CN108474520B - 为运输设备加液化燃料气体燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种为运输设备加液化燃料气体燃料的方法，所述方法包括以下步骤：提供运输设备，所述运输设备包括用于容纳液化燃料气体的燃料气体存储箱、流体地连接到所述燃料气体存储箱的过冷器以及消耗器；将所述液化燃料气体从所述燃料气体存储箱泵送到所述过冷器中以产生过冷液化燃料气体；和将所述过冷液化燃料气体引入到所述燃料气体存储箱中。可将所述过冷液化燃料气体喷射到所述燃料气体存储箱的气相区中。所述方法进一步包括：泵送来自所述燃料气体存储箱的所述液化燃料气体以提供加压液化燃料气体；使所述加压液化燃料气体汽化以提供汽化燃料气体；和将所述汽化燃料气体提供到所述消耗器以用于驱动将所述汽化燃料气体用作燃料的运输工具。

Description

为运输设备加液化燃料气体燃料的方法
技术领域
本公开大体上涉及用于为运输设备加液化燃料气体燃料的液化燃料气体系统和方法。运输设备或运输工具可包含例如卡车、火车或船只。液化燃料气体可包含(但不限于)液化天然气(liquefied natural gas；LNG)。
背景技术
随着地球上的人口数目增长且生活在城市中，我们的道路、港口以及机场比以前更加拥堵。将需要一系列运载工具和燃料来帮助满足这种增长的运输需求。将来，随着如较高运载工具效率、生物燃料、氢和电迁移率的领域的发展，如液化天然气(LNG)的液化燃料气体可形成运输能量混合物的较大部分。LNG提供减少CO2排放的额外优势。另外，当相较于使用如船用燃油(bunker fuel)的常规燃料时，将LNG和其它液化气体用作运输燃料通常也限制毒性烟气组分的排放，所述毒性烟气组分如一氧化碳 (CO)、氮氧化物(NOx)以及硫氧化物(SOx)。
将燃料气体液化意指将燃料气体降低到液态。举例来说，将天然气冷却到约-162℃(-260℉)将其转变成液态且使其收缩体积以更容易运送和存储。近年来，油气行业已在探索扩大LNG的使用的方式，从传统发电领域到对卡车、火车加燃料，和为越来越多的全球商业运输车队和船只供电。
LNG已作为燃料用于内河航道上的船舶，如挪威的渡船，且有可能较广泛地用于例如巡航船、油轮、散装货轮(bulk carriers)、集装箱货轮 (container vessels)、渡船、驳船、拖船、成品油船、原油油船、化学品船、滚装(RORO)船、ConRo船(集装箱/滚装货轮)、汽车运输船、多种液化气体运输船(multi-gas carriers)、钻探船、半潜式钻机等等。
LNG除了用于为海洋运输加燃料以外，还有可能用于如铁路和采矿等行业。通常，LNG的使用可优选用于长途和/或大体上连续的运输。
由于运输车队和船只转变成接受LNG作为燃料源，因此需要安全、节约成本、可靠以及高效节能的系统。在将LNG转变为燃料源中行业所面对的一个问题是蒸汽管理。LNG容纳系统具有对LNG液体升温且转变成LNG蒸气时在系统内积聚的可允许压力的限制。LNG容纳需要任一主动构件来管理汽化的LNG蒸气，或LNG燃料船必须在积聚的可允许压力超出前在特定且有限的时间内进行运输。否则，汽化的LNG目前不能以切实可行或低成本方式容纳。
在LNG燃料运输车队和船只中，由于LNG并不运输到一地点但仅用于消耗，因此管理汽化的蒸气变得较为重要。当前对于LNG燃料运输设备的蒸气管理的建议是应用气体消耗器或蒸气再液化技术，以便管理来自存储箱的汽化气体。
美国专利第5228295号公开一种“用于液化天然气车辆的无损加燃料站(no lossfueling station for liquid natural gas vehicles)”。加燃料站包括用于LNG的存储箱，所述存储箱配备有压力积聚电路以确保存储箱将始终在确保LNG从存储箱流动到重加燃料的车辆所需的最小压力下操作。压力积聚电路包括汽化器束线圈(热交换器)以使其中的LNG汽化从而将其传递到存储箱的头部(气相区)作为气体。压力调节器提供于电路中以允许在其感测到气相区中的压力低于所需最小压力时汽化LNG。提供循环回路以在将LNG传递到车辆之前对泵、喷射器以及仪表进行过冷，以便确保汽化天然气并不传递到使用装置。在替代实施例中，使用LN2或其它冷却剂的热交换器可代替泵使用以对LNG进行过冷。
