CN109257936B - 用于向动力产生单元供应燃料的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于向动力产生单元(12)供应液体燃料的装置(10，110，210)，该动力产生单元特别地被安装在船(14)上，其特征在于，该装置包括：液化气体的主箱体(16)；液化气体的至少第一缓冲箱体(18)；将液化气体从第一缓冲箱体(18)输送到所述动力单元(12)的第一管道(32)，该第一管道的第一端部(32a)通向所述第一缓冲箱体(18)并且该第一管道的第二端部(32b)连接到所述动力单元(12)，以便向所述动力单元供应液体燃料；以及将液化气体从所述主箱体(16)输送到第一缓冲箱体(18)的第二管道(22)，其中，所述第二管道(22)包括被构造成浸没在容纳在所述主箱体(16)中的液化气体(24)中的第一端部(22a)和通向所述第一缓冲箱体(18)的第二端部(22b)，以便向所述第一缓冲箱体供应液化气体；以及使所述第一缓冲箱体(18)相对于主箱体(16)减压的减压设备(20，36)，该减压设备包括至少一个压缩机(20)，该压缩机被构造成在所述第一缓冲箱体中施加低于大气压的操作压力。

Description

用于向动力产生单元供应燃料的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于向特别是安装在船上的动力产生单元供应燃料的装置和方法。
背景技术
现有技术包括文献WO-A1-2012/089891和WO-A1-2015/183966。
为了便于长距离运输比如天然气的气体，气体通常通过在大气压下以例如-163℃的低温温度进行冷却而液化(因此变成液化天然气LNG)。液化气体然后被装载到专门的海运船舶上。
在例如LNG运载装置类型的运输液化气体的船中，动力产生单元被安装以满足船的操作能量需求，特别是船的推进和用于船上设备的电力生产。
这种设施通常包括使用由蒸发器供应的气体的热机；气体来源于船的一个或多个箱体中的被运输液化气体货物。
文献FR-A-2837783描述了如何使用沉浸在船的一个箱体的底部的泵来供应提供推进动力的蒸发器和/或其它系统。
以这种方式定位泵有一些缺点。根据IACS规则(国际船级社协会)，泵必须被定期检查以完成泵的检查操作，主箱体可能不得不被打开，这就要求船固定不动并有损坏箱体的风险。
解决这个问题的方法是在箱体的底部包括开口，通过这个开口从箱体中排出液化气体。然而，IGF和IGC规则(国际散装运输液化气体船舶的构造和设备规则)禁止大型箱体中的这种开口，船的主箱体就是这种情况。
本发明提出以简单、有效且成本有效的方式来完善现有技术。
发明内容
本发明涉及一种用于向动力产生单元供应液体燃料的装置，所述动力产生单元特别地被安装在船上，所述装置包括：
-液化气体的主箱体，
-液化气体的至少第一缓冲箱体，
-将液体或液化气体从所述第一缓冲箱体输送到所述动力单元的第一管道，所述第一管道具有通向所述第一缓冲箱体的第一端部并且具有连接到所述单元的第二端部，以向所述单元供应液体燃料，
-将液化气体从所述主箱体输送到所述第一缓冲箱体的第二管道，其中，所述第二管道包括被构造成浸没在容纳在所述主箱体中的液化气体中的第一端部和通向所述第一缓冲箱体的第二端部，以向所述第一缓冲箱体供应液化气体，以及
-使所述第一缓冲箱体相对于所述主箱体减压的减压设备，所述减压设备被构造成从所述第一缓冲箱体抽吸液体并且在所述第一缓冲箱体中施加低于所述主箱体中的压力的操作压力，使得来自所述主箱体的液化气体通过所述第二管道输送并且供应所述第一缓冲箱体，
其特征在于，所述减压设备包括至少一个压缩机以及所述操作压力优选地低于大气压。
根据本发明的装置克服了与现有技术相关的问题。浸没在主箱体中的泵对于将液化气体从主箱体输送到缓冲箱体而言并不是必不可少的。缓冲箱体中的减压，即缓冲箱体和主箱体之间的压差，使得将容纳在主箱体中的液化气体供应到缓冲箱体。液化气体由此在第二管道中从主箱体向缓冲箱体流通。通常，容纳在主箱体中的BOG可以用于供应在船上的动力单元。在这种情况下，该装置用于以液体或气体形式向BOG源添加流体，该流体可以在缓冲箱体中获得并且可以通过第一管道输送到动力单元。
第一缓冲箱体被构造成被减压至低于大气压的压力(例如-600毫巴至-100毫巴，甚至-600毫巴至-200毫巴的压力)。压缩机被构造成实现这种减压，以便即使当缓冲箱体具有接近大气压的压力，并且例如范围从-100毫巴至100毫巴或从-100毫巴至250毫巴或从-100毫巴至400毫巴时，将液化气体从主箱体输送到缓冲箱体。
这允许气体被立即供应到包括例如发动机的动力单元，而根据现有技术，需要等待主箱体内部的压力达到足够的水平以供应所述发动机。应该注意的是，在这种情况下，压力必须处于与发动机相配的水平，例如6巴或更高，并且箱体，特别是箱体的类型可以根据其耐压性来选择。
根据本发明，该装置具有单独或组合使用的以下特征中的一个或多个：
-所述主箱体是膜式箱体，即其壁，特别是其侧壁包括至少一个形成密封膜的金属层和至少一层热绝缘体；
-所述主箱体被构造成承受3000毫巴或更低的压力，优选地承受750毫巴或更低的压力；
-所述主箱体不是膜式箱体；
-所述主箱体被构造成承受3000毫巴或更高的压力，优选地承受6000毫巴或更高的压力；
-所述减压设备包括被构造成连接到所述动力单元的出口；
-所述减压设备包括至少一个压缩机；
-泵连接到所述第一管道并且被构造成从所述第一缓冲箱体抽吸液化气体；
-所述压缩机连接到所述第一缓冲箱体的第三减压管道，所述第三减压管道具有连接到所述第一缓冲箱体的第一端部和连接到所述压缩机的入口的第二端部，其中，所述第三管道被构造成从所述第一缓冲箱体抽吸气化气体并且向所述压缩机供应气化气体；
-所述压缩机具有连接到所述动力单元的出口，以便向所述动力单元供应燃料气体；
-所述第三管道的所述第二端部通过第一热交换回路连接到所述压缩机；
-所述装置包括将气体从所述主箱体输送到所述压缩机的第四管道；
