CN108027104A - 包括引擎的船舶 - Google Patents

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Abstract

公开一种包括引擎的船舶。所述包括引擎的船舶包括：第一自热交换器，对从存储罐排放的蒸发气体进行热交换；多级式压缩机，对在从存储罐排放后通过第一自热交换器的蒸发气体进行多级压缩；第一减压装置，使被多级式压缩机压缩的蒸发气体中的一部分膨胀；第二自热交换器，以通过第一减压装置膨胀后的蒸发气体对被多级式压缩机压缩的蒸发气体中的其他部分进行热交换；以及第二减压装置，使被第二自热交换器预冷却且被第一自热交换器冷却的蒸发气体膨胀，其中所述第一自热交换器使用从存储罐排放的蒸发气体作为制冷剂来对在被多级式压缩机压缩后通过所述第二自热交换器的蒸发气体进行冷却。

Description

包括引擎的船舶
技术领域
本发明涉及一种包括引擎的船舶，且更具体来说涉及一种其中在引擎中用作燃料后剩余的蒸发气体(boil-offgas)使用蒸发气体作为制冷剂而重新液化成液化天然气(liquefied natural gas，LNG)并返回到存储罐的包括引擎的船舶。
背景技术
一般来说，天然气被液化且以液化天然气(LNG)的形式进行长距离输送。液化天然气是通过在大气压下将天然气冷却到约-163℃的极低温度而获得且由于液化天然气的体积与处于气相的天然气相比显著降低而很适合于海上长距离输送。
即便当LNG存储罐隔热时，完全阻挡外部热量的能力也有限。因此，LNG由于传递到存储罐中的热量而在LNG存储罐中持续汽化。在存储罐中汽化的LNG称为蒸发气体。
如果存储罐中的压力由于蒸发气体的产生而超过预定安全压力，则所述蒸发气体会经由安全阀门从存储罐排放。从存储罐排放的蒸发气体被用作船舶的燃料或者重新液化并返回到所述存储罐。
能够以天然气作为燃料的船用引擎的实例包括双燃料(dual fuel，DF)引擎及M型电控气体喷射(M-type，Electrically Controlled，Gas Injection，ME-GI)引擎。
双燃料柴电(Dual Fuel Diesel Electric，DFDE)引擎每循环具有四个冲程且使用其中将具有约6.5巴(bar)的相对低的压力的天然气喷射到燃烧气体入口中并接着向上推动活塞以对所述气体进行压缩的奥托循环(Otto cycle)。
ME-GI引擎每循环具有两个冲程且使用其中将具有约300巴的高压的天然气直接喷射到位于活塞的上止点(top dead center)附近的燃烧室中的狄赛尔循环(dieselcycle)。近年来，ME-GI引擎由于具有更好的燃料效率及助推效率而受到关注。
发明内容
技术问题
通常，蒸发气体重新液化系统采用冷却循环以通过冷却来使蒸发气体重新液化。对蒸发气体的冷却是通过与制冷剂的热交换来进行且在所属领域中使用利用蒸发气体自身作为制冷剂的局部重新液化系统(partial reliquefaction system，PRS)。
图1是现有技术中的应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
参照图1，在现有技术中的应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统中，从存储罐(100)排放的蒸发气体经由第一阀门(610)发送到第一自热交换器(410)。从存储罐(100)排放且在第一自热交换器(410)中与制冷剂进行热交换的蒸发气体经过多级式压缩机(200)的多级压缩，多级式压缩机(200)包括多个压缩气缸(210、220、230、240、250)及多个冷却器(310、320、330、340、350)。接着，所述蒸发气体中的一些蒸发气体被发送到高压引擎以用作燃料且所述蒸发气体中的其余蒸发气体被发送到第一自热交换器(410)以通过与从存储罐(100)排放的蒸发气体的热交换而冷却。
在多级压缩后被第一自热交换器(410)冷却的蒸发气体通过减压器(720)而局部重新液化并被气液分离器(500)分离成通过重新液化而产生的液化天然气与气态蒸发气体。被气液分离器(500)分离的液化天然气被发送到存储罐(100)，且被气液分离器(500)分离的气态蒸发气体在通过第二阀门(620)后与从存储罐(100)排放的蒸发气体汇合并被接着发送到第一自热交换器(410)。
另一方面，从存储罐(100)排放且已通过第一自热交换器(410)的蒸发气体中的一些蒸发气体经过多级压缩中的局部压缩工艺(例如，通过五个压缩气缸(210、220、230、240、250)及五个冷却器(310、320、330、340、350)中的两个压缩气缸(210、220)及两个冷却器(310、320))，被划分到第三阀门(630)，并最终被发送到发电机。由于发电机需要具有比高压引擎所需压力低的压力的天然气，因此经过局部压缩工艺的蒸发气体被供应到所述发电机。
图2是现有技术中的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
参照图2，如在应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统中一样，在现有技术中的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统中，从存储罐(100)排放的蒸发气体经由第一阀门(610)发送到第一自热交换器(410)。如在图1中所示局部重新液化系统中，已从存储罐(100)排放且通过第一自热交换器(410)的蒸发气体经过多级式压缩机(201、202)的多级压缩且被接着发送到第一自热交换器(410)以通过与从存储罐(100)排放的蒸发气体的热交换而冷却。
