DE60309764T2 - Vorrichtung zur Förderung von Gasbrennstoff zur Kraftanlage eines LNG-Schiffes - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zuführung von gasförmigem Brennstoff an eine Energieerzeugungseinheit eines Transportschiffs für Flüssiggas ausgehend vom Inhalt wenigstens eines Tanks des Schiffes.
  • Bei den bekannten Gastankern umfaßt die Energieerzeugungseinheit einen Kessel zur Dampferzeugung, der eine Turbine versorgt, die eine Schraube antreibt. Der Kessel zur Dampferzeugung verwendet als Brennstoff das Gas der Ladung. In den Tanks, die wärmeisoliert sind, ist das Methan im flüssigen Zustand und die Gasphase, die sich über dem Flüssigkeitspegel befindet, hat einen Druck von etwa 1 bar.
  • Die Versorgung des Kessels kommt einesteils aus der Gasphase über der Flüssigkeit, wobei direkt über der Oberfläche durch einen Axialkompressor angesaugt wird, der die Brenner des Kessels mit dem erforderlichen Druck versorgt, und anderenteils durch das Ansaugen von Flüssigkeit, die in den Tanks abgepumpt und zu einem Verdampfer geleitet wird; am Ausgang wird das Gas auf den Eingangsdruck des Kompressors von etwa 1 bar entspannt und zusammen mit dem Gas, das direkt aus der Gasphase der Tanks durch natürliche Verdampfung stammt, zu diesem Kompressor geleitet.
  • Der aus der gepumpten Flüssigkeit stammende und in die gasförmige Phase gebrachte Teil wird erzeugt, wenn die natürliche Verdampfung alleine unzureichend zur Versorgung des Energiebedarfs des Schiffs ist.
  • Eine solche Einrichtung kann auch dazu verwendet werden, eine andere Energieerzeugungseinheit als einen Kessel, der eine Turbine versorgt, mit gasförmigem Brennstoff zu versorgen. So beschreibt das Patent FR 2 722 760 eine solche Einrichtung, die Verbrennungsmotoren mit gasförmigem Brennstoff versorgt, die Wechselstromgeneratoren antreiben, die Elektromotoren versorgen, die mit der Schraube verbunden sind.
  • Das Patent FR-2 160 055 beschreibt eine Gasturbineneinrichtung für den Antrieb von Schiffen, bei der ein Verdampfer mit erzwungener Verdampfung dazu dient, die zum momentanen Zeitpunkt des Betriebs der Einrichtung notwendige Gasmenge bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt eine neue Vorrichtung vor, die es insbesondere gestattet, die Leistung des Kompressors zu verringern und sie hat damit folgendes zum Gegenstand: eine Einrichtung zur Zuführung eines gasförmigen Brennstoffs an eine Einheit zur Energieerzeugung in einem Transportschiff für Flüssiggas ausgehend vom Inhalt wenigstens eines Tanks des Schiffes, wobei der Tank von dem Flüssiggas und über einer Flüssigkeit-Dampf-Trennfläche Gas in der Dampfphase enthält, und wobei sie folgendes umfaßt: einen Kompressor, der von einem Motor angetrieben wird und dessen Eingang im Tank oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche ansaugt, wobei der Ausgang des Kompressors in einen Sammler zur Versorgung der Energieerzeugungseinheit pumpt, und eine auf den Boden des Tanks eingetauchte Pumpe, die über eine Leitung mit dem Eingang eines Verdampfers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verdampfers mit dem Sammler verbunden ist, wobei eine Rückführungsleitung für Flüssigkeit in den Tank, die mit einem ersten geregelten Ventil ausgestattet ist, mit der Leitung verbunden ist, die die Pumpe mit dem Verdampfer verbindet.
  • Gemäß einer weiteren Eigenschaft ist in der Leitung, die die Pumpe mit dem Verdampfer verbindet, ein zweites Ventil angeordnet, wobei dieses nach der Anschlußstelle der Rückführungsleitung an die Leitung, die die Pumpe mit dem Verdampfer verbindet, liegt.
