CN109563969B - 用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备 - Google Patents

用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于向气体消耗构件(2，3，4)供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备(1)；该设备包括：‑密封且隔热的罐(5a，5b，5c，5d)；‑汽相气体收集回路(6)，其用于从罐(5a，5b，5c，5d)中抽取可燃气体流；‑热交换器(8)，其包括连接到汽相气体收集回路(6)的第一通道(9)；‑压缩机(11)，其连接到热交换器(8)的第一通道(9)并且连接到能够将可燃气体输送到气体消耗构件(2，3，4)并将可燃气体输送到热交换器(8)的第二通道(10)的三通连接器(12，13)；以及‑膨胀装置(14)，其通过中间回路(15)连接到热交换器(8)的第二通道(10)；‑冷却装置(16)，其设置成在从罐中抽出的液相可燃气体流和待冷却的可燃气体流之间传递热量，所述待冷却的可燃气体流选自在汽相气体收集回路(6)中流通的汽相可燃气体流和在中间回路(15)中流通的第二部分可燃气体流。

Description

用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体 的设备
技术领域
本发明涉及用于处理例如液化天然气(LNG)的可燃气体的设备领域。
本发明更具体地涉及一种用于一方面向气体消耗构件供给可燃气体并且另一方面液化所述可燃气体的设备。
背景技术
液化天然气储存在密封且隔热的罐中，在低温下处于液/汽两相平衡状态。液化天然气储罐的隔热屏障是热流的位置，其倾向于加热罐的内容物，这通过液化天然气的汽化来反映。自然汽化出的气体通常用于供给气体消耗构件以对其升级。因此，在甲烷罐车上，例如，汽化的气体用于供给动力传动系以推进船舶或供应车载设备运行所需电力的发电机。然而，尽管这种实践使得可以升级从罐中自然汽化的气体，但是不能减少其量。
因此，现有技术，尤其是US 2015/0 316 208公开了这样的设备，其既可以通过一个或多个气体消耗构件升级一部分来自自然汽化的气体，也可以液化另一部分来自自然汽化的气体。这种设备包括收集回路，该收集回路抽取罐的气态顶部空间中的气相气体，然后将其输送到热交换器以在其中加热。在离开交换器时，加热的气体流被压缩至与气体消耗构件的操作条件相容的高压。此后，将第一部分压缩气体输送到一个或多个气相气体消耗构件，以便在其中燃烧，而将第二部分压缩气体返回到交换器以便将热量传递给从罐的气态顶部空间中收集的气相气体流。这样冷却并部分液化的第二部分气体然后在膨胀装置中减压，该膨胀装置借助于焦耳汤姆逊效应进行减压，气体流的温度在其膨胀期间进一步降低，从而使气体流至少部分地再液化。在离开膨胀装置时，相分离器允许在将液相输送到罐中并将气相送回到热交换器上游的汽相气体收集回路中之前分离液相和气相。
这种设备的特别有利之处在于，使用气体流的压缩，既使气体流的一部分与气体消耗构件的工作条件相容，又允许随后对气体流的另一部分再液化。因此，该设备得以简化并且附加的再液化功能的成本不高。
但是，这种类型的装置并不完全令人满意。特别地，在某些临界操作条件下，例如当罐仅部分填充时，再液化产率低。具体地，当罐仅部分填充时，存在于罐的气态顶部空间中的蒸汽的温度可能明显高于气体的平衡温度。因此，在罐中收集的气体流与待液化的压缩气体的第二部分之间的热交换存在不足以使第二部分压缩气体的大部分再液化的风险。
此外，来自自然汽化的气相天然气比储存在罐中的液态的液化天然气更富含挥发性组分(例如氮)。因此，对于氮的摩尔浓度为0.5％的液化天然气货物，来自自然汽化的气体易于具有14％至15％的氮浓度。此外，使用焦耳汤姆逊膨胀的膨胀装置并且在其出口处将气相返回到汽相气体收集回路导致氮气在由所述设备处理的气体流中浓缩。因此，输送到一个或多个气体消耗构件的压缩气体部分易于具有远高于20％的氮浓度。那么，高浓度的氮气导致气体在气体消耗构件中的不理想燃烧并导致气体消耗构件的运行故障。
发明内容
构成本发明基础的构思是提出一种用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备，这使得至少在特定临界操作条件下可以取得可燃气体液化产率的提高。
根据一个实施例，本发明提供了一种用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备；该设备包括：
-密封且隔热的罐，其包括用于填充液汽两相平衡态的可燃气体的内部空间；
-汽相气体收集回路，其包括入口，入口伸入罐的内部空间中并设置成从罐的内部空间抽取汽相可燃气体流；
-热交换器，其包括第一通道、第二通道和用于从第二通道向第一通道传递热量的热交换壁，第一通道和第二通道各自包括入口和出口；第一通道的入口连接到汽相气体收集回路以加热热交换器中的汽相可燃气体流；
-压缩机，其上游连接到热交换器的第一通道的出口以压缩在热交换器中加热的可燃气体流，并且其下游联接到三通连接器，该三通连接器能够将第一部分可燃气体流输送到气体消耗构件并将第二部分可燃气体流输送到热交换器的第二通道的入口以冷却第二部分可燃气体；和
-膨胀装置，其上游经由中间回路连接到热交换器的第二通道的出口并且下游连接到通向罐的返回回路；膨胀装置设置成对来自中间回路的第二部分可燃气体流进行减压；
值得注意的是，该设备还包括一个冷却装置，该冷却装置包括一个抽取回路；所述抽取回路包括入口，该入口伸入罐的内部空间中并设置成抽取罐的内部空间中的液相可燃气体流；所述冷却装置布置成用于在从罐中抽取的液相可燃气体流与待冷却的可燃气体流之间传递热量，从而汽化从罐中抽取的液相可燃气体流并利用从罐中抽取的液相可燃气体流的汽化潜热来冷却待冷却的可燃气体流，所述待冷却的可燃气体流选自在汽相气体收集回路中流通的汽相可燃气体流和在中间回路中流通的第二部分可燃气体流。
因此，本发明提出使用储存在罐中的液相可燃气体进一步降低膨胀装置入口处的压缩气体的温度，该温度降低能够通过直接作用于在中间回路中流通的第二部分压缩气体流来获得，或者通过降低热交换器第一通道入口处的气体温度、造成交换器第二通道出口处的温度随后降低来获得。因此，通过降低膨胀装置入口处的气体流温度，其在膨胀装置中减压期间的液化程度显著提高。这使得可以在特定严苛操作条件下获得更高的再液化产率，特别是罐中气态顶部空间中的蒸汽温度比气体的平衡温度高很多时。
此外，当可燃气体是含有少量氮气的LNG或LPG类型的气体混合物时，并且当冷却装置布置成用于在汽相气体收集回路中输送汽化气体流时，这样的设备使得可以将要传导到气体消耗构件的气体流的氮气稀释，以使气体流与气体消耗构件的操作条件相容，而不会大幅降低再液化产率。
根据实施例，这种设备可包括以下特征中的一个或多个。
根据一个实施例，可燃气体是包含氮气的LNG或LPG类型的气体混合物。
根据一个实施例，可燃气体是包含氮气的气体混合物，氮气是气体混合物中最易挥发的组分。
