CN115135921A - 用于估计和调节包含在罐中的液态气体的能量平衡的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于估计和调节容纳在浮式结构的至少一个罐中的液态气体的能量平衡的方法(5)，该浮式结构用于将所述液态气体输送到给定的目的地，该浮式结构包括用于向浮式结构(1)的消耗器供应燃料的系统(8)，该系统能够执行从液态气体产生的气相的冷凝功能和冷却液态气体的功能，其特征在于，估计和调节方法(5)包括导致冷凝和冷却功能的操作计划的调节的多个步骤，使得液态气体的能量平衡符合到达目的地的要求。

Description

用于估计和调节包含在罐中的液态气体的能量平衡的方法

技术领域

本发明涉及运输天然气的领域，更具体地说，涉及在这种运输过程中调节所述天然气的温度的领域。

背景技术

为了更容易地长距离运输和/或储存液态气体，例如液态天然气，通常通过将其冷却到低温、例如大气压时的163℃来液化气体，以获得液化天然气，通常缩写为“LNG”。该液化天然气然后被装载到浮式结构中的专用罐中。

然而，这种罐从来不是完全绝热的，因此气体的汽化是不可避免的，这种现象被称为BOG，汽化气体(Boil-Off Gas)的缩写。因此，浮式结构的罐包括液态天然气和气态天然气，天然气的气相形成罐的顶部。

以已知的方式，以气态形式存在于罐中的至少部分天然气可用于供应发动机，该发动机设计成满足浮式结构的操作能量需求，特别是用于其推进和/或其为船上设备发电。为此，特别已知的是，使气态天然气流通通过至少一个天然气处理系统，以允许其加热和压缩，所述系统包括用作过热器和压缩机的热交换器，两者都位于发动机的上游。

还已知构造天然气处理系统，使得它可以允许从气态天然气中取出的一部分冷凝。当罐中汽化的天然气量与浮式结构的操作能量需求相比太大时，可能特别需要天然气的冷凝；然后，天然气处理系统可以冷凝罐中的汽化气体，以便使其以液态返回罐。这种液化系统尤其可以在浮式结构停止并且其发动机对气态天然气的消耗为零或几乎为零时实施。

对于这种类型的运输，需要考虑的一个重要数据项是浮式结构到达目的地卸载货物时液态天然气的状态。事实上，接收液态天然气的站对输送的液态天然气的特性有要求，例如所述液态天然气的温度或饱和压力。因此，如果液态天然气不符合目的地的要求，目的地的设施管理者可以拒绝卸载液态天然气货物。由于温度是在运输过程中会发生显著变化的可变因素，因此这种类型运输过程中的主要风险是，液态天然气到达目的地时的饱和压力和/或温度可能不符合目的地设施管理者预期的标准，从而意味着货物可能被拒收或降级。

对货物温度的管理提出了两个问题，这两个问题与浮式结构的消耗器的燃料供应系统直接相关。第一个问题涉及供应系统的冷却功能。如果降低液态天然气的温度和/或饱和压力会导致与目的地的要求有很大偏差，则这是多余的。在这种情况下，供应系统的冷却功能被过度使用，导致不必要的能量消耗。

第二个问题是供应系统的冷凝功能。当冷凝功能被激活时，从液态气体产生的过量气相返回到液相并返回到运输罐。然而，冷凝液态气体可能比罐中存在的液态气体具有更高的温度。因此，液态冷凝气体返回罐会导致罐中存在的液态气体的温度普遍升高，从而导致液态气体货物不再符合目的地要求的风险，并导致拒绝交付。相反，供应系统的冷凝功能的停用导致从液态气体中产生的多余气相的消除，例如通过燃烧或通过释放到空气中，并因此导致货物的浪费。

因此，总的问题是找到供应系统的冷凝和冷却功能之间的平衡，使得货物满足目的地的要求，但是同时由于消除了由液态气体产生的气相和/或供应系统的冷却功能的过度消耗而限制了能量消耗。因此，本发明提出优化液化系统的使用，以保证在交付时，货物将低于目的地的验收标准，但是不太偏离该标准，以避免与供应系统的冷却功能相关的任何过度消耗。

发明内容

因此，本发明包括一种用于估计和调节容纳在浮式结构的至少一个罐中的液态气体的能量平衡的方法，该浮式结构用于将所述液态气体输送到给定的目的地，该浮式结构包括用于向浮式结构的消耗器供应燃料的系统，该系统能够执行从液态气体产生的气相的冷凝功能和/或冷却液态气体的功能，其特征在于，估计和调节方法包括以下步骤：

-步骤A，基于目的地的液态气体的最大饱和压力要求和容纳在罐中的液态气体的特性，计算到达目的地时容纳在罐中的液态气体的最大许可温度，

-步骤B，建立由供应系统执行从液态气体产生的气相的冷凝功能、直到到达目的地的第一操作计划，所述第一操作计划是根据对旅程期间从罐中的液态气体产生的过量气相的估计建立的，

-步骤C，建立由供应系统执行液态气体的冷却功能、直到到达目的地的第二操作计划的，所述第二操作计划根据对在旅程期间从液态气体产生的过量气相的估计来建立，

-步骤D，根据容纳在罐中的液态气体的温度和容纳在罐中的液态气体的性质，计算在时间t液态气体的能量平衡，

-步骤E，根据在步骤A中计算的液态气体的最大许可温度和容纳在罐中的液态气体的特性来计算最大能量平衡，

-步骤F，根据在步骤B和C中确定的冷凝和冷却功能的操作计划，以及根据在步骤D中确定的在时间t的液态气体的能量平衡，估计在旅程的到达点包含在罐中的液态气体的能量平衡，

-步骤G，调节第一操作计划和/或第二操作计划，

-步骤H，根据在步骤G中调节的液态气体的冷凝和冷却功能的操作计划来实施供应系统。

浮式结构例如可以是能够储存和/或运输液态气体的运输船，例如液态天然气或LNG。浮式结构的消耗器的燃料供应系统通过明智地使用它来供应一个或几个消耗器，例如浮式结构的推进发动机或其发电机，从而确保了对由罐中形成的液态气体产生的气相的管理。同时，由于其冷却功能和冷凝功能，浮式结构的消耗器的燃料供应系统能够管理容纳在罐中的液态气体的状态。术语“浮式结构的消耗器的燃料供应系统”随后被简化为“供应系统”。

该估计和调节方法调节液化气体的特性，从而根据目的地的要求以液化气体的饱和压力将液化气货物输送到目的地，同时最小化温度调节所需的能量消耗。术语“能量平衡”用于表示通过计算获得的数值数据，该数值数据可以从气体的多个物理常数导出，例如液态气体的饱和压力或液态气体的温度，或者甚至从通过供应系统的冷却或冷凝功能而供应或获取的能量导出。估计和调节方法可以在离开浮式结构之前和/或在浮式结构的起点(例如气体液化终端)和液化气货物被运送的目的地之间的旅程期间开始。包含液态气体的罐是适合运输这种货物的顺应罐，并且它可以是例如具有初级膜和初级膜的罐，膜中的每一个都是绝热的。

估计和调节方法从步骤A开始，该步骤A一般包括确定目的地接受液态气体货物的条件，更具体地，确定到达时包含在罐中的液态气体的最大许可温度。然而，可以根据液态气体的饱和压力或与压力和/或温度相关的另一个值进行推理。这种不被超过的目标值的计算取决于液态气体的饱和压力要求和目的地液态气体的温度以及气体的恒定特性。因此，很明显，接收液态气体的终端的要求旨在通过对货物的接收施加条件来避免天然气在船和终端之间的传输过程中大量蒸发。

到达时包含在罐中的液态气体的最大许可温度取决于所运输的液态气体的性质，即液态气体的总质量和液态气体的比热容。这两条数据可以例如由与货物相关的任何文件提供，例如技术数据表，并且可以由供应系统考虑，例如通过控制监视器。

通过估计和调节方法计算的到达时包含在罐中的液态气体的最大许可温度也取决于目的地设施管理者确定的液态气体的最大饱和压力要求。这种数据也可以通过由目的地提供的任何信息源获知，并且也可以以与上述相同的方式记录在供应系统中。

