CN110462278A - 液化气罐装置和操作液化气罐装置的方法 - Google Patents

液化气罐装置和操作液化气罐装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括液化气罐(12)的液化气罐装置(10)，其中所述罐(12)中的气体在所述罐(12)中形成液相部分(12.1)和气相部分(12.2)，所述装置包括：主供应管线(14)，其被构造成将气体供给至气体消耗器(16)；辅助容器(22)，其设置有加热装置(24)，该加热装置被构造成将热传递到所述辅助容器(22)中；第一气体管线(26)，其将所述罐(12)的所述气相部分(12.2)和所述辅助容器(22)连接，所述第一气体管线(26)包括第一阀(28)；第二气体管线(30)，其将所述辅助容器(22)和所述主供应管线(14)连接，第二气体管线(30)包括第二阀(32)；以及第三气体管线(34)，其将所述罐(12)中的所述液相部分(12.1)和所述辅助容器(22)连接，所述第三气体管线(34)包括第三阀(36)。本发明还涉及操作所述罐装置(10)。

Description

液化气罐装置和操作液化气罐装置的方法
技术领域
本发明涉及液化气罐装置，尤其涉及用于控制包括液化气罐的液化气罐装置的压力的装置，其中，罐中的气体在所述罐中形成液相部分和气相部分。
本发明还涉及一种操作液化气罐装置的方法。
背景技术
液化气作为海上船舶和其他移动发电厂中原动机的燃料已越来越引起人们的关注，而环境问题，尤其是废气排放的重要性日益提高。
WO2005058684A1公开了一种用于海上船舶的气体供应装置，该气体供应装置适于在其具有缺量空间部分和液相部分的货物罐中运送液化气，并利用该货物作为燃料来为船舶提供动力。该装置包括：第一气体供应管线，该第一气体供应管线连接货舱罐的缺量空间部分和气体主供应管线，并且设置有用于将气体的压力升高到适当水平的压缩机；以及第二气体供应管线，该第二气体供应管线连接货物罐的液相部分和气体主供应管线，并设置有至少一个泵，该泵用于升高液化气的压力并将其向前泵送。第二气体供应管线设置有具有缺量空间部分和液相部分的气体存储器，该气体存储器经由第二气体供应管线的第一管道部分连接至货物罐的液相部分并经由第二气体供应管线的第二管道部分连接至气体主供应管线。
EP 2032428B1公开了一种用于海上船舶中的气体操作的内燃活塞发动机的燃料系统的实施例，其中，气体以液化气的形式储存在船舶中的至少一个燃料储存罐中。气体储存在燃料储存罐中，其中仅存在由液态气体引起的流体静压力。实际的燃料供给系统包括单独的燃料供给罐，其中气体呈液相状态且处于适于供给到发动机的高压下。在这种系统中，必须将燃料供给罐构建成承受通常约为500kPa大小的高压。被构造成燃烧气态燃料的气体驱动气体消耗器实际上总是对引入气体消耗器的气体压力有若干要求。因此需要控制供给压力。
从上述文献中可以发现，液化气通常在极低的温度下储存，并且例如由于来自周围的热传递，部分气体蒸发，即所谓的挥发气体。
WO2016163666A1公开了一种燃料气体供应系统。该燃料气体供应系统包括用于储存液化气和液化气的挥发气体的储存罐。在这种情况下，罐压力仅是适中的，因此存在用于压缩从储存罐供应的挥发气体的压缩单元和用于对从储存罐供应的液化气体加压的泵。尽管形成了挥发气体，但是这有利于将挥发气体作为燃料使用并且将罐中的压力维持在期望的水平。
事实上，有许多现有技术专利出版物，其中通过首先将挥发气体压缩成适合于相应气体消耗器的较高压力来利用挥发气体。这种装置需要单独的气体压缩机或多个压缩机，这样的装置具有若干缺点，例如与压缩机有关的维护。
本发明的一个目的是提供一种液化气燃料罐装置和一种操作液化气罐装置的方法，其与现有技术的解决方案相比得到了很大的改进。
