOG压缩机之间没有安置中间冷却器15。根据本发明，可以在每两个BOG压缩机14之间安置中间冷却器15，也可以不这么做。
而且，图3b所示的根据第一实施例的修改实例的再液化装置20包含经配置以在制冷剂与BOG之间进行热交换的冷箱21、经配置以压缩被冷箱21加热并至少气化了的制冷剂的压缩单元，以及经配置以使经压缩的制冷剂膨胀从而降低其温度的膨胀单元。
更具体地说，图3b所示的根据第一实施例的修改实例的再液化装置20包含经配置以通过在制冷剂与BOG之间进行热交换从而使BOG再液化的冷箱21、经配置以将被冷箱21加热并部分气化的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂的第一制冷剂气液分离器22a、经配置以压缩由第一制冷剂气液分离器22a分离的气体制冷剂的第一制冷剂压缩机23a、经配置以冷却由第一制冷剂压缩机23a压缩的制冷剂的第一制冷剂冷却器24a、经配置以作为第二级地将由第一制冷剂冷却器24a冷却的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂的第二制冷剂气液分离器22b、经配置以压缩由第二制冷剂气液分离器22b分离的气体制冷剂的第二制冷剂压缩机23b、经配置以冷却由第二制冷剂压缩机23b压缩的制冷剂的第二制冷剂冷却器24b、经配置以向第二制冷剂冷却器24b供给由第一制冷剂气液分离器22a分离的液体制冷剂的第一制冷剂泵26a、经配置以向第二制冷剂冷却器24b供给由第二制冷剂气液分离器22b分离的液体制冷剂的第二制冷剂泵26b、经配置以作为第三级地将由第二制冷剂冷却器24b冷却的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂的第三制冷剂气液分离器22c、经配置以通过使由第三制冷剂气液分离器22c分离的液体制冷剂膨胀从而降低其温度的制冷剂膨胀阀25，以及经配置以向制冷剂膨胀阀25供给来自第三制冷剂气液分离器22c的液体制冷剂的第三制冷剂泵26c。
从第一和第二制冷剂气液分离器22a和22b向第二制冷剂冷却器24b供给的液体制冷剂可以汇合在一起。之后，汇合的制冷剂可以与从第二制冷剂压缩机23b向第二制冷剂冷却器24b供给的气体制冷剂混合，并在之后被供给到第二制冷剂冷却器24b中。此外，由第三制冷剂气液分离器22c分离的气体制冷剂可以通过第三制冷剂泵26c与供给到制冷剂膨胀阀25中的液体制冷剂混合。此外，被供给到制冷剂膨胀阀25中的制冷剂在膨胀之前可以与经过冷箱21的制冷剂进行热交换，并在膨胀之后具有低温状态。
图3b的再液化装置20只是示范性的，而不限制本发明。必要时再液化装置的配置可以根据其设计而修改。
（不可燃混合制冷剂）
根据本发明，与现有技术不同，包含R14的不可燃混合制冷剂可以用作在再液化装置20内循环的制冷剂。通过混合多种不可燃制冷剂制备的不可燃混合制冷剂具有的混合配比（mixture composition ratio）使得即使在被压缩至中压的BOG再液化的液化温度下，制冷剂也不会冷凝。
使用混合制冷剂的相变化的制冷循环与仅将氮用作制冷剂的氮制冷循环相比具有更高的效率。常规的混合制冷剂有安全问题，因为其中混合了可燃制冷剂。然而，根据本发明的不可燃混合制冷剂安全性高，因为不可燃混合制冷剂是通过混合不可燃制冷剂制备的。
根据本发明的不可燃混合制冷剂可以将混合制冷剂焦耳-汤姆逊制冷循环应用到海上LNG再液化装置中。与此同时，已知在常规的陆上LNG液化设备中使用了混合制冷剂。因为这样的混合制冷剂是爆炸性烃（Hydro-Carbon,HC）混合制冷剂，所以该混合制冷剂一直很难处理。然而，根据本发明的不可燃混合制冷剂无爆炸性，因为不可燃混合制冷剂包含氩、氢氟烃（Hydro-Fluoro-Carbon，HFC）制冷剂，以及碳氟化合物（Fluoro-Carbon，FC）制冷剂。
作为HFC/FC制冷剂，可以使用如下表2列出的制冷剂。在下表2中，还添加了氩。
表2
制冷剂编号 化学式 摩尔质量 沸点（NBP）（℃）
Ar Ar 39.95 -185.9
R14 CF4 88 -128.1
R23 CHF3 70.01 -82.1
R116 CF3CF3 138.01 -78.2
R41 CH3F 34.03 -78.1
R32 CH2F2 52.02 -51.7
R125 CHF2CF3 120.02 -48.1
R143a CH3CF3 84.04 -47.2
R161 CH3CHF2 48.06 -37.1
R218 CF3CF2CF3 188.02 -36.6
R134a CH2FCF3 102.03 -26.1
R152a CH3CHF2 66.05 -24
R227ea CF3CHFCF3 170.03 -15.6
R236fa CF3CH2CF3 152.04 -1.4
R245fa CHF2CH2CF3 134.05 15.1
除了在上表2中列出的制冷剂之外，可以使用通过混合这些制冷剂制备的制冷剂，并可为其指定独立的制冷剂编号（R400和R500）。这些HFC/FC混合制冷剂在下表3中列出。
表3
制冷剂编号 化学式（质量比） 摩尔质量 沸点（NBP）（℃）
R410A R32/125(50/50) 72.58 -51.6
R410B R32/125(45/55) 75.57 -51.5
R507 R125/143a(50/50) 98.86 -47.1
R407B R32/125/134a(10/70/20) 102.94 -46.8
R404A R125/143a/134a(44/52/4) 97.6 -46.6
R407A R32/125/134a(20/40/40) 90.11 -45.2
R407C R32/125/134a(23/25/52) 86.2 -43.8
R407E R32/125/134a(25/15/60) 83.78 -42.8
R407D R32/125/134a(15/15/70) 90.96 -39.4
从另一方面来说，如图4a和图4b所示，HFC/FC制冷剂可能不能在LNG被再液化时用作制冷剂，因为HFC/FC制冷剂的凝固点高于一般温度（-163℃）。然而，本专利申请的发明人基于液化（或再液化）温度随天然气（或BOG）的压力上升而上升的知识，开发了一种再液化装置，其能够使在海洋结构的LNG储罐中生成的BOG通过高效、安全的HFC/FC混合制冷剂（即，不可燃混合制冷剂）焦耳-汤姆逊制冷循环而再液化。换句话说，根据本发明，通过在再液化之前将BOG压缩到大约12至45 bara的中压，可以在高于BOG在环境压力下的再液化温度（即，不可燃混合制冷剂的凝固点）的温度下使BOG再液化。
根据本发明的不可燃混合制冷剂是通过混合多种成分制备的，从而沸点均等地分布在天然气的液化温度（或BOG的再液化温度）与室温之间，因此可使用的相变范围较大。具有近似沸点的制冷剂被分为五组，并且根据本发明的不可燃混合制冷剂可以通过从各组中选择一种或多种成分来制备。也就是说，根据本发明的不可燃混合制冷剂可以通过从五组中的每一组中选择至少一种成分来制备。
