CN107848605B - 船舶的蒸发气体处理装置和处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种船舶蒸发气体处理装置及处理方法。根据本发明的一实施例，船舶的蒸发气体处理装置所提供的包括：容纳液化气和蒸发气体的储存罐；具备向储存罐内蒸发气体加压的压缩部的蒸发气体供给线；将经压缩部加压的蒸发气体分离为含有第1浓度氮成分的第1气体流和含有第2浓度氮成分的第2气体流的氮分离器；将第1气体流作为第1消耗手段供给的第1燃气供给线；以及接受第2气体流供给进行再液化的再液化线。
Description
【技术领域】
本发明涉及船舶的蒸发气体处理装置和处理方法,具体来说就是有关可以有效处理船舶储存罐中产生的蒸发气体的船舶的蒸发气体处理装置和处理方法。
【背景技术】
随着国际海事机构(IMO)加强对温室气体和各种大气污染物质排放的监管，造船业和航运界越来越多地将清洁能源天然气作船用于舶的燃气，代替了以往使用的重油和柴油等常规燃料。
为便于储存和输送天然气(Natural Gas)，通常将其冷却至摄氏-162度，体积减少至1/600，相变化为无色透明的超低温液体即液化天然气(Liquefied Natural Gas)来保管和运用。
此类天然液化气容纳于船体上经隔热处理的储存罐中储存和运输。但是，要完全将液化天然气隔热处理容纳实际上是不可能的，外部热量不断地传入储存罐，天然液化气自然汽化产生的蒸发气体在储存罐内部堆积，蒸发气体使储存罐内部压力上升，可引起储存罐变形及损坏，因此有必要处理并去除蒸发气体。
对此，以往采用的方法有将蒸发气体通过储存罐上方设置的排放桅杆(Ventmast)排放出去，或者是利用气体燃烧装置GCU(Gas Combustion Unit)燃烧去除蒸发气体等等。但是，由于这样在节能功效上并不理想，所以目前被采用的方案是蒸发气体和天然气一同或被单个供给船舶发动机做燃气，利用冷循环等组成的再液化装置将蒸发气体再液化并利用。
一方面，天然气是除甲烷(Methane)外还包括乙烷(Ethane)、丙烷(Propane)、丁烷(Butane)和氮(Nitrogen)等的混合物。其中，氮的沸点约在摄氏-195.8度，和其他成分甲烷(沸点为-161.5度)和乙烷(沸点为-89度)相比是十分低的。
因此，储存罐内部自然汽化产生的蒸发气体中含有很多沸点相对低的氮成分，这使蒸发气体的再液化效率低下，从而影响蒸发气体的利用和处理。
此外，当蒸发气体被用作燃料供至船舶发动机等，蒸发气体的氮成分使燃气的发热量低下，因此要寻求一个能提高蒸发气体的再液化效率和燃气发热量并有效利用和管理燃气的方案。
【发明内容】
【技术课题】
本发明的实施例提供了一种可以提高蒸发气体的再液化效率并有效利用蒸发气体的船舶的蒸发气体处理装置和处理方法。
本发明的实施例提供船舶的蒸发气体处理装置和处理方法，以简洁的构造寻求有效的设备运用，能有效调节并保持供至发动机的燃气的发热量。
本发明的实施例提供能提高效能的船舶的蒸发气体处理装置和处理方法。
【课题解决手段】
根据本发明的一个方面可提供的包括：容纳液化气和蒸发气体的储存罐；具备能对所述储存罐的蒸发气体加压的压缩部的蒸发气体供给线；将通过所述压缩部加压后的蒸发气体分离为含有第1浓度氮成分的第1气体流和含有第2浓度氮成分的第2气体流的氮分离器；将所述第1气体流作为第1消耗手段供给的第1燃气供给线；接受所述第2气体流供给后进行再液化的再液化线。
所提供的所述氮分离器可包括薄膜型过滤器。
所提供的所述再液化线可包括：将所述第2气体流与所述压缩部前端的蒸发气体进行热交换的热交换部；对经所述热交换部进行了热交换的所述第2气体流减压的膨胀阀；将经所述膨胀阀减压后的所述第2气体流分离为气体成分和液体成分的气液分离器；将所述气液分离器分离出的第2气体流的液体成分供至储存罐的液化气回收线；所述气液分离器分离出的第2气体流的气体成分供至所述储存罐或所述蒸发气体供给线上的所述压缩部前端的蒸发气体循环线。
还可包括从所述压缩部的中间段部分流出的，将经所述压缩部加压的蒸发气体供至第2消耗手段或气体燃烧装置GCU(Gas Combustion Unit)的第2燃气供给线。
所提供的可包括：将储存罐中容纳的蒸发气体作为蒸发气体消耗手段供给的蒸发气体供给线；所述蒸发气体供给线具备的对所述蒸发气体加压的压缩部；从所述蒸发气体供给线分支后分流出的蒸发气体再液化的再液化线；将所述再液化线和所述蒸发气体供给线进行热交换的热交换部。以及所述再液化线具备的，将进入所述热交换部之前的蒸发气体进行膨胀处理的再液化膨胀部。
所提供的还可包括：将经所述热交换部的蒸发气体减压的膨胀阀，将通过所述膨胀阀后再液化的蒸发气体分离为气体成分和液体成分的气液分离器。
所述再液化线提供的还包括：经所述气液分离器分离出的液体成分供至所述储存罐的液化气回收线以及所述气液分离器分离出的气体成分供至所述储存罐上或所述蒸发气体供给线上的所述压缩部前端的蒸发气体循环线。
所述再液化膨胀部可将所述蒸发气体供给线上分流出的蒸发气体减压至50bar至160bar。
所述再液化膨胀部可按照所述储存罐内蒸发气体的氮成分的含量而使所述蒸发气体供给线分流出的蒸发气体的减压程度不同。
所述再液化膨胀部，当所述储存罐内蒸发气体的氮成分的含量是10mole％，就将所述蒸发气体供给线分流出的蒸发气体减压至140bar至160bar，当所述储存罐内蒸发气体的氮成分的含量是0mole％时，就将所述蒸发气体供给线分流出的蒸发气体减压至50bar至70bar。
所述再液化膨胀部可使蒸发气体供给线分流出的蒸发气体的膨胀度不同，可以调节进入所述热交换部的蒸发气体的压力。
利用船舶的蒸发气体处理装置处理蒸发气体的船舶的蒸发气体处理方法是，测量所述蒸发气体供给线的流量，将所述再液化膨胀部的减压程度向某一方向(增加的方向或减少的方向)调节时，所述蒸发气体供给线上测得的流量增大，则向另一个方向调节所述再液化膨胀部的减压程度，而当所述再液化膨胀部的减压程度往某一方向(增加的方向或减少的方向)调节时，所述蒸发气体供给线上测得的流量变小，那么所述再液化膨胀部的减压程度继续向所述某一方向调节。
将通过所述再液化膨胀部后加压的蒸发气体的压力调节至所述蒸发气体供给线上测量的流量最小的目标压力为止。
随着所述储存罐中储存的液化气储存量的变化，经所述再液化膨胀部减压的蒸发气体的所述目标压力也不同，调节所述再液化膨胀部的减压程度以达到所述不同目标压力。
【发明的效果】
根据本发明的实施例，船舶的蒸发气体处理装置和处理方法具有提高蒸发气体的再液化效率和性能以及有效利用并管理蒸发气体的效果。
根据本发明的实施例，船舶的蒸发气体处理装置和处理方法具有有效调节并维持燃气的发热量以及提高能效的效果。
根据本发明的实施例，船舶的蒸发气体处理装置和处理方法具有用一种简洁的结构使设备有效运用的效果。
【附图说明】
图1是本发明的第1实施例船舶的蒸发气体处理装置的概念图。
图2是本发明的第2实施例船舶的蒸发气体处理装置的概念图。
图3是本发明的第3实施例船舶的蒸发气体处理装置的概念图。
图4是本发明的第4实施例船舶的蒸发气体处理装置的概念图。
图5是进入热交换部的蒸发气体的压力与进入压缩部的蒸发气体的质量流量以及压缩部所需要的能源的相互关系的曲线图。
图6是蒸发气体消耗手段所需要的蒸发气体的质量流量与再液化的蒸发气体的质量流量的相互关系的曲线图。
图7是蒸发气体消耗手段所要求的蒸发气体的质量流量与从压缩部进入的蒸发气体的质量流量的相互关系的曲线图。
图8是蒸发气体消耗手段所要求的蒸发气体的质量流量与压缩部所需要的能源之间的相互关系的曲线图。
图9和图10是从热交换部进入的蒸发气体的压力与闪发气体的质量流量的相互关系的曲线图。
【具体实施方式】
以下将参照附图对本说明的实施例进行详细说明。
以下实施例是为了向具备本发明所属技术领域一般知识的人充分传达本发明的思想。本发明在此提及的实施例只是一种例举而并不做限定，也可具体化为其他形态。为了使本发明更为明确，附图省略了与说明无关的部分，为了有助于理解，对构成要素大小的描述多少有些夸大。
