CN104094060A - 船舶、燃料供给装置、及向推进用主机供给液化燃料气体的方法 - Google Patents

船舶、燃料供给装置、及向推进用主机供给液化燃料气体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种船舶、燃料供给装置、及向推进用主机供给液化燃料气体的方法。该船舶中，在基于液化燃料气体的航行模式的状态下，由于航行速度降低而从稳定航行状态变成低负荷航行状态时，在从基于单烧液化燃料气体的航行模式切换为基于混烧重油或轻油的航行模式之前，预先提高LNG供给管路(11A)中的蒸发气体的压力，当进行切换时，打开供给压力调整阀(32)，向主机(100)供给高压力的蒸发气体。

Description

船舶、燃料供给装置、及向推进用主机供给液化燃料气体的方法
技术领域
本发明涉及一种船舶、燃料供给装置、及向推进用主机供给液化燃料气体的方法。
背景技术
船舶中，以往广泛使用重油作为燃料，但是从保护环境的观点出发，要求抑制燃料燃烧后的排出气体中含有的硫磺成分。因此，正在积极将燃料从重油切换为不含硫磺成分的液化气体。
但是，在液化天然气(LNG)运输船中，将作为载物来装载的LNG用作推进用蒸气涡轮主机(以下，简称为主机)的燃料。
然而，依法规规定，将LNG作为燃料时，在燃料供给中发生故障等时，将燃料自动切换为重油或轻油。
因此，还提出有如下结构，即作为燃料不仅使用LNG，还使用重油或轻油，根据各种条件适当切换LNG与重油或轻油(例如，参考专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-177618号公报
发明概要
发明要解决的技术课题
但是，在作为主机的燃料供给LNG的状态下，与船舶在港湾外进行稳定航行时相比，在船舶进入港湾内等而其航行速度下降的低负荷航行状态下，LNG的供给量、供给压力变低。并且，若船舶在港湾内等进行加减速而推进用主机的负荷变动较大，将LNG用作燃料时，存在失火的危险。因此，在港湾内，将燃料切换为LNG与重油或轻油的混烧状态来进行航行。
欲将燃料切换为重油或轻油时，分别设置LNG用燃烧炉与重油或轻油用燃烧炉，通过LNG用燃烧炉的燃烧火焰进行向重油或轻油用燃烧炉的点火。此时，在上述低负荷航行状态下，由于LNG的供给量、供给压力较低，因此燃烧火焰较小，有可能无法进行点火。因此，将燃料切换为重油或轻油时，预先将LNG的压力在压缩机中例如升压至10kPaG的压力。
通过在主机的控制装置中监控主机的负荷状态等来进行这样提高LNG的压力的工作。
由此，例如若在进入港湾内时航行速度降低而过渡到低负荷航行状态，则在主机的控制装置中使压缩机工作来升压LNG，由此加大气体燃烧炉的火焰，以便随时将燃料从单烧LNG切换为与重油或轻油的混烧。
但是，这种情况下，在将燃料实际切换为与重油或轻油的混烧为止的期间，并未有效使用与通过升压加强气体燃烧炉的火焰的量相应的量的LNG，变成浪费LNG燃料。通过燃料的燃烧而产生的蒸气也未被有效利用，而是毫无意义地被排气。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制燃料消耗的浪费并可靠地进行从LNG向与重油或轻油的混烧的燃料切换的船舶、燃料供给装置、及向推进用主机供给液化燃料气体的方法。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的船舶采用如下结构。