如在图1中所示局部重新液化系统中一样，在多级压缩后被第一自热交换器(410)冷却的蒸发气体通过减压器(720)而局部重新液化并被气液分离器(500)分离成通过重新液化而产生的液化天然气与气态蒸发气体。被气液分离器(500)分离的液化天然气被发送到存储罐(100)，且被气液分离器(500)分离的气态蒸发气体在通过第二阀门(620)后与从存储罐(100)排放的蒸发气体汇合且被接着发送到第一自热交换器(410)。
此处，与图1中所示局部重新液化系统不同，在现有技术中的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统中，经过多级压缩中的局部压缩工艺的蒸发气体被划分且被发送到发电机和/或引擎且所有经过所有多级压缩的蒸发气体被发送到第一自热交换器(410)。由于低压引擎需要具有与发电机所需压力相似的压力的天然气，因此经过局部压缩工艺的蒸发气体被供应到所述低压引擎及所述发电机。
在现有技术中的应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统中，由于经过所有多级压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体被发送到高压引擎，因此安装具有所述高压引擎所需输气量(capacity)的单一多级式压缩机(200)。
然而，在现有技术中的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统中，由于经过多级压缩中的局部压缩工艺的蒸发气体被发送到发电机和/或所述引擎且经过所有多级压缩的蒸发气体不被发送到所述引擎，因此各压缩级均不需要大输气量压缩气缸。
因此，被具有相对大的输气量的第一多级式压缩机(201)压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体被划分且被发送到发电机及引擎，且所述蒸发气体中的其余蒸发气体被具有相对小的输气量的第二多级式压缩机(202)另外压缩且被发送到第一自热交换器(410)。
在现有技术中的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统中，压缩机的输气量依据发电机或所述引擎所需的压缩程度来进行优化，以防止与所述压缩机的输气量相关联的制造成本增加，而安装两个多级式压缩机(201、202)会造成维修及大修麻烦的缺点。
本发明的实施例提供一种包括引擎的船舶，基于具有相对低的压力的蒸发气体中的一些蒸发气体被划分且被发送到发电机(在低压引擎的情形中发送到发电机和/或引擎)这一事实，所述包括引擎的船舶在将经过多级压缩的蒸发气体发送到第一自热交换器(410)前，通过与具有低压及低温的蒸发气体的热交换来对经过多级压缩的蒸发气体进行预冷却。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，提供一种包括引擎的船舶，所述船舶还包括：第一自热交换器，对从存储罐排放的蒸发气体进行热交换；多级式压缩机，对从所述存储罐排放且已通过所述第一自热交换器的所述蒸发气体进行多级压缩；第一减压器，使被所述多级式压缩机压缩的所述蒸发气体中的一些蒸发气体膨胀；第二自热交换器，以通过所述第一减压器膨胀后的所述蒸发气体对被所述多级式压缩机压缩的所述蒸发气体中的其他蒸发气体进行热交换；以及第二减压器，使被所述第二自热交换器预冷却且被所述第一自热交换器冷却的所述蒸发气体膨胀，其中所述第一自热交换器使用从所述存储罐排放的所述蒸发气体对被所述多级式压缩机压缩且已通过所述第二自热交换器的所述蒸发气体进行冷却。
已通过所述第二减压器且具有气液混合相的所述蒸发气体可被发送到所述存储罐。
所述船舶还可包括：气体/液体分离器，设置在所述第二减压器的下游且将通过所述蒸发气体的重新液化而产生的液化天然气与气态蒸发气体彼此分离，其中被所述气液分离器分离的所述液化天然气被发送到所述存储罐且被所述气液分离器分离的所述气态蒸发气体被发送到所述第一自热交换器。
已通过所述多级式压缩机的所述蒸发气体中的一些蒸发气体可被发送到高压引擎。
所述高压引擎可为ME-GI(M-type，Electrically Controlled，Gas Injection)引擎。
所述高压引擎可使用压力为约150巴到400巴的天然气作为燃料。
已通过所述第一减压器及所述第二自热交换器的所述蒸发气体可被发送到发电机。
已通过所述第一减压器及所述第二自热交换器的所述蒸发气体可被发送到低压引擎。
已通过所述第一减压器及所述第二自热交换器的所述蒸发气体可被发送到发电机及低压引擎。
所述低压引擎可为DF引擎、X代双燃料(generation X-dual fuel，X-DF)引擎、及燃气轮机中的至少一者。
所述低压引擎可使用压力为约6巴到20巴的天然气作为燃料。
所述低压引擎可使用压力为55巴的天然气作为燃料。
所述发电机可使用压力为约6巴到10巴的天然气作为燃料。
所述多级式压缩机可包括：多个压缩气缸，对蒸发气体进行压缩；以及多个冷却器，分别设置在所述多个压缩气缸的下游，并对被所述压缩气缸压缩且具有提高的压力及温度的所述蒸发气体进行冷却。