-所述第四管道包括连接到所述主箱体的第一端部和连接到所述压缩机的第二端部；
-所述第四管道的所述第二端部与所述第二管道一起连接到所述第一热交换回路的入口，所述第一热交换回路的一个出口连接到所述压缩机；
-所述第二管道的所述第一端部不具有泵；
-所述第一管道至少包括一个泵和/或一个减压阀和/或一个热交换器；所述热交换器可以被构造成使在所述第一管道中流通的液化气体蒸发，以便向所述动力单元供应燃料气体；
-所述泵被构造成基于所述动力单元的燃料气体需求来控制；
-所述装置包括从所述减压设备到所述主箱体的第五液体返回管道，所述第五液体返回管道的第一端部连接到所述减压设备的出口，并且所述第五液体返回管道的第二端部连接到所述主箱体；
-所述装置包括液化气体的第二缓冲箱体；
-所述第二缓冲箱体连接到：
■具有连接到所述第二缓冲箱体的第三端部的所述第一管道，以及
■具有连接到所述第二缓冲箱体的第三端部的所述第二管道；
-所述第二缓冲箱体连接到所述第三管道，所述第三管道具有连接到所述第二缓冲箱体的第三端部；
-所述装置包括将气体供应到所述第一缓冲箱体和所述第二缓冲箱体的第五管道，所述第五管道的一个端部连接到所述减压设备的出口，所述第五管道的第二端部连接到所述第一缓冲箱体，并且所述第五管道的第三端部连接到所述第二缓冲箱体，其中，所述第五管道被构造成向所述第一缓冲箱体和/或所述第二缓冲箱体供应压缩气体；
-所述第一管道通过第六管道连接到所述主箱体中的液化气体喷杆，其中，所述杆被构造成将液化气体以液滴的形式喷淋到所述主箱体的气化气体中，以便冷凝气化气体的至少一部分；
-每个箱体配备有压力传感器和/或液位传感器；
-所述缓冲箱体或每个缓冲箱体位于低于所述主箱体的上端部处；
-所述缓冲箱体或每个缓冲箱体位于所述主箱体的外部；
-所述缓冲箱体或每个缓冲箱体能够用于膨胀和/或分离的目的；供应到缓冲箱体的液化气体的至少一部分可以在箱体中经历部分蒸发和相分离；小于一半或少于10％的已抽吸的液化气体可以以这种方式蒸发；气体和液体形式的气体出口可以连接到所述动力单元而不经过主箱体；所抽出的LNG的一小部分(1％至10％)在压缩机上游蒸发，从而可以使用减小流量的压缩机；与气体被抽吸(气体体积大约是液体体积的大约600倍)时相比，较少气体需要被抽吸(针对动力产生单元的气体LNG的给定需求)；
-所述液化气体包括至少一种纯气体或主体；例如：
-第一管道将该纯气体(呈液体形式并且可能与另一种气体结合)的至少一部分从缓冲箱体输送至动力单元，和/或
-所述压缩机抽吸纯气体(可能与另一种气体结合)的至少一部分，和
/或
-所述压缩机将纯气体(可能与另一种气体结合)供应给动力单元。
在本申请中，术语“纯”用于描述单个化学主体或物类，而不是主体或物类的组合。例如，纯气体是轻气体或重气体。
在本申请中，术语“重”和“轻”分别表示高密度气体或高摩尔质量的气体以及低密度气体或低摩尔质量的气体。在液化气体中，轻气体通常是甲烷。液化气体在其较轻的部分也可以含有一些氮。在液化天然气的情况下，少数较重的部分包括丙烷、丁烷和乙烷(其在较高温度或较低压力下蒸发)。在液化气体中，重部分占液化气体总质量的5.2％至49.8％。重气体具有比轻气体高25％至500％的摩尔质量。
本发明涉及一种海运船舶，特别是用于运输液化气体的海运船舶，其装备有至少一个上述类型的装置。本发明特别涉及一种LNG驱动的船(液化气体运载装置就是这种情况，其中，认为推进箱体也用于运输目的)。
本发明还涉及使用上述类型的装置将燃料供应到动力产生单元的方法，所述动力产生单元特别地被安装在海运船舶上，其特征在于，所述方法包括：
-通过将所述第一缓冲箱体相对于所述主箱体减压使得液化气体从所述主箱体被输送至所述第一缓冲箱体来填充所述第一缓冲箱体的步骤A。
根据本发明，所述方法可以包括单独或组合使用的以下特征中的一个或多个：
-所述方法包括通过借助于所述压缩机在所述第一缓冲箱体中进行气体抽吸来供应所述动力单元的步骤B1；
-在步骤B1期间，所述动力单元通过由所述压缩机从所述主箱体和所述缓冲箱体中抽出的气体供应；
-所述方法包括所述压缩机向所述动力单元供给来自所述第一缓冲箱体和/或第二缓冲箱体的气体从而迫使液化气体在所述第一管道中流通的步骤B2。
-在步骤B1或B2期间，通过使用所述压缩机使所述第二缓冲箱体相对于所述主箱体减压来向所述第二缓冲箱体供应液化气体，从而将液化气体从所述主箱体输送到所述第二缓冲箱体。
-在步骤A期间，通过调节在所述第四管道和/或所述第五管道中流通的气体流来控制所述主箱体内部的压力；
-在步骤A期间或之后，所述第一管道的泵被供应来自所述第一缓冲箱体的液化气体；
-所述方法包括通过使用所述泵借助于所述第一管道来供应所述动力单元的步骤B3；
-在步骤A期间，减压以连续方式保持预定时间段；
-减压通过在所述缓冲箱体和所述主箱体之间施加压差实现，所述压差大于由所述第二管道的基本上直的且竖直的高度产生的流体静压力减去所述第二管道中的如果存在的负载损失；
-基于所述动力单元的燃料气体需求来控制所述泵；
-基于所述动力单元的燃料气体需求来控制包括在一个或多个所述管道上的至少一些阀；
-当所述缓冲箱体内部的液化气体的液位低于给定的阈值液位时，增加所述缓冲箱体与所述主箱体之间的压差，以便增加液化气体向所述缓冲箱体的供应流量；
-所述缓冲箱体中的一个与所述主箱体之间的压差基于另一缓冲箱体被来自所述主箱体的液化气体填充的填充速度来调节；
-容纳在所述第一缓冲箱体中的液化气体通过所述第一管道和所述第六管道输送到所述喷杆。
附图说明
通过作为示例提供并且不限于此的以下描述并且参照附图，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他细节、特征和优点将更清楚，在附图中：
-图1是根据本发明的装置的第一实施例的示意图，其在这种情况下装备海运船舶，
-图2至图6是与图1相关并且描述根据本发明的方法的步骤的示意图，
-图7是根据本发明的装置的第二实施例的示意图，其在这种情况下装备海运船舶，
