CN108137145A - 为至少供应发动机的目的用于处理蒸发气体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种向运输液化天然气（LNG）的远洋油轮供应天然气燃料的设备。该设备包括：具有压缩机（12）的第一管线，该压缩机具有与至少一个液化天然气储罐（2）的缺量空间（4）连通的入口、以及与从压缩机通向至少一个发动机（38）的导管连通的出口；以及具有强制气化器（24）的第二管线，该强制气化器具有与所述储罐（2）的液体储存区域（6）连通的入口，第二管线与第一管线在压缩机（12）下游和发动机（38）上游连接。

Description

为至少供应发动机的目的用于处理蒸发气体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种为至少供应发动机（例如，双燃料柴油发动机）的目的而用于处理蒸发气体的方法和装置。根据本发明的方法和装置特别适合在船上使用，以用于向船的发动机提供燃料的目的。
背景技术
本发明更具体地涉及在运输液化天然气（LNG）的油轮上处理液化天然气。运输的液化天然气通常用于推进油轮。来自油轮上的罐体的气体供应推进油轮的发动机。
最近推出了比蒸汽涡轮机推进效率更好的新型推进系统。因此，液化天然气运输船队中的一些轮船使用四冲程双燃料柴油电力（DFDE）推进系统或者低压双冲程双燃料柴油推进系统。这些轮船由多个双燃料柴油发动机提供动力，并且发动机由自然蒸发（NBO）、强制蒸发（FBO）或重质燃料油（HFO）提供燃料。每个发动机能够利用气体（NBO和/或FBO）或柴油（HFO）运行，并且在一些情况中可以同时利用二者运行。
根据功率需求，一个或多个发动机将被操作。一些发动机可以利用气体运行，而另一些发动机利用重质燃料油运行。可用的自然蒸发流取决于气体组成、货舱的液位、海况和航行（载货/压舱）。
取决于轮船操作理念，如果超出自然蒸发可用功率，将由强制蒸发（如果气体操作优先）或重质燃料油（如果柴油操作优先）提供燃料。自然蒸发和强制蒸发的可用功率取决于气体组成，并且因此在设计设备尺寸时必须考虑质量流和体积流。
这些新型推进系统对气体的供应有需求，并且无论自然蒸发还是强制蒸发在它们供应推进系统前可能需要经过处理。通常，自然蒸发和强制蒸发在它们用作新发动机的燃料之前经过压缩和温度调节。
发明内容
本发明的目标在于提供一种用于处理用于供应发动机（诸如，双燃料发动机）的气体的改进的方法和设备。
本发明的另一目标是向发动机提供一种气体，该气体具有高比例的甲烷和尽可能低比例的重质组分（例如，丙烷，丁烷等）。
根据当前发明，提供了一种用于向运输液化天然气（LNG）的远洋油轮供应天然气燃料的设备，包括：
- 具有压缩机的第一管线，该压缩机具有与至少一个液化天然气储罐的缺量空间连通的入口、以及与从压缩机通向至少一个发动机的导管连通的出口，以及
- 具有强制气化器的第二管线，该强制气化器具有与所述储罐的液体储存区域连通的入口，
其特征在于，第二管线与第一管线在压缩机下游和发动机上游连接。
以此方式，压缩机的尺寸能够被设计成仅压缩第一管线中的气体。供应至（多个）发动机的气体的一部分能够是强制蒸发气体。这允许减少设备的功率，因为从强制蒸发气体向（多个）发动机供应气体所需的功率比从压缩的自然蒸发气体向（多个）发动机供应气体所需的功率低。
在根据本发明的设备中，压缩机优选地是多级压缩机。例如，该压缩机具有六个级。
在根据本发明的设备的一个实施例中，第一管线能够包括至少两个并联的压缩机。
第二管线还能够包括位于强制气化器下游以及与第一管线的连接点上游的雾分离器装置。以此方式，在气体被送至（多个）发动机之前，可以部分地去除诸如乙烷，丙烷，丁烷的重质组分。
在第一管线和第二管线连接之前，为了使从第一管线出来的气体的状态与从第二管线出来的气体的状态相适应，例如第一管线在（多个）压缩机之后至少包括后冷却器，并且例如第二管线至少包括加热器。