根据本发明的实施例，对船舶的蒸发气体处理装置和处理方法的说明中涉及的船舶可理解为包括多种海洋结构物。船舶不仅包括输送液化气的液化气运输船，还包括使用液化气作为燃料的可驱动或发电的多种结构的海洋结构物。此外，只要是使用液化气燃料的，不论其形态，都可以包括在本发明所涉及的船舶中。例如，本发明的船舶应理解为包括如LNG运输船、LNG RV等船舶为代表的LNG FPSO、LNG FSRU等所有海洋成套设备。
另外，本实施例作为在对船舶的蒸发气体处理装置和处理方法的说明中有助于理解本发明的一个例子，用液化天然气和其中产生的蒸发气体举例进行说明，但并不仅限于此，用液化乙烷气体、液化碳化氢气体等多种液化气体以及其中产生的蒸发气体进行说明时也必须出于同一种技术思想进行同样的理解。
图1是本发明的第1实施例船舶的蒸发气体处理装置(100)的概念图。
参照图1，本发明的第1实施例船舶的蒸发气体处理装置(100)包括：储存罐(110)；具备对储存罐(110)的蒸发气体加压的压缩部(121)的蒸发气体供给线(120)；将通过压缩部(121)加压后的蒸发气体中所含有的氮成分进行分离的氮分离器(130)；含有氮分离器(130)分离出的第1浓度氮成分的第1气体流作为第1消耗手段(11)供给的第1燃气供给线(150)；将含有氮分离器(130)分离出的第2浓度氮成分的第2气体流再液化的再液化线(140)；压缩部(121)中间段分流出的经压缩部(121)部分加压的蒸发气体供至第2消耗手段(12)或气体燃烧装置GCU15(Gas Combustion Unit)的第2燃气供给线(170)；测量并调节供至第1消耗手段(11)的燃气发热量的发热量调节部160。
为了帮助理解本发明，以下实施例中用液化天然气和其中产生的蒸发气体进行举例说明，但并不仅限于此，用液化乙烷气体、液化碳化氢气体等多种液化气体以及其中产生的蒸发气体进行说明时也必须出于同一种技术思想进行同样的理解。
储存罐(110)是用来容纳或储存液化天然气和其中产生的蒸发气体的。为了使外部的热量侵入所引起的液化天然气的汽化最小化，储存罐(110)可具备已做绝热处理的薄膜型货舱。储存罐(110)容纳或储存由天然气生产地供给的液化天然气直到抵达卸船为止，要稳定保管液化天然气和蒸发气体，并将其用作之后将要提到的船舶的驱动用消耗手段或船舶的发电用消耗手段等的燃气。
储存罐(110)通常做绝热处理后设置，但实际上很难完全杜绝外部热量的侵入，所以储存罐(110)的内部存在液化天然气自然汽化产生的蒸发气体。这种蒸发气体使储存罐(110)内部压力上升，因此储存罐(110)会存在变形和爆炸等隐患，故有必要将蒸发气体从储存罐(110)去除或处理。因此，正如本发明实施例，储存罐(110)内部产生的蒸发气体可通过第1燃气供给线(150)或第2燃气供给线(170)被用作蒸发气体消耗手段的燃气，或可通过再液化线(140)再液化后再次供至储存罐(110)。此外是附图中并未图示的，也可以供至储存罐(110)上方设置的排放桅杆(未图示)，处理或消耗蒸发气体。
蒸发气体消耗手段是指接受储存罐(110)中容纳的液化天然气和蒸发气体等燃气的供给，使船舶产生驱动力或产生船舶内部设备发电用的电源。蒸发气体消耗手段可以由接受相对高压的燃气供给并输出功率的第1消耗手段(11)和接受相对低压的燃气供给并输出功率的第2消耗手段(12)组成。举例来说，第1消耗手段(11)由能用相对高压的燃气并输出功率的ME-GI发动机或X-DF发动机组成，第2消耗手段(12)由能用相对低压的燃气并输出功率的DFDE发动机等组成。但这并不仅限于此，使用各式发动机以及多种消耗手段的情况下也应同样理解。
蒸发气体供给线(120)可以对储存罐(110)中存在的蒸发气体加压后将其作为燃气供至第2消耗手段(12)，或是通过氮分离器(130)供至第1消耗手段(11)以及再液化线(140)。蒸发气体供给线(120)入口侧的端部与储存罐(110)的内部相连，出口侧的端部通过之后提及的氮分离器(130)与第1燃气供给线(150)和再液化线(140)相连。蒸发气体供给线(120)上具备了可以按照第1消耗手段所要求的条件来处理蒸发气体的多段压缩机(121a)的压缩部(121)。
压缩部(121)可包括压缩蒸发气体的压缩机(121a)以及冷却压缩时变热的蒸发气体的冷却机(121b)。当蒸发气体消耗手段由具备互不相同压力条件的多个发动机等组成时，可在压缩部(121)的中间段流至后面将提到的第2燃气供给线(170)，将通过部分加压的蒸发气体供至第2消耗手段(12)或气体燃烧装置GCU15。
压缩部(121)如后面所述，考虑到经压缩部(121)加压的蒸发气体通过氮分离器后存在压力变低的担忧，故将蒸发气体按照比第1消耗手段(11)所要求的燃气压力条件所定的数值更大的压力加压后供给。
图1所示，压缩部(121)由5段压缩机(121a)和冷却机(121b)组成，作为一个例子，根据发动机要求的压力条件和温度，压缩部(121)可有多个各式压缩机(121a)和冷却机(121b)。另外，蒸发气体供给线(120)上压缩部(121)的前端可安装后面提到的再液化线(140)的热交换部(141)，对此的具体说明将在之后描述。
氮分离器(130)可将通过压缩部(121)加压的蒸发气体中含有的氮成分分离，可安装在蒸发气体供给线(120)的出口侧的端部。氮分离器(130)将加压后的蒸发气体分离为含有第1浓度氮成分的第1气体流和相对的含有第2浓度氮成分的第2气体流，将第1气体流供至第1燃气供给线(150)用作第1消耗手段(11)的燃气，将第2气体流供至后面提到的再液化线(140)。
本实施例中说明的第1浓度氮成分和第2浓度氮成分是指各高浓度的氮成分和低浓度的氮成分，第1浓度氮成分与第2浓度氮成分相比具有相对较高浓度的氮成分，第2氮成分与第1氮成分相比具有较低浓度的氮成分。第1浓度和第2浓度并不受特定数值的限定，而应该理解为按照第1浓度和第2浓度之间浓度差异的相对含义。
天然气是除主成分乙烷外还包括甲烷(Ethane)、丙烷(Propane)、丁烷(Butane)和氮(Nitrogen)等的混合物。其中，氮的沸点约在摄氏-195.8度，和其他成分甲烷(沸点为-161.5度)和乙烷(沸点为-89度)相比是十分低的。因此在储存罐(110)内，低沸点的氮成分汽化，自然汽化产生的自然蒸发气体中含有大量的氮成分。如要将此类蒸发气体进行再液化，由于氮成分的沸点低，所以很难再液化，故蒸发气体的氮成分的浓度越高，再液化的效率就越低。
氮分离器(130)将通过蒸发气体供给线(120)加压的蒸发气体中含有的氮成分分离出来，将含有第1浓度氮成分的第1气体流供至第1消耗手段(11)用作燃气，将第2浓度氮成分供至再液化线(140)，从而可提高再液化线(140)对蒸发气体进行再液化的性能和效率。
氮分离器(130)可以是由薄膜过滤器组成。薄膜过滤器具有与氮成分亲和度高的物质，加压后的蒸发气体在其压力下通过薄膜过滤器，氮成分被薄膜过滤器挂住并供至第1燃气供给线(150)，而甲烷等氮以外的成分在正常通过后被供至再液化线(140)。
第1燃气供给线(150)使氮分离器(130)分离出的含有第1浓度氮成分的第1气体流供至第1消耗手段(11)用作燃气。如之前所述，加压后的蒸发气体通过氮分离器(130)分为含有相对高浓度的第1浓度氮成分的第1气体流和含有相对低浓度的第2浓度氮成分的第2气体流，第1燃气供给线(150)接受其中再液化率低的第1气体流的供给，供至第1消耗手段(11)作为燃气利用，力求燃气有效利用的同时提高第2气体流的再液化率。
再液化线(140)接受氮分离器(130)分离出的含有第2浓度氮成分的第2浓度气体流的供给并进行再液化处理。之所以要再液化，是因为蒸发气体中氮含量越多，由于氮成分的沸点低引起的蒸发气体再液化的效率越低，再液化线(140)接受氮分离器(130)分离出的含有低浓度氮成分的第2气体流的供给后进行再液化处理，从而可提高蒸发气体再液化的效率。