如图5所示，组I包含制冷剂中沸点最低的氩（Ar），而组II包含R14。组III包含R23、R116和R41，而组IV包含R32、R410A、R410B、R125、R143a、R507、R407B、R404A、R407A、R407C、R407E、R407D、R161、R218、R134a、R152a和R227ea。组V包含R236fa和R245fa。
当考虑到制冷剂的易于供应和其成本时，通过从五组中的每一组中选择一种或多种制冷剂制备的根据本发明的不可燃混合制冷剂可以具有如下表4所示的成分。在效率方面，优选地确定不可燃混合制冷剂的配比，从而在与BOG进行热交换的热交换器（即，冷箱21）中，尽可能地使高温流体（即，BOG）与低温流体（即，不可燃混合制冷剂）之间的温度差维持恒定。
表4
成分 组成（%摩尔）
Ar 20至55
R14 15至30
R23 5至15
R410a 10至15
R245fa 15至20
与使用氮制冷剂使BOG再液化的现有技术相比，在使用不可燃混合制冷剂的情况下，可以降低功率消耗（kW）从而提升再液化效率。
更确切地说，根据本发明，通过在大约12至45bara的中压下压缩BOG从而实现BOG再液化，该压力相对高于在常规再液化装置中使用的BOG再液化压力。因此，可以降低BOG再液化的功率消耗。更具体地说，在使用具有上述组成的不可燃混合制冷剂的情况下，当BOG具有大约12至45bara的压力时，再液化装置可以维持最高效率。
而且，当BOG的压力为12bara时，再液化温度大约为-130℃。为了将BOG冷却至再液化温度，将不可燃混合制冷剂的温度降低至大约-155℃。具有上述组成的不可燃混合制冷剂可以在低于-155℃的温度下凝固。因此，如果BOG的压力低于12bara，那么可能会难以配置使用不可燃混合制冷剂的制冷循环。
而且，如果BOG的压力超过45bara，那么这样的条件是非优选的，因为与压缩BOG必须增加的功率消耗相比，液化能量的降低不够大。
参考图6a，因为本发明的特征为中压，即大约12至45bara（基于4.3吨/小时的BOG）的压力范围，本发明在氮制冷剂与不可燃混合制冷剂中都有效。然而，与使用氮制冷剂的再液化装置相比，根据本发明的使用具有上述组成的不可燃混合制冷剂的再液化装置可以进一步将功率降低约10%至20%。
图6b为图示了在常规再液化装置的条件下的所需功率（即，在再液化装置中所使用的制冷剂为氮气（N2），并且供给到再液化装置中的BOG压力为8bara的情况下）与在根据本发明的使用不可燃混合制冷剂（nonflammable mixed refrigerant，NFMR）的再液化装置的条件下的所需功率（即，在再液化装置中所使用的制冷剂为不可燃混合制冷剂（NFMR），并且供给到再液化装置中的BOG压力为12至45bara的情况下）的比较的曲线图。参考图6b，根据本发明的再液化装置可以在使用氮制冷剂的常规再液化装置（制冷循环）的50%至80%的功率消耗之下运转。照此，因为根据本发明的再液化装置可以在与现有技术相比相对较低的功率之下运转，所以可以降低发电机的容量，从而能够使发电机小型化。
与此同时，根据本发明的再液化装置使用焦耳-汤姆逊阀（Joule Thomson valve）作为制冷剂膨胀单元（expander），与常规氮压缩扩展器（N2compander）相比整个系统较为简化，且成本效益高。
此外，尽管没有在上表2中列出，但根据本发明的不可燃混合制冷剂可以含有除了在上表2中列出的成分之外的少量不可燃制冷剂成分。
（第二实施例）
图7a为图示了根据本发明的第二实施例的用于具有高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）的海洋结构的燃料供给系统的配置图。图7a中所示的第二实施例仅仅在以下方面不同于第一实施例：在再液化装置使被压缩至中压的BOG再液化之前，燃料供给系统通过与从高压泵33供给到高压气化器37中的LNG进行热交换从而预热被压缩的BOG。因此，以下说明将集中在与第一实施例的差异上。
如图7a所示，在被高压泵33压缩至高压的液化BOG在供给到高压气化器37中之前，在热交换器35中与被供给到再液化装置20中的BOG进行热交换。因为被供给到高压气化器37中的液化BOG的温度低于被供给到再液化装置20中的BOG，所以当它经过热交换器35时能够降低被供给到再液化装置20中的BOG的温度，从而能够降低再液化装置20中的再液化能量。此外，当通过热交换器35时，被供给到高压气化器37中的液化BOG被加热，从而能够降低高压气化器37中的气化能量。
在BOG压缩机13中被压缩的BOG通过BOG供给管线L2被供给到再液化装置20中。热交换器35安装在BOG供给管线L2的中部。如上所述，在热交换器35中，高温压缩BOG与从高压泵33中排出的低温液化BOG进行热交换。在经过热交换器35时被冷却的BOG在经过冷箱21时被制冷剂冷却并再液化。
（第二实施例的修改实例）
图7b是图示了根据本发明第二实施例的修改实例的燃料供给系统的配置图。如第一实施例的修改实例所述，第二实施例的修改实例在BOG压缩单元13与再液化装置20的配置的方面部分不同于第二实施例。
即，图7b的第二实施例的修改实例在BOG压缩单元13包含五个BOG压缩机14这个方面与图7a的第二实施例实质上相同，但与第二实施例的不同在于在包含于BOG压缩单元13中的第一与第二BOG压缩机之间以及第二与第三BOG压缩机之间没有安置中间冷却器15。根据本发明，可以在每两个BOG压缩机14之间安置中间冷却器15，也可以不这么做。
与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第二实施例的修改实例的再液化装置20包含经配置以在制冷剂与BOG之间进行热交换的冷箱21、经配置以压缩被冷箱21加热并至少部分气化了的制冷剂的压缩单元、经配置以使压缩制冷剂膨胀从而降低其温度的膨胀单元，以及经配置以分离气体制冷剂和液体制冷剂的制冷剂气液分离器。
具体而言，与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第二实施例的修改实例的再液化装置20包含多个制冷剂气液分离器22a、22b和22c。混合由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂和液体制冷剂，之后将其供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂在被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，可以被制冷剂压缩机23a和23b压缩并且被制冷剂冷却器24a和24b冷却。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的液体制冷剂在气体制冷剂被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，确切地说在气体制冷剂被制冷剂冷却器24b冷却之前，与气体制冷剂混合。