即，本发明的第1方式所涉及的船舶，其具备：推进用主机，能够选择性地使用液化燃料气体及燃油作为燃料；气体供给管路，向所述推进用主机供给所述液化燃料气体；燃油供给管路，向所述推进用主机供给所述燃油；升压机构，提高所述气体供给管路内的所述液化燃料气体的压力；供给压力调整阀，调整向所述推进用主机供给所述气体供给管路内的所述液化燃料气体时的供给压力；及控制装置，从通过所述气体供给管路向所述推进用主机供给所述液化燃料气体的状态过渡到通过所述燃油供给管路向所述推进用主机供给所述燃油的状态时，事先根据所述推进用主机的负荷利用所述升压机构提高所述液化燃料气体的压力，打开所述供给压力调整阀，向所述推进用主机供给已加压为规定压力的所述液化燃料气体。
根据该第1方式，从通过气体供给管路向推进用主机供给液化燃料气体的状态过渡到通过燃油供给管路向推进用主机供给燃油的状态时，若打开供给压力调整阀，则由于其上游侧的液化燃料气体处于已加压的状态，因此能够瞬间加大推进用主机内的液化燃料气体的火焰。由此，可进行可靠的点火。
而且，液化燃料气体仅在供给压力调整阀的上游侧被加压，在切换为燃油为止的期间，通过供给压力调整阀向推进用主机供给被减压的液化燃料气体，因此能够抑制液化燃料气体的无端消耗。
作为升压机构可利用任意结构，但是例如能够进一步具备：压缩机，其设置于供给压力调整阀的上游侧，对流经气体供给管路的液化燃料气体进行加压；及循环管路，使液化燃料气体从压缩机与供给压力调整阀之间的分支部向压缩机的上游循环。
通过如此使液化燃料气体在供给压力调整阀的上游侧循，能够不无端消耗液化燃料气体而事先加压液化燃料气体。
此时，优选在循环管路中具备调整气体供给管路内的液化燃料气体的压力的管路压力调整阀。
但是，若使液化燃料气体如上述那样循环，则多次通过压缩机，由此液化燃料气体的温度上升。
因此，优选进一步具备对流经气体供给管路的液化燃料气体进行冷却的冷却机构。作为这种冷却机构，例如能够对气体状态的液化燃料气体喷射液体状态的液化燃料气体。当然也可以利用除此以外的方法。
并且，优选所述升压机构具备气化器，其设置于所述供给压力调整阀的上游侧，提高流经所述气体供给管路的所述液化燃料气体的压力。
作为升压机构，另外还能够使从存储有液化燃料气体的罐中取出的该液化燃料气体蒸发来使其气化，并向气体供给管路供给。具体而言，能够使用蒸馏器。由此，能够不使用压缩机就加压液化燃料气体。
所述控制装置能够如下进行控制，即在所述推进用主机的负荷处于第1水平时，不实施所述升压机构中的所述循环管路或所述气化器对所述液化燃料气体的加压，在所述推进用主机的负荷处于低于所述第1水平的第2水平时，从通过所述气体供给管路向所述推进用主机供给所述液化燃料气体的状态过渡到通过所述燃油供给管路向所述推进用主机供给所述燃油的状态时，事先通过包括所述循环管路或所述气化器的所述升压机构对所述液化燃料气体实施加压。
本发明的第2方式为一种燃料供给装置，其对能够选择性地使用液化燃料气体及燃油作为燃料的推进用主机供给所述液化燃料气体，所述燃料供给装置具备：气体供给管路，向所述推进用主机供给所述液化燃料气体；升压机构，提高所述气体供给管路内的所述液化燃料气体的压力；供给压力调整阀，调整向所述推进用主机供给所述气体供给管路内的所述液化燃料气体时的供给压力；及控制装置，从通过所述气体供给管路向所述推进用主机供给所述液化燃料气体的状态过渡到通过所述燃油供给管路向所述推进用主机供给所述燃油的状态时，事先根据所述推进用主机的负荷利用所述升压机构提高所述液化燃料气体的压力，打开所述供给压力调整阀，向所述推进用主机供给已加压的所述液化燃料气体。
本发明的第3方式为一种船舶的航行方法，所述船舶为如上述的船舶，所述航行方法具有如下步骤：从通过气体供给管路向推进用主机供给液化燃料气体的状态过渡到通过燃油供给管路向推进用主机供给燃油的状态时，事先根据推进用主机的负荷利用升压机构提高液化燃料气体的压力的步骤；及打开供给压力调整阀，向推进用主机供给已加压的液化燃料气体，通过液化燃料气体的火焰对燃油进行点火的步骤。