再液化线(140)包括：将通过氮分离器(130)分离出的第2气体流进行热交换和冷却的热交换部(141)；将通过热交换部(141)的第2气体流进行减压的膨胀阀(142)；容纳通过膨胀阀(142)被减压的第2气体流的气液分离器(143)；将气液分离器(143)中分离出的液体成分再次供至储存罐(110)的液化气回收线(144)；以及将气液分离器(143)中分离出的气体成分再次供至储存罐(110)或蒸发气体供给线(120)的蒸发气体循环线(145)。
热交换部(141)是为了由再液化线(140)供给的第2气体流和由蒸发气体供给线(120)输送的压缩部(121)前端的蒸发气体相互进行热交换。第2气体流经压缩部(121)加压后，呈温度和压力上升的状态，与蒸发气体供给线(120)上通过压缩部(121)前低温的蒸发气体相互热交换，可以冷却沿再液化线(140)流动的加压后的第2气体流。如此，即使没有另外的冷却装置，也可以使通过压缩部(121)和氮分离器(130)后加压的第2气体流通过蒸发气体供给线(120)，与低温的蒸发气体热交换后冷却，从而可以防止不必要的电源浪费，使设备简洁，追求设备运行的效率。
膨胀阀(142)可安装在热交换部(141)的后端。膨胀阀(142)可对依次通过压缩部(121)、氮分离器(130)和热交换部(141)后被加压并冷却的第2气体流减压后进一步进行冷却和膨胀，将第2气体流再液化。例如膨胀阀(142)可由焦耳-汤姆逊阀(Joule-ThomsonValve)形成。
气液分离器(143)容纳经膨胀阀(142)冷却和加压后再液化的第2气体流，可使再液化的第2气体流分离为液体成分和气体成分。第2气体流在通过膨胀阀(142)时大部分被再液化，但是由于减压过程中会产生闪发气体，所以可能产生气体成分。因此，通过热交换部(141)和膨胀阀(142)供至气液分离器(143)的第2气体流中分离出的液体成分通过之后所述液化气回收线(144)再供至储存罐(110)，分离出的气体成分通过之后所述蒸发气体循环线(145)再供至储存罐(110)或蒸发气体供给线(120)。
液化气回收线(144)将由气液分离器(143)分离出的蒸发气体的液体成分再供至储存罐(110)，可设置在气液分离器(143)和储存罐(110)之间。液化气回收线(144)的入口侧端部可与气液分离器(143)的下方相通，出口侧端部可与储存罐(110)的内部相通。液化气回收线(144)上可设置用来调节回收至储存罐(110)的再液化的第2气体流供给量的开关阀(未图示)。
蒸发气体循环线(145)将气液分离器(143)分离出的蒸发气体的气体成分再次供至储存罐(110)或蒸发气体供给线(120)，可安装在气液分离器(143)和储存罐(110)或气液分离器(143)和蒸发气体供给线(120)之间。如图1所示，蒸发气体循环线(145)将气液分离器(143)内部的气体成分再供至蒸发气体供给线(120)上的压缩部(121)的前端，但除此之外，也包括从气液分离器(143)再供至储存罐(110)或是同时再供至蒸发气体供给线(120)和储存罐(110)的情况。
第2燃气供给线(170)从第1燃气供给线(150)上的压缩部(121)的中间段分支而出，将部分加压的蒸发气体供至第2消耗手段(12)或气体燃烧装置GCU15。第2燃气供给线(170)入口侧的端部与压缩部(121)的中间段连接，出口侧的端部则形成两个分支，一支与第2消耗手段(12)连接，另一支与气体燃烧装置GCU15相连。
第2消耗手段(12)接受相对低压的燃气供给并输出功率，从压缩蒸发气体的压缩部(121)的中间段分支而出，部分加压的蒸发气体被作为燃气供给，就可以输出功率。当第2消耗手段(12)要求的燃气的供给量多于通过第2燃气供给线(170)供给的部分加压的蒸发气体的供给量，气体燃烧装置GCU15接受剩余的部分加压的蒸发气体的供给并消耗。
发热量调节部160用来测量和调节第1消耗手段(11)供给的燃气的发热量。
发热量(Heating Value)是指单位质量的燃气完全燃烧时释放出的热量。天然气中的甲烷、丁烷和丙烷的发热量相对较高，是使燃气的发热量上升的成分(甲烷的发热量：约12,000kcal/kg、丁烷的发热量：约11.863kcal/kg、丙烷的发热量：约2,000kcal/kg)，然而氮的发热量却很低(氮的发热量：约60kcal/kg)，故氮成分的绝对含量越多或浓度越高，燃气的总发热量就变得越低。此时，供至蒸发气体消耗手段的燃气的总发热量过低，不能充分满足蒸发气体消耗手段所要求的最低条件发热量时，就会影响蒸发气体消耗手段的功率输出，因此给蒸发气体消耗手段带来不必要的负荷。
如之前所述，为提高再液化线(140)的再液化效率，经氮分离器(130)加压的蒸发气体中含有低浓度氮成分的第2气体流供至再液化线(140)，第1气体流供至第1燃气供给线(150)，由于第1气体流中含有高浓度的氮成分，故导致第1气体流的发热量变得低于第1消耗手段(11)所要求的条件发热量。
参照图1，本发明的第1实施例中船舶的蒸发气体处理装置(100)的发热量调节部160可以包括：测量或计算供至第1消耗手段(11)的燃气的发热量的发热量测量仪(161)；经压缩部(121)加压的蒸发气体供至第1燃气供给线(150)的发热量上升线(162)。
发热量测量仪(161)可实时测量包括从第1燃气供给线(150)供至第1消耗手段(11)的第1气体流的燃气的发热量。发热量测量仪(161)传送由显示器等组成的显示部(未图示)所测量的燃气的发热量信息，控制部将已输入的第1消耗手段(11)的条件发热量与发热量测量仪(161)所传送的燃气发热量信息进行比较分析，可以控制之后所述发热量上升线(162)上设置的流量调节阀(163)的开启和关闭程度。
图1所示，发热量测量仪(161)设置于第1燃气供给线(150)上以测量燃气的发热量，可以测量供至第1消耗手段(11)的燃气的发热量，其位置可有多种变化。
发热量上升线(162)的入口侧端部与蒸发气体供给线(120)上的压缩部(121)的后端相连，出口侧端部与第1燃气供给线(150)相连。发热量上升线(162)使得经压缩部(121)加压的蒸发气体不通过氮分离器(130)，直接与流向第1燃气供给线(150)的第1气体流合并。由此，供至第1消耗手段(11)的第1气体流和加压后的蒸发气体所组成的燃气的氮成分的浓度降低，甲烷和乙烷等具有高发热量成分的浓度被提高，从而提高燃气的总发热量。
发热量上升线(162)上可装有调节沿着发热量上升线(162)流动的经加压的蒸发气体供给量的流量调节阀(163)。流量调节阀(163)根据发热量测量仪(161)所测得的燃气的发热量信息和第1消耗手段(11)的条件发热量信息，由作业者手动或由控制部自动调节其开启和关闭程度，从而可控制沿着发热量上升线(162)流动的经加压的蒸发气体的供给量。
以下是对本发明第2实施例船舶的蒸发气体处理装置(200)的说明。
图2是本发明第2实施例船舶的蒸发气体处理装置(200)的概念图。参照图2，根据本发明的第2实施例船舶的蒸发气体处理装置(200)的发热量调节部(260)包括：测量或计算供至第1消耗手段的燃气的发热量测量仪(261)；将经压缩部(121)加压的蒸发气体供至第1燃气供给线(150)的发热量上升线(262)；以及使得沿第1燃气供给线(150)供给的第1气体流在再液化线(140)进行循环的发热量调节线(264)。
以下对本发明的第2实施例船舶的蒸发气体处理装置(200)的说明中，除了添加另外的附图符号进一步说明的结构外，其他与之前所述的第1实施例中船舶的蒸发气体处理装置(100)的说明是相同的，为防止内容重复而省略了说明。