（第三实施例）
图8a为图示了根据本发明的第三实施例的用于具有高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）的海洋结构的燃料供给系统的配置图。图8a所示的第三实施例仅在燃料供给系统在压缩之前预热BOG这个方面不同于第一实施例。因此，以下说明将集中在与第一实施例的差异上。
如图8a所示，在根据本发明的第二实施例的用于具有高压天然气喷射发动机的海洋结构的燃料供给系统中，从液化气体储罐11中生成并排出的天然蒸发气体（naturalboil-off gas,NBOG）被BOG压缩单元13压缩至大约12至45bara的中压。在被供给到再液化装置20中之前，压缩BOG被供给到安装在BOG压缩单元13上游侧的BOG预热器41中。被BOG压缩单元13压缩到大约12至45bara并且被中间冷却器15冷却到大约40℃的BOG通过与从液化气体储罐11中排放到BOG预热器41中的低温BOG进行热交换从而被冷却，之后被供给到再液化装置20中。
根据第三实施例，可以通过BOG预热器41降低将要被供给到再液化装置20中的BOG的温度，从而能够降低冷箱21上的热负荷。而且，被供给到BOG压缩单元13中的低温BOG与被BOG压缩单元13压缩的较高温BOG在位于BOG压缩单元13上游侧的BOG预热器41中互相进行热交换，从而能够提高被供给到BOG压缩单元中的BOG的温度，并且使BOG压缩单元（即，BOG压缩机）的入口温度保持恒定。
如在根据第一实施例的燃料供给系统中，被BOG压缩单元13压缩并之后通过BOG预热器41的BOG被供给到再液化装置20中。在再液化装置20中通过液化能量（即，冷热（cold heat））而被再液化的液化BOG（LBOG）被高压泵33压缩至大约150至400bara的高压，并在之后被供给到高压气化器37中。由高压气化器37气化的BOG作为燃料被供给到高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）中。
（第三实施例的修改实例）
图8b是图示了根据本发明第三实施例的修改实例的燃料供给系统的配置图。第三实施例的修改实例在再液化装置20的配置这个方面部分不同于第三实施例。
即，与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第二实施例的修改实例的再液化装置20包含经配置以在制冷剂与BOG之间进行热交换的冷箱21、经配置以压缩被冷箱21加热并至少部分气化了的制冷剂的压缩单元、经配置以使压缩制冷剂膨胀从而降低其温度的膨胀单元，以及经配置以分离气体制冷剂和液体制冷剂的制冷剂气液分离器。
具体而言，与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第三实施例的修改实例的再液化装置20包含多个制冷剂气液分离器22a、22b和22c。混合由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂和液体制冷剂，之后将其供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂在被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，可以被制冷剂压缩机23a和23b压缩并且被制冷剂冷却器24a和24b冷却。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的液体制冷剂在气体制冷剂被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，确切地说在气体制冷剂被制冷剂冷却器24b冷却之前，与气体制冷剂混合。
（第四实施例）
图9a为图示了根据本发明的第四实施例的用于具有高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）的海洋结构的燃料供给系统的配置图。图9a中说明的第四实施例在以下方面不同于第三实施例：燃料系统进一步包含经配置以处理过量BOG的过量BOG消耗单元（例如，双燃料柴油发动机（Dual-Fuel Diesel Engine，DFDE））以及稳定的燃料供给单元（例如，LNG供给管线）。因此，以下说明将集中在与第三实施例的差异上。
本文中，过量BOG为超过高压天然气喷射发动机所需的液化BOG的量的BOG。过量BOG可以在大量BOG生成时生成，甚至是在高压天然气喷射发动机运转时生成。而且，过量BOG可以在高压天然气喷射发动机低速运转或不运转时（例如，当进入港口或通过运河时）生成。
在根据本发明的第四实施例的用于具有高压天然气喷射发动机的海洋结构的燃料供给系统中，当高压天然气喷射发动机上的负载下降时，或当生成过量的BOG时，过量LBOG通过安装在LBOG回流管线L4上的LBOG膨胀阀51减压，该LBOG回流管线在缓冲罐31的后端从燃料供给管线L3分支。在减压过程中生成的包含闪蒸气的LBOG被气液分离器分离成液体成分（LBOG）和气体成分（闪蒸气），并且液体成分通过LBOG回流管线L4回到储罐11中。
确切地说，通过LBOG膨胀阀51减压并且包含闪蒸气的LBOG被供给到LBOG气液分离器53中，并且被LBOG气液分离器53分成液体成分和气体成分。由LBOG气液分离器53分离的气体成分（即，闪蒸气）通过燃气供给管线L6作为燃料被供给到过量BOG消耗单元（例如，DFDE）中，该单元可以安装在海洋结构上用于发电。被供给到DFDE中的燃气的压力可以由压力控制阀控制，该压力控制阀安装在LBOG气液分离器53的下游侧、燃气供给管线L6的中部。而且，通过安装在燃气供给管线L6中部的燃气加热器55，燃气的温度可以被加热直到DFDE所需的温度。由LBOG气液分离器53分离的液体成分通过LBOG回流管线L4回到储罐中。
因为DFDE的燃气供给压力通常约为5至8bara，所以由LBOG气液分离器53分离的液体成分的压力可能仍然高于环境压力。在这个情况下，由LBOG气液分离器53分离的液体成分（即，LBOG）额外地通过另一个LBOG膨胀阀52减压。减压后的液体成分被供给到另一个LBOG气液分离器54中，并且被LBOG气液分离器54分离成液体成分（LBOG）和气体成分(闪蒸气)。由LBOG气液分离器54分离的环境压力液体成分通过LBOG回流管线L4回到储罐11中。由LBOG气液分离器54分离的气体成分可以被供给到气体燃烧单元（Gas Combustion Unit，GCU）中并消耗，该气体燃烧单元用作另一个过量BOG消耗单元。