步骤B和C包括为供应系统的每个功能建立操作计划。“操作计划”必须被理解为在允许到达目的地的旅程期间，功能中的每一个的激活状态的进展。功能中的每个、即冷凝功能和冷却功能或者是激活的或者是非激活的，并且供应系统可以从一种模式切换到另一种模式。因此，每个功能的操作计划确定了在旅程期间每个功能的激活和非激活顺序，这导致货物的视情况而定的加热或冷却。

当冷凝和冷却功能被鉴定为激活时，这意味着供应系统被授权执行其冷凝和/或冷却功能。相反，当冷凝和冷却功能被限定为非激活时，这意味着供应系统未被授权执行其冷凝和/或冷却功能。当冷却功能激活时，供应系统被授权冷却液态气体，只要存在由液态气体产生的气相。当冷凝功能激活时，供应系统能够冷却液态气体，只要还存在由液态气体产生的过量气相。

当冷凝功能激活时，包含在罐中的液态气体的温度可能会升高。冷却功能激活时会导致温度降低。当两种功能同时起作用时，温度不同地变化，或者可根据旅程中的环境条件而自然变化。然而，可以理解的是，在旅程中出现的主要温度变化取决于在估计和调节方法的步骤B和C中实施的操作计划的激活。

因此，供应系统的冷凝或冷却功能的操作计划是确定在旅程的哪个时间t必须激活或停用功能中的每一个的流程图。操作计划还可包括在整个旅程中保持一个或另一个功能激活或不激活。

这些操作计划中的每一个都是根据对在旅程中从液态气体产生的过量气相的估计来确定的。由液态气体产生的气相自然地或以强制方式从运输罐中散发出来。该气相可随后用于供应浮式结构，例如允许推进浮式结构的发动机，或者为浮式结构供电的发电机。由液态气体产生的未用于供给浮式结构的气相代表由液态气体产生的过量气相。当冷凝功能和冷却功能同时起作用时，这意味着从在供应系统内流通的液态气体产生过量的气相。

由液态气体产生的过量气相的存在可以由本发明的管理系统之外的系统检测，或者直接通过根据本发明的估计和调节方法检测。

估计和调节方法的步骤D在于计算在时间t时液态气体的能量平衡，也就是说，根据在时间t时测得的数据计算液态气体的能量平衡。步骤D独立于步骤B和C，因此可以同时或在步骤B和C之前进行。步骤D期间能量平衡的计算取决于液态气体的总质量和液态气体的比热容、步骤A期间使用的常数以及在时间t时罐中包含的液态气体的平均温度。更具体地，液态气体的能量平衡由以下公式计算：

Be＝mGas×Cp×T

Be是时间t时液态气体的能量平衡，mGas是液态气体的总质量，Cp是液态气体的比热容，T是时间t时液态气体的温度。

液态气体的温度可以通过布置在罐中的至少一个温度传感器来测量。然后，在步骤D的计算过程中考虑所述温度。例如，如果几个温度传感器被放置在罐中，或者如果浮式结构包括几个罐，每个罐设置有一个或多个温度传感器，则温度可以以平均值的形式被处理。在该步骤D期间计算的在时间t的液态气体的能量平衡在估计和调节方法的其余部分中使用。

步骤E包括计算类似于步骤D中计算的能量平衡的能量平衡，但是步骤E的能量平衡是最大能量平衡，与步骤A中计算的液态气体的最大许可温度有关。在步骤E期间计算的最大能量平衡的计算独立于在步骤D中计算的时间t时液态气体的能量平衡。因此，步骤D和E可以同时进行，或者以任何顺序一个接一个地进行。最大能量平衡由液态气体的总质量、液态气体的比热容和液态气体的最大许可温度计算得出。因此，在步骤E中进行的计算类似于在步骤D中进行的计算，使用液态气体的最大许可温度，而不是在浮式结构的罐中测量的温度。

在步骤F期间，估计和调节方法计算到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡。换句话说，该估计和调节方法使得可以在浮式结构到达其目的地时预测容纳在罐中的液态气体的特性，特别是其能量平衡。为了估计在旅程的到达点包含在罐中的液态气体的能量平衡，估计和调节方法使用在步骤D期间计算的在时间t的液态气体的能量平衡，以及在步骤B和C中计算的供应系统冷却和冷凝功能的操作计划。在步骤D期间计算的时间t处的液态气体的能量平衡构成了根据液态气体的饱和压力和液态气体的温度进行估计的起点。步骤B和C中计算的冷却和冷凝功能的操作计划也是估计的一部分，因为它们会影响上述罐中液态气体的温度。根据这三个数据，一旦浮式结构已经到达目的地，考虑先前建立的冷却和冷凝功能的操作计划，估计和调节方法能够确定液态气体的能量平衡。由于液态气体的能量平衡包含多个特征，因此也可以根据液态气体的饱和压力、温度或热交换量进行推理。通过以这种方式估计到达时货物的能量平衡，可以调节操作计划，使得到达时液态气体的饱和压力使其可接受。

然后，步骤G包括基于在步骤E中计算的最大能量平衡和在步骤F中计算的在旅程的到达点包含在罐中的液态气体的能量平衡的估计之间的比较来调节操作计划。根据所述比较，可以调节冷凝功能的第一操作计划和/或冷却功能的第二操作计划。该调节可以包括停止一个和/或另一个功能，该停止可以是瞬时的或者被变成为在一定时间之后。这些功能中的一个和/或另一个也可以立即或以预定的方式投入操作或重启。因此，冷凝功能的第一操作计划和/或冷却功能的第二操作计划根据在步骤E和F期间计算或估计的数据进行修改。

步骤H包括实施调节后的操作计划。换句话说，供应系统不再考虑在步骤B和C期间建立的操作计划，这些操作计划由在步骤G期间调节的操作计划代替。在完成估计和调节方法之后，调节后的操作计划被传送到供应系统。因此，供应系统可以根据传送给它的相应的调节后的操作计划，实施液态气体的冷却和/或冷凝，保持它们的激活或停用它们。

根据本发明的一个特征，只要在步骤F中计算出的在旅程的到达点容纳在罐中的液态气体的估计能量平衡小于在步骤E中计算出的最大能量平衡，步骤G就启动冷凝功能。当在旅程的到达点容纳在罐中的液态气体的估计能量平衡小于最大能量平衡时，这意味着，在旅程的到达点，液态气体货物将例如处于低于目的地所限定的先决条件的液态气体饱和压力。如果在旅程中出现这种情况，调节供应系统功能的操作计划，以便准许和控制罐中所含液态气体的温度升高，并无不利之处。因此，如果还不是这种情况，冷凝功能的第一操作计划的调节可以包括在整个旅程中保持第一操作计划激活。因此，由液态气体产生的过量气相被完全冷凝，而不是可能被消除。因此，除了从液态气体中产生的气相和用于供应浮式结构的气相之外，没有包含在罐中的液态气体的损失。

在这种情况下，冷凝功能处于激活状态。换句话说，如果液态气体存在，供应系统被授权冷凝从液态气体产生的过量气相。基于管理由液态气体产生的过量气相的需要，液态气体的冷凝在激活状态方面可以变化。液态气体的冷凝例如可以在罐中的液态气体产生过量气相的情况下以更持续的方式发生，以便降低罐中的压力。

根据本发明的一个特征，步骤G包括在估计时间dt停止冷却功能，该估计时间dt保证在步骤F中计算的在旅程到达点包含在罐中的液态气体的估计能量平衡小于在步骤E中计算的最大能量平衡。在对冷凝功能的第一操作计划的调节包括在整个旅程中保持该第一操作计划之后，到达时液态气体的估计能量平衡可能总是低于目的地的要求。因此，可以调节冷却功能的第二操作计划，使得后者在估计时间dt被停用。这种调节使得可以在冷却功能停用期间节省冷却功能消耗的能量。由于液态气体不再被冷却功能冷却，这导致容纳在罐中的液态气体的温度升高。这就是为什么建立冷却功能停止时的估计时间dt，使得容纳在罐中的液态气体的温度升高，但是这种升高不会导致在液态气体将在旅程的到达点被交付到目的地时超过要求。

