CN107107996B - 液化气搬运船 - Google Patents

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Abstract

液化气搬运船具备：储存液化气用的储罐、被供给储罐内液化气气化产生的蒸发气体以作为燃料的气体燃料机关、用于从储罐向气体燃料机关供给蒸发气体的气体供给线、装配在气体供给线上且将蒸发气体压送至气体燃料机关的气体压缩机、用于从气体供给线将未供给至气体燃料机关的余气回送至储罐的气体返回线、和开闭气体返回线的气体返回阀。气体返回线具有位于储罐在高度方向上的中央区域内，并将余气喷出至储罐内的余气喷出部。

Description

液化气搬运船
技术领域
本发明涉及装备有以液化气为燃料的机关的液化气搬运船。
背景技术
例如，搬运LNG（液化天然气）用的LNG搬运船中，在设置于LNG搬运船的货物储罐内，在接近大气压状态下储藏有将天然气冷却并液化后保持在约-162℃的LNG，并将其运送至目的地的卸货地。LNG搬运船在航海过程中，货物储罐内由于从外部受热而产生蒸发气体（boil-off gas），储罐内压力上升。因此，需要从货物储罐排出蒸发气体，对排出的蒸发气体作燃烧处理会造成气体浪费，因而可以考虑将排出的蒸发气体作为该LNG搬运船主机、辅机等的燃料利用、或者将排出的蒸发气体再次液化回送至货物储罐内。
例如，日本特开2008－196685号公报（以下，称为“专利文献1”）中，公开了具有以蒸发气体为推进燃料的燃料气体推进单元的LNG搬运船（参照图4）。这种LNG搬运船通过将货物储罐91内产生的蒸发气体利用压缩机92压送至燃料气体推进单元，从而抑制货物储罐91内的压力上升，并且将压送的蒸发气体在燃料气体推进单元中使用。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2008－196685号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
然而，关于利用蒸发气体作为燃料的LNG搬运船，在LNG搬运船停泊时、港湾行驶时、通过运河时、起动发动机等时候，在将发动机负荷极度降低而运转、将发动机负荷急遽降低等情况下，造成储罐内的蒸发气体以发动机必须量以上的形式供给至发动机。其结果是，虽然避免了储罐内压力上升，但剩余的蒸发气体造成压缩机的下游侧压力上升。根据专利文献1，如图4所示，将蒸发气体压缩后供给至相对低温的货物储罐91的下部，但当货物储罐91满载LNG时，将蒸发气体供给至货物储罐91的下部需要将蒸发气体升压至满载时的较大压位差以上，从而需要增大压缩机的动力。
因此，本发明鉴于以上实际情况而形成，其目的在于提供一种抑制压缩机动力的同时能够将余气回送至储罐内的液化气搬运船。
解决问题的手段：
为解决上述问题，本发明提供的液化气搬运船，其特征在于，具备：储存液化气用的储罐、被供给所述储罐内所述液化气气化产生的蒸发气体以作为燃料的气体燃料机关、用于从所述储罐向所述气体燃料机关供给所述蒸发气体的气体供给线、装配在所述气体供给线上且将所述蒸发气体压送至所述气体燃料机关的压缩机、用于从所述气体供给线将未供给至所述气体燃料机关的余气回送至所述储罐的气体返回线、和开闭所述气体返回线的气体返回阀，所述气体返回线具有位于所述储罐在高度方向上的中央区域内，并将余气喷出至所述储罐的余气喷出部；
此处“储罐在高度方向上的中央区域”是指，对于储罐内部的区域，将储罐沿高度方向4等分的情况下，将从上往下的第一块区域、第二块区域、第三块区域以及第四块区域分别定义为“第一区域”、“第二区域”、“第三区域”和“第四区域”时，将“第二区域”和“第三区域”合并而成的区域。
根据本发明，由于余气喷出部位于储罐在高度方向上的中央区域内，因此即使储罐满载时，余气喷出部的压位差也较小，可在抑制压缩机动力的同时将余气向储罐的液体层喷出。向液体层喷出的余气因LNG的冷热而凝结，不易发生储罐内压力上升的问题。又，储罐空载时，余气向气体层喷出，但余气的量相对储罐容积非常小，因此不会发生储罐内压力上升的问题。因此，储罐在满载时和空载时的任一情况下，都可在避免储罐压急遽上升的同时以较小的动力将余气回送至储罐内。