根据一个实施例，冷却装置布置成将冷却装置中的汽化气体流输送到汽相气体收集回路，以便减少汽相气体收集回路中流通的可燃气体流的氮含量。
因此，当可燃气体由包含氮气的气体混合物构成时，这导致在设备中处理的汽相气体流中的氮浓度降低，因为冷却装置中的汽化气体流来自从罐中抽取的液相的气体流，其最易挥发性化合物例如氮气的浓度降低。因此，这使得可以将由设备处理的气体中的氮浓度保持在与气体消耗构件的正常工作相容的范围内。此外，装置入口处的汽相气体含有的挥发性组分越少，液化产率越高。所以，通过将冷却装置中的汽化气体流与来自自然汽化的气体流相混合，得到的混合物的氮浓度降低，使得能够提高在膨胀装置中减压期间的液化水平。
根据第一实施例，冷却装置包括附加热交换器，该附加热交换器包括第一通道、第二通道和用于将热量从附加热交换器的第一通道传递到第二通道的热交换壁，第一通道和第二通道各自包括入口和出口，第一通道集成到连接热交换器和膨胀装置的中间回路中，第二通道的入口连接到冷却装置的入口并且第二通道的出口连接到汽相气体收集回路。
根据第一变型实施例，附加热交换器叠加在热交换器上方，并且附加热交换器的第二通道的出口连接到热交换器的第一通道的入口，使得液相气体流可以通过重力从附加热交换器的第二通道的出口流到热交换器的第一通道的入口。
根据第二变型实施例，冷却装置包括第二附加热交换器，第二附加热交换器包括集成到汽相气体收集回路中的第一通道和第二通道，第二通道包括连接到抽取回路的入口和连接到汽相气体收集回路的出口。
根据第二实施例，冷却装置包括腔室和喷射构件，所述腔室在汽相气体收集回路的入口与热交换器的第一通道的入口之间集成到汽相气体收集回路中，所述喷射构件连接到冷却装置的抽取回路并设置成用于将液相可燃气体喷射到腔室内，以冷却从罐内空间抽出的汽相气体流，并降低在汽相气体收集回路中流通的可燃气体流的氮含量。
根据上述三个实施例中的任一个的变型，冷却装置包括泵送装置，该泵送装置可以经由冷却装置的入口抽吸液相可燃气体流并将其输送到抽取回路中。
根据一个实施例，所述设备包括气体分析仪，该气体分析仪可提供第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值，并且控制单元设置成根据输送至气体消耗构件的第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值产生用于泵送装置的控制信号，以确保第一部分可燃气体流中的氮浓度低于气体消耗构件的极限运行浓度。
根据一个实施例，气体分析仪能够分析气体样品的组成，以便从中推断出其氮浓度。根据另一实施例，气体分析仪是用于测量气体样本的高热值的机器。
根据一个变型实施例，控制单元设置成根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值和低于气体消耗构件的极限运行浓度的标称浓度来产生用于泵送装置的控制信号，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度。
根据另一变型实施例，所述控制单元具有：
-氮浓度优先模式，其根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值和低于气体消耗构件的极限运行浓度的标称浓度产生用于泵送装置的控制信号，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度；和
-再液化优先模式，其根据在膨胀装置入口处的、在中间回路中流通的第二部分气体流的温度测量值T1和标称温度产生用于泵送装置的控制信号，以便将温度T1控制在标称温度；
所述控制单元设置成根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值从氮浓度优先模式切换到再液化优先模式。
根据一个实施例，冷却装置包括：传感器，该传感器能够在膨胀装置的入口处测量在中间回路中流通的第二部分气体流的温度T1；和控制单元，其至少在一个操作模式中设置成根据温度T1的测量值和标称温度产生用于泵送装置的控制信号，以便将温度T1控制在标称温度。
根据第一变型，泵送装置包括泵，并且控制单元设置成根据控制信号引导/先导该泵。换句话说，改变由泵送装置的泵输送的液相气体流速/流量以获得所需的流速。
根据第二变型，泵送装置包括：泵；返回管路，其首先在泵的下游连接到抽取回路，其次返回到罐的内部空间；以及分别在返回管路连接器的下游安装在抽取回路上和安装在返回管路上的两个阀；控制单元设置成根据控制信号引导两个阀中的一个和/或另一个。换句话说，泵送装置的泵以恒定功率运行并且两个阀中的一个和另一个被致动以改变在抽取回路中输送以待汽化的液相气体流部分和经由返回管路返回罐中的液相气体流部分之间的分配。
根据一个实施例，膨胀装置是膨胀阀，也称为焦耳汤姆逊阀。
根据一个实施例，所述设备包括相分离器，其上游连接到膨胀装置，其下游一方面连接到通向罐的返回回路，另一方面连接到返回管道，该返回管道连接至汽相气体收集回路；相分离器设置成将液相可燃气体流输送到返回回路并将气相可燃气体流输送到返回管道。
根据有利的变型，压缩机是多级压缩机。有利地，压缩机包括多个压缩级和多个中间热交换器，每个中间热交换器设置在一个压缩级的出口处。
根据一个实施例，本发明还提供了一种通过上述设备向气体消耗构件供给可燃气体并液化所述可燃气体的方法，该方法包括：
-将汽相可燃气体流从汽相气体收集回路的入口输送到热交换器的第一通道的入口；
-将热量从热交换器的第二通道传递到第一通道；
-压缩离开热交换器的第一通道的可燃气体流；
-将第一部分压缩可燃气体流输送到气体消耗构件，将第二部分压缩气体流输送到热交换器的第二通道的入口；
-将第二部分可燃气体流从热交换器的第二通道经由中间回路输送到膨胀装置；
-使来自中间回路的第二部分可燃气体流减压；
-将减压的第二部分可燃气体流的至少一部分液相输送到罐中；
-从罐的内部空间抽取液相可燃气体流；
-在从罐中抽出的液相可燃气体流和待冷却的气体流之间传递热量，以便汽化从罐中抽出的液相可燃气体流，并利用从罐中抽出的液相可燃气体流的汽化潜热来冷却所述待冷却的气体流，所述待冷却的气体流选自在汽相气体收集回路中流通的汽相气体流和在中间回路中流通的第二部分气体流。
根据一个实施例，可燃气体是包含氮气的气体混合物，并且冷却装置中的汽化气体流被输送到汽相气体收集回路。
根据一个实施例，测量代表第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量，并且根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量调节在冷却装置的抽取回路中流通的液相可燃气体流的流速。
根据一个变型实施例，在冷却装置的抽取回路中流通的液相可燃气体流的流速根据代表第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量和标称浓度进行调节，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度。