并且，本发明的第4方式为一种船舶的驱动方法，所述船舶为如上述的船舶，所述驱动方法中，预先提高位于所述气体供给管路的所述供给压力调整阀的上游侧的所述液化燃料气体的压力，向所述推进用主机供给已加压的所述液化燃料气体。
发明效果
从通过气体供给管路向推进用主机供给液化燃料气体的状态过渡到通过燃油供给管路向推进用主机供给燃油的状态时，若打开供给压力调整阀，则由于其上游侧的液化燃料气体处于已加压的状态，因此能够瞬间加大推进用主机内的液化燃料气体的火焰。由此，可进行可靠的点火。
而且，液化燃料气体仅在供给压力调整阀的上游侧被加压，因此在切换为燃油为止的期间，由供给压力调整阀向推进用主机供给被减压的液化燃料气体，因此能够抑制液化燃料气体的无端消耗。
其结果，能够抑制无端的燃料消耗的同时可靠地进行从LNG向重油或轻油的燃料切换。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的燃料供给装置的整体的概略结构的框图。
图2是表示本发明的第2实施方式所涉及的燃料供给装置的整体的概略结构的框图。
具体实施方式
以下，参考附图，对作为本发明所涉及的船舶、燃料供给装置、及向推进用主机供给液化燃料气体例如使用LNG(液化天然气)时的方法的一实施方式进行说明。
【第1实施方式】
以下，利用图1对本发明的第1实施方式进行说明。
图1是表示向具备于LNG船的蒸气涡轮式主机(推进用主机)100供给燃料的燃料供给装置10A的整体的概略结构的框图。燃料供给装置10A具备：货油舱20，储存LNG；LNG供给管路(气体供给管路)11A，向主机100的未图示的锅炉供给在货油舱20中产生的LNG的蒸发气体；及燃油供给管路51，从未图示的燃料罐向主机100的未图示的锅炉供给重油或轻油(燃油)。
LNG供给管路11A上沿着蒸发气体的流动方向设置有压缩机30、供给加热器31及供给压力调整阀32。
压缩机30为升压加温LNG供给管路11A中的蒸发气体并向下游侧供给的升压机构之一。
供给加热器31使向主机100的锅炉供给的蒸发气体的温度升温。
供给压力调整阀32调整向主机100的锅炉供给的蒸发气体的流量及压力，在其入口侧与出口侧分别具备有压力计33、34。控制装置50监控压力计33、34的检测值的同时控制该供给压力调整阀32的开度。
LNG供给管路11A中，在压缩机30的下游侧且供给加热器31的上游侧的分支部12a与压缩机30的上游侧且货油舱20的下游侧的合流部12b之间排列设置有作为升压机构之一的返回管路(循环管路)12。
返回管路12上设置有管路压力控制阀35，其调整LNG供给管路11A内在供给压力调整阀32的上游侧的气体压力，通过控制装置50控制其开闭、开度。
返回管路12中，使根据通过供给压力调整阀32的开度而确定的供给压力调整阀32的上游侧的气体压力而成为剩余量的气体从压缩机30的下游侧的分支部12a向货油舱20的出口侧的合流部12b循环。
LNG供给管路11A中，在返回管路12的合流部12b的下游侧且压缩机30的上游侧设置有湿气分离器36(冷却机构)。湿气分离器36在通过未图示的货船泵将储存于货油舱20的LNG的蒸发气体送入LNG供给管路11A时，回收混入在蒸发气体中的LNG的液相成分。
该湿气分离器36中，在容器36a内设置有用于冷却LNG供给管路11A的蒸发气体的喷油嘴(未图示)。该喷油嘴上经由LNG液体供给管路13连接有配置于货油舱20内的液相的喷油泵38。由此，用喷油泵38从货油舱20内汲上来的LNG液能够经由LNG液体供给管路13从喷油嘴喷吹至容器36a内的蒸发气体。