然而，由于液化气体的相应部分之间的汽化，因此US-5228295并未解决改变气体组合物的问题。LNG是烃类气体的混合物，所有的烃类气体具有不同沸点。在普通存储于使得来自其中的液化气体中的一些汽化的箱中的条件下，由于相应气体的不同沸点，因此气体混合物的分馏发生于存储箱中。较高沸点组分比较低沸点组分更不容易汽化，这产生具有较低B.t.u.含量的汽化产物和来自箱中剩余的液体存量的不同组合物。
专利US-3302416提供一种用于将LNG存储于大的岸上存储箱中且用于使得所存储的LNG可用管道气体替换的系统。在本文中，从存储储液器靠近储液器的底部的区域抽取液体。对抽取的液体进行过冷，且以维持其体积整个中的液体的温度大体上均匀的方式和在不可出现汽化的水平下使液体回到液体主体。过冷存量优选地返回到低于正常操作下的液位，以便维持整个所存储液体中的近似均匀的温度条件；然而，如果需要较多即时响应来升高箱中的压力，则提供构件以用于通过阀门和将过冷液体喷射到气相区中来分流过冷液体以较突然地减小箱内的压力。液体的总量并不进行过冷，但维持在大体上环境大气压下的平衡温度下，以使得存储储液器上的外部压力与内部压力之间的差值减小到最小。
但US-3302416的系统不适合用于运输设备如船只和卡车。系统包含氮制冷电路，所述氮制冷电路需要补充气体以补偿丢失的氮，这在一些地点中由于环境问题或规章可能是不可接受的。US-3302416的系统相对复杂，从而导致相对高的前期投资成本(CAPEX)和总体设备的重量增大。
因此，如LNG燃料船的常规运输设备已应用了在运输设备的较低速度下通常具有限制效率的气体消耗器以燃烧汽化气体，或需要相对昂贵设备的蒸汽再液化技术。
发明内容
根据本公开的至少一个方面，提供一种为运输设备加液化燃料气体燃料的方法，所述方法包括以下步骤：
提供运输设备，所述运输设备包括用于容纳液化燃料气体的燃料气体存储箱、流体地连接到所述燃料气体存储箱的过冷器以及消耗器；
将液化燃料气体从燃料气体存储箱泵送到过冷器中以产生过冷液化燃料气体；和
将过冷液化燃料气体引入到燃料气体存储箱中。
在一实施例中，将过冷液化燃料气体引入到燃料气体存储箱中的步骤包括将过冷液化燃料气体喷射到燃料气体存储箱的气相区中。
在另一实施例中，方法进一步包括以下步骤：
泵送来自燃料气体存储箱的液化燃料气体以提供加压液化燃料气体；
使加压液化燃料气体汽化以提供汽化燃料气体；和
将汽化燃料气体提供到消耗器以用于驱动将汽化燃料气体用作燃料的运输工具。
在一实施例中，方法包括以下其它步骤：
监测燃料气体存储箱中的液化燃料气体的温度；
当温度超过预定上限阈值时，将过冷液化燃料气体引入到燃料气体存储箱中；和
当温度下降到低于下限阈值时，停止将过冷液化燃料气体引入到燃料气体存储箱中。
上限阈值可低于液化燃料气体的沸点温度约0.25℃。下限阈值可低于液化燃料气体的沸点温度约1℃。
根据另一方面，本公开提供运输设备，包括：
燃料气体存储箱，用于容纳液化燃料气体；
过冷器，流体地连接到燃料气体存储箱以提供过冷液化燃料气体且将过冷液化燃料气体重新引入到燃料气体存储箱中；和
消耗器。
在一实施例中，运输设备进一步包括：
泵，用于泵送来自燃料气体存储箱的液化燃料气体以提供加压液化燃料气体；
汽化器，用于将加压液化燃料气体汽化以提供汽化燃料气体；和
消耗器，包括将汽化燃料气体用作燃料以用于驱动运输机的引擎。
在另一实施例中，消耗器是适用于为运输设备提供动力的气体燃料引擎。
在一实施例中，运输设备选自运输船、火车和卡车的群组。
运输设备可包括布置在燃料气体存储箱中用于将过冷液化燃料气体喷射到燃料气体存储箱中的喷射头。