根据一个实施例，在至少一种运行模式中，测量在膨胀装置上游的中间回路中流通的第二部分气体流的温度T1，并根据温度T1的测量值和标称温度调节在冷却装置的抽取回路中流通的液相可燃气体流的流速，以便将温度T1控制在标称温度。
根据有利的变型，可燃气体是液化天然气，标称温度T1在-145与-160℃之间。
根据一个实施例，本发明提供了一种包括上述设备的船舶。
根据一个实施例，本发明还提供了一种用于装载或卸载这种船舶的方法，其中通过低温输送管将可燃气体从浮动或陆基存储设备引导至船舶的罐或者从船舶的罐引导至浮动或陆基存储设备。
根据一个实施例，本发明还提供了一种用于传输可燃气体的系统，该系统包括上述船舶、设置成将安装在船体中的罐连接到浮动或陆基存储装置的低温传输管，以及用于将可燃气体流通过低温输送管从浮动或陆基储存装置驱动至船舶的罐或从船舶的罐驱动至浮动或陆基储存装置的泵。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的几个特定实施例——其仅用于说明而非限制——的描述，本发明将被更好地理解，并且其进一步的目的、细节、特征和优点将更明显。
-图1是根据第一实施例的用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备的示意图。
-图2是根据第二实施例的设备的示意图。
-图3是根据第三实施例的设备的示意图。
-图4以详细方式示出了根据一个变型实施例的图2的两个热交换器的布置。
-图5是示出当可燃气体流的70％流量返回到热交换器以在其中被再液化时，图2的设备的不同天然气体流中的氮浓度根据液态天然气中氮浓度变化的曲线图。
-图6是类似于图5的曲线图，其中70％的可燃气体流的流量返回到热交换器以便在其中再液化。
-图7是表示再液化气体的流速与从罐中抽出的液相气体的流速之间的差异根据返回图1和图2的设备的热交换器的第二通道的入口的第二部分可燃气体流的流速变化的曲线图。
-图8是表示输送到气体消耗构件的第一部分气体流中的氮浓度根据返回到根据现有技术的设备的和根据图1或2的设备的热交换器的第二部分可燃气体流的流速变化的曲线图。
-图9是表示再液化气体的流速与从罐中抽出的液相气体的流速之间的差异根据返回到根据现有技术的设备的和根据图2的设备的热交换器的第二部分可燃气体流的流速变化的曲线图。
-图10是船舶和用于装载/卸载可燃气体的传送系统的示意图。
具体实施方式
在说明书和权利要求书中，术语“可燃气体”具有一般性质，并且不特指由单一纯物质构成的气体或由多种组分构成的气体混合物。
在图1中，示出了用于一方面向一个或多个气体消耗构件供给可燃气体并且另一方面液化所述可燃气体的设备1。这种设备1可以安装在陆地上或浮式结构上。在浮式结构的情况下，设备1可以用于液化船或再气化船或用于液化天然气货船，例如甲烷罐船，或者更一般地可以用于任何装有气体消耗构件的船舶。
设备1包括三种不同类型的可燃气体消耗构件，即燃烧器2、发电机3和用于推进船舶的发动机4。
燃烧器2可以集成到发电设备中，或者可以集成到气体燃烧单元(GCU)中。发电设备尤其可以包括蒸汽发生器。蒸汽可以用于供给蒸汽涡轮机以产生能量和/或供给船舶的供热网络。燃烧器2能够利用氮浓度高的可燃气体运行，例如标准的气体燃烧单元可利用氮浓度高于30％至35％的可燃气体运行，但是供应燃料可能远高于此值。
发电机3包括例如柴油/天然气混合供给热力发动机，例如DFDE(双燃料柴油电动)技术。这种热力发动机可以燃烧柴油和天然气的混合物或使用这两种燃料中其中一种。供给这种热力发动机的天然气必须具有几巴到几十巴的压力，例如约6至8巴的绝对压力。另外，为了使这种热力发动机具有相应工作能力，天然气的氮浓度必须低于大约15％至20％的极限运行浓度。
用于推进船舶的发动机4例如是由MAN公司开发的“ME-GI”技术的双燃料二冲程低速发动机。这种发动机4使用天然气作为可燃物和在注入天然气之前注入用于点燃天然气的少量引燃燃料。为了给这种发动机4供给燃料，必须首先将天然气压缩在150至400巴绝对压力、更特别是250至300巴绝对压力的高压下。另外，这种发动机对天然气的质量极其敏感，并且为了使其发挥相应作用，天然气的氮浓度必须不超过15％至20％的阈值。
设备1包括一个或多个密封且隔热的罐5a、5b、5c、5d。根据一个实施例，各个罐5a、5b、5c、5d是膜罐。举例来说，在专利申请WO 140/57221，FR 2 691 520和FR 2 877 638中描述了这种膜罐。这种膜罐用于储存处于基本上等于大气压或稍高的压力下的可燃气体。根据其他替代实施例，各个罐5a、5b、5c、5d也可以是独立式罐，并且具体可以是平行六面体、棱柱形、球形、圆柱形或多叶形。某些类型的各个罐5a、5b、5c、5d允许储存处于明显高于大气压的压力下的气体。
各个罐5a、5b、5c、5d包括用于填充可燃气体的内部空间。可燃气体尤其可以是液化天然气(LNG)，即主要包含甲烷以及一种或多种其他烃，例如乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷以及少量氮气的气体混合物。可燃气体也可以是乙烷或液化石油气(LPG)，即源自炼油厂的烃的混合物，其基本上包含丙烷、丁烷和少量氮气。
可燃气体以液汽两相平衡态储存在各个罐5a、5b、5c、5d的内部空间中。因此，可燃气体以汽相存在于各个罐5a、5b、5c、5d的上部中，并且以液相存在于各个罐5a、5b、5c、5d的下部中。在大气压下储存时，液化天然气的对应于其液汽两相平衡态的平衡温度为大约-162℃。
设备1包括汽相气体收集回路6，其包括伸入每个罐5a、5b、5c、5d的气态顶部空间中，即高于罐的最大填充高度的入口7a、7b、7c、7d。这些入口7a、7b、7c、7d中的每一个经由阀24连接到汽相气体收集回路6。
汽相气体收集回路6通向热交换器8。热交换器8包括各自具有入口9a和出口9b的第一通道9、具有入口10a和出口10b的第二通道10以及用于将热量从第二通道10传递到第一通道9的热交换壁。为了优化热交换，热交换器8是一种逆流交换器。第一通道9的入口9a连接到汽相气体收集回路6以加热来自收集在罐5a、5b、5c、5d中的自然汽化物的气体流。第一通道9的出口9b连接到压缩机11，用于将该气体流压缩到与气体消耗构件的运行兼容的压力。
在所示的实施例中，压缩机11是多级压缩机。换句话说，压缩机11包括多个压缩级11a、11b、11c、11d、11e和放置在每个压缩级11a、11b、11c、11d、11e的出口处的中间热交换器33a、33b、33c、33d。中间热交换器33a、33b、33c、33d用于冷却各压缩级11a、11b、11c、11d、11e之间的压缩气体。例如，热交换器33a、33b、33c、33d可以特别地提供与海水的交换，从而使得可以使压缩气体流的温度基本上等于海水的温度。