主机100根据航行及驱动状态等，能够选择性地使用从LNG供给管路11A供给的蒸发气体及从燃油供给管路51供给的重油或轻油作为燃料。即，根据通过船舶的操作者选择的运行模式或通过各种传感器监控的多种监控值等，检测主机100的负荷状态，控制装置50根据检测出的主机100的负荷状态，并根据预先设定的计算机程序，对主机100进行从LNG供给管路11A供给蒸发气体或从燃油供给管路51供给重油或轻油的切换控制。
(基于单烧LNG的航行模式)
在港湾外稳定航行时等情况下，对主机100供给蒸发气体作为燃料。此时，燃料供给装置10A中，向LNG供给管路11A供给在货油舱20中产生的蒸发气体。该蒸发气体在湿气分离器36中去除气体中包含的液相成分之后送入压缩机30。
压缩机30中，蒸发气体被升压加温，在供给加热器31中进一步被升温。
而且，该蒸发气体在供给压力调整阀32中被调整流量及压力之后，作为燃料送入主机100。
另外，该模式中，事先关闭管路压力控制阀35，不进行经由返回管路12的蒸发气体的循环。
(基于混烧LNG与重油或轻油的航行模式)
在港湾内低速航行时等情况下，以蒸发气体与重油或轻油的混烧状态进行航行。具体而言，与经由LNG供给管路11A供给的蒸发气体一同从未图示的燃料罐经由燃油供给管路51对主机100供给重油或轻油。另外，对于该重油或轻油的供给，可利用任意结构，因此省略详细说明。
(低负荷航行状态)
从港湾外进入港湾内，处于基于LNG的航行模式的状态下，由于航行速度降低而主机100的负荷从稳定航行状态(第1水平)变成主机100的负荷低于稳定航行状态的低负荷航行状态(第2水平)时，进行如下控制，即在从基于LNG的航行模式切换为基于LNG与重油或轻油的混烧的航行模式之前，提高LNG供给管路11A中的蒸发气体的压力。
为此，在控制装置50中，事先监控航行速度和压力计34中的向主机100的供给气体压力等，当检测到这些低于预先设定的阈值时，关闭供给压力调整阀32。如此一来，LNG供给管路11A内的蒸发气体的气体压力上升。此时的LNG供给管路11A内的蒸发气体的气体压力设为例如成为10～40kPaG。在该状态下，向供给压力调整阀32的下游侧即主机100供给的气体压力例如设为5kPaG。
而且，从通过气体供给管路11A向主机100供给蒸发气体的航行模式过渡到与蒸发气体一同通过燃油供给管路51向主机100供给重油或轻油的航行模式时，控制装置50中，接收到表示已进行航行模式的切换操作的现象的信号时立即打开供给压力调整阀32。如此一来，供给压力调整阀32的上游侧的LNG供给管路11A内的气体压力上升至10～40kPaG，因此向主机100供给的蒸发气体的气体压力瞬间上升，能够较大地形成来自锅炉内的燃烧炉的燃烧火焰。由此，可进行重油或轻油用燃烧炉的可靠的点火、可靠的燃料切换。
此时，进行关闭上述供给压力调整阀32的动作的同时打开管路压力控制阀35。如此一来，在关闭供给压力调整阀32的状态下，剩余的蒸发气体经由返回管路12在压缩机30的上游侧循环，因此不会无端消耗蒸发气体。
如此，经由返回管路12循环的蒸发气体经过压缩机30被升压，温度得到上升。由此，若反复循环，则LNG供给管路11A内的蒸发气体温度不断上升。因此，在该湿气分离器36中，从喷油嘴对蒸发气体喷吹货油舱20内的LNG液体，由此能够降低其温度，可进行稳定的运行。
根据如上述的结构，能够抑制无端的燃料消耗并可靠地进行从LNG向重油或轻油的燃料切换。
并且，对现有的船舶，实施最低限度的改变，即实施追加设置返回管路12、管路压力控制阀35等、改变控制装置50的控制程序等即可，因此能够以低成本得到上述效果。
【第2实施方式】