本发明还涉及一种处理来自液化天然气罐体的天然气以用于至少供应发动机的方法，其特征在于以下步骤：
- 向第一管线供应自然蒸发气体；
- 压缩所述自然蒸发气体；
- 向第二管线供应液化天然气；
- 使所述液化天然气强制气化；
- 将压缩的自然蒸发气体与强制蒸发气体混合；
- 至少向发动机供应混合气体。
该方法适于发动机是双燃料柴油发动机的情况。
自然蒸发气体能够在至少一个多级压缩机中被压缩。
在第一管线中，压缩气体能够在与强制蒸发气体混合之前前在后冷却器中被冷却。
在第二管线中，在液化天然气气化之后，液体能够通过雾分离装置而从流体中被去除。
根据本发明的方法，气体在气化之后也能够在第二管线中被控制温度。
附图说明
现在参考附图通过示例的方式描述根据本发明的方法和设备，其中，
图1至图3是根据本发明的不同的天然气供应装置的概括性示意流程图。
图1至图3中的相同部件用相同的附图标记表示，并且附图没有按比例绘制。
具体实施方式
参照附图中的图1，液化天然气储罐2（可能是多个储罐中的一个）位于远洋油轮（未显示）上。罐体2是绝热的或者具有与其相关联的另一形式的热绝缘，以便抑制从周围环境到其中的液体中的热量流。罐体2具有缺量（ullage）空间4，并且包含液化天然气的体积6。因为液化天然气在远低于环境的温度下蒸发，尽管罐体2做了热绝缘，但存在液化天然气持续蒸发至缺量空间4中。所产生的气化气体通过出口8流出罐体2，并且沿着管线10流到压缩机（或鼓风机）12。压缩机12可以由电动马达14驱动。气体的压力通过压缩机12的操作而升高。压缩热量通常足以将被压缩的气体的温度升高至供应发动机（诸如，四冲程低压柴油发动机）所需的合适的温度。然而，所得到的压缩气体因此能够经过气体加热器16，在气体加热器16中压缩气体由蒸汽（或其他加热介质，例如，热水）加热，从而将其温度调节至所需的温度。为了避免气体过热，通过从气体加热器16的上游延伸到下游的带阀的旁路管线20提供温度控制。作为温度控制的另外的措施，气体加热器在其上游侧具有流动控制阀18，该流动控制阀18能够设定以便通过其选择出口温度。
第二流来自储罐2。该第二流是气化的天然气流，其通过采用强制气化器24使由潜水泵26从储罐2内的液化天然气的体积6中获取的液化天然气流气化而形成。泵26的出口经由立管28与强制气化器24连通。压力控制阀34打开管道36以便允许液体以不同的流率通过气化器24返回储罐2。强制气化器24具有扩大的过热部分，以便能够容易地实现20℃以上的出口温度。强制气化器24具有类似于与气体加热器16相关联的阀的设置。因此，在气化器24的上游侧存在第一流控制阀30以便设定加热器16的出口压力使得该压力与压缩机12的出口压力相等，并且存在从气化器24的上游延伸到下游的阀旁路管线32以便控制蒸气的出口温度。气化器24通常采用蒸汽加热来提高从其流过的流体的温度。
第二气体流通过压缩机12下游和加热器18上游的管道22被供应至第一气体流（通过管线10从储罐出来）中。
从气体加热器16出来的气体能够用于供应位于油轮的发动机室40中的双燃料发动机38。
根据本发明的设备优选地具有各种安全措施来处理任何意外的操作状况。例如，以本领域普通技术人员所知的方法使用的各种阀。图中示出了一些阀，但在本说明书中未做出描述。
当自然蒸发（NBO）相对暖的情况下，可能需要降低温度。自然蒸发进入喷雾预冷却器52，其中，少量的液化天然气与自然蒸发混合以降低温度。这能够导致液滴被带到喷雾预冷却器52的下游。为了避免压缩机12中的气体包含液滴，相分离器容器42位于管线10上，在相分离器容器42中液体与气体脱离。液体经由导管返回到储罐2的区域，优选地位于液面下方（在体积6中）。该相分离器容器与自然蒸发（NBO）有关。第二相分离器容器44也预见用于强制蒸发（FBO）。液体可以通过底部出口从容器44中推回，并通过导管被引至储罐2（优选地在体积6中）。不含液体颗粒的所得到的天然气从相分离器44的顶部流出，并且在低温或致冷温度下与来自压缩机12的天然气在气体加热器16上游的区域处混合。
图1（以及图2和图3）仅示出了主要元件。诸如例如起动管线、与第二压缩机的互连、备用气化器、第二加热器等没有被表示。
如果需要，相分离器42和/或44可以在靠近其顶部的区域处装配有吸收材料或丝网的垫子，该垫子可以吸收来自相分离器中的气体的任何残留液化天然气液滴。液体可以连续地或以固定间隔通过底部出口从容器42和/或44退回，并且通过适当的操作和阀（未显示）的控制返回罐体2。
图2是具有多个储罐2的本发明的实施例。该实施例示出的是，强制蒸发从一些罐体（1个、2个或更多）中被获取。图2还示出了经由控制阀48连接至罐体2的出口8的通气管46。其还示出了气体能够在其中燃烧的气体燃烧单元（CGU）50。
图2所示的设备的结构与图1的设备的结构相同。在第一气体流上，为了最小化压缩机的压头（以及因此功率）需求，自然蒸发通常借助于压缩机12上游的喷雾预冷却器52在压载航行期间被冷却。相分离器容器42是自然蒸发雾分离器，并且安装在喷雾预冷却器52和压缩机12之间，以便保护压缩机免于可能的液滴带出。冷凝物利用压力辅助排放瓶（未示出）返回至罐体2。后冷却器54设置在通向发动机室40中的双燃料发动机和气体燃烧单元50的每个管线上，以便提供所需的任意温度校正。
在第二气体流上，如果自然蒸发不足，可设置强制气化器以便产生强制蒸发来弥补燃料气体需求。向强制气化器24的液体进给借助于安装在两个罐体中的专用燃料气体泵26或喷雾泵（未示出）来进行。
由于强制气体含有液化天然气的所有组分，重质烃的比例将对进入发动机的气体的甲烷数量具有负面影响。为了在这些情况下改善甲烷数量，强制温度被降低，并且在强制气化器24之后安装强制蒸发雾分离器（第二相分离器容器44）以便去除冷凝物。这可去除大部分返回到罐体2中的重质烃。
自然蒸发流和强制蒸发流在燃料气体压缩机12之后结合。然后，组合流在被引导到发动机室40中的发动机之前经过燃料气体（低负荷）加热器16。
当自然蒸发消耗量小于供应量时，气体燃烧单元 50（或图1所示的热氧化器56）被设置以便在低发动机载荷条件下处理过量的自然蒸发。它也可以用于在压缩机启动期间处理气体，同时进口管线冷却。
额外的燃料气体由专用的高压头燃料气体泵供应并且被进给至强制气化器24。强制气体被送到强制蒸发雾分离器（相分离器容器44），其中，重质烃被去除并且在系统压力下返回至罐体。
图3示出了本公开内容的处理装置的另一个实施例。该实施例提出两个压缩机12。每个压缩机12具有六个级并且还包括两个中间冷却器58和一个后冷却器60。第一中间冷却器58位于将第一级的出口连接至其入口的环路中。第二中间冷却器58串联位于所考虑的压缩机12的第三级和第四级之间。后冷却器60放置在第六级的下游，并且允许调节压缩气体流的温度。
在本实施例中，能够传递两种不同压力。例如，该处理装置能够供应发动机室40中的发动机，但也可以供应发电机62或其他类型的消耗装置。
能够看出，在本实施例中，压缩机12之后没有加热器。强制蒸发气体在压缩机12下游（在所示实施例中，也在后冷却器60下游）、在发电机62和发动机室40的发动机上游与压缩的自然蒸发气体混合。
为了使来自第二流（FBO）的气体的状态与来自第一流（NBO）的压缩气体的状态相适应，在相分离器容器44的下游还预见加热器64。然后将从加热器64出来的气体与自然蒸发压缩气体混合。例如，气体（自然蒸发和强制蒸发）的压力在10和20巴（bar）之间。如果压缩机12输送两种不同压力，则能够将强制蒸发气体与仅来自一个压缩机12中的气体混合，或者能够预见具有强制蒸发的第二管线。
图3还示出了再液化装置62。在自然蒸发气体过剩的情况下，额外的气体能够被再液化并且被送回至罐体2中，由此保存货物。
上面所述的设备满足了低压二冲程双燃料发动机的最佳操作所需的条件。这包括最大化发动机的可用效率的特征，同时维持适合于多级压缩机、加热器和气化器的操作的条件。
根据本公开内容的设备的有利实施例，压缩机的尺寸必须被设计成适合于自然蒸发气体的容量。这允许降低容量和安装的功率。所提出的强制蒸发调节改善了气体的组成并且允许更宽的操作范围，否则会因为较低的甲烷数量的影响而受到限制。
由燃料气体泵产生的压力被保留并且在强制气化器之后被使用。这节省了泵的能量输入，并且大大降低了压缩机的驱动功率。
在所有操作模式下，对燃料气体供应系统和辅助设备（喷雾泵、气体燃烧单元等）的适当控制将允许无故障的自动操作。
根据本公开内容，一种经济的蒸发气体处理系统被提出，其极大的便利了低压二冲程双燃料液化天然气载体的复杂的燃料气体处理需求。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示并描述了本发明，但是这样的图示和描述必须被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、本公开内容和所附权利要求，本领域的技术人员能够在实施所要求保护的本发明中理解并实现所公开的实施例的变型。

Claims (12)

1. 一种用于向运输液化天然气（LNG）的远洋油轮供应天然气燃料的设备，包括：
- 具有压缩机（12）的第一管线，所述压缩机（12）具有与至少一个液化天然气储罐（2）的缺量空间（4）连通的入口、以及与从所述压缩机通向至少一个发动机（38）的导管连通的出口，以及
- 具有强制气化器（24）的第二管线，所述强制气化器（24）具有与所述储罐（2）的液体储存区域（6）连通的入口，
其特征在于，所述第二管线与所述第一管线在所述压缩机（12）的下游和所述发动机（38）的上游连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压缩机是多级压缩机。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压缩机具有六个级。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的设备，其特征在于，所述第一管线包括至少两个并联的压缩机（12）。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的设备，其特征在于，在所述强制气化器（24）的下游以及在与所述第一管线的连结点的上游，所述第二管线还包括雾分离器装置。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的设备，其特征在于，所述第一管线在所述（多个）压缩机之后至少包括后冷却器（60），并且所述第二管线至少包括加热器（64）。
7.一种用于处理来自液化天然气罐体的天然气以用于至少供应发动机的方法，其特征在于以下步骤：
- 向第一管线供应自然蒸发气体；
- 压缩所述自然蒸发气体；
- 向第二管线供应液化天然气；
- 使所述液化天然气强制气化；
- 使压缩的自然蒸发气体与强制蒸发气体混合；
- 至少向发动机供应混合气体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发动机是低压二冲程双燃料柴油发动机或四冲程双燃料柴油发动机。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述自然蒸发气体在至少一个多级压缩机中被压缩。
10.根据权利要求7至9的任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一管线中，压缩气体在与强制蒸发气体混合之前在后冷却器中被冷却。
11.根据权利要求7至10的任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二管线中，在液化天然气气化之后，通过雾分离装置将液体从流体中去除。
12.根据权利要求第7至11的任一项所述的方法，其特征在于，在气化之后，气体在第二管线中被加热。
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