所述多级式压缩机可将所述蒸发气体压缩到临界压力或高于所述临界压力。
所述多级式压缩机可将所述蒸发气体压缩到约100巴的压力或高于100巴的压力。
所述船舶还可包括：阀门，控制被所述气液分离器分离且被发送到所述第一自热交换器的所述气态蒸发气体的流量。
所述船舶还可包括：加热器，设置在已通过所述第一减压器及所述第二自热交换器的所述蒸发气体被发送到所述发电机时所沿的管线上。
根据本发明的另一方面，提供一种方法，所述方法包括：1)对从存储罐排放的蒸发气体进行多级压缩；2)对经过多级压缩的所述蒸发气体中的一些蒸发气体(在下文中称为“流a”)进行划分，接着使经过划分的所述蒸发气体膨胀；3)以在步骤2)中膨胀的所述流a对经过多级压缩的所述蒸发气体中的其他蒸发气体(在下文中称为“流b”)进行热交换；4)在第一自热交换器中以从所述存储罐排放的所述蒸发气体对在步骤3)中与所述流a进行热交换的所述流b进行热交换；以及5)使在步骤4)中与从所述存储罐排放的所述蒸发气体进行热交换的所述流b膨胀。
所述方法还可包括：6)将通过在步骤5)中进行膨胀而局部重新液化的所述流b分离成液化天然气与气态蒸发气体；以及7)将在步骤6)中分离的所述液化天然气发送到所述存储罐且在将在步骤6)中分离的所述气态蒸发气体汇合到从所述存储罐排放的所述蒸发气体后，将所述气态蒸发气体发送到所述第一自热交换器。
在步骤1)中经过多级压缩的所述蒸发气体中的一些蒸发气体可被发送到高压引擎。
在步骤3)中与所述流b进行热交换的所述流a可被发送到发电机。
在步骤3)中与所述流b进行热交换的所述流a可被发送到低压引擎。
在步骤3)中与所述流b进行热交换的所述流a可被发送到发电机及低压引擎。
有益效果
根据本发明的实施例，所述包括引擎的船舶使用经过预冷却且具有较低温度的蒸发气体在自热交换器中进行热交换，由此提高重新液化效率，且通过即便在其中所述船舶包括低压引擎的结构中也仍提供一个多级式压缩机而使得能够易于维修及大修。
附图说明
图1是现有技术中的应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
图2是现有技术中的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
图3是根据本发明一个实施例的应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
图4是根据本发明实施例的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
图5是显示甲烷的温度及压力相变曲线的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细阐述本发明的实施例。根据本发明的一种包括引擎的船舶可应用于各种船用系统及陆上系统。应理解，以下实施例可以各种方式加以修改且不限制本发明的范围。
图3是根据本发明一个实施例的应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
在此实施例中，从存储罐(100)排放的蒸发气体将普遍称为蒸发气体且不仅意指处于气态或汽相的蒸发气体，而且意指处于气相、气液混合相、液相、及超临界流体相(supercritical fluid phase)的蒸发气体。
参照图3，根据此实施例的船舶包括：第一自热交换器(410)，对从存储罐(100)排放的蒸发气体进行热交换；多级式压缩机(200)，对从存储罐(100)排放且已通过第一自热交换器(410)的蒸发气体进行多级压缩；第一减压器(710)，使被多级式压缩机(200)压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体膨胀；第二自热交换器(420)，以通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体对被多级式压缩机(200)压缩的所述蒸发气体中的其他蒸发气体进行热交换；以及第二减压器(720)，使在通过第二自热交换器(420)及第一自热交换器(410)的同时冷却的蒸发气体膨胀。
在此实施例中，第一自热交换器(410)在从存储罐(100)排放的蒸发气体与被多级式压缩机(200)压缩且已通过第二自热交换器(420)的蒸发气体(图3中的流b)之间进行热交换。具体来说，第一自热交换器(410)使用从存储罐(100)排放的蒸发气体作为制冷剂对被多级式压缩机(200)压缩且已通过第二自热交换器(420)的蒸发气体(图3中的流b)进行冷却。在用语“自热交换器”中，“自”意指使用冷的蒸发气体作为用于与热的蒸发气体进行热交换的制冷剂。
根据此实施例，多级式压缩机(200)对从存储罐(100)排放且已通过第一自热交换器(410)的蒸发气体进行多级压缩。多级式压缩机(200)包括：多个压缩气缸(210、220、230、240、250)，被配置成对蒸发气体进行压缩；以及多个冷却器(310、320、330、340、350)，分别设置在所述多个压缩气缸(210、220、230、240、250)的下游，并对被压缩气缸(210、220、230、240、250)压缩且具有提高的压力及温度的蒸发气体进行冷却。在此实施例中，多级式压缩机(200)包括五个压缩气缸(210、220、230、240、250)及五个冷却器(310、320、330、340、350)，且蒸发气体在通过多级式压缩机(200)的同时经过五级压缩。然而，应理解，提供此实施例仅是为了进行说明且本发明并不仅限于此。