为此，估计和调节方法将连续重复用于冷却功能的第二操作计划的调节和步骤F，即估计到达时包含在罐中的液态气体的能量平衡的步骤。用于冷却功能的第二操作计划的调节在于确定估计时间dt，将到达目的地作为目标。然后，估计时间dt被确定为相对于到达点的某个时间量之前，例如几天或几小时。然后，估计和调节方法重新计算到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡，这次考虑了用于冷却功能的第二操作计划的新调节，也就是说，例如在到达目的地前的几天或几小时停止它。如果到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡不再小于在步骤E中计算的最大能量平衡，则估计和调节方法正常地继续步骤H。如果到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡仍然低于最大平衡，估计和调节方法则通过进一步预测估计时间dt，例如在到达目的地之前的几天或几小时，重复调节用于冷却功能的第二操作计划。然后，通过考虑新的调节，再次计算到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡。因此，只要到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡小于最大能量平衡，估计时间dt就被延迟。该循环使得能够确定最接近当前时间t的估计时间dt，并且因此尽可能快地停用冷却功能，以便尽可能多地节省能量。一旦确定了最终估计时间dt，估计和调节方法继续步骤H。

根据本发明的一个特征，步骤G在于，只要在步骤F中计算的在旅程的到达点容纳在罐中的液态气体的估计能量平衡大于在步骤E中计算的最大能量平衡，就停止冷凝功能。当在旅程的到达点容纳在罐中的液态气体的估计能量平衡大于最大能量平衡时，这意味着液态气体货物将处于相对于浮式结构到达目的地的要求来说太高的液态气体的饱和压力。为了避免这种情况，建议限制任何导致罐中液态气体温度升高的行为。因此，用于冷凝功能的第一操作计划被调节，以便在给定时间d’t——当容纳在罐中的液态气体的能量平衡超过最大能量平衡时，关闭供应系统的冷凝功能。如果在旅程的到达点包含在罐中的液态气体的估计能量平衡再次变得低于此后的最大能量平衡，则冷凝功能可能被重新激活。

根据本发明的一个特征，只要在步骤F中计算的在旅程的到达点容纳在罐中的液态气体的估计能量平衡大于在步骤E中计算的最大能量平衡，步骤G就激活冷却功能。在这种情况下，降低容纳在罐中的液态气体的温度是必要的。因此，在调节冷凝功能的第一操作计划以使其在给定时间d’t被停用的同时，冷却功能的第二操作计划也被调节以使冷却功能被激活，直到浮式结构到达目的地，从而液态气体的饱和压力满足目的地的要求。

因此，在这种情况下，冷却功能处于激活状态。换句话说，供应系统被授权冷却包含在罐中的液态气体。供应系统根据相对于所述供应系统的构造的最高可能活度(highestpossible activity)来冷却液态气体。

根据本发明的一个特征，在浮式结构的旅程期间，通过从步骤B开始的迭代来重复估计和调节方法。浮式结构在其出发点和目的地之间的旅程时间根据交付而变化，但是该旅程可以持续几天，甚至几周。例如，在中期或长期内，环境条件(如天气或海上运输的海况)可能会扭曲估计。因此，为了实现期望的目标，估计和调节方法必须在旅程中定期重复。结果，估计和调节方法可以例如被参数化以在规则的时间间隔启动，例如每六个小时。

步骤A基于取决于固定值的计算。因此，在第一次启动估计和调节方法之后，没有必要重复该步骤。因此，通过从建立供应系统的冷凝功能的第一操作计划的步骤开始的迭代，估计和调节方法是可重复的。

根据本发明的一个特征，估计和调节方法包括与步骤D同时执行的附加步骤D’，即根据从浮式结构离开直到时间t的冷凝和冷却功能的执行，以及根据在早期迭代期间计算的时间t时液态气体的能量平衡，计算时间t时液态气体的能量平衡。在步骤D’中执行的在时间t时液态气体的能量平衡的计算不再考虑例如由温度传感器记录的在时间t时包含在罐中的液态气体的温度，而是先前计算的在时间t时液态气体的能量平衡。换句话说，只有在估计和调节方法已经被第一次实施的情况下，才执行步骤D’。有利地，时间t处的液态气体的能量平衡是从先前时间t处的液态气体的能量平衡来计算的，即来自估计和调节方法的先前迭代的液态气体的能量平衡，其可能已经在步骤D或D’期间被计算。

在步骤D’期间，在时间t液态气体的能量平衡的计算也考虑了从浮式结构离开直到时间t的冷凝和冷却功能的执行。对于冷凝功能，这对应于与传递到罐并导致其温度的总体增加的热量相关的数据，例如由执行冷凝功能的热交换器的入口和出口处的温度差来说明。对于冷却功能，这对应于与传递到罐并导致罐温度总体下降的冷量相关的数据，例如通过执行冷却功能的热交换器的入口和出口处的温差来说明。

根据本发明的一个特征，在步骤D中计算的在时间t的液态气体的能量平衡和在步骤D’中计算的在时间t的液态气体的能量平衡中，为步骤F保存的在时间t的液态气体的能量平衡是最高的。换句话说，当随后估计和调节方法到达步骤F，即估计在到达时包含在被估计的罐中的液态气体的能量平衡的步骤时，具有在步骤D中获得的结果和步骤D’中获得的结果中的最高值的时间t时容纳在罐中的液态气体的能量平衡用于步骤F的估计。具有最高值的时间t时液态气体的能量平衡被认为是最悲观的结果。由于目标是不超过目的地的最大能量平衡，作为一项安全措施，建议在最高时间t保持液态气体的能量平衡。

根据本发明的一个特征，估计和调节方法包括附加步骤A’,即根据浮式结构的旅程特征选择液态气体的最大能量平衡的安全裕度，考虑所述安全裕度来执行步骤E。为了确保浮式结构不会带着能量平衡高于所述目的地要求的液态气体货物到达目的地，可以考虑安全裕度，以便实际上降低最大能量平衡的值。因此，在步骤E期间，最大能量平衡总是根据在步骤A中计算的液态气体的最大许可温度来计算，但是也考虑了安全裕度。然后获得安全的最大能量平衡，其值低于真实的最大能量平衡。在估计和调节方法的其余部分期间，根据在旅程的到达点包含在罐中的液态气体的估计能量平衡和虚拟最大能量平衡之间的比较来调节用于冷凝功能的第一操作计划和用于冷却功能的第二操作计划，也就是说，虚拟最大能量平衡考虑了安全裕度。因此，安全裕度保证了保持低于实际最大能量平衡的确定性。

可以根据不同的参数选择安全裕度。比如旅程越长，选择高安全裕度的越好。如果旅程中缺少天气信息，也建议使用较高的安全裕度。安全裕度可以例如通过控制监视器手动输入，或者甚至可以编程为随时间变化。

由于安全裕度用于步骤E的计算，因此在估计和调节方法中，步骤A’在步骤E之前。

根据本发明的一个特征，在浮式结构的旅程期间，通过迭代重复步骤A’。步骤A’的重复可以独立于估计和调节方法的重复，或者形成后者的一部分。步骤A’也可以手动触发，例如在出现不可预见的气象现象之后。然后，明智的做法是手动增加安全裕度的值，以克服由所述气象现象引起的不确定性。

根据本发明的一个特征，随着浮式结构接近目的地，安全裕度减小。换句话说，浮式结构越接近其目的地，安全裕度应越低。因此，可以编程设定一个随时间递减的安全裕度。

根据本发明的一个特征，浮式结构配备有至少一个发动机，该发动机至少部分地由液态气体产生的气相提供动力，根据输入到罐中的热量的图像值和发动机消耗的估计来建立对在旅程期间从液态气体产生的过量气相的估计。如前所述，浮式结构能够使用由液态气体产生的气相，或者甚至产生气相，例如为其推进发动机和/或发电机提供动力。由液态气体产生的未用于这些不同功能的气相对应于由液态气体产生的过量气相。后者需要在数量上进行估计，以便可以进行估计和调节方法的步骤B和C，即建立供应系统的冷凝和冷却功能的操作计划的步骤。输入罐的热量的图像值可以例如取决于所使用的罐模型，因此可以作为罐的技术特征。输入罐的热量的图像值也可以使用传感器来估计。