发热量测量仪(261)可以实时测量包括第1燃气供给线(150)上供给第1消耗手段的第1气体流部分燃气的发热量。发热量测量仪(261)传送由显示器等组成的显示部(未图示)所测量的燃气的发热量信息，并将此告知船舶的乘客，测量的燃气的发热量信息传送至控制部(未图示)，控制部将已输入的第1消耗手段(11)的条件发热量与发热量测量仪(161)所发送的燃气发热量信息进行比较分析，可以控制之后所述发热量上升线(262)或发热量调节线(264)上设置的各流量调节阀(263、265)的开启和关闭程度。
图2所示的是，发热量测量仪(261)测量第1燃气供给线(150)上的燃气的发热量，可以测量供至第1消耗手段的燃气的发热量，其位置可有多种变化。
发热量上升线(262)的入口侧端部与蒸发气体供给线(120)上的压缩部(121)的后端相连，出口侧端部与第1燃气供给线(150)相连。发热量上升线(262)使得经压缩部(121)加压的蒸发气体不通过氮分离器(130)，直接与流向第1燃气供给线(150)的第1气体流合并。由此，供至第1消耗手段燃气的氮成分的浓度降低，甲烷和乙烷等具高发热量成分的浓度被提高，从而提高燃气的总发热量。
发热量上升线(262)上可设置调节沿着发热量上升线(262)流动的被加压的蒸发气体的供给量的流量调节阀263。流量调节阀263根据发热量测量仪(261)所测得的燃气的发热量信息和第1消耗手段(11)的条件发热量信息，由作业者手动或由控制部自动调节其开启和关闭程度，从而可控制沿着发热量上升线(262)流动的经加压的蒸发气体的供给量。
发热量调节线(264)的入口侧端部与第1燃气供给线(150)相连于其和发热量上升线(262)的交汇点的前端，出口侧端部可与再液化线(140)相连。如之前所述，第1气体流含有高浓度的氮成分，发热量低于加压后的蒸发气体。然后，将沿着第1燃气供给线(150)流动的第1气体流的一部分输往再液化线(140)上进行循环，可提升并调节供至第1消耗手段的燃气的总发热量。与此同时，发热量调节线(264)将第1气体流的一部分回收至再液化线(140)，与第1消耗手段燃气所要求的供给量相呼应，与通过发热量上升线(262)加压的蒸发气体合并，从而防止燃气总供给量的过度上升，可有效调节燃气的供给量。
发热量调节线(264)上可设置能调节沿发热量调节线(264)流动的一部分第1气体流的供给量的流量控制阀265。流量调节阀(265)根据发热量测量仪(261)所测得的燃气的发热量信息和第1消耗手段的条件发热量信息，由作业者手动或由控制部自动调节其开启和关闭程度，从而可控制沿发热量调节线(264)流动的部分第1气体流的供给量。另外，与此不同的是，附图上并未做图示，根据设置在第1燃气供给线(150)或第1消耗手段上的流量感知部(未图示)所测量的燃气供给量信息，可以调节发热量调节线(264)上流量调节阀(265)的开启和关闭程度。
以下是对本发明第3实施例船舶的蒸发气体处理装置(200)的说明。
图3是本发明第3实施例船舶的蒸发气体处理装置(300)的概念图。参照图3，本发明的第3实施例船舶的蒸发气体处理装置(300)包括：将储存罐(310)产生的蒸发气体供至蒸发气体消耗手段(11、12)的蒸发气体供给线(320)；将通过蒸发气体供给线(320)的部分蒸发气体进行再液化的再液化线(330)；以及将储存罐(310)的液化气供至蒸发气体消耗手段(11、12)的液化气供给线(340)。
蒸发气体供给线(320)是将储存罐(310)产生的蒸发气体供至蒸发气体消耗手段(11、12)的流动通道。
蒸发气体供给线(320)的一端与储存罐(310)内部相连，另一端与后述液化气供给线(340)合并后与蒸发气体消耗手段(11、12)相连。并且，为了接受储存罐(310)内部蒸发气体的供给，蒸发气体供给线(320)的入口侧端部可设置在储存罐(310)内部的上侧。
储存罐(310)用来容纳和储存液化天然气和蒸发气体。储存罐(310)为了让由于外部热量的侵入引起液化天然气的汽化最小化，可采用经过隔热处理的薄膜型货舱。储存罐(310)容纳并储存天然气的生产地等供给的液化天然气后，稳定保管液化天然气和蒸发气体直到抵达目的地卸船为止，正如之后将说明的可用于船舶驱动用发动机或船舶发电用发动机的燃气。
储存罐(310)为了保持液化天然气的液体状态，可将内部压力维持在1bar或可将压力维持在比燃料供给条件更高的压力，可将内部温度维持在-163度以下。
储存罐(310)通常做隔热处理后设置，但实际上很难完全杜绝外部热量的侵入，所以储存罐(310)的内部存在液化天然气自然汽化产生的蒸发气体。这种蒸发气体能使储存罐(310)的内部压力上升，给储存罐(310)带来变形或爆炸的隐患，故有必要将蒸发气体从储存罐(310)去除或处理。
因此，储存罐(310)内部产生的蒸发气体正如本发明的实施例，可通过蒸发气体供给线(320)被蒸发气体消耗手段(11、12)消耗或者由再液化线(330)进行再液化处理后再次供至储存罐(310)。
另外是附图中并未图示的，与此不同，也可以将蒸发气体供至储存罐(310)上方设置的排放桅杆(未图示)或供至气体燃烧装置GCU(Gas Combustion Unit)，对蒸发气体进行进一步处理或消耗。但在本发明的实施例中，海洋结构物并不消耗蒸发气体，而是将蒸发气体提供至蒸发气体消耗手段(11、12)进行有效利用，剩余蒸发气体则被再液化后回到储存罐(310)。
附图中虽然只图示了一个储存罐(310)，但这只是为了便于进行图示，储存罐(310)的个数和种类可以多种多样。
蒸发气体消耗手段(11、12)包括发动机、发电机、涡轮等，可将蒸发气体作为原料或利用蒸发气体产生能源。使用蒸发气体作为燃料的发动机接受储存罐(310)中容纳的液化天然气及/或蒸发气体等燃料的供给，可产生船舶驱动力或产生船舶内部设备等发电用的电源。
举例来说，发动机可包括使用低压燃料(约5至8bar)并输出功率的DFDE发动机，使用中压燃气(约15至20bar)并输出功率的X-DF发动机，使用高压燃气(约150至300bar)并输出功率的ME-GI发动机。但这并不仅限于此，使用多个发动机以及各个种类发动机的情况下也应同样理解。
本发明第3实施例的蒸发气体消耗手段(11、12)包括使用高压天然气的第1消耗手段(11)和使用中压或低压天然气的第2消耗手段。举例来说，第1消耗手段(11)可以是ME-GI发动机，第2消耗手段可以是DFGE发动机。
本发明的第3实施例船舶的蒸发气体处理装置(300)包括蒸发气体供给(320)上具备的对蒸发气体进行加压并冷却的压缩部(321)。以及压缩部(321)设置在蒸发气体供给线(320)上的后述再液化线(330)分叉点的前端，可对蒸发气体进行加压。但根据需要，压缩部(321)也可以设置在再液化线(330)分叉点的后端。
压缩部(321)可包括压缩蒸发气体的压缩机(321a)和将处于压缩过程中的温度上升的蒸发气体进行冷却的冷却机(321b)。
此时，压缩部(321)可多段设置。即，可包括多段压缩机(321a)以及各压缩机(321a)之间安装的冷却机(321b)。一方面，部分冷却机(321b)可以省却，最后可在压缩机321后端安装冷却机(321b)。
图3所示的是压缩部(321)是由3段压缩机(321a)和冷却机(321b)组成，但这仅仅是一个例子，根据蒸发气体消耗手段(11、12)所要求的压力条件和/或温度的不同，组成压缩部(321)的压缩机(321a)和冷却机(321b)的构成也会不同。
一方面，如上所述，第1消耗手段(11)乃至第2消耗手段(12)各自要求的燃料的条件可能不同。举例来说，第1消耗手段(11)可用高压状态的天然气作为燃料，第2消耗手段(12)可用低压状态的天然气作为燃料。此时，多段设置的压缩部(321)将蒸发气体进行加压和冷却，可调节至消耗手段(11、12)所要求的压力和温度状态。
此外，蒸发气体供给线(320)上的压缩部(321)的前端可设置后述再液化线(330)的热交换部(332)，之后将对此做更具体的说明。
