JP2006177618A - 燃料供給装置およびこれを備えたlng船 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 LNGを貯蔵するLNGタンク3で発生するボイルオフガスを圧縮機9によって昇圧し、利用部へ供給する燃料供給ライン5と、LNGタンク3のLNGを強制蒸発させ天然ガスとし、燃料供給ライン5における圧縮機9の上流側に供給する強制蒸発ライン7と、強制蒸発ライン7の下流端部分に設けられ、強制蒸発された天然ガスをカーゴタンク圧と同じ圧力まで開度調整により減圧して燃料供給ラインへ供給する開度調整弁35と、強制蒸発ライン7における減圧弁35の上流側で分岐され、燃料供給ライン5における圧縮機9の下流側に接続し、圧縮機9吐出よりも高い圧力で天然ガスの供給を開始する高圧供給ライン47と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
ボイラの燃料供給装置として、例えば、特許文献1に示されるものが提案されている。
これは、ボイルオフガスとLNGとが緩熱器に、下流側からの天然ガスによって緩熱されて圧縮機に導入され、昇圧され、さらに加熱器によって加熱され、ボイラへ供給されるものである。
また、消費先の負荷変動に伴い導入される天然ガス量を増減させる必要があり、結果的に圧縮機の運転が大きく変動し、消費先への安定した供給が難しくなる問題がある。
さらに、強制蒸発されるLNGの成分および高沸点成分がドレンとして留まることを避けるため、圧縮機へ導入される温度を未蒸化成分の沸点より高温にする必要があり、一層圧縮機の大型化が必要となり、消費動力が増加する上に高温になればなるほど重量流量ベースでの最大流量は減少し、加えて最大吐出圧も低下するという問題点があった。
すなわち、本発明にかかる燃料供給装置は、LNGを貯蔵するLNGタンクで発生するボイルオフガスを圧縮機によって昇圧し、利用部へ供給する燃料供給ラインと、前記LNGタンクのLNGを強制蒸発させ天然ガスとし、前記燃料供給ラインにおける前記圧縮機の上流側に供給する強制蒸発ラインと、該強制蒸発ラインの下流端部分に設けられ、強制蒸発された天然ガスをカーゴタンク圧と同じ圧力まで減圧し前記燃料供給ラインへ供給する開度調整弁と、前記強制蒸発ラインにおける前記開度調整弁の上流側で分岐され、前記燃料供給ラインにおける前記圧縮機の下流側に接続し、圧縮機吐出よりも高い圧力で天然ガスの供給を開始する高圧供給ラインと、を備えていることを特徴とする。
このとき、天然ガスは開度調整弁及び減圧機構によってカーゴタンクと同じ大気圧付近まで減圧されて圧縮機へ供給される。利用部の負荷がさらに上がりLNGタンクからのLNG供給量を増加させる為、ベーパライザ上流の流量調整弁が開き、LNGが供給される。一方、圧縮機入口側に供給されるガス量は開度調整弁及び減圧機構で流れが制限されているのでLNGの供給量増は開度調整弁の上流側の強制蒸発ラインおよび高圧供給ラインの圧力が増加することになる。そして、強制蒸発ラインおよび高圧供給ラインの圧力が圧縮機出口圧力よりも高くなると、天然ガスは高圧供給ラインから燃料供給ラインにおける圧縮機の下流側に供給されるようになり、燃料供給ラインに供給される天然ガス量の増加は圧縮機を経由せずに直接行うことができる。
このように、本発明によれば、利用部での負荷変動にしたがって、圧縮機とベーパラーザ出口圧力の干渉による制御の不安定を招くことなく、天然ガスの供給量を滑らかに増減させることができる。
また、天然ガス供給量の増加分において、高圧供給ラインによって燃料供給ラインにおける圧縮機の下流側へ供給されるガスは、圧縮機を経由することなく直接利用部へ供給されるので、圧縮機を小型化および省動力化することができる。
このため、開度調整弁から周囲環境からの入熱等によって温度が上昇したボイルオフガスに温度の低い天然ガスを供給して圧縮機へ導入される天然ガスの温度を低下させ制御することができるので、圧縮機の圧縮率および圧縮効率を向上させることができる。このように圧縮率が向上すると、圧縮機の駆動動力を低減させることができ、安定した運転を行うことができる。また、圧縮機容積流量が低減されるので、圧縮機の小型化が可能となり製造コストを安価にでき、運転コストも低減できる。