  • Gemäß einer weiteren Eigenschaft stattet ein drittes Ventil, das geregelt ist, eine Leitung aus, die mit dem Sammler verbunden ist, wobei die Leitung zu einer Oxidationsvorrichtung für das Gas führt.
  • Gemäß einer weiteren Eigenschaft steuert ein erster Automat in Abhängigkeit vom Druck im Tank das Anlaufen und Anhalten der Pumpe gleichzeitig mit dem Öffnen und Schließen des Ventils, das sich in der Leitung befindet, die die Pumpe mit dem Verdampfer verbindet, sowie das Öffnen des geregelten Ventils, das die Oxidationsvorrichtung des Gases versorgt.
  • Gemäß einer weiteren Eigenschaft steuert ein zweiter Automat in Abhängigkeit vom Druck, der in der Leitung gemessen wird, die die Pumpe mit dem Verdampfer verbindet, das Öffnen des geregelten Ventils, das sich in der Rückführungsleitung befindet.
  • Gemäß einer weiteren Eigenschaft steuert ein dritter Automat in Abhängigkeit vom Druck, der im Sammler zur Versorgung der Energieerzeugungseinheit gemessen wird, die Drehzahl des Motors zum Antrieb des Kompressors sowie den Winkel der Eingangsschaufeln des Kompressors.
  • Es wird nun die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben, wobei diese sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, in der:
  • 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
  • 2 eine Grafik ist, die in Abhängigkeit vom Druck im Tank den Zustand des Laufens/Stillstands der Pumpe sowie den Öffnungszustand der Ventile darstellt;
  • 3 eine Grafik ist, die die Regelung darstellt.
  • Mit Bezug auf 1 handelt es sich darum, eine Energieerzeugungseinheit eines Transportschiffes für Flüssiggas, wie etwa einen Gastanker, von dem ein Tank 1 abgebildet ist, mit gasförmigem Brennstoff zu versorgen.
  • Eine solche Energieerzeugungseinheit ist mit 2 bezeichnet und kann Dieselmotoren umfassen, die Wechselstromgeneratoren zur Erzeugung elektrischer Energie für die elektrischen Einrichtungen des Schiffes und seinen Antrieb antreiben, wobei jedoch alternativ auch eine herkömmliche Einheit versorgt werden kann, die einen Kessel zur Dampferzeugung umfaßt, der eine Dampfturbine zum Antrieb der Schraube versorgt.
  • Der Tank 1 enthält Gas, das bei –163°C flüssig 3 und in der Dampfphase unter 4 über der Oberfläche 5 der Flüssigkeit vorliegt. Der Druck des Tanks liegt in etwa beim Luftdruck. Die Einrichtung umfaßt einen Kompressor 6, dessen Eingang in 4 in der Dampfphase ansaugt und dessen Ausgang in einen Sammler 7 zur Versorgung der Einheit 2 pumpt. Außerdem ist eine Pumpe 8, die am Boden des Tanks eingetaucht ist, über eine Leitung 9 mit dem Eingang eines Verdampfers 10 verbunden, dessen Ausgang mit dem Sammler 7 verbunden ist.
  • Eine Rückführungsleitung 11 zum Tank 1, die mit einem ersten geregelten Ventil 12 ausgestattet ist, ist mit der Leitung 9 verbunden, während ein zweites Ventil 13 sich in der Leitung 9 nach der Anschlußstelle der Rückführungsleitung 11 an die Leitung 9 befindet.
  • Außerdem ist eine Leitung 14, die mit einem geregelten dritten Ventil 15 ausgestattet ist, an den Sammler 7 angeschlossen, und dies nach der Anschlußstelle des Ausgangs des Verdampfers 10 an den Sammler 7, wobei sie in eine Vorrichtung zur Oxidation 16 des Gases mündet, die manchmal als Verbrennungsanlage oder auf Englisch als „Oxydiser" bezeichnet wird.