根据此实施例，第一减压器(710)使在被多级式压缩机(200)多级压缩后被划分的蒸发气体中的一些蒸发气体(图3中的流a)膨胀且将膨胀的蒸发气体发送到第二自热交换器(420)。第一减压器(710)可为膨胀装置或膨胀阀门。
根据此实施例，第二自热交换器(420)在经过多级式压缩机(200)的多级压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体(图3中的流b)与已通过多级式压缩机(200)及第一减压器(710)的蒸发气体中的其他蒸发气体(图3中的流a)之间进行热交换。具体来说，第二自热交换器(420)使用在通过多级式压缩机(200)且通过第一减压器(710)膨胀后被划分的蒸发气体(图3中的流a)作为制冷剂对经过多级式压缩机(200)的多级压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体(图3中的流b)进行冷却。
根据此实施例，第二减压器(720)使在通过多级式压缩机(200)后被第二自热交换器(420)预冷却且被第一自热交换器(410)冷却的蒸发气体膨胀。第二减压器(720)可为膨胀装置或膨胀阀门。
根据此实施例的船舶还可包括气液分离器(500)，气液分离器(500)将气态蒸发气体与通过蒸发气体的局部重新液化而产生的液化天然气分离，所述蒸发气体是通过由第二自热交换器(420)及第一自热交换器(410)进行冷却且由第二减压器(720)进行膨胀而局部重新液化。被气液分离器(500)分离的液化天然气可被发送到存储罐(100)且被气液分离器(500)分离的气态蒸发气体可被发送到所述蒸发气体从存储罐(100)被发送到第一自热交换器(410)时所沿的管线。
根据此实施例的船舶还可包括以下中的至少一者：第一阀门(610)，视需要阻挡从存储罐(100)排放的蒸发气体；以及加热器(800)，对经由第一减压器(710)及第二自热交换器(420)发送到发电机的蒸发气体进行加热。第一阀门(610)平常可维持在开启状态且可在对存储罐(100)进行维修或大修时关闭。
在其中所述船舶包括气液分离器(500)的结构中，所述船舶还可包括第二阀门(620)，第二阀门(620)控制被气液分离器(500)分离且被发送到第一自热交换器(410)的气态蒸发气体的流量。
在下文中将阐述根据此实施例的流体的流动。应注意，下文中所述的蒸发气体的温度及压力为近似理论值且可依据所述蒸发气体的温度、引擎所需的压力、多级式压缩机的设计、所述船舶的速度等来变化。
因外部热量侵入存储罐(100)内部而产生且具有约-130℃到-80℃的温度及大气压的蒸发气体在所述蒸发气体的压力变为预定压力或高于预定压力时被从存储罐(100)排放且被发送到第一自热交换器(410)。
从存储罐(100)排放且具有约-130℃到-80℃的温度的蒸发气体可与被气液分离器(500)分离且具有约-160℃到-110℃的温度及大气压的蒸发气体混合，且接着以其中蒸发气体具有约-140℃到-100℃的温度及大气压的状态被发送到第一自热交换器(410)。
从存储罐(100)发送到第一自热交换器(410)的蒸发气体可通过与已通过多级式压缩机(200)及第二自热交换器(420)且具有约-50℃到30℃的温度及约150巴到400巴的压力的蒸发气体(图3中的流b)的热交换而具有约-90℃到40℃的温度及大气压。
从存储罐(100)排放且已通过第一自热交换器(410)的蒸发气体经过多级式压缩机(200)的多级压缩而具有临界压力或高于临界压力。
图5是显示甲烷的温度及压力相变曲线的曲线图。参照图5，甲烷在约-80℃或高于-80℃且压力为约50巴或高于50巴的条件下具有超临界流体相。即，甲烷在-80℃及50巴处具有临界点。超临界流体相是不同于液相或气相的第三相。此处，甲烷的临界点可依据蒸发气体中所含有的氮的量来变化。
另一方面，尽管在临界压力或高于临界压力下具有比临界温度低的温度的流体可具有与一般液体不同且与具有高密度的超临界流体相似的相且因此可一般称为超临界流体，然而具有临界压力或高于临界压力且具有临界温度或低于临界温度的蒸发气体的相在下文中将称为“高压液相”。
参照图5，可看出，尽管具有相对低的压力(图5中的X)的天然气的气相即便在温度及压力降低后(图5中的X′)仍得到保持，然而在天然气的压力抬升后(图5中的Y)，所述天然气即便在温度及压力降低时也可能由于局部液化而变为气液混合相(图5中的Y′)。即，可看出，可通过在天然气通过自热交换器(410、420)前提高所述天然气的压力来进一步提高液化效率且如果所述压力可得到充分抬升，则还可实现理论上100％的液化。
因此，根据此实施例的多级式压缩机(200)将蒸发气体压缩到临界压力或高于临界压力以将所述蒸发气体重新液化。
根据此实施例，由于已通过多级式压缩机(200)的蒸发气体中的一些蒸发气体被用作高压引擎的燃料，因此所述蒸发气体被多级式压缩机(200)压缩成具有所述高压引擎所需的压力。当高压引擎为ME-GI引擎时，已通过多级式压缩机(200)的蒸发气体具有约40℃到50℃的温度及约150巴到400巴的压力。
在通过多级式压缩机(200)的多级压缩而被压缩到临界压力或高于临界压力的蒸发气体中，一些蒸发气体被用作高压引擎的燃料且其他蒸发气体被划分成两个流。