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。在以下的说明中，对于与上述第1实施方式所示内容共同的结构，赋予相同符号并省略其说明。
如图2所示，本实施方式中的燃料供给装置10B具备：货油舱20，储存LNG；LNG供给管路(气体供给管路)11B，向主机100的未图示的锅炉供给在货油舱20中产生的LNG的蒸发气体；及燃油供给管路51。
LNG供给管路11B上沿着蒸发气体的流动方向设置有供给加热器31及供给压力调整阀32。
在LNG供给管路11B中，在供给加热器31的上游侧连接有气化器(蒸馏器、升压机构)61，其升压加热通过配置于货油舱20内的液相中的泵62汲上来的LNG液体来使其蒸发。气化器61使用基于蒸气或温水的加热方式。
通过该气化器61加热而得到的LNG气体在供给加热器31的上游侧与LNG供给管路11B内的蒸发气体合流。另外，作为气化器例如能够使用蒸馏器。
与上述第1实施方式相同，主机100根据航行及驱动状态等，能够选择性使用从LNG供给管路11B供给的蒸发气体与从燃油供给管路51供给的重油或轻油作为燃料。
在这种结构中，在处于基于LNG的航行模式的状态下，由于航行速度降低而从稳定航行状态成为低负荷状态时，在从基于LNG的航行模式切换为基于重油或轻油的航行模式之前，进行提高LNG供给管路11B中的蒸发气体的压力的控制。
为此，在控制装置50中，事先监控航行速度和压力计34中的向主机100的供给气体压力等，当检测到这些低于预先设定的阈值时，使蒸馏器61工作。如此一来，通过蒸馏器61加热而得到的LNG气体在供给加热器31的上游侧与LNG供给管路11B内的蒸发气体合流。由此，蒸气气体的压力上升。此时的LNG供给管路11B内的蒸发气体的气体压力设为例如成为20～40kPaG。在该状态下，向供给压力调整阀32的下游侧即主机100供给的气体压力例如设为5kPaG。
如此，如果事先提高蒸发气体的压力，在燃料从LNG切换为重油或轻油时，通过控制装置50打开供给压力调整阀32，就能够瞬间较大地形成用于点火的燃烧火焰，可进行可靠的点火、可靠的燃料切换。
根据如上述的结构，能够抑制无端的燃料消耗并可靠地进行从LNG向重油或轻油的燃料切换。
并且，在现有的船舶中，在硬件上具备有与上述相同的构成部件。由此，改变控制装置50的控制程序来实施最低限度的改变即可，因此能够以低成本得到上述效果。
另外，本发明在上述各实施方式中，例如本发明所涉及的燃料供给装置10A、10B除了LNG船舶以外还能够适用于LPG船等。船舶中，除了燃料供给装置10A、10B以外的结构可设为任意结构。并且，对于燃料供给装置10A、10B各部分的结构，只要能够实现相同的功能，可使用其他部件。
而且，还能够组合上述第1实施方式与第2实施方式的结构。即，在图1所示的结构中兼备图2所示的蒸馏器61。
除此以外，只要是不脱离本发明宗旨的范围内，就可采用其他的任意结构。
符号说明
10A、10B-燃料供给装置，11A、11B-LNG供给管路(气体供给管路)，12-返回管路(循环管路)，12a-分支部，12b-合流部，13-液体供给管路，20-货油舱，30-压缩机，31-供给加热器，32-供给压力调整阀，35-管路压力控制阀，36-湿气分离器，36a-容器，38-喷油泵，50-控制装置，51-燃油供给管路，61-蒸馏器(冷却机构)，100-主机(推进用主机)。

Claims (10)

1.一种船舶，其具备：
推进用主机，能够选择性地使用液化燃料气体及燃油作为燃料；
气体供给管路，向所述推进用主机供给所述液化燃料气体；
燃油供给管路，向所述推进用主机供给所述燃油；
升压机构，提高所述气体供给管路内的所述液化燃料气体的压力；
