CN117980225A - 用于处理船只的蒸发气体的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种船只的蒸发气体处理系统和方法。本发明的用于处理船只的蒸发气体的系统包括：第一压缩机，接收且压缩由存储于船只的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体；第二压缩机，接收且压缩来自存储罐的蒸发气体；热交换器，在第一压缩机或第二压缩机中压缩的蒸发气体在所述热交换器中冷却；以及制冷剂循环管线，供应到热交换器的制冷剂通过所述制冷剂循环管线循环，其中第一压缩机为多级压缩机，其通过多个压缩机将蒸发气体压缩到船上推进发动机的燃料供应压力，第二压缩机将蒸发气体压缩到在比推进发动机的压力低的压力下供应有燃料的发电发动机的燃料供应压力，且通过第一压缩机的一些级压缩的蒸发气体可供应到热交换器以进行冷却或供应到发电发动机。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理船只的蒸发气体的系统和方法，且更确切地说，涉及一种用于处理包含推进发动机和在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机的船只的蒸发气体的系统和方法，其中由存储于船上存储罐中的液化气体产生的蒸发气体(boil-off gas；BOG)作为燃料供应到发动机，且在给发动机加燃料之后剩余的蒸发气体再液化并传回到存储罐。
背景技术
近年来，全世界范围内例如液化天然气(liquefied natural gas，LNG)等液化气体的消耗快速增加。通过将气体冷却到极低温度而获得的液化气体的体积比气体小得多，并且有利于提高存储和运输效率。另外，例如LNG的液化气体在液化过程期间排放极少或不排放空气污染物，且因此可被认为是一种在燃烧期间排放较少空气污染物的生态环境友好的燃料。
LNG为通过将含有甲烷作为主要组分的天然气冷却到约-163℃而获得的无色且透明的液体，且体积为天然气的体积的约1/600。因此，天然气的液化允许天然气的高效运输。
然而，由于天然气在大气压力下在-162℃的极低温度下液化，因此LNG对温度变化敏感且容易蒸发。尽管LNG存储罐是隔热的，但LNG由于在运输期间不断地传递到存储罐的外部热量而持续在存储罐中自然地蒸发，从而导致蒸发气体(BOG)的产生。
蒸发气体为一种损耗的类别且对交通效益至关重要。另外，如果蒸发气体在存储罐中累积，那么罐的内部压力可过度增加，最坏的是引起对罐的损坏。因此，已研究各种方法来处置在存储罐中产生的蒸发气体。最近，为了处置蒸发气体，已提议一种使蒸发气体再液化并将再液化蒸发气体传回到存储罐的方法、一种使用蒸发气体作为例如船舶发动机的机载燃料需求部位的能量源的方法等。
使蒸发气体再液化的方法的实例包含：使用单独制冷剂提供制冷循环以通过与制冷剂的热交换而使蒸发气体再液化；在没有单独制冷剂的情况下使用蒸发气体自身作为制冷剂来使蒸发气体再液化等。
能够以天然气为燃料的船舶发动机的实例包含燃气发动机，例如DFDE、X-DF以及ME-GI发动机。
DFDE发动机使用由四个冲程组成的奥托循环，其中在约5.5巴的相对低压下的天然气注入到燃烧空气入口中，并且接着由向上移动的活塞压缩。
X-DF发动机使用由两个冲程组成的奥托循环，其中在约15巴的压力下的天然气用作燃料。
ME-GI发动机使用由两个冲程组成的狄塞尔循环(diesel cycle),其中处于约300巴的高压下的天然气在活塞的上死点(top dead point)附近直接注入到燃烧腔室中。
发明内容
技术问题
本发明的申请人发明了一种在没有单独制冷剂的情况下使用蒸发气体自身作为制冷剂来使蒸发气体再液化的方法，其中通过压缩机压缩的蒸发气体通过与待引入到压缩机中的未压缩蒸发气体的热交换而冷却，且接着通过J-T阀等膨胀以实现蒸发气体的部分再液化。此系统被称作部分再液化系统(partial reliquefaction system；PRS)。
当待再液化的蒸发气体的量较大时，例如当存储罐中的液化气体的量较大且自其产生的蒸发气体的量因此较大时，或当船只抛锚或以低速航行且由发动机消耗的蒸发气体的量因此较低时，仅PRS无法满足所需再液化率。因此，本发明的申请人发明了一种可使更多蒸发气体再液化的改进PRS。
作为PRS的改进，能够通过使用蒸发气体自身作为制冷剂的制冷剂循环而使蒸发气体进一步冷却的系统被称作甲烷制冷系统(methane refrigeration system；MRS)。
混合的制冷剂或例如氮气的单独制冷剂可用于冷却待再液化的蒸发气体。