发明内容
可以基本上如独立权利要求和描述本发明的不同实施方式的更多细节的其他权利要求中所公开的那样满足本发明的目的。
根据本发明的一个实施方式，一种液化气罐装置，该液化气罐装置包括：液化气罐，其中所述罐中的气体在所述罐中形成液相部分和气相部分；主供应管线，其被构造成将气体供给至气体消耗器；辅助容器，其设置有加热装置，该加热装置被构造成将热传递到所述辅助容器中；第一气体管线，其将所述罐的所述气相部分和所述辅助容器连接，所述第一气体管线包括第一阀；第二气体管线，其将所述辅助容器和所述主供应管线连接，第二气体管线包括第二阀；以及第三气体管线，其将所述罐中的所述液相部分和所述辅助容器连接，所述第三气体管线包括第三阀。
通过操作所述装置，可以降低液化气罐中的压力并以可靠且有效的方式供给气体以供气体消耗器使用。该装置和方法易于控制并且需要最少的维护。
根据本发明的实施方式，所述主供应管线将所述罐的所述液相部分和所述气体消耗器流体连接，并且所述主供应管线设置有：至少一个泵，其用于升高液化气压力；以及至少一个热交换器，其用于将液态气体蒸发成气态形式以在所述气体消耗器中使用，所述第三气体管线经由所述主供应管线将所述辅助容器连接至所述罐中的所述液相部分并且在所述泵和所述热交换器之间的位置处连接至所述主供应管线。
根据本发明的实施方式，所述装置还包括计算机控制单元，所述计算机控制单元包括可执行指令以相继地：打开所述第一阀并将气态气体从所述液化气罐的所述气相部分供给到所述辅助容器中；关闭所述第一阀并封闭所述辅助容器中的空间；将热施加至所述辅助容器中以增加所述辅助容器的封闭空间内的压力，从而形成加压气体；通过可控地打开所述第二阀将所述加压气体可控制地引入所述主供应管线中；关闭所述第二阀并封闭所述辅助容器中的所述空间；通过打开所述第三阀从所述罐的所述液相部分供给液化气，以降低所述辅助容器中的所述压力；关闭所述第三阀。
根据本发明的实施方式，所述装置包括至少两个辅助容器，所述至少两个辅助容器彼此并行地联接。
一种操作液化气罐装置的方法，所述液化气罐装置包括：主供应管线，其被构造成将气体供给至气体消耗器；辅助容器，其设置有加热装置；第一气体管线，其将所述罐的气相部分和所述辅助容器连接；第一气体管线，其包括第一阀；第二气体管线，其将所述辅助容器和所述主供应管线连接，所述第二气体管线包括第二阀；以及第三气体管线，其将所述罐中的液相部分和所述辅助容器连接，所述第三气体管线包括第三阀，所述方法包括以下步骤：
a)通过打开所述第一阀同时维持所述第二阀和所述第三阀关闭，将气态气体从所述液化气罐的所述气相部分引导至所述辅助容器；
b)关闭所述第一阀并维持所述第二阀和所述第三阀关闭，并通过施加所述加热装置加热所述辅助容器中的气体，从而通过所述加热增加所述辅助容器中的气体的压力；
c)打开所述第二气体管线中的所述第二阀并允许气体从所述辅助容器进入所述主供应管线；
d)关闭所述第二阀，并通过打开所述第三阀同时维持所述第一阀和所述第二阀关闭将所述液化气体引到至所述辅助容器中，并因此借助于所述液化气体的冷却效果降低所述辅助容器中的气体的压力。
根据本发明的实施方式，在执行所述步骤c)期间(即，在允许气体从辅助容器进入主供应管线时)加热所述辅助容器中的所述气体。
根据本发明的实施方式，重复所述步骤a)至d)不止一次。
根据本发明的实施方式，监测所述液化气罐(12)中的压力并且在所述压力大于所述压力的设定值的情况下开始实施所述步骤a)至d)，并重复所述步骤a)至d)，直到所述压力小于或等于所述压力的设定值。
本专利申请中呈现的本发明的示例性实施方式不应被解释为对所附权利要求的适用性构成限制。动词“包括”在本专利申请中用作开放式限制，这种开放性限制不排除还存在未叙述的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中所述的特征可相互自由组合。尤其在所附权利要求中阐述被认为是本发明特征的新颖特征。