-图8至图12是与图7有关并且描述根据本发明的方法的步骤的示意图，以及
-图13是根据本发明的装置的第三实施例的示意图，其在这种情况下装备海运船舶。
具体实施方式
在以下描述中，术语“上游”和“下游”涉及诸如气体或液体的流体在管道或回路中的流动。
图1示出了根据本发明的装置10的第一实施例，该装置可以被认为被配置成将燃料气体供应到诸如液化气体运载装置的海运船舶。装置10因此可以用于将燃料气体供应到安装在海运船舶14上的动力产生单元12。
海运船舶14包括用于储存液化气体的箱体16或多个类似的箱体16。气体例如是甲烷或含有甲烷的气体混合物。箱体或每个箱体16可以容纳在预定的压力和温度下(例如在大气压和-163℃的温度下)呈液体形式的气体。海运船舶的一个或多个箱体16可以通过根据本发明的装置10连接到单元12。箱体的数量不受限制。例如，箱体的数量可以在1到6的范围内。每个箱体16可以具有从1000m3(甚至100m3)到50000m3的容量。
在下文中，术语“箱体16”应该被理解为“箱体或每个箱体16”。
箱体16容纳有液化气体16aa和气体16ab，该气体16ab由箱体16内部的液化气体16aa的自然气化产生。自然地，液化气体16aa储存在箱体16的底部，而气化气体16ab位于箱体内部的液化气体的液位以上，该液位示意性地由字母N表示。
在下文中，“LNG”指的是液化气体，即液体形式的气体，“BOG”指的是蒸发气体或气化气体，“NBOG”指的是自然气化气体，且“FBOG”指的是强制气化气体；这些首字母缩写是本领域技术人员已知的，因为这些首字母缩写反映了本领域中常用的英语术语。
在图1所示的实施例中，管道22的端部22a浸没在箱体16的LNG 16aa中。优选地，该端部不具有泵，从而消除了对其维护的需要，并且优选地位于箱体的底部，以确保即使箱体几乎是空的也只有用LNG供应管道。
在本申请中，箱体或桶体的术语“底部”被用来描述距箱体底壁不到一米的位置，所述底壁在操作期间最接近地心。
管道22具有旁路并且具有位于箱体16外部的两个端部。这些端部中的一个端部22d形成箱体16的LNG填充端口，并且因此对于使用者而言是可接近的，特别是当LNG被装载到海运船舶的箱体16中时。
管道的另一端部22b连接到也位于箱体16外部的缓冲箱体18。阀23d、23b与每个端部22d、22b相关联。阀23d被构造成停止管道22内部的流体的流通，并因此停止向箱体16供应LNG。阀23d也可以形成止回阀。阀23b构造成停止向缓冲箱体18供应流体，特别是在对主箱体16装燃料期间。
LNG液滴喷杆52在液位N的上方位于箱体16的上部。杆52被构造成将LNG液滴喷淋到箱体的BOG中。这用于强制箱体16中的BOG的再冷凝。
箱体16还具有BOG入口16a和BOG出口16b。出口16b连接到管道30的一个端部30a，管道30也具有限定位于箱体16外部的两个端部的旁路。这些端部中的一个端部30c形成箱体16的BOG排出端口，并且因此对于使用者而言是可接近的，特别是当LNG被装载到海运船舶的箱体16中时
管道30的另一端部30b连接到热交换器28的第一回路28a的入口28aa，该热交换器的一个出口28ab连接到压缩机20的入口20a。第一回路28a是冷回路，由此在回路28a中流通的流体将被在第二回路28b(也称为交换器28的热回路)中流通的流体加热。
阀31a、31c与每个端部30a、30c相关联。阀31a构造成停止管道30内部的流体的流通并因此停止LNG从箱体16排出。阀31a也可以形成止回阀。阀31c可以用于停止BOG排出到端部30c和相关端口。
箱体16的入口16a连接到管道38的端部38b，该管道的另一端部38a连接到压缩机20的出口20b。阀39连接到所述管道38并阻止流体从压缩机20的出口流通到箱体16。压缩机20的出口20b还通过阀41连接到动力单元12。
缓冲箱体18具有三个端口，即，连接到管道22的端部22b的一个入口18a以及两个出口18b和18c。入口18a被构造成接收LNG，从而缓冲箱体18被构造成供应有直接来自箱体16的LNG。
出口18b是气体出口，特别是BOG出口，出口18c是LNG出口。出口18b连接到管道26的端部26a，该管道的相反端部26b连接到压缩机20的入口20a。在所示的示例中，离开缓冲箱体18的BOG在被供应到压缩机20之前被交换器28加热。为此，管道26在交换器28上游且更具体地在回路28a的上游连接到管道30，使得来自箱体16和缓冲箱体18的BOG可以供应回路28并在被供应到压缩机20之前被加热。
管道26包括阀27，该阀构造成阻止管道26内部的流体的流通，并且特别是阻止将BOG从缓冲箱体18朝向交换器28排出。
出口18c连接到管道32的端部32a，该管道与压缩机20的出口20b一起连接到动力单元12。该管道32包括或连接到泵36和热交换器34。管道32还包括两个阀33a、33b，其中之一例如是减压阀33b。在所示的示例中，从上游到下游，即从箱体18到压缩机20的出口20b，布置有泵36、阀33b、交换器34和阀33a。
管道32正好在阀41的上游连接到压缩机20的出口20b。此外，在阀33a的出口处，管道32通过阀33c正好在阀39的下游连接到管道38。
在所示的示例中，通过泵36从缓冲箱体18排出的LNG在被供应到动力单元12之前由交换器34蒸发。为此，管道32连接到热交换器34的第一回路34a的入口34aa，该回路的一个出口34ab连接到阀33a。第一回路34a是冷回路，由此在回路34a中流通的流体将被在第二回路34b(也被称为交换器34的热回路)中流通的流体加热。
如果阀33b是被构造成将所有LNG蒸发成FBOG的减压阀，则FBOG在被供应到动力单元12之前被交换器34加热。因此，有利地，阀33b被构造成使得FBOG在出口处的压力与动力单元12中的燃料气体的操作压力相同。
配备有阀51的管道50将喷杆52连接到管道32。该管道50的上游端部在泵36和阀33b之间即正好在泵36的下游连接到管道32，并且该管道50的下游端部连接到杆52。因此，应当理解，如上所述，容纳在缓冲箱体18中的LNG可以被供应到喷杆52。