对于配备有可以蒸发气体为燃料的发动机的船只，适于将燃料供应到发动机的压缩机可用于蒸发气体的再液化。
图1为用于具有以由LNG产生的蒸发气体为燃料的发动机(E1)、发动机(E2)的船只的蒸发气体处理系统的示意图，其中由用于燃料供应的压缩机(10A)、压缩机(10B)压缩到高压的蒸发气体作为燃料供应到发动机，且过剩的压缩气体在热交换器(20)中使用来自蒸发气体的冷热进行冷却，经受减压(30)和气液分离(40)，且传回到存储罐。
经提供以供应燃料的这类压缩机(10A)或压缩机(10B)被设计成满足对应发动机的燃料供应需求，且由于船级社要求在压缩机故障的情况下提供额外冗余压缩机而被复制。当发动机的燃料消耗较低且待再液化的蒸发气体的量较大时，例如当船只抛锚时，两个压缩机都可操作。然而，在此情况下，存在归因于热交换器(20)的不足冷热的低再液化效率、归因于两个高压压缩机的操作的高电力消耗的低能效以及两个高压压缩机的高安装成本的问题。
为了解决这些问题，本发明提供一种能够处理由液化气体产生的蒸发气体同时确保再液化效率的提高和安装和操作成本的降低的解决方案。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，提供一种船只的蒸发气体处理系统，包括：第一压缩机，接收由存储于船只的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体且压缩所接收到的蒸发气体；
第二压缩机，压缩从存储罐接收到的蒸发气体；
热交换器，冷却由第一压缩机或第二压缩机压缩的蒸发气体；以及
制冷剂循环管线，供应到热交换器的制冷剂沿着所述制冷剂循环管线循环，
其中第一压缩机为多级压缩机，其包括多个压缩机且将蒸发气体压缩到船只的推进发动机所需的燃料供应压力，第二压缩机将蒸发气体压缩到在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机所需的燃料供应压力，且
在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到热交换器以进行冷却或被供应到发电发动机。
制冷剂循环管线可包含：制冷剂压缩单元，接收在热交换之后从热交换器排出的制冷剂且压缩所接收到的制冷剂；及制冷剂膨胀单元，接收由制冷剂压缩单元压缩且已经通过热交换器的制冷剂，使所接收到的制冷剂膨胀且冷却，以及将冷却的制冷剂供应到热交换器。
蒸发气体处理系统可还包含：蒸发气体供应管线，蒸发气体沿着所述蒸发气体供应管线从存储罐通过热交换器供应到第一压缩机或第二压缩机；第一燃料供应管线，安置于第一压缩机下游且连接到推进发动机；再液化管线，在穿过第一压缩机的部分或穿过第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述再液化管线被供应到热交换器以进行冷却且传回到存储罐；以及第二燃料供应管线，在通过第一压缩机的部分或通过第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述第二燃料供应管线被供应到发电发动机。
蒸发气体处理系统可还包含：分支管线，从蒸发气体供应管线分支且允许蒸发气体供应到第一压缩机或第二压缩机而不穿过热交换器；以及预热器，提供到分支管线以加热蒸发气体，其中，当再液化系统不在操作中或在低负载下操作时，在存储罐中产生的蒸发气体中的全部或一些可沿着分支管线绕过热交换器以在引入到第一压缩机或第二压缩机中之前由预热器加热。
蒸发气体处理系统可还包含：减压器，接收通过热交换器中的热交换冷却的经压缩蒸发气体且对所接收到的经压缩蒸发气体进行减压；以及气液分离器，接收由减压器减压的蒸发气体且关于所接收到的蒸发气体执行气液分离，其中由气液分离器分离的闪蒸气体可与热交换器上游的未压缩蒸发气体流汇合，且由气液分离器分离的液化气体可传回到存储罐。
蒸发气体处理系统可还包含：液化气体供应管线，存储于存储罐中的液化气体沿着所述液化气体供应管线作为燃料供应到推进发动机；压缩泵，安置于液化气体供应管线上且将液化气体加压到推进发动机所需的燃料供应压力；以及蒸发器，加热由压缩泵加压的液化气体。
蒸发气体处理系统可还包含：液化气体分支管线，在蒸发器下游从液化气体供应管线分支且连接到发电发动机；压力调节阀，提供到液化气体分支管线且将液化气体调整到发电发动机所需的燃料供应压力；以及加热器，提供到液化气体分支管线，且进一步将已穿过压力调节阀的液化气体加热到发电发动机所需的燃料供应温度。
当船只在航时，可操作第一压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到推进发动机和发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却，且当船只抛锚时，可操作第二压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却。
沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂可为氮气。
根据本发明的另一方面，提供一种船只的蒸发气体处理方法，所述船只包含推进发动机和在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机，
其中由存储于存储罐中的液化气体产生的蒸发气体由第一压缩机或第二压缩机压缩，未作为燃料供应到推进发动机和发电发动机的压缩气体通过热交换器中的热交换而冷却且再液化，所述热交换器供应有沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂，
第一压缩机为多级压缩机，其包括多个压缩机且将蒸发气体压缩到推进发动机所需的燃料供应压力，第二压缩机将蒸发气体压缩到发电发动机所需的燃料供应压力，且
在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到热交换器以进行冷却或被供应到发电发动机。
当船只在航时，可操作第一压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到推进发动机和发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却，且当船只抛锚时，可操作第二压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却。
沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂可由制冷剂压缩单元压缩，通过热交换器冷却，通过制冷剂膨胀单元膨胀且冷却，且作为冷热源供应到热交换器，其中制冷剂压缩单元可连接到制冷剂膨胀单元以使用从制冷剂膨胀单元输送的制冷剂的膨胀能量压缩制冷剂。
有利效果
本发明提供一种用于包含推进发动机和在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机的船只的蒸发气体处理系统，其中将蒸发气体压缩到推进发动机所需的燃料供应压力的第一压缩机和将蒸发气体压缩到发电发动机所需的燃料供应压力的第二压缩机经提供，且在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到热交换器以进行冷却或被供应到发电发动机。
由于能够将蒸发气体作为燃料供应到推进发动机的多级高压压缩机和能够将蒸发气体压缩到具有比推进发动机低的燃料供应压力的发电发动机所需的压力的压缩机经提供以取决于船只的操作条件而选择性地操作，所以燃料供应和再液化所需的电能的消耗可通过将蒸发气体用作燃料同时满足冗余需求而减少，由此确保船只的有效操作。
另外，由于可通过利用来自蒸发气体自身的冷热和来自制冷剂循环的冷热来增强热交换器的冷却效率和再液化率，且可仅关于在产生于存储罐中的蒸发气体作为燃料消耗之后剩余的蒸发气体来执行再液化，因此可减少制冷剂循环的负载，同时减少作为燃料的液化气体的消耗。
附图说明
图1为常规蒸发气体处理系统的示意图。
图2为根据本发明的基本实施例的蒸发气体处理系统的示意图。
图3为根据本发明的扩展实施例的蒸发气体处理系统的示意图。
具体实施方式
为了完全地了解本发明的操作优点和通过实践本发明实现的目标，应参考附图，所述附图示出本发明的优选实施例和其描述。
在下文中，本发明的示例性实施例将参考附图在其特征和效果方面进行详细描述。应注意，在整个说明书和附图中，相似组件将由相似附图标号标示。
如本文中所使用，术语“船只”可指具备发动机的任何类型的船只，所述发动机能够利用液化气体和由液化气体产生的蒸发气体作为用于推进或发电的燃料，或利用液化气体或蒸发气体作为船上发动机的燃料。举例来说，船只可包含自推船舶，例如LNG运输船、液氢运输船以及LNG再气化船舶(regasification vessel；RV)，以及非自推浮式海上结构，例如LNG浮式生产存储卸载(floating production storage offloading；FPSO)单元和LNG浮式存储再气化单元(floating storage regasification unit；FSRU)。