如果浮式结构配备有模块，该模块使得能够定义到目的地的旅程的路线计划，则可以估计发动机消耗。如果不是这种情况，发动机消耗可以从浮式结构在剩余旅程中的平均速度来估计，后者取决于剩余的行驶距离和到达目的地的剩余时间。

因此，由液态气体产生的过量气相可以通过估计和调节方法外部的源来估计，并且例如通过控制监视器来输入，以便在估计和调节方法期间被考虑。这种过剩可以用吨/小时来量化。

本发明还涵盖一种用于管理容纳在浮式结构的至少一个罐中的液态气体的能量平衡的系统，该系统实施如前所述的估计和调节方法，所述管理系统包括用于浮式结构的消耗器的至少一个燃料供应系统和至少一个计算机，该计算机具有估计在浮式结构的旅程期间由液态气体产生的过量气相的量的功能。

这种能量平衡管理系统包括用于实施冷凝和冷却功能的浮式结构的消耗器的燃料供应系统，并且允许运行估计和调节方法。

为了确保估计和调节方法的平稳操作，特别是分别建立由供应系统执行的由液态气体产生的气相的冷凝功能的第一操作计划和液态气体的冷却功能的第二操作计划的步骤B和C，计算机可以传送由液态气体产生的过量气相的估计量，这对于执行步骤B和C是必不可少的。能量平衡管理系统还可以包括上述控制监视器。

本发明还包括一种用于运输液态气体的浮式结构，该浮式结构包括如上所述的用于管理所述气体的能量平衡的系统。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从下面的描述和几个示例性实施例中显现出来，这些示例性实施例是为了说明的目的而给出的，并不局限于参考所附的示意图，在附图中：

[图1]是装载液态气体并向目的地行进的浮式结构的示意图，

[图2]是根据本发明的用于管理液态气体温度的系统的实施例的示意图，

[图3]是根据本发明的用于估计和调节液态气体的能量平衡的方法第一次启用时的序列的示意图，

[图4]是根据本发明的用于估计和调节液态气体的能量平衡的方法通过迭代启用时的序列的示意图

[图5]是示出了根据估计和调节方法能够执行多个命令的用于浮式结构的消耗器的燃料供应系统的总图，

[图6]是根据第一具体实施例的供应系统的示意图，

[图7]是根据第二具体实施例的供应系统的示意图，

[图8]是表示液态气体的能量平衡作为时间以及冷凝和冷却功能的操作计划的函数的变化的曲线，在这种情况下，液态气体的所述能量平衡在到达时被估计为太低，

[图9]是表示作为时间的函数的液态气体的能量平衡变化以及为冷凝和冷却功能而调节的操作计划的曲线，以克服图8中提到的情况，

[图10]是表示液态气体的能量平衡作为时间以及冷凝和冷却功能的操作计划的函数的变化的曲线，在这种情况下，液态气体的所述能量平衡在到达时被估计过高，

[图11]是表示作为时间的函数的液态气体的能量平衡变化以及为冷凝和冷却功能而调节的操作计划的曲线，以克服图10中提到的情况，

图12是表示作为时间函数的安全裕度值变化的第一个例子的曲线，

[图13]是表示作为时间函数的安全裕度值变化的第二个例子的曲线。

具体实施方式

为了形象化本发明适用的环境，图1示出了通过跟随旅程3向目的地2前进的浮式结构1。这里所示的浮式结构1是运输船，例如LNG运载船。浮式结构1运输液态气体货物，目的是将后者输送到目的地2。为了确保这种运输，浮式结构1包括至少一个罐9。

目的地2是旨在接收容纳在浮式结构1的罐9中的液态气体的终端。当后者到达目的地2时，液态气体被排放到例如储存器40中。然而，目的地2对液态气体的特性提出了要求。目的地2的要求可以根据目的地2附属的设施的管理者而变化，并且主要涉及液态气体的特性，例如其饱和压力和/或其温度。

如果容纳在浮式结构1的罐9中的液态气体不满足液态气体的这些饱和压力要求，液态气体货物可能会被目的地2的设施管理者拒绝。

为了避免这种情况，液态气体货物必须在整个旅程中受到严密监控。旅程3具有可变的距离，并且可以持续几天，甚至几周，这取决于装载位置和目的地2之间的距离以及浮式结构1的速度。

图2示意性地示出了用于管理容纳在浮式结构的罐中的液态气体的能量平衡的系统4。液态气体的能量平衡对应于包含所述气体的各种特性的数据，例如其温度、饱和压力、液态气体的总质量或比热容。管理系统4包括控制箱41，控制箱41在存储器中具有用于估计和调节容纳在浮式结构的罐中的液态气体的能量平衡的方法5。因此，控制箱41能够以常规和自动的方式启动估计和调节方法5，和/或遵循例如通过控制监视器6实施的手动控制。也可以通过控制监视器6手动输入数据，例如被输送的液态气体的特性，或者对估计和调节方法5的进展有用的任何其他信息，这将在后面阐明。

管理系统4还包括用于浮式结构的消耗器的燃料供应系统8。供应系统8具有冷凝和/或冷却包含在罐中的液态气体的功能，并且能够通过激活或停用这些功能来调节这些功能中的一个或另一个。供应系统8的冷凝和冷却功能的调节取决于估计和调节方法5的结果。因此，当后者结束时，控制箱41向供应系统8发送信号，所述信号指示供应系统8要进行的调节。

管理系统4还包括计算机7。计算机7的功能是估计在浮式结构的旅程中由液态气体产生的过量气相的量。由液态气体产生的气相自然地出现在液态气体的罐中，或者可以被强制。使用对浮式结构的发动机的消耗的估计和输入到罐中的热量的图像值来计算由液态气体产生的估计过量气相。计算机7和控制箱41可以是同一控制单元的一部分，或者彼此独立。

由于将路线计划输入到控制监视器6中，控制监视器6将信息传输到计算机7，或者通过从浮式结构的位置和目的地之间的剩余距离和到达目的地的剩余时间计算浮式结构的平均速度，可以估计浮式结构的发动机的消耗。浮式结构的平均速度也可以通过将数据输入控制监视器6来计算，控制监视器6将信息传输到计算机7。

输入罐的热量的图像值可以对应于输入罐的热量的设计值，或者也可以对应于输入罐的热量的估计值。输入罐的热量的设计值取决于用于运输的罐的型号，并且可以通过控制监视器6提供给计算机7。输入罐的热量的估计值也可以通过包含在所述罐中的传感器进行通信。

一旦计算机7估计出在旅程中由液态气体产生的过量气相，计算机7就将结果传送给控制箱41。在旅程期间从液态气体产生的过量气相是允许估计和调节方法5操作的数据，如下所述。

图3是根据本发明的用于估计和调节液态气体能量平衡的方法的示意图。该图示出了当估计和调节方法5在去往目的地的旅程中首次启动时，估计和调节方法5的进程。估计和调节方法5可以在离开浮式结构之前或离开浮式结构时第一次启动。在图3中，实线箭头表示估计和调节方法5的每个步骤的进程，虚线箭头对应于估计和调节方法5的两个步骤之间或者用于管理液态气体的能量平衡的系统的元件和估计和调节方法5的一个步骤之间的数据传输。

当估计和调节方法5第一次启动时，它从步骤A开始，该步骤使得能够计算到达目的地时包含在罐中的液态气体的最大许可温度。步骤A的计算取决于液态气体的某些恒定特性，例如液态气体的总质量及其比热容。这种特性取决于被运输的液态气体的类型，并且以这样或那样的方式为浮式结构的人员所知。因此，液态气体的总质量和液态气体的比热容可以通过控制监视器6输入或预选，并被传输用于估计和调节方法5的步骤A的计算。步骤A的计算还取决于目的地液态气体的最大饱和压力要求。由于这些要求因目的地而异，当目的地已知时，液态气体所需的最大饱和压力值也就已知。液态气体的饱和压力要求可以通过控制监视器6输入，或者可以是已知的，例如通过列出所有授权接收和卸载液态气体的目的地位置的数据库。