蒸发气体供给线(320)可包括高压蒸发气体供给线(322)和低压蒸发气体供给线(323)。高压蒸发气体供给线(322)与压缩部(321)的后端连接后与第1消耗手段(11)相连。因为通过高压蒸发气体供给线(322)供至第1消耗手段的蒸发气体通过具备多段压缩机(321a)的压缩部(321)后呈高压压缩状态，所以可以提供使用高压天然气的第1消耗手段(11)所要求状态的蒸发气体。
并且，低压蒸发气体供给线(323)自压缩部(321)的中间形成分支，与第2消耗手段(12)连接。通过低压蒸发气体供给线(323)供至第2消耗手段(12)的蒸发气体通过了压缩机(321a)的一段，可在第2消耗手段(12)所要求的低压状态下分流。
一方面，低压蒸发气体供给线(323)分叉点的设置可不同于图示。即，根据第2消耗手段(12)需要的蒸发气体的压力和温度条件，低压蒸发气体供给线(323)可在多段设置的压缩部(321)中段的某一支点形成分叉。
一方面，高压蒸发气体供给线(322)可包括第1开关阀(322a)，低压蒸发气体供给线(323)可包括第2开关阀(323a)。第1开关阀(322a)在启动第1消耗手段(11)时打开，可调节高压蒸发气体供给线(322)的开启和关闭。且，第2开关阀(323a)在启动第2消耗手段(12)时打开，可调节低压蒸发气体供给线(323)的开启和关闭。
再液化线(330)可具备：使供给线320上分流而出的高压蒸发气体膨胀的再液化膨胀部(331)；对通过再液化膨胀部(331)的蒸发气体进行热交换和冷却处理的热交换部(332)；容纳经热交换部(332)再液化的蒸发气体的气液分离器(334)；将气液分离器(334)分离出的液体成分的蒸发气体再供给至储存罐(310)的液化气回收线(335)；以及将气液分离器(334)中分离出的气体成分的蒸发气体供至储存罐(310)或蒸发气体供给线(320)的蒸发气体循环线336。
再液化线(330)可将第1消耗手段1和第2消耗手段(12)上未能消耗的剩余的蒸发气体再液化后送回储存罐(310)。即，蒸发气体可在通过再液化线(330)时经加压和冷却，相变化为液化气后回到储存罐(310)。
再液化线(330)可从蒸发气体供给线(320)分支而出。举例来说，可在压缩部(321)后端和第1开关阀(322a)之间形成分支。
再液化线(330)和蒸发气体供给线(320)的分叉点可设置三通阀(未图示)，三通阀可调节供至第1消耗手段(11)或再液化线(330)的蒸发气体的供给量。三通阀可由操作者手动开关并调节开启和关闭的程度，也可用控制部(未图示)自动实现启动。
一方面，不同于图示，再液化线(330)可在压缩部(321)的中间形成分支。或者，再液化线(330)可包括压缩部(321)后端分支而出的第1再液化线(未图示)和从压缩部(321)的中间分支而出的第2再液化线(未图示)。一方面，第1液化线和第2液化线可各自流入储存罐(310)或者也可汇入同一个流道后再流入储存罐(310)。后者的情况下，由于流经第1液化线和第2液化线的蒸发气体的压力互不相同，可在两条液化线合流前增设压力调节手段(未图示)。
再液化膨胀部(331)可使压缩部(321)中压缩成高压的蒸发气体膨胀后减压。虽然附图举例图示了再液化膨胀部(331)的膨胀阀，但再液化膨胀部(331)可设为将蒸发气体进行减压的各种装置。
热交换部(332)可使通过再液化膨胀部(331)后减压的蒸发气体和通过蒸发气体供给线(320)压缩部(321)前端的蒸发气体相互进行热交换。经再液化膨胀部(331)的蒸发气体在通过压缩部(321)被加压后温度上升，在通过蒸发气体供给线(320)的压缩部(321)之前，与低温的蒸发气体相互进行热交换，从而可将再液化线(330)的蒸发气体冷却处理。
正如此，无需另设冷却装置，经再液化膨胀部(331)减压的蒸发气体与通过蒸发气体供给线(320)的蒸发气体进行热交换后可以冷却，可防止不必要的电源浪费，提高设备运行的效率。
一方面，热交换部320并不一定要将经再液化线(330)的蒸发气体与蒸发气体供给线(320)的蒸发气体进行热交换，也可以将通过再液化线(330)的蒸发气体利用另设的冷却装置进行冷却。举例来说，利用使用液化氮的冷却装置使通过再液化线(330)的蒸发气体冷却。
一方面，热交换部(332)为了冷却通过再液化线(330)的蒸发气体，也可以在与蒸发气体供给线(320)的蒸发气体进行热交换后再利用加设的冷却装置。
沿再液化线(330)流动的蒸发气体通过再液化膨胀部(331)和热交换部(332)后可再液化。此时，蒸发气体的再液化包括整体再液化和部分再液化。
蒸发气体随着温度的降低再液化，再液化的蒸发气体在减压过程中部分发生汽化。为了注入储存罐(310)必须使蒸发气体减压，蒸发气体被液化后在减压时液化了的蒸发气体汽化的量可能增加。因此，最好是在适合的符合条件的温度和压力下进行减压和冷却。
沿再液化线(330)流动的蒸发气体在流经再液化膨胀部(331)的同时通过热交换部(332)而被冷却，所以发生再液化。
气液分离器(334)容纳通过再液化膨胀部(331)和热交换部(332)后部分再液化的蒸发气体并将再液化的蒸发气体的液体成分和气体成分进行分离。这是因为，在加压的蒸发气体减压和冷却时，大部分蒸发气体再液化，而因为在此过程中产生闪发气体(FlashGas)，会产生再液化的蒸发气体的气体成分。
气液分离器(334)分离出的再液化的蒸发气体的液体成分会由后述的液化气回收线(335)再次供至储存罐(310)，分离出的再液化蒸发气体的气体成分由后述的蒸发气体循环线336再次供至储存罐(310)或蒸发气体供给线(320)。
液化气回收线(335)为将由气液分离器(334)分离出的蒸发气体的液体成分再次供至储存罐(310)，可以连接气液分离器(334)和储存罐(310)。液化气回收线(335)入口侧的端部可与气液分离器(334)的下侧相连，出口侧端部可与储存罐(310)内部相连。液化气回收线(335)上可设置可调节往储存罐335回收的再液化的蒸发气体的供给量的开关阀(未图示)。
蒸发气体循环线336为将气液分离器(334)分离出的再液化的蒸发气体的气体成分再次供至储存罐(310)或蒸发气体供给线(320)，可将气液分离器(334)和储存罐(310)或气液分离器(334)和蒸发气体供给线(320)。附图所示的是，蒸发气体循环线336将气液分离器(334)内部的气体成分再次供至蒸发气体供给线(320)上压缩部(321)的前端，此外还包括的情况是，蒸发气体循环线336将气液分离器(334)内部的气体成分从气液分离器(334)供至储存罐(310)或是同时供至蒸发气体供给线(320)和储存罐(310)。
液化气供给线(340)可将储存罐(310)中容纳或储存的液化天然气供至发动机、发电机以及/或涡轮。
附图所示的是液化气供给线(340)将液化天然气供至蒸发气体消耗手段(11、12)。但，这只是举例，液化气供给线(340)可以将液化天然气供至蒸发气体消耗手段(11、12)之外的其他装置。
以下将以液化气供给线(340)与第1消耗手段(11)和第2消耗手段(12)分开连接的情况为例进行说明。此时，第1消耗手段(11)和第2消耗手段(12)以发动机为例进行说明。
液化气供给线(340)的一端与储存罐(310)的内部相连，另一端与后述的蒸发气体供给线(320)合并后与发动机(11、12)相连。液化气供给线(340)的入口侧端部可设置在储存罐(310)内部的下方，为了将液化天然气供至发动机(11、12)可设置输出泵(341)。
如之前所述，发动机(11、12)由相对接受高压燃气供给并输出功率的第1发动机(11)和相对接受低压燃气供给并输出功率的第2发动机(12)组成时，液化气供给线(340)为了在各发动机(11、12)的燃气需求条件下对液化天然气进行处理，可包括第2液化气供给线((340b))和第1液化气供给线(340a)。