另一方面，当供给到DFDE中的燃料不足时，可以通过分支管线L5向DFDE供给额外的燃料，该分支管线从向高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）供给燃料的燃料供给管线L3分支，并且与向DFDE供给燃料的燃气供给管线L6连接。减压阀安装在分支管线L5上。
而且，当BOG再液化装置不运作时，或当储罐11中生成少量BOG时，储存在储罐11中的LNG可以通过LNG供给管线L7以及安装在储罐11中的LNG供给泵57被供给到缓冲罐31中。
以此方式，DFDE用作闪蒸气处理单元，其可处理在回到储罐11的过程中由于压力差而从LBOG中生成的闪蒸气。
尽管图中未图示，但由LBOG气液分离器53分离的气体成分可以被供给并用作例如燃气轮机或锅炉之类的消耗单元的燃料，而不是DFDE。而且，气体成分可以被供给到排气装置中并被该排气装置处理，该排气装置将天然气排放到大气或在大气中燃烧天然气的气体燃烧装置中（例如，火炬塔）。在这个情况下，DFDE、燃气轮机、锅炉、排气装置或火炬塔可以被包含在过量BOG消耗单元（或闪蒸气处理单元）中，并且被供给到过量BOG消耗单元中的气体成分可以由燃气加热器55加热。
当被BOG压缩单元13压缩到大约12至45bara的中压并之后被再液化装置20液化的BOG没有完全被例如ME-GI发动机之类的高压天然气喷射发动机消耗时，中压液化BOG必须回到储罐11中。因为储罐11处在环境压力状态下，所以在液化BOG被供给到储罐中之前需要降低液化BOG的压力。然而，在减压的过程中生成了闪蒸气。因此，本发明的发明人发明了包含能够处理闪蒸气的过量BOG消耗单元的燃料供给系统。本发明提供了包含能够处理闪蒸气的过量BOG消耗单元的燃料供给系统。因此，被压缩到大约12至45bara的中压的BOG可以被供给到再液化装置中。相应地，可以降低再液化中的能量消耗。
（第四实施例的修改实例）
图9b是图示了根据本发明第四实施例的修改实例的燃料供给系统的配置图。第四实施例的修改实例在再液化装置20的配置这个方面部分不同于第四实施例，并且还在燃料供给系统通过管线分支形式、BOG压缩单元13或其下游侧的末端处理过量BOG这一方面不同于第四实施例。
与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第四实施例的修改实例的再液化装置20包含经配置以在制冷剂与BOG之间进行热交换的冷箱21、经配置以压缩被冷箱21加热并至少部分气化了的制冷剂的压缩单元、经配置以使压缩制冷剂膨胀从而降低其温度的膨胀单元，以及经配置以分离气体制冷剂和液体制冷剂的制冷剂气液分离器。
具体而言，与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第四实施例的修改实例的再液化装置20包含多个制冷剂气液分离器22a、22b和22c。混合由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂和液体制冷剂，之后将其供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂在被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，可以被制冷剂压缩机23a和23b压缩并且被制冷剂冷却器24a和24b冷却。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的液体制冷剂在气体制冷剂被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，确切地说在气体制冷剂被制冷剂冷却器24b冷却之前，与气体制冷剂混合。
而且，在根据图9b的第四实施例的修改实例的燃料供给系统中，当过量的BOG生成时，过量BOG可以通过从BOG压缩单元13分支的第二分支管线L8被供给到用作过量BOG消耗单元的DFDE中。在这个情况下，因为BOG被包含在BOG压缩单元13中的中间冷却器15冷却至大约40℃，所以可以省去经配置以控制供给到DFDE中的BOG的温度的单独加热器。
或者，过量BOG可以通过从BOG压缩单元13的后端分支的第三分支管线L9被供给到用作另一个过量BOG消耗单元的燃气轮机中。同样地，在这个情况下，可以省去经配置以控制供给到燃气轮机中的BOG的温度的单独单元。
而且，不同于根据第四实施例的燃料供给系统，根据图9b的第四实施例的修改实例的燃料供给系统包含LBOG膨胀阀以及安装在LBOG回流管线L4上的LBOG气液分离器。然而，如果必要的话，根据第四实施例的修改实例的燃料供给系统可以进一步包含另一个LBOG膨胀阀52和另一个LBOG气液分离器54，与根据第四实施例的燃料供给系统类似。
（第五实施例）
图10a为图示了根据本发明的第五实施例的用于具有高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）的海洋结构的燃料供给系统的配置图。图10a中说明的第五实施例在以下方面不同于第三实施例：燃料供给系统进一步包含经配置以消耗过量BOG的过量BOG消耗单元（例如，Gas Combustion Unit,GCU）以及稳定燃料供给单元（例如，LNG供给管线）。而且，第五实施例在以下方面不同于第三实施例：燃料供给系统包含经配置以在再液化之前使一部分BOG分支并消耗这部分BOG的单元（例如，DFDE），从而防止过量BOG的生成。因此，以下说明将集中在与第三实施例的差异上。
在根据本发明的第五实施例的用于具有高压天然气喷射发动机的海洋结构的燃料供给系统中，当高压天然气喷射发动机上的负载下降时，或当大量BOG的生成导致将会生成过量的LBOG时，已被BOG压缩单元13压缩或正在被BOG压缩单元13压缩的BOG分流通过分支管线到达过量BOG消耗单元。
即，过量BOG可以通过从BOG压缩单元13分支的第二分支管线L8被供给到用作过量BOG消耗单元的DFDE中。在这个情况下，因为BOG被包含在BOG压缩单元13中的中间冷却器15冷却至大约40℃，所以可以省去经配置以控制供给到DFDE中的BOG的温度的单独加热器。
或者，过量BOG可以通过从BOG压缩单元13的后端分支的第三分支管线L9被供给到用作另一个过量BOG消耗单元的燃气轮机中。同样地，在这个情况下，可以省去经配置以控制供给到燃气轮机中的BOG的温度的单独单元。
另一方面，即使当被供给到再液化装置20中的BOG的量减少时，如果作为燃料供给的BOG的量多于高压天然气喷射单元所需的BOG的量，那么用与第四实施例相同的方式处理过量BOG。
即，过量LBOG通过安装在LBOG回流管线L4上的LBOG膨胀阀51减压，该LBOG回流管线在缓冲罐31的后端从燃料供给管线L3分支。在减压过程中生成的包含闪蒸气的LBOG被LBOG气液分离器53分离成液体成分（LBOG）和气体成分（闪蒸气），并且液体成分通过LBOG回流管线L4回到储罐11中。由LBOG气液分离器53分离的气体成分（即，闪蒸气）通过燃气供给管线L6作为燃料被供给到用作过量BOG燃烧单元的GCU中。