因此，缓冲箱体18被构造成供应有来自箱体16的LNG。缓冲箱体18内部的操作压力低于箱体16内部的LNG的储存压力。向缓冲箱体18供应LNG可以产生LNG的部分气化，这转化为缓冲箱体18内部的FBOG的产生和保留在缓冲箱体18中的被称为“过冷液化气体”的LNG的冷却。缓冲箱体18在预定的温度和压力下容纳液化形式的气体。
缓冲箱体18容纳过冷液化气体18aa以及由对来自箱体16的液化气体16aa进行强制气化产生的气体18ab，自然地，过冷液化气体18aa(或LNG)储存在缓冲箱体18的底部，而气化气体18ab(或FBOG)位于缓冲箱体18内部的液化气体的液位以上，该液位由字母L示意性地表示。
在这种情况下，使用压缩机20来施加缓冲箱体18内部的操作压力。因此，压缩机被构造成使缓冲箱体18相对于箱体16减压。缓冲箱体18和箱体16之间的压差可以足以迫使LNG从储箱体16流通到缓冲箱体18。在这种情况下，应该理解，浸没在管道22的端部22a处的泵不是必需的。压缩机20施加在缓冲箱体18上的状况被确定成在缓冲箱体18中产生LNG。
在另一种形式中或作为附加特征，泵36可以被构造成使缓冲箱体18相对于主箱体16减压。
当缓冲箱体18中的LNG的量太大并且将要达到阈值液位时，LNG可以从缓冲箱体18的LNG出口被输送到动力单元12和/或箱体16内部的喷杆52。
LNG产生制冷能力，当该制冷能力不被需要时，例如在所产生的NBOG的量不足以满足需求的阶段期间，该制冷能力能够储存在缓冲箱体18中的冷却能力。
在所示的示例中，箱体18中的减压必须足以允许LNG在管道22中流通。管道22具有竖直部分，该竖直部分形成插管(plongeur)并浸没在箱体16的LNG中，该竖直部分的上端部通过T形连接器连接到管道22的其余部分。两个箱体16、18之间的压差必须优选地大于由管道22的高度(具体地，管道22的从箱体的底部到T形接头的竖直部分的高度——当箱体16是空的时，必须将LNG提升到该高度)产生的流体静压力减去管道22中的负载损失。在另一种形式中，如果箱体18(并且更具体地为出口22b)低于该高度，并且如果管道被充注(例如当箱体16接近满时通过较低的压差)，则压差必须较低。
压差可以通过以下方式进行调节：
-动力单元12的气体需求支配泵36(气体需求例如由出口32b和动力单元12之间测量的气体流量与动力单元12的需求之间的差值确定)，
-箱体18包括液位传感器；当箱体18中的液位低于最小阈值液位时，增加压差以增加箱体18中的流量(类似地，可以配置最大阈值液位，由此当所述液位被达到时压差被减小或消除)。
燃料气体供应装置有两个主要目的：
-在给定压力(例如6巴至300巴)和给定温度(例如20℃)下以所需流量(例如50kg/h至2000kg/h)将来自主箱体16的燃料气体供应至船的动力单元；燃料气体可以是气态(蒸汽)或液态的；
-调节箱体16内部的压力并将其保持在可接受的范围内(例如介于-100毫巴到+700毫巴之间或介于-700毫巴到6000毫巴之间)。
所示的装置10包括主箱体16和缓冲箱体18，该主箱体被设计成容纳例如在大气压下的低温液体(例如具有1000m3(并且甚至100m3)至10000m3的体积和-100毫巴至+700毫巴或-700毫巴至6000毫巴的容许压力)，该缓冲箱体被构造成容纳低温流体(例如具有1m3至20m3的体积和介于-500毫巴至6000毫巴之间的容许压力)。在主箱体16和缓冲箱体18之间由压缩机20和/或泵36产生压差(例如主箱体相对于缓冲箱体的压差为+500毫巴)，以将流体从主箱体16输送到缓冲箱体18。缓冲箱体18中的流体被泵36压缩并通过蒸发阀33b送到动力单元12。缓冲箱体18内部的流体的液位通过适合的仪器控制在例如缓冲箱体内部的体积的10％到90％之间。这样，泵36始终由100％液态气体供应(液态气体和气态气体的混合物会损坏泵)。装置和适合仪器的控制被设计成将主箱体16内部的压力保持在所需的水平(例如在-100毫巴到700毫巴之间)。装置10的每个箱体因此有利地配备有压力传感器和/或液位传感器。
图2至图6示出了图1的装置的操作阶段，其对应于配备有该装置的海运船舶的不同速度阶段。
供应阶段在这里分三个阶段进行描述：
1、最小消耗：自然气化满足单元的动力需求(船的推进发动机在低负载下停止或运行，并且气体主要用于满足加热和电力需求)。
2、正常消耗：自然气化不满足船的动力需求。
3、没有消耗(除气体压缩机外，动力单元12的所有机载气体消耗装置都停止工作)。
4、填充。
1、最低消耗(参见图2)
在图2所示的操作阶段，海运船舶的主发动机停止工作并且动力消耗低于压缩机20的最大容量(<2～3MW)。
箱体16中的LNG 16aa的蒸发产生箱体16中的BOG 16ab的压力增加。BOG 16ab被压缩机20抽吸，在交换器28中被加热并返回到动力单元12。因此，箱体16内部的压力可以保持在可接受的阈值以下。
为了调节箱体16内部的压力，可以：
-调节送往压缩机20的BOG的流量(如果所述流量高于自然气化速率，则箱体16内部的压力减小，并且如果该流量低于自然气化速率，则箱体中的压力增加)；
-将压缩气体(离开压缩机20)的一部分重新注入主箱体16中(例如，如果压缩机20的规格没有将压缩机的入口流量降低到低于给定阈值(其大于自然气化速度)，则压缩气体的一部分通过管道38被重新注入箱体16中，以调节箱体16内部的压力)。
装置10因此满足动力单元12对来自箱体16的气体的所有需求并且将箱内的压力保持在所需水平(例如在-100毫巴到700毫巴之间)。
2、正常消耗
在第二个操作阶段中，消耗是正常的。
箱体16中的自然气化不足以满足动力单元12的动力需求。强制气化是需要的以满足船的能量需求。该阶段包括两个步骤：
-准备强制气化：用液态天然气填充缓冲箱体18和泵36。
-强制气化：来自缓冲箱体18的液体被送到设施并强制其蒸发。