压缩机27的尺寸设计根据要供给气体的可燃气体消耗构件变化，特别是根据可燃气体消耗构件的最大供给流量和可燃气体必须分配到其上的压力水平。因此，当其中一个气体消耗构件是如前所述的ME-GI型发动机4时，压缩机11的尺寸设计成使得离开压缩机11的气体流的压力通常在250与300巴绝对压力之间。
在压缩机11的下游，设备1包括三通连接器12，用于将第一部分气体流输送到发动机4以推进船舶，并且将第二部分气体流输送到热交换器8的第二通道10的入口10a。该三通连接器12由控制单元34引导。因此，控制单元34能够根据发动机4的可燃气体需求和/或待再液化的气体量改变分别流向发动机4和热交换器8的第二通道10的入口10a流通的气体的比例。
此外，如果可燃气体消耗构件具有如所示实施例中的不同供给压力，那么设备1包括中间三通连接器13，其位于两个压缩级11b、11c之间，因此可以在压缩机11的出口之前将一部分气体流转移到气体消耗构件，在本实施例的情况下是燃烧器2和发电机3。这样的布置使得可以在可燃气体通过足够数量的压缩级11a、11b达到对应于所述消耗构件的供给压力时将该可燃气体转移到可燃气体消耗构件。
在将热量传递给来自汽相气体收集回路6的汽相气体过程中，第二部分气体流在热交换器8的第二通道10中冷却。
热交换器8的第二通道10的出口10b经由膨胀装置14连接到相分离器25，可燃气体流将通过膨胀装置14减压至压力基本上等于罐5a、5b、5c、5d中存在的压力，例如接近大气压。因此，气体流经历膨胀，其通过焦耳汤姆逊效应至少部分地发生温度降低和液化。膨胀装置14例如是膨胀阀。
相分离器25，有时称为雾分离器，允许液相与气相分离。在下游，相分离器25一方面连接到通向罐5a、5b、5c、5d的返回回路31，另一方面连接到通向汽相气体抽取回路6的返回管道32。因此，相分离器25将液相可燃气体输送到罐5a、5b、5c、5d，而将汽相返回到热交换器8的第一通道9的入口9a。
设备1还包括冷却装置16，用于冷却在汽相气体收集回路6中流通的汽相气体流。为此，冷却装置16包括腔室20，腔室20集成到汽相气体收集回路6中，并且在腔室20中，喷射从其中一个罐5c中抽出的液相可燃气体流。因此，喷射的可燃气体流汽化，从收集在罐的气态顶部空间中的汽相气体流中获取热量。此外，一部分液相可燃气体的喷射和汽化使得可以降低至少部分地用于供给气体消耗构件2、3、4的气体流中的最易挥发成分的浓度，特别是氮浓度。
冷却装置16包括抽取回路35。抽取回路35具有入口27，该入口27伸入罐5a、5b、5c、5d中的一个罐的内部空间中，其位于罐的底部，靠近基底，以便取出储存在罐中的液相可燃气体，而不管罐的填充水平如何。冷却装置16还包括泵送装置，该泵送装置能够经由冷却装置16的入口27抽吸液相可燃气体并且使其在抽取回路35中流通到容纳在腔室20中的一个或多个喷射构件21。
在所示的实施例中，泵送装置包括：
-泵26，其用于抽吸液相可燃气体流并输送它；
-返回管道37，其一方面在泵26下游连接到抽取回路35，另一方面伸入罐5c的内部空间中；和
-两个阀38、39，分别安装在返回管路37上和安装在返回管路37与所述抽取回路35的连接部下游的抽取回路35上。
冷却装置16还包括用于控制泵送装置的控制单元36。控制单元36连接到温度传感器29和气体分析仪40。传感器29放置在中间回路15中，因此能够输出在膨胀装置24的入口处的、在中间回路15中流通的第二部分压缩气体流的温度测量值T1。气体分析仪40能够输出代表用于供给气体消耗构件2、3、4的气体流中氮浓度的测量值。
根据一个实施例，气体分析仪40能够分析气体流样品的组成，因此能够确定要传导到气体消耗构件的气体流中的氮浓度。在本实施例中，如图1所示，气体分析仪40优选地布置在热交换器8的第二通道9的出口9b和压缩机11之间抽取气体样本。因此，被分析的气体样本首先被预热，其次处于有利于分析操作的大气压或接近大气压下。然而，气体分析仪40可以位于不同的位置。
根据另一实施例，气体分析仪40是用于测量可燃气体的高热值的机器。高热值是氮浓度的特征，热值是气体流中氮浓度的代表性测量值。在这种情况下，气体分析仪40可以有利地集成到一个或多个气体消耗构件2、3、4中。
控制单元34设置成控制泵送装置，以确保用于传导到气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度低于气体消耗构件2、3、4的极限运行浓度，即高于该浓度则不能确保气体消耗构件2、3、4正常工作的极限氮浓度。
根据预计的第一方案，通过数字建模工具确定由泵26输送的液相可燃气体流的量。该数字建模工具使得可以确定由泵26输送的液相可燃气体流标称流速，其一方面使得可以确保用于传导至气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度低于气体消耗构件2、3、4的极限运行浓度，另一方面，使得可以优化焦耳汤姆逊减压过程中的再液化程度。
建模工具尤其根据以下进气参数确定所抽取的液相可燃气体流的标称流速：
-储存在罐中的液相和/或气相可燃气体中的以及/或者用于导入气体消耗构件2、3、4的气体流中的相应氮浓度；
-在汽相气体收集回路6中流通的汽相气体流流速；和
输送到气体消耗构件2、3、4的第一部分压缩可燃气体流与返回到交换器8的第二部分压缩可燃气体流之间的比率。
只要用于供给一个或多个气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度低于临界阈值，控制单元36就以再液化优先模式操作，其中所抽取的液相可燃气体流的流速确定成使得在中间回路15中流通的第二部分气体流的温度T1被控制在标称温度。因此，在该再液化优先模式中，确定可燃气体流的流速以优化再液化程度。当可燃气体是储存在大气压下的液化天然气时，在中间回路15中流通的第二部分气体流的标称温度通常在-145℃和-162℃之间，例如在-160℃的级别。
相反，当用于供给一个或多个气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度大于或等于临界阈值时，控制单元36以氮浓度优先模式操作，其中，所抽取的液相可燃气体流的流速确定成使得用于供给一个或多个气体消耗构件的气体流中的氮浓度的代表性测量值被控制在目标浓度。目标氮浓度选择成比待供给的一个或多个气体消耗构件的极限浓度略低，例如低2％至3％的级别，超过该极限浓度则不能保证一个或多个气体消耗构件2、3、4正常工作。
根据第二种方案，由泵26输送的液相可燃气体流的流速例如通过PI或PID类型的调节器来调节，使得在汽相气体收集回路6中流通的气体流中的氮浓度的代表性测量值被控制在目标浓度。在汽相气体收集回路中流通的气体流的目标氮浓度根据待供给的一个或多个气体消耗构件2、3、4的极限浓度来确定。
根据一个实施例，可以组合上述第一方案和第二方案。
此外，一个或多个气体消耗构件2、3、4的消耗量的增加易于引起热交换器8的第一通道9的入口9a处的气体流中的氮浓度的瞬间增大。具体地，在输送到气体消耗构件2、3、4的第一部分可燃气体流的流速相对于返回到交换器8的第二部分气体流的流速增加的过程中，观察到一种瞬态现象，其在交换器8的第一通道9的入口9a处促进了在中间回路32中流通的气体流，以有利于来自罐的气态顶部空间的气体流，这导致在交换器8的第一通道9的入口9a处的气体流中的氮浓度瞬时增加。因此，根据一个实施例，为了补偿这种现象，控制单元33具有校正因素，用于当输送到一个或多个气体消耗构件2、3、4的第一部分气体流的流速的偏移为正时增加标称流速。