另一方面，可以额外地通过分支管线L5向GCU供给的过量BOG，该分支管线从向高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）供给燃料的燃料供给管线L3分支，并且与燃气供给管线L6连接。减压阀安装在分支管线L5上。
而且，如第四实施例，当BOG再液化装置不运作时，或当储罐11中生成少量BOG时，储存在储罐11中的LNG可以通过LNG供给管线L7以及安装在储罐11中的LNG供给泵57被供给到缓冲罐31中。
在第四和第五实施例中，经配置以处理生成的闪蒸气的DFDE（第四实施例中）和GCU（第五实施例中），以及经配置以在再液化之前消耗过量BOG从而防止闪蒸气生成的DFDE（第五实施例中）和GCU（第五实施例中），通常可以被称作闪蒸气抑制单元，因为它们可以抑制闪蒸气的生成。所有的这些单元还可以被称为过量气体消耗单元，因为它们可以消耗多于高压天然气喷射单元所需的燃料的量的过量BOG。
（第五实施例的修改实例）
图10b是图示了根据本发明第五实施例的修改实例的燃料供给系统的配置图。第五实施例的修改实例在再液化装置20的配置这个方面部分不同于第五实施例。
与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第五实施例的修改实例的再液化装置20包含经配置以在制冷剂与BOG之间进行热交换的冷箱21、经配置以压缩被冷箱21加热并至少部分气化了的制冷剂的压缩单元、经配置以使压缩制冷剂膨胀从而降低其温度的膨胀单元，以及经配置以分离气体制冷剂和液体制冷剂的制冷剂气液分离器。
具体而言，与根据如图2B所示的第一实施例的修改实例的再液化装置20相似，根据第五实施例的修改实例的再液化装置20包含多个制冷剂气液分离器22a、22b和22c。混合由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂和液体制冷剂，之后将其供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的气体制冷剂在被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，可以被制冷剂压缩机23a和23b压缩并且被制冷剂冷却器24a和24b冷却。由安置在上游侧的制冷剂气液分离器22a和22b分离的液体制冷剂在气体制冷剂被供给到安置在最下游侧的制冷剂气液分离器22c中之前，确切地说在气体制冷剂被制冷剂冷却器24b冷却之前，与气体制冷剂混合。
（第六实施例）
图11为图示了根据本发明的第六实施例的用于具有高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）的海洋结构的燃料供给系统的配置图。图11所示的第六实施例在燃料供给系统使用再冷凝器（recondenser）而非缓冲罐这个方面不同于第一至第五实施例。
在根据本发明的第六实施例的用于具有高压天然气喷射发动机的海洋结构的燃料供给系统中，从液化气体储罐110中生成并排出的天然蒸发气体（NBOG）被BOG压缩单元113压缩至大约12至45bara的中压，之后被供给到再液化装置120中。在再液化装置120中通过液化能量（即，冷热）而被再液化的液化BOG（LBOG）被高压泵133压缩至大约150至400bara的高压（High Pressure，HP），并在之后被供给到高压气化器137中。由高压气化器137气化的BOG作为燃料被供给到高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）中。
储罐包含用于将例如LNG之类的液化气体储存在低温状态下的密封且绝热的障壁。然而，储罐不能完全阻断从外界传导的热量。因此，在储罐110中液化气体不断地蒸发。为了将储罐110中BOG的压力维持在合适的水平，通过BOG排出管线L11排出BOG。
排出的BOG通过BOG排出管线L11被供给到BOG压缩单元113中。BOG压缩单元113包含至少一个BOG压缩机114。尽管没有图示，但BOG压缩单元113可以包含至少一个中间冷却器，该中间冷却器经配置以冷却正在被BOG压缩机114压缩从而加热的BOG。图11图示了包含三个BOG压缩机114的三级BOG压缩单元113。
由BOG压缩单元113压缩的BOG通过BOG供给管线L12被供给到再液化装置120中。被供给到再液化装置120中的BOG在经过再液化装置120的主低温热交换器（MainCryogenic Heat Exchanger）121（即，冷箱）时，被制冷剂冷却并再液化。
再液化装置120可以具有能够使从例如LNG之类的液化气体中生成的BOG再液化的任何配置。例如，再液化装置120可以是使用不可燃混合制冷剂的再液化系统，如第一至第五实施例和它们的修改实例所述。而且，再液化装置120可以是使用氮制冷剂的常规再液化系统。例如，再液化装置120可以是国际专利公开案号WO2007/117148和WO2009/136793中揭示的任何一种再液化装置。
通过冷箱121中的热交换再液化的BOG被供给到再冷凝器131中，并暂时储存在其中。根据这个实施例，从液化气体储罐110供给的液化BOG和液化气体（即，LNG）暂时储存在再冷凝器131中，并且从液化气体储罐110供给到再液化装置120中的BOG中的一部分或全部被旁通到再冷凝器131中，并被其再冷凝。因此，减少或消除了再液化装置120中BOG的流入，由此提升了总的系统效率。如下文所详细描述的，再冷凝器131通过使用冷热而使生成的BOG中的一部分或全部再冷凝，该冷热是来自被再液化装置120再液化并且之后被供给到并暂时储存在再冷凝器131中的液化BOG以及从储罐110直接供给到再冷凝器131中的液化气体（即，LNG）这两者之一。
与上述实施例中的缓冲罐相似，再冷凝器131也可以分离气体成分和液体成分。因此，暂时储存在再冷凝器131中的液化气体被分离为气态和液态，并且只有气态液化气体通过燃料供给管线L13被供给到高压泵133中。可以并行地安装多个高压泵133，例如，两个高压泵133。
高压泵133将液化气体压缩至在高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）中所需的燃料供给压力。从高压泵133输出的液化气体具有大约150至400bara的高压。
为了在高压泵133中提供足够的净正吸入压头（Net Positive Suction Head，NPSH），如果必要的话，可以在燃料供给管线L13上在高压泵133与再冷凝器131之间安装增压泵132。
而且，如第二实施例，系统可以经配置以使得被高压泵133压缩至高压的液化气体在被供给到高压气化器137中之前，在热交换器135中与从再液化装置120供给的BOG进行热交换。被供给到高压气化器137中的液化气体与被供给到再液化装置120中的BOG相比温度较低。因此，在通过热交换器135时，被供给到再液化装置120中的BOG可以被冷却，从而可以降低再液化装置120中的再液化能量。而且，在通过热交换器135时，被供给到高压气化器137中的液化气体可以被加热，从而可以降低高压气化器137中的气化能量。