上述液化气搬运船中，也可以是，所述储罐具有从所述储罐的上部向下部延伸的管塔，所述气体返回线的下游侧部分受所述管塔支撑。根据这样的结构，由于管塔可以支撑气体返回线的下游侧部分，因此无需在储罐上额外附属支撑气体返回线的设备，可以控制制造成本。
上述液化气搬运船中，也可以是，所述气体返回线的下游侧部分具备：插通所述管塔内部并沿着所述管塔从所述储罐的上部至中央部延伸的余气供给部，所述余气喷出部从所述余气供给部的下游侧延伸并将余气喷射至所述管塔的外部。根据这样的结构，因为气体返回线位于管塔内，因此和通过管塔的其他配管一样，可以保护气体返回线不受储罐内的液化气因摇晃引起的冲击。又，余气喷出部位于所述管塔的外部，因此可以使余气和管塔外部的大量液化气接触而促进余气凝结。
上述液化气搬运船中，也可以是，所述余气喷出部沿着所述管塔的外周面延伸。根据这样的结构，可以抑制因储罐内液化气的摇晃而使余气喷出部产生弯矩，从而降低故障风险。
上述液化气搬运船中，也可以是，所述余气喷出部位于满载时的所述储罐内的液化气流处于下降流的区域。根据这样的结构，从余气喷出部喷出的余气因为顺着所述储罐内的下降流，所以不会上浮到达气体层，可以促进回送至所述储罐内的余气凝结。
上述储罐可以是球型（MOSS）储罐。根据这样的结构，可以利用管塔支撑气体返回线的下游部分，并且可以利用储罐内的下降流促进余气的凝结，因此尤其实用。
这些作用效果在所述气体燃料机关是所述液化气搬运船上的船用主机的情况下，可以避免发动机极低运转或者发动机负荷急遽降低时压缩机的下游侧压力上升，因此尤其实用。
发明效果：
根据本发明，液化气搬运船可以在抑制压缩机动力的同时将余气回送至储罐。
附图说明
图1是本发明的第一实施形态的液化气搬运船的气体燃料供给系统的概略构成图；
图2中的（a）和（b）是本发明的第一实施形态的液化气搬运船的球型储罐的概略剖视图，（a）示出了球型储罐满载时的状态，（b）示出了球型储罐空载时的状态；
图3中的（a）是本发明的第一实施形态的液化气搬运船的余气喷出部的概略上面剖视图，（b）是本发明的第一实施形态的液化气搬运船的余气喷出部的概略主视图；
图4是传统的液化气搬运船的燃料供给系统的概略构成图。
具体实施方式
（第一实施形态）
以下，参照附图说明本发明的第一实施形态。图1示出本发明的第一实施形态的液化气搬运船的气体燃料供给系统的概略构成图。LNG搬运船1（本发明的液化气搬运船）具备储藏LNG用的多个储罐5。又，该LNG搬运船1还具备被供给储罐5内的LNG气化时产生的蒸发气体以作为燃料的两个气体燃料机关2。此外，该LNG搬运船1具备从储罐5向气体燃料机关2供给蒸发气体的气体供给线3、和将蒸发气体压送至气体燃料机关2的气体压缩机4。
在本实施形态中，气体燃料机关2是作为LNG搬运船的推进用主机而搭载的气体发动机。气体燃料机关2可以是能利用重油燃料和气体燃料这两者作为燃料的二元燃料发动机、搭载了锅炉的蒸汽涡轮发动机，也可以是作为发电用而搭载的机关。又，本实施形态中有两个气体燃料机关2，但该气体燃料机关2可以是一个也可以是三个以上。
储罐5具有能保持极低温状态的防热性能，以能将LNG保持在大气压下约-162℃的液体状态。本实施形态中，储罐5是球型（MOSS）储罐，是搬运液化天然气的船体上搭载的储罐类型之一，储罐本身可保证强度，是独立于船体的球形储罐。储罐5通过被称为裙座（skirt）的圆筒状金属制的储罐支撑部（图示略）受船体支撑。
在连接储罐5的上端和下端的中央部，设置有管塔52。管塔52呈圆筒状，其内部设置有：在储罐5内部装载LNG或者从内部排出LNG用的多条荷液管道、预冷储罐用的多条喷雾管道、液面量规和电气布线（均图略）等。管塔52其设置目的在于，保护这些内部部件不受储罐内的液体运动带来的负荷影响。管塔52的上部及下部的侧壁上，设置有若干个开口部（图略），LNG和蒸发气体可以通过这些开口部。由于LNG可以通过这些开口部，在管塔52的内部和外部液面L一致，并且管塔52的内部和外部的压力均等。