  • Schließlich wird der Kompressor 6 von einem Motor 17 angetrieben, dessen Drehzahl ausgehend von einem Automaten 18 gesteuert wird, der eine Information von einer Druckmeßvorrichtung 19 erhält, die den Gasdruck im Sammler 7 mißt. Der Automat 18 steuert ebenfalls den Winkel der Eingangsschaufeln des Kompressors 6 in Abhängigkeit von dem von der Meßvorrichtung 19 gemessenen Druck.
  • Das Ventil 13, das sich am Eingang des Verdampfers 10 befindet, wird von einem zweiten Automaten 20 zum vollständigen Öffnen oder vollständigen Schließen gesteuert. Dieser Automat empfängt als Eingabe eine Information über den Druck im Tank 1, die durch eine Druckmeßvorrichtung 21 bereitgestellt wird, und er steuert außer dem Ventil 13 das Ventil 15 mit einer variablen einstellbaren Öffnung sowie das Anlaufen und Anhalten der Pumpe 8. Schließlich mißt eine Druckmeßvorrichtung 22 den Druck in der Leitung 9 und diese Information wird zu einem dritten Automaten 23 geleitet, der das Ventil 12 steuert, das mit einer variablen Öffnung eingestellt wird.
  • Der Aufbau der beschriebenen Einrichtung verbindet im Gegensatz zum Stand der Technik den Ausgang des Verdampfers nicht mehr mit dem Eingang des Kompressors, sondern mit seinem Ausgang in den Sammler 7 zur Versorgung der Einheit 2. Da die gepumpte Flüssigkeit bereits durch die Pumpe 8 unter Druck gesetzt wurde, wird es somit vermieden, diese auf einen Druck in der Nähe des Luftdrucks zu entspannen, wie dies im Stand der Technik notwendig ist, wo der Ausgang des Verdampfers an den Eingang des Kompressors gelegt ist, zusammen mit dem im Tank natürlich verdampfenden Gas.
  • Es wird daher nur mehr das Gas komprimiert, das aus der Gasphase 4 des Tanks 2 stammt, was zu einer Verminderung des notwendigen Energieverbrauchs bei der gesamten Erzeugung des zur Einheit 2 geleiteten Gases führt.
  • Die Funktionsweise ist die folgende:
    Der Kompressor 6 läuft im kontinuierlichen Betrieb und saugt daher fortlaufend das Gas an, das in den Raum 4 verdampft.
  • Entsprechend den Wärmeaustauschbedingungen zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Tanks und der Höhe des Flüssigkeitspegels im Tank variiert der Druck im Tankinneren ein wenig und die Regelung wird auf folgende Weise durchgeführt:
    2 zeigt in Abhängigkeit vom Druck im Tank 1 die Position für das Loslaufen/Anhalten der Pumpe 8 sowie die offene oder geschlossene Position des Ventils 13 und den Wert der Öffnung von 0 bis 100 % des Ventils 15. Die Position des Ventils 15 ist in dieser Figur zwischen den Drücken P3 und P4 durch die Kurve c dargestellt, während Kurve b das Schließen des Ventils 13 und das Anhalten der Pumpe 8 beim Durchlaufen des Drucks P2 in der Richtung einer Druckerhöhung zeigt und Kurve a das Öffnen des Ventils 13 und das Anlaufen der Pumpe 8 beim Durchlaufen des Drucks P1 in Richtung einer Druckverminderung im Tank 1 zeigt.
  • Unterhalb von P1 ist die natürliche Verdampfung im Tank unzureichend, um den Energiebedarf des Schiffs bereitzustellen, und somit wird die Pumpe 8 eingeschaltet und das Ventil 13 geöffnet. Dies findet statt, wenn der Tank 1 sehr wenig gefüllt ist.