第1液化气供给线(340a)可将由输出泵(341)输出的液化天然气供至接受相对高压的燃气供给并输出功率的第1发动机(11)。为此，第1液化气供给线(340a)上可设置压缩液化天然气的加压泵(342)。加压泵(342)可在符合第1发动机(11)所要求的燃气压力条件下压缩液化天然气，举例来说，第1发动机(11)为ME-GI发动机的情况下，加压泵(342)可在250-300bar的压力条件下压缩液化天然气后供给。经加压泵(342)压缩的液化天然气通过汽化器(343)被强制汽化，并入蒸发气体供给线(320)后作为第1发动机(11)的燃气供应。
一方面，因加压泵(342)需要维修保养或加压泵(342)负荷加重而须切断电源的情况下，加压泵(342)的电源临时切断，压缩的液化天然气可能会影响加压泵(342)或其他结构，从而导致加压泵(342)发生故障或安全事故等。此外，加压泵(342)的维修保养或加压泵(342)负荷加重而须切断电源时，可能会要求发动机持续运转。
为此，第1液化气供给线(340a)上可能设置旁路线(340c)。旁路线(340c)的入口侧端部与第1液化气供给线(340a)上加压泵(342)的前端相连，出口侧端口与第1液化气供给线(340a)上加压泵(342)的后端相连，另外添加加压泵(342)时，加压泵(342)可以并列设置并连接。
根据添加了加压泵(342)的旁路线(340c)，多个加压泵340并列设置在第1液化气供给线(340a)上，即使发生之前所述的情况，也能防止加压泵(342)和其他结构发生故障或安全事故，可使发动机持续长时间的运转。
第2液化气供应线(340b)将输出泵(341)所输出的液化天然气供至接受相对低压燃气供给并输出功率的第2发动机(12)。输出泵(341)输出液化天然气的过程中，液化天然气被压缩为低压(约3bar至5bar)，第2发动机(12)是DFDE发动机的情况下即使没有添加加压泵，汽化器344也能将由输出泵(341)输出的液化天然气强制汽化，在符合第2发动机(12)所要求的燃料条件下供给燃气。
汽化器344后端可设置气液分离器(345)。第2发动机(12)为DFDE发动机的情况下，燃气必须是在气体状态下供给才可能正常输出功率，可预防发动机故障。将通过汽化器344的液化天然气供至气液分离器(345)，只有气液分离器(345)上气体状态的燃气才被供至第2发动机(12)，从而能够提高船舶的蒸发气体处理装置(300)的可靠性。
以下将对本发明第4实施例船舶的蒸发气体处理装置(400)进行说明。以下对本发明第4实施例船舶的蒸发气体处理装置(400)的说明中，除了新添附图符号进一步说明的结构外，与之前所述的第3实施例船舶的蒸发气体处理装置(300)的说明内容相同，故为防止内容重复而省略了说明。
图4是图示本发明的第4实施例船舶的蒸发气体处理装置(400)的概念图，参照图4，本发明的第4实施例船舶的蒸发气体处理装置(400)设置在再液化线(330)上，还可包括将通过热交换部(332)的蒸发气体进行减压处理的膨胀阀(433)。
膨胀阀(433)可设置在热交换部(332)的后端。膨胀阀(433)将通过再液化膨胀部(331)和热交换部(332)后被减压的蒸发气体进行进一步的冷却和膨胀处理，提高再液化效率。举例来说，膨胀阀(433)可使用焦耳-汤姆逊阀(Joule-Thomson Valve)。焦耳-汤姆逊阀是指在焦耳-汤姆逊效应就是在没有生产工作或热传递的状态下使流体膨胀并利用温度变低现象的阀门。因此，通过热交换部(332)后被冷却的蒸发气体在通过膨胀阀(433)时隔热膨胀和冷却，此时可引起全部或部分蒸发气体的再液化。
以下将参考图5至图10对本发明的第3实施例和第4实施例船舶蒸发气体处理装置(300、400)的效能进行说明。
图5是显示随着进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb：Pressure beforeBOG)进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc：Mass flow to Compressor)与压缩部(321)中需要的能量(Ec：Energy for Compressor)的相互关系的曲线图。
参照图5，在进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)下进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)和压缩部(321)中所需要的能量(Ec)会有变化。此时，当进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)是最低压力(Pb1)时，进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)和压缩部(321)中需要的能量(Ec)达到最小。即，进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)比最低压力(Pb1)小的情况下，进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)和压缩部中需要的能量(Ec)变大，而当进入热交换部321的蒸发气体的压力(Pb)比最低压力(Pb1)大的情况下，进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)和压缩部(321)中需要的能量(Ec)就会变大。
因此，将进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)被调节至最低压力(Pb1)，使进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)减少，可缩小压缩机(321a)和冷却机(321b)的尺寸，降低设备的单价。因而可以制造既简洁又经济实惠的船舶的蒸发气体处理装置。
另外，将进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)调节至最低压力(Pb1)，降低压缩部(321)中需要的能量(Ec)，可提高船舶的蒸发气体处理装置的效率。即，保持压缩部(321)后端同一压力，压缩蒸发气体时，可减少使用的能量。
接下来，参照图6至图8，对进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)减小所带来的效果进行说明。
图6是显示蒸发气体消耗手段(11、12)需要的蒸发气体的质量流量(Mf：Massflowof Fuel Consumption)与再液化的蒸发气体质量流量(Mr：Mass flow of Re-LiquifiedBOG)相互关系的曲线图。
参照图6，随着消耗手段(11、12)所需的蒸发气体的质量流量(Mf)的变化，再液化的蒸发气体的质量流量(Mr)也发生变化。此时，消耗手段(11、12)所需的蒸发气体的质量流量(Mf)和再液化的蒸发气体的质量流量(Mf)成反比关系。即，消耗手段(11、12)所需的蒸发气体的质量流量(Mf)越多，再液化蒸发气体的质量流量(Mr)就越少。
一方面，进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)通过再液化膨胀部(331)时减压，再液化膨胀部(331)前端的压力称为Pb1，再液化膨胀部(331)后端的压力称为Pb2时，Pb1>Pb2的关系成立。
再次参照图6可以看到，与再液化膨胀部(331)中蒸发气体减压无关，再液化的蒸发气体的质量流量(Mr)也还是一定的。即，通过再液化膨胀部(331)进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)即使降低，再液化率也不会降低。
图7是显示蒸发气体消耗手段(11、12)所需蒸发气体的质量流量(Mf)与进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)相互关系的曲线图。