本発明によれば、このドレンは、緩熱器内の圧力によってガス供給ラインに押し出され、途中加熱器によって加熱されガス化され燃料供給ラインへ供給されるので、燃料として有効に活用しながら処理することができる。
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態にかかる燃料供給装置1について、図1および図2を用いて説明する。本実施形態の燃料供給装置1は、蒸気タービン主機によって駆動されるLNG船に適用され、蒸気を生成するボイラ(利用部)へ天然ガスを燃料として供給するものである。
図1は、燃料供給装置1の全体概略構成を示すブロック図である。
燃料供給装置1には、LNGを貯蔵するLNGタンク3と、LNGタンク3で発生したボイルオフガスを図示しないボイラへ供給する燃料供給ライン5と、LNGタンク3のLNGを強制蒸発して燃料供給ライン5へ供給する強制蒸発ライン7とが備えられている。
圧縮機9は、ボイルオフガスを昇圧加温して下流側に供給するものである。圧縮機9の下流側には、供給されるボイルオフガスが圧縮機に逆流することがないように供給チェック弁15が設けられている。供給チェック弁15と圧縮機9との間と、圧縮機9の上流側と、を連結して戻りライン17が設けられている。戻りライン17には圧力制御弁19が設けられており、圧縮機9の出口圧力が供給チェック弁15の上流圧よりも低い場合に、ボイルオフガスを圧縮機9の上流側に戻して再循環させるように構成されている。
供給圧力調整弁13は、ボイラへ供給されるボイルオフガスの流量及び圧力を調整するものである。
ベーパライザ31は、LNGを加熱して蒸発させ、天然ガスとするものであり、蒸気や温水による加熱方式が用いられている。
燃料供給ライン7のベーパライザ31の上流側に、緩熱器33にLNGを供給するLNG分岐管37が設けられている。LNG分岐管37には、緩熱器33に入る前の位置に、流量調節弁39が設けられている。
ベーパライザ31からの接続部とLNG導入管41との間の空間には、気液接触用障害物が配置されており、散布されたLNGと導入された天然ガスとが接触してLNGが気化されるとともに天然ガスの温度が低下させられる。
緩熱器33の上端部には、燃料供給ライン5へ天然ガスを供給する強制蒸発ライン7が接続されている。
強制蒸発ライン7は燃料供給ライン5における圧縮機9の上流側に天然ガスを供給するように接続されている。強制蒸発ライン7の燃料供給ライン5への供給部分には、減圧機構兼エダクタとしてのエダクタ43が設けられている。
エダクタ43には、図2に示されるように、強制蒸発ライン7に接続された流路が先絞りとされた加速部45が備えられている。
強制蒸発ライン7から供給される天然ガスは、加速部45によって加速されて燃料供給ライン5へ導入される。加速部45の側部から送られるボイルオフガスは、加速された天然ガスによって吸引されて加速される。これにより、合流部での圧力上昇は流速に変化されるので、圧力上昇を避けることができる。
高圧供給ライン47の合流点B側には、エダクタ48およびチェック弁49が設けられている。チェック弁49は、上流側の高圧供給ライン47の圧力が圧縮機の吐出圧力、例えば、200kPaAを超えると、高圧供給ライン47から燃料供給ライン5へ天然ガスを供給するように構成されている。
エダクタ48は、エダクタ43と同じ構造をしており、加速部45には高圧供給ライン47が接続されている。
高圧供給ライン47から供給される天然ガスは、加速部45によって加速されて燃料供給ライン5へ導入される。加速部45の側部から送られるボイルオフガスは、加速された天然ガスによって吸引されて加速される。これにより、合流部での圧力上昇は流速に変換されるので、圧力上昇を避けることができる。
ガス供給ライン51の合流点C側には、ガス供給チェック弁55が設けられている。ガス供給チェック弁55は、上流側のガス供給ライン51の圧力が一定の圧力、例えば、200kPaAを超えると、ガス供給ライン51から燃料供給ライン5へドレンの蒸発気体を供給するように構成されている。
また、ガス供給ライン51は、途中で分岐されカーゴタンク3のベントライン59に接続されており、ドレン溜の液面上昇が一定のラインを超える場合にはカーゴタンク3へガスとして戻すことができるように構成されている。
起動時等におけるボイラ負荷の低い時には、ボイルオフガスのみで十分な燃料となる。
この場合、LNGタンク3で発生した大気圧下のボイルオフガスは、−140〜−160℃位の状態で、燃料供給ライン5で圧縮機9へ送られる。この時、配管途中での周囲環境からの入熱によって圧縮機9の入口では、略−100〜−70℃位まで昇温される。
圧縮機9では、このボイルオフガスを圧縮して、加圧する。この加圧されたボイルオフガスの圧力が、供給チェック弁15上流のガス圧力、例えば略200kPaAよりも高い場合には、戻りライン17で再循環させることなくボイルオフガスは、供給チェック弁15から下流に送られる。
温度が調整されたボイルオフガスは、供給量調整弁13によって所定の圧力に調整されボイラに燃料として供給される。
カーゴポンプ27が作動し、LNGタンク3内のLNGを汲み上げベーパライザ31へ供給する。この時、LNGの供給量は、ボイラ負荷に応じてLNG流量調整弁29によって調整されている。
ベーパライザ31に導入されたLNGは、蒸気又は温水によって加熱される。加熱されたLNGは蒸発し天然ガスとされ、緩熱器33の下部に供給される。
本実施形態では、この温度は略−120℃になるように調整されている。
この天然ガスは、減圧弁35から大気圧状態でエダクタ43の加速部45に供給され、ボイルオフガスと混合されて圧縮機9へ導入される。この時、圧縮機9に導入される天然ガスとボイルオフガスの混合気の温度は、略−100℃となっている。
この温度は、天然ガスの温度の設定値によって、適宜な値に設定できる。
このように圧縮率が向上すると、圧縮機9の駆動動力を低減させることができ、安定した運転を行うことができる。また、圧縮機容量が低減できるので、製造コストを安価にでき、運転コストも低減できる。
さらに、導入される天然ガス等の温度が低減すると圧縮機9の重量流量が増加されるので、より多くの天然ガス等を圧縮して下流へ排出できる。このため、ボイラ負荷の増加に対して効率的に燃料の増加を行うことができる。
強制蒸発ライン7で供給されるLNGの量が増えると、緩熱器33で生成される温度調整された天然ガスの量が増加する。
一方、減圧弁35から燃料供給ライン5へ供給される天然ガスの最大量は、略一定であるので、減圧弁35の上流側、すなわち、緩熱器33、高圧供給ライン47および緩熱器33と減圧弁35との間の強制蒸発ライン7の収支バランスにより天然ガスが貯留されることになる。
天然ガスが貯留すると、天然ガスの圧力が増加する。そして、天然ガスの圧力が圧縮機出口圧以上、例えば略200kPaに達すると、チェック弁49が開き、高圧供給ライン47から燃料供給ライン5の合流点Bに天然ガスが供給される。
この状態になれば減圧弁39は閉にすることができる。
閉にすれば強制蒸発されたガスの温度を低くする必要はないのでベーパライザで昇温、例えば40℃まで、することができる。その場合、緩熱器下部の重質分ドレンの発生なく運転することができる。
一方、ボイラの負荷が低下してLNGの所要量が減少すると、LNGタンク3からのLNG供給量が減少させられ、結果的に、減圧弁35の上流側の強制蒸発ライン7および高圧供給ライン47の圧力が減少する。この圧力が圧縮機の吐出圧、例えば略−200kPaAよりも低下すると、チェック弁49が閉じ高圧供給ライン47から燃料供給ライン5への天然ガスの供給が遮断され、燃料供給ラインに供給される天然ガスは圧縮機の入口側へのみとなる。更にLNG供給量が下がればその量も減少し、ベーパラ−ザの停止により燃料供給ラインに供給される天然ガスはボイルオフガスのみとなる。これ以下の流量では圧縮機の流量調整手段、例えば圧縮機回転スピード、ガイドベーンおよび再循環弁により調整される。