如果必要的话，被再冷凝器131再冷凝并暂时储存在其中的液化BOG可以通过LBOG回流管线L14回到储罐110中。尽管图11中没有图示，但参考图9a至图10b所述的第四和第五实施例和它们的修改实例的膨胀阀和气液分离器可以被安装在LBOG回流管线L14上。
然而，根据第六实施例的燃料供给系统，在海洋结构航行的大部分时间内，在储罐中生成的所有BOG被用作高压天然气喷射发动机的燃料。因此，可以消除通过LBOG回流管线L14回到储罐110中的液化气体。仅在高压天然气喷射发动机的功率消耗颇小于在储罐中生成的BOG的量的例外情况中，可使用LBOG回流管线L14使LBOG从再冷凝器131回到储罐110中，例如，海洋结构被拖曳以靠近码头的情况、海洋结构通过运河的情况，以及海洋结构低速航行的情况。LBOG回流管线L14还可以用于在再冷凝器131的故障或维修期间使留在再冷凝器131中的LBOG回流。
根据这个实施例，在海洋结构航行的大部分时间内，所有LBOG可以在发动机中使用，而不回到储罐中。在这个情况下，因为去除了回流的LBOG自身，所以能够防止可能由当LBOG回到储罐110时的压力差造成的闪蒸气的生成。在本说明书中，表述“去除闪蒸气”表示消耗生成的闪蒸气从而防止闪蒸气被供给到储罐110中，且还表示防止液化BOG返回储罐，从而阻碍并防止可能由回流的LBOG造成的闪蒸气自身的生成。
而且，句子“高压天然气喷射发动机的燃料消耗大于或小于储罐中生成的BOG的量”中的表述“高压天然气喷射发动机的燃料消耗”表示高压天然气喷射发动机的燃料消耗与在海洋结构中将BOG用作燃料的其它发动机（例如，DFDE和燃气轮机）的燃料消耗的总和。当不同发动机中只有高压天然气喷射发动机将BOG用作燃料时，表述“高压天然气喷射发动机的燃料消耗”表示仅仅高压天然气喷射发动机的燃料消耗。
当储罐110中生成的BOG的量小于高压天然气喷射发动机所需的燃料的量时，储存在储罐110中的LNG可以通过LNG供给管线L17直接被供给到再冷凝器131中。潜水泵（submerged pump）157被安装在LNG供给管线L17的一端（即，位于储罐中的LNG供给管线L17的起始点），使得储存在储罐110中的LNG可以直接被供给到再冷凝器131中。根据这个实施例，因为再冷凝器131（或第一至第五实施例和它们的修改实例中的缓冲罐31）的内部压力实质上等于被BOG压缩单元130压缩至大约12至45bara的中压的BOG的压力，所以在仅使用潜水泵157来在大致环境压力下将储存在储罐110中的液化气体压缩至中压时可能会存在限制。因此，优选地，可以将增压泵158安装在LNG供给管线L17的中部从而将由潜水泵157排放到储罐外面的液化气体压缩至与再冷凝器131（或缓冲罐）的内部压力实质上相等的压力。
当储罐110中生成的BOG的量大于高压天然气喷射发动机所需的燃料的量，并因此将会生成过量LBOG时，被BOG压缩单元113逐渐压缩或压缩的BOG经分流通过BOG分支管线L18，并且在BOG消耗单元中被使用。BOG消耗单元可以是能够使用与ME-GI发动机相比温度较低的天然气的燃气轮机或DFDE。
如上所述，为了减少再液化装置120上的负载或完全停止再液化装置120的运作，根据这个实施例的燃料供给系统可以包含从BOG供给管线L12分支的BOG旁通管线L21，从而通过避开再液化装置120而将被BOG压缩单元113压缩的BOG中的一部分或全部供给到再冷凝器131中。
确切地说，优选地，BOG旁通管线L21可以从BOG供给管线L12的热交换器135的下游侧分支，并且与再冷凝器131连接。如果必要的话，可以在BOG旁通管线L21上安装压力控制阀161从而控制再冷凝器131的压力。
当储罐110中生成的BOG的量小于高压天然气喷射发动机所需的燃料的量时，储罐110中的LNG被供给到再冷凝器131中从而补充不足的燃料量。在这个情况下，被供给到再液化装置120中的BOG中的一部分通过BOG旁通管线L21被供给到再冷凝器131中，并且通过与LNG混合而被再冷凝。因此，可以降低再冷凝装置120上的负载。
下文中，将参考图11给出当燃料供给系统安装在（例如）LNG运输船中时使用再冷凝器131来运行第六实施例的燃料供给系统的方法的说明。
第六实施例的燃料供给系统包含再冷凝器131。因此，所有在储罐110中生成的BOG未被供给到再液化装置120的冷箱121中，且至少一部分的生成的BOG旁通到再冷凝器131中。因此，可以降低具有高能量消耗的再液化装置120上的负载，或者在一些情况下可以完全停止再液化装置120的运转。
在储罐110为空的压载（ballast）航行中，生成的BOG的量相对较少。在这个情况下，仅仅通过储罐110中自然生成的BOG无法满足高压天然气喷射发动机所需的燃料的量。因此，储存在储罐110中的LNG通过LNG供给管线L17直接被供给到再冷凝器131中。
而且，从储罐110中排出的BOG被BOG压缩单元113压缩到大约12至45bara的中压，并且被热交换器135冷却。所有经冷却的BOG通过BOG旁通管线L21被供给到再冷凝器131中。
因为压载航行中生成的BOG的量很少，所以所有生成的BOG可以被供给到再冷凝器131中，并被其再冷凝。即，因为在压载航行的大部分时间里，储罐110中生成的所有BOG被再冷凝器131再冷凝，所以可以停止再液化装置120的运转。然而，在高压天然气喷射发动机低速运转或停止运转的情况下，例如海洋结构在压载航行中被拖曳的情况下，高压天然气喷射发动机不消耗燃料或消耗极少量的燃料。因此，储罐110中生成的所有BOG不能被再冷凝并用作燃料，且一部分生成的BOG可以被再液化装置120再液化。然而，这只是压载航行中极个别的情况。
因为通过LNG供给管线L17被供给到再冷凝器131中的LNG是过冷的，所以通过BOG旁通管线L21供给的所有BOG可在与在再冷凝器131中过冷的LNG混合的同时通过从LNG接收冷热而冷凝。
根据这个实施例的燃料供给系统，所有在压载航行中生成的BOG可以在再冷凝器131中再冷凝，并用作高压天然气喷射发动机的燃料。因此，没有LBOG回到储罐110中。
而且，因为所有生成的BOG都可以在再冷凝器131中被处理，所以由于大功率消耗而使用大量能量的再液化装置120完全无法运转。因此，可以节省相当多的能量。
另一方面，当航行中储罐110载有（laden）气体货物时，生成的BOG的量相对较大。在这个情况下，因为储罐110中自然生成的所有BOG不能被再冷凝器131处理，所以再液化装置120运转从而使BOG再液化。如果必要的话，一部分生成的BOG通过BOG旁通管线L21旁通到再冷凝器131中，从而降低再液化装置120上的再液化负载，由此节省能量。