附图说明
在下文中，将参考示例性示意附图描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的液化气罐装置；
图2示出了根据本发明的实施方式的方法的步骤；以及
图3示出了根据本发明的另一个实施方式的液化气罐装置。
具体实施方式
图1示意性地描绘了液化气罐装置10，其构造成在属于装置10的罐12中以低温条件储存液化气。当罐12包括液化气时，气体在罐12中形成液相部分12.1和气相部分12.2。气相部分也可称为缺量部分。在液相部分12.1上存在一个表面，该表面的竖直位置根据罐12中的液化气的量而变化。因此，气相部分12.2位于罐的上部，并且液相部分位于罐12的下部。
液化气罐装置10包括主供应管线14，主供应管线14从罐12的下部(即罐12的底部附近)延伸到一个或多个气体消耗器16。主供应管线将罐12的液相部分12.1和气体消耗器16流体连接。液化气罐装置10被设置成用于为气体消耗器储存和供应燃料，气体消耗器借助于该燃料运行。主供应管线设置有泵18，该泵18用于将液化气的压力升高到能够以合适的压力水平为气体消耗器提供气体的水平。在该图中仅示出了一个泵，但是例如为了冗余安全，可以布置不只一个泵。作为本发明的有利实施方式，气体消耗器是构造成燃烧气态燃料的内燃活塞发动机。在这种情况下，发动机的气体供给压力约为500kPa。因为主供应管线14从罐12排出的气体最初处于液化的低温状态，所以主供应管线14设置有热交换器19，该热交换器19构造成使液化气蒸发并且可选地将气态气体加热至适合在气体消耗器16中使用的温度。热交换器19可以由一个或多个单独的热交换器形成。主供应管线用作气体消耗器16的主要气体供给系统。由于热不可避免地从周围环境传递到液化气，在气相部分12.2中形成所谓的挥发气体，因此，即使液化气经由主供应管线14从罐12排出，罐内的压力也趋向于增加。
为了防止压力上升到不希望的水平，液化气罐装置10包括组件20，该组件20适于从罐12排出气态气体，将气体的压力增加到高压并以此高压将气态气体供给至主供应管线14。此时，组件20并因此液化气罐装置10包括辅助容器22，辅助容器22设置有加热装置，该加热装置构造成将热传递到辅助容器24中，以加热辅助容器22的内容物。加热装置24可以例如是热交换器系统24，该热交换器系统24连接至气体消耗器16，使得气体消耗器中产生的热传递至辅助容器22并在辅助容器22中使用，以加热辅助容器22中的气体。加热装置设置有控制装置25，以控制加热装置的操作，即控制所施加的热功率。在图1的情况下，加热装置24是热交换器，传热流体在该热交换器中流动，并且控制装置25是布置成用于控制流体穿过热交换器的流动的阀。加热装置也可以由电加热器实现，在这种情况下，控制装置例如是电压控制装置。加热装置24也可以称为独立于所使用的热源的加热器。辅助容器构造成压力容器，其承受的压力至少等于气体消耗器的气体供给压力。辅助容器22与罐12的气体空间12.2流动连通。这使得可以将气体从液化气罐12供给或吹扫至辅助容器22。有利地，通过在辅助容器22和罐12之间产生的压力差来驱动该吹扫。容器22和罐12(即其气体空间12.2)借助第一气体管线26相互连接，第一气体管线26通向罐12的上部。第一气体管线26包括第一阀28，借助该第一阀28可以打开和关闭辅助容器22和罐12之间的流动连通。