また、圧縮機9を通る天然ガスとボイルオフガスとの混合気は、一定の量以上にはならず、しかも流量の変動が少なくなる。このため、圧縮機を小型化および省動力化することができる。
このドレンは、緩熱器33内の高圧力が背圧として作用し、ガス供給ライン51又はカーゴタンクへ戻るベントラインへ押し出される。
ガス供給ライン51へ供給されたドレンは、ヒータコイル53によって加熱され、蒸発されエダクタ43を経由して燃料供給ライン5へ導入される。
このように、本実施形態では、緩熱器33の下部に貯留されたドレンは、燃料として有効に活用しながら処理される。
次に、本発明の第二実施形態にかかる燃料供給装置1について、図3を用いて説明する。図3は、燃料供給装置1の全体概略構成を示すブロック図である。
本実施形態における燃料供給装置1は、ガス供給ライン51で供給される燃料供給ライン5の位置が前述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第一実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての重複した説明は省略する。
なお、前述した第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
また、ガス供給ライン51は、途中で分岐されカーゴタンク3のベントライン59に接続されており、ドレン溜の液面上昇が一定のラインを超える場合にはカーゴタンク3へガスとして戻すことができるように構成されている。
このため、このドレンは、背圧として作用される緩熱器33内の圧力によって滑らかに燃料供給ライン5へ供給することができる。
これ以外の作用効果については、前述の第一実施形態と同様であるので、重複した説明は省略する。
3 LNGタンク
5 燃料供給ライン
7 強制蒸発ライン
9 圧縮機
31 ベーパライザ
33 緩熱器
35 減圧弁
47 高圧供給ライン
51 ガス供給ライン
53 ヒータコイル
Claims (4)
- LNGを貯蔵するLNGタンクで発生するボイルオフガスを圧縮機によって昇圧し、利用部へ供給する燃料供給ラインと、
前記LNGタンクのLNGを強制蒸発させ天然ガスとし、前記燃料供給ラインにおける前記圧縮機の上流側に供給する強制蒸発ラインと、
該強制蒸発ラインの下流端部分に設けられ、強制蒸発された天然ガスをカーゴタンク圧と同じ圧力まで開度調整により減圧して前記燃料供給ラインへ供給する開度調整弁と、固定減圧機構と、
前記強制蒸発ラインにおける前記減圧弁の上流側で分岐され、前記燃料供給ラインにおける前記圧縮機の下流側に接続し、圧縮機吐出よりも高い圧力で天然ガスの供給を開始する高圧供給ラインと、
を備えていることを特徴とする燃料供給装置。 - 前記強制蒸発ラインには、
蒸気や温水を熱源とし、LNGを蒸発させ天然ガスとするベーパライザと、
該ベーパライザの下流に設けられ、該ベーパライザから導入された天然ガスに対して該ベーパライザに入る前のLNGを噴霧し、天然ガスと混合接触させることで当該ガスの温度を低下させる緩熱器と、
重力で落下した該緩熱器に噴霧されたLNGが含む高沸点炭化水素等の未蒸化分を溜める貯留部分と、
が備えられていることを特徴とする請求項1に記載された燃料供給装置。 - 前記貯留部分と前記燃料供給ラインおよびカーゴタンクとを接続し、中途に加熱手段を有するガス供給ラインを備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された燃料供給装置。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載された燃料供給装置を有する推進手段を備えたことを特徴とするLNG船。
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