  • Wenn der Tank 1 gefüllt ist und entsprechend den Bedingungen des Wärmeaustauschs mit dem Äußeren, ist entweder die von der natürlichen Verdampfung in 4 kommende Gaserzeugung ausreichend, jedoch nicht übermäßig, wodurch nur der Kompressor 6 arbeitet und die Pumpe 8 steht und das Ventil 13 geschlossen ist, was der Fall ist, sobald der Druck P2 erreicht und übersteigt, oder der Druck erreicht einen Wert P3 und die natürliche Erzeugung durch Verdampfung ist zu groß und es ist notwendig den von der Einheit 2 nicht verbrauchten Gasüberschuß abzuführen, wofür das Ventil 15 sich progressiv öffnet, und dies bis zu 100 % Öffnung, wenn der Druck einen Wert P4 erreicht. Dies alles wird durch den Automaten 20 gesteuert, in Abhängigkeit vom Druck im Tank, der von der Meßvorrichtung 21 gemessen wird. 3 zeigt diese Regelung.
  • Parallel hierzu und wie dies in derselben 3 gezeigt ist, wird der Versorgungsdruck des Verdampfers auf einen Solldruck P0 geregelt und er wird durch das Mittel des Ventils 12 in der Rückführungsleitung 11 geregelt, dessen Öffnung von 0 bis 100 % vom Automaten 23 gesteuert wird, in Abhängigkeit vom Druck in der Leitung 9, der von der Meßvorrichtung 22 gemessen wird: für einen Wert gleich oder kleiner P5 ist das Ventil 12 geschlossen und es öffnet sich progressiv zwischen P5 und P6, wo es vollständig geöffnet ist. Der Ausgangsdruck des Verdampfers entspricht dem Druck des Sammlers 7 und ist im wesentlichen derselbe wie der Versorgungsdruck des Verdampfers.
  • Außerdem hat der Kompressor als Regelungssollwert einen Wert, der mit demjenigen des Verdampfers (P0), bis auf den Druckabfall in diesem Verdampfer, identisch ist. Der Gasdruck im Sammler 7 wird von der Meßvorrichtung 19 gemessen und bildet die Druckrückmeldung, die mit dem Drucksollwert verglichen wird, der dem Kompressor vom Automaten vorgegeben wird. Der Kompressor saugt das Gas direkt im Tank an, und dies umso stärker, je größer die von der Einheit 2 verbrauchte Gasmenge ist und je mehr damit der Druck im Sammler 7 abfällt. Diese Regelung des Kompressors berücksichtigt nicht den Gasdruck im Tank. Die Meßvorrichtung 19 mißt den Druck im Sammler und sendet ihn an den Automaten 18, der auf die Drehzahl des Antriebsmotors 17 des Kompressors 6 und auf den Winkel der Eingangsschaufeln einwirkt. Diese Regelung ist schnell und kompensiert augenblicklich jeden plötzlichen Druckabfall im Sammler und sie verfügt über einen sehr großen Gaspuffer, da der Kompressor in einem Tank mit sehr großem Volumen ansaugt.
  • Der Verdampfer 10 hat P0 als Drucksollwert der Regelung. Der Druck im Tank wird von der Meßvorrichtung 21 gemessen. Wenn dieser Druck unter P1 abfällt, wird die Pumpe 8 eingeschaltet, um den Sammler 7 über den Verdampfer mit Gas zu versorgen, was zur Folge hat, daß die vom Kompressor 6 im Tank angesaugte Gasmenge sich verringert und damit der Druckabfall im Tank begrenzt wird.
  • Das Ventil 15, das eine Vorrichtung zur Oxidation 16 des Gases versorgt, die als Verbrennungsanlage oder auf Englisch als „Oxydiser" bezeichnet wird, arbeitet als ein Schutz des Tanks vor einem eventuellen Überdruck: es beginnt sich ab dem Druck P3 zu öffnen.
  • Im beschriebenen Beispiel betragen die jeweiligen Werte von P1, P2, P3 und P4 1060, 1070, 1180 bzw. 1220 mbar und die Drücke P5 und P6 im Sammler 7 und am Eingang des Verdampfers 10, wenn die Pumpe 8 läuft, betragen 5 bzw. 6 bar, wobei der Solldruck P0 5,5 bar beträgt.