在一实施例中，过冷器可包括压缩器、涡轮、第一热交换器和第二热交换器。过冷器可适用于使用闭式布雷顿制冷循环。过冷器可适用于使用涡轮式布雷顿制冷循环。
根据另一方面，本公开涉及用于为运输设备加液化燃料气体燃料的过冷系统的用途，所述用途包括以下步骤：
提供运输设备，所述运输设备包括用于容纳液化燃料气体的燃料气体存储箱和消耗器，及过冷器；
将过冷器流体地连接到燃料气体存储箱；
将液化燃料气体从燃料气体存储箱泵送到过冷器中以产生过冷液化燃料气体；和
将过冷液化燃料气体引入到燃料气体存储箱中。
本公开提供燃料气体供应器和转移系统，其中所述系统能够为运输设备加液化天然气(LNG)燃料。本公开的方面可应用于LNG转换，其中柴油燃料引擎转换成接纳LNG作为燃料源。
在本公开的至少一个实施方案中，呈现一种用于控制位于LNG燃料运输设备上的LNG箱中的LNG蒸汽的汽化率的方法。方法包含将液化天然气(LNG)从LNG箱泵送到过冷器中的步骤，其中过冷器位于LNG燃料运输设备上。方法还包含将过冷LNG再引入到LNG箱中以控制LNG箱中的蒸汽的汽化率。
本文所公开的一或多种系统和方法包含用于对LNG进行过冷的新颖构件。本文中所呈现的一或多种系统和方法通过利用位于LNG燃料船上的过冷器对来自LNG箱的LNG的一部分进行过冷的解决方案来解决蒸汽管理的问题。根据本文中所公开的一或多种新颖系统和方法，通过将过冷 LNG再引入到LNG箱的顶部处的喷射系统中来减小LNG箱中的蒸气压。
不同于先前已知的通过引导LNG蒸汽经过蒸汽压缩器和辅助消费器来管理汽化的LNG蒸汽的系统和方法，本文中所公开的一或多种系统和方法对运输船上的LNG进行过冷以产生对蒸汽管理问题的较低成本、可靠和一致的解决方案。
根据本公开的至少一个实施方案，本文中所公开的方法通过保留气体的组合物来防止LNG风化，从而使得组合物改变最小(或零)，且使得LNG 燃料的质量保持在引擎制造商所要求的热值内。
通过根据本公开的至少一个方面对LNG液体进行过冷，本文所提供的一或多种系统和方法优选适用于在LNG处于箱中时维持LNG热值几乎恒定。本文中所呈现的系统和方法的至少一个实施方案还优选地适用于使得LNG燃料运输设备维持恒定燃料消耗量。这在蒸汽去除发生时是不可能的，因为LNG的组合物将由于液化气体的相应组分的沸点差异而改变。
本公开在LNG从LNG燃料运输设备上的排放箱转移到接收箱期间通过提供在转移前降低接收箱中剩余的任何LNG的温度的能力且进而在转移期间限制接收箱中的闪蒸来增大LNG燃料运输设备的效率和安全性。
在一个方面中，本文中提供的系统和方法的至少一个实施方案通过提供对LNG蒸汽的恒定和连续管理来增大对LNG箱中的LNG液体的存储能力。
本公开所提供的系统和方法通过减少蒸汽管理目前所要求的额外气体消耗器来减小LNG燃料气体供应器和转移系统的总体成本。
附图说明
为了更详细地理解所主张的本发明，参照随附图解说明，其中：
图1描绘指示当使用LNG为常规船只加燃料时，贫LNG和富LNG 各自的甲烷值(MN)随时间(水平轴线)改变的实例的图式；
图2描绘设置有根据本发明的实施例的系统的停泊在加油船(bunker vessel)旁边的运输船的截面视图；
图3描绘根据本发明的系统的实施例的图式；
图4描绘根据本发明的系统的实施例的细节的图式；
图5描绘用于根据本发明的方法的实施例中的闭式布雷顿冷却循环的实施例的图式；和
图6描绘说明当包含于根据本发明方法的实施例中时闭式布雷顿冷却循环的实例、说明冷却循环的实施例在恒定压力下温度(T)与熵(s)的图式。
具体实施方式
LNG是烃类气体的混合物，所有的烃类气体具有不同沸点。在普通存储于使得来自其中的液化气体中的一些汽化的箱中的条件下，由于相应气体的不同沸点，因此气体混合物的分馏发生于存储箱中。较高沸点组分比较低沸点组分更不容易汽化，这产生具有较低B.t.u.含量的汽化产物和来自箱中剩余的液体存量的不同组合物。有关“富”LNG(即LNG包括比甲烷更重的大量的组分，如乙烷和丙烷)和“贫”LNG(包括适度量的较重组分)的示范性组合物的LNG组合物的实例提供于下表中。