被多级式压缩机(200)压缩且未被发送到引擎的蒸发气体的一个流(图3中的流a)通过第一减压器(710)膨胀且被接着发送到第二自热交换器(420)，而蒸发气体的另一流(图3中的流b)被直接发送到第二自热交换器(420)且与通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体(图3中的流a)进行热交换。即，在被多级式压缩机(200)压缩的蒸发气体被发送到第一自热交换器(410)前，被多级式压缩机(200)压缩的蒸发气体(图3中的流b)被第二自热交换器(420)使用通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体(图3中的流a)作为制冷剂而预冷却，由此提高重新液化效率。
由于通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体被发送到发电机，因此所述蒸发气体通过第一减压器(710)而膨胀到所述发电机所需的压力，且已通过第一减压器(710)的蒸发气体可具有约-60℃到20℃的温度及约6巴到10巴的压力。
根据此实施例，从存储罐(100)排放的蒸发气体一般有三种用法。即，从存储罐(100)排放的蒸发气体在被压缩到临界压力或高于临界压力后用作引擎的燃料，在被压缩到低于或等于临界压力的相对低的压力后被发送到发电机，或者当在实现所述引擎及所述发电机所需的蒸发气体量后剩余时重新液化并返回到存储罐(100)。
根据此实施例，基于将被发送到发电机的蒸发气体在通过第一减压器(710)膨胀后不仅压力降低而且温度也降低这一事实，被多级式压缩机(200)压缩到临界压力或高于临界压力的蒸发气体(图3中的流b)首先通过使用通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体(图3中的流a)作为制冷剂进行热交换而预冷却。
参照图5，可看出，重新液化效率可通过对通过预冷却工艺而具有较低温度的蒸发气体(图5中的Y＂)进行自热交换而得到进一步提高。根据此实施例的船舶在通过第二自热交换器(420)进一步降低蒸发气体的温度后将所述蒸发气体发送到第一自热交换器(410)，由此提高重新液化效率，且所述船舶通过使用蒸发气体作为制冷剂进行自热交换来对所述蒸发气体进行预冷却而非使用单独的制冷剂来对所述蒸发气体进行预冷却，由此提供经济可行性。
被多级式压缩机(200)压缩且已通过第一减压器(710)的蒸发气体中的一些蒸发气体(图3中的流a)在第二自热交换器(420)中进行热交换后被发送到发电机。所述发电机需要约6巴到10巴的压力，且在已通过第一减压器(710)及第二自热交换器(420)后被发送到所述发电机的蒸发气体可被设置在所述发电机的上游的加热器(800)加热到所述发电机所需的温度。
已通过第一减压器(710)及第二自热交换器(420)的蒸发气体可具有约-30℃到40℃的温度及约6巴到10巴的压力，且已通过加热器(800)的蒸发气体所具有的气相可具有约40℃到50℃的温度及约6巴到10巴的压力。另外，已通过第一减压器(710)的蒸发气体可具有气相或气液混合相，且可通过在第二自热交换器(420)中进行热交换而变为气相。
被多级式压缩机(200)压缩且被直接发送到第二自热交换器(420)的蒸发气体中的一些蒸发气体(图3中的流b)被第二自热交换器(410)预冷却到约-50℃到30℃的温度及约150巴到400巴的压力且被接着发送到第一自热交换器(410)。由于已通过多级式压缩机(200)及第二自热交换器(420)的蒸发气体的压力为根据此实施例的高压引擎所需的约150巴到400巴，因此已通过多级式压缩机(200)及第二自热交换器(420)的蒸发气体的压力可依据所述引擎所需的压力来变化。
被第二自热交换器(420)预冷却且被接着发送到第一自热交换器(410)的蒸发气体通过与从存储罐(100)排放的蒸发气体的热交换而具有约-130℃到-90℃的温度及约150巴到400巴的压力。
经过多级式压缩机(200)的压缩、被第二自热交换器(420)预冷却且被第一自热交换器(410)冷却的蒸发气体在通过第二减压器(720)膨胀后局部重新液化。已通过第二减压器(720)的蒸发气体可具有约-140℃到-110℃的温度及约2巴到10巴的压力。
在第二减压器(720)中局部重新液化的蒸发气体可以气液混合相被直接发送到存储罐(100)，或者可被发送到使所述气液混合相分离成液相与气相的气液分离器(500)。
当局部重新液化的蒸发气体被发送到气液分离器(500)时，被气液分离器(500)分离且具有约-163℃的温度及大气压的液化天然气被发送到存储罐(100)，且被气液分离器(500)分离且具有约-160℃到-110℃的温度及大气压的气态蒸发气体与从存储罐(100)排放的蒸发气体一起被发送到第一自热交换器(410)。被气液分离器(500)分离且被发送到第一自热交换器(410)的蒸发气体的流量可由第二阀门(620)控制。
图4是根据本发明实施例的应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统的示意图。
图4中所示应用于包括低压引擎的船舶的局部重新液化系统与图3中所示应用于包括高压引擎的船舶的局部重新液化系统的不同之处在于经过多级式压缩机(200)的多级压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体在已通过第一减压器(710)及第二自热交换器(420)后被发送到发电机和/或所述引擎，且以下说明将着重于所述局部重新液化系统的不同配置。将不再对与以上所述包括高压引擎的船舶的组件相同的组件予以赘述。