如本文所使用，术语“液化气体”可指可在低温温度下通过液化在液态下运输的任何类型的液化气体，可在存储期间产生蒸发气体，且可用作发动机的燃料等。举例来说，这类液化气体可包含液化石化气，诸如液化天然气(LNG)、液化乙烷气(liquefied ethanegas；LEG)、液化石油气(liquefied petroleum gas；LPG)、液化乙烯气以及液化丙烯气。在以下实施例中，将使用LNG(其为典型液化气体)作为实例来描述本发明。
在以下实施例中，流动穿过每一管线的流体可呈气态、气-液混合态、液态,或超临界流体状态，这取决于系统操作条件。
图2为根据本发明的基本实施例的用于船只的蒸发气体处理系统的示意图。
参考图2，根据这个实施例的用于船只的蒸发气体处理系统提供到船只以使在液化气体存储罐中产生的蒸发气体再液化，且包含：压缩机(100a)、压缩机(100b)，接收在存储罐(T)中产生的蒸发气体且压缩所接收到的蒸发气体；以及热交换器(200)，接收由压缩机压缩的蒸发气体中的全部或一些且通过与制冷剂和待引入到压缩机中的未压缩蒸发气体的热交换而冷却所接收到的蒸发气体。为此目的，蒸发气体处理系统包含：气体供应管线(GL)，通过热交换器从存储罐(T)连接到压缩机(100a)、压缩机(100b)；以及再液化管线(RL)，安置于压缩机的下游以使蒸发气体再液化且将再液化的蒸发气体递送到存储罐。
另外，蒸发气体处理系统包含制冷剂循环管线(NL)，供应到热交换器(200)的制冷剂沿着所述制冷剂循环管线(NL)循环，其中制冷剂循环管线(NL)具备制冷剂膨胀单元(310)和制冷剂压缩单元(320)，所述制冷剂膨胀单元(310)使供应到热交换器的制冷剂膨胀且冷却，所述制冷剂压缩单元(320)压缩在热交换之后从热交换器排出的制冷剂。
在一个实施例中，制冷剂压缩单元(320)和制冷剂膨胀单元(310)可经由共同轴杆彼此连接以形成压扩器(压缩机/膨胀器)，使得制冷剂压缩单元(320)可由从制冷剂膨胀单元(310)输送的制冷剂的膨胀能量驱动。在另一实施例中，制冷剂压缩单元(320)可由连接到制冷剂膨胀单元(310)的电动机驱动，使得当电动机由从制冷剂膨胀单元(310)输送的制冷剂的膨胀能量驱动时，可压缩制冷剂。
通过制冷剂压缩单元(320)压缩的制冷剂引入到热交换器(200)中以进行冷却，接着沿着制冷剂循环管线(NL)供应到制冷剂膨胀单元(310)以膨胀且冷却，且接着作为制冷剂供应回到热交换器(200)。
因此，在根据这个实施例的热交换器(200)中，四个不同流(即，压缩的蒸发气体中的全部或一些、待引入到压缩机的未压缩蒸发气体、由制冷剂膨胀单元膨胀且冷却的制冷剂以及由制冷剂压缩单元压缩的制冷剂)参与热交换。
在沿着制冷剂循环管线(NL)循环的同时供应到热交换器的制冷剂可为例如氮气N2。通过利用其中压缩的制冷剂被供应到热交换器以由来自制冷剂自身的冷热冷却、膨胀且供应回到热交换器的制冷剂循环的热交换来冷却蒸发气体具有以下问题：归因于氮气与含有甲烷作为主要组分的蒸发气体之间的热容量差，需要大量氮气制冷剂以将蒸发气体冷却到液化温度，且制冷剂循环中的大部分冷热被消耗以冷却氮气制冷剂，从而导致用于压缩制冷剂的装置和用于膨胀制冷剂的装置的容量增加和由此引起的功率消耗增加。为了解决这些问题，在这个实施例中，还通过热交换器将从存储罐产生的极冷的未压缩蒸发气体引入到压缩机中以减少制冷剂循环所需的制冷剂的数量、用于压缩和膨胀制冷剂的装置的容量以及装置的功率消耗，由此降低安装和操作成本。
将描述根据这个实施例的处理由系统中的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体的过程。首先，通过热交换器(200)将在存储罐(T)中产生的蒸发气体引入到压缩机(100a)或压缩机(100b)中。
压缩机(100a)或压缩机(100b)压缩蒸发气体。举例来说，压缩机(100a)或压缩机(100b)可将蒸发气体压缩到船只的发动机所需的燃料供应压力。确切地说，对于包含推进发动机和发电发动机的船只，所述发电发动机具有比推进发动机低的燃料供应压力，同时使用来自沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂的冷热在热交换器中进行热交换，如在这个实施例中，压缩机可将蒸发气体压缩到发电发动机(E2)所需的燃料供应压力以将经压缩蒸发气体作为燃料供应到发电发动机(E2)，且在给发电发动机加燃料之后剩余的蒸发气体可再液化。举例来说，当发电发动机(E2)为DF GE发动机时，压缩机可将蒸发气体压缩到5绝对巴到10绝对巴的压力。
船级社要求将燃料供应到发动机的压缩机在紧急情况下设计有冗余。此处，冗余为一种系统设计：其中复制组件，使得如果组件中的一个由于故障、维护等不可用，那么另一个充当备份。为此目的，压缩机包含主压缩机(100a)和冗余压缩机(100b)。在正常操作中，可操作两个压缩机中的一个(即，主压缩机)以将燃料供应到发电发动机，且加燃料之后剩余的压缩气体可通过再液化管线(RL)再液化。