典型的LNG燃料系统设计并入有蒸汽去除件作为管理LNG油箱内的汽化气体(BOG)的构件。在LNG运输船上已成功地使用了这种蒸汽去除方法且已被LNG船设计小组接受作为惯例。LNG作为燃料系统通过箱体积和相对汽化率(BOR)与典型的LNG运输船设计区别开来。典型的LNG运输船在相对大的箱上具有约每日0.15％的BOR或更小，在所述箱中体积通常大于25,000立方米。LNG燃料系统利用了体积小于近10倍且汽化率高得多的LNG燃料箱，其中较小箱具有大约接近每日0.45％到高达每日 1％的汽化率，所述较小箱在LNG仅用作燃料时是典型的。
LNG燃料船也不属于将LNG作为货物运输的LNG贸易，但LNG用作燃料且现用于供应链末端而不是供应链中间，在所述供应链中最终使用发生于再传递到存储箱后。这存在LNG油箱的体积处于持续逐步改变中与LNG船存储箱通常是满的或空的的问题。当LNG用作燃料以运输除 LNG以外的货物时，这种逐步改变连同相对高的BOR和蒸汽去除引起 LNG风化和后续气体组成改变的放大问题。
LNG风化现象对行业来说是已知的且已在不改变从储存槽除去蒸汽的方法的情况下得到管理。这在组合物中的较轻组分在较重组分之前汽化时发生，从而导致总气体组合物的改变。在LNG燃料箱上对气体组成改变的进一步检查已显示之前在将LNG作为产品而不作为燃料运输的较大 LNG船中不可见的显著气体组成改变由于LNG燃料系统中的LNG用于末端用户点，因此不存在校正或改变气体组合物以确保其适合用于末端消耗器的机会。
利用LNG作为船用燃料的引擎制造商规定在其它气体组成要求中，用作船用燃料的LNG的较低热值(LHV)、较高热值(HHV)和甲烷值(MN) 要求在某些值内。如果以引擎制造商最小要求或接近引擎制造商最小要求来装载LNG，则在逐步使用LNG燃料船上的燃料期间存在LNG气体组成改变的可能性从而脱离引擎制造商的要求。结果将是船用燃料引擎将经历次优性能、增加燃料消耗量、可能爆震、不发火和引擎因废气温度过高而性能降低和内部引擎组件(如活塞顶和排气阀)的可能过热和/或损坏。
所谓的甲烷值(MN)例如用于对天然气的质量进行定量。天然气引擎的任选甲烷值规范满足根据如引擎制造商所设定的要求控制燃料变化率和允许燃料组成较为灵活两者的需求。重型天然气引擎的若干制造商使用任一甲烷值(MN)或马达法辛烷值(motoroctane number；MON)来指定气体质量要求。MON和MN两者是燃料的抗爆震性的测量值，其中区别是所用的参考燃料。
与引擎性能和燃料气体组合物关联的甲烷值可以实验方式得出。100％甲烷组合物的给定甲烷值是100。随着高级烃百分比增大，甲烷值减小。每个天然气引擎具有最小甲烷值以防止引擎爆震。对于大多数气体引擎，最小甲烷值是约80，但基于引擎的类型和制造商可在65到85之间变化。
研究已显示在100天内具有约每日0.45％的BOR、具有典型绝缘系统的2,400立方米箱中的LNG气体组成改变。研究关注富LNG情况和贫LNG 情况的LNG气体组合物的两种情况，其中组合物如下表中所指示。
富LNG 贫LNG
甲烷值(AVL) 74.21 93.75
HHV(Btu/scf) 1111 1023
组分 Mol.％ Mol.％
甲烷 87.62 98.487
乙烷 10.07 1.186
丙烷 1.55 0.135
异丁烷 0.10 0.022
正丁烷 0.11 0.023
异戊烷 0.006
正戊烷 0.003
正己烷 0.002
CO2 0.006
氮气 0.55 0.131
总组合物 100.00 100.000
平均MW(g/mol) 17.96 16.27