图3中所示局部重新液化系统所应用于的船舶中所包括的高压引擎与图4中所示局部重新液化系统所应用于的船舶中所包括的低压引擎之间的差异是基于所述引擎使用具有临界压力或高于临界压力的天然气作为燃料。即，使用具有临界压力或高于临界压力的天然气作为燃料的引擎称为高压引擎，且使用具有小于临界压力的压力的天然气作为燃料的引擎称为低压引擎。
参照图4，如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，根据此实施例的船舶包括第一自热交换器(410)、多级式压缩机(200)、第一减压器(710)、第二自热交换器(420)、及第二减压器(720)。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，根据此实施例的第一自热交换器(410)在从存储罐(100)排放的蒸发气体与被多级式压缩机(200)压缩且已通过第二自热交换器(420)的蒸发气体(图4中的流b)之间进行热交换。具体来说，第一自热交换器(410)使用从存储罐(100)排放的蒸发气体作为制冷剂对被多级式压缩机(200)压缩且已通过第二自热交换器(420)的蒸发气体(图4中的流b)进行冷却。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，根据此实施例的多级式压缩机(200)对从存储罐(100)排放且已通过第一自热交换器(410)的蒸发气体进行多级压缩。如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，根据此实施例的多级式压缩机(200)可包括多个压缩气缸(210、220、230、240、250)及多个冷却器(310、320、330、340、350)。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，根据此实施例的第一减压器(710)使在被多级式压缩机(200)多级压缩后被划分的蒸发气体中的一些蒸发气体(图4中的流a)膨胀且将膨胀的蒸发气体发送到第二自热交换器(420)。第一减压器(710)可为膨胀装置或膨胀阀门。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，第二自热交换器(420)在经过多级式压缩机(200)的多级压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体(图4中的流b)与已通过多级式压缩机(200)及第一减压器(710)的蒸发气体中的其他蒸发气体(图4中的流a)之间进行热交换。具体来说，第二自热交换器(420)使用在通过多级式压缩机(200)后被划分且通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体(图4中的流a)作为制冷剂来对经过多级式压缩机(200)的多级压缩的蒸发气体中的一些蒸发气体(图4中的流b)进行冷却。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，第二减压器(720)使在通过多级式压缩机(200)后被第二自热交换器(420)预冷却且被第一自热交换器(410)冷却的蒸发气体膨胀。第二减压器(720)可为膨胀装置或膨胀阀门。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，根据此实施例的船舶还可包括气液分离器(500)，气液分离器(500)设置在第二减压器(720)的下游。被气液分离器(500)分离的液化天然气可被发送到存储罐(100)且被气液分离器(500)分离的气态蒸发气体可被发送到蒸发气体从存储罐(100)被发送到第一自热交换器(410)时所沿的管线。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，根据此实施例的船舶还可包括以下中的至少一者：第一阀门(610)，视需要阻挡从存储罐(100)排放的蒸发气体；以及加热器(800)，对经由第一减压器(710)及第二自热交换器(420)发送到发电机的蒸发气体进行加热。
此外，如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，在其中所述船舶包括气液分离器(500)的结构中，所述船舶还可包括第二阀门(620)，第二阀门(620)控制被气液分离器(500)分离且被发送到第一自热交换器(410)的气态蒸发气体的流量。
在下文中将阐述根据此实施例的流体的流动。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，因外部热量侵入存储罐(100)内部而产生且具有约-130℃到-80℃的温度及大气压的蒸发气体在所述蒸发气体的压力变为预定压力或高于预定压力时被从存储罐(100)排放且被发送到第一自热交换器(410)。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，从存储罐(100)排放且具有约-130℃到-80℃的温度的蒸发气体可与被气液分离器(500)分离且具有约-160℃到-110℃的温度及大气压的蒸发气体混合，且接着以其中蒸发气体具有约-140℃到-100℃的温度及大气压的状态被发送到第一自热交换器(410)。