参照图7，进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)随着消耗手段(11、12)所需蒸发气体的质量流量(Mf)而变化。此时，消耗手段(11、12)所需蒸发气体的质量流量(Mf)与进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)成反比关系。即，消耗手段(11、12)所需的蒸发气体的质量流量(Mf)越多，进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)就越少。
再次参照图7可以看到，随着进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)从P1减压至P2，进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)减少。即，利用再液化膨胀部(331)使蒸发气体的压力(Pb)减小，从而使进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mc)减小，缩小压缩机(321a)和冷却机(321b)的尺寸，可降低设备的单价。因而可以制造既简洁又经济实惠的船舶的蒸发气体处理装置。
图8是显示蒸发气体消耗手段(11、12)所需蒸发气体的质量流量(Mf)与压缩部(321)所需的能源(Ec)相互关系的曲线图。
参照图8，压缩部(321)所需的能源(Ec)随着消耗手段(11、12)所需蒸发气体的质量流量(Mf)而变化。此时，消耗手段(11、12)所需蒸发气体的质量流量(Mf)和压缩部(321)所需的能源(Ec)成反比关系。即，消耗手段(11、12)所需的蒸发气体的质量流量(Mf)越多，压缩部(321)所需的能源(Ec)就越少。
再次参照图8可以看到，随着进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)从P1减压至P2，压缩部(321)所需的能源(Ec)就减少。即，利用再液化膨胀部(331)使蒸发气体的压力(Pb)减小，降低压缩部(321)所需的能源(Ec)，从而提高船舶蒸发气体处理装置的效率。即，保持压缩部(321)后端同一压力，压缩蒸发气体时，可减少使用的能源。
图9和图10是显示进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)与闪发气体的质量流量(Mg：Mass flow of Flash Gas)的相互关系的曲线图。图9曲线图中蒸发气体中包括的氮成分的含量为a mole％，图10曲线图中蒸发气体中包括的氮成分的含量为b mole％。此时，a<b的关系成立。
闪发气体的质量流量(Mg)减少，进入压缩部(321)的蒸发气体的质量流量(Mg)就减少。因此，可以缩小压缩部(321)的尺寸，从而减少压缩部(321)所需的能量(Ec)。
闪发气体的质量流量(Mg)随着进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)而不同。此时，当进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)为最低压力(Pb1)时，发生的闪发气体的质量流量(Mg)就最小。即，进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)比最低压力(Pb1)更小时，发生的闪发气体的质量流量(Mg)增加，进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)比最低压力(Pb1)更大时，发生的闪发气体的质量流量(Mg)就会增加。
因此，将进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)调节至最低压力(Pb)，可以减少产生的闪发气体的质量流量(Mg)。
闪发气体的产生量不仅与压力有关，与温度也有关系。即，压力降低，液化气汽化形成闪发气体，温度上升，液化气汽化形成闪发气体。
如果进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)变得比最低压力(Pb1)更小，那么虽然由于减压引起闪发气体的产生量减少，但热交换部(332)中温度下降的程度反而会减小，整体闪发气体的产生量会增加。这是因为热交换部(332)的温度下降是在减压的同时发生的，减压程度变小时温度的下降程度也变小。
相反的，当进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)变得比最低压力(Pb1)更大时，由于减压程度充分，温度就会下降很多，减压过程中产生的闪发气体反而会增加，闪发气体的总的产生量就会增加。
一方面，将图9和图10进行比较，可以看到氮成分的含量不同，使闪发气体质量流量(Mg)最小的最佳压力(Pb1)也不同。即，氮成分含量变大(a<b)，最佳压力(Pb1)也变大。
蒸发气体的氮成分含量与储存罐(310)中储存的液化天然气的储存量有关。储存罐(310)中储存的液化天然气的储存量在满舱航行时氮成分的含量就高。
但是，随着时间的推移，不断产生蒸发气体且蒸发气体消耗手段(11、12)所消耗的蒸发气体或液化天然气的消耗量增加，储存罐(310)中储存的液化天然气的储存量就会减少。此时如果是空舱航行，那么氮成分的含量就会减少。
一方面，虽然氮成分的含量在蒸发气体产生的初期急剧减少，但当蒸发气体产生到某一程度时，就呈缓坡式减少。氮成分的含量一般在0mole％至10mole％之间。按照这类氮成分含量，可将再液化膨胀部(331)前端的压力(约300bar)值最小调节到50bar，最大调节到160bar。
举例来说，当氮成分的含量为10mole％，最佳压力(Pb1)约为140bar至160bar。于是，再液化膨胀部(331)前端的压力(约300bar)调至150bar左右。当氮成分的含量为0mole％，则最佳压力(Pb1)约为50bar至70bar。于是，再液化膨胀部(331)前端的压力(约300bar)调至60bar左右。
正如以上所观察的，可使闪发气体的产生量最小的最佳压力(Pb1)随着储存罐(310)中储存的液化天然气的储存量而变化。因此，为与变动着的最佳压力(Pb1)相符，有必要调节再液化膨胀部(331)中减压的程度。
本发明的第3实施例和第4实施例船舶蒸发气体处理装置(300)、400可包括：能测量进入压缩部(321)的蒸发气体的流量的，设置在蒸发气体供给线(320)上的感应器351；能测量储存罐(310)中产生的进入热交换部(332)的蒸发气体的流量的，设置在蒸发气体供给线(320)上的感应器352；以及能测量气液分离器(334)中产生的合流入蒸发气体供给线(320)的闪发气体流量的，设置在蒸发气体循环线336上的感应器353。各感应器351、352、353的位置可能与附图不同。
一方面，闪发气体的流量不仅能用设置在蒸发气体循环线336上的感应器353测量，也能用设置在蒸发气体供给线(320)上的感应器(351、352)测量。感应器(351、352、353)中任何一个的测量值增加时，都可以判断为闪发气体的产生量增加。
再液化膨胀部(331)的设置是为了调节减压程度。即，同一压力的蒸发气体流入的情况下，使通过再液化膨胀部(331)流入热交换部(332)后的蒸发气体的压力不同。因此，调节通过再液化膨胀部(331)的蒸发气体的压力后可以调节闪发气体的流量。
具体来看，加强再液化膨胀部(331)的减压程度时，感应器(351、352、353)中任何一个的流量增加，可判断为进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)变化的方向离最佳压力(Pb1)越来越远，使再液化膨胀部(331)的减压程度减弱。反之，再液化膨胀部(331)的减压程度加强时，感应器(351、352、353)中任何一个的流量减小，可判断为进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)变化的方向离最佳压力(Pb1)越来越近，不断加强再液化膨胀部(331)的减压程度。