-准备强制气化(图3)。
第一步骤是通过减小缓冲箱体18中的压力和/或通过增加箱体16内部的压力而在主箱体16和缓冲箱体18之间产生例如-500毫巴的压差。箱体16内部的压力可以如上所述通过重新注入压缩的BOG而增加。缓冲箱体18中的压力可以通过用压缩机20抽吸缓冲箱体中的天然气而减小。通过该压差，容纳在箱体16中的LNG可以从10m的高度被抽吸。
如果箱体16中的压力增加，则容纳在箱体16中的BOG倾向于将LNG从箱体16中排出，由此迫使LNG在管道22内部流通到缓冲箱体18。如果缓冲箱体18中的压力减小，则LNG从储箱体16被朝向缓冲箱体18抽吸。该压差有助于急骤蒸发和缓冲箱体18中BOG的形成。BOG被压缩机20抽吸，以保持箱体16和18之间的压差。
第二步骤是用液化天然气填充泵36。当缓冲箱体18被填充液化天然气至所需液位、例如达到其体积的90％时，LNG通过重力被送至泵36。泵36必须完全充满液体，否则可能形成气泡并损坏泵。LNG在管道32中流到泵36并流动穿过泵，使泵36保持停止。
这些操作可以与第一操作阶段结合，以调节主箱体16中的压力。
-强制气化(图4)。
来自缓冲箱体18的流体通过迫使流体流通到动力单元12的方式而被输送。
来自缓冲箱体18的LNG通过交换器34被送到动力单元12。送到动力单元12的LNG流量由泵36调节。设施12优先接收来自压缩机20(调节箱体16、18中的压力)的气体，气体补充通过泵36实现，该泵用于优选地完全在交换器34内部对LNG进行加热之前使LNG流通到阀33b以使LNG蒸发。如上所述，LNG向缓冲箱体的供应通过使箱体18相对于箱体16减压来实现。缓冲箱体18的LNG出口由泵36调节。缓冲箱体18中的LNG的液位被调节为保持在所需液位，例如在其体积的10％到90％之间。
这些操作可以与第一操作阶段结合，以调节主箱体16中的压力。
3、没有消耗(参见图5)
该操作阶段在紧急情况下被激活。动力单元12关闭，意味着没有燃料气体消耗。交换器28、压缩机20和泵36借助于应急发电机起作用。
对于这个阶段，认为箱体16、18容纳有LNG。泵36使LNG从缓冲箱体18流通到杆52。由于箱体16、18之间存在压差，LNG继续从箱体16流通到缓冲箱体18并在缓冲箱体中蒸发。这意味着在缓冲箱体18中形成的LNG相对于容纳在箱体16中的LNG被过冷却。杆52被供应有来自缓冲箱体18的过冷液化气体并且将该液化气体的液滴喷淋到箱体16的BOG中。这导致箱体16中的BOG冷凝和减小并维持主箱体16内部的压力。
由此，箱体16内部的压力通过来自缓冲箱体18并由杆52喷淋的LNG的流量来调节。该操作阶段可以与第一阶段或第二阶段结合，以降低主箱体16内部的压力。
4、填充(参见图6)
阀23d是打开的。来自填充站的LNG被送到箱体16。在填充过程中蒸发的BOG还通过打开阀31a和31c而被排出，从而产生BOG向填充站的自由流动。
图7示出了根据本发明的装置110的替代实施例，该装置因为包括两个缓冲箱体18和40而与装置10不同。
与装置10有关并且如上所述的特征适用于装置110，只要它们不违背以下内容。
管道22连接到每个箱体18、40并且包括连接到箱体18的LNG入口18a的一个端部22b和连接到箱体40的LNG入口40a的端部22c。除了管道22的上述阀23b、23d之外，阀23e、23f也与这些端部23b、23d中的每一个关联。
在这种情况下，每个缓冲箱体18、40包括四个端口，其中两个是入口端口18a、40a、18d、40d，另外两个是出口端口18b、40b和18c、40c。入口18a、40a分别连接到管道22的端部22b、22c并且被构造成接收LNG，由此每个缓冲箱体18、40被构造成供应有直接来自箱体16的LNG。
出口18b、40b是气体出口，特别是BOG出口，出口18c、40c是LNG出口。出口18b、40b分别连接到管道26的端部26a、26c，该管道的相反端部26b连接到压缩机20的入口20a或连接到交换器28的回路28的入口28aa，如上所述。
除了阀27之外，管道26还包含与其端部26a、26b中的每一个相关联的阀。
另一个管道42将压缩机20的出口20b连接到箱体的出口18d、40d。在这种情况下，箱体的出口是气体入口或压缩的BOG入口，因为箱体18、40可以被供应有压缩的BOG，如下面进一步详细描述的。管道42包括阀43，以停止流体从压缩机20的出口到箱体18、40的流通。此外，每个入口18d、40d与被构造成将箱体彼此隔离的阀关联。
箱体18、40的出口18c、40c连接到管道32的端部32a、32c，该管道连接到压缩机20的出口20b。该管道32包括或连接到热交换器34。管道还包括两个阀33a、33b，其中之一例如是减压阀33b。在所示的示例中，从上游到下游，即从箱体18、40到压缩机20的出口20b，布置有阀33b、交换器34和阀33a。阀也连接到每个出口18c、40c。
管道32正好在阀41的上游连接到压缩机20的出口20b。此外，在阀33a的出口处，管道32通过阀33c正好在阀39的下游连接到管道38。
在所示的示例中，从缓冲箱体18排出的LNG在被供应到压缩机12之前由交换器34加热。为此，管道32连接到热交换器34的第一回路34a的入口34aa，该回路的一个出口34ab连接到阀33a。第一回路34a是冷回路，由此在回路34a中流通的流体将被在第二回路34b(也被称为交换器34的热回路)中流通的流体加热。
如果阀33b是被构造成使所有LNG蒸发成FBOG的减压阀，则FBOG在被供应到动力单元12之前被交换器加热。因此，有利地，阀33b被构造成使得FBOG在出口处的压力与动力单元中的燃料气体的操作压力相同。
管道50将喷杆52连接到管道32。该管道50的上游端部在阀33b的上游连接到管道32，并且该管道50的下游端部连接到杆52。因此，应当理解，如上所述，容纳在缓冲箱体18、40中的LNG可以被供应到喷杆52。