根据第一实施例，泵26以恒定功率操作，给出恒定的流速，并且控制单元36根据由控制单元33确定的标称流速产生用于控制两个阀38、39中的一个和/或另一个的信号。因此，泵26的输送速率/流量是恒定的，并且调节两个阀38、39中的一个和/或另一个以便改变输送到一个或多个喷射构件21的液相可燃气体流部分与返回到罐5c的液相可燃气体流部分之间的分配。
根据第二实施例，阀38关闭而阀39打开，控制单元36产生用于控制泵26的信号，从而改变其输送速率。
根据未示出的变型实施例，设备1在腔室20的出口处包括附加相分离器。这种相分离器首先用于将未在腔室20中汽化的液相引导至通向罐5a、5b、5c、5d的返回回路31，其次，将气相引导至热交换器8的第一通道9的入口9a。
关于图2，示出了根据第二优选实施例的设备1。它与前述设备不同之处仅在于冷却装置16的特征。
在图2中，冷却装置16包括附加热交换器17，其确保在中间回路15中流通的压缩气体流与收集在罐中的液相气体流之间传递热量而不交换材料。
为此，附加热交换器17包括第一和第二通道18、19，所述通道分别包括入口18a、19a和出口18b、19b。为了优化热交换，附加热交换器17有利地是逆流交换器。第一通道18集成到连接热交换器8和膨胀装置14的中间回路15中。换句话说，第一通道18的入口18a连接到热交换器8的第二通道10的出口10b，而第一通道18的出口18b连接到膨胀装置14。第二通道19的入口19a连接到抽取回路35，而其出口19b连接到汽相气体抽取回路6。
换句话说，图2的实施例的特别有利之处在于：
-首先，从在中间回路15中流通的第二部分压缩气体流提取热量，这在再液化性能方面是特别有利的；以及
-其次，将汽化气体流注入在汽相气体收集回路6中流通的气体流中，这对于降低用于传导到一个或多个气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度是特别有利的。
图2中所示的泵送装置相对于结合图1所述的泵送装置进行了简化，因为它仅包括一个泵26。此外，设备1包括气体分析仪40和传感器28，气体分析仪40用于输出将被传导到气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度的代表性测量值，传感器28用于在附加热交换器17的第一通道18的出口18b处、即膨胀装置14的入口处测量第二部分气体流的温度T1。如图1的实施例中那样，控制单元36产生用于控制泵26的信号，以确保要传导到一个或多个气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度低于气体消耗构件2、3、4的极限运行浓度。
在某些操作条件下，特别是当用于传导到一个或多个气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度高时，从罐5a、5b、5c、5d抽出并用于作为汽相注入汽相气体收集回路6的液相气体流可能表现为氮浓度太高而不能在附加热交换器17中完全汽化。换句话说，在附加热交换器17的第二通道19的出口19b处的气体流易于处于液汽两相状态。
因此，在图4所示的变型实施例中，为了解决与在附加交换器17的出口处可能存在液汽两相状态的气体流相关的困难，附加交换器17被放置在热交换器8上方，使得在附加热交换器17的第二通道19的出口19b处的气体流能够通过重力流到热交换器8的第一通道9的入口9a。
在图5所示的另一个实施例中，为了避免在附加交换器17的出口处存在液汽两相状态的气体流，除了图2所示的附加交换器17之外，冷却装置16还包括第二附加热交换器41，其于在汽相气体收集回路6中流通的气体流和从罐5a、5b、5c、5d中抽出的液相气体流之间传递热量。
为此，第二附加热交换器41包括第一通道42和第二通道43，第一通道42集成到汽相气体收集回路6中，第二通道43包括连接到抽取回路35的入口43a和连接到汽相气体收集回路6的出口43b。
两个附加交换器17、41中的每一个经由相应的阀44、45连接到抽取回路35。因此，可以在两个附加热交换器17、41之间调节从罐5a、5b、5c、5d抽出的液相气体流的分配。特别地，可以将阀44、45先导成使得仅过量的气体被引导到第二附加热交换器41，过量的气体是指在从罐5a、5b、5c、5d中抽出的所有液相气体流都被引导至附加热交换器17的情况下不能在附加热交换器17中汽化的气体量。
图5表示根据液态天然气中氮浓度变化的下列天然气体流中的氮浓度：
-从罐中抽出的汽相气体流(曲线a)；
-在根据现有技术的设备中用于输送到气体消耗构件2、3、4的第一部分压缩可燃气体流(曲线b)；和
-在根据图2的设备中用于输送到气体消耗构件2、3、4的第一部分压缩可燃气体流，其中从罐5a、5b、5c、5d以液相抽取并在附加热交换器17中汽化的气体的流速可以调节以便优化再液化产率(曲线c)。
图5表示这样的操作条件，其中从罐中抽出的汽相气体流的温度为-120℃，并且可燃气体流的70％流量返回到热交换器8以便在其中再液化。关于图5观察到，在热交换器8的第一通道9的入口9a处喷射液体使得可以显著降低用于输送到一个或多个气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度，以使其与一个或多个气体消耗构件2、3、4的运行模式兼容。这也可以在不降低再液化产率的情况下实现。
图6表示当只有50％流量的可燃气体流返回到热交换器8以便在其中再液化时的类似图表。
图7是表示再液化气体的流速与从罐中抽取液相气体的流速之间的差异根据返回到热交换器8以便在其中再液化的第二部分可燃气体流的流速变化的曲线图。图1所示的设备的再液化性能质量在曲线a上表示，图2所示的设备的再液化性能质量在曲线b上表示。所述设备的运行条件如下：从罐5a、5b、5c、5d收集的汽相天然气的氮浓度为20％，温度为-140℃，在热交换器8的第一通道9的入口9a处的天然气流的总流速为4700kg/小时，并且从罐中抽取液相天然气流的流速被调节为使得在中间回路22中流通的第二部分气体流的温度T1被控制在-160℃的标称温度。因此，图7展示了图2所示设备具有更大功效。
图8表示用于输送到气体消耗构件2、3、4的第一部分气体流中的氮浓度根据返回到热交换器以在其中再液化的第二部分可燃气体流的流速的变化。曲线a对应于现有技术的设备的氮含量，即，从罐中抽取液相并随后汽化的气体没有任何流量被添加到汽相气体收集回路6，而曲线b对应于当气体通过图1和图2的设备从罐5a、5b、5c、5d以液相抽取并汽化和注入汽相气体收集回路6时的氮含量。由此可见，图1和图2所示设备使得可以大幅降低输送到气体消耗构件2、3、4的第一部分气体流中的氮浓度，从而使其与气体消耗构件2、3、4的工作要求兼容。