上述操控方法同样适用于再液化膨胀部(331)的减压程度减弱时。
与此不同的是，本发明第3实施例和第4实施例船舶的蒸发气体处理装置(300)、400还可以包括设置在液化气回收线(335)上的感应器(355)，以测量从气液分离器(334)再次供至储存罐(310)的再液化的蒸发气体的供给量，可以根据该感应器(355)的测量值调节再液化膨胀部(331)的减压程度。
具体来看，加强再液化膨胀部(331)的减压程度时，感应器(355)的流量增加，则闪发气体的产生量减少，可判断为进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)变化的方向离最佳压力(Pb1)越来越近，使再液化膨胀部(331)1的减压程度不断加强。反之，加强再液化膨胀部(331)的减压程度时，感应器(355)的流量减少，则闪发气体的产生量增加，可判断为进入热交换部(332)的蒸发气体的压力(Pb)变化的方向离最佳压力(Pb1)越来越远，使再液化膨胀部(331)的减压程度减弱。
上述操控方法同样适用于再液化膨胀部(331)的减压程度减弱时。
上述实施例是为了帮助理解本发明而举的例子，用液化天然气和液化甲烷气的相对关系以及由其产生的蒸发气体举例说明，并不有所限定，对甲烷成分的占比相对来说存在差异的各类液化气同样可适用同一的技术思想。
本发明通过附图及图示的实施例作为参考进行说明，但这仅是举例，具备相关技术领域一般知识的人均能理解各种变化以及类似的其他实施例也都可行这一点。因此，本发明真正的范围应根据权利请求项范围来确定。
Claims (14)
1.一种船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，包括：
容纳液化气和蒸发气体的储存罐；
具备对所述储存罐的蒸发气体加压的压缩部的蒸发气体供给线；
将通过所述压缩部后加压的蒸发气体分离为含有第1浓度氮成分的第1气体流和含有浓度低于所述第1浓度的第2浓度氮成分的第2气体流的氮分离器；
将所述第1气体流供至第1消耗手段的第1燃气供给线；
接受所述第2气体流供给后进行再液化的再液化线；以及
测量并调节供至所述第1消耗手段的燃气发热量的发热量调节部，
所述发热量调节部包括：
测量供至所述第1消耗手段的燃气发热量的发热量测量仪及将通过所述压缩部加压的蒸发气体的一部分直接供至所述第1燃气供给线的发热量上升线。
2.根据权利要求 1所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，
所述氮分离器包括薄膜型过滤器。
3.根据权利要求 1或2所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，
所述再液化线包括将所述第2气体流与所述压缩部前端的蒸发气体进行热交换的热交换部；将通过所述热交换部进行了热交换的所述第2气体流减压的膨胀阀；将经所述膨胀阀减压后的所述第2气体流分离为气体成分和液体成分的气液分离器；将所述气液分离器分离出的第2气体流的液体成分供至储存罐的液化气回收线；所述气液分离器分离出的第2气体流的气体成分供至所述储存罐或所述蒸发气体供给线上的所述压缩部前端的蒸发气体循环线。
4.根据权利要求 3所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，还包括从所述压缩部的中间部分流出的，将通过所述压缩部加压的蒸发气体供至第2消耗手段或气体燃烧装置GCU(Gas Combustion Unit)的第2燃气供给线。
5.根据权利要求 1所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，所述发热量调节部还包括使得沿所述第1燃气供给线供给的所述第1气体流的至少一部分在所述再液化线进行循环的发热量调节线。
6.根据权利要求 5所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，
所述发热量上升线及所述发热量调节线上分别设置有调节沿着所述发热量上升线及所述发热量调节线分别流动的所述经加压的蒸发气体及所述第1气体流的供给量的流量调节阀，
并根据所述发热量测量仪所测得的燃气的发热量信息来控制各个所述流量调节阀。
7.一种船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，包括：
将储存罐中容纳的蒸发气体供至蒸发气体消耗手段的蒸发气体供给线；
所述蒸发气体供给线具备的对所述蒸发气体加压的压缩部；
从所述蒸发气体供给线形成分支分流出的蒸发气体进行再液化的再液化线；
将所述再液化线和所述蒸发气体供给线进行热交换的热交换部；
以及所述再液化线具备的，将进入所述热交换部之前的蒸发气体进行膨胀处理的再液化膨胀部，所述再液化膨胀部被设置为将所述蒸发气体供给线上分流出的蒸发气体减压至50bar至160bar，且根据所述储存罐内蒸发气体的氮成分含量而使所述蒸发气体供给线分流出的蒸发气体的减压程度不同。
8.根据权利要求 7所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，还包括：将通过所述热交换部的蒸发气体进行减压的膨胀阀，将通过所述膨胀阀后再液化的蒸发气体分离为气体成分和液体成分的气液分离器。
9.根据权利要求 8所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，
所述再液化线还包括：经所述气液分离器分离出的液体成分供至所述储存罐的液化气回收线以及所述气液分离器分离出的气体成分供至所述储存罐或所述蒸发气体供给线上的所述压缩部前端的蒸发气体循环线。
10.根据权利要求 7所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，所述再液化膨胀部，当所述储存罐内蒸发气体的氮成分的含量是10mole％，就将所述蒸发气体供给线分流出的蒸发气体减压至140bar至160bar，当所述储存罐内蒸发气体的氮成分含量是0mole％时，就将所述蒸发气体供给线分流出的蒸发气体减压至50bar至70bar。
11.根据权利要求 7所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，所述再液化膨胀部可使蒸发气体供给线分流出的蒸发气体的膨胀度不同，可以调节进入所述热交换部的蒸发气体的压力。
12.根据权利要求 7所述的船舶的蒸发气体处理装置，利用船舶的蒸发气体处理装置来处理蒸发气体的船舶的蒸发气体处理方法是，测量所述蒸发气体供给线的流量，将所述再液化膨胀部的减压程度向某一方向调节时，所述蒸发气体供给线上测得的流量增大时，就向另一个方向调节所述再液化膨胀部的减压程度，而当所述再液化膨胀部的减压程度往某一方向调节时，所述蒸发气体供给线上测得的流量变小，那么所述再液化膨胀部的减压程度继续向所述某一方向调节。
13.根据权利要求 12所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，将经所述再液化膨胀部减压的蒸发气体的压力调节至所述蒸发气体供给线上测得的流量最小的目标压力为止。
14.根据权利要求 13所述的船舶的蒸发气体处理装置，其特征在于，随着所述储存罐中储存的液化气储存量的变化，经所述再液化膨胀部减压的蒸发气体的所述目标压力也不同，调节所述再液化膨胀部的减压程度以达到所述不同目标压力。
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