在所示的示例中，箱体18中的减压必须足以允许LNG在管道22中流通。管道22具有竖直部分，该竖直部分形成插管并浸没在箱体16的LNG中，该竖直部分的上端部通过弯头连接器连接到管道22的其余部分。两个箱体16、18之间的压差必须优选地大于由管道22的高度(具体地，管道22的从箱体的底部到弯头连接器的竖直部分的高度——当箱体16是空的时，必须将LNG提升到该高度)产生的流体静压力减去管22中的负载损失。在另一种形式中，如果箱体18(并且更具体地为出口22b)低于该高度，并且如果管道22被充注(例如当箱体16接近满时通过较低的压差)，则压差必须较低。
压差可以通过以下方式进行调节：
-动力单元12的气体需求支配与箱体18、40的出口18c、40c相关联的阀。
-压差被调整，使得缓冲箱体可以被足够快速地填充(系统也受动力单元12的气体需求支配)。
每个箱体18、40用作装置10的箱体18。由于箱体18、40与压缩机20的出口20b连接，所以箱体18、40也用于另一目的。离开压缩机20并供应箱体18、40的压缩BOG可以用于对箱体18、40加压并且迫使LNG18aa、40aa通过它们的出口18c、40c。因此不需要为这些出口配备泵，例如用于装置10中以迫使LNG从缓冲箱体18、40中排出的泵36。
燃料气体供应装置有两个主要目的：
-在给定压力(例如6巴至300巴)和给定温度(例如20℃)下以所需流量(例如50kg/h至2000kg/h)将来自主箱体14的燃料气体供应至船的动力单元12。燃料气体可以是气态(蒸汽)或液态的；
-调节箱体16内部的压力并将其保持在可接受的范围内(例如介于-100毫巴到+700毫巴之间)。
所示的装置10包括主箱体16和缓冲箱体18，该主箱体被设计成容纳例如在大气压下的低温液体(例如具有1000m3至10000m3的体积和-100毫巴至+700毫巴的容许压力)，该缓冲箱体构造成容纳低温流体(例如具有1m3至20m3的体积和介于-500毫巴至6000毫巴之间的容许压力)。在主箱体16和缓冲箱体18、40之间由压缩机20产生压差(例如主箱体相对于缓冲箱体的压差为+500毫巴)，以将流体从主箱体16输送到缓冲箱体18、40。缓冲箱体18、40中的流体通过蒸发阀33b送到动力单元12。每个缓冲箱体内部的流体的液位通过适合的仪器控制在例如缓冲箱体内部的体积的10％到90％之间。
装置和适合仪器的控制被设计成将主箱体16内部的压力保持在所需的水平(例如在-100毫巴到700毫巴之间)。装置110的每个箱体因此有利地配备有压力传感器和/或液位传感器。
图8至图12示出了图7的装置的操作阶段，其对应于配备有该装置的海运船舶的不同速度阶段。
液化气体冷却过程分为三个阶段进行描述：
1、最小消耗：自然气化满足单元12的动力需求(船的推进发动机在低负载下停止或运行，并且气体主要用于满足加热和电力需求)。
2、正常消耗：自然气化不满足船的动力需求。
3、没有消耗(除气体压缩机外，动力单元12的所有机载气体消耗装置都停止工作)。
4、填充。
这是一个连续的过程，在这个过程中，缓冲箱体被交替填充和排空。该描述仅涉及箱体18的填充和清理，因为箱体40的过程与其对应。
1、最低消耗(参见图8)
在图8所示的操作阶段，海运船舶的主发动机停止工作并且动力消耗低于压缩机20的最大容量(<2～3MW)。
箱体16中的LNG 16aa的蒸发产生箱体16中的BOG 16ab的压力增加。BOG 16ab被压缩机20抽吸，在交换器28中被加热并返回到动力单元12。因此，箱体16内部的压力可以保持在可接受的阈值以下。
为了调节箱体16内部的压力，可以：
-调节送往压缩机20的BOG的流量(如果所述流量高于自然气化速率，则箱体16内部的压力减小，并且如果该流量低于自然气化速率，则箱体中的压力增加)；
-将压缩气体(离开压缩机20)的一部分重新注入主箱体16中(例如，如果压缩机20的规格没有将压缩机的入口流量降低到低于给定阈值(其大于自然气化速度)，则压缩气体的一部分通过管道38被重新注入箱体16中)。
装置10因此满足动力单元12对来自箱体16的气体的所有需求并且将箱体内的压力保持在所需水平(例如在-100毫巴到700毫巴之间)。
2、正常消耗
在第二个操作阶段中，消耗是正常的。
箱体16中的自然气化不足以满足动力单元12的动力需求。强制气化是需要的以满足船的能量需求。该阶段包括两个步骤：
-准备强制气化：用来自箱体16的液化天然气填充缓冲箱体18。
-强制气化：来自缓冲箱体18的流体被送到交换器，然后送到动力单元(而另一个缓冲箱体40填充有LNG)。
-准备强制气化(参见图9)。
第一步骤是通过减小箱体18中的压力和/或通过增加箱体16中的压力在主箱体16和缓冲箱体18之间产生例如-500毫巴的压差。箱体16内部的压力可以如第一阶段所述被增加。箱体18中的压力可以通过用压缩机20抽吸该箱体中的天然气而减小。通过该压差(-500毫巴)，来自主箱体16的LNG可以从大致10m的高度被抽吸。
如果箱体16中的压力增加，则箱体16中的BOG从箱体中排出LNG，由此迫使LNG在管道22内部流通到箱体18。如果缓冲箱体18中的压力减小，则箱体16中的LNG被朝向缓冲箱体18抽吸。压差有助于箱体18中的LNG的急骤蒸发。气化气体被压缩机20抽吸，以保持箱体16和18之间的压差。箱体18填充有液化天然气，例如到达其体积的90％。
这些操作可以与第一操作阶段结合，以调节箱体16中的压力，
-强制气化(图10)。
第二步骤是用从压缩机20出来的压缩的天然气对箱体18加压。
用于向箱体18填充流体并从该箱体抽吸天然气的管道22和阀23b是关闭的。来自压缩机20的压缩气体(如果需要，通过急骤蒸发气化)被送到箱体18以加压箱体18。这迫使LNG从箱体18流通到交换器34和动力单元12。
尽管箱体18用于向动力单元12提供LNG，但箱体40填充有来自箱体16的LNG(只有阀23d和23e关闭，阀23b和23f保持打开)。装置110有利地被设计成以比利用压缩机20从箱体18排出LNG的排出速率更快的速率填充箱体40。