图9表示再液化气体流速与从罐中抽取的液相气体流速之间的差异根据返回热交换器8的第二部分可燃气体流的流速的变化。所述设备的工作条件与图7所述的设备相同。曲线a对应于现有技术设备的再液化性能质量，即从罐5a、5b、5c、5d以液相抽取并汽化的气体中没有任何流量被添加到汽相气体收集回路，而曲线b对应于当气体借助于图2所示的设备从罐中以液相抽取并汽化和注入汽相气体收集回路时的再液化性能质量。
因此观察到，使用如关于图2所述的冷却装置使得可以降低用于传导到气体消耗构件2、3、4的气体流中的氮浓度，同时将再液化产率提高到高达第二部分可燃气体流的特定流速值，并且不会将再液化产率显著降低到超过第二部分可燃气体流的所述流速值。
还应注意的是，从罐5a、5b、5c、5d抽出的汽相天然气的温度越高，相对于现有技术的设备，再液化产率的比较越有利于图2中所描述的设备。
图10示出了用于装载/卸载诸如液化天然气的可燃气体并在船舶41和未示出的浮动或陆基设施之间形成接口的输送系统40。如上所述，船舶41配备有用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备。作为示例，未示出的流体密封和隔热罐通常是棱柱形的并且安装在船舶的双船体中。
通过标记为42的浸入式低温管线确保产品输送。形成船舶41与浮动或陆基设施之间的接口的输送系统40包括至少一个承载存储/处理台架44的平台43和主平台45，以承载将浸入式低温管线42连接到柔性传送管46的所有设备。每个柔性输送管46用于通过连接模块48连接到船舶的歧管47。船舶的歧管47借助于布置在船舶41上甲板上的装载/卸载管线连接到罐，从而将液化气货物传送进出所述罐。
台架44的主要功能是能够借助于起重机和绞盘处理以及存储输送部件，即每个连接模块48和柔性输送管46的移动端。
根据一个实施例，输送系统包括三个并行的柔性传送管46，其中两个使得可以在浮动或陆基设备与船舶之间输送液化天然气，而第三个传送管使得可以输送气体以平衡船舶的罐的气态顶部空间中的压力。
为了产生液化气体输送所需的压力，使用船舶41中的船载泵，和/或安装在陆基设备中的泵，和/或安装在输送系统40上的泵。
尽管已经结合若干特定实施例描述了本发明，但本发明显然绝不限于此并且包括所述设备的落入本发明的范围内的所有技术等同物及其组合。
动词“包含”或“含有”或“包括”及其变化形式的使用不排除权利要求中所述之外的元素或步骤的存在。
这样，根据本技术的一些非限制性实施例实现的方法和装置可以表示如下，以编号的条款呈现。
[条款1]用于向气体消耗构件(2，3，4)供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备(1)；该设备包括：
-密封且隔热的罐(5a，5b，5c，5d)，其包括用于填充液汽两相平衡态的可燃气体的内部空间；
-汽相气体收集回路(6)，其包括伸入罐(5a，5b，5c，5d)的内部空间中并设置成从罐(5a，5b，5c，5d)的内部空间中抽取汽相可燃气体流的入口(7a，7b，7c，7d)；
-热交换器(8)，其包括第一、第二通道(9，10)和用于将热量从第二通道(10)传递到第一通道(9)的热交换壁，第一通道(9)和第二通道(10)分别包括入口(9a，10a)和出口(9b，10b)；第一通道(9)的入口(9a)连接到汽相气体收集回路(6)，以加热热交换器(8)中的汽相可燃气体流；
-压缩机(11)，其在上游连接到热交换器(8)的第一通道(9)的出口(9b)以便在热交换器(8)的第一通道(9)的出口处压缩可燃气体流，并且在下游连接到三通连接器(12，13)，该三通连接器能够将第一部分可燃气体流输送到气体消耗构件(2，3，4)并且能够将第二部分可燃气体流输送到热交换器(8)的第二通道(10)的入口(10a)以冷却第二部分可燃气体流；以及
-膨胀装置(14)，其在上游经由中间回路(15)连接到热交换器(8)的第二通道(10)的出口(10b)，并且在下游连接到通向罐(5a，5b，5c，5d)的返回回路(31)；膨胀装置(14)设置成使来自中间回路(15)的第二部分可燃气体流减压；
该设备(1)的特征在于它还包括冷却装置(16)，该冷却装置包括一个抽取回路(35)；所述抽取回路包括入口(27)，该入口(27)伸入罐(5a，5b，5c，5d)的内部空间中并设置成从罐的内部空间(5a，5b，5c，5d)抽出液相可燃气体流；所述冷却装置(16)设置成在从罐中抽出的液相可燃气体流和待冷却的可燃气体流之间传递热量，从而汽化从罐中抽出的液相可燃气体流并使用从罐中抽出的液相可燃气体流的汽化潜热来冷却待冷却的可燃气体流，所述待冷却的可燃气体流选自在汽相气体收集回路(6)中流通的汽相可燃气体流和在中间回路(15)中流通的第二部分可燃气体流。
[条款2]根据条款1的设备(1)，其中可燃气体是包含氮气的气体混合物，并且其中冷却装置(16)设置成将冷却装置(16)中的汽化气体流输送至汽相气体收集回路(6)从而降低在汽相气体收集回路(6)中流通的可燃气体流的氮含量。
[条款3]根据条款2的设备，其中冷却装置(16)包括附加热交换器(17)，其包括第一、第二通道(18，19)和用于从附加热交换器(17)的第一通道(18)向第二通道(19)传递热量的热交换壁，所述第一通道(18)和所述第二通道(19)各自包括入口(18a，19a)和出口(18b，19b)，所述第一通道(18)集成到连接热交换器(8)和膨胀装置(14)的中间回路(15)中，所述第二通道(19)的入口(19a)连接到冷却装置(16)的抽取回路(35)，所述第二通道(19)的出口(19b)连接到汽相气体收集回路(6)。
[条款4]根据条款3的设备，其中附加热交换器(17)叠加在热交换器(8)上方，并且附加热交换器(17)的第二通道(19)的出口连接到热交换器(8)的第一通道(9)的入口(9a)使得液相气体流可以通过重力从附加热交换器(17)的第二通道(19)的出口流到热交换器(8)的第一通道(9)的入口(9a)。
[条款5]根据条款3的设备，其中冷却装置(16)包括具有第一通道(42)和第二通道(43)的第二附加热交换器(41)，第一通道(42)集成到汽相气体收集回路(6)并且第二通道(43)包括连接到抽取回路(35)的入口(43a)和连接到汽相气体收集回路(6)的出口(43b)。
[条款6]根据条款2的设备，其中冷却装置(16)包括腔室(20)和喷射构件(21)，所述腔室(20)在汽相气体收集回路(6)的入口(7a，7b，7c，7d)与热交换器(8)的第一通道(9)的入口(9a)之间集成到汽相气体收集回路(6)中，所述喷射构件(21)连接到冷却装置(16)的抽取回路(35)并设置成用于将液相可燃气体喷射到腔室(20)内，以冷却从罐的内部空间抽出的汽相气体流，并降低在汽相气体收集回路(6)中流通的可燃气体流的氮含量。
[条款7]根据条款2至6中任一项所述的设备，其中冷却装置(16)包括泵送装置(26)，其能够经由冷却装置(16)的入口(27)抽吸液相可燃气体流并将其输送到抽取回路(35)中。