图1的图式展示液化气体的甲烷值(竖轴线)随时间下降(水平轴线)的程度的示范性指示。对于贫LNG，线20指示在100天行程内，甲烷值可下降例如大约3，这在行程开始处的甲烷值的3％到10％范围内，例如约 5％。对于富LNG，线22指示甲烷值的下降通常是较显著的，指示在100 天行程内下降大约9到10。与行程开始处的甲烷值相比，后者在下降10％到15％范围内。且如先前所论述，可预计油箱的体积越小，气体组合物中的改变越大。
图2描绘运输设备，如运输船30，所述运输设备包括船体32、用于船体内部的货物的存储空间34、任选舱壁36、用于驱动船只30的至少一个引擎40和至少一个油箱42。引擎40是气体燃料引擎。存储箱42是用于存储如LNG的液化燃料气体的箱。船只30亦可设置有用于从箱42接收液化燃料气体且对液化燃料气体进行过冷的过冷器44。
运输船30停泊在加油船50旁边以获取液化气体作为燃料。加油船通常包括液化气体的一或多个存储箱52、吊车53(任选)、加油总管(bunker manifold)54、用于将液化气体从加油船的储存箱52供应到运输船30的存储箱的软管56。
为了加燃料，运输船30停泊在加油船50旁边，如图2所示。将运输船的加油输送管(bunker fill line)62(例如软管或导管)连接到加油总管以使得能够加燃料。经由软管56和加油输送管62将液化燃料气体从存储箱52 泵送到船只30上的燃料箱42。
在一优选实施例中，加油船设置有过冷器60。在本文中，当对船只 30加燃料时，首先将液化燃料气体从存储箱52泵送到过冷器以过冷到较低温度。随后，将过冷液化燃料气体泵送到船只30上的存储箱42。液化气体通常在约大气压下存储。液化气体通常在大气压下存储。液化气体在大气压下的温度是约沸点。对于LNG，所存储LNG的温度通常是约-162℃(-260℉)。在将液化气体泵送到船上的燃料箱42前将液化气体过冷到较低温度防止闪蒸，即液化气体在低温软管56中或在燃料箱42中的快速蒸发。这使得加燃料更加安全且防止燃料的损失。在本文中，较低温度可指低于液化气体的沸点温度0.5度到约3度范围内的温度减小。这足以提供上文所指出的优势，同时限制对液化气体进行过冷所需的能量。
本发明的系统可回向安装到现有船只。这可预防爆震问题，拉长可能的行程时间，和/或扩大适合的燃料的范围。
图3展示由液化气体驱动的运输船的典型图式。船只包括用于液化气体的存储箱42。在一实施例中，经由低温管道72将液化气体从存储箱42 提供到高压泵70。为了移动船只，高压泵经由管道74将液化气体泵送到汽化器76。汽化器使液化气体汽化，且将气体蒸汽78提供到引擎40。压力控制阀80通常可布置于汽化器与引擎之间，以控制蒸气压和/或控制与引擎需求一致的供应到引擎的气体82的量。
驱动运输设备的常规液化气体通常可包括多个辅助电路。这些辅助电路可如图3中所指示，包括例如一或多个辅助气体消耗器90A、90B、90C。辅助消耗器可包括用于推进或用于驱动发电机的一或多个引擎。辅助消耗器90A到90C通常经由气体管道94连接到连接有燃料箱42的气相区92。辅助电路可包括蒸汽压缩器96以压缩气体蒸汽且将压缩蒸汽98提供到消耗器90A到90C。可包含压力控制阀102以控制和调节提供到消耗器90A 到90C的调节蒸汽104的压力。另外，可提供其它蒸汽控制电路，如蒸汽返回电路100。
根据本公开的实施例，运输设备设置有过冷器44。过冷器可经由管道 112从燃料箱42接收液化燃料气体。管道112可连接到管道72，或直接连接到燃料箱42的液化气体区110。过冷器44对液化气体进行过冷以提供过冷液化气体。优选地通过经由喷射嘴120将过冷液化气体喷射到箱42 的气相区92中来使过冷液化气体114返回到燃料箱。
图4展示本发明的系统200的另一实施例，其中过冷器44与燃料箱42 直接连接。泵124可浸没于液化燃料中，以将液化气体泵送到过冷器单元44。
图5展示使用布雷顿循环的过冷器系统44的优选实施例。过冷器44 包括由填充有适合工作流体的工作流体导管130、132、134、136的回路连接的多个组件。图6展示沿环路的相应位置1、2、3、4处的对应温度 T(竖轴线)与特定熵s(水平轴线)。组件可包含压缩器140以接收工作流体且将其压缩到较高压力和对应高温。在第一热交换器142中，在基本恒定压力下压缩工作流体将热量144释放到散热片146。散热片应具有比位置 2处的工作流体更低的温度。举例来说，对于船只，散热片146通常是从水体获取的冷却水，船只在所述水体上。涡轮148从第一热交换器142接收压缩和冷却的工作流体。压缩工作流体膨胀，从而驱动涡轮148。在优选实施例中，涡轮可经由对应驱动轴150连接到压缩器140，从而限制驱动压缩器140所需的外部功率152。将膨胀工作流体提供到第二热交换器 154以从低温区域汲取热量156，如管道112中的液化气体。这使得低温区域比之前更冷。通过适当地选择工作流体，这种循环使得液化气体能够冷却低于其沸点温度，从而使其过冷。
过冷器44将用于控制LNG在存储箱42中的温度。适时的时候，存储箱开始吸收热量(温度升高)，本发明的系统将启动以使LNG冷却到-162℃，因此还使得蒸气压改变。如果温度下降到低于-162℃，则箱的气相区92将稍微低于大气压。将液体LNG 112过冷若干度(例如取决于LNG的流速，如由泵 124或由阀门(未展示)所控制)。通过喷射到气相区中将过冷LNG 114发送回箱的内部。喷射这种过冷液体是一种调节箱的气相的压力的方式。
在一优选实施例中，过冷器44是涡轮式布雷顿单元(Turbo-Brayton unit)。涡轮式布雷顿过冷器是液化空气(Air Liquide)的设计且其是基于“闭式布雷顿循环”。在布雷顿制冷循环中，工作流体在整个系统中仍然是气体且涡轮用于代替膨胀器，如图5所示。由涡轮进行操作有助于驱动压缩器。
在一实际实施例中，用于过冷器中的制冷剂气体是氮气、氦气或其混合物。在原理上，通过蒸汽压缩制冷的额外步骤可达成相同效果。然而，涡轮式布雷顿的益处是改进的可靠性(通用轴150的磁性轴承)和减少的修护。较高价格由可靠性性能所抵消，所述可靠性性能较倾向于限制长途运输期间的停机时间。
在一实际实施例中，本公开的系统将存储箱42中的液化气体的温度减小大约0.25K/℃到1K/℃。这种适度的温度减小足以在超过100天的长时间段内将LNG甲烷值维持在初始甲烷值的1％到2％内，同时使所需冷却工作最小化。因此，本发明的系统提供优于如再液化汽化气体的常规选择方案的显著益处。
还有可能使液化气体更大程度地冷却。举例来说，本公开的系统可使箱42中的LNG冷却到-182℃温度，其中限制冷却能力以防止连续结晶。
根据本发明的包含过冷器44的系统和方法可抵消辅助电路(参看图3) 的部分或全部需求，所述辅助电路如蒸汽压缩器96、压力控制单元102 和辅助消费器90A到90C。
在一实施例中，本公开的系统可回向安装到现有运输船。举例来说，配备有一或多个气体燃料引擎的现有运输船可具有过冷器和喷射嘴，从而提供本公开的所有益处。
此外，预期根据本发明的的过冷器44的功能还可抵消蒸汽返回电路 100的需求。
在一实施例中，LNG箱42、过冷器44、主消耗器线(即高压泵70、汽化器76、压力控制阀系统和主消耗器40)全部位于LNG燃料运输设备上。
任选高压泵70优选地适用于对LNG加压以用于主消耗器40，所述主消耗器通常是LNG燃料引擎。
通过对将以其它方式用于主消耗器40的LNG液体的一部分进行过冷且通过LNG箱42的气相区92中的喷射头120再引入过冷LNG，LNG箱 42中的LNG蒸汽冷却且LNG箱42内的蒸气压进而减小。过冷和再引入的过程将允许蒸汽的持续和连续管理。在重复上文所描述的过程后，LNG 箱42的液体区110中的LNG液体将最后在温度上减小进而使得不出现汽化气体。
在将LNG转移到LNG箱42以填充或再充填LNG箱42的实例操作中，当与传统被动制冷技术相比较时，本文中所描述的用于主动地对燃料箱42中的液体进行过冷的系统和方法将允许LNG的较安全、较快速和较不复杂的转移。