离开缓冲箱体18的LNG的流量和压力由阀33b调节。箱体18一直被使用直到LNG液位太低(例如体积的5％)。此时，箱体40现在准备向动力单元12提供LNG。然后，如第一步骤所述，箱体16被填充有LNG。
在此阶段期间，箱体18、40因此被交替地填充有LNG并且利用压缩机20进行压缩以将LNG提供给动力单元12。
这些操作可以与第一操作阶段结合，以调节箱体16中的压力。
3、没有消耗(参见图11)
该操作阶段在紧急情况下被激活。动力单元12关闭，意味着没有燃料气体消耗。交换器28和压缩机20借助于应急发电机起作用。
对于这个阶段，认为箱体16、18容纳有LNG。压缩机20用于将压缩气体发送到箱体18并增加该箱体内部的压力，这迫使LNG离开该箱体并且朝向将LNG喷淋到箱体16的BOG中的杆52。这使箱体16内的BOG冷凝并且参与减少和维持主箱体16中的压力。
由此，箱体16内部的压力通过来自缓冲箱体18并由杆52喷淋的LNG的流量来调节。
当箱体18是空的时，该操作通过箱体40重复，同时箱体18被填充。
该操作阶段可以与第一阶段或第二阶段结合，以降低主箱体16内部的压力。
4、填充(参见图12)
阀23d是打开的。来自填充站的LNG被送到箱体16。在填充过程中蒸发的BOG还通过打开阀31a和31c而被排出，从而产生BOG向填充站的自由流动。
图13示出了根据本发明的装置210的替代实施例，该装置因为还包括泵36而与装置110不同。
与装置110有关并且如上所述的特征适用于装置210，只要它们不违背以下内容。
泵36位于管道54上，该管道的上游端部正好在箱体18、40的阀的下游连接至该箱体的出口18c、40c，并且该管道的下游端部正好在阀33b的上游连接至管道32。该管道54包括平行于管道32的一部分延伸的阀56，管道32还包括附加的阀58。利用这种构造，泵36可以用于或不用于将容纳在箱体18、40中的LNG排出至喷杆525和/或动力单元12。
因此该装置具有关于装置10、110的混合操作模式。

Claims (40)

1.用于向动力产生单元（12）供应液体燃料的装置（10，110，210），所述装置包括：
- 液化气体的主箱体（16），
- 液化气体的至少第一缓冲箱体（18），
- 将液化气体从所述第一缓冲箱体（18）输送到所述动力产生单元（12）的第一管道（32），所述第一管道具有通向所述第一缓冲箱体（18）的第一端部（32a）并且具有连接到所述动力产生单元（12）的第二端部（32b），以向所述动力产生单元供应液体燃料，
- 将液化气体从所述主箱体（16）输送到所述第一缓冲箱体（18）的第二管道（22），其中，所述第二管道（22）包括被构造成浸没在容纳在所述主箱体（16）中的液化气体（24）中的第一端部（22a）和通向所述第一缓冲箱体（18）的第二端部（22b），以向所述第一缓冲箱体供应液化气体，以及
- 使所述第一缓冲箱体（18）相对于所述主箱体（16）减压的减压设备，所述减压设备被构造成从所述第一缓冲箱体抽吸流体并且在所述第一缓冲箱体中施加低于所述主箱体中的压力的操作压力，使得来自所述主箱体（16）的液化气体通过所述第二管道（22）输送并且供应所述第一缓冲箱体（18），
其特征在于，所述减压设备包括至少一个压缩机（20）以及所述操作压力低于大气压。
2.根据权利要求1所述的装置（10，110，210），其中，所述减压设备包括被构造成连接到所述动力产生单元（12）的出口（20b）。
3.根据权利要求1或2所述的装置（10，110，210），其中，泵被连接到所述第一管道并且被构造成从所述第一缓冲箱体抽吸液化气体。
4.根据权利要求3所述的装置（10，110，210），其中，所述压缩机（20）连接到所述第一缓冲箱体（18）的第三减压管道（26），所述第三减压管道具有连接到所述第一缓冲箱体（18）的第一端部（26a）和连接到所述压缩机的入口（20a）的第二端部（26b），其中，所述第三减压管道被构造成从所述第一缓冲箱体抽吸气化气体并且向所述压缩机供应气化气体。
5.根据权利要求4所述的装置（10，110，210），其中，所述压缩机（20）具有连接到所述动力产生单元的出口（20b），以便向所述动力产生单元供应燃料气体。
6.根据权利要求4或5所述的装置（10，110，210），其中，所述第三减压管道的所述第二端部通过第一热交换回路连接到所述压缩机。
7.根据权利要求6所述的装置（10，110，210），其中，所述装置包括将气体从所述主箱体输送到所述压缩机的第四管道。
8.根据权利要求7所述的装置（10，110，210），其中，所述第四管道包括连接到所述主箱体的第一端部和连接到所述压缩机的第二端部。
9.根据权利要求8所述的装置（10，110，210），其中，所述第四管道的所述第二端部与所述第三减压管道一起连接到所述第一热交换回路的入口，所述第一热交换回路的一个出口连接到所述压缩机。
10.根据权利要求1或2所述的装置（10，110，210），其中，所述第二管道（22）的所述第一端部（22a）不具有泵。
11.根据权利要求1或2所述的装置（10，110，210），其中，所述第一管道至少包括泵和/或减压阀和/或热交换器。
12.根据权利要求11所述的装置（10，110，210），其中，所述泵被构造成基于所述动力产生单元的燃料气体需求来控制。
13.根据权利要求1或2所述的装置（10，110，210），其中，所述装置包括从所述减压设备到所述主箱体的第五液体返回管道，所述第五液体返回管道的第一端部连接到所述减压设备的出口，并且所述第五液体返回管道的第二端部连接到所述主箱体。
14.根据权利要求1或2所述的装置（10，110，210），其中，所述装置包括液化气体的第二缓冲箱体（40）。
15.根据权利要求14所述的装置（10，110，210），其中，所述第二缓冲箱体（40）连接到：
- 所述第一管道（32），所述第一管道具有连接到所述第二缓冲箱体（40）的第三端部（32c），以及
- 所述第二管道（22），所述第二管道具有连接到所述第二缓冲箱体（40）的第三端部（22c）。