[条款8]根据条款7的设备，其包括气体分析仪(40)，该气体分析仪能够提供第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值，并且其中控制单元(36)设置成根据输送至气体消耗构件(2，3，4)的第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值产生用于泵送装置(26)的控制信号，以确保第一部分可燃气体流中的氮浓度低于气体消耗构件的极限运行浓度。
[条款9]根据条款8的设备，其中控制单元(36)设置成根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值和低于气体消耗构件的极限运行浓度的标称浓度来产生用于泵送装置(26)的控制信号，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度。
[条款10]根据条款8的设备，其中控制单元(36)具有：
-氮浓度优先模式，其根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值和低于气体消耗构件的极限运行浓度的标称浓度产生用于泵送装置(26)的控制信号，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度；和
-再液化优先模式，其根据在膨胀装置(14)入口处的、在中间回路(15)中流通的第二部分气体流的温度测量值T1和标称温度产生用于泵送装置(26)的控制信号，以便将温度T1控制在标称温度；
所述控制单元(36)设置成根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值从氮浓度优先模式切换到再液化优先模式。
[条款11]根据条款1至10中任一项所述的设备，其中，膨胀装置(23)是膨胀阀。
[条款12]根据条款1至11中任一项所述的设备，包括相分离器(25)，其在上游连接到膨胀装置(14)，在下游一方面连接到通向罐的返回回路(31)，另一方面连接到与汽相气体收集回路(6)连接的返回管道(32)；相分离器(25)设置成将液相可燃气体流输送到返回回路(31)并将气相可燃气体流输送到返回管(32)。
[条款13]通过根据条款1至12中任一项的设备向气体消耗构件供给可燃气体并液化所述可燃气体的方法，包括：
-将汽相可燃气体流从汽相气体收集回路(6)的入口(7a，7b，7c，7d)输送到热交换器(8)的第一通道(9)的入口(9a)；
-将热量从热交换器(8)的第二通道(10)传递到第一通道(9)；
-压缩离开热交换器(8)的第一通道(9)的可燃气体流；
-将第一部分压缩可燃气体流输送到气体消耗构件(2，3，4)，将第二部分压缩气体流输送到热交换器(8)的第二通道(10)的入口(10a)；
-将第二部分可燃气体流从热交换器(8)的第二通道经由中间回路(15)输送到膨胀装置(14)；
-使来自中间回路(15)的第二部分可燃气体流减压；
-将减压的第二部分可燃气体流的至少一部分液相输送到罐(5a，5b，5c，5d)；
-从罐(5a，5b，5c，5d)的内部空间抽出液相可燃气体流；
-在从罐中抽出的液相可燃气体流和待冷却的气体流之间传递热量，以便汽化从罐中抽出的液相可燃气体流，并利用从罐中抽出的液相可燃气体流的汽化潜热来冷却所述待冷却的气体流，所述待冷却的气体流选自在汽相气体收集回路(6)中流通的汽相气体流和在中间回路(15)中流通的第二部分气体流。
[条款14]根据条款13的方法，其中可燃气体是包含氮气的气体混合物，并且冷却装置(16)中的汽化气体流被输送到汽相气体收集回路(6)。
[条款15]根据条款14的方法，其中测量代表第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量，并且根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量调节在冷却装置(16)的抽取回路(35)中流通的液相可燃气体流的流速。
[条款16]根据条款15的方法，其中在冷却装置(16)的抽取回路(35)中流通的液相可燃气体流的流速根据代表第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量和标称浓度进行调节，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度。
[条款17]船舶(40)，包括根据条款1至12中任一项的设备(1)。
[条款18]用于装载或卸载根据条款17的船舶(40)的方法，其中通过低温输送管将可燃气体从浮动或陆基存储设备引导至船舶的罐或者从船舶的罐引导至浮动或陆基存储设备船舶。
[条款19]用于输送可燃气体的系统，该系统包括根据条款17的船舶、设置成将安装在船体中的罐连接到浮动或陆基存储装置的低温传输管(42，46)，以及用于将可燃气体流通过低温输送管从浮动或陆基储存装置驱动至船舶的罐或从船舶的罐驱动至浮动或陆基储存装置的泵。

Claims (19)

1.用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备；该设备包括：
-密封且隔热的罐，其包括用于填充液汽两相平衡态的可燃气体的内部空间；
-汽相气体收集回路，其包括伸入罐的内部空间中并设置成从罐的内部空间中抽取汽相可燃气体流的入口；
-热交换器，其包括第一通道、第二通道和用于将热量从第二通道传递到第一通道的热交换壁，第一通道和第二通道分别包括入口和出口；第一通道的入口连接到汽相气体收集回路，以加热热交换器中的汽相可燃气体流；
-压缩机，其在上游连接到热交换器的第一通道的出口以便在热交换器的第一通道的出口处压缩可燃气体流，并且在下游连接到三通连接器，该三通连接器能够将第一部分可燃气体流输送到气体消耗构件并且能够将第二部分可燃气体流输送到热交换器的第二通道的入口以冷却第二部分可燃气体流；以及
-膨胀装置，其在上游经由中间回路连接到热交换器的第二通道的出口，并且在下游连接到通向罐的返回回路；膨胀装置设置成使来自中间回路的第二部分可燃气体流减压；