为了将燃料供应到推进发动机，根据这个实施例的蒸发气体处理系统可包含：液化气体供应管线；压缩泵(600)，安置于液化气体供应管线上，从存储罐泵送液化气体，且将液化气体加压到推进发动机所需的燃料供应压力；以及蒸发器(610)，安置于液化气体供应管线上且将加压的液化气体加热到推进发动机所需的燃料供应温度。为了将燃料供应到发电发动机，根据这个实施例的蒸发气体处理系统可包含：液化气体分支管线(LL2)，在蒸发器下游从液化气体供应管线分支且连接至发电发动机(E2)；压力调节阀(620)，提供到液化气体分支管线且将液化气体调整到发电发动机所需的燃料供应压力；以及加热器(630)，提供到液化气体分支管线且进一步将已经通过压力调节阀的液化气体加热到发电发动机所需的燃料供应温度。
由压缩机压缩的蒸发气体沿着再液化管线(RL)引入到热交换器(200)中以进行冷却。待再液化的经压缩蒸发气体和由制冷剂压缩单元压缩的制冷剂作为热流引入到热交换器中，且未压缩蒸发气体和由制冷剂膨胀单元膨胀且冷却的制冷剂作为冷流引入到热交换器中。
如上文所描述，四个流在热交换器(200)中参与热交换，其中热流通过与冷流的热交换而冷却。热交换器可为例如铜焊铝热交换器(brazed aluminum heat exchanger；BAHE)。
为了通过热流与冷流之间的更有效热交换来实现待再液化的压缩气体的冷却，每一流可通过热交换器的不同部分引入到热交换器中且从热交换器排出。
在引入到热交换器中的冷流当中，在膨胀和冷却之后引入到热交换器中的氮气制冷剂在其压力为例如约10巴时具有约-167℃的温度，所述温度低于未压缩蒸发气体的温度(约-50℃)，所述未压缩蒸发气体为引入到热交换器中的另一冷流。因此，如果氮气制冷剂和未压缩的蒸发气体一起引入到热交换器中，那么来自氮气制冷剂的冷热中的一些可由除待再液化的压缩气体外的流吸收，而不是全部冷热用于冷却压缩气体。因此，在冷流当中，具有相对低温的氮气制冷剂(NL)的流被引入到热交换器的最下游区段中以通过整个热交换器，且具有相对高温的未压缩蒸发气体(GL)的流被引入到热交换器的中间区段中。
因此，来自再液化管线的压缩气体在从高温区穿过热交换器到低温区时依序冷却。确切地说，压缩气体在高温区中通过与两个冷流(即，来自制冷剂循环管线的制冷剂和来自蒸发气体供应管线的未压缩蒸发气体)的热交换而冷却，且接着在低温区中通过与一个冷流(即，紧接在将制冷剂引入到热交换器中之后的来自制冷剂循环管线的制冷剂)的热交换而冷却。
以此方式，待再液化的压缩气体可更有效地冷却，由此确保增加的再液化率，同时通过防止热交换器的热疲劳而防止对相关装置的损坏。
通过热交换器中的热交换冷却的蒸发气体被引入到安置于再液化管线上的减压器(400)中以解压缩。由减压器(400)减压的蒸发气体被引入到气液分离器(500)中。
减压器(400)可包含适于对压缩和冷却的蒸发气体进行减压的膨胀器或膨胀阀，例如焦耳-汤姆森(Joule-Thomson)阀。当经受减压时，蒸发气体通过绝热膨胀或等熵膨胀来冷却。
通过减压器解减压且进一步冷却的蒸发气体被引入到气液分离器(500)中。由气液分离器(500)分离的液体沿着再液化管线(RL)递送到存储罐(T)以存储于存储罐(T)中。然而，在这个实施例中，由于即使在蒸发气体穿过气液分离器之后，也有可能无法实现蒸发气体到气体(闪蒸气体)和液体(液化气体)的完成相分离，因此分离的液体或液化气体可含有未分离的闪蒸气体。
由气液分离器分离的闪蒸气体可通过气液分离器的上部部分排出以与热交换器和加热器上游的未压缩蒸发气体流汇合，且通过热交换器或加热器引入到压缩机中。
根据这个实施例的蒸发气体处理系统通过使用来自蒸发气体自身的冷热和制冷剂循环中的冷热来改进热交换器的冷却效率来降低CAPEX和OPEX，且因此消除安装且操作用于将蒸发气体压缩到高压的额外设备(例如升压压缩机)以提高蒸发气体的再液化率的需要。
在存储罐(T)中产生的蒸发气体取决于存储罐的操作条件在-140℃到-100℃范围内的低温温度下从存储罐排出。取决于经提供以将燃料供应到发动机的压缩机的类型，可要求引入到压缩机中的蒸发气体处于某一温度范围内。确切地说，用于将燃料供应到发动机的压缩机可设置为室温压缩机。在此情况下，当再液化系统在高于某一范围的负载下操作时，由于存在待再液化的大量蒸发气体，来自存储罐的冷蒸发气体可在被引入到压缩机中之前通过热交换器中的热交换而充分加热，而当再液化系统不在操作中或在低负载下操作时，由于由发动机消耗的蒸发气体的量较大，即使在蒸发气体穿过热交换器之后，来自存储罐的冷蒸发气体也无法加热到压缩机所需的适合输入温度。