供给压力调整阀，调整向所述推进用主机供给所述气体供给管路内的所述液化燃料气体时的供给压力；及
控制装置，从通过所述气体供给管路向所述推进用主机供给所述液化燃料气体的状态过渡到通过所述燃油供给管路向所述推进用主机供给所述燃油的状态时，事先根据所述推进用主机的负荷利用所述升压机构提高所述液化燃料气体的压力，打开所述供给压力调整阀，向所述推进用主机供给已加压为规定压力的所述液化燃料气体。
2.根据权利要求1所述的船舶，其中，
所述升压机构进一步具备：
压缩机，其设置于所述供给压力调整阀的上游侧，对流经所述气体供给管路的所述液化燃料气体进行加压；及
循环管路，使所述液化燃料气体从所述压缩机与所述供给压力调整阀之间的分支部向所述压缩机的上游侧循环。
3.根据权利要求2所述的船舶，其中，
所述循环管路中具备有管路压力调整阀，其调整所述气体供给管路内的所述液化燃料气体的压力。
4.根据权利要求2或3所述的船舶，其中，
进一步具备冷却机构，其设置于所述压缩机的上游侧，对流经所述气体供给管路的所述液化燃料气体进行冷却。
5.根据权利要求1或2所述的船舶，其中，
所述升压机构具备气化器，所述气化器设置于所述供给压力调整阀的上游侧，提高流经所述气体供给管路的所述液化燃料气体的压力。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的船舶，其中，
所述升压机构从存储有所述液化燃料气体的罐取出所述液化燃料气体，使该液化燃料气体蒸发来使其气化，并向所述气体供给管路供给。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的船舶，其中，
所述控制装置在所述推进用主机的负荷处于第1水平时，不实施所述升压机构中的所述循环管路或所述气化器对所述液化燃料气体的加压，
在所述推进用主机的负荷处于低于所述第1水平的第2水平时，从通过所述气体供给管路向所述推进用主机供给所述液化燃料气体的状态过渡到通过所述燃油供给管路向所述推进用主机供给所述燃油的状态时，事先通过包括所述循环管路或所述气化器的所述升压机构对所述液化燃料气体实施加压。
8.一种燃料供给装置，其对能够选择性地使用液化燃料气体及燃油作为燃料的推进用主机供给所述液化燃料气体，其具备：
气体供给管路，向所述推进用主机供给所述液化燃料气体；
升压机构，提高所述气体供给管路内的所述液化燃料气体的压力；
供给压力调整阀，调整向所述推进用主机供给所述气体供给管路内的所述液化燃料气体时的供给压力；
控制装置，从通过所述气体供给管路向所述推进用主机供给所述液化燃料气体的状态过渡到通过所述燃油供给管路向所述推进用主机供给所述燃油的状态时，事先根据所述推进用主机的负荷利用所述升压机构提高所述液化燃料气体的压力，打开所述供给压力调整阀，向所述推进用主机供给已加压的所述液化燃料气体。
9.一种船舶的航行方法，所述船舶为权利要求1至7中任一项所述的船舶，所述航行方法具有如下步骤：
从通过所述气体供给管路向所述推进用主机供给所述液化燃料气体的状态过渡到通过所述燃油供给管路向所述推进用主机供给所述燃油的状态时，事先根据所述推进用主机的负荷利用所述升压机构提高所述液化燃料气体的压力的步骤；及
打开所述供给压力调整阀，向所述推进用主机供给已加压的所述液化燃料气体，通过所述液化燃料气体的火焰对所述燃油进行点火的步骤。
10.一种船舶的驱动方法，所述船舶为权利要求1至7中任一项所述的船舶，所述驱动方法中，
预先提高位于所述气体供给管路的所述供给压力调整阀的上游侧的所述液化燃料气体的压力，向所述推进用主机供给已加压的所述液化燃料气体。
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