一旦已经执行了步骤A的计算，估计和调节方法5可以直接转到步骤B，或者通过中间步骤A’。步骤A’包括确定安全裕度，以便确定液态气体的能量平衡低于到达目的地的要求。因此，步骤A’对于估计和调节方法5的平稳操作不是必要的，估计和调节方法5可以在没有安全裕度的情况下进行所有的计算和估计，但是仍然有助于优化液态气体的能量平衡的调节。安全裕度可以根据路线规划和/或天气条件自动确定，或者通过控制监视器6手动确定。安全裕度用于步骤E期间的计算。因此，步骤A’可以在步骤E之前的任何时间发生。

估计和调节方法5的步骤B发生在步骤A或步骤A’之后。步骤B包括建立供应系统8的冷凝功能的第一操作计划。供应系统8的冷凝功能的第一操作计划指示了随着时间的推移，冷凝功能在旅程的什么时间保持激活或不激活，以及冷凝功能在什么时间被激活或停用。第一操作计划的建立取决于在旅程中从液态气体产生的过量气相的量。事实上可以理解，例如，如果确定在旅程期间没有从液态气体产生过量的气相，则供应系统没有从液态气体产生的气相要被冷凝，因此在旅程期间不需要激活。这种过剩可能是由于浮式结构的消耗器被关闭，液态气体蒸发继续发生的情况造成的。由液态气体产生的过量气相由计算机7估计，计算机7因此将信息传输到控制箱，使得估计和调节方法5可以执行步骤B。

步骤C与步骤B并行或相继发生。步骤C基于与步骤B相同的原理，因为它允许为供应系统8的冷却功能建立第二操作计划。类似于步骤B，供应系统8的冷却功能的第二操作计划指示随着时间的推移，冷却功能在旅程的什么时间保持激活或不激活，以及冷却功能在什么时间激活或停用。第二操作计划的建立还取决于由计算机7估计的在旅程期间由液态气体产生的过量气相的量。因此，对于步骤B和C，考虑了从液态气体产生的过量气相的估计。

估计和调节方法5然后继续步骤D，该步骤计算时间t处液态气体的能量平衡。图3示出了估计和调节方法5在其第一次启动期间的过程，时间t在这里对应于离开的时刻或在浮式结构离开之前。为了计算液态气体在时间t的能量平衡，估计和调节方法5需要液态气体的特性，特别是在步骤A期间用于计算到达时包含在罐中的液态气体的最大许可许可温度，例如液态气体的液态气体的总质量，或者液态气体的比热容。这些特性可以由控制监视器6提供，就像步骤A一样。在时间t液态气体的能量平衡的计算也需要在时间t包含在罐中的液态气体的平均温度。气体的平均温度可以例如使用位于罐中的温度传感器来测量。因此，供应系统8供应罐中的平均温度，并将该平均温度传输到控制箱，使得估计和调节方法5可以执行步骤D的计算。

一旦步骤D已经完成，估计和调节方法5继续进行步骤E，该步骤包括计算最大能量平衡。最大能量平衡对应于目的地要求的极限，即容纳在罐中的液态气体的能量平衡不能越过其，否则一旦浮式结构到达目的地，货物将被拒绝。然而，液态气体的能量平衡可以在旅程期间越过该最大能量平衡极限而没有后果，但是在浮式结构到达目的地之前必须回到该最大能量平衡以下。应当理解，最大能量平衡是用于在旅程中调节容纳在罐中的液态气体的能量平衡的目标。

对于步骤E期间的最大能量平衡的计算，估计和调节方法5需要的液态气体的特性和在步骤A期间计算的到达时包含在罐中的液态气体的最大许可温度。因此，在步骤A期间提供的数据和完成的计算可以被传输用于步骤E的计算。如果估计和调节方法5已经执行了步骤A’，换句话说，如果已经确定并选择了安全裕度，则也传输所述安全裕度，以便在计算最大能量平衡时考虑。因此，在步骤E期间计算的最大能量平衡对应于没有安全裕度时的真实最大能量平衡，或者对应于低于真实最大能量平衡的虚拟最大能量平衡，因为在计算中考虑了安全裕度。

估计和调节方法5的下一个步骤是步骤F，该步骤确保在旅程的到达点估计包含在罐中的液态气体的能量平衡。步骤F使得能够确定在旅程的到达点容纳在罐中的液态气体的能量平衡，同时保持在步骤B和C期间建立的冷凝和冷却功能的操作计划。为了执行这种估计，计算基于在步骤D期间计算的在时间t液态气体的能量平衡，以及基于在步骤B和C期间建立的冷凝和冷却功能的操作计划。后者已经在步骤B和C期间为整个旅程建立，然后估计和调节方法5可以估计在该步骤F期间液态气体的能量平衡的变化，冷凝和冷却功能能够根据它们是激活的还是不激活的以及它们何时激活和停用来改变液态气体的所述能量平衡。因此，从这些数据可以确定到达时罐中所含的液态气体的能量平衡。

估计和调节方法5然后继续步骤G，该步骤G确保调节供应系统8的冷凝和冷却功能的操作计划。这些调节是基于在步骤E中计算的最大能量平衡和在步骤F中计算的到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡之间的比较进行的。作为提醒，在步骤F期间计算的到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡是基于在步骤B和C期间拟定的冷凝和冷却功能的操作计划。因此，步骤G使得可以通过调节冷凝和冷却功能的操作计划来修改到达时包含在罐中的液态气体的该估计能量平衡。

当到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡大于最大能量平衡时，这意味着液态气体的货物在到达时将处于液态气体的饱和压力，该饱和压力相对于目的地的最大要求是过量的。因此，必须调节冷凝和冷却功能的操作计划，以降低容纳在罐中的液态气体的温度，并以此类推，降低液态气体的能量平衡。

当到达时包含在罐中的液态气体的估计能量平衡低于最大能量平衡时，这意味着液态气体的货物在到达时将符合目的地的要求，但是如果这种调节在节能方面证明是有用的，则仍然可以进行调节以允许包含在罐中的液态气体的温度升高。因此，必须调节冷凝和冷却功能的操作计划，以允许提高容纳在罐中的液态气体的温度，并以此类推，提高液态气体的能量平衡。

因此，步骤G确定供应系统8的冷凝和冷却功能的操作计划的最佳调节，以便最佳地响应该情况。稍后将介绍调节操作计划的示例。

估计和调节方法5最终以步骤H结束，步骤H实施在步骤G期间调节的操作计划。步骤H标志着估计和调节方法5的结束，并将调节后的冷凝和冷却功能的操作计划发送到供应系统8，使得后者执行它们。供应系统8的操作细节将在下文中给出。

图4是用于在重复期间通过其迭代来估计和调节5液态气体的能量平衡的方法的示意图，也就是说，当估计和调节方法5在根据图3已经第一次启动之后的旅程期间启动时。估计和调节方法5的大多数步骤类似于前面已经描述的，因此将参考图3的描述来进行相关解释。类似于图3，实线箭头表示估计和调节方法5的每个步骤的进程，虚线箭头对应于估计和调节方法5的两个步骤之间或者用于管理液态气体的能量平衡的系统的元件和估计和调节方法5的一个步骤之间的数据传输。

当通过迭代重复估计和调节方法5时，启动步骤A不再有用。实际上，步骤A的计算结果，即到达时包含在罐中的液态气体的最高许可温度，是不随时间变化的。然而，步骤A的结果被用于步骤E的计算，所述结果必须在旅程期间被保存，例如通过控制箱的存储器。

包括选择安全裕度的步骤A’也不再重复。然而，可以使安全裕度独立于估计和调节方法5的进展而变化，因为当估计和调节方法5第一次启动时，它已经被构造为随时间变化，或者因为它通过控制监视器6被手动改变。安全裕度的变化是步骤E保持在估计和调节方法5内的原因，因为对于步骤E的计算，它是一个可能随时间变化的因素。

当通过迭代重复估计和调节方法5时，它因此从步骤B开始。步骤B和C发生，使得在估计和调节方法5的第一次启动期间，由液态气体产生的过量气相的量仍然由计算机7计算和提供。