为了解决此问题，蒸发气体处理系统包含：分支管线(BL)，允许来自存储罐(T)的蒸发气体绕过热交换器(200)以直接引入到压缩机(100a)或压缩机(100b)中；以及预热器(700)，提供到分支管线以加热蒸发气体。
当再液化系统在操作中时，来自存储罐(T)的蒸发气体可在被引入到压缩机(100a)或压缩机(100b)中之前通过热交换器(200)中的热交换加热，而当再液化系统不在操作中或在低负载下操作时，来自存储罐的蒸发气体中的全部或一些可沿着分支管线(BL)绕过热交换器，以在被引入到压缩机(100a)或压缩机(100b)中之前由预热器(700)加热。
因此，在这个实施例中，蒸发气体由低压压缩机压缩且接着作为燃料供应到发电发动机，过剩的压缩气体经再液化，且存储罐中的液化气体由泵压缩且接着作为燃料通过蒸发器供应到推进发动机。然而，根据这个实施例，由于即使当船只在高速下操作且因此发动机的燃料消耗高时推进发动机也不以蒸发气体为燃料，因此在由压缩机压缩的蒸发气体当中，在给发电发动机加燃料之后剩余的蒸发气体需要再液化，且再液化的液化气体需要在作为燃料供应到推进发动机之前通过压缩泵(600)和蒸发器(610)再次压缩和气化，从而导致能量效率低。下文描述的扩展实施例被设计成通过解决此问题来提高能量效率。
图3为根据本发明的扩展实施例的蒸发气体处理系统的示意图。以下描述将集中于与基本实施例的差异。
就压缩蒸发气体的压缩机的配置来说，根据这个实施例的蒸发气体处理系统不同于根据基本实施例的蒸发气体处理系统。在这个实施例中，第一压缩机(100a)被配置为多级压缩机，其包含多个压缩机且将蒸发气体压缩到船上推进发动机(E1)所需的燃料供应压力，且第二压缩机(100b)被配置为将蒸发气体压缩到发电发动机(E2)所需的燃料供应压力的压缩机，其在比推进发动机低的压力下供应有燃料，使得第一压缩机冗余的第二压缩机将蒸发气体压缩到与第一压缩机不同的压力。
因此，在这个实施例中，第一压缩机(100a)可通过多个压缩机和中间冷却器将在存储罐中产生的蒸发气体压缩到推进发动机(E1)所需的燃料供应压力，且将经压缩蒸发气体作为燃料供应到推进发动机(E1)。发电发动机(E2)可供应有在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体或由第二压缩机压缩的蒸发气体。另外，在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体可供应到热交换器以进行冷却。
为此目的，根据这个实施例的蒸发气体处理系统包含：蒸发气体供应管线(GL)，蒸发气体沿着所述蒸发气体供应管线(GL)从存储罐(T)通过热交换器(200)供应到第一压缩机(100a)或第二压缩机(100b)；以及第一燃料供应管线(FL1)，安置于第一压缩机(100a)下游且连接到推进发动机(E1)。
另外，根据这个实施例的蒸发气体处理系统包含：再液化管线(RL)，在穿过第一压缩机的部分或穿过第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述再液化管线(RL)供应到热交换器(200)以进行冷却且接着传回到存储罐；以及第二燃料供应管线(FL2)，在穿过第一压缩机的部分或穿过第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述第二燃料供应管线(FL2)供应到发电发动机(E2)。第一压缩机(100a)包含：前压缩区段(110)，安置于再液化管线与第二燃料供应管线之间的接合点上游，在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体沿着所述前压缩区段供应到热交换器或发电发动机；以及后压缩区段(120)，将在前压缩区段中压缩的蒸发气体进一步压缩到推进发动机所需的燃料供应压力。举例来说，当推进发动机为ME-GI发动机且发电发动机为DFGE发动机时，第一压缩机的前压缩区段可将蒸发气体压缩到5绝对巴到12绝对巴的压力，且第一压缩机的后压缩区段可将蒸发气体压缩到250绝对巴到400绝对巴的压力。
在根据这个实施例的系统中，可取决于船只的操作条件而选择性地操作第一压缩机或第二压缩机。