将BOG冷却至低于饱和温度的过冷温度从而在再液化装置120中使BOG过冷的做法可能是低效的。然而，当BOG过冷至饱和温度时，饱和LBOG可以在通过管道时被再气化。因此，优选地，可以在再液化装置120中使BOG液化时，在对应的压力下将BOG冷却至过冷温度。
在国际专利公开案号WO2007/117148和WO2009/136793中揭示的常规再液化装置的情况下，因为被再液化装置再液化的LBOG回到LNG储罐中，所以根据LNG储罐的内部温度（约-163℃），BOG在大约4至8bara的压力下被过冷至颇低于饱和温度的温度。
然而，根据本发明的燃料供给系统，因为LBOG用作燃料被供给到高压天然气喷射发动机中，所以BOG被压缩至大约12至45bara的压力，并且再液化装置在对应的压力下、在仅低于饱和温度大约1℃的再液化温度下运转。
根据本发明，因为被再液化装置再液化的LBOG不回到储罐中，所以没有必要考虑储存在储罐中的LNG的温度和压力。在常规方法中，用于将LBOG传送至储罐中的管道相对较长。然而，在本发明的情况下，因为用于将LBOG传送至储罐中、同时维持LBOG的过冷状态的管道相对较短，所以没有必要使BOG过冷至过分低于饱和温度的温度。
因此，本发明在将BOG的液化温度设为略低于饱和温度的温度（例如，过冷约0.5℃至3℃，优选地约为1℃）的同时运行再液化装置120，由此降低了再液化装置的功率消耗。
在这个情况下，安装在旁通管线L21上的压力控制阀161是开/关控制的，因此通过热交换器135中的热交换而冷却的BOG可以流入再冷凝器131中。因此，可以适当地控制再冷凝器131的压力。
根据这个实施例，即使当BOG被过冷至低于饱和温度大约1℃的温度并之后被供给到再冷凝器131中时，BOG还是在作为燃料被供给到高压天然气喷射发动机中的同时被增压泵132和高压泵133压缩。因此，由于温度的上升，饱和LBOG可以稳定地维持过冷状态。
与常规燃料供给系统相比，根据第一至第六实施例和它们的修改实例的用于具有高压天然气喷射发动机的海洋结构的燃料供给系统具有以下优点。
大体上说，BOG可以被压缩至一个高压，从而提高BOG再液化效率。然而，在常规方法中，BOG被再液化装置再液化并回到储罐中，且储存在储罐中的LNG被维持在环境压力状态下。因此，如果液化BOG的压力过高，那么在BOG回到储罐中时可能生成闪蒸气（flash gas）。因此，尽管再液化效率较低，BOG还是需要被压缩到大约4至8bara的低压（Low Pressure，LP）。
与常规方法相比，根据本发明，因为从储罐中排出的BOG用作高压天然气喷射发动机的燃料，所以BOG可以被压缩至较高压并被再液化，而不会造成闪蒸气的生成，因此提升了再液化效率。
根据本发明，因为液化BOG作为燃料被供给到高压天然气喷射发动机（例如，ME-GI发动机）中，所以液化BOG无需返回储罐供再次储存在储罐中，因此能够防止当BOG回到储罐中时可能造成的闪蒸气的生成。而且，因为抑制了闪蒸气的生成，所以相比于常规方法，BOG可以被压缩至用于再液化的更高的压力（即，大约12至45bara的中压）。因为BOG被压缩至中压并之后被再液化，所以无论制冷剂的类型是什么，都能够提升再液化效率。具体而言，当使用不可燃混合制冷剂代替氮制冷剂时，可以提升再液化效率。即，与使用氮制冷剂的常规再液化装置相比，根据本发明的使用不可燃混合制冷剂的再液化装置能够以相当低的能量使BOG再液化并将液化BOG作为燃料供给给发动机。
再液化装置20/120可以具有能够使从例如LNG之类的液化气体中生成的BOG再液化的任何配置。例如，再液化装置20/120可以是使用不可燃混合制冷剂的再液化系统，如第一至第五实施例和它们的修改实例所述。而且，再液化装置20/120可以是使用混合制冷剂或氮制冷剂的常规再液化系统。例如，再液化装置20/120可以是国际专利公开案号WO2007/117148和WO2009/136793以及韩国专利申请公开案号10-2006-0123675和10-2001-0089142中揭示的任何一种再液化装置。
依据根据本发明的燃料供给系统，在海洋结构航行的大部分时间内，在储罐中生成的所有BOG被用作高压天然气喷射发动机的燃料。因此，可以去除通过LBOG回流管线L4/L14回到储罐11/110中的液化气体。仅在高压天然气喷射发动机的功率消耗颇小于在储罐中生成的BOG的量的例外情况中，可使用LBOG回流管线L4/L14来使LBOG从缓冲罐31或再冷凝器131回到储罐11/110中，例如，海洋结构被拖曳以靠近码头的情况、海洋结构通过运河的情况，以及海洋结构低速航行的情况。LBOG回流管线L4/L14还可以用于在缓冲罐的故障或维修期间，使留在缓冲罐中的LBOG回流。
根据本发明，在海洋结构航行的大部分时间内，所有LBOG可以在发动机中使用，而不回到储罐中。在这个情况下，因为去除了回流的LBOG自身，所以能够防止可能由当LBOG回到储罐11时的压力差造成的闪蒸气的生成。在本说明书中，表述“去除闪蒸气”表示消耗生成的闪蒸气从而防止闪蒸气被供给到储罐11中，还表示防止液化BOG返回储罐，从而阻碍并防止可能由回流的LBOG造成的闪蒸气自身的生成。
在国际专利公开案号WO2007/117148和WO2009/136793以及韩国专利申请公开案号10-2006-0123675和10-2001-0089142中揭示的常规再液化装置的情况下，因为被再液化装置再液化的LBOG回到LNG储罐中，所以根据LNG储罐的内部温度（约-163℃），BOG在大约4至8bara的压力下被过冷至颇低于饱和温度的温度。
例如，汉姆沃斯燃气系统公司的常规Mark III再液化装置（在国际专利公开案号WO2007/117148中揭示的技术）将BOG压缩至8bara的压力，并在-159℃的温度下使BOG液化。在这个情况下，因为BOG的饱和温度约为-149.5℃，所以BOG被过冷约9至10℃。BOG需要这个程度的过冷以便防止当液化BOG回到LNG储罐时闪蒸气的生成。然而，因为当液化BOG作为燃料被供给给高压天然气喷射发动机时液化BOG被高压泵压缩，所以通过增加压力而饱和的LBOG可以在之后稳定地维持过度冷却状态。因此，根据本发明，液化BOG可以通过在对应压力下与饱和温度相比过度冷却0.5至3℃（优选地约为1℃）而被液化，并之后作为燃料被供给。随着再液化装置中的过冷水平下降，再液化能量的降低效果上升。例如，用于在-150℃的温度下过冷1℃的能量是再液化所需的总功率的1%。
依据根据本发明的燃料供给系统，因为LBOG用作燃料被供给到高压天然气喷射发动机中，所以BOG被压缩至大约12至45bara的压力，并且再液化装置在对应的压力下在低于饱和温度大约0.5至3℃（优选地为1℃）的再液化温度下运转。
根据本发明，因为被再液化装置再液化的LBOG不回到储罐中，所以没有必要考虑储存在储罐中的LNG的温度和压力。在常规方法中，用于将LBOG传送至储罐中的管道相对较长。然而，在本发明的情况下，因为用于将LBOG传送至储罐中、同时维持LBOG的过冷状态的管道相对较短（例如，再液化装置（例如，气液分离器）与高压泵之间的长度），所以没有必要使BOG过冷至过分低于饱和温度的温度。