常规系统依赖于被动制冷，其使用相对较低的LNG温度，所述LNG 转移到LNG箱中以冷却LNG箱。这种被动制冷方法导致LNG箱中的闪蒸，这产生必须管理的LNG蒸汽和蒸气压，从而导致长填充速率。根据本发明的使用过冷器60的主动过冷允许在转移时间之前接收LNG箱42 的准备，进而允许较不复杂和较快速的LNG转移。根据本发明的方法和系统将使得LNG转移与传统液体转移较为相似，且与传统被动制冷技术相比加快填充速率。
举例来说，在根据本发明的LNG箱42主动地冷却的转移操作期间， LNG可经由加油输送管56从如排放箱52的LNG供应源转移到LNG燃料运输设备30上的接收LNG箱42。可将接收LNG箱42中任何剩余的 LNG液体引导通过过冷器44以产生过冷LNG且通过接收LNG箱42的气相区中的喷射系统120将其再引入到接收LNG箱42中以降低接收LNG 箱42中的LNG液体的温度。过冷结果是转移到接收LNG箱42中的LNG 与已在接收LNG箱42中的LNG的温度之间的温差可在足以防止转移期间接收LNG箱42中闪蒸的最小差值内。所述温差例如在0.25-1K内。
在将LNG供应到如LNG燃料引擎的主消耗器40的实例操作中，本文中所描述的系统和方法有效地保持LNG燃料的组合物，使得LNG燃料组成改变最小(或零)，且使LNG燃料质量保持在引擎制造商的要求以内。
在将LNG蒸汽引导到至少一个辅助消耗器以管理LNG箱中的压力积聚的传统供应操作中，最后引导的主消耗器的LNG燃料的组合物可能由于从系统去除LNG蒸气而已经改变。
在根据本发明的供应操作的一个实例中，并不将LNG蒸汽引导通过至少一个辅助消耗器(5)以管理LNG箱(1)中积聚的压力。相反，LNG箱(1) 中的LNG蒸汽通过将过冷LNG引入到LNG箱(1)中进行冷却。因此，最后引导到主消耗器(7)的LNG燃料与最初转移到LNG箱(1)中的LNG燃料组成相同或近似相同。
辅助消耗器(5)的抵消可通过抵消将LNG蒸汽引导到辅助消耗器(5)的传统上所需的各种组件来有效地降低LNG燃料气体供应器和转移系统的总体成本，如：GVU单元、控制阀、双层壁管和劳动力及设施成本。可通过使用本文中所描述的蒸汽管理体系和方法抵消的额外组件包含：汽化气体预热器和用于所述预热器的对应设施、气体抽吸分离器、蒸汽压缩器 (4)和支撑所述蒸汽压缩器(4)的对应设施、低压LNG汽化器和支撑所述汽化器的对应设施、后压缩器分离器和支撑所述分离器的设施、燃料气体加热器冷却器、燃料气体缓冲箱和对应设施，以及劳动力和设施成本。
在LNG是次级燃料且引擎在安全模式下恢复到柴油机的LNG燃料运输设备中，本公开所提议的蒸汽管理方法和系统可抵消多个冗余需求。举例来说，可抵消冗余高压泵和对应设施，从而大量节省成本。
所属领域的技术人员应理解，燃料气体供应器和转移系统的各种实施例可用于多种布置。举例来说，辅助消耗器线(参看图3)可包含于LNG燃料运输设备上以提供冗余蒸汽管理系统。
此外，所属领域的技术人员应理解，本公开中参考的LNG燃料运输工具应解释为包含航空运输(例如飞机)、陆地运输(例如铁路、卡车和汽车) 和水路运输(例如巡航船、油轮、散装船、集装箱货轮、渡船、驳船和拖船)。
在气体燃料船上利用根据本发明的过冷器将避免液化气体的逐步的组成改变。通过过冷LNG形成箱且接着将过冷LNG再引入到相同LNG 燃料箱的气相区中，可直接地冷却蒸汽，进而降低箱中的蒸气压而不需要去除气体。本公开的系统使得能够完全避免运输期间的汽化气体。这可免去蒸汽去除且将确保整个LNG燃料的使用周期中的LNG组合物在处于LNG燃料系统中时一致。解决方案将另外允许引擎制造商缩小气体组合物的预期范围，从而使组件制造成本明显减小且引擎性能提高。此外，这种解决方案确保消耗的LNG将仅用于有用功且不仅仅是消耗来管理箱压力。