当船只的发动机消耗大量燃料时，例如当船只在航时，操作第一压缩机(100a)。在存储罐(T)中产生的蒸发气体沿着蒸发气体供应管线(GL)供应到热交换器(200)，且接着沿着第一管线(GLA)发送到第一压缩机(100a)以压缩。此处，在穿过整个第一压缩机(100a)时压缩的蒸发气体沿着第一燃料供应管线(FL1)作为燃料供应到推进发动机(E1)，且在穿过第一压缩机的前压缩区段(110)时压缩的蒸发气体沿着第二燃料供应管线(FL2)作为燃料供应到发电发动机(E2)。超过推进发动机和发电发动机所需的过剩压缩气体沿着再液化管线(RL)供应到热交换器(200)，通过与沿着制冷剂循环管线(NL)循环的制冷剂以及未压缩蒸发气体的热交换而冷却，通过减压器(400)和气液分离器(500)再液化，且传回到存储罐(T)。当给发动机加燃料之后不存在待再液化的过剩压缩气体时，可不操作再液化系统，或存储罐中的蒸发气体可沿着分支管线(BL)直接供应到第一压缩机而不穿过热交换器。
当推进发动机(E1)消耗极少燃料或不消耗燃料时，例如当船只抛锚时，操作第二压缩机(100b)。此处，在存储罐中产生的蒸发气体通过热交换器(200)发送到第二压缩机(100b)以压缩，且接着作为燃料供应到发电发动机(E2)。超过发电发动机(E2)所需的过剩压缩气体沿着再液化管线(RL)供应到热交换器(200)以进行冷却，通过减压器(400)和气液分离器(500)再液化，且传回到存储罐(T)。
因此，在这个实施例中，由于能够将蒸发气体作为燃料供应到推进发动机的多级高压压缩机和能够将蒸发气体压缩到具有比推进发动机低的燃料供应压力的发电发动机所需的压力的压缩机经提供以取决于船只的操作条件而选择性地操作，所以燃料供应和再液化所需的电能的消耗可通过将蒸发气体用作燃料同时满足冗余需求而减少，由此确保船只的有效操作。
另外，由于可通过利用来自蒸发气体自身的冷热和制冷剂循环中的冷热来增强热交换器的冷却效率和再液化率，且可仅关于在产生于存储罐中的蒸发气体作为燃料消耗之后剩余的蒸发气体来执行再液化，因此可减少制冷剂循环的负载，同时减少作为燃料的液化气体的消耗。
尽管已描述了一些实施例，但本领域的普通技术人员将显而易知，这些实施例仅以说明方式给出，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改、改变、更改以及等效实施例。
Claims (12)
1.一种船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，包括：
第一压缩机，接收由存储于所述船只的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体且压缩接收到的蒸发气体；
第二压缩机，压缩从所述存储罐接收到的蒸发气体；
热交换器，冷却由所述第一压缩机或所述第二压缩机压缩的所述蒸发气体；以及
制冷剂循环管线，供应到所述热交换器的制冷剂沿着所述制冷剂循环管线循环，
其中所述第一压缩机为多级压缩机，其包括多个压缩机且将所述蒸发气体压缩到所述船只的推进发动机所需的燃料供应压力，
所述第二压缩机将所述蒸发气体压缩到在比所述推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机所需的燃料供应压力，以及
在穿过所述第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到所述热交换器以进行冷却或被供应到所述发电发动机。
2.根据权利要求1所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，所述制冷剂循环管线包括：
制冷剂压缩单元，接收在热交换之后从所述热交换器排出的所述制冷剂且压缩接收到的制冷剂；以及
制冷剂膨胀单元，接收由所述制冷剂压缩单元压缩且已穿过所述热交换器的所述制冷剂，膨胀且冷却接收到的制冷剂，以及将冷却的制冷剂供应到所述热交换器。
3.根据权利要求1所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，还包括：
蒸发气体供应管线，蒸发气体沿着所述蒸发气体供应管线从所述存储罐通过所述热交换器供应到所述第一压缩机或所述第二压缩机；
第一燃料供应管线，安置于所述第一压缩机的下游且连接至所述推进发动机；
再液化管线，在穿过所述第一压缩机的部分或穿过所述第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述再液化管线被供应到所述热交换器以进行冷却且被传回到所述存储罐；以及
第二燃料供应管线，在穿过所述第一压缩机的部分或穿过所述第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述第二燃料供应管线被供应到所述发电发动机。
4.根据权利要求3所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，还包括：
分支管线，从所述蒸发气体供应管线分支且允许蒸发气体被供应到所述第一压缩机或所述第二压缩机而不穿过所述热交换器；以及