从存储罐(100)发送到第一自热交换器(410)的蒸发气体可通过与已通过多级式压缩机(200)及第二自热交换器(420)且具有约-50℃到30℃的温度及约150巴到300巴的压力的蒸发气体(图4中的流b)的热交换而具有约-90℃到40℃的温度及大气压。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，从存储罐(100)排放且已通过第一自热交换器(410)的蒸发气体经过多级式压缩机(200)的多级压缩而具有临界压力或高于临界压力。
根据此实施例，与图3中所示包括高压引擎的船舶不同，由于已通过多级式压缩机(200)的蒸发气体中的一些蒸发气体不被直接发送到引擎，因此多级式压缩机(200)无需将所述蒸发气体压缩到所述引擎所需的压力。然而，为重新液化效率起见，蒸发气体被多级式压缩机(200)优选地压缩到临界压力或高于临界压力，更优选地压缩到100巴到高于100巴。已通过多级式压缩机(200)的蒸发气体可具有约40℃到50℃的温度及约100巴到300巴的压力。
与图2中所示船舶不同，根据此实施例的包括低压引擎的船舶包括单一多级式压缩机，由此使得能够易于维修及大修。
与图3中所示包括高压引擎的船舶不同，所有通过多级式压缩机(200)的多级压缩而被压缩到临界压力或高于临界压力的蒸发气体被划分成两个流且被发送到第一减压器(710)或第二自热交换器(420)。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，被多级式压缩机(200)压缩的蒸发气体的一个流(图4中的流a)通过第一减压器(710)进行膨胀且被接着发送到第二自热交换器(420)，且所述蒸发气体的另一个流(图4中的流b)被直接发送到第二自热交换器(420)且与通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体(图4中的流a)进行热交换。即，在被多级式压缩机(200)压缩的蒸发气体被发送到第一自热交换器(410)前，被多级式压缩机(200)压缩的蒸发气体(图4中的流b)被第二自热交换器(420)使用通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体(图4中的流a)作为制冷剂而预冷却，由此提高重新液化效率。
由于通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体被发送到低压引擎和/或发电机，因此所述蒸发气体通过第一减压器(710)而膨胀到所述低压引擎和/或所述发电机所需的压力，且已通过第一减压器(710)的蒸发气体可具有约-60℃到20℃的温度及约6巴到10巴的压力。此处，当低压引擎为燃气轮机时，通过第一减压器(710)膨胀后的蒸发气体可具有约55巴的压力。
与图3中所示包括高压引擎的船舶不同，被多级式压缩机(200)压缩且已通过第一减压器(710)的蒸发气体中的一些蒸发气体(图4中的流a)在第二自热交换器(420)中进行热交换后不仅被发送到发电机而且被发送到所述引擎。
在已通过第一减压器(710)及第二自热交换器(420)后被发送到发电机的蒸发气体可被加热器(800)控制成某一温度。已通过第一减压器(710)及第二自热交换器(420)的蒸发气体可具有约-30℃到40℃的温度及约6巴到20巴的压力，且已通过加热器(800)的蒸发气体可具有约40℃到50℃的温度及约6巴到20巴的压力。此处，当低压引擎为燃气轮机时，已通过加热器(800)的蒸发气体可具有约55巴的压力。
所述发电机需要约6巴到10巴的压力且所述低压引擎需要约6巴到20巴的压力。所述低压引擎可为DF引擎、X-DF引擎、或燃气轮机。此处，当低压引擎为燃气轮机时，所述燃气轮机需要约55巴的压力。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，已通过第一减压器(710)的蒸发气体可具有气相或气液混合相，且可通过在第二自热交换器(420)中进行热交换而变为气相。
被多级式压缩机(200)压缩且被直接发送到第二自热交换器(420)的蒸发气体中的一些蒸发气体(图4中的流b)被第二自热交换器(420)预冷却到约-50℃到30℃的温度及约100巴到300巴的压力且被接着发送到第一自热交换器(410)。
如上所述，确定已通过多级式压缩机(200)及第二自热交换器(420)的蒸发气体的压力为约100巴到300巴这一条件是为了通过在多级式压缩机(200)中将蒸发气体压缩到临界压力或高于临界压力来提高第二自热交换器(420)中的重新液化效率。因此，已通过多级式压缩机(200)及第二自热交换器(420)的蒸发气体的压力可依据操作条件来变化。
被第二自热交换器(420)预冷却且被接着发送到第一自热交换器(410)的蒸发气体通过与从存储罐(100)排放的蒸发气体的热交换而具有约-130℃到-90℃的压力及约100巴到300巴的压力。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，经过多级式压缩机(200)压缩、被第二自热交换器(420)冷却且被第一自热交换器(410)冷却的蒸发气体在通过第二减压器(720)膨胀后局部重新液化。已通过第二减压器(720)的蒸发气体可具有约-140℃到-110℃的温度及约2巴到10巴的压力。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，在第二减压器(720)中局部重新液化的蒸发气体可以气液混合相被直接发送到存储罐(100)，或者可被发送到使所述气液混合相分离成液相与气相的气液分离器(500)。