尽管储罐5覆盖有隔热材料而保持内部极低温状态，航行中仍然有热量侵入储罐5，部分LNG自然气化成为蒸发气体，储留在储罐5的上部。这些储留在储罐上部的蒸发气体，通过气体供给线3供给至气体燃料机关2，从而作为气体燃料机关2的气体燃料使用。
气体供给线3用于从所述储罐 5向所述气体燃料机关2供给所述蒸发气体，例如是管道。气体供给线3的上游端具备气体吸入口32。气体吸入口32以储罐5满载时也可以从储罐5上部吸入蒸发气体的形式设置在储罐5的上部。又，在从气体吸入口32通向下游侧的气体供给线3的中途设置有气体压缩机4，此外，气体压缩机4的下游侧设置有集气管34。设置有多个气体燃料机关2时，气体供给线3包含从集气管34通向各气体燃料机关2的多条支路3c。
气体压缩机4是将蒸发气体压缩并供给至气体燃料机关2的装置。从所述气体吸入口32吸入的蒸发气体，通过气体供给线3的上游部分3a送达气体压缩机4后，经该气体压缩机4压缩，进一步地，压缩后的蒸发气体通过气体压缩机4和集气管34之间的中间部分3b，送至集气管34。送至集气管34的蒸发气体送至两个气体燃料机关2，作为各气体燃料机关2的燃料使用。
此外，图1所示的LNG搬运船1，具备用于从气体供给线3将未供给至气体燃料机关2的余气回送至储罐5的气体返回线6、和开闭气体返回线6的气体返回阀71。在本说明书中，“余气”是蒸发气体压送至由气体压缩机4的下游侧的气体、且是没有供给至气体燃料机关2的气体。
气体返回线6例如是管道，气体返回线6的上游端连接于集气管34。气体返回线6的下游侧部分6b受储罐5的管塔52的支撑，从管塔52的上部插通，延伸至储罐5的中央。在本说明书中，气体返回线6中，位于储罐5内的部分称为“气体返回线6的下游侧部分6b”，除此以外的部分称为“气体返回线6的上游侧部分6a”，以下说明。
如图2（a）和图2（b）所示，气体返回线6的下游侧部分6b包含：提供余气的余气供给部62、和具有余气喷出口67的余气喷出部66。
余气供给部62插通于管塔52内部，沿着所述管塔52从储罐5的上部延伸至中央部。余气供给部62的上端和气体返回线6的上游侧部分6a连接，余气供给部62的下端向管塔52外侧弯曲，受图略的支撑部件的支撑。余气供给部62将从气体返回线6的上游侧部分6a供给来的余气供给至储罐中央。
余气供给部62的下游侧弯曲并向管塔52的外侧延伸，通过在管塔52外周形成的孔53贯穿管塔52的侧壁，与余气喷出部66连接。
余气喷出部66沿着管塔52的外周在周方向上延伸。余气喷出部66可以是沿着管塔52的外周面的曲线状，或者，如图3（a）所示，也可由若干直线状部分构成。又，余气喷出部66的长度，并不局限于如图3（a）所示的长度，例如具有半周以上的长度，并由其他支撑部件固定亦可。又，关于余气喷出部66，并不限于余气供给部62的下游端与余气喷出部66的端部连接，例如也可以是余气供给部62的下游端在余气喷出部66的中央处连接，从该连接部分沿着管塔52的外周面右旋以及左旋双方在周方向上延伸的形状。
如图3（a）和图3（b）所示，余气喷出部66上以从管塔52的中心轴向半径方向喷出蒸发气体的形式形成有余气喷出口67。余气喷出口67由沿着所述管塔52的周方向按照规定间隔排列的多个贯穿孔68构成。由于从贯穿孔68喷出的余气气泡较小则容易凝结成储罐内的LNG，因此优选为将贯穿孔68的孔径设置为极其小。
若余气喷出部66如果位于管塔52内部，则余气仅接触管塔52内部的LNG而管塔52内部的LNG温度上升，从而余气变得不易凝结。本实施形态中，由于余气喷出部66位于管塔52的外部，因此余气和管塔52外部的大量液化气接触，可以促进余气的凝结。
余气喷出部66优选为设置在管塔52的近旁。这是因为，随着余气喷出部66远离管塔52，所述余气喷出部66负重增大。另，借由将余气喷出部66配置于所述管塔52的近旁，如后所述，可以使余气喷出口67位于储罐5内的LNG的下降流处，可以促进余气的凝结。此处，管塔52的“近旁”是指，从管塔52开始的范围为余气喷出部66可以承受加在其上的负重的范围内、并且有储罐5内LNG下降流存在的范围内。