液化气罐装置10还包括第二气体管线30，该第二气体管线30连接辅助容器22和主供应管线14。第二气体管线30包括第二阀32，借助该第二阀32，可以打开和关闭辅助容器22和主供应管线14之间的流动连通。这使得可以将气体从辅助容器22供给到主供应管线14。第一气体管线26和第二气体管线30两者都旨在使气体以气态形式通过，因此有利地连接至辅助容器22的上部。特别地，第二气体管线30在主供应管线中的气体为气态形式的位置处连接至该主供应管线，这是位于热交换器19(即气体蒸发器)下游的情况。
另外，液化气罐装置10包括第三气体管线34，这里，该第三气体管线34在主供应管线14中的气体为液体形式的位置处将辅助容器22和主供应管线14连接。这种位置位于热交换器19(液化气在该热交换器19处蒸发)的上游。上游和下游是指从罐12到气体消耗器的正常气体流动方向。即使这里没有示出，也可以想到将第三气体管线也直接连接至罐12(即其液相部分12.1)并设置有单独的泵。第三气体管线34包括第三阀36，借助该第三阀36可以打开和关闭辅助容器22和主供应管线14之间的流动连通。这使得可以将液化气从主供应管线14供给至辅助容器22。将液化气供给至容器22中的目的是将其冷却。并且，为了使冷却有效，第三气体管线34经由在第三气体管线的端部处布置在容器22中的一组喷嘴38在容器22的上部通向该容器22。
该装置有利地包括计算机控制单元40，该计算机控制单元40构造成根据本发明的方法控制组件20的操作。更具体地，计算机控制单元40包括可执行指令以相继地：打开第一阀28以将气态气体从液化气罐12的气相部分12.2供给到辅助容器20中；关闭第一阀28并通过维持第一阀28、第二阀30和第三阀34关闭而封闭辅助容器中的空间；将热24施加至辅助容器中以增加辅助容器22的封闭空间中的压力，从而形成加压气体；通过可控地打开第二阀30，将加压气体可控制地引入主供应管线14；关闭第二阀30并通过维持第一阀28、第二阀30和第三阀34关闭而封闭辅助容器中的空间；通过打开第三阀34从罐的液相部分12.1供给液化气，从而减小辅助容器22的封闭空间中的压力；以及关闭第三阀。由计算机控制单元执行的步骤的这种顺序有助于降低罐12中的例如由辅助容器22的容积和可能根据具体情况而改变的所用压力及压力差限定的压力。
下面将参考图2描述操作液化气罐装置10的方法，其中视图a)至d)表示该方法的不同步骤和阀的位置。在视图a)中所示的步骤中，第一阀28(即连接罐12的缺量空间与辅助容器22的第一气体管线中的阀)是打开的。还有一个先决条件是罐12中的压力高于用于打开第一阀28的预定设定值，并且高于辅助容器22中的压力以开始将气体从罐供给至辅助容器22。当第一阀打开时，罐12中的压力水平有利地在0.4巴(g)至2.5巴(g)的范围内，并且在该步骤中辅助容器22中的压力自然较低。
现在，通过打开第一阀同时维持第二阀30和第三阀34关闭，气态气体从液化气罐12的气相部分12.2被引导至辅助容器22。阀28维持打开一段时间，在此期间气体流入辅助容器22中。有可选的变量可以触发阀28的关闭以关闭供给至容器22的气体供给：在罐12和容器22之间的压力差小于预定设定值和/或罐12中的压力小于预定设定值和/或从打开第一阀28开始经过了预定时间之后，可以将阀关闭。在该步骤中，加热器24不作用(即没有热施加到容器22)，第一阀28打开，第二阀30关闭，并且第三阀34关闭。
在视图b)中所示的下一步骤中，第一阀28关闭，第二阀30关闭，并且第三阀34关闭。现在，通过启动加热器24将热施加到辅助容器22。因为辅助容器22中的空间封闭，所以容器中的气体压力由于气体的加热而增加，这基本上遵循理想气体方程的基础。加热器24维持作用状态，直到辅助容器22中的压力至少达到容器22的预定填充压力的水平。