如在图3中所示包括高压引擎的船舶中一样，当局部重新液化的蒸发气体被发送到气液分离器(500)时，被气液分离器(500)分离且具有约-163℃的温度及大气压的液化天然气被发送到存储罐(100)，且被气液分离器(500)分离且具有-160℃到-110℃的温度及大气压的气态蒸发气体与从存储罐(100)排放的蒸发气体一起被发送到第一自热交换器(410)。被气液分离器(500)分离且被发送到第一自热交换器(410)的蒸发气体的流量可由第二阀门(620)控制。
对于所属领域中的技术人员来说将显而易见，本发明并不限于上述实施例且可在不背离本发明的精神及范围的条件下作出各种润饰、变化、变更、及等效实施。

Claims (20)

1.一种包括引擎的船舶，所述船舶还包括：
第一自热交换器，对从存储罐排放的蒸发气体进行热交换；
多级式压缩机，对从所述存储罐排放且已通过所述第一自热交换器的所述蒸发气体进行多级压缩；
第一减压器，使被所述多级式压缩机压缩的所述蒸发气体中的一些蒸发气体膨胀；
第二自热交换器，以通过所述第一减压器膨胀后的所述蒸发气体对被所述多级式压缩机压缩的所述蒸发气体中的其他蒸发气体进行热交换；以及
第二减压器，使被所述第二自热交换器预冷却且被所述第一自热交换器冷却的所述蒸发气体膨胀，
其中所述第一自热交换器使用从所述存储罐排放的所述蒸发气体对被所述多级式压缩机压缩且已通过所述第二自热交换器的所述蒸发气体进行冷却。
2.根据权利要求1所述的包括引擎的船舶，其中已通过所述第二减压器且具有气液混合相的所述蒸发气体被发送到所述存储罐。
3.根据权利要求1所述的包括引擎的船舶，还包括：
气液分离器，设置在所述第二减压器的下游且将通过所述蒸发气体的重新液化而产生的液化天然气与气态蒸发气体彼此分离，
其中被所述气液分离器分离的所述液化天然气被发送到所述存储罐且被所述气液分离器分离的所述气态蒸发气体被发送到所述第一自热交换器。
4.根据权利要求1所述的包括引擎的船舶，其中已通过所述多级式压缩机的所述蒸发气体中的一些蒸发气体被发送到高压引擎。
5.根据权利要求4所述的包括引擎的船舶，其中所述高压引擎是ME-GI引擎。
6.根据权利要求4所述的包括引擎的船舶，其中所述高压引擎使用压力为150巴到400巴的天然气作为燃料。
7.根据权利要求1所述的包括引擎的船舶，其中已通过所述第一减压器及所述第二自热交换器的所述蒸发气体被发送到发电机及低压引擎中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的包括引擎的船舶，其中所述低压引擎是双燃料引擎、X代双燃料引擎、及燃气轮机中的至少一者。
9.根据权利要求7所述的包括引擎的船舶，其中所述低压引擎使用压力为6巴到20巴的天然气作为燃料。
10.根据权利要求7所述的包括引擎的船舶，其中所述低压引擎使用压力为55巴的天然气作为燃料。
11.根据权利要求7所述的包括引擎的船舶，其中所述发电机使用压力为6巴到10巴的天然气作为燃料。
12.根据权利要求1所述的包括引擎的船舶，其中所述多级式压缩机将所述蒸发气体压缩到临界压力或高于所述临界压力。
13.根据权利要求12所述的包括引擎的船舶，其中所述多级式压缩机将所述蒸发气体压缩到100巴的压力或高于100巴的压力。
14.根据权利要求3所述的包括引擎的船舶，还包括：
阀门，控制被所述气液分离器分离且被发送到所述第一自热交换器的所述气态蒸发气体的流量。
15.根据权利要求7所述的包括引擎的船舶，还包括：
加热器，设置在已通过所述第一减压器及所述第二自热交换器的所述蒸发气体被发送到所述发电机时所沿的管线上。
16.一种方法，包括：
1)对从存储罐排放的蒸发气体进行多级压缩；
2)对经过多级压缩的所述蒸发气体中的一些蒸发气体(在下文中称为‘流a’)进行划分，接着使经过划分的所述蒸发气体膨胀；
3)以在步骤2)中膨胀的所述流a对在步骤1)中经过多级压缩的所述蒸发气体中的其他蒸发气体(在下文中称为‘流b’)进行热交换；
4)在第一自热交换器中以从所述存储罐排放的所述蒸发气体对在步骤3)中与所述流a进行热交换的所述流b进行热交换；以及
5)使在步骤4)中与从所述存储罐排放的所述蒸发气体进行热交换的所述流b膨胀。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
6)将通过在步骤5)中进行膨胀而局部重新液化的所述蒸发气体分离成液化天然气与气态蒸发气体；以及
7)将在步骤6)中分离的所述液化天然气发送到所述存储罐且在将在步骤6)中分离的所述气态蒸发气体汇合到从所述存储罐排放的所述蒸发气体后，将所述气态蒸发气体发送到所述第一自热交换器。
18.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤1)中经过多级压缩的所述蒸发气体中的一些蒸发气体被发送到高压引擎。
19.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤3)中与所述流b进行热交换的所述流a被发送到发电机。
20.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤3)中与所述流b进行热交换的所述流a被发送到发电机与低压引擎中的至少一者。
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