所述设备的特征在于它还包括冷却装置，该冷却装置包括一个抽取回路；所述抽取回路包括入口，该入口伸入罐的内部空间中并设置成从罐的内部空间抽取液相可燃气体流；所述冷却装置设置成在从罐中抽出的液相可燃气体流和待冷却的可燃气体流之间传递热量，从而汽化从罐中抽出的液相可燃气体流并使用从罐中抽出的液相可燃气体流的汽化潜热来冷却待冷却的可燃气体流，所述待冷却的可燃气体流选自在汽相气体收集回路中流通的汽相可燃气体流和在中间回路中流通的第二部分可燃气体流。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可燃气体是包含氮气的气体混合物，并且其中，所述冷却装置设置成将所述冷却装置中的汽化气体流输送到所述汽相气体收集回路以便降低在汽相气体收集回路中流通的可燃气体流的氮含量。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述冷却装置包括附加热交换器，所述附加热交换器包括第一通道、第二通道以及用于从所述附加热交换器的第一通道向第二通道传递热量的热交换壁，所述第一通道和所述第二通道各包括入口和出口，所述第一通道集成在连接热交换器和膨胀装置的中间回路中，所述第二通道的入口连接到冷却装置的抽取回路，所述第二通道的出口连接到汽相气体收集回路。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述附加热交换器叠加在所述热交换器上方，并且所述附加热交换器的第二通道的出口连接到所述热交换器的第一通道的入口，使得液相气体流通过重力从附加热交换器的第二通道的出口流到热交换器的第一通道的入口。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述冷却装置包括具有第一通道和第二通道的第二附加热交换器，第一通道集成到汽相气体收集回路并且第二通道包括连接到抽取回路的入口和连接到汽相气体收集回路的出口。
6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述冷却装置包括腔室和喷射构件，所述腔室在汽相气体收集回路的入口与热交换器的第一通道的入口之间集成到汽相气体收集回路中，所述喷射构件连接到冷却装置的抽取回路并设置成用于将液相可燃气体喷射到腔室内，以冷却从罐的内部空间抽出的汽相气体流，并降低在汽相气体收集回路中流通的可燃气体流的氮含量。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的设备，其中，所述冷却装置包括泵送装置，所述泵送装置能够经由冷却装置的入口抽吸液相可燃气体流并将其输送到抽取回路中。
8.根据权利要求7所述的设备，其包括气体分析仪，该气体分析仪能够提供第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值，并且其中控制单元设置成根据输送至气体消耗构件的第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值产生用于泵送装置的控制信号，以确保第一部分可燃气体流中的氮浓度低于气体消耗构件的极限运行浓度。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述控制单元设置成根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值和低于气体消耗构件的极限运行浓度的标称浓度来产生用于泵送装置的控制信号，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述控制单元具有：
-氮浓度优先模式，其根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值和低于气体消耗构件的极限运行浓度的标称浓度产生用于泵送装置的控制信号，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度；和
-再液化优先模式，其根据在膨胀装置入口处的、在中间回路中流通的第二部分气体流的温度测量值T1和标称温度产生用于泵送装置的控制信号，以便将温度T1控制在标称温度；
所述控制单元设置成根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的代表性测量值从氮浓度优先模式切换到再液化优先模式。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述膨胀装置是膨胀阀。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，包括相分离器，所述相分离器在上游连接到膨胀装置，在下游一方面连接到通向罐的返回回路，另一方面连接到与汽相气体收集回路连接的返回管道；相分离器设置成将液相可燃气体流输送到返回回路并将汽相可燃气体流输送到返回管道。
13.一种通过根据权利要求1所述的设备向气体消耗构件供给可燃气体并液化所述可燃气体的方法，包括：
-将汽相可燃气体流从汽相气体收集回路的入口输送到热交换器的第一通道的入口；
-将热量从热交换器的第二通道传递到第一通道；
-压缩离开热交换器的第一通道(9)的可燃气体流；
-将第一部分压缩可燃气体流输送到气体消耗构件，将第二部分压缩气体流输送到热交换器的第二通道的入口；
-将第二部分可燃气体流从热交换器的第二通道经由中间回路输送到膨胀装置；
-使来自中间回路的第二部分可燃气体流减压；
-将减压的第二部分可燃气体流的至少一部分液相输送到罐；
-从罐的内部空间抽出液相可燃气体流；
-在从罐中抽出的液相可燃气体流和待冷却的气体流之间传递热量，以便汽化从罐中抽出的液相可燃气体流，并利用从罐中抽出的液相可燃气体流的汽化潜热来冷却所述待冷却的气体流，所述待冷却的气体流选自在汽相气体收集回路中流通的汽相气体流和在中间回路中流通的第二部分气体流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，可燃气体是包含氮气的气体混合物，并且冷却装置中的汽化气体流被输送到汽相气体收集回路。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，测量代表第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量，并且根据第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量调节在冷却装置的抽取回路中流通的液相可燃气体流的流速。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在冷却装置的抽取回路中流通的液相可燃气体流的流速根据代表第一部分可燃气体流中的氮浓度的变量和标称浓度进行调节，以便将第一部分可燃气体流中的氮浓度控制在标称浓度。
17.一种船舶，其包括根据权利要求1所述的设备。
18.用于装载或卸载根据权利要求17所述的船舶的方法，其中，通过低温输送管将可燃气体从浮动或陆基存储设备引导至船舶的罐或者从船舶的罐引导至浮动或陆基存储设备船舶。
19.一种用于输送可燃气体的系统，该系统包括根据权利要求17所述的船舶、设置成将安装在船体中的罐连接到浮动或陆基存储装置的低温传输管以及用于将可燃气体流通过低温输送管从浮动或陆基储存装置驱动至船舶的罐或从船舶的罐驱动至浮动或陆基储存装置的泵。
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Patentee after: Gas transportation and technology gas Co.

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Patentee before: INNOVATIVE CRYOGENIC SYSTEMS, Inc.