16.根据权利要求15所述的装置（110，210），其中，所述压缩机（20）连接到所述第一缓冲箱体（18）的第三减压管道（26），所述第三减压管道具有连接到所述第一缓冲箱体（18）的第一端部（26a）和连接到所述压缩机的入口（20a）的第二端部（26b），其中，所述第三减压管道被构造成从所述第一缓冲箱体抽吸气化气体并且向所述压缩机供应气化气体，所述第二管道（22）的所述第一端部（22a）不具有泵，所述第二缓冲箱体（40）连接到所述第三减压管道（26），所述第三减压管道包括通向所述第二缓冲箱体（40）的第三端部（26c）。
17.根据权利要求14所述的装置（110，210），其中，所述装置包括将气体供应到所述第一缓冲箱体（18）和所述第二缓冲箱体（40）的第五管道（42），所述第五管道的一个端部（42a）连接到所述减压设备的出口（20b），所述第五管道的第二端部（42b）连接到所述第一缓冲箱体（18），并且所述第五管道的第三端部（42c）连接到所述第二缓冲箱体（40），其中，所述第五管道构造成向所述第一缓冲箱体和/或所述第二缓冲箱体供应压缩气体。
18.根据权利要求1或2所述的装置（10，110，210），其中，所述第一管道通过第六管道连接到所述主箱体中的液化气体喷杆，其中，所述液化气体喷杆被构造成将液化气体以液滴的形式喷淋到所述主箱体的气化气体中，以便冷凝气化气体的至少一部分。
19.根据权利要求14所述的装置（10，110，210），其中，每个箱体配备有压力传感器和/或液位传感器。
20.根据权利要求14所述的装置（10，110，210），其中，缓冲箱体或每个缓冲箱体位于低于所述主箱体的上端部处。
21.根据权利要求14所述的装置（10，110，210），其中，缓冲箱体或每个缓冲箱体位于所述主箱体的外部。
22.根据权利要求14所述的装置（10，110，210），其中，缓冲箱体或每个缓冲箱体能够用于膨胀和/或分离的目的。
23.根据权利要求1或2所述的装置（10，110，210），其中，所述主箱体是膜式箱体。
24.根据权利要求23所述的装置（10，110，210），其中，所述主箱体被构造成承受3000毫巴或更小的压力。
25.根据权利要求1所述的装置（10，110，210），其中，所述动力产生单元被安装在船上。
26.用于运输液化气体的海运船舶，所述海运船舶具有根据权利要求1至25中任一项所述的装置（10，110）。
27.使用根据权利要求1至25中任一项所述的装置（10）将燃料供应到动力产生单元（12）的方法，所述动力产生单元被安装在海运船舶上，其特征在于，所述方法包括：
- 通过将所述第一缓冲箱体（18）相对于所述主箱体（16）减压使得液化气体从所述主箱体（16）被输送至所述第一缓冲箱体（18）来填充所述第一缓冲箱体（18）的步骤A。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述方法包括：
- 通过借助于所述压缩机（20）在所述第一缓冲箱体（18）中进行气体抽吸来供应所述动力产生单元（12）的步骤B1。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述方法包括：
- 所述压缩机（20）向所述动力产生单元（12）供给来自所述第一缓冲箱体（18）和/或第二缓冲箱体（40）的气体从而迫使液化气体在所述第一管道（32）中流通的步骤B2。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，在步骤B1或B2期间，通过使用所述压缩机（20）使所述第二缓冲箱体（40）相对于所述主箱体（16）减压来向所述第二缓冲箱体（40）供应液化气体，从而将液化气体从所述主箱体（16）输送到所述第二缓冲箱体（40）。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中，在步骤A期间，通过调节在第四管道和/或第五管道中流通的气体流来控制所述主箱体内部的压力。
32.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中，在步骤A期间或之后，所述第一管道的泵被供应来自所述第一缓冲箱体的液化气体。
33.根据权利要求32所述的方法，所述方法包括通过使用所述泵借助于所述第一管道来供应所述动力产生单元的步骤B3。
34.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中，在步骤A期间，减压以连续方式保持预定时间段。
35.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中，减压通过在所述第一缓冲箱体（18）和所述主箱体（16）之间施加压差实现，所述压差大于由所述第二管道的直的且竖直的高度产生的流体静压力减去所述第二管道中的如果存在的负载损失。
36.根据权利要求32所述的方法，其中，基于所述动力产生单元的燃料气体需求来控制所述泵。
37.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中，基于所述动力产生单元的燃料气体需求来控制包括在一个或多个管道上的至少一些阀。
38.根据权利要求29所述的方法，其中，当缓冲箱体内部的液化气体的液位低于给定的阈值液位时，增加缓冲箱体与所述主箱体之间的压差，以便增加液化气体向缓冲箱体的供应流量。
39.根据权利要求29所述的方法，其中，缓冲箱体中的一个与所述主箱体之间的压差基于另一缓冲箱体被来自所述主箱体的液化气体填充的填充速度来调节。
40.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中，容纳在所述第一缓冲箱体中的液化气体通过所述第一管道和第六管道输送到液化气体喷杆。
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