如图2（a）和图2（b）所示，作为气体返回线6的下游端的余气喷出口67位于所述储罐5在高度方向上的中央区域Rm，即将储罐5在高度方向上4等分时，作为从上往下的第二块区域的第二区域R2和作为第三块区域的第三区域R3合并的区域。
气体返回阀71与控制装置72连接，进行气体返回线6的开闭。控制装置72和设置于集气管34的压力计73相连，该压力计73用于测量来自气体压缩机4的供给压。控制装置72中，可以预先设定压力值的容许值。通常，气体返回阀7关闭。从压力计73向控制装置72传送的压力值超出控制装置72内设定的容许上限值时，控制装置72开启气体返回阀71，开始气体回送。从压力计73向控制装置72传送的压力值低于控制装置72内设定的容许下限值时，控制装置72关闭气体返回阀71，停止气体回送。气体返回阀71是压力调整阀，气体返回阀71的阀开度由PID控制决定，以将集气管压保持在预先设定的值的形式被控制。关于压力计73的设置位置，设置于可以测量从气体压缩机4至气体燃料机关2之间的余气的压力的位置即可，并不限于集气管34。
气体返回阀71也可以基于压力值之外的信号进行控制，例如，发动机停止等预想到气体流量急遽变化这样的特定事件发生时，设定为与此时的压力无关地开启气体返回阀71亦可。
气体返回阀71开启时，通过气体返回线6向储罐5提供余气，然而LNG搬运船1的储罐5内有装载（满载）LNG时和几乎未装载（空载）LNG时，因此余气有向液体层喷出的情况和向气体层喷出的情况。储罐满载时和空载时各情况下的气体回送，参照图2（a）和图2（b）在以下说明。
图2（a）是储罐5的概略剖视图，示出储罐5满载时的状态。通常，LNG搬运船将LNG从气体产地向气体消费地搬运时，LNG搬运船上搭载的LNG储罐以满载的状态搬运。本实施形态的储罐5，例如以LNG装满储罐容量约98.5%的状态为“满载”。即储罐5在满载状态时，储罐5内约98.5%为液体层，剩余约1.5%为气体层。LNG自然气化产生的蒸发气体存在于储罐5内的气体层。
如图2（a）所示，储罐5在高度方向上4等分时，满载时的LNG的液面L位于作为从上往下第一块区域的第一区域R1。本实施形态的LNG搬运船1，由于作为气体返回线6的下游端的余气喷出口67位于储罐5的第二区域R2或者第三区域R3，因此余气向满载时的储罐内的液体层喷出，余气可以凝结。满载时，由于储罐内的气体层的体积较小，因此若余气喷出至储罐内的气体层，则会产生储罐压过度上升的问题，而本实施形态中，余气喷出至满载时的储罐内的液体层，喷出至液体层的余气因LNG的冷热而凝结，因此可以避免储罐压上升的问题。此外，和满载时的储罐底部附近（第四区域R4）设置有余气喷出口67的情况相比，压位差较小，可以在抑制压缩机动力的同时将余气回送至储罐。
又，储罐5满载的情况下进行气体回送时，如果不在排出充满在气体返回线6中的LNG之后进行，则不能将余气供给至储罐5。因此，为了开始气体回送，从开启气体返回阀71后至实际将余气供给至储罐5的期间会产生时间延迟。向满载时的储罐5底部附近（第四区域R4）供给余气的话，该时间延迟变长，会造成集气管34的压力控制故障。针对上述情况，向储罐5的中央区域Rm供给气体具有减少该时间延迟的效果。
又，如图2（a）所示，储罐5内LNG呈现对流，储罐中央存在下降流。本实施形态的LNG搬运船1，其余气喷出部66位于储罐内下降流存在的位置，从余气喷出部66喷出的余气顺着所述储罐内的下降流，不会上浮到达气体层，可以促进余气的凝结。
图2（b）是储罐5的概略剖视图，示出储罐5空载时的状态。通常，LNG搬运船从气体消费地向气体产地航行时，LNG搬运船上搭载的LNG储罐以空载的状态航行。本实施形态的储罐5，例如以LNG装满储罐容量约1.5%的状态为“空载”，即储罐5在空载状态下，储罐内约1.5%为液体层，剩余约98.5%为气体层。和满载时相同，LNG自然气化产生的蒸发气体存在于储罐内的气体层。
如图2（b）所示，储罐5在高度方向上4等分时，空载时的LNG的液面L位于作为从上往下第四块区域的第四区域R4。本实施形态的LNG搬运船1，由于作为气体返回线6的下游端的余气喷出口67位于储罐5的第二区域R2或者第三区域R3，因此余气向空载时的储罐内的气体层喷出。空载时，由于储罐内的气体层的容积相对于从余气喷出口喷出的余气量非常大，因此向储罐内的气体层喷出余气也不会产生储罐压过度上升的问题。因此，储罐5满载时及空载时的任一情况下，都可以在避免储罐压急遽上升的同时，以较小的动力将余气回送至储罐5。