本公开是LNG过冷技术对LNG燃料船燃料气体系统的应用。通过对 LNG进行过冷且通过LNG燃料船箱的气相区中的喷射头来再引入液体，使蒸汽冷却进而将低蒸气压。这将允许持续和连续的蒸汽管理。另外，液体将最后在温度上降低进而使得不出现汽化气体。这将允许LNG以较安全、较快速和较不复杂的方式转移到接收燃料箱。此外，通过对液体LNG 进行过冷且再引入到燃料箱，将确保LNG的气体组合物将在其于燃料箱内的寿命期间保持不变。此外，通过利用过冷器，外部蒸汽管理设备的去除变得可能，进而允许较不复杂且较节约成本的LNG燃料气体系统。另外，本发明将能够维持产品的气体组合物和后续热值。在气体燃料船上利用这种系统还将使得温室气体排放得到优化。
本公开非常适于实现所提及的目的和优点以及其中固有的那些目的和优点。上文所公开的特定实施例仅为说明性的，这是因为可以对得益于本文中的教示的所属领域的技术人员来说显而易见的不同但等效的方式来修改和实践本发明。在权利要求书的范围内，可例如对相应实施例的特征进行组合。

Claims (14)

1.一种为运输设备加液化燃料气体燃料的方法，所述方法包括以下步骤：
提供运输设备，所述运输设备包括用于容纳液化燃料气体的燃料气体存储箱、流体地连接到所述燃料气体存储箱的过冷器以及消耗器；
将液化燃料气体从所述燃料气体存储箱泵送到所述过冷器中以产生过冷液化燃料气体；和
监测所述燃料气体存储箱中所述液化燃料气体的温度，当所述温度超过预定上限阈值时，将所述过冷液化燃料气体喷射到所述燃料气体存储箱的气相区中，当所述温度下降到低于下限阈值时，停止将所述过冷液化燃料气体喷射到所述燃料气体存储箱的气相区中，所述上限阈值低于所述液化燃料气体的沸点温度0.25℃，和所述下限阈值低于所述液化燃料气体的沸点温度1℃；
其中重复以下步骤以将所述燃料气体存储箱中的所述液化燃料气体的热值维持在预定热值的15％内：将所述液化燃料气体从所述燃料气体存储箱泵送到所述过冷器中以产生过冷液化燃料气体；和将所述过冷液化燃料气体喷射到所述燃料气体存储箱的气相区中。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
应用泵泵送来自所述燃料气体存储箱的所述液化燃料气体以提供加压液化燃料气体；
应用汽化器使所述加压液化燃料气体汽化以提供汽化燃料气体；和
将所述汽化燃料气体提供到所述消耗器，其中所述消耗器包括将所述汽化燃料气体用作燃料以用于驱动所述运输设备的引擎。
3.根据权利要求1所述的方法，其中最后重复所述步骤以将所述燃料气体存储箱中的所述液化燃料气体的热值维持在预定热值的1％内超过100天的时间段。
4.根据权利要求1所述的方法，所述液化燃料气体是LNG。
5.根据权利要求4所述的方法，其中最后重复所述步骤以将所述燃料气体存储箱中的所述LNG的甲烷值MN维持在预定甲烷值的2％内一定时间段。
6.根据权利要求5所述的方法，所述时间段超过100天。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法不包括为辅助消耗器提供动力以减小所述液化燃料气体的汽化率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述液化燃料气体选自以下组成的群组：液化天然气LNG、液化石油气LPG和液化乙烯气体LEG。
9.根据权利要求1所述的方法，所述消耗器是适用于为所述运输设备提供动力的气体燃料引擎。
10.根据权利要求1所述的方法，所述运输设备选自运输船只、火车和卡车的群组。
11.根据权利要求1所述的方法，包括布置在所述燃料气体存储箱中用于将所述过冷液化燃料气体喷射到所述燃料气体存储箱中的喷射头。
12.根据权利要求1所述的方法，所述过冷器包括压缩器、涡轮、第一热交换器和第二热交换器。
13.根据权利要求12所述的方法，所述过冷器适用于使用闭式布雷顿制冷循环。
14.根据权利要求12所述的方法，所述过冷器适用于使用涡轮式布雷顿制冷循环。
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