即，在海洋结构航行的相当大部分时间内，高压天然气喷射发动机所需的燃料的量可能大于在LNG储罐中生成的BOG的量。在这个情况下，所有的液化BOG被供给到高压天然气喷射发动机中，由此防止了当液化BOG回到LNG储罐中时闪蒸气的生成。
因此，本发明在将BOG的液化温度设为略低于饱和温度的温度（例如，过冷约0.5℃至3℃，优选地约为1℃）的同时运行再液化装置120，由此降低了再液化装置的功率消耗。
根据这个实施例，即使当BOG被过冷至低于饱和温度大约0.5至3℃的温度并之后被供给到缓冲罐31中时，BOG还是在作为燃料被供给到高压天然气喷射发动机中的同时被高压泵33压缩。因此，由于温度的上升，饱和LBOG可以稳定地维持过冷状态。
而且，因为被供给到高压泵中的LBOG被压缩至中压，所以可以降低高压泵抽取LBOG所需的功率。
在具有常规再液化装置的海洋结构中，因为BOG被再液化，要记得使BOG回到储罐中，所以BOG被压缩至大约4至8bara的低压从而抑制当BOG回到储罐时闪蒸气的生成。然而，在本发明的燃料供给系统中，因为BOG被再液化并且所有的BOG都被用作高压天然气喷射发动机的燃料，所以BOG被压缩至大约12至45bara的相对高压。这是本发明的新颖的、创造性的概念，在BOG的再液化之后使BOG返回储罐的常规方法中未构想该想法。
在常规方法中，闪蒸气是由LBOG返回储罐过程中的减压生成，并且闪蒸气回到再液化装置中，从而降低再液化装置的效率。然而，本发明将所有的LBOG用作高压天然气喷射发动机的燃料而不减压（相反地，执行压缩），从而与常规方法相比提升了再液化装置的效率。
根据本发明的燃料供给系统中，因为BOG被再液化并且所有的液化BOG都被用作高压天然气喷射发动机的燃料，所以可以将BOG压缩至大约12至45bara的相对高压。因此，如参考图6b所述，根据本发明的再液化装置可以在常规再液化装置（制冷循环）的50%至80%的功率消耗之下运转。照此，因为根据本发明的再液化装置可以在与现有技术相比相对较低的功率之下运转，所以可以降低发电机的容量，从而能够使发电机小型化。
常规再液化装置在待机状态下的运转大约消耗1至1.5MW的功率。然而，根据本发明，如第六实施例所述，因为在压载航行的大部分时间里可以停止再液化装置的运转，所以能够降低再液化装置的功率消耗。例如，假设环形压载航行期为150天，并且功率消耗为183g/kWh的柴油发电机用于运行再液化装置，那么每年可以节省660至923吨HFO。因为2011年九月中旬时新加坡的HFO价格为671美元/吨，所以每年可以节省40万至60万美元。
上文已经说明了本发明的燃料供给系统和方法适用于例如LNG运输船之类的海洋结构。然而，不难理解本发明的燃料供给系统和方法同样适用于陆上高压天然气喷射发动机的燃料供给。
尽管已参考具体实施例说明了本发明的实施例，但对于所属领域的技术人员显而易见，可以在不脱离如所附权利要求书中界定的本发明的精神和范围的情况下做出各种改变与修改。

Claims (8)

1.一种用于高压天然气喷射发动机的燃料供给系统，包括：
蒸发气体压缩单元，所述蒸发气体压缩单元经配置以接收并压缩在储存液化气体的储罐中生成的蒸发气体；
再液化装置，所述再液化装置经配置以接收并液化由所述蒸发气体压缩单元压缩的所述蒸发气体；
缓冲罐，所述缓冲罐经配置以从所述再液化装置接收所述液化蒸发气体并且将经再液化的所述蒸发气体分离成气体成分和液体成分；
高压泵，所述高压泵经配置以从所述缓冲罐中接收所述液体成分并且压缩所述液体成分；以及
高压气化器，所述高压气化器经配置以使被所述高压泵压缩的所述液体成分气化，并且将所述气化液体成分供给到所述高压天然气喷射发动机中，
其中从所述缓冲罐供给到所述高压泵中的所述液体成分的压力为12bara至45bara（绝对压力）。
2.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中所述蒸发气体压缩单元包括：
一个或多个蒸发气体压缩机，所述一个或多个蒸发气体压缩机经配置以压缩所述蒸发气体；以及
一个或多个中间冷却器，所述一个或多个中间冷却器经配置以在被所述蒸发气体压缩机压缩时冷却温度上升的所述蒸发气体。
3.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中所述再液化装置包括：
冷箱，所述冷箱经配置以使通过与制冷剂进行热交换而被压缩并由所述蒸发气体压缩单元供给的所述蒸发气体再液化；
制冷剂气液分离器，所述制冷剂气液分离器经配置以将被所述冷箱加热并部分气化的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂；
制冷剂压缩机，所述制冷剂压缩机经配置以压缩被所述制冷剂气液分离器分离的所述气体制冷剂；
制冷剂冷却器，所述制冷剂冷却器经配置以冷却被所述制冷剂压缩机压缩的所述制冷剂；
制冷剂膨胀阀，所述制冷剂膨胀阀经配置以通过使所述制冷剂膨胀而降低所述制冷剂的温度，所述制冷剂由所述制冷剂压缩机压缩并由所述制冷剂冷却器冷却；以及
制冷剂泵，所述制冷剂泵经配置以向所述制冷剂膨胀阀供给由所述制冷剂气液分离器分离的所述液体制冷剂。
4.根据权利要求1所述的燃料供给系统，进一步包括液化蒸发气体回流管线，所述液化蒸发气体回流管线经配置以在所述高压天然气喷射发动机上的负载降低时或在所述储罐中生成过量的蒸发气体时，使从所述缓冲罐供给到所述高压泵中的所述蒸发气体的一部分回到所述储罐中。
5.根据权利要求4所述的燃料供给系统，进一步包括液化蒸发气体膨胀阀，所述液化蒸发气体膨胀阀安装在所述液化蒸发气体回流管线上，并经配置以使所述液化蒸发气体减压。
6.根据权利要求5所述的燃料供给系统，进一步包括液化蒸发气体气液分离器，所述液化蒸发气体气液分离器经配置以将所述减压过程中生成的包含闪蒸气的蒸发气体分离成所述液体成分和所述气体成分，并且仅使所述液体成分回到所述储罐中。
7.根据权利要求1所述的燃料供给系统，进一步包括液化天然气供给泵和液化天然气供给管线，所述液化天然气供给泵和液化天然气供给管线经安装从而当所述再液化装置不运作时或在所述储罐中生成的所述蒸发气体的量小于所述高压天然气喷射发动机中消耗的所述蒸发气体的量时，储存在所述储罐中的液化天然气被供给到所述缓冲罐中。
8.一种用于高压天然气喷射发动机的燃料供给方法，包括：
从储罐中排出在所述储罐中生成的蒸发气体，并且压缩所述排出的蒸发气体；
通过冷却所述被压缩的蒸发气体使所述蒸发气体再液化；
将所述经再液化的蒸发气体分离成气体成分和液体成分；以及
将分离的液体成分压缩至高压、使被压缩的液体成分气化，并且将气化液体成分供给到所述高压天然气喷射发动机中，
其中所述分离的液体成分的压力为12bara至45bara。
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