（其他实施形态）
气体返回线的下游侧部分无需如上述各实施形态那样一定支撑于球型储罐的管塔，但优选为由管塔支撑。这是因为，如果可以由管塔支撑气体返回线的下游侧部分，则不需要额外在储罐上附属支撑气体返回线的设备，可以控制制造成本。又，上述实施形态的LNG搬运船上装备的储罐是球型储罐，但并不局限于此，LNG搬运船上装备的储罐，例如也可以是薄膜储罐。
在上述实施形态中，将气体燃料机关作为液化气搬运船的推进主机作了说明，例如，也可以是作为船舶辅机的发电用的气体燃料机关等。然而，气体燃料机关作为LNG搬运船的船用主机的情况下，可以避免发动机极低运转时或者发动机负荷急遽降低时压缩机的下游侧压力上升，因此尤其实用。
产业应用性
本发明作为为了减轻环境负荷，利用搬运的LNG作为推进主机燃料的LNG搬运船非常实用。
符号说明
1　 LNG搬运船；
2　 气体燃料机关；
3　 气体供给线；
34　 集气管；
4　 气体压缩机；
5　 储罐；
52　 管塔；
6　 气体返回线；
6a　 气体返回线的上游侧部分；
6b　 气体返回线的下游侧部分；
62　 余气供给部；
66　 余气喷出部；
68　 贯穿孔；
71　 气体返回阀；
BOG　蒸发气体；
C　 储罐内液化气的对流；
L　 储罐内液化气的液面；
LNG　液化天然气；
Rm　 中央区域；
R1　 第一区域；
R2　 第二区域；
R3　 第三区域；
R4　 第四区域。

Claims (11)

1.一种液化气搬运船，其特征在于，具备：
储存液化气用的储罐、
被供给所述储罐内所述液化气气化产生的蒸发气体以作为燃料的气体燃料机关、
用于从所述储罐向所述气体燃料机关供给所述蒸发气体的气体供给线、
装配在所述气体供给线上且将所述蒸发气体压送至所述气体燃料机关的气体压缩机、
用于从所述气体供给线将未供给至所述气体燃料机关的余气回送至所述储罐的气体返回线、和
开闭所述气体返回线的气体返回阀；
所述气体返回线具有余气喷出部，所述余气喷出部具有位于所述储罐在高度方向上的中央区域内且包含多个孔的余气喷出口，并将余气从该余气喷出口的所述多个孔直接喷出至所述储罐的所述中央区域内。
2.根据权利要求1所述的液化气搬运船，其特征在于，所述储罐具备：从所述储罐的上部至下部延伸的管塔；
所述气体返回线的下游侧部分受所述管塔支撑。
3.根据权利要求2所述的液化气搬运船，其特征在于，所述气体返回线的下游侧部分具备：插通所述管塔内部并沿着所述管塔从所述储罐的上部至中央部延伸的余气供给部；
所述余气喷出部从所述余气供给部的下游侧延伸并将余气喷射至所述管塔的外部。
4.根据权利要求3所述的液化气搬运船，其特征在于，所述余气喷出部沿着所述管塔的外周面延伸。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的液化气搬运船，其特征在于，所述余气喷出部位于满载时的所述储罐内的液化气流处于下降流的区域。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的液化气搬运船，其特征在于，所述储罐是球型储罐。
7.根据权利要求5所述的液化气搬运船，其特征在于，所述储罐是球型储罐。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的液化气搬运船，其特征在于，所述气体燃料机关是所述液化气搬运船的船用主机。
9.根据权利要求5所述的液化气搬运船，其特征在于，所述气体燃料机关是所述液化气搬运船的船用主机。
10.根据权利要求6所述的液化气搬运船，其特征在于，所述气体燃料机关是所述液化气搬运船的船用主机。
11.根据权利要求7所述的液化气搬运船，其特征在于，所述气体燃料机关是所述液化气搬运船的船用主机。
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