步骤D也以与上述相同的方式进行。相反，与步骤D并行地进行步骤D’,该步骤D’也计算在时间t的液态气体的能量平衡，但是根据不同于步骤D的计算。步骤D’的在时间t的液态气体的能量平衡的计算是根据先前时间t处的液态气体的能量平衡(其在估计和调节方法5的前一次迭代期间计算)以及根据自浮式结构离开以来冷凝和冷却功能的执行而完成的。例如，可以从控制箱的缓冲存储器中恢复先前时间t处的液态气体的能量平衡。冷凝和冷却功能的执行是由冷凝功能执行的热传递和由冷却功能执行的朝向液态气体货物的冷传递的起点。因此，冷凝和冷却功能的执行可以由位于供应系统8的元件处的传感器来测量，以确保液态气体的冷凝和冷却，该传感器将该数据传输到控制箱，以在步骤D’期间应用。

在计算步骤D和D’的时间t处液态气体的能量平衡后，仅保留具有最高值的时间t处液态气体的能量平衡。后者被认为是最悲观的值，优先保持低于随后计算的最大能量平衡。

然后，估计和调节方法5的剩余部分根据图3中描述的内容进行。一旦估计和调节方法5完成，用于冷凝和冷却功能的操作计划的调节被传输到供应系统8，并且估计和调节方法5可以根据控制箱的设置直接从步骤B再次重复。有利地，根据图4的流程，控制箱被构造为在整个旅程中以规则的间隔重复估计和调节方法5，例如每天一次或每六小时一次。

图5是供应系统8的总体示意图，该供应系统确保了液态气体的冷凝和冷却功能。通常，供应系统8与罐9以及一组消耗器相互作用。

供应系统8能够确保罐9的液态气体的温度管理。为此，供应系统8包括液体入口81和气体入口82。液体入口81将供应系统8连接到罐9，并且能够例如通过液体形式的气泵26吸入液态气体13。气体入口82从可包括由液态气体产生的一定量的气相14的罐顶延伸到供应系统8。由液态气体产生的气相14可以例如由压缩机27吸入，以便被引导至供应系统8。

供应系统8还包括气体出口83，该气体出口83从供应系统8延伸到一组消耗器。举例来说，消耗器可以是推进发动机16、发电机17、燃烧室18或排气垫28。推进发动机16使得可以在旅程期间推进浮式结构，并且能够由液态气体产生的气相14供给。发电机17向浮式结构供电，例如浮式结构的照明或机载网络，以及更一般地，任何需要电源的实体。因此，由液态气体产生的气相14用作这些消耗器中的一个和/或另一个的燃料。因此，例如在过量的气相14由液态气体产生的情况下，供应系统8可以在气体入口82内抽吸由液态气体产生的气相14。由液态气体产生的气相14然后可以被供应系统8处理，然后通过气体出口83离开后者，例如为了供应推进发动机16或发电机17。

由液态气体产生的不用于供给推进发动机16或发电机17的气相14，代表由液态气体产生的过量气相14。由液态气体产生的过量气相14可以被燃烧室18燃烧或者通过脱气垫28释放到大气中。

由液态气体产生的过量气相14也可以经由旁路84返回到供应系统8，以便被后者冷凝。一旦完成，冷凝液态气体通过供应系统8的液体出口85返回罐9。

如果液态气体13需要被冷却，则后者被液态气体泵26吸入，并在液体入口81内流通，直到供应系统8，其在供应系统8处被冷却。冷却的液态气体13然后通过液体出口85返回罐9。

图6是供应系统8的第一实施例的示意图，该供应系统确保液态气体的冷凝和冷却功能。

类似于图5，供应系统8管理罐9的温度。罐9至少部分填充有一定量的液态气体13。罐顶还可以包括由液态气体产生的一定量的气相14。罐9还至少包括液态气体泵26。罐9还包括第一温度传感器10。正是从该第一温度传感器10测量液态气体13的平均温度，并将其传送到控制箱，用于估计和调节方法的步骤D的计算。对于图6的例子，罐9的第一温度传感器10记录围绕它的液态气体的温度。如果浮式结构包括多个罐9，每个罐包括第一温度传感器10，则取温度的平均值，然后发送到控制箱。

如前所述，供应系统8的冷凝功能允许冷凝由液态气体产生的过量气相14。为此，由罐9的液态气体产生的气相14被位于罐外部并构成气相回路15的压缩机27吸入。气相回路15输送从液态气体中产生的气相14，该气相14延伸直到它出现在推进发动机16和/或发电机17处，目的是被它们用作燃料。

由液态气体产生的不用于供给推进发动机16或发电机17的气相14代表由液态气体产生的过量气相14，并在过量回路19中流通。过量回路19允许由液态气体产生的过量气相14流通至第一热交换器11。由于第一通道111和第二通道112之间的热交换，第一热交换器11执行冷凝由液态气体产生的过量气相14的功能。由液态气体产生的过量气相14穿过第一通道111，然后被第二通道112冷却，使得由液态气体产生的过量气相14冷凝并变成液态。因此可以理解，当供应系统8的冷凝功能起作用时，由液态气体产生的过量气相14经由过量回路19被引导至第一热交换器11。如果供应系统8的冷凝功能不起作用，则由液态气体产生的过量气相被引导至燃烧室18以燃烧，或者被引导至脱气垫28以释放到大气中。为了冷凝由液态气体产生的过量气相14，温度低于由液态气体产生的过量气相14的状态变化温度的流体在第二通道112内流通。

一旦过量气相14已经由第一热交换器11冷凝的液态气体产生，冷凝气体在冷凝气体回路20中流通，直到将冷凝气体引导至罐9的返回回路21。

关于供应系统8的冷却功能，包含在罐9中的液态气体13首先被液态气体泵26吸入。从泵26吸入的液态气体13流通到第二热交换器12。由于第三通道121和第四通道122之间的热交换，第二热交换器12执行冷却液态气体13的功能。由液态气体泵26吸入的液态气体13通过第四通道122在第二热交换器12中流通并被冷却。为了冷却已经处于非常低的温度的液态气体13，温度低于液态气体13的流体在第三通道121内流通。第三通道121可以是供应系统8外部的冷却回路的一部分，图6中未示出。外部冷却回路例如可以是真空蒸发器型系统的一部分。

随后，在被第二热交换器12冷却之后，冷却的液态气体13通过返回回路21返回到罐9。因此，冷却的液态气体13使得可以整体冷却罐9，冷却的液态气体13的温度低于保留在罐9中的液态气体13的温度。

第一热交换器11和第二热交换器12的热交换由多个温度传感器测量。因此，供应系统8包括：两个第二温度传感器24，每个位于第一热交换器11的入口和出口；以及两个第三温度传感器25，每个位于第二热交换器12的入口和出口。通过计算每个热交换器的出口和入口之间的温度差，可以由于第二温度传感器24测量输入到罐9中的热量和由于第三温度传感器25测量输入到罐9中的冷量。热输入和冷输入是用于计算供应系统8的冷凝和冷却功能的执行的数据，所述执行用于计算在估计和调节方法的步骤D’的时间t处的液态气体的能量平衡。因此，该数据由供应系统8发送到控制箱。

在估计和调节方法结束时，供应系统8接收用于冷凝和冷却功能的调节后的操作计划。然后，供应系统8通过能够对冷凝和冷却功能中的一个和/或另一个的激活或停用进行编程，根据调节后的操作计划来修改其操作。

图7示意性地表示了供应系统8的第二实施例。与图6所示的第一实施例相比，只有供应系统8的冷却功能的实施不同。因此，对于两个实施例共有的供应系统8的任何部分，将参考图6的描述。

在供应系统8的该第二实施例中，后者结合向浮式结构的消耗器供应的功能来实施其冷却功能。实际上，当由液态气体产生的气相14被吸入气相回路15时，它穿过第二交换器12，在第三通道121内流通。包含在罐9中的液态气体13首先被液态气体泵26吸入，然后通过位于第二热交换器12内的第四通道122流通。发生在第三通道121和第四通道122之间的热交换使得既可以提高由液态气体产生的气相14的温度，从而足以供给推进发动机16和/或发电机17，又可以过冷由液态气体泵26吸入的液态气体13。随后，在已经被第二热交换器12冷却之后，冷却的液态气体13在冷却气体回路23中流通，直到返回回路21，该返回回路21将冷却的液态气体13引导到罐9中。