接下来，当辅助容器22中的压力大于主供应管线14中的气体压力时，第二气体管线30中的第二阀32被启动，即打开。该步骤在视图c)中示出。该阀有利地逐渐打开，使得允许气体可控制地从辅助容器22进入主供应管线14。在该步骤，加热器24可以维持作用的状态(即热可以施加至容器22)，第一阀28关闭，第二阀30至少部分打开，并且第三阀34关闭。加热不一定继续，但继续加热可以允许更多的气体进入主供应管线14。这样，可以使气体继续从容器22进入主供应管线14，直到容器22中的气体压力低于预设的最终压力和/或容器22中的气体温度高于预设的最高温度。通过关闭第二阀32来中止气体进入。
在视图d)中所示的下一步骤中，加热器24不作用(即没有热施加到容器22)，第一阀28关闭，第二阀30关闭。现在打开第三气体管线中的第三阀34。因为第三气体管线34在热交换器18上游的位置处连接至主供应管线14，所以压力环境将导致液态气体从主供应管线14流入辅助容器22中。因此，通过打开第三阀34同时维持第一阀28和第二阀32关闭，将液化气引入辅助容器22中。因为液化气的温度基本上低，在-160℃的大小，所以当液化气喷射到容器中时，容器22中的气体迅速冷却。由于空间是封闭的，因此气体冷却还导致辅助容器22中的压力迅速降低。换句话说，通过引入液化气的冷却效果使辅助容器中的气体压力暴跌，喷射引入液化气进一步加强了这种效果。在该步骤中，加热器24不作用(即没有热施加至容器22)，第一阀28关闭，第二阀30关闭并且第三阀34打开。
据信，通过这种方式，可以将压力降低到甚至低于大气压，但是将辅助容器22中的压力降低到大约大气压就足以实施该方法。
必要时(即如果在实施步骤a)至d)之后，罐12中的压力仍高于所需压力)，则例如不止一次地重复这些步骤，直到罐12中的压力达到所需水平。
监测液化气罐12中的压力，并且在压力大于压力的设定值的情况下开始实施步骤a)至d)，并且重复步骤a)至d)，直到压力小于或等于压力的设定值。
在图3中，示出了本发明的一个实施方式，其中两个组件20适于从罐12排出气态气体，将气体压力增加到高压并将高压下的气态气体供给至主供应管线14，这两个组件20连接到一个液化气罐12。这使得该装置能够更连续地操作。组件的操作可以分阶段进行，使得当组件中的一者从罐12接收气体时，另一个组件将气体供应至主供应管线14。
虽然已经在本文中通过结合目前被认为是最优选的实施方式的实施例的方式描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在涵盖本发明的特征的各种组合或变型以及包括在所附权利要求中限定的本发明范围内的若干其他应用。例如，第二阀和第三阀可以由三通阀代替。当结合上述任何实施方式提及的细节与其他实施方式的组合在技术上可行时，则可以使用这种组合。

Claims (8)

1.一种液化气罐装置(10)，该液化气罐装置(10)包括液化气罐(12)，其中所述罐(12)中的气体在所述罐(12)中形成液相部分(12.1)和气相部分(12.2)，所述装置包括：
-主供应管线(14)，所述主供应管线(14)被构造成将气体供给至气体消耗器(16)；
-辅助容器(22)，所述辅助容器(22)设置有加热装置(24)，该加热装置(24)被构造成将热传递到所述辅助容器(22)中；
-第一气体管线(26)，所述第一气体管线(26)将所述罐(12)的所述气相部分(12.2)和所述辅助容器(22)连接，所述第一气体管线(26)包括第一阀(28)；
-第二气体管线(30)，所述第二气体管线(30)将所述辅助容器(22)和所述主供应管线(14)连接，所述第二气体管线(30)包括第二阀(32)；以及
-第三气体管线(34)，所述第三气体管线(34)将所述罐(12)中的所述液相部分(12.1)和所述辅助容器(22)连接，所述第三气体管线(34)包括第三阀(36)。