  • Selbstverständlich können die Automaten 18, 20, 23 in einem zentralisierten Überwachungs-Steuerungssystem zusammengefaßt werden, zu dem alle notwendigen Daten geleitet werden: der Druck im Tank 1, der Druck in der Leitung 9 und der Druck im Sammler 7, und von dem ausgehend die Steuerbefehle zu den Stellorganen geschickt werden.

Claims (7)

  1. Einrichtung zur Zuführung eines gasförmigen Brennstoffs an eine Einheit (2) zur Energieerzeugung in einem Transportschiff für Flüssiggas ausgehend vom Inhalt wenigstens eines Tanks (1) des Schiffes, wobei der Tank von dem Flüssiggas (3) und über einer Flüssigkeit-Dampf-Trennfläche (5) Gas (4) in der Dampfphase enthält, und wobei sie folgendes umfaßt: einen Kompressor (6), der von einem Motor (17) angetrieben wird und dessen Eingang dafür eingerichtet ist, im Tank (1) oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche anzusaugen, wobei der Ausgang des Kompressors in einen Sammler (7) zur Versorgung der Energieerzeugungseinheit (2) pumpt, und eine Pumpe (8), die auf den Boden des Tanks eintauchbar ist und die über eine Leitung (9) mit dem Eingang eines Verdampfers (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verdampfers (10) mit dem Sammler (7) verbunden ist, wobei eine Rückführungsleitung (11) für Flüssigkeit in den Tank, die mit einem ersten geregelten Ventil (12) ausgestattet ist, mit der Leitung (9) verbunden ist, die die Pumpe (8) mit dem Verdampfer (10) verbindet.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung, die die Pumpe mit dem Verdampfer verbindet, ein zweites Ventil (13) angeordnet ist, wobei dieses nach der Anbindung der Rückführungsleitung (11) an die Leitung (9), die die Pumpe (8) mit dem Verdampfer verbindet, liegt.
  3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Ventil (15), das geregelt ist, eine Leitung (14) ausstattet, die mit dem Sammler (7) verbunden ist, wobei die Leitung zu einer Oxidationsvorrichtung (16) für das Gas führt.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Automat (20) in Abhängigkeit vom Druck im Tank das Anlaufen und Anhalten der Pumpe (8) gleichzeitig mit dem Öffnen und Schließen des Ventils (13), das sich in der Leitung (9) befindet, die die Pumpe (8) mit dem Verdampfer (10) verbindet, sowie das Öffnen des geregelten Ventils (15), das die Oxidationsvorrichtung (16) des Gases versorgt, steuert.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Automat (23) in Abhängigkeit vom Druck, der in der Leitung (9) gemessen wird, die die Pumpe (8) mit dem Verdampfer (10) verbindet, das Öffnen des geregelten Ventils (12) steuert, das sich in der Rückführungsleitung (11) befindet.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Automat (18) in Abhängigkeit vom Druck, der im Sammler (7) zur Versorgung der Energieerzeugungseinheit (2) gemessen wird, die Drehzahl des Motors (17) zum Antrieb des Kompressors (6) sowie den Winkel der Eingangsschaufeln des Kompressors steuert.
  7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentralisiertes Überwachungs-Steuerungssystem in Abhängigkeit vom Druck im Tank das Anlaufen und Anhalten der Pumpe (8) gleichzeitig mit dem Öffnen und Schließen des Ventils (13), das sich in der Leitung (9) befindet, die die Pumpe (8) mit dem Verdampfer (10) verbindet, sowie das Öffnen des geregelten Ventils (15), das die Oxidationsvorrichtung (16) des Gases versorgt, steuert, wobei das System außerdem folgendes steuert: das Öffnen des geregelten Ventils (12), das sich in der Rückführungsleitung (11) befindet, in Abhängigkeit vom Druck, der in der Leitung (9) gemessen wird, die die Pumpe (8) mit dem Verdampfer (10) verbindet, und die Drehzahl des Motors (17) zum Antrieb des Kompressors (6) sowie den Winkel der Eingangsschaufeln, in Abhängigkeit vom Druck, der im Sammler (7) zur Versorgung der Energieerzeugungseinheit (2) gemessen wird.
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