因此，冷却的液态气体13返回到罐9，并且使得可以整体冷却罐9，冷却的液态气体13的温度低于保留在罐9中的液态气体13的温度。

如果冷却功能激活，液态气体13以这种方式流通。因此，供应系统8允许冷凝和冷却功能同时起作用或不起作用，只要存在由液态气体产生的气相14用于执行冷却功能，且存在由液态气体产生的过量气相14用于执行冷凝功能。

图8至11示出了容纳在罐中的液态气体的能量平衡的变化曲线，其作为时间的函数，也就是说，在浮式结构的旅程期间，并且作为图8至11的每一个的上部所示的冷凝和冷却功能的操作计划的函数。图8和图9分别对应于在到达时液态气体的估计能量平衡低于最大能量平衡的情况下的估计和调节。图10和11分别对应于液态气体的估计能量平衡高于最大能量平衡的情况下的估计和调节。

对于图8至11中的每一个，呈现的初始情况是浮式结构在出发50和到达51之间的旅程期间在时间t启动估计和调节方法。

图8至11的作为时间函数的能量平衡的每条曲线包括真实最大能量平衡32和虚拟最大能量平衡33，也就是说，虚拟最大能量平衡33考虑了安全裕度。虚拟最大能量平衡33低于真实最大能量平衡32，差异取决于安全裕度的值。真实最大能量平衡32仅作为指示，因为对于每个图，容纳在罐中的液态气体的能量平衡的调节是根据虚拟最大能量平衡33进行的。真实最大能量平衡32随时间是恒定的。有利的是，虚拟最大能量平衡33随着时间逐渐接近真实最大能量平衡，但是为了清楚起见，虚拟最大能量平衡33在图8至11中也示出为随着时间恒定。

图8至11还分别示出了冷凝功能的第一操作计划36和冷却功能的第二操作计划37随时间变化的曲线。操作计划曲线的纵坐标只有两个位置：位置0和位置1。当操作计划处于位置0时，这意味着相关功能处于非激活状态。当操作计划处于位置1时，这意味着相关的功能是激活的，从而允许通过供应系统冷凝和/或冷却液态气体。对于每种情况，假设两个操作计划在整个旅程中基本上处于位置1，也就是说，冷凝和冷却功能在整个旅程中被准许。

因此，图8示出了浮式结构的旅程过程中的第一种情况。因此，在时间t，估计和调节方法开始，并且在估计和调节方法的步骤D或D’期间，根据包含在罐中的液态气体的温度，或者根据自离开50起的冷凝和冷却功能的执行，获得在时间t 38处的液态气体的能量平衡。可以观察从出发50到时间t包含在罐中的液态气体的能量平衡的变化，该变化对应于测量的能量平衡34。测量的能量平衡34以实线示出，因为它已经从出发50开始被实时测量，第一次测量对应于当估计和调节方法第一次启动时确定的起始能量平衡30。在时间t之后，液态气体的能量平衡的变化以虚线表示，并且表示预测的能量平衡35，该预测的能量平衡35因此通过估计和调节方法来评估，更准确地说是在步骤F期间并且根据液态气体在时间t38的能量平衡来评估。因此，如果如图8所示的操作计划保持到到达点51，则当浮式结构到达该到达点51时，在到达点51包含在罐中的液态气体的能量平衡31的估计因此对应于能量平衡值的估计。

在图8中注意到，在没有调节根据本发明的估计和调节方法的操作计划的情况下，在到达点包含在罐51中的液态气体的估计能量平衡31小于在估计和调节方法的步骤E期间计算的虚拟最大能量平衡33。因此，罐中的液态气体符合目的地的要求。但是，可以调节操作计划，以限制供应系统的能耗。

图9示出了实施根据本发明的估计和调节方法的步骤G的曲线，其中操作计划相对于图8所示的那些进行了调节。估计和调节方法总是发生在时间t，并且在观察到在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31低于虚拟最大能量平衡33之后。因此，估计和调节方法调节操作计划，以保证节能。因此，尽管在所示示例中已经是这种情况，但是冷凝功能的第一操作计划36被调节为保持激活，即在位置1，直到旅程的到达点51。因此，由液态气体产生的多余气相被完全冷凝，这不会导致货物损失。

此外，由于在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31低于虚拟最大能量平衡33，所以也可以在旅程期间的估计时间dt停用冷却功能。为了确定估计时间dt，估计和调节方法执行一次或多次迭代，其中冷却功能的第二操作计划37的调节和在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31的重新计算连续交替。这里，冷却功能的第二操作计划37的调节在于通过将到达点51作为目标来选择冷却功能被停用的时间。只要在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31小于虚拟最大能量平衡33，迭代就继续，将冷却功能停用的选定时间随着每次新的发生而越来越早于先前的时间，并且在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31的计算每次都利用先前确定的冷却功能的第二操作计划37的新调节来执行。因此，这些迭代使得可以确定最佳估计时间dt，使得在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31不超过虚拟最大能量平衡33，但是同时尽可能快地停用冷却功能，以便节省最大能量。

一旦已经获得估计时间dt，估计和调节方法调节用于冷却功能的第二操作计划37，并将其传输到供应系统。冷却功能的第二调节后的操作计划37在图9中可见，其中可以看到冷却功能在调节后切换到位置0，导致其在估计时间dt被停用。因此，在估计时间dt和到达点51之间，冷却功能保持停用。知道了这一点，并且假定冷凝功能总是有效的，包含在罐中的液态气体的温度，以及通过类推包含在罐中的液态气体的能量平衡，在估计时间dt和到达点51之间呈现出比图8中的曲线上更显著的增加。然而，由于上述估计和调节方法的迭代，估计时间dt被计算为使得在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31增加，但是在到达点51到目的地时后者不超过虚拟最大能量平衡33。

因此，容纳在罐中的液态气体总是满足目的地的要求，但是在估计时间dt和到达点51之间实现了能量节省，因为冷却功能在此期间被停用，因此不需要被供应能量。因此，估计和调节方法使得有可以限制能量浪费，同时根据目的地的要求将气体保持在液态。

图10仍然示出了包含在罐中的液态气体的能量平衡随时间的变化曲线，但是这一次相对于图8和9处于相反的情况。实际上，根据估计和调节方法，在旅程的时间t期间，计算在时间t 38的液态气体的能量平衡，然后估计和调节方法根据在时间t38的液态气体的能量平衡计算在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31。从图10中可以看出，尽管冷却功能在整个旅程中持续启动，如图10中可见的冷却功能的第二操作计划37所示，但是在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31大于虚拟最大能量平衡33，甚至大于实际最大能量平衡32。

在这种情况下，在到达点51时，如果冷凝和冷却功能的操作计划没有调节，包含在罐中的液态气体将不能满足目的地的要求，导致后者拒收货物。为了避免这种情况，必须降低包含在罐中的液态气体的饱和压力，导致也包含在罐中的液态气体的能量平衡下降，以便在到达点51满足目的地的要求。给定时间d’t在图10中示出，并且对应于预测能量平衡35超过虚拟最大能量平衡33的时间，即从该时间开始，包含在罐中的液态气体的能量平衡不再符合目的地的要求。

克服图10中提到的情况所需的调节如图11所示。因此，如果还不是这种情况，估计和调节方法调节冷却功能的第二操作计划37，使得后者在旅程的到达点51之前是激活的。

如前所述，导致容纳在罐中的液态气体的温度以及后者的能量平衡升高的主要因素是由于液态气体产生的过量气相的冷凝。事实上，尽管后者被冷凝以进入液体形式，但冷凝气体的温度高于容纳在罐中的液态气体的温度。因此，从长远来看，冷凝气体返回罐会导致罐中液态气体的温度升高。因此，阻止这种温度上升的最佳方式是执行用于冷凝功能的第一调节操作计划36，使得冷凝功能被停用。

因此，估计和调节方法调节冷凝功能的第一操作计划36。因此，冷凝功能被编程为在给定的时间d’t，也就是说，在估计能量平衡34达到虚拟最大能量平衡33的时刻被停用。因此，估计和调节方法使得可以尽可能长时间地保持冷凝功能有效。当给定时间d't到达时，冷凝功能被停用。由于冷凝功能的停用，而且因为冷却功能保持激活，容纳在罐中的液态气体的能量平衡的增加于是停止。因此，在到达点51包含在罐中的液态气体的估计能量平衡31保持在虚拟最大能量平衡33的水平，这对应于目的地的要求。在这种构造中，在给定时间d’t和到达时间51之间，由液态气体产生的过量气相不再被供应系统冷凝。

图12示出了从出发50到到达点51，作为时间函数的安全裕度60的变化曲线的第一个例子。第一个例子显示了安全裕度60随着时间的推移而减小。换句话说，浮式结构变得越接近目的地，安全裕度60降低得越多，因此虚拟最大能量平衡越接近真实最大能量平衡，因为虚拟最大能量平衡在每个步骤E中通过估计和调节方法的迭代使用安全裕度60重新计算，安全裕度60随着浮式结构接近其目的地而降低。

安全裕度的值也可能取决于浮式结构的人员所掌握的关于旅程的信息量，例如旅程期间的天气状况或海况。因此，如果没有关于旅程状况的信息，则可以指示较高的安全裕度60。

图13示出了安全裕度60随时间变化的第二个例子。在该旅程的开始点，安全裕度60随着时间的推移而减小，如前图所示。然而，可能会发生不可预见的事件61。事件61可以是自然现象，例如气象现象，如风暴或雾，能够减慢浮式结构的速度。事件61也可以是机械事故，例如浮式结构的故障，易于使后者在不可忽略的一段时间内无法移动。这样的事件61因此延长了到目的地的旅行时间。在这种情况下，在出发50时被编程的安全裕度60不再适合该旅程。因此，可以对安全裕度60重新编程，以使其适应事件61的后果，也就是说，在上面给出的例子中，浮式结构的减速或静止。在图13中，当事件61已经发生时，安全裕度60上升，然后随着时间再次下降。这种修改保证了关于虚拟最大能量平衡的确定性，并且使得可以避免可能导致液态气体货物在到达目的地时被拒绝的错误。

当然，本发明不限于刚刚描述的例子，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这些例子进行许多修改。

正如刚刚描述的，本发明实现了它自己设定的目标，并且使得有可能提出一种用于估计和调节容纳在浮式结构的罐中的液态气体的能量平衡的方法，使得所述液态气体的能量平衡符合液态气体输送的目的地的要求，同时最佳地调节供应系统的能量消耗。在不脱离本发明的情况下，可以实现这里没有描述的变型，因为根据本发明，它们包括根据本发明的估计和调节方法。

Claims (14)

1.一种用于估计和调节容纳在浮式结构(1)的至少一个罐(9)中的液态气体(13)的能量平衡的估计和调节方法(5)，所述浮式结构用于将所述液态气体(13)输送到给定的目的地(2)，所述浮式结构(1)包括用于向所述浮式结构(1)的消耗器供应燃料的供应系统(8)，所述供应系统能够执行冷凝由液态气体产生的气相(14)的冷凝功能和/或冷却液态气体(13)的冷却功能，其特征在于，所述估计和调节方法(5)包括以下步骤：

步骤A，基于所述目的地(2)的液态气体的最大饱和压力要求和容纳在所述罐中的液态气体的特性，计算到达所述目的地时容纳在所述罐中的液态气体的最大许可温度，

步骤B，建立由所述供应系统(8)执行的从液态气体产生的气相(14)的冷凝功能、直到在到达点(51)到达所述目的地(2)的第一操作计划(36)，所述第一操作计划(36)根据对在旅程(3)期间从所述罐(9)中的液态气体产生的过量气相(14)的估计来建立，

步骤C，建立由所述供应系统(8)执行的液态气体(13)的冷却功能、直到在到达点(51)到达所述目的地(2)的第二操作计划(37)，所述第二操作计划(37)根据对在旅程(3)期间从液态气体产生的过量气相的估计来建立，

步骤D，根据包含在所述罐(9)中的液态气体(13)的温度和包含在所述罐(9)中的液态气体(13)的性质，计算时间t(38)处液态气体的能量平衡，

步骤E，根据在步骤A中计算的液态气体(13)的所述最大许可温度和容纳在所述罐(9)中的液态气体(13)的特性来计算最大能量平衡(32，33)，

步骤F，根据在步骤B和C中确定的冷凝功能和冷却功能的操作计划(36，37)以及根据在步骤D中确定的时间t(38)处液态气体的能量平衡，估计在旅程(3)的到达点(51)包含在罐中的液态气体的能量平衡(31)，

步骤G，调节所述第一操作计划(36)和/或所述第二操作计划(37)，

步骤H，根据在步骤G中经调节的液态气体(13)的冷凝功能和冷却功能的操作计划(36，37)来实施所述供应系统(8)。

2.根据权利要求1所述的用于估计和调节能量平衡的方法(5)，其特征在于，步骤G包括：只要在步骤F中计算的在旅程的到达点(3)包含在罐(51)中的液态气体的估计能量平衡(31)小于在步骤E中计算的最大能量平衡(32，33)，则激活冷凝功能。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于估计和调节能量平衡的方法(5)，其中，步骤G包括在估计时间dt停止冷却功能，所述估计时间dt保证在步骤F中计算的在旅程(3)的到达点(51)包含在罐中的液态气体的估计能量平衡(31)小于在步骤E中计算的最大能量平衡(32，33)。

4.根据权利要求1所述的用于估计和调节能量平衡的方法(5)，其特征在于，步骤G包括：只要在步骤F中计算的在旅程(3)的到达点(51)包含在罐中的液态气体的估计能量平衡(31)大于在步骤E中计算的最大能量平衡(32，33)，则停止冷凝功能。

5.根据权利要求1或4所述的用于估计和调节能量平衡的方法(5)，其特征在于，步骤G包括：只要在步骤F中计算的在旅程(3)的到达点(51)包含在罐中的液态气体的估计能量平衡(31)大于在步骤E中计算的最大能量平衡(32，33)，则启动冷却功能。

6.根据前述权利要求中任一项所述的估计和调节方法(5)，通过从步骤B开始并在浮式结构(1)的旅程(3)期间进行迭代来重复。

7.根据权利要求6所述的估计和调节方法(5)，包括与步骤D同时执行的附加步骤D’，即根据浮式结构(1)从出发(50)直到时间t的冷凝功能和冷却功能的执行，以及根据在早期迭代期间计算的时间t(38)处液态气体的能量平衡，计算时间t(38)处液态气体的能量平衡。

8.根据权利要求7所述的估计和调节方法(5)，其中，为步骤F保存的时间t(38)处的液态气体的能量平衡是在步骤D中计算的时间t(38)处的液态气体的能量平衡和在步骤D’中计算的时间t(38)处的液态气体的能量平衡中的最高的一者。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的估计和调节方法(5)，包括附加步骤A’，即根据所述浮式结构(1)的旅程(3)的特性来选择液态气体(13)的最大能量平衡(32，33)的安全裕度(60)，步骤E考虑所述安全裕度(60)来执行。

10.根据权利要求9所述的估计和调节方法(5)，其中，在所述浮式结构(1)的旅程(3)期间，通过迭代重复步骤A’。

11.根据权利要求9或10所述的估计和调节方法(5)，其中，随着浮式结构(1)接近目的地(2)，安全裕度(60)减小。

12.根据前述权利要求中任一项所述的估计和调节方法(5)，其特征在于，所述浮式结构(1)配备有至少一个发动机(16)，所述发动机至少部分地由液态气体产生的气相(14)提供动力，在所述旅程(3)期间由液态气体产生的过量气相的估计由输入到所述罐(9)中的热量的图像值和发动机(16)的消耗的估计来建立。

13.一种用于管理容纳在浮式结构(1)的至少一个罐(9)中的液态气体(13)的能量平衡的管理系统(4)，所述管理系统实施根据前述权利要求中任一项所述的估计和调节方法(5)，所述管理系统(4)包括用于浮式结构(1)的消耗器的至少一个燃料供应系统(8)和至少一个计算机(7)，所述计算机具有估计在浮式结构(1)的旅程(3)期间由液态气体产生的过量气相(14)的量的功能。

14.一种用于运输液态气体(13)的浮式结构(1)，包括根据权利要求13所述的用于管理所述气体的能量平衡的管理系统(4)。

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