2.根据权利要求1所述的液化气罐装置，其特征在于，所述主供应管线(14)将所述罐(12)的所述液相部分(12.1)和所述气体消耗器(16)流体连接，并且所述主供应管线(14)设置有：至少一个泵(18)，所述至少一个泵(18)用于升高液化气压力；以及至少一个热交换器(19)，所述至少一个热交换器(19)用于将液态气体蒸发成气态形式以在所述气体消耗器(16)中使用，所述第三气体管线(34)经由所述主供应管线(14)将所述辅助容器(22)连接至所述罐(12)中的所述液相部分(12.1)并且在所述泵(18)和所述热交换器(19)之间的位置处连接至所述主供应管线(14)。
3.根据权利要求1所述的液化气罐装置，其特征在于，所述装置(10)还包括计算机控制单元(40)，所述计算机控制单元(40)包括可执行指令以相继地：打开所述第一阀(28)并将气态气体从所述液化气罐(12)的所述气相部分供给到所述辅助容器(22)中；关闭所述第一阀(28)并封闭所述辅助容器(22)中的空间；将热施加至所述辅助容器(22)中以增加所述辅助容器(22)的封闭空间内的压力，从而形成加压气体；通过以可控方式打开所述第二阀(32)将所述加压气体以可控制方式引入所述主供应管线(14)中；关闭所述第二阀(32)并封闭所述辅助容器(22)中的所述空间；通过打开所述第三阀(36)从所述罐(12)的所述液相部分(12.1)供给液化气，以降低所述辅助容器(22)中的所述压力；关闭所述第三阀(36)。
4.根据权利要求1所述的液化气罐装置，其特征在于，所述装置(10)包括至少两个辅助容器(22)，所述至少两个辅助容器(22)彼此并行地联接。
5.一种操作液化气罐装置的方法，所述液化气罐装置包括：主供应管线(14)，所述主供应管线(14)被构造成将气体供给至气体消耗器(16)；辅助容器(22)，所述辅助容器(22)设置有加热装置；第一气体管线(26)，所述第一气体管线(26)将所述罐(12)的气相部分和所述辅助容器(22)连接，所述第一气体管线(26)包括第一阀(28)；第二气体管线(30)，所述第二气体管线(30)将所述辅助容器(22)和所述主供应管线(14)连接，所述第二气体管线(30)包括第二阀(32)；以及第三气体管线(34)，所述第三气体管线(34)将所述罐(12)中的液相部分(12.1)和所述辅助容器(22)连接，所述第三气体管线(34)包括第三阀(36)，所述方法包括以下步骤：
a)通过打开所述第一阀(28)同时维持所述第二阀(32)和所述第三阀(36)关闭，将气态气体从所述液化气罐(12)的所述气相部分引导至所述辅助容器(22)；
b)关闭所述第一阀(28)并维持所述第二阀(32)和所述第三阀(36)关闭，并通过施加所述加热装置加热所述辅助容器(22)中的气体，从而通过所述加热(24)增加所述辅助容器(22)中的气体的压力；
c)打开所述第二气体管线(30)中的所述第二阀(32)并允许气体从所述辅助容器(22)进入所述主供应管线(14)；
d)关闭所述第二阀(32)，并通过打开所述第三阀(36)同时维持所述第一阀(28)和所述第二阀(32)关闭将液化气体引到至所述辅助容器(22)中，并因此借助于所述液化气体的冷却效果降低所述辅助容器(22)中的气体的压力。
6.根据权利要求5所述的操作液化气罐(12)装置的方法，其特征在于，在所述步骤c)期间加热(24)所述辅助容器(22)中的所述气体。
7.根据权利要求5所述的操作液化气罐装置的方法，其特征在于，重复所述步骤a)至d)不止一次。
8.根据权利要求5所述的操作液化气罐装置的方法，其特征在于，监测所述液化气罐(12)中的压力并且在所述压力大于所述压力的设定值的情况下开始实施所述步骤a)至d)，并重复所述步骤a)至d)，直到所述压力小于或等于所述压力的设定值。
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