预热器，提供到所述分支管线以加热所述蒸发气体，
其中，当再液化系统不在操作中或在低负载下操作时，在所述存储罐中产生的所述蒸发气体中的全部或一些沿着所述分支管线绕过所述热交换器以由所述预热器加热且被引入到所述第一压缩机或所述第二压缩机中。
5.根据权利要求4所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，还包括：
减压器，接收通过所述热交换器中的热交换冷却的经压缩蒸发气体且对接收到的经压缩蒸发气体进行减压；以及
气液分离器，接收由所述减压器减压的所述蒸发气体且相对于接收到的蒸发气体执行气液分离，
其中由所述气液分离器分离的闪蒸气体与所述热交换器上游的未压缩蒸发气体流汇合，且由所述气液分离器分离的液化气体被传回到所述存储罐。
6.根据权利要求5所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，还包括：
液化气体供应管线，存储于所述存储罐中的液化气体作为燃料沿着所述液化气体供应管线被供应到所述推进发动机；
压缩泵，安置于所述液化气体供应管线上且将所述液化气体加压到所述推进发动机所需的燃料供应压力；以及
蒸发器，加热由所述压缩泵加压的所述液化气体。
7.根据权利要求6所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，还包括：
液化气体分支管线，在所述蒸发器下游从所述液化气体供应管线分支且连接至所述发电发动机；
压力调节阀，提供到所述液化气体分支管线且将所述液化气体调整到所述发电发动机所需的燃料供应压力；以及
加热器，提供到所述液化气体分支管线，且进一步将已穿过所述压力调节阀的所述液化气体加热到所述发电发动机所需的燃料供应温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，当所述船只在航时，操作所述第一压缩机以压缩在所述存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到所述推进发动机和所述发电发动机，且过剩的经压缩气体由所述热交换器冷却，以及
当所述船只抛锚时，操作所述第二压缩机以压缩在所述存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到所述发电发动机，且过剩的经压缩气体由所述热交换器冷却。
9.根据权利要求8所述的船只的蒸发气体处理系统，其特征在于，沿着所述制冷剂循环管线循环的所述制冷剂为氮气。
10.一种船只的蒸发气体处理方法，所述船只包含推进发动机和在比所述推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机，其特征在于，
其中由存储于存储罐中的液化气体产生的蒸发气体由第一压缩机或第二压缩机压缩，未作为燃料供应到所述推进发动机和所述发电发动机的经压缩气体通过热交换器中的热交换而冷却且再液化，所述热交换器供应有沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂，
所述第一压缩机为多级压缩机，其包括多个压缩机且将所述蒸发气体压缩到所述推进发动机所需的燃料供应压力，所述第二压缩机将所述蒸发气体压缩到所述发电发动机所需的燃料供应压力，以及
在穿过所述第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到所述热交换器以进行冷却或被供应到所述发电发动机。
11.根据权利要求10所述的船只的蒸发气体处理方法，
其特征在于，当所述船只在航时，操作所述第一压缩机以压缩在所述存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到所述推进发动机和所述发电发动机，且过剩的经压缩气体由所述热交换器冷却，以及
当所述船只抛锚时，操作所述第二压缩机以压缩在所述存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到所述发电发动机，且过剩的经压缩气体由所述热交换器冷却。
12.根据权利要求11所述的船只的蒸发气体处理方法，
其特征在于，沿着所述制冷剂循环管线循环的所述制冷剂由制冷剂压缩单元压缩，通过所述热交换器冷却，由制冷剂膨胀单元膨胀且冷却，且作为冷热源供应到所述热交换器，以及
所述制冷剂压缩单元连接到所述制冷剂膨胀单元以使用从所述制冷剂膨胀单元输送的所述制冷剂的膨胀能量来压缩所述制冷剂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |