JP2009501896A - LNGBOG reliquefaction equipment - Google Patents

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Abstract

本発明は、極低温の液化天然ガス(LNG)を運送する運搬船の貯蔵タンクで発生する蒸発ガス(BOG)の再液化装置に関する。本発明によると、LNG貯蔵タンクで発生するBOGを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された蒸発蒸気を少なくとも部分的に凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたBOGを前記貯蔵タンクに戻すBOG再液化装置において、前記圧縮機により圧縮されたBOGを、凝縮器の前段で予冷過程を経させることにより、BOGの発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口でBOGの温度を設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。また、本発明によると、BOG再液化装置において、低温部を構成する単位要素を断熱されたコールドボックスモジュールで作製することにより、LNG再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を、冷熱の損失無しに、安定的に管理することができる。  The present invention relates to a reliquefaction device for evaporative gas (BOG) generated in a storage tank of a carrier ship carrying cryogenic liquefied natural gas (LNG). According to the present invention, a compressor for compressing BOG generated in an LNG storage tank, a condenser for at least partially condensing the vapor vapor compressed by the compressor, and nitrogen for supplying cold energy to the compressor In the BOG re-liquefaction device comprising the cycle device and returning the BOG re-liquefied by the condenser to the storage tank, the BOG compressed by the compressor is subjected to a pre-cooling process before the condenser, Even if the amount of BOG generated or the temperature changes, there is an advantage that the temperature of the BOG can be kept constant within a set range at the inlet of the condenser. In addition, according to the present invention, in the BOG reliquefaction apparatus, the unit element constituting the low temperature portion is manufactured by a heat-insulated cold box module, whereby the size of the LNG reliquefaction apparatus can be reduced. The low temperature region can be stably managed without loss of cold heat.

Description

本発明は、極低温の液化天然ガス(Liquefied Natural Gas、以下LNGという)を運送する運搬船の貯蔵タンクで発生する蒸発ガス(Boil-Off Gas、以下BOGという)の再液化装置に関する。   The present invention relates to a re-liquefaction apparatus for evaporative gas (Boil-Off Gas, hereinafter referred to as BOG) generated in a storage tank of a carrier ship that carries cryogenic liquefied natural gas (hereinafter referred to as LNG).

LNGは、通常、液化状態で遠距離にわたって輸送される。例えば、LNGが液化される第1位置で蒸気化してガス分配システムに送られる第2位置に液化LNGを移送するのには、LNG運搬船が用いられる。LNGが、極低温、すなわち常圧−163℃付近の温度で液化するので、LNG運搬船の貯蔵タンクが外部の熱伝達を受けることにより、貯蔵タンクのLNGは、持続的に気化するが、貯蔵タンクの圧力が設定された安全圧力以上となると、BOGは、安全弁を通じて外部に排出される。排出されたBOGは、再液化されて、さらに貯蔵タンクに戻され、または、船舶の燃料として用いる。   LNG is usually transported over long distances in a liquefied state. For example, an LNG carrier is used to transfer the liquefied LNG to a second position where it is vaporized at a first position where the LNG is liquefied and sent to a gas distribution system. Since LNG liquefies at a cryogenic temperature, that is, a temperature around normal pressure-163 ° C., the storage tank of the LNG carrier receives external heat transfer, so that the LNG in the storage tank is continuously vaporized. When the pressure becomes equal to or higher than the set safety pressure, the BOG is discharged to the outside through the safety valve. The discharged BOG is re-liquefied and returned to the storage tank or used as fuel for the ship.

従来のLNG運搬船は、スチームタービン推進方式であるので、BOGをボイラで燃焼させ、船舶の推進燃料として活用してきた。近来になって、貯蔵タンクの断熱技術の発展につれて、BOGの発生量が少なくなり、スチームタービン船舶の推進に必要なBOG量の確保が困難であるだけでなく、より高効率のディーゼルエンジンによる船舶推進が好まれている。これにより、BOGの処理と貯蔵タンクの安定性の確保のための新たな技術が要求されている。   Since the conventional LNG carrier is a steam turbine propulsion system, BOG is burned with a boiler and used as propulsion fuel for ships. In recent years, with the development of thermal insulation technology for storage tanks, the amount of BOG generated has decreased, making it difficult not only to secure the amount of BOG necessary for propulsion of steam turbine vessels, but also vessels with higher efficiency diesel engines. Promotion is preferred. As a result, new technologies for processing BOG and ensuring the stability of storage tanks are required.

再液化装置において、冷凍サイクルは、作動流体を複数の圧縮機で圧縮するステップと、圧縮された作動流体を間接熱交換により冷却させるステップと、前記作動流体を膨張させるステップと、膨張された作動流体を圧縮された作動流体との間接熱交換により加熱するステップと、加熱された作動流体を圧縮機中の一つに復帰させるステップとにより行われる。圧縮ステップ以降のLNG蒸気は、膨張された作動流体との間接熱交換により少なくとも部分的に凝縮される。このような冷却方法を行うための装置の一例が、米国特許第3,857,245号に記載されている。   In the reliquefaction apparatus, the refrigeration cycle includes a step of compressing the working fluid with a plurality of compressors, a step of cooling the compressed working fluid by indirect heat exchange, a step of expanding the working fluid, and an expanded operation Heating the fluid by indirect heat exchange with the compressed working fluid and returning the heated working fluid to one of the compressors. The LNG vapor after the compression step is at least partially condensed by indirect heat exchange with the expanded working fluid. An example of an apparatus for performing such a cooling method is described in US Pat. No. 3,857,245.

米国特許第3,857,245号により、作動流体は、LNGそのものから誘導されるので、開放冷凍サイクルにより作動される。作動流体の膨張は、弁により行われ、部分凝縮されたLNGが得られる。部分凝縮されたLNGは、貯蔵槽に復帰される液相、及び燃焼バナーに送られる天然ガスと混合される気相に分離される。作動流体は、同一の熱交換器内で加熱及び冷却されるので、ただ一つの熱交換器のみが用いられる。熱交換器は、第1スキッド付きフラットフォーム上に位置され、作動流体圧縮機は、第2スキッド付きフラットフォーム上に位置される。   According to U.S. Pat. No. 3,857,245, the working fluid is derived from LNG itself and is therefore operated by an open refrigeration cycle. The working fluid is expanded by a valve to obtain a partially condensed LNG. The partially condensed LNG is separated into a liquid phase that is returned to the storage tank and a gas phase that is mixed with natural gas sent to the combustion banner. Since the working fluid is heated and cooled in the same heat exchanger, only one heat exchanger is used. The heat exchanger is located on the first skid flat foam and the working fluid compressor is located on the second skid flat foam.

現在、作動流体として不燃性ガスを用いることが好まれる。また、外部から供給される作動流体の圧縮を減少させるためには、作動流体を膨張させるための弁よりも膨張タービンが好まれている。   Currently, it is preferred to use a non-flammable gas as the working fluid. In order to reduce the compression of the working fluid supplied from the outside, an expansion turbine is preferred over a valve for expanding the working fluid.

上記した二つの長所を改善した装置の一例が、国際特許公開公報第WO98/43029号に記載されている。前記文献の装置には、二つの熱交換器が用いられるが、その一つは、圧縮された天然ガス蒸気を部分的に凝縮させながら、熱交換器で作動流体を加温するものであり、もう一つは、圧縮された作動流体を冷却させるものである。さらに、作動流体は、二つの他の圧縮機で圧縮されるが、一つは膨張タービンと連結される。国際特許公開公報第WO98/43029号に開示されてはいないが、このような通常の装置は、ボード型船舶に設けられ、膨張タービンに連結された圧縮機及び熱交換器が、船の貨物機械室に位置し、他の圧縮機は、エンジン室内に位置する。国際特許公開公報第WO2005/47761号も、これに類似の構造を有しており、この出願は、BOGの予冷に特徴がある。   An example of an apparatus that improves the above two advantages is described in International Patent Publication No. WO 98/43029. The apparatus of the above literature uses two heat exchangers, one of which heats the working fluid in the heat exchanger while partially condensing the compressed natural gas vapor, The other is to cool the compressed working fluid. Furthermore, the working fluid is compressed by two other compressors, one connected to the expansion turbine. Although not disclosed in International Patent Publication No. WO 98/43029, such a conventional apparatus is provided in a board-type ship, and a compressor and a heat exchanger connected to an expansion turbine are used in a ship cargo machine. The other compressor is located in the engine compartment. International Patent Publication No. WO2005 / 47761 also has a similar structure, and this application is characterized by BOG precooling.

米国特許第4,843,829号及び第4,843,862号には、BOGを予冷させる再液化方法が開示されており、これらの米国特許に開示されたBOGの再液化装置は、圧縮機を介して供給されるBOGを最終的に凝縮させるために、二つの熱交換器を経るようになっており、BOGは、第一の熱交換器で予冷された後、第二の熱交換器で最終的に凝縮される。   U.S. Pat. Nos. 4,843,829 and 4,843,862 disclose re-liquefaction methods for pre-cooling BOG, and the BOG re-liquefaction apparatus disclosed in these U.S. Patents is a compressor. In order to finally condense the BOG supplied via the first heat exchanger, the BOG is pre-cooled by the first heat exchanger and then the second heat exchanger. Finally it is condensed.

しかしながら、前記米国特許第4,843,829号及び第4,843,862号に開示されたBOGの再液化装置によると、圧縮機を通過しながら圧縮された窒素を、第1流と第2流に分類し、第1流は、膨張弁を経てBOGの再液化に用いた後、圧縮機に戻し、第2流は、膨張タービンを経てBOGの予冷に用いた後、圧縮機に戻しているので、複数個の窒素冷媒噴流を循環させるためのそれぞれのラインが構成されなければならないと共に、熱交換器内に5〜6個の経路が形成されなければならず、それにより、再液化装置の全体構成が複雑であり、非効率的であるという問題があった。   However, according to the BOG reliquefaction apparatus disclosed in the aforementioned U.S. Pat. Nos. 4,843,829 and 4,843,862, the compressed nitrogen passing through the compressor is passed through the first stream and the second stream. The first stream is used for re-liquefaction of BOG via an expansion valve and then returned to the compressor. The second stream is used for pre-cooling of BOG via an expansion turbine and then returned to the compressor. Therefore, each line for circulating a plurality of nitrogen refrigerant jets must be constructed and 5 to 6 paths must be formed in the heat exchanger, whereby the reliquefaction device There is a problem that the overall configuration of the system is complicated and inefficient.

韓国特許公開第2001−88406号及び第2001−89142号は、圧縮された蒸気を再液化させるために、ボード型船舶に用いるための装置に関するものであり、構成要素を事前組立体として作製して使用している。この再液化装置を示した図1を参照して説明すると、再液化は、閉鎖サイクルで行われ、ここで、作動流体は、少なくとも一つの圧縮機23、24、25で圧縮され、第1の熱交換器22で冷却され、タービン28で膨張され、第2の熱交換器13で加温され、ここで圧縮された蒸気は、少なくとも部分的に凝縮される。この装置は、第2の熱交換器13を含む第1の事前組立体10と、第1の熱交換器22、圧縮機23、24、25、膨張タービン28が位置する第2の事前組立体20とを備える。前記事前組立体10、20は、それぞれのフラットフォーム11、21に位置する。   Korean Patent Publication Nos. 2001-88406 and 2001-89142 relate to an apparatus for use in a board-type ship to reliquefy compressed steam, and the components are manufactured as a pre-assembly. I use it. Referring to FIG. 1 showing this reliquefaction device, reliquefaction takes place in a closed cycle, where the working fluid is compressed by at least one compressor 23, 24, 25, The steam that has been cooled in the heat exchanger 22, expanded in the turbine 28 and warmed in the second heat exchanger 13, where it has been compressed, is at least partially condensed. The apparatus includes a first pre-assembly 10 that includes a second heat exchanger 13 and a second pre-assembly in which a first heat exchanger 22, compressors 23, 24, and 25, and an expansion turbine 28 are located. 20. The pre-assemblies 10 and 20 are located on the respective flat foams 11 and 21.

一方、従来の作動流体とBOGの熱交換と関連して、韓国特許公告第1993−8299号、国際特許公報第WO2005/71333号等では、三つの熱交換器を用いて、BOGの安定的な凝縮を図っている。   On the other hand, in relation to the heat exchange between the conventional working fluid and the BOG, Korean Patent Publication No. 1993-8299, International Patent Publication No. WO2005 / 71333, etc. use three heat exchangers to stabilize the BOG. Condensation is planned.

このような再液化装置は、それなりに、構造の単純化、船舶への装着の容易性、熱損失の低減等の側面で改善されてきたが、未だ改善の必要性がある。   Although such a reliquefaction apparatus has been improved in terms of simplification of structure, ease of mounting on a ship, reduction of heat loss, etc., there is still a need for improvement.

特に、従来技術は、BOG液化のための冷熱発生機構である窒素サイクル装置において、作動流体である窒素の逆ブレイトンサイクルを用いているが、船舶の運転状況に応じて、BOGの発生量、温度等が変わる場合、迅速に対処しないという短所がある。また、膨張タービンにより、窒素温度を低くし過ぎると、窒素の液化点に到達して発生した液滴がタービンブレードに損傷をもたらすようになる。したがって、発生するBOGの量や温度変化に敏感に対処することができる新たな技術が要求されている。   In particular, the conventional technology uses a reverse Brayton cycle of nitrogen as a working fluid in a nitrogen cycle apparatus that is a cold heat generation mechanism for BOG liquefaction. However, there is a disadvantage that it is not dealt with promptly when it changes. Further, if the nitrogen temperature is excessively lowered by the expansion turbine, droplets generated by reaching the nitrogen liquefaction point cause damage to the turbine blade. Therefore, there is a need for a new technique that can cope with the amount of generated BOG and temperature changes.

したがって、本発明は、このように船の運転状況により、BOGの発生量、温度等が変わる場合、迅速に対処しないという問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、LNG運搬船において、運航中、貯蔵タンクで発生し、安全弁から流出されるBOGを再液化した後、貯蔵タンクに回収させる再液化システムにおいて、発生したBOGを凝縮器の前段で予冷過程を経させることにより、BOGの発生量または温度変化があっても、凝縮器の内部でBOGと窒素ガスとの間の温度差を設定範囲内で一定に維持することができるLNG BOG再液化装置を提供することにある。   Therefore, the present invention is to solve the problem of not quickly responding when the amount of BOG generated, the temperature, etc. change depending on the operational status of the ship, and the object of the present invention is to provide an LNG carrier. In the reliquefaction system in which the BOG generated in the storage tank during operation and discharged from the safety valve is reliquefied and then collected in the storage tank, the generated BOG is subjected to a pre-cooling process before the condenser, An object of the present invention is to provide an LNG BOG reliquefaction device capable of maintaining a temperature difference between BOG and nitrogen gas constant within a set range within a condenser even when there is a change in the amount of BOG generated or temperature. .

本発明の他の目的は、LNG運搬船において、運航中、貯蔵タンクで発生し、安全弁から流出されるBOGを再液化した後、貯蔵タンクに回収させる再液化システムにおいて、膨張タービンのみならず、膨張弁を用いて、さらに低温まで自由に窒素温度を低くすることにより、いずれの場合も、貯蔵タンク内の圧力と温度を安定的状態に維持する共に、LNG損失を除去するLNG BOG再液化装置を提供することにある。   Another object of the present invention is not only an expansion turbine but also an expansion turbine in a reliquefaction system in which BOG generated in a storage tank during operation and discharged from a safety valve is reliquefied and recovered in a storage tank. In each case, the LNG BOG reliquefaction device that maintains the pressure and temperature in the storage tank in a stable state and eliminates LNG loss by freely lowering the nitrogen temperature to a lower temperature using a valve. It is to provide.

さらに、本発明のまた他の目的は、上記した従来技術を、構造の単純化、船舶への装着の容易性、熱損失の低減等の側面において改善したBOG再液化装置を提供することにある。   Furthermore, still another object of the present invention is to provide a BOG reliquefaction apparatus in which the above-described prior art is improved in terms of simplification of structure, ease of mounting on a ship, reduction of heat loss, and the like. .

上述した技術的課題を達成するために、本発明の一実施例によると、LNG貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたBOGを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたBOGを前記貯蔵タンクに戻すLNG BOG再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第1の窒素熱交換器と、前記第1の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第1の膨張手段と、を備え、前記第1の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第1の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、前記圧縮機により圧縮されたBOGは、凝縮される前に予冷されることを特徴とするLNG BOG再液化装置が提供される。   In order to achieve the above technical problem, according to one embodiment of the present invention, a compressor for compressing vaporized vapor (BOG) generated in an LNG storage tank, and a BOG compressed by the compressor are condensed. In the LNG BOG reliquefaction device that returns the BOG reliquefied by the condenser to the storage tank, the nitrogen cycle device is configured to supply nitrogen. A nitrogen pressure cooling means for pressurizing and cooling, a first nitrogen heat exchanger for cooling the high pressure nitrogen gas that has passed through the nitrogen pressure cooling means, and a high pressure nitrogen gas from the first nitrogen heat exchanger. And a first expansion means for generating cryogenic and low pressure nitrogen gas, and the cryogenic and low pressure nitrogen gas expanded by the first expansion means is deprived of cold by the condenser. The first The LNG BOG reliquefaction apparatus is provided in which the BOG returned to the nitrogen pressure cooling means through the nitrogen heat exchanger and compressed by the compressor is precooled before being condensed.

また、本発明の他の実施例によると、LNG貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたBOGを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたBOGを前記貯蔵タンクに戻すLNG BOG再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第1の窒素熱交換器と、前記第1の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第1の膨張手段と、を備え、前記第1の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第1の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、前記窒素加圧冷却手段から前記第1の窒素熱交換器に供給される高圧窒素ガスの一部は、第2の膨張手段により膨張され、低温低圧の窒素ガスに冷却された後、前記凝縮器からの低圧窒素ガスと合わせられ、前記第1の窒素熱交換器に流入し、前記窒素加圧冷却手段に戻されることを特徴とするLNG BOG再液化装置が提供される。   According to another embodiment of the present invention, a compressor for compressing evaporated vapor (BOG) generated in an LNG storage tank, a condenser for condensing BOG compressed by the compressor, and the compressor A LNG BOG reliquefaction device that returns the BOG reliquefied by the condenser to the storage tank, wherein the nitrogen cycle device pressurizes and cools nitrogen. A cooling means, a first nitrogen heat exchanger that cools the high-pressure nitrogen gas that has passed through the nitrogen pressure cooling means, and the high-pressure nitrogen gas from the first nitrogen heat exchanger is expanded to produce a cryogenic low-pressure nitrogen. First cryogenic expansion means for generating gas, and cryogenic and low-pressure nitrogen gas expanded by the first expansion means is deprived of cold heat by the condenser, and then the first nitrogen heat exchanger Through the nitrogen A part of the high-pressure nitrogen gas that is returned to the pressure cooling means and supplied from the nitrogen pressure cooling means to the first nitrogen heat exchanger is expanded by the second expansion means, and converted into low-temperature low-pressure nitrogen gas. Provided is an LNG BOG reliquefaction device which is cooled and then combined with the low-pressure nitrogen gas from the condenser, flows into the first nitrogen heat exchanger, and is returned to the nitrogen pressure cooling means. Is done.

また、本発明のまた他の実施例によると、LNG貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたBOGを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたBOGを前記貯蔵タンクに戻すLNG BOG再液化装置において、前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する窒素熱交換器と、前記窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第1の膨張手段と、を備え、前記圧縮機、窒素熱交換器、及び膨張手段は、一つのモジュールで構成されることを特徴とするLNG BOG再液化装置が提供される。   According to another embodiment of the present invention, a compressor for compressing evaporated vapor (BOG) generated in an LNG storage tank, a condenser for condensing BOG compressed by the compressor, and the compression A LNG BOG re-liquefaction device that returns the BOG re-liquefied by the condenser to the storage tank, wherein the nitrogen cycle device is configured to add nitrogen to pressurize and cool the nitrogen. A pressure cooling means, a nitrogen heat exchanger that cools the high-pressure nitrogen gas that has passed through the nitrogen pressure cooling means, and a high-pressure nitrogen gas from the nitrogen heat exchanger is expanded to generate a cryogenic and low-pressure nitrogen gas. The LNG BOG reliquefaction apparatus is provided, wherein the compressor, the nitrogen heat exchanger, and the expansion means are configured as one module.

本発明によると、LNG貯蔵タンクで発生するBOGを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された蒸発蒸気を少なくとも部分的に凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたBOGを前記貯蔵タンクに戻すBOG再液化装置において、前記圧縮機により圧縮されたBOGを、凝縮器の前段で予冷過程を経させることにより、BOGの発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口でBOGの温度を設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。   According to the present invention, a compressor for compressing BOG generated in an LNG storage tank, a condenser for at least partially condensing the vapor vapor compressed by the compressor, and nitrogen for supplying cold energy to the compressor In the BOG re-liquefaction device comprising the cycle device and returning the BOG re-liquefied by the condenser to the storage tank, the BOG compressed by the compressor is subjected to a pre-cooling process before the condenser, Even if the amount of BOG generated or the temperature changes, there is an advantage that the temperature of the BOG can be kept constant within a set range at the inlet of the condenser.

また、本発明によると、BOG再液化装置において、低温部を構成する単位要素を断熱されたコールドボックスモジュールで作製することにより、LNG再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を、冷熱の損失無しに、安定的に管理することができる。   In addition, according to the present invention, in the BOG reliquefaction apparatus, the unit element constituting the low temperature portion is manufactured by a heat-insulated cold box module, whereby the size of the LNG reliquefaction apparatus can be reduced. The low temperature region can be stably managed without loss of cold heat.

以下、添付した図2乃至図13に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下の説明は、本発明の実施例に過ぎず、以下に記載する温度、圧力は、一例を示すものであり、本発明は、これらの数値に限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The following description is only an example of the present invention, and the temperature and pressure described below are merely examples, and the present invention is not limited to these numerical values.

(第1実施例)
以下、図2乃至図4を参照して、本発明の第1実施例によるLNG BOG再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the LNG BOG reliquefaction apparatus and the reliquefaction method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図2は、本発明の第1実施例によるLNG BOG再液化装置の構成図である。本装置は、BOGサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とからなる。   FIG. 2 is a configuration diagram of the LNG BOG reliquefaction apparatus according to the first embodiment of the present invention. This apparatus includes a BOG cycle apparatus, a nitrogen cycle apparatus, and a cold box apparatus that interfaces the two apparatuses.

BOGサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧(1.013bar)状態で貯蔵タンク110に貯蔵される。しかし、LNGの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、BOGが発生し、これは、貯蔵タンク110の圧力上昇要因として作用する。
BOG cycle apparatus The natural gas in the gaseous state is liquefied at a very low temperature and stored in the storage tank 110 at atmospheric pressure (1.013 bar). However, BOG is generated by the external heat transfer that is sustained during the transport of LNG, which acts as a pressure increase factor of the storage tank 110.

したがって、貯蔵タンク110を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が1.03bar程度に到達すると、安全弁111が開放し、BOGは、貯蔵タンク110の外部に排出され、2段のBOG圧縮機115、116を経て再液化過程を経るようになる。   Therefore, in order to keep the storage tank 110 constant at the atmospheric pressure level, when the pressure of the storage tank reaches about 1.03 bar, the safety valve 111 is opened, and the BOG is discharged to the outside of the storage tank 110, and the two stages. Through the BOG compressors 115 and 116, the reliquefaction process is started.

前記貯蔵タンク110の外部に排出される高温のBOGは、温度センサ112により温度が感知され、温度調節器114を経て一定の温度に調節された後、2段のBOG圧縮機115、116に流入することが好ましい。前記温度調節器114を通過したBOGは、1.03bar、−120℃の過熱蒸気状態に維持される。   The high temperature BOG discharged to the outside of the storage tank 110 is sensed by a temperature sensor 112, adjusted to a constant temperature via a temperature controller 114, and then flows into two-stage BOG compressors 115 and 116. It is preferable to do. The BOG that has passed through the temperature controller 114 is maintained in a superheated steam state of 1.03 bar and −120 ° C.

前記温度調節器114の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク110から排出された高温のBOGに、再液化過程を経た極低温のBOG(LNG)を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁113の開度を調節して行う。また、前記温度調節器114には、前記再液化されたBOGのみならず、LNG貯蔵タンク110のLNGをポンプ(図示せず)に供給することも可能である。また、LNG貯蔵タンク110のLNGを、BOG圧縮機115、116により圧縮されたBOGと混合するように供給し、前記BOG凝縮器131に供給するBOGの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁113は閉鎖し、極低温の再液化されたLNGは、貯蔵タンク110に誘導される。   The operation of the temperature controller 114 will be described in more detail. When the BOG (LNG) having undergone the reliquefaction process is recirculated and mixed with the high temperature BOG discharged from the storage tank 110, the temperature adjustment is performed. The recirculation amount is controlled by adjusting the opening degree of the recirculation valve 113. In addition, the temperature regulator 114 can supply not only the re-liquefied BOG but also LNG from the LNG storage tank 110 to a pump (not shown). It is also possible to supply the LNG in the LNG storage tank 110 so as to be mixed with the BOG compressed by the BOG compressors 115 and 116, and to cool or adjust the temperature of the BOG supplied to the BOG condenser 131. . The temperature adjustment is usually only activated until the reliquefaction device reaches a normal state, after which the recirculation valve 113 is closed and the cryogenic reliquefied LNG is directed to the storage tank 110.

前記温度調節器114を通過したBOGは、モータMにより駆動される2段のBOG圧縮機115、116を経ると、2.5bar、−73℃の過熱蒸気状態で吐出される。   The BOG that has passed through the temperature controller 114 passes through the two-stage BOG compressors 115 and 116 driven by the motor M, and is discharged in a superheated steam state of 2.5 bar and −73 ° C.

前記2段のBOG圧縮機115,116から吐出されたBOGは、BOG凝縮器131を通過しながら、2.3bar、−155℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク110に再流入し、または、温度調節器114に再循環される。BOG凝縮器131の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。   The BOG discharged from the two-stage BOG compressors 115 and 116 passes through the BOG condenser 131 and changes to a supercooled liquid state of 2.3 bar and −155 ° C., and then flows into the storage tank 110 again. Or recirculated to the temperature regulator 114. Details of the BOG condenser 131 will be described in the cold box device section described later.

BOG凝縮器131を通じて、BOGの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、70〜99%程度が液化される。   Although the entire BOG can be liquefied through the BOG condenser 131, about 70 to 99% is liquefied due to the influence of a nitrogen component or the like that is not easily liquefied.

また、本実施例の変形例によると、凝縮されたBOGは、前記2段のBOG圧縮機115、116を経て加圧されたBOGに噴霧供給されることにより、BOG凝縮器に供給される加圧BOGの温度を調節することもできる。   Further, according to the modification of the present embodiment, the condensed BOG is sprayed and supplied to the pressurized BOG through the two-stage BOG compressors 115 and 116, thereby being added to the BOG condenser. The temperature of the pressure BOG can also be adjusted.

凝縮されたBOGは、循環ポンプ119により貯蔵タンク110に再流入する。前記貯蔵タンク110へのBOGの再流入方法は、貯蔵タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、貯蔵タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたBOGに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、LNGの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がLNGの主成分であるメタンよりも低いので、BOG中の窒素含量が増加すると、2段のBOG圧縮機115、116またはBOG凝縮器131の負荷を減らすことができる。   The condensed BOG flows again into the storage tank 110 by the circulation pump 119. As a method for re-injecting BOG into the storage tank 110, there is a method in which the BOG is distributed from the spray head at the top of the storage tank or supplied to the bottom of the storage tank. When flowing into the bottom of the storage tank, the nitrogen component in the uncondensed gas contained in the condensed BOG is dissolved inside the LNG, and the nitrogen ratio in the gas phase is kept low. Since nitrogen has a lower liquefaction point than methane, which is the main component of LNG, increasing the nitrogen content in the BOG can reduce the load on the two-stage BOG compressors 115, 116 or the BOG condenser 131.

窒素サイクル装置
前記BOG凝縮器131では、作動流体である極低温の窒素ガスとの熱交換により、BOGの再液化が行われるが、以下の説明は、BOG再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
Nitrogen cycle device In the BOG condenser 131, BOG is reliquefied by heat exchange with a cryogenic nitrogen gas, which is a working fluid. The following explanation is based on the cryogenic nitrogen gas necessary for BOG reliquefaction. It is related with the cycle apparatus for obtaining.

10bar、40℃の窒素ガスは、3段圧縮機121、122、123と中間冷却器125、126、127を通過した後、圧力が上昇して、59bar、43℃のガスで吐出される。前記窒素ガスは、コールドボックスに移送された後、窒素熱交換器133において、BOG凝縮器でBOGを凝縮させながら温度が多少上昇した低温部窒素との内部熱交換を通じて、59bar、−105℃のガス状態に予冷される。   The nitrogen gas at 10 bar and 40 ° C. passes through the three-stage compressors 121, 122 and 123 and the intercoolers 125, 126 and 127, and then the pressure rises and is discharged as a gas at 59 bar and 43 ° C. The nitrogen gas is transferred to the cold box, and in the nitrogen heat exchanger 133, the internal temperature is reduced to 59 bar and −105 ° C. through internal heat exchange with the low temperature nitrogen whose temperature has slightly increased while condensing BOG with the BOG condenser. Precooled to gas state.

中間冷却器125、126、127は、作動流体として作用する窒素冷媒を加圧段階で冷却するものであり、本発明の従来技術の部分に記載された従来技術でも知られた従来の方法が用いられるが、海水を冷媒として冷却する方法が好ましい。   The intercoolers 125, 126, 127 cool the nitrogen refrigerant acting as a working fluid in the pressurization stage, and use a conventional method known in the prior art described in the prior art part of the present invention. However, a method of cooling seawater as a refrigerant is preferable.

前記窒素熱交換器133を通過した低温、高圧の窒素ガスは、膨張タービン136を経ながら、10.5bar、−167℃の極低温、低圧ガスに変わり、前記BOG凝縮器131に移動し、BOG再液化過程を行った後、10.3bar、−134℃の状態となる。以降、前記窒素熱交換器133の高温部窒素との内部熱交換により、10bar、40℃に到達してサイクルを完成する。   The low-temperature and high-pressure nitrogen gas that has passed through the nitrogen heat exchanger 133 passes through the expansion turbine 136 and changes to a cryogenic and low-pressure gas of 10.5 bar and −167 ° C., moves to the BOG condenser 131, After the re-liquefaction process, the state is 10.3 bar, -134 ° C. Thereafter, the internal heat exchange with the high-temperature part nitrogen of the nitrogen heat exchanger 133 reaches 10 bar and 40 ° C. to complete the cycle.

窒素バッファタンク120は、BOG再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体(窒素)の供給源をさらに備えてもよい。   The nitrogen buffer tank 120 performs the function of adjusting the mass flow rate of the nitrogen cycle in accordance with the change in the BOG reliquefaction amount, that is, the change in the cooling load of the nitrogen cycle. A source of supplemental working fluid (nitrogen) may be further provided in case the amount of nitrogen is reduced.

コールドボックス装置
コールドボックス130は、BOGの再液化を行うBOG凝縮器131と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換が行われる窒素熱交換器133と、極低温窒素ガスを得る膨張タービン136とから構成される。
Cold Box Device The cold box 130 contains a BOG condenser 131 that reliquefies BOG, a nitrogen heat exchanger 133 that performs internal heat exchange between the high temperature part and the low temperature part of the nitrogen cycle, and cryogenic nitrogen gas. Expansion turbine 136 to be obtained.

たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン136に発電機Gを連結し、電力を生産した後、これをBOG圧縮機115、116または窒素圧縮機121、122、123等の補助動力源として用いることも可能である。   Even if it is not an essential component of the present invention, a generator G is connected to the expansion turbine 136 to produce electric power, which is then used as an auxiliary to the BOG compressors 115 and 116 or the nitrogen compressors 121, 122, and 123. It can also be used as a power source.

前記過程の装置を、コールドボックス130に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、BOG再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、窒素熱交換器133と膨張タービン136の入口との間の連結パイプの長さが短くなるので、膨張タービン136の入口の状態や温度に敏感な膨張タービンの出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張タービンの出口とBOG凝縮器との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。   By including the apparatus in the above process as a single module in the cold box 130, the connecting pipe between the apparatuses can be shortened, which stably secures the cryogenic nitrogen necessary for BOG reliquefaction. To be able to. That is, since the length of the connecting pipe between the nitrogen heat exchanger 133 and the inlet of the expansion turbine 136 is shortened, the state of the inlet of the expansion turbine 136 and the cryogenic state of the outlet of the expansion turbine that is sensitive to temperature are stabilized. Can be done. Further, since the connecting pipe between the outlet of the expansion turbine and the BOG condenser is shortened, it is possible to expect a minimum increase in temperature due to the transfer of nitrogen gas.

また、本発明では、LNG BOG再液化装置の構成において、低温状態の装置であるBOG凝縮器131、窒素熱交換器133、及び膨張タービン136を一つのコールドボックス130で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックスは、予備組立体として製造することにより、船舶への装着を容易にすることができる。   Further, in the present invention, in the configuration of the LNG BOG reliquefaction device, the BOG condenser 131, the nitrogen heat exchanger 133, and the expansion turbine 136, which are low-temperature devices, are configured by one cold box 130, It is preferable to insulate as a module. The heat insulation is performed using a generally known heat insulating material. With such a configuration, it is possible to stably manage the cryogenic temperature region of nitrogen gas. In addition, the cold box can be easily mounted on a ship by being manufactured as a preliminary assembly.

このように窒素サイクルの極低温部位が安定的に管理されることにより、BOGサイクルにおいて、BOG再液化温度−155℃、最大温度−73℃の作動が可能であり、BOG凝縮器131の入出口の温度差を通常の場合よりも低い80℃以下に減らすことができる。したがって、予冷の必要がない簡単なBOG凝縮器の設計が可能である。   As described above, the extremely low temperature portion of the nitrogen cycle is stably managed, so that the BOG reliquefaction temperature of −155 ° C. and the maximum temperature of −73 ° C. can be operated in the BOG cycle. The temperature difference can be reduced to 80 ° C. or lower, which is lower than usual. Thus, a simple BOG condenser design that does not require pre-cooling is possible.

以下、図3及び図4を参照して、この第1実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。   Hereinafter, the operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

極低温のLNG運搬船の貯蔵タンク内で、外部熱伝達により発生するBOG再液化方法において、先ず、BOGの循環は、設定圧力で弁が開放した後、排出されたBOGが温度調節器を経て、2段のBOG圧縮機115、116の入口の状態が1.03bar、−120℃に一定に維持されるステップ(ST111)と、前記BOGが、2段のBOG圧縮機115、116で2.5bar、−73℃に圧縮され、高温高圧の状態となるステップ(ST112)と、前記BOG圧縮機115、116から吐出されたBOGが、BOG凝縮器131で2.3bar、−155℃の過冷液体に再液化されるステップ(ST113)と、前記再液化されたBOGが、循環ポンプ119により加圧されるステップ(ST114)と、前記加圧された再液化BOGの一部が、温度調節器114を通じて再循環されるステップ(ST115)と、残りは、貯蔵タンクに回収されて貯蔵されるステップ(ST116)とからなり、前記BOGの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、10bar、40℃の窒素ガスが、3段圧縮機121、122、123と中間冷却器125、126、127とを通過した後、圧力が上昇して、59bar、43℃に昇圧されるステップ(ST117)と、前記高圧窒素が、窒素熱交換器において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、59bar、−105℃の低温状態に変わるステップ(ST118)と、前記高圧窒素が膨張タービンを経ながら、10.5bar、−167℃の低温、低圧ガスに変わるステップ(ST119)と、前記低温低圧窒素がBOG凝縮器131において、BOG再液化を行った後、10.3bar、−134℃の状態になるステップ(ST120)と、前記窒素ガスが再度窒素熱交換器133を通過しながら、10bar、40℃の高温に状態変化を行うステップ(ST121)とで構成される。   In the BOG reliquefaction method generated by external heat transfer in the storage tank of a cryogenic LNG carrier, first, the circulation of the BOG is performed after the valve is opened at the set pressure, and then the discharged BOG passes through the temperature controller, The step of maintaining the inlet state of the two-stage BOG compressors 115, 116 at 1.03 bar and -120 ° C. (ST111), and the BOG is 2.5 bar in the two-stage BOG compressors 115, 116. The BOG discharged from the BOG compressors 115 and 116 is compressed to −73 ° C. in a high temperature and high pressure state (ST112), and the supercooled liquid at 2.3 bar and −155 ° C. in the BOG condenser 131. Step (ST113) in which the liquefied BOG is pressurized by the circulation pump 119, and the pressurized liquefied liquid. A part of the BOG is recirculated through the temperature controller 114 (ST115), and the rest is recovered and stored in a storage tank (ST116). The cold heat for reliquefaction of the BOG The supply of nitrogen gas for supply is such that the nitrogen gas at 10 bar, 40 ° C. passes through the three-stage compressors 121, 122, 123 and the intercoolers 125, 126, 127, and then the pressure rises to 59 bar. Step (ST117) in which the pressure is increased to 43 ° C., and the high pressure nitrogen is changed to a low temperature state of 59 bar and −105 ° C. through internal heat exchange with the low temperature nitrogen in the nitrogen heat exchanger (ST118), The high-pressure nitrogen passes through the expansion turbine and changes to a low-temperature, low-pressure gas at 10.5 bar, −167 ° C. (ST119), and the low-temperature low-pressure nitrogen In the BOG condenser 131, after performing BOG reliquefaction, a step of becoming 10.3 bar and −134 ° C. (ST120), and while the nitrogen gas passes through the nitrogen heat exchanger 133 again, 10 bar, 40 And a step (ST121) of changing the state to a high temperature of ° C.

前記各ステップにおける圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、BOGの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。   Although the pressure, temperature, etc. in each step are described with specific numbers, it goes without saying that they can be changed according to the amount of BOG, the control method, and the like.

このように構成されている本発明の第1実施例によると、以下の効果が得られる。   According to the first embodiment of the present invention configured as described above, the following effects can be obtained.

上記した第1実施例の構成からなる本発明は、LNG運搬船の運航中に貯蔵されたLNGの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、LNG BOG再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。   The present invention having the configuration of the first embodiment described above can stably manage the pressure of the storage tank without loss of LNG stored during operation of the LNG carrier. In particular, by introducing a simple cold box module, the size of the LNG BOG reliquefaction device can be reduced, and the cryogenic temperature region of nitrogen gas can be stably managed.

具体的には、窒素熱交換器133と膨張タービン136の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張タービン136の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張タービンの出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張タービン136の出口とBOG凝縮器131との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、LNG BOG再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックスに集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。   Specifically, since the connecting pipe between the nitrogen heat exchanger 133 and the inlet of the expansion turbine 136 is shortened, the state of the inlet of the expansion turbine 136 and the cryogenic state at the outlet of the expansion turbine that are sensitive to temperature are affected. Can be stabilized. In addition, since the connecting pipe between the outlet of the expansion turbine 136 and the BOG condenser 131 is shortened, the temperature rise generated during the transfer of the cryogenic nitrogen gas can be minimized, and in the LNG BOG reliquefaction device By collecting and managing the unit elements constituting the low temperature part in a cold box, it is possible to prevent the loss of cold.

(第2実施例)
以下、図5乃至図7を参照して、本発明の第2実施例によるLNG BOG再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
(Second embodiment)
Hereinafter, the LNG BOG reliquefaction apparatus and the reliquefaction method according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図5は、本発明の第2実施例によるLNG BOG再液化装置の構成図である。本装置は、BOGサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とからなる。   FIG. 5 is a block diagram of an LNG BOG reliquefaction apparatus according to a second embodiment of the present invention. This apparatus includes a BOG cycle apparatus, a nitrogen cycle apparatus, and a cold box apparatus that interfaces the two apparatuses.

BOGサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧(1.013bar)状態で貯蔵タンク210に貯蔵される。しかし、LNGの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、BOGが発生し、これは、貯蔵タンク210の圧力上昇要因として作用する。
BOG cycle apparatus The natural gas in the gaseous state is liquefied at a very low temperature and stored in the storage tank 210 at atmospheric pressure (1.013 bar). However, BOG is generated by the external heat transfer that is sustained during the transport of LNG, which acts as a pressure increase factor of the storage tank 210.

したがって、貯蔵タンク210を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が1.03bar程度に到達すると、安全弁211が開放し、BOGは、貯蔵タンク210の外部に排出され、2段のBOG圧縮機215、216を経て再液化過程を経るようになる。   Therefore, in order to keep the storage tank 210 constant at the atmospheric pressure level, when the pressure of the storage tank reaches about 1.03 bar, the safety valve 211 is opened, and the BOG is discharged to the outside of the storage tank 210. The BOG compressors 215 and 216 are used to undergo a reliquefaction process.

前記貯蔵タンク210の外部に排出される高温のBOGは、温度センサ212により温度が感知され、温度調節器を214を経て一定の温度に調節された後、2段のBOG圧縮機215、216に流入することが好ましい。前記温度調節器214を通過したBOGは、1.03bar、−120℃の過熱蒸気状態に維持される。   The high-temperature BOG discharged to the outside of the storage tank 210 is sensed by a temperature sensor 212, adjusted to a constant temperature via a temperature controller 214, and then into a two-stage BOG compressor 215, 216. It is preferable to flow in. The BOG that has passed through the temperature controller 214 is maintained in a superheated steam state of 1.03 bar and −120 ° C.

前記温度調節器214の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク210から排出された高温のBOGに、再液化過程を経た極低温のBOG(LNG)を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁213の開度を調節して行う。また、前記温度調節器214には、前記再液化されたBOGのみならず、LNG貯蔵タンク210のLNGをポンプ(図示せず)に供給することも可能である。また、LNG貯蔵タンク210のLNGを、BOG圧縮機215、216により圧縮されたBOGと混合するように供給し、前記BOG凝縮器231に供給するBOGの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁213は閉鎖し、極低温の再液化されたLNGは、貯蔵タンク210に誘導される。   The operation of the temperature controller 214 will be described in more detail. When the BOG (LNG) having undergone the reliquefaction process is recirculated and mixed with the high-temperature BOG discharged from the storage tank 210, the temperature adjustment is performed. The recirculation amount is controlled by adjusting the opening degree of the recirculation valve 213. The temperature controller 214 can supply not only the re-liquefied BOG but also LNG from the LNG storage tank 210 to a pump (not shown). It is also possible to supply the LNG in the LNG storage tank 210 so as to be mixed with the BOG compressed by the BOG compressors 215 and 216, and to cool or adjust the temperature of the BOG supplied to the BOG condenser 231. . The temperature adjustment normally operates only until the reliquefaction device reaches a normal state, after which the recirculation valve 213 is closed and the cryogenic reliquefied LNG is directed to the storage tank 210.

前記温度調節器214を通過したBOGは、モータMにより駆動される2段のBOG圧縮機215、216を経ると、2.5bar、−73℃の過熱蒸気状態で吐出される。   The BOG that has passed through the temperature controller 214 passes through the two-stage BOG compressors 215 and 216 driven by the motor M, and is discharged in a superheated steam state of 2.5 bar and −73 ° C.

前記2段のBOG圧縮機215、216から吐出されたBOGは、BOG凝縮器231で液化された後、BOG不凝縮ガス分離器218により分離された不凝縮成分と再度混ざりながら、過熱蒸気の温度がさらに低くなることが好ましい。   The BOG discharged from the two-stage BOG compressors 215 and 216 is liquefied by the BOG condenser 231 and then mixed again with the non-condensed components separated by the BOG non-condensable gas separator 218 while the temperature of the superheated steam. Is preferably further reduced.

前記不凝縮ガス分離器218は、上記した従来技術の部分に記載された従来技術において一般に公知された分離器を用いてもよい。この際、ベンチュリ形ノズル239を用いると、BOGの流速が速くなり、これから発生する圧力降下を用いて、BOG不凝縮ガス分離器218からの不凝縮ガス成分を流入させることが好ましい。   The non-condensable gas separator 218 may be a separator generally known in the prior art described in the prior art section above. At this time, when the venturi-type nozzle 239 is used, the flow rate of the BOG is increased, and it is preferable to flow in the non-condensable gas component from the BOG non-condensable gas separator 218 using the pressure drop generated from this.

次いで、BOGは、BOG凝縮器231を通過しながら、2.3bar、−155℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク210に再流入し、または、温度調節器214に再循環される。BOG凝縮器131の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。   The BOG then passes through the BOG condenser 231 and changes to a 2.3 bar, −155 ° C. supercooled liquid state before re-entering the storage tank 210 or recirculated to the temperature regulator 214. . Details of the BOG condenser 131 will be described in the cold box device section described later.

前記BOG凝縮器231を通じて、BOGの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、70〜99%程度が液化される。   The entire BOG can be liquefied through the BOG condenser 231, but about 70 to 99% is liquefied due to the influence of a nitrogen component or the like that is not easily liquefied.

凝縮されたBOGは、循環ポンプ219により貯蔵タンク210に再流入する。前記貯蔵タンク210へのBOGの再流入方法は、貯蔵タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、貯蔵タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたBOGに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、LNGの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がLNGの主成分であるメタンよりも低いので、BOG中の窒素含量が増加すると、2段のBOG圧縮機215、216またはBOG凝縮器231の負荷を減らすことができる。   The condensed BOG flows again into the storage tank 210 by the circulation pump 219. As a method for re-injecting BOG into the storage tank 210, there is a method in which the BOG is distributed from the spray head at the top of the storage tank or supplied to the bottom of the storage tank. When flowing into the bottom of the storage tank, the nitrogen component in the uncondensed gas contained in the condensed BOG is dissolved inside the LNG, and the nitrogen ratio in the gas phase is kept low. Since nitrogen has a lower liquefaction point than methane, which is the main component of LNG, increasing the nitrogen content in the BOG can reduce the load on the two-stage BOG compressors 215, 216 or the BOG condenser 231.

窒素サイクル装置
前記BOG凝縮器231では、作動流体である極低温の窒素ガスとの熱交換により、BOGの再液化が行われるが、以下の説明は、BOG再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
Nitrogen cycle device In the BOG condenser 231, BOG is reliquefied by heat exchange with a cryogenic nitrogen gas that is a working fluid. The following explanation is based on the cryogenic nitrogen gas necessary for BOG reliquefaction. It is related with the cycle apparatus for obtaining.

14bar、35.4℃の窒素ガスは、窒素ガスの加圧冷却手段である3段圧縮機221、222、223と中間冷却器225、226、227を通過した後、圧力が上昇して、58bar、43℃のガスで吐出される。   The nitrogen gas at 14 bar and 35.4 ° C. passes through the three-stage compressors 221, 222, and 223 and the intermediate coolers 225, 226, and 227, which are nitrogen gas pressurization and cooling means, and then the pressure rises to 58 bar. And 43 ° C. gas.

中間冷却器225、226、227は、作動流体として作用する窒素冷媒を加圧段階で冷却するものであり、本発明の従来技術の部分に記載された従来技術でも知られた従来の方法が用いられるが、海水を冷媒として冷却する方法が好ましい。   The intercoolers 225, 226, and 227 cool the nitrogen refrigerant acting as a working fluid in the pressurization stage, and use a conventional method known in the prior art described in the prior art part of the present invention. However, a method of cooling seawater as a refrigerant is preferable.

前記吐出された高圧の窒素ガスは、コールドボックス230に移送された後、第2の窒素熱交換器234により、BOG凝縮器231から第1の窒素熱交換器233を経てくる未だ冷熱が残っている低音部窒素との内部熱交換を通じて、−83.5℃に1次冷却される。   After the discharged high-pressure nitrogen gas is transferred to the cold box 230, the second nitrogen heat exchanger 234 still has the cold heat from the BOG condenser 231 passing through the first nitrogen heat exchanger 233. The primary cooling to −83.5 ° C. is performed through internal heat exchange with the low-pitched nitrogen.

前記第2の窒素熱交換器234を通過した高圧窒素ガスの一部は、膨張タービン236を経ながら温度が低くなり、前記膨張タービン236により温度が低くなった低圧窒素ガスは、第1の窒素熱交換器233において、前記第2の窒素熱交換器234を通過した高圧窒素との内部熱交換を行い、高圧の窒素を膨張弁237の入口での設定温度まで窒素温度を低くするのに寄与する。   A part of the high-pressure nitrogen gas that has passed through the second nitrogen heat exchanger 234 is lowered in temperature through the expansion turbine 236, and the low-pressure nitrogen gas that has been lowered in temperature by the expansion turbine 236 is the first nitrogen gas. In the heat exchanger 233, internal heat exchange with the high-pressure nitrogen that has passed through the second nitrogen heat exchanger 234 is performed, and the high-pressure nitrogen contributes to lowering the nitrogen temperature to the set temperature at the inlet of the expansion valve 237. To do.

前記第1の窒素熱交換器233で温度が低くなった高圧の窒素ガスは、膨張弁237を経ながら、最終的に約−163℃のBOG液化に必要な極低温ガスに変化する。この極低温窒素ガスは、BOG凝縮器231でBOGと熱交換し、BOGを液化させながら温度が上昇する。   The high-pressure nitrogen gas whose temperature has been lowered in the first nitrogen heat exchanger 233 is finally converted into a cryogenic gas necessary for BOG liquefaction at about −163 ° C. through the expansion valve 237. This cryogenic nitrogen gas exchanges heat with BOG in the BOG condenser 231 and the temperature rises while liquefying the BOG.

このように、高圧窒素ガスの一部を、膨張タービン236を用いて低温の窒素を得て、第1の窒素熱交換器233に流入させる理由は、前記BOG凝縮器231から戻る低圧の窒素が比熱が低く、高圧の窒素を冷却するには足りないため、窒素の一部を予め膨張タービン236を用いて温度を低くし、これを用いて、高圧の窒素ガスが膨張弁237の入口に必要な温度まで冷却されることを助ける。   In this way, a part of the high-pressure nitrogen gas is obtained by using the expansion turbine 236 to obtain low-temperature nitrogen and flow into the first nitrogen heat exchanger 233 because the low-pressure nitrogen returning from the BOG condenser 231 is Since the specific heat is low and it is not enough to cool the high-pressure nitrogen, the temperature of a part of the nitrogen is lowered by using the expansion turbine 236 in advance, and high-pressure nitrogen gas is required at the inlet of the expansion valve 237. Helps to cool down to the right temperature.

以降、残余冷熱は、第2の窒素熱交換器234で高圧の窒素を冷却し、温度が上昇し、14bar、35.4℃に到達してサイクルを完成する。   Thereafter, the residual cooling heat cools high-pressure nitrogen in the second nitrogen heat exchanger 234, the temperature rises, reaches 14 bar, 35.4 ° C., and completes the cycle.

窒素バッファタンク230は、BOG再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。また、窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体(窒素)の供給源をさらに備えてもよい。   The nitrogen buffer tank 230 performs a mass flow rate adjustment function of the nitrogen cycle in accordance with a change in the BOG reliquefaction amount, that is, a change in the cooling load of the nitrogen cycle. In addition, a supply source of the supplementary working fluid (nitrogen) may be further provided for the case where the amount of nitrogen is reduced.

コールドボックス装置
コールドボックス230は、BOGの再液化を行うBOG凝縮器231と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換が行われる第1、2の窒素熱交換器233、234と、極低温窒素ガスを得る膨張弁237及び内部熱交換に必要な低温の窒素を得るための膨張タービン236とで構成される。
Cold Box Device The cold box 230 includes a BOG condenser 231 that reliquefies BOG, and first and second nitrogen heat exchangers 233 and 234 that perform internal heat exchange between a high temperature portion and a low temperature portion of the nitrogen cycle. And an expansion valve 237 for obtaining cryogenic nitrogen gas and an expansion turbine 236 for obtaining low-temperature nitrogen necessary for internal heat exchange.

たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン236に発電機Gを連結し、電力を生産した後、これをBOG圧縮機215、216または窒素圧縮機221、222、223等の補助動力源として用いることも可能である。   Even if it is not an essential component of the present invention, a generator G is connected to the expansion turbine 236 to produce electric power, which is then used as an auxiliary for the BOG compressors 215 and 216 or the nitrogen compressors 221, 222 and 223 It can also be used as a power source.

前記過程の装置を、コールドボックス230に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、BOG再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、第2の窒素熱交換器234と膨張タービン236の入口との間の連結パイプ、または、第1の窒素熱交換器233と膨張弁237の入口との間の連結パイプが短くなることにより、膨張タービン236または膨張弁237の入口における窒素の温度状態により敏感に現れ得る、膨張タービン236または膨張弁237の出口での窒素の極低温状態が安定的に維持され得る。   By including the apparatus in the above process as a module in the cold box 230, the connecting pipe between the apparatuses can be shortened, which stably secures the cryogenic nitrogen necessary for BOG reliquefaction. To be able to. That is, the connecting pipe between the second nitrogen heat exchanger 234 and the inlet of the expansion turbine 236 or the connecting pipe between the first nitrogen heat exchanger 233 and the inlet of the expansion valve 237 is shortened. The cryogenic state of nitrogen at the outlet of the expansion turbine 236 or expansion valve 237, which may be more sensitive to the temperature state of nitrogen at the inlet of the expansion turbine 236 or expansion valve 237, can be stably maintained.

また、膨張弁237の出口とBOG凝縮器231との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。   Further, since the connecting pipe between the outlet of the expansion valve 237 and the BOG condenser 231 is shortened, it can be expected that the temperature increase due to the transfer of nitrogen gas is minimized.

また、本発明では、LNG BOG再液化装置の構成において、低温状態の装置であるBOG凝縮器231、窒素熱交換器233、234、及び膨張手段236、237を一つのコールドボックス230で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。   In the present invention, in the configuration of the LNG BOG reliquefaction device, the BOG condenser 231, the nitrogen heat exchangers 233 and 234, and the expansion means 236 and 237, which are low-temperature devices, are configured by one cold box 230, It is preferable to insulate these as one module. The heat insulation is performed using a generally known heat insulating material.

このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックスは、予備組立体として製造することにより、装着を容易にすることができる。   With such a configuration, it is possible to stably manage the cryogenic temperature region of nitrogen gas. In addition, the cold box can be easily mounted by manufacturing it as a preliminary assembly.

このように窒素サイクルの極低温部位が安定的に管理されることにより、BOGサイクルにおいて、BOG再液化温度−155℃、最大温度−73℃の作動が可能であり、BOG凝縮器231の入出口の温度差を通常の場合よりも低い80℃以下に減らすことができる。したがって、予冷の必要がない簡単なBOG凝縮器の設計が可能である。   As described above, the extremely low temperature portion of the nitrogen cycle is stably managed, so that the BOG reliquefaction temperature of −155 ° C. and the maximum temperature of −73 ° C. can be operated in the BOG cycle. The temperature difference can be reduced to 80 ° C. or lower, which is lower than usual. Thus, a simple BOG condenser design that does not require pre-cooling is possible.

以下、図6及び図7を参照して、この第2実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。   The operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the second embodiment will be described below with reference to FIGS.

この第2実施例の構成による再液化装置の作動は、LNG貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮するステップと、前記圧縮されたBOGを凝縮させるための冷熱を提供するために、作動流体である窒素ガスを加圧冷却し、前記加圧冷却された窒素ガスを膨張させ、極低温窒素ガスを生成するステップと、前記極低温窒素ガスと熱交換し、前記圧縮されたBOGを少なくとも部分的に凝縮させるステップと、前記凝縮により再液化されたBOGを前記タンクに戻すステップとからなり、但し、前記加圧冷却された窒素ガスの全部を膨張させるものではなく、その中から一部を抽出して、前記膨張とは異なる経路で膨張させ、低温ガスを生成した後、前記圧縮されたBOGの凝縮のために熱交換して、温度が多少上昇した窒素ガスと合わせ、前記加圧冷却された窒素ガスの膨張前に熱交換させて予冷するステップと、を含む。   The operation of the re-liquefaction apparatus according to the configuration of the second embodiment is operated to compress evaporative vapor (BOG) generated in the LNG storage tank and to provide cold heat for condensing the compressed BOG. Pressurizing and cooling nitrogen gas as a fluid, expanding the pressurized and cooled nitrogen gas to generate cryogenic nitrogen gas, exchanging heat with the cryogenic nitrogen gas, and at least compressing the compressed BOG A step of partially condensing, and a step of returning the BOG reliquefied by the condensation to the tank, provided that not all of the pressurized and cooled nitrogen gas is expanded, but a part thereof Is extracted and expanded in a path different from the expansion to generate a low-temperature gas, and then heat exchange is performed for the condensation of the compressed BOG to combine with the nitrogen gas whose temperature has risen slightly. Thereby, including the steps of pre-cooled by heat exchange prior to expansion of said pressurized cooling nitrogen gas.

これを、添付の図6及び図7を参照してみると、極低温のLNG運搬船の貯蔵タンク内で、外部熱伝達により発生するBOG再液化方法において、先ず、BOGの循環は、設定圧力で弁211が開放した後、排出されたBOGが温度調節器214を経て、2段のBOG圧縮機215、216の入口の状態が1.03bar、−120℃に一定に維持されるステップ(ST211)と、前記BOGが、2段のBOG圧縮機215、216で2.5bar、−73℃に圧縮され、高温高圧の過熱状態となるステップ(ST212)と、BOG不凝縮ガス分離器218で分離された気体がベンチュリノズル239の圧力差により吸入され、温度が低くなるステップ(ST213)と、前記圧縮機215、216から吐出されたBOGが、BOG凝縮器213で2.3bar、−155℃の過冷液体に再液化されるステップ(ST214)と、前記再液化されたBOG中の不凝縮ガスが分離されるステップ(ST215)と、循環ポンプ219により加圧されるステップ(ST216)と、前記加圧された再液化BOGの一部が、温度調節器114を通じて再循環されるステップ(ST217)と、残りは、貯蔵タンク210に回収されて貯蔵されるステップ(ST218)とからなり、前記BOGの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、14bar、35.4℃の窒素ガスが、3段圧縮機221、222、223と中間冷却器225、226、227とを通過した後、圧力が上昇して、58bar、43℃に昇圧されるステップ(ST219)と、前記高圧窒素が、第2の窒素熱交換器234において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、57.3bar、−83.5℃の低温状態に変わるステップ(ST220)と、前記高圧窒素の一部が膨張タービン236を経ながら、14.5bar、−140℃の低温、低圧ガスに変わるステップ(ST221)と、膨張タービン236に送られなかった窒素が、第1の窒素熱交換器233を通じて57.5bar、−137.9℃となるステップ(ST222)と、高圧の窒素が膨張弁237を通過しながら、14.6bar、−163℃の状態に減圧されるステップ(ST223)と、低温低圧窒素がBOG凝縮器213でBOG再液化を行った後、14.4bar、−138.9℃の状態に加熱されるステップ(ST224)と、前記窒素ガスは、膨張タービン236により温度が低くなった窒素が合わせられ、第1の窒素熱交換器233を通過しながら、14.2bar、−106℃の状態に変わるステップ(ST225)と、第2の窒素熱交換器234を通過しながら、14bar、35.4℃の高温に状態変化を行うステップ(ST226)とで構成される。   Referring to FIGS. 6 and 7 attached hereto, in the BOG reliquefaction method generated by external heat transfer in the storage tank of the cryogenic LNG carrier, first, the circulation of BOG is performed at the set pressure. After the valve 211 is opened, the discharged BOG passes through the temperature controller 214 and the state of the inlets of the two-stage BOG compressors 215 and 216 is kept constant at 1.03 bar and −120 ° C. (ST211) The BOG is compressed to 2.5 bar and −73 ° C. by the two-stage BOG compressors 215 and 216 to be in a superheated state at high temperature and high pressure (ST212), and separated by the BOG non-condensable gas separator 218. Gas is sucked by the pressure difference of the venturi nozzle 239 and the temperature is lowered (ST213), and the BOG discharged from the compressors 215 and 216 is condensed with BOG. In step 213, the liquid is reliquefied to a supercooled liquid of 2.3 bar and −155 ° C. (ST214), the step of separating the non-condensable gas in the reliquefied BOG (ST215), and the circulation pump 219 The step of being pressurized (ST216), the step of recirculating part of the pressurized reliquefied BOG through the temperature controller 114 (ST217), and the rest being recovered and stored in the storage tank 210. Step (ST218), and circulation of nitrogen gas for supplying cold heat for re-liquefaction of the BOG is performed at 14 bar and nitrogen gas at 35.4 ° C. with three-stage compressors 221, 222, 223 and intermediate cooling. After passing through the vessels 225, 226, 227, the pressure is increased and the pressure is increased to 58 bar, 43 ° C. (ST219), and the high-pressure nitrogen is In the elementary heat exchanger 234, a step of changing to a low temperature state of 57.3 bar and −83.5 ° C. through internal heat exchange with the low temperature part nitrogen (ST220), and a part of the high pressure nitrogen passes through the expansion turbine 236 The step of changing to a low temperature, low pressure gas of 14.5 bar, −140 ° C. (ST221), and the nitrogen not sent to the expansion turbine 236 is 57.5 bar, −137.9 ° C. through the first nitrogen heat exchanger 233. Step (ST222), a step in which high pressure nitrogen passes through the expansion valve 237 and is depressurized to a state of 14.6 bar and −163 ° C. (ST223), and the low temperature low pressure nitrogen is BOG regenerated in the BOG condenser 213. After the liquefaction, the step of heating to a state of 14.4 bar and -138.9 ° C. (ST224), and the nitrogen gas is supplied to the expansion turbine 2 The step of changing to the state of 14.2 bar and −106 ° C. while the nitrogen whose temperature is lowered by 36 is combined and passing through the first nitrogen heat exchanger 233 (ST225), and the second nitrogen heat exchanger 234 And a step of changing the state to a high temperature of 14 bar and 35.4 ° C. (ST226).

前記各段階における圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、BOGの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。   The pressure, temperature, and the like at each stage are described with specific numbers, but it goes without saying that they can be changed depending on the amount of BOG, the control method, and the like.

このように構成されている本発明の第2実施例によると、以下の効果が得られる。   According to the second embodiment of the present invention configured as described above, the following effects can be obtained.

上記した第2実施例の構成からなる本発明は、既存の窒素の逆ブレイトンサイクルを用いたBOG液化システムが、膨張タービンを用いて窒素の温度を低くする場合、窒素の一部が液化することにより、膨張タービンのブレードを損傷する問題が生じ得る従来技術の問題点を解決したものであって、本実施例の方法は、加圧された窒素の一部のみを抽出し、膨張タービン236を用いて膨張し、残りは、窒素の温度をさらに低くした後、膨張弁237を通じて温度を降下させることにより、液滴発生の恐れがなく、窒素の温度を低くすることができるという長所がある。また、前記膨張弁237に供給される窒素流量を変化させることにより、窒素サイクルの運転を多様に変化させることができ、BOGの動的変化、すなわち、負荷変化に容易かつ迅速に対応することができる。   In the present invention having the configuration of the second embodiment described above, when the existing BOG liquefaction system using the reverse Brayton cycle of nitrogen lowers the temperature of nitrogen using an expansion turbine, a part of nitrogen is liquefied. Therefore, the method of the present embodiment extracts only a part of the pressurized nitrogen, and the expansion turbine 236 The remaining portion has an advantage that the temperature of nitrogen can be lowered by lowering the temperature of the nitrogen through the expansion valve 237 and lowering the temperature through the expansion valve 237 without fear of droplets. Further, by changing the flow rate of nitrogen supplied to the expansion valve 237, the operation of the nitrogen cycle can be changed in various ways, and it is possible to easily and quickly respond to the dynamic change of the BOG, that is, the load change. it can.

また、上記した第2実施例の構成からなる本発明は、LNG運搬船の運航中に貯蔵されたLNGの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、LNG BOG再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。   Further, the present invention having the configuration of the second embodiment described above can stably manage the pressure of the storage tank without loss of LNG stored during operation of the LNG carrier. In particular, by introducing a simple cold box module, the size of the LNG BOG reliquefaction device can be reduced, and the cryogenic temperature region of nitrogen gas can be stably managed.

具体的には、窒素熱交換器233と膨張弁237の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張弁237の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張弁の出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張弁237の出口とBOG凝縮器231との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、LNG BOG再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックス230に集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。   Specifically, since the connecting pipe between the nitrogen heat exchanger 233 and the inlet of the expansion valve 237 is shortened, the state of the inlet of the expansion valve 237 and the cryogenic state of the outlet of the expansion valve that is sensitive to temperature Can be stabilized. In addition, since the connecting pipe between the outlet of the expansion valve 237 and the BOG condenser 231 is shortened, the temperature rise generated when the cryogenic nitrogen gas is transferred can be minimized, and in the LNG BOG reliquefaction device By collecting and managing the unit elements constituting the low temperature part in the cold box 230, it is possible to prevent the loss of cold heat.

(第3実施例)
以下、図8乃至図10を参照して、本発明の第3実施例によるLNG BOG再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the LNG BOG reliquefaction apparatus and the reliquefaction method according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図8は、本発明の第3実施例によるLNG BOG再液化装置の構成図である。本装置は、BOGサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とからなる。   FIG. 8 is a configuration diagram of an LNG BOG reliquefaction apparatus according to a third embodiment of the present invention. This apparatus includes a BOG cycle apparatus, a nitrogen cycle apparatus, and a cold box apparatus that interfaces the two apparatuses.

BOGサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧(1.013bar)状態で貯蔵タンク310に貯蔵される。しかし、LNGの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、BOGが発生し、これは、貯蔵タンク310の圧力上昇要因として作用する。
BOG cycle apparatus The natural gas in the gaseous state is liquefied at a very low temperature and stored in the storage tank 310 at atmospheric pressure (1.013 bar). However, BOG is generated by the external heat transfer that is sustained during the transportation of LNG, which acts as a pressure increase factor of the storage tank 310.

したがって、貯蔵タンク310を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が1.03bar程度に到達すると、安全弁311が開放し、BOGは、貯蔵タンク310の外部に排出され、2段のBOG圧縮機315、316を経て再液化過程を経るようになる。   Therefore, in order to keep the storage tank 310 constant at the atmospheric pressure level, when the pressure of the storage tank reaches about 1.03 bar, the safety valve 311 is opened, and the BOG is discharged to the outside of the storage tank 310 and is The BOG compressors 315 and 316 are used to undergo a reliquefaction process.

前記貯蔵タンク310の外部に排出される高温のBOGは、温度センサ312により温度が感知され、温度調節器を314を経て一定の温度に調節された後、2段のBOG圧縮機315、316に流入することが好ましい。前記温度調節器314を通過したBOGは、1.03bar、−120℃の過熱蒸気状態に維持される。   The high-temperature BOG discharged to the outside of the storage tank 310 is sensed by a temperature sensor 312, adjusted to a constant temperature via a temperature controller 314, and then supplied to two-stage BOG compressors 315 and 316. It is preferable to flow in. The BOG that has passed through the temperature controller 314 is maintained in a superheated steam state of 1.03 bar and −120 ° C.

前記温度調節器314の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク310から排出された高温のBOGに、再液化過程を経た極低温のBOG(LNG)を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁313の開度を調節して行う。また、前記温度調節器314には、前記再液化されたBOGのみならず、LNG貯蔵タンクのLNGをポンプ(図示せず)に供給することも可能である。また、LNG貯蔵タンク310のLNGを、BOG圧縮機315、316により圧縮されたBOGと混合するように供給し、前記BOG凝縮器331に供給するBOGの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁313は閉鎖し、極低温の再液化されたLNGは、貯蔵タンク310に誘導される。   The operation of the temperature controller 314 will be described in more detail. When the BOG (LNG) having undergone the reliquefaction process is recirculated and mixed with the hot BOG discharged from the storage tank 310, the temperature control is performed. The recirculation amount is controlled by adjusting the opening of the recirculation valve 313. The temperature regulator 314 can be supplied with not only the re-liquefied BOG but also LNG from an LNG storage tank to a pump (not shown). It is also possible to supply the LNG in the LNG storage tank 310 so as to be mixed with the BOG compressed by the BOG compressors 315 and 316, and to cool or adjust the temperature of the BOG supplied to the BOG condenser 331. . The temperature adjustment normally operates only until the reliquefaction device reaches a normal state, after which the recirculation valve 313 is closed and the cryogenic reliquefied LNG is directed to the storage tank 310.

前記温度調節器314を通過したBOGは、2段のBOG圧縮機315、316を経ると、3.6bar、−43℃の過熱蒸気状態で吐出される。   The BOG that has passed through the temperature controller 314 passes through the two-stage BOG compressors 315 and 316 and is discharged in a superheated steam state of 3.6 bar and −43 ° C.

前記2段のBOG圧縮機315、316から吐出されたBOGは、三つの経路が形成された第1の窒素熱交換器333を通過して予冷され、3.3bar、−134℃の過熱蒸気状態となる。この際、前記BOGの予冷は、第1の窒素熱交換器333において、後述するBOG凝縮器331から吐出される低圧低温の低温部窒素ガスと膨張タービン336により極低温化された窒素ガスが混合された窒素ガスにより熱交換されて冷却される。   The BOG discharged from the two-stage BOG compressors 315 and 316 is pre-cooled through a first nitrogen heat exchanger 333 having three paths, and is in a superheated steam state of 3.3 bar and −134 ° C. It becomes. At this time, the pre-cooling of the BOG is performed by mixing the low-temperature and low-temperature low-temperature portion nitrogen gas discharged from the BOG condenser 331, which will be described later, with the nitrogen gas cryogenized by the expansion turbine 336 in the first nitrogen heat exchanger 333. The heat is exchanged by the nitrogen gas and cooled.

次いで、前記予冷されたBOGは、BOG凝縮器331を通過しながら、3.0bar、−154.7℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク310に再流入し、または、温度調節器314に再循環される。BOG凝縮器331の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。   Then, the pre-cooled BOG passes through the BOG condenser 331 and changes to a supercooled liquid state of 3.0 bar and −154.7 ° C., and then re-enters the storage tank 310 or a temperature controller. 314 is recycled. Details of the BOG condenser 331 will be described in the cold box device section described later.

このように、BOGが低温の作動流体(窒素)により予冷されることにより、BOG発生量または温度変化があっても、BOG凝縮器331内において、BOGと窒素ガスの温度差を、設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。   As described above, the BOG is pre-cooled by the low-temperature working fluid (nitrogen), so that the temperature difference between the BOG and the nitrogen gas can be set within the set range in the BOG condenser 331 even if the BOG generation amount or the temperature changes. It has the advantage that it can be kept constant.

また、前記2段のBOG圧縮機315、316から吐出された加熱蒸気状態のBOGがBOG凝縮器に流入すると、BOG凝縮器内のストリーム間の温度差が増加され、熱応力により熱交換器の耐久性に問題が生じ得るので、前記BOG予冷過程は、BOG凝縮器内のストリーム間の温度差を減らすという長所がある。   Further, when the heated steam state BOG discharged from the two-stage BOG compressors 315 and 316 flows into the BOG condenser, the temperature difference between the streams in the BOG condenser is increased, and thermal stress causes the heat exchanger to The BOG pre-cooling process has the advantage of reducing the temperature difference between the streams in the BOG condenser, since durability can be problematic.

前記BOG凝縮器331を通じて、BOGの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、70〜99%程度が液化される。   Although the entire BOG can be liquefied through the BOG condenser 331, about 70 to 99% is liquefied due to the influence of a nitrogen component or the like that is not easily liquefied.

このような気液混合物は、BOG不凝縮ガス分離器318で気体と液体に分離され、液体(凝縮されたBOG)は、循環ポンプ319により、貯蔵タンク310に再流入し、または、温度調節器314に再循環され、気体は、一般に外部に排出される。   Such a gas-liquid mixture is separated into a gas and a liquid by a BOG non-condensable gas separator 318, and the liquid (condensed BOG) is re-entered into the storage tank 310 by a circulation pump 319 or a temperature controller. Recirculated to 314 and the gas is generally discharged to the outside.

前記貯蔵タンク310へのBOGの再流入方法は、タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたBOGに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、LNGの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がLNGの主成分であるメタンよりも低いので、BOG中の窒素含量が増加すると、2段のBOG圧縮機315、316またはBOG凝縮器331の負荷を減らすことができる。   As a method of re-injecting BOG into the storage tank 310, there is a method of distributing from the spray head at the top of the tank or supplying it to the bottom of the tank. When flowing into the bottom of the storage tank, the nitrogen component in the uncondensed gas contained in the condensed BOG is dissolved inside the LNG, and the nitrogen ratio in the gas phase is kept low. Since nitrogen has a lower liquefaction point than methane, which is the main component of LNG, increasing the nitrogen content in the BOG can reduce the load on the two-stage BOG compressors 315, 316 or the BOG condenser 331.

窒素サイクル装置
前記BOG凝縮器331では、極低温の窒素ガスとの熱交換により、BOGの再液化が行われるが、以下の説明は、BOG再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
Nitrogen cycle apparatus In the BOG condenser 331, BOG is reliquefied by heat exchange with cryogenic nitrogen gas. The following explanation is for obtaining cryogenic nitrogen gas necessary for BOG reliquefaction. The present invention relates to a cycle device.

14.3bar、36.08℃の窒素ガスは、3段の窒素圧縮機321、322、323と中間冷却器325、326、327を通過した後、圧力が上昇して、58bar、43℃のガスで吐出される。前記吐出された高圧の窒素ガスは、コールドボックス330に移送された後、第2の窒素熱交換器334における、BOG凝縮器331及び第1の窒素熱交換器333を経て戻る低圧の低温部窒素との内部熱交換を通じて、57.7bar、−70℃に冷却される。   14.3 bar, 36.08 ° C. nitrogen gas passes through three stages of nitrogen compressors 321, 322, 323 and intercoolers 325, 326, 327, then the pressure rises to 58 bar, 43 ° C. gas Is discharged. The discharged high-pressure nitrogen gas is transferred to the cold box 330 and then returned to the low-pressure low-temperature nitrogen in the second nitrogen heat exchanger 334 via the BOG condenser 331 and the first nitrogen heat exchanger 333. It is cooled to 57.7 bar and -70 ° C through internal heat exchange with.

この際、前記第2の窒素熱交換器334を通過して冷却された窒素ガスの一部は、膨張タービン336を通過しながら温度が低くなった後、この低温の窒素は、前記BOG凝縮器331を経て戻る窒素と合わせられ、前記第1の窒素熱交換器333に流入するが、この際、前記第1の窒素熱交換器333では、前記第2の窒素熱交換器334において部分冷却された高圧の窒素ガスとの内部熱交換を通じて、高圧の窒素ガスをさらに冷却させることが好ましい。このような冷却により、前記高圧の窒素は、膨張弁337の入口での必要な設定温度まで窒素温度を低める効果がある。   At this time, a part of the nitrogen gas cooled by passing through the second nitrogen heat exchanger 334 decreases in temperature while passing through the expansion turbine 336, and then the low-temperature nitrogen is converted into the BOG condenser. It is combined with the nitrogen returned through 331 and flows into the first nitrogen heat exchanger 333. At this time, the first nitrogen heat exchanger 333 is partially cooled in the second nitrogen heat exchanger 334. It is preferable to further cool the high-pressure nitrogen gas through internal heat exchange with the high-pressure nitrogen gas. By such cooling, the high-pressure nitrogen has an effect of lowering the nitrogen temperature to a necessary set temperature at the inlet of the expansion valve 337.

前記第1の窒素熱交換器333で温度が低くなった高圧の窒素ガスは、膨張弁337を経ながら、最終的に−162.6℃のBOG液化に必要な極低温ガスに変化する。この極低温窒素ガスは、BOG凝縮器331でBOGと熱交換し、BOGを液化させながら温度が上昇する。   The high-pressure nitrogen gas whose temperature has been lowered in the first nitrogen heat exchanger 333 is finally changed into a cryogenic gas necessary for BOG liquefaction at −162.6 ° C. through the expansion valve 337. The cryogenic nitrogen gas exchanges heat with BOG in the BOG condenser 331, and the temperature rises while liquefying the BOG.

前記高圧窒素ガスの一部を膨張タービン336を用いて低温の窒素を得て、第1の窒素熱交換器333に流入させる理由は、前記BOG凝縮器331から戻る低圧の窒素が比熱が低く、高圧の窒素を冷却するには足りないため、窒素の一部を予め膨張タービン336を用いて温度を低くし、これを用いて、高圧の窒素ガスが膨張弁337の入口に必要な温度まで冷却されることを助ける。以降、残余冷熱は、第2の窒素熱交換器334で高圧の窒素を冷却し、温度が上昇し、14.3bar、36.08℃に到達して窒素サイクルを完成する。   The reason why a part of the high-pressure nitrogen gas is obtained by using the expansion turbine 336 to obtain low-temperature nitrogen and flow into the first nitrogen heat exchanger 333 is that low-pressure nitrogen returning from the BOG condenser 331 has low specific heat, Since it is not enough to cool the high-pressure nitrogen, the temperature of a part of the nitrogen is previously lowered by using the expansion turbine 336, and this is used to cool the high-pressure nitrogen gas to a temperature required at the inlet of the expansion valve 337. To be done. Thereafter, the residual cooling heat cools the high-pressure nitrogen in the second nitrogen heat exchanger 334, the temperature rises, reaches 14.3 bar, 36.08 ° C., and completes the nitrogen cycle.

窒素バッファタンク320は、BOG再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。また、窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体(窒素)の供給源をさらに備えてもよい。   The nitrogen buffer tank 320 performs a mass flow rate adjustment function of the nitrogen cycle in accordance with a change in the BOG reliquefaction amount, that is, a change in the cooling load of the nitrogen cycle. In addition, a supply source of the supplementary working fluid (nitrogen) may be further provided for the case where the amount of nitrogen is reduced.

コールドボックス装置
コールドボックス330は、BOGの再液化を行うBOG凝縮器331と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換及びBOG予冷が行われる窒素熱交換器333、334と、極低温窒素ガスを得る膨張弁337及び内部熱交換に必要な低温の窒素を得るための膨張タービン336とで構成される。
Cold box device A cold box 330 includes a BOG condenser 331 that performs reliquefaction of BOG, nitrogen heat exchangers 333 and 334 that perform internal heat exchange and BOG precooling between a high temperature part and a low temperature part of a nitrogen cycle, An expansion valve 337 for obtaining cryogenic nitrogen gas and an expansion turbine 336 for obtaining low-temperature nitrogen necessary for internal heat exchange.

たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン336に発電機Gを連結し、電力を生産した後、これをBOG圧縮機315、316または窒素圧縮機321、322、323等の補助動力源として用いることも可能である。   Even though it is not an essential component of the present invention, after the generator G is connected to the expansion turbine 336 to produce electric power, it is used as an auxiliary for the BOG compressors 315 and 316 or the nitrogen compressors 321, 322 and 323. It can also be used as a power source.

前記過程の装置を、コールドボックス330に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、BOG再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、第2の窒素熱交換器334と膨張タービン336の入口との間の連結パイプ、または、第1の窒素熱交換器333と膨張弁337の入口との間の連結パイプが短くなることにより、膨張タービン336または膨張弁337の入口における窒素の温度状態により敏感に現れ得る、膨張タービン336または膨張弁337の出口での窒素の極低温状態が安定的に維持され得る。また、膨張弁337の出口とBOG凝縮器331との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。   By including the apparatus in the above process as a module in the cold box 330, the connecting pipe between the apparatuses can be shortened, which stably secures the cryogenic nitrogen necessary for BOG reliquefaction. To be able to. That is, the connection pipe between the second nitrogen heat exchanger 334 and the inlet of the expansion turbine 336 or the connection pipe between the first nitrogen heat exchanger 333 and the inlet of the expansion valve 337 is shortened. The cryogenic state of nitrogen at the outlet of the expansion turbine 336 or expansion valve 337, which may be more sensitive to the temperature state of nitrogen at the inlet of the expansion turbine 336 or expansion valve 337, can be stably maintained. Moreover, since the connection pipe between the outlet of the expansion valve 337 and the BOG condenser 331 is shortened, it can be expected that the temperature increase due to the transfer of nitrogen gas is minimized.

また、本発明では、LNG BOG再液化装置の構成において、低温状態の装置であるBOG凝縮器331、窒素熱交換器333、334、及び膨張タービン336、337を一つのコールドボックス330で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックス330は、予備組立体として製造することにより、船舶への装着を容易にすることができる。   In the present invention, in the configuration of the LNG BOG reliquefaction device, the BOG condenser 331, the nitrogen heat exchangers 333 and 334, and the expansion turbines 336 and 337, which are low-temperature devices, are configured by one cold box 330, It is preferable to insulate these as one module. The heat insulation is performed using a generally known heat insulating material. With such a configuration, it is possible to stably manage the cryogenic temperature region of nitrogen gas. Further, the cold box 330 can be easily mounted on a ship by being manufactured as a preliminary assembly.

以下、図9及び図10を参照して、この第3実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。   Hereinafter, the operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the third embodiment will be described with reference to FIGS.

この第3実施例の構成による再液化装置の作動は、LNG貯蔵タンク310で発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮するステップと、前記圧縮されたBOGを凝縮させるための冷熱を提供するために、作動流体である窒素ガスを加圧冷却し、前記加圧冷却された窒素ガスを膨張させ、極低温窒素ガスを生成するステップと、前記極低温窒素ガスと熱交換し、前記圧縮されたBOGを少なくとも部分的に凝縮させるステップと、前記凝縮により再液化されたBOGを前記タンクに戻すステップとからなり、但し、LNG貯蔵タンクで発生するBOGを、BOG凝縮器の前段の第1の窒素熱交換器において予冷過程を経させることにより、BOG発生量または温度変化があっても、BOG凝縮器の内部において、BOGと窒素ガスとの間の温度差を、設定範囲内で一定に維持することができる。   The operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the third embodiment is to compress the evaporated vapor (BOG) generated in the LNG storage tank 310 and to provide cold heat for condensing the compressed BOG. Pressurizing and cooling nitrogen gas as a working fluid, expanding the pressurized and cooled nitrogen gas, generating cryogenic nitrogen gas, exchanging heat with the cryogenic nitrogen gas, and compressing the compressed BOG A step of condensing at least partly and returning the BOG reliquefied by the condensation to the tank, provided that the BOG generated in the LNG storage tank is converted into a first nitrogen heat exchange preceding the BOG condenser. By passing the pre-cooling process in the condenser, the temperature difference between BOG and nitrogen gas is reduced inside the BOG condenser even if there is a BOG generation amount or temperature change. It can be maintained constant within the set range.

また、前記加圧冷却された窒素ガスの全部を膨張させるものではなく、その中から一部を抽出して、前記膨張とは異なる経路で膨張させ、低温ガスを生成した後、前記圧縮されたBOGの凝縮のために熱交換して、温度が多少上昇した窒素ガスと合わせ、前記加圧冷却された窒素ガスの膨張前に熱交換させて予冷するステップを含んでもよい。   In addition, not all of the pressurized and cooled nitrogen gas is expanded, but a part thereof is extracted and expanded in a path different from the expansion to generate a low temperature gas, and then compressed. It may include a step of performing heat exchange for the condensation of BOG, combining with nitrogen gas whose temperature has risen slightly, and pre-cooling by heat exchange before expansion of the pressurized and cooled nitrogen gas.

これを、添付の図9及び図10を参照してみると、極低温のLNG運搬船の貯蔵タンク内において、外部熱伝達により発生するBOG再液化方法において、先ず、BOGの循環は、設定圧力で弁311が開放した後、排出されたBOGが温度調節器314を経て、2段のBOG圧縮機315、316の入口の状態が1.03bar、−120℃に一定に維持されるステップ(ST311)と、前記BOGが、2段のBOG圧縮機315、316で3.6bar、−43℃に圧縮され、高温高圧の過熱状態となるステップ(ST312)と、三つの経路の予冷熱交換器の第1の窒素熱交換器333を通過し、−3.3bar、−134℃に温度が低くなる(予冷される)ステップ(ST313)と、前記予冷されたBOGが、BOG凝縮器331で3.0bar、−154.7℃の過冷液体に再液化されるステップ(ST314)と、前記再液化されたBOGが、貯蔵タンク310に回収されて貯蔵されるステップ(ST318)とからなり、前記BOGの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、14.3bar、36.08℃の窒素ガスが、3段圧縮機321、322、323と中間冷却器325、326、327を通過した後、圧力が上昇して、58bar、43℃に昇圧されるステップ(ST319)と、前記高圧窒素が、第2の窒素熱交換器334において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、57.7bar、−70℃の低温状態に変わるステップ(ST320)と、前記高圧窒素の一部が膨張タービン336を経ながら、15.2bar、−129.3℃の低温、低圧ガスに変わるステップ(ST321)と、膨張タービン336に送られなかった窒素が、第1の窒素熱交換器333において、前記膨張タービン336で低温化された窒素と合わせられた低温部窒素により内部熱交換され、57.4bar、−132℃となるステップ(ST322)と、高圧の窒素が膨張弁337を通過しながら、15.2bar、−162.6℃の状態に減圧冷却されるステップ(ST323)と、低温低圧窒素がBOG凝縮器313でBOG再液化を行った後、14.9bar、−145℃の低温部窒素ガスに加熱されるステップ(ST324)と、前記低温部窒素ガスは、膨張タービン336により温度が低くなった窒素が合わせられ、第1の窒素熱交換器333を通過しながら、14.6bar、−86.42℃の状態に変わるステップ(ST325)と、第2の窒素熱交換器334を通過しながら、14.3bar、36.08℃の高温に状態変化を行うステップ(ST326)とで構成されることを特徴とする。   Referring to FIGS. 9 and 10 attached hereto, in the BOG reliquefaction method generated by external heat transfer in the storage tank of the cryogenic LNG carrier, first, the circulation of BOG is performed at the set pressure. After the valve 311 is opened, the discharged BOG passes through the temperature controller 314 and the state of the inlets of the two-stage BOG compressors 315 and 316 is kept constant at 1.03 bar and −120 ° C. (ST311) The BOG is compressed to 3.6 bar and −43 ° C. by the two-stage BOG compressors 315 and 316 to be in a high temperature and high pressure superheat state (ST312), and the pre-cooling heat exchanger of the three paths 1 is passed through the nitrogen heat exchanger 333, and the temperature is lowered to -3.3 bar and -134 ° C (precooled) (ST313), the precooled BOG is converted into the BOG condenser 33. And re-liquefied to a supercooled liquid of 3.0 bar and -154.7 ° C. (ST314), and the re-liquefied BOG is recovered and stored in the storage tank 310 (ST318). The circulation of nitrogen gas for supplying cold heat for reliquefaction of the BOG is 14.3 bar, nitrogen gas at 36.08 ° C. is converted into three-stage compressors 321, 322, 323 and intermediate coolers 325, 326, After passing through 327, the pressure is increased and the pressure is increased to 58 bar and 43 ° C. (ST319), and the high-pressure nitrogen is exchanged with the low-temperature part nitrogen in the second nitrogen heat exchanger 334. Step of changing to a low temperature state of 57.7 bar, −70 ° C. (ST320), and a part of the high-pressure nitrogen passes through the expansion turbine 336, 15.2 bar, −129.3 ° C. The step of changing to low-temperature, low-pressure gas (ST321), and the nitrogen that has not been sent to the expansion turbine 336 is combined with the nitrogen that has been cooled in the expansion turbine 336 in the first nitrogen heat exchanger 333. The internal heat exchange is performed, and the step of 57.4 bar and −132 ° C. is performed (ST322), and the high pressure nitrogen passes through the expansion valve 337 and is cooled to 15.2 bar and −162.6 ° C. under reduced pressure. (ST323), and after the low-temperature low-pressure nitrogen is subjected to BOG reliquefaction in the BOG condenser 313, the low-temperature nitrogen gas is heated to a low-temperature nitrogen gas of 14.9 bar and −145 ° C. (ST324), 14.6 bar, −86 while the nitrogen whose temperature has been lowered by the expansion turbine 336 is combined and passes through the first nitrogen heat exchanger 333. A step of changing to a state of .42 ° C. (ST325) and a step of changing the state to a high temperature of 14.3 bar and 36.08 ° C. while passing through the second nitrogen heat exchanger 334 (ST326) It is characterized by that.

前記予冷されたBOGが、BOG凝縮器331で再液化されるステップ(ST314)の後は、再液化されたBOG中の不凝縮ガスが分離されるステップ(ST315)が加えられてもよく、再液化されたBOGは、循環ポンプ319により加圧されるステップ(ST316)によりタンク310に移送されてもよい。   After the step of reliquefying the pre-cooled BOG in the BOG condenser 331 (ST314), a step (ST315) of separating the non-condensable gas in the reliquefied BOG may be added. The liquefied BOG may be transferred to the tank 310 by the step of pressurization by the circulation pump 319 (ST316).

さらに、前記再液化BOGの一部は、再循環弁313を通じて温度調節器314を経て再循環され(ST317)、BOGが圧縮(ST312)される前のステップ、または、圧縮された後のステップに供給されて、BOGを予冷してもよい。   Further, a part of the reliquefied BOG is recirculated through the temperature regulator 314 through the recirculation valve 313 (ST317), and the step before the BOG is compressed (ST312) or the step after the compression is performed. It may be supplied to pre-cool the BOG.

前記各段階における圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、BOGの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。   The pressure, temperature, and the like at each stage are described with specific numbers, but it goes without saying that they can be changed depending on the amount of BOG, the control method, and the like.

このように構成されている本発明の第3実施例によると、以下の効果が得られる。   According to the third embodiment of the present invention configured as described above, the following effects can be obtained.

上記した第3実施例の構成からなる本発明は、BOGを、BOG凝縮器の前段において予冷過程を経させることにより、BOG発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口におけるBOGの温度を、設定範囲内で一定に維持することができる長所がある。   In the present invention having the configuration of the third embodiment described above, the BOG is subjected to a pre-cooling process in the previous stage of the BOG condenser, so that the temperature of the BOG at the inlet of the condenser is changed even if the amount of BOG generated or the temperature changes. Can be maintained constant within a set range.

また、この第3実施例の発明は、既存の窒素の逆ブレイトンサイクルを用いたBOG液化システムにおいて、膨張タービンを用いて窒素の温度を低くする場合、窒素の一部が液化することにより、膨張タービンのブレードを損傷する問題が生じ得る従来技術の問題点を解決したものであって、この第3実施例の方法は、加圧された窒素の一部のみを抽出し、膨張タービン336を用いて膨張し、残りは、窒素の温度をさらに低くした後、膨張弁337を通じて温度を降下させることにより、液滴発生の恐れがなく、窒素の温度を低くすることができるという長所がある。また、前記膨張弁337に供給される窒素流量を変化させることにより、窒素サイクルの運転を多様に変化させることができ、BOGの動的変化、すなわち、負荷変化に容易かつ迅速に対応することができる。   In addition, in the third embodiment, in the BOG liquefaction system using the existing reverse Brayton cycle of nitrogen, when the temperature of the nitrogen is lowered using an expansion turbine, the nitrogen is partially liquefied, so that the expansion occurs. The problem of the prior art, which may cause a problem of damaging the blades of the turbine, is solved. The method of this third embodiment extracts only a part of the pressurized nitrogen and uses an expansion turbine 336. There is an advantage that the temperature of the nitrogen can be lowered by lowering the temperature of the nitrogen through the expansion valve 337 and lowering the temperature through the expansion valve 337 without fear of droplets. Also, by changing the flow rate of nitrogen supplied to the expansion valve 337, the operation of the nitrogen cycle can be changed in various ways, and it is possible to easily and quickly respond to the dynamic change of the BOG, that is, the load change. it can.

また、この第3実施例の発明は、LNG運搬船の運航中に貯蔵されたLNGの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、LNG再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。   Further, the invention of the third embodiment can stably manage the pressure of the storage tank without loss of LNG stored during operation of the LNG carrier. In particular, the introduction of a simple cold box module can reduce the size of the LNG reliquefaction device and can stably manage the cryogenic temperature region of nitrogen gas.

具体的には、窒素熱交換器333と膨張弁337の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張弁337の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張弁337の出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張弁337の出口とBOG凝縮器331との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、LNG BOG再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックス330に集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。   Specifically, since the connecting pipe between the nitrogen heat exchanger 333 and the inlet of the expansion valve 337 is shortened, the cryogenic temperature at the outlet of the expansion valve 337 is sensitive to the state of the inlet of the expansion valve 337 and the temperature. The state can be stabilized. In addition, since the connecting pipe between the outlet of the expansion valve 337 and the BOG condenser 331 is shortened, the temperature rise generated when the cryogenic nitrogen gas is transferred can be minimized, and in the LNG BOG reliquefaction device By collecting and managing the unit elements constituting the low temperature part in the cold box 330, it is possible to prevent the loss of cold.

(第4実施例)
以下、図11乃至図13を参照して、本発明の第4実施例によるLNG BOG再液化装置及び再液化方法を詳細に説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the LNG BOG reliquefaction apparatus and reliquefaction method according to the fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 13.

図11は、本発明の第4実施例によるLNG BOG再液化装置の構成図である。本装置は、BOGサイクル装置と、窒素サイクル装置と、前記両装置をインターフェースするコールドボックス装置とで構成される。   FIG. 11 is a configuration diagram of an LNG BOG reliquefaction apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. This apparatus includes a BOG cycle apparatus, a nitrogen cycle apparatus, and a cold box apparatus that interfaces the two apparatuses.

BOGサイクル装置
気体状態の天然ガスは、極低温で液化され、大気圧(1.013bar)状態で貯蔵タンク410に貯蔵される。しかし、LNGの輸送中に持続される外部からの熱伝達により、BOGが発生し、これは、貯蔵タンク410の圧力上昇要因として作用する。
BOG cycle apparatus Natural gas in a gaseous state is liquefied at a cryogenic temperature and stored in the storage tank 410 at atmospheric pressure (1.013 bar). However, BOG is generated by the external heat transfer that is sustained during the transport of LNG, and this acts as a pressure increase factor of the storage tank 410.

したがって、貯蔵タンク410を大気圧水準に一定に維持させるために、貯蔵タンクの圧力が1.03bar程度に到達すると、安全弁411が開放し、BOGは、貯蔵タンク410の外部に排出され、2段のBOG圧縮機415、416を経て再液化過程を経るようになる。   Therefore, in order to keep the storage tank 410 constant at the atmospheric pressure level, when the pressure of the storage tank reaches about 1.03 bar, the safety valve 411 is opened, and the BOG is discharged to the outside of the storage tank 410 and is The BOG compressors 415 and 416 are used to undergo a reliquefaction process.

前記貯蔵タンク410の外部に排出される高温のBOGは、温度センサ412により温度が感知され、温度調節器を414を経て一定の温度に調節された後、2段のBOG圧縮機415、416に流入することが好ましい。前記温度調節器414を通過したBOGは、1.03bar、−120℃の過熱蒸気状態に維持される。   The high temperature BOG discharged to the outside of the storage tank 410 is sensed by a temperature sensor 412, adjusted to a constant temperature via a temperature controller 414, and then supplied to a two-stage BOG compressor 415, 416. It is preferable to flow in. The BOG that has passed through the temperature controller 414 is maintained in a superheated steam state of 1.03 bar and −120 ° C.

前記温度調節器414の作動をさらに具体的に説明すると、前記貯蔵タンク410から排出された高温のBOGに、再液化過程を経た極低温のBOG(LNG)を再循環させて混合すると、温度調節が可能であり、再循環量の制御は、再循環弁413の開度を調節して行う。また、前記温度調節器414には、前記再液化されたBOGのみならず、LNG貯蔵タンクのLNGをポンプ(図示せず)に供給することも可能である。また、LNG貯蔵タンク410のLNGを、BOG圧縮機415、416により圧縮されたBOGと混合するように供給し、前記BOG凝縮器に供給するBOGの温度を冷却または調節することも可能である。温度調節は、通常、再液化装置が正常状態に到達するまでのみ作動し、以降、再循環弁413は閉鎖し、極低温の再液化されたLNGは、貯蔵タンク410に誘導される。   The operation of the temperature controller 414 will be described in more detail. When the BOG (LNG) having undergone the reliquefaction process is recirculated and mixed with the hot BOG discharged from the storage tank 410, the temperature control is performed. The recirculation amount is controlled by adjusting the opening of the recirculation valve 413. The temperature regulator 414 can be supplied with not only the re-liquefied BOG but also LNG from an LNG storage tank to a pump (not shown). It is also possible to supply the LNG in the LNG storage tank 410 so as to be mixed with the BOG compressed by the BOG compressors 415 and 416, and to cool or adjust the temperature of the BOG supplied to the BOG condenser. The temperature adjustment normally operates only until the reliquefaction device reaches a normal state, after which the recirculation valve 413 is closed and the cryogenic reliquefied LNG is directed to the storage tank 410.

前記温度調節器414を通過したBOGは、2段のBOG圧縮機415、416を経ると、3.2bar、−50.83℃の過熱蒸気状態で吐出される。   The BOG that has passed through the temperature controller 414 passes through the two-stage BOG compressors 415 and 416 and is discharged in a superheated steam state of 3.2 bar and −50.83 ° C.

前記2段のBOG圧縮機415、416から吐出されたBOGは、三つの経路が形成された第1の窒素熱交換器433を通過して予冷され、3.1bar、−130℃の過熱蒸気状態となる。この際、前記BOGの予冷は、第1の窒素熱交換器433において、後述するBOG凝縮器431から吐出される低圧低温の低温部窒素ガスと膨張タービン436により極低温化された窒素ガスが混合された窒素ガスにより熱交換されて冷却される。   The BOG discharged from the two-stage BOG compressors 415 and 416 is pre-cooled through a first nitrogen heat exchanger 433 having three paths, and is in a superheated steam state of 3.1 bar and −130 ° C. It becomes. At this time, the pre-cooling of the BOG is performed by mixing, in the first nitrogen heat exchanger 433, the low-temperature and low-temperature nitrogen gas discharged from the BOG condenser 431 described later and the nitrogen gas cryogenized by the expansion turbine 436. The heat is exchanged by the nitrogen gas and cooled.

次いで、前記予冷されたBOGは、BOG凝縮器431を通過しながら、3.0bar、−154.7℃の過冷液体状態に変わった後、貯蔵タンク410に再流入し、または、温度調節器414に再循環される。前記BOG凝縮器431の詳細は、後述するコールドボックス装置の部分において説明する。このように、BOGが低温の作動流体(窒素)により予冷されることにより、BOG発生量または温度変化があっても、BOG凝縮器431内において、BOGと窒素ガスの温度差を、設定範囲内で一定に維持することができるという長所がある。   Then, the pre-cooled BOG passes through the BOG condenser 431 and changes to a supercooled liquid state of 3.0 bar and −154.7 ° C., and then re-enters the storage tank 410 or a temperature controller. 414 is recirculated. Details of the BOG condenser 431 will be described in the cold box device section described later. As described above, the BOG is pre-cooled by the low-temperature working fluid (nitrogen), so that even if there is a BOG generation amount or a temperature change, the temperature difference between the BOG and the nitrogen gas is set within the set range in the BOG condenser 431. It has the advantage that it can be kept constant.

前記BOG凝縮器431を通じて、BOGの全体を液化させることができるが、完全液化が容易ではない窒素成分等の影響で、70〜99%程度が液化される。   Although the entire BOG can be liquefied through the BOG condenser 431, about 70 to 99% is liquefied due to the influence of a nitrogen component or the like that is not easily liquefied.

このような気液混合物は、BOG不凝縮ガス分離器418で気体と液体に分離され、液体(凝縮されたBOG)は、循環ポンプ419により、貯蔵タンク410に再流入し、または、温度調節器414に再循環され、気体は、一般に外部に排出される。   Such a gas-liquid mixture is separated into a gas and a liquid by a BOG non-condensable gas separator 418, and the liquid (condensed BOG) is re-entered into the storage tank 410 by a circulation pump 419 or a temperature controller. Recirculated to 414, the gas is generally discharged to the outside.

前記貯蔵タンク410へのBOGの再流入方法は、貯蔵タンクの上部において噴霧ヘッドから撒布し、または、貯蔵タンクの底部に供給する方法がある。貯蔵タンクの底部に流入すると、凝縮されたBOGに含まれた未凝縮気体中の窒素成分が、LNGの内部に溶解され、ガス相内の窒素比率が低く維持される。窒素は、液化点がLNGの主成分であるメタンよりも低いので、BOG中の窒素含量が増加すると、2段のBOG圧縮機415、416またはBOG凝縮器431の負荷を減らすことができる。   As a method for re-injecting BOG into the storage tank 410, there is a method in which the BOG is distributed from the spray head at the top of the storage tank or supplied to the bottom of the storage tank. When flowing into the bottom of the storage tank, the nitrogen component in the uncondensed gas contained in the condensed BOG is dissolved inside the LNG, and the nitrogen ratio in the gas phase is kept low. Since nitrogen has a lower liquefaction point than methane, which is the main component of LNG, increasing the nitrogen content in the BOG can reduce the load on the two-stage BOG compressors 415, 416 or the BOG condenser 431.

窒素サイクル装置
前記BOG凝縮器431では、極低温の窒素ガスとの熱交換により、BOGの再液化が行われるが、以下の説明は、BOG再液化に必要な極低温の窒素ガスを得るためのサイクル装置に関するものである。
Nitrogen cycle device In the BOG condenser 431, BOG is reliquefied by heat exchange with cryogenic nitrogen gas. The following explanation is for obtaining cryogenic nitrogen gas necessary for BOG reliquefaction. The present invention relates to a cycle device.

14.2bar、35.46℃の窒素ガスは、3段の窒素圧縮機421、422、423と中間冷却器425、426、427を通過した後、圧力が上昇して、58bar、43℃のガスで吐出される。   14.2 bar, 35.46 ° C. nitrogen gas passes through three stages of nitrogen compressors 421, 422, 423 and intercoolers 425, 426, 427, and then the pressure rises to 58 bar, 43 ° C. gas. Is discharged.

前記吐出された高圧の窒素ガスは、コールドボックス430に移送された後、第2の窒素熱交換器434における、BOG凝縮器431、第3の窒素熱交換器435、及び第1の窒素熱交換器433を経て戻る低圧の低温部窒素との内部熱交換を通じて、57.9bar、−77℃に冷却される。   After the discharged high-pressure nitrogen gas is transferred to the cold box 430, the BOG condenser 431, the third nitrogen heat exchanger 435, and the first nitrogen heat exchange in the second nitrogen heat exchanger 434 are performed. It is cooled to 57.9 bar and -77 ° C through internal heat exchange with the low pressure cryogenic nitrogen returning through vessel 433.

この際、前記第2の窒素熱交換器434を通過して冷却された窒素ガスの一部は、膨張タービン436を通過させて温度を低くした後、この低温の窒素は、前記BOG凝縮器431と第3の窒素熱交換器435を経て戻る窒素と合わせられ、前記第1の窒素熱交換器433に流入するが、この際、前記第1の窒素熱交換器433では、前記第2の窒素熱交換器434において部分冷却された高圧の窒素ガスとの内部熱交換を通じて、高圧の窒素ガスをさらに冷却させて、57.8bar、−134℃のガスで吐出される。   At this time, a part of the nitrogen gas cooled through the second nitrogen heat exchanger 434 passes through the expansion turbine 436 to lower the temperature, and then the low-temperature nitrogen is converted into the BOG condenser 431. And the nitrogen returned through the third nitrogen heat exchanger 435, and flows into the first nitrogen heat exchanger 433. At this time, in the first nitrogen heat exchanger 433, the second nitrogen Through the internal heat exchange with the high-pressure nitrogen gas partially cooled in the heat exchanger 434, the high-pressure nitrogen gas is further cooled and discharged as a gas at 57.8 bar and −134 ° C.

前記第1の窒素熱交換器433を通過した窒素ガスは、第3の窒素熱交換器435において、前記BOG凝縮器431を通過した流動と熱交換し、57.7bar、−137℃のガスで吐出される。このような冷却により、前記高圧の窒素は、膨張弁437の入口での必要な設定温度まで窒素温度を低める効果がある。   The nitrogen gas that has passed through the first nitrogen heat exchanger 433 is heat-exchanged with the flow that has passed through the BOG condenser 431 in a third nitrogen heat exchanger 435, and is a gas at 57.7 bar and −137 ° C. Discharged. By such cooling, the high-pressure nitrogen has an effect of lowering the nitrogen temperature to a necessary set temperature at the inlet of the expansion valve 437.

第3の窒素熱交換器435で温度が低くなった高圧の窒素ガスは、膨張弁437を経ながら、最終的に−163.3℃まで冷却され、BOG液化に必要な極低温の二相流動に変化する。この極低温窒素ガスは、BOG凝縮器431においてBOGと熱交換し、BOGを液化させながら温度が上昇する。   The high-pressure nitrogen gas whose temperature has been lowered in the third nitrogen heat exchanger 435 is finally cooled down to −163.3 ° C. through the expansion valve 437, and a two-phase flow at a very low temperature necessary for BOG liquefaction. To change. The cryogenic nitrogen gas exchanges heat with BOG in the BOG condenser 431, and the temperature rises while liquefying the BOG.

このように、第3の窒素熱交換器435が設けられることにより、第1の窒素熱交換器433のみを備えた場合に比べて、膨張弁437の入口において、窒素の温度をさらに安定的に管理することができるのみならず、各窒素熱交換器の大きさを大幅に減らすことができ、結果として、コールドボックス430の大きさを減らすことができるという長所がある。   Thus, by providing the third nitrogen heat exchanger 435, the temperature of nitrogen can be more stably increased at the inlet of the expansion valve 437 than when only the first nitrogen heat exchanger 433 is provided. In addition to being able to manage, the size of each nitrogen heat exchanger can be greatly reduced, and as a result, the size of the cold box 430 can be reduced.

前記高圧窒素ガスの一部を膨張タービン436を用いて低温の窒素を得て、第1の窒素熱交換器434に流入させる理由は、前記BOG凝縮器431と第3の窒素熱交換器435を通過して戻る低圧の窒素が比熱が低く、高圧の窒素を冷却するには足りないため、窒素の一部を予め膨張タービン436を用いて温度を低くし、これを用いて、高圧の窒素ガスが膨張弁437の入口に必要な温度まで冷却されることを助ける。以降、残余冷熱は、第2の窒素熱交換器434において高圧の窒素を冷却し、温度が上昇し、14.2bar、35.46℃に到達してサイクルを完成する。   The reason why a part of the high-pressure nitrogen gas is obtained by using the expansion turbine 436 to obtain low-temperature nitrogen and flows into the first nitrogen heat exchanger 434 is that the BOG condenser 431 and the third nitrogen heat exchanger 435 are connected to each other. Since the low-pressure nitrogen that passes back has a low specific heat and is insufficient to cool the high-pressure nitrogen, the temperature of a part of the nitrogen is lowered by using the expansion turbine 436 in advance, and the high-pressure nitrogen gas is used. Helps to be cooled to the required temperature at the inlet of the expansion valve 437. Thereafter, the residual cooling heat cools the high-pressure nitrogen in the second nitrogen heat exchanger 434, the temperature rises, reaches 14.2 bar, 35.46 ° C., and completes the cycle.

窒素バッファタンク420は、BOG再液化量の変動、すなわち、窒素サイクルの冷却負荷の変動に応じて、窒素サイクルの質量流量調節機能を行う。また、窒素の量が減らす場合を備えて、補充作動流体(窒素)の供給源をさらに備えてもよい。   The nitrogen buffer tank 420 performs a mass flow rate adjustment function of the nitrogen cycle in accordance with a change in the BOG reliquefaction amount, that is, a change in the cooling load of the nitrogen cycle. In addition, a supply source of the supplementary working fluid (nitrogen) may be further provided for the case where the amount of nitrogen is reduced.

コールドボックス装置
コールドボックス430は、BOGの再液化を行うBOG凝縮器431と、窒素サイクルの高温部と低温部との間の内部熱交換及びBOG予冷が行われる窒素熱交換器433、434、435と、極低温窒素ガスを得る膨張弁437及び内部熱交換に必要な低温の窒素を得るための膨張タービン436とで構成される。
Cold Box Device The cold box 430 includes a BOG condenser 431 that reliquefies BOG, and nitrogen heat exchangers 433, 434, and 435 that perform internal heat exchange and BOG precooling between the high temperature portion and the low temperature portion of the nitrogen cycle. And an expansion valve 437 for obtaining cryogenic nitrogen gas and an expansion turbine 436 for obtaining low-temperature nitrogen necessary for internal heat exchange.

たとえ、本発明の必須構成要素ではないが、前記膨張タービン436に発電機Gを連結し、電力を生産した後、これをBOG圧縮機415、416または窒素圧縮機421、422、423等の補助動力源として用いることも可能である。   Even though it is not an essential component of the present invention, after the generator G is connected to the expansion turbine 436 to produce electric power, it is used as an auxiliary to the BOG compressors 415 and 416 or the nitrogen compressors 421, 422, and 423. It can also be used as a power source.

前記過程の装置を、コールドボックス430に一つのモジュールとして含ませることにより、各装置間の連結パイプを短くすることができ、これは、BOG再液化に必要な極低温窒素を安定的に確保することができるようにする。すなわち、第2の窒素熱交換器434と膨張タービン436の入口との間と、第3の窒素熱交換器435の出口と膨張弁437の入口との間の連結パイプがそれぞれ短くなることにより、膨張タービン436または膨張弁437の入口における窒素の温度状態により敏感に現れ得る、膨張タービン436または膨張弁437の出口での窒素の極低温状態が安定的に維持され得る。また、膨張弁437の出口とBOG凝縮器431との間の連結パイプが短くなるので、窒素ガスの移送による温度増加の最小化を期待することができる。   By including the apparatus in the above process as a module in the cold box 430, the connecting pipe between the apparatuses can be shortened, which stably secures the cryogenic nitrogen necessary for BOG reliquefaction. To be able to. That is, the connection pipes between the second nitrogen heat exchanger 434 and the inlet of the expansion turbine 436 and between the outlet of the third nitrogen heat exchanger 435 and the inlet of the expansion valve 437 are shortened, respectively. The cryogenic state of nitrogen at the outlet of the expansion turbine 436 or expansion valve 437, which can be more sensitive to the temperature state of nitrogen at the inlet of the expansion turbine 436 or expansion valve 437, can be stably maintained. Further, since the connection pipe between the outlet of the expansion valve 437 and the BOG condenser 431 is shortened, it is possible to expect a minimum increase in temperature due to the transfer of nitrogen gas.

また、本発明では、BOG再液化装置の構成において、低温状態の装置であるBOG凝縮器431、窒素熱交換器433、434、435、及び膨張手段436、437を一つのコールドボックス430で構成し、これらを一つのモジュールとして断熱することが好ましい。断熱は、一般に知られた断熱材を用いて行う。このような構成により、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。また、コールドボックス430は、予備組立体として製造することにより、船舶への装着を容易にすることができる。   In the present invention, in the configuration of the BOG reliquefaction apparatus, the BOG condenser 431, the nitrogen heat exchangers 433, 434, and 435 and the expansion means 436 and 437, which are apparatuses in a low temperature state, are configured by one cold box 430. These are preferably insulated as a single module. The heat insulation is performed using a generally known heat insulating material. With such a configuration, it is possible to stably manage the cryogenic temperature region of nitrogen gas. Further, the cold box 430 can be easily mounted on a ship by being manufactured as a preliminary assembly.

以下、図12及び図13を参照して、この第4実施例の構成による再液化装置の作動について説明する。   The operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the fourth embodiment will be described below with reference to FIGS.

この第4実施例の構成による再液化装置の作動は、LNG貯蔵タンク410で発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮するステップと、前記圧縮されたBOGを凝縮させるための冷熱を提供するために、作動流体である窒素ガスを加圧冷却し、前記加圧冷却された窒素ガスを膨張させ、極低温窒素ガスを生成するステップと、前記極低温窒素ガスと熱交換し、前記圧縮されたBOGを凝縮させるステップと、前記凝縮により再液化されたBOGを前記貯蔵タンク410に戻すステップとからなり、但し、LNG貯蔵タンク410で発生するBOGを、BOG凝縮器431の前段の第1の窒素熱交換器434において予冷過程を経させることにより、BOG発生量または温度変化があっても、BOG凝縮器431の内部において、BOGと窒素ガスとの間の温度差を、設定範囲内で一定に維持することができる。   The operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the fourth embodiment is to compress the vaporized vapor (BOG) generated in the LNG storage tank 410 and to provide cold heat for condensing the compressed BOG. Pressurizing and cooling nitrogen gas as a working fluid, expanding the pressurized and cooled nitrogen gas, generating cryogenic nitrogen gas, exchanging heat with the cryogenic nitrogen gas, and compressing the compressed BOG The step of condensing, and the step of returning the BOG reliquefied by the condensation to the storage tank 410, provided that the BOG generated in the LNG storage tank 410 is converted into the first nitrogen heat exchange before the BOG condenser 431. By passing the pre-cooling process in the condenser 434, even if there is a BOG generation amount or a temperature change, BOG and nitrogen gas are generated inside the BOG condenser 431. The temperature difference between, can be maintained constant within the set range.

また、前記加圧冷却された窒素ガスの全部を膨張させるものではなく、その中から一部を抽出して、前記膨張とは異なる経路で膨張させ、低温ガスを生成した後、前記圧縮されたBOGの凝縮のために熱交換して、温度が多少上昇した窒素ガスと合わせ、第1の窒素熱交換器433と第3の窒素熱交換器435を経て、膨張弁437に流入する加圧冷却された窒素ガスを、膨張前に熱交換させて予冷するステップを含んでもよい。   In addition, not all of the pressurized and cooled nitrogen gas is expanded, but a part thereof is extracted and expanded in a path different from the expansion to generate a low temperature gas, and then compressed. Heat exchange for condensation of BOG, combined with nitrogen gas whose temperature has risen somewhat, and pressure cooling that flows into the expansion valve 437 through the first nitrogen heat exchanger 433 and the third nitrogen heat exchanger 435 A step of pre-cooling the nitrogen gas that has been subjected to heat exchange before expansion may be included.

これを、添付の図12及び図13を参照してみると、極低温のLNG運搬船の貯蔵タンク410内において、外部熱伝達により発生するBOG再液化方法において、先ず、BOGの循環は、設定圧力で弁411が開放した後、排出されたBOGが温度調節器414を経て、2段のBOG圧縮機415、416の入口の状態が1.03bar、−120℃に一定に維持されるステップ(ST411)と、前記BOGが、2段のBOG圧縮機415、416で3.2bar、−50.83℃に圧縮され、高温高圧の過熱状態となるステップ(ST412)と、三つの経路が形成された予冷熱交換器の第1の窒素熱交換器433を通過して3.1bar、−130℃に温度が低くなる(予冷される)ステップ(ST413)と、前記予冷されたBOGが、BOG凝縮器431で3.0bar、−154.7℃の過冷液体に再液化されるステップ(ST414)と、前記再液化されたBOGが、貯蔵タンク410に回収されて貯蔵されるステップ(ST418)とからなり、前記BOGの再液化のための冷熱供給のための窒素ガスの循環は、14.2bar、35.46℃の窒素ガスが、3段の窒素圧縮機421、422、423と中間冷却器425、426、427とを通過した後、圧力が上昇して、58bar、43℃に昇圧されるステップ(ST419)と、前記高圧窒素が、第2の窒素熱交換器434において、低温部窒素との内部熱交換を通じて、57.9bar、−77℃の低温状態に冷却されるステップ(ST420)と、前記高圧窒素の一部が膨張タービン436を経ながら、15.2bar、−129.3℃の低温、低圧ガスに変わるステップ(ST421)と、膨張タービン436に送られなかった窒素が、第1の窒素熱交換器433において、前記膨張タービン436で低温化された窒素と合わせられた低温部窒素により内部熱交換され、57.8bar、−134℃に冷却されるステップ(ST422)と、第3の窒素熱交換器435において、BOG凝縮器431を通過した低温部窒素と内部熱交換し、57.7bar、−137℃に冷却されるステップ(ST423)と、第3の窒素熱交換器435を通過した高圧の窒素が膨張弁437を通過しながら、14.6bar、−163.3℃の状態に減圧冷却されるステップ(ST424)と、低温低圧窒素がBOG凝縮器431でBOG再液化を行った後、14.5bar、−150.7℃の低温部窒素ガスに加熱されるステップ(ST425)と、前記低温部窒素ガスが、第3の窒素熱交換器435を通過しながら14.4bar、−140℃の状態に加熱されるステップ(ST426)と、前記第3の窒素熱交換器435を通過した低温部窒素ガスは、膨張タービン436により温度が低くなった窒素ガスと合わせられ、第1の窒素熱交換器433を通過しながら、14.3bar、−98.88℃に加熱されるステップ(ST427)と、第2の窒素熱交換器434を通過しながら、14.2bar、35.46℃に加熱されるステップ(ST428)とで構成されることを特徴とする。   Referring to FIGS. 12 and 13 attached hereto, in the BOG reliquefaction method generated by external heat transfer in the storage tank 410 of the cryogenic LNG carrier, first, the circulation of the BOG is performed at a set pressure. In step ST411, after the valve 411 is opened, the discharged BOG passes through the temperature controller 414, and the state of the inlets of the two-stage BOG compressors 415 and 416 is kept constant at 1.03 bar and −120 ° C. ), The BOG is compressed to 3.2 bar and −50.83 ° C. by two-stage BOG compressors 415 and 416, and a high temperature and high pressure overheating state (ST412) and three paths are formed. Passing the first nitrogen heat exchanger 433 of the precooling heat exchanger to lower the temperature to 3.1 bar and −130 ° C. (precooling) (ST413), the precooled BO Is reliquefied into a supercooled liquid at 3.0 bar and −154.7 ° C. in the BOG condenser 431 (ST414), and the reliquefied BOG is recovered in the storage tank 410 and stored. (ST418) and the circulation of nitrogen gas for supplying cold heat for re-liquefaction of the BOG is performed by using nitrogen gas at 14.2 bar and 35.46 ° C. in three stages of nitrogen compressors 421, 422, and 423. And the intermediate coolers 425, 426, and 427, the pressure is increased and the pressure is increased to 58 bar and 43 ° C. (ST419), and the high-pressure nitrogen is supplied to the second nitrogen heat exchanger 434. A step of cooling to a low temperature state of 57.9 bar and −77 ° C. through internal heat exchange with the low temperature part nitrogen (ST420), and a part of the high pressure nitrogen passes through the expansion turbine 436. , 15.2 bar, −129.3 ° C., the step of changing to a low temperature, low pressure gas (ST421), and the nitrogen that has not been sent to the expansion turbine 436 is cooled by the expansion turbine 436 in the first nitrogen heat exchanger 433. The internal heat exchange is performed by the low temperature nitrogen combined with the converted nitrogen, and the step is cooled to 57.8 bar and −134 ° C. (ST422), and the BOG condenser 431 is passed through the third nitrogen heat exchanger 435. The internal temperature is exchanged with the low-temperature portion nitrogen, and is cooled to 57.7 bar and −137 ° C. (ST423), while the high-pressure nitrogen that has passed through the third nitrogen heat exchanger 435 passes through the expansion valve 437, A step (ST424) in which the pressure is reduced to 14.6 bar and −163.3 ° C. under reduced pressure, and the low-temperature low-pressure nitrogen is BOG reliquefied by the BOG condenser 431. After that, the step of heating to a low temperature nitrogen gas of 14.5 bar and −150.7 ° C. (ST425) and the low temperature nitrogen gas passing through the third nitrogen heat exchanger 435, 14.4 bar, − The step of heating to a temperature of 140 ° C. (ST426), and the low-temperature part nitrogen gas that has passed through the third nitrogen heat exchanger 435 are combined with the nitrogen gas whose temperature has been lowered by the expansion turbine 436, and the first While passing through the nitrogen heat exchanger 433, the step of heating to 14.3 bar, −98.88 ° C. (ST427) and passing through the second nitrogen heat exchanger 434, 14.2 bar, 35.46 ° C. And the step of heating (ST428).

前記予冷されたBOGが、BOG凝縮器431で再液化されるステップ(ST414)の後は、再液化されたBOG中の不凝縮ガスが分離されるステップ(ST415)が加えられてもよく、再液化されたBOGは、循環ポンプ419により加圧されるステップ(ST416)により貯蔵タンク410に移送されてもよい。さらに、前記再液化されたBOGの一部は、再循環弁413を通じて温度調節器414を経て再循環され(ST417)、BOGが圧縮(ST412)される前のステップ、または、圧縮された後のステップに供給されて、BOGを予冷してもよい。   After the step of reliquefying the precooled BOG in the BOG condenser 431 (ST414), a step (ST415) of separating the non-condensable gas in the reliquefied BOG may be added. The liquefied BOG may be transferred to the storage tank 410 by the step of pressurization by the circulation pump 419 (ST416). Further, a part of the reliquefied BOG is recirculated through the temperature regulator 414 through the recirculation valve 413 (ST417), and the step before the BOG is compressed (ST412) or after being compressed. BOG may be supplied to the step to pre-cool the BOG.

前記各段階における圧力、温度等は、特定の数字で記載しているが、BOGの量、制御方法等により変更可能であることは言うまでもない。   The pressure, temperature, and the like at each stage are described with specific numbers, but it goes without saying that they can be changed depending on the amount of BOG, the control method, and the like.

このように構成されている本発明の第4実施例によると、以下の効果が得られる。   According to the fourth embodiment of the present invention configured as described above, the following effects can be obtained.

上記した第4実施例の構成からなる本発明は、BOGを、BOG凝縮器の前段において予冷過程を経させることにより、BOG発生量または温度変化があっても、凝縮器の入口におけるBOGの温度を、設定範囲内で一定に維持することができる長所がある。   In the present invention having the configuration of the fourth embodiment described above, the BOG is subjected to a pre-cooling process in the preceding stage of the BOG condenser, so that the temperature of the BOG at the inlet of the condenser is changed even if the amount of BOG generated or the temperature changes. Can be maintained constant within a set range.

また、この第4実施例の発明は、既存の窒素の逆ブレイトンサイクルを用いたBOG液化システムの膨張タービンを用いて窒素の温度を低くする場合、窒素の一部が液化することにより、膨張タービンのブレードを損傷させる問題が生じ得る従来技術の問題点を解決したものであって、この第4実施例の方法は、加圧された窒素の一部のみを抽出し、膨張タービン436を用いて膨張し、残りは、窒素の温度をさらに低くした後、膨張弁437を通じて温度を降下させることにより、液滴発生の恐れがなく、窒素の温度を低くすることができるという長所がある。また、前記膨張弁437に供給される窒素流量を変化させることにより、窒素サイクルの運転を多様に変化させることができ、BOGの動的変化、すなわち、負荷変化に容易かつ迅速に対応することができる。   In addition, when the temperature of the nitrogen is lowered by using the expansion turbine of the BOG liquefaction system using the existing reverse Brayton cycle of nitrogen, the invention of the fourth embodiment is caused by a part of the nitrogen being liquefied. The method of this fourth embodiment extracts only a portion of the pressurized nitrogen and uses an expansion turbine 436 to solve the problems of the prior art that can cause problems that could damage the blades of the turbine. The remaining portion is expanded, and the temperature of the nitrogen is further lowered, and then the temperature is lowered through the expansion valve 437. Thus, there is an advantage that the temperature of the nitrogen can be lowered without generating a droplet. Further, by changing the flow rate of nitrogen supplied to the expansion valve 437, it is possible to change the operation of the nitrogen cycle in various ways, and to easily and quickly respond to the dynamic change of the BOG, that is, the load change. it can.

また、この第4実施例の発明は、LNG運搬船の運航中に貯蔵されたLNGの損失無しに、貯蔵タンクの圧力を安定的に管理することができる。特に、簡単なコールドボックスモジュールの導入により、LNG BOG再液化装置の大きさを減らすことができ、窒素ガスの極低温領域を安定的に管理することができる。   Further, the invention of the fourth embodiment can stably manage the pressure of the storage tank without loss of LNG stored during operation of the LNG carrier. In particular, by introducing a simple cold box module, the size of the LNG BOG reliquefaction device can be reduced, and the cryogenic temperature region of nitrogen gas can be stably managed.

具体的には、窒素熱交換器435と膨張弁437の入口との間の連結パイプが短くなるので、膨張弁437の入口の状態や温度に敏感な影響を受ける膨張弁437の出口の極低温状態が安定化され得る。また、膨張弁437の出口とBOG凝縮器431との間の連結パイプが短くなるので、極低温窒素ガスの移送の際に発生する温度上昇を最小化させることができ、LNG BOG再液化装置において、低温部を構成する単位要素をコールドボックス430に集めて管理することにより、冷熱の損失も防止することができる。   Specifically, since the connecting pipe between the nitrogen heat exchanger 435 and the inlet of the expansion valve 437 is shortened, the cryogenic temperature at the outlet of the expansion valve 437 that is sensitive to the state and temperature of the inlet of the expansion valve 437. The state can be stabilized. Further, since the connecting pipe between the outlet of the expansion valve 437 and the BOG condenser 431 is shortened, the temperature rise generated when the cryogenic nitrogen gas is transferred can be minimized. In the LNG BOG reliquefaction apparatus, By collecting and managing the unit elements constituting the low temperature part in the cold box 430, it is possible to prevent the loss of cold.

従来技術によるLNG再液化装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the LNG reliquefaction apparatus by a prior art. 本発明の第1実施例によるLNG BOG再液化装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an LNG BOG reliquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。2 is a flowchart illustrating a method for reliquefying LNG BOG according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。2 is a flowchart illustrating a method for reliquefying LNG BOG according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施例によるLNG BOG再液化装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the LNG BOG reliquefaction apparatus by 2nd Example of this invention. 本発明の第2実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。3 is a flowchart illustrating a method for reliquefying LNG BOG according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。3 is a flowchart illustrating a method for reliquefying LNG BOG according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施例によるLNG BOG再液化装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the LNG BOG reliquefaction apparatus by 3rd Example of this invention. 本発明の第3実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。6 is a flowchart illustrating a method for reliquefying LNG BOG according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。6 is a flowchart illustrating a method for reliquefying LNG BOG according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施例によるLNG BOG再液化装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the LNG BOG reliquefaction apparatus by 4th Example of this invention. 本発明の第4実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。6 is a flowchart illustrating a LNG BOG reliquefaction method according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4実施例によるLNG BOG再液化方法を示す流れ図である。6 is a flowchart illustrating a LNG BOG reliquefaction method according to a fourth embodiment of the present invention.

Claims (15)

LNG貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたBOGを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたBOGを前記貯蔵タンクに戻すLNG BOG再液化装置において、
前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する第1の窒素熱交換器と、前記第1の窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する第1の膨張手段と、を備え、
前記第1の膨張手段で膨張した極低温低圧の窒素ガスは、前記凝縮器で冷熱を奪われた後、前記第1の窒素熱交換器を経て前記窒素加圧冷却手段に戻され、
前記窒素加圧冷却手段から前記第1の窒素熱交換器に供給される高圧窒素ガスの一部は、第2の膨張手段により膨張され、低温低圧の窒素ガスに冷却された後、前記凝縮器からの低圧窒素ガスと合わせられ、前記第1の窒素熱交換器に流入し、前記窒素加圧冷却手段に戻される
ことを特徴とするLNG BOG再液化装置。
A compressor for compressing vaporized vapor (BOG) generated in an LNG storage tank, a condenser for condensing BOG compressed by the compressor, and a nitrogen cycle device for supplying cold to the compressor, In the LNG BOG reliquefaction device for returning the BOG reliquefied by the condenser to the storage tank,
The nitrogen cycle apparatus includes a nitrogen pressure cooling means for pressurizing and cooling nitrogen, a first nitrogen heat exchanger for cooling high-pressure nitrogen gas that has passed through the nitrogen pressure cooling means, and the first nitrogen heat. A first expansion means for expanding the high-pressure nitrogen gas from the exchanger to generate a cryogenic low-pressure low-pressure nitrogen gas,
The cryogenic and low-pressure nitrogen gas expanded by the first expansion means is deprived of cold heat by the condenser, and then returned to the nitrogen pressure cooling means via the first nitrogen heat exchanger,
A part of the high-pressure nitrogen gas supplied from the nitrogen pressure cooling means to the first nitrogen heat exchanger is expanded by the second expansion means and cooled to a low-temperature low-pressure nitrogen gas, and then the condenser. The LNG BOG re-liquefaction apparatus, wherein the LNG BOG re-liquefaction apparatus is combined with the low-pressure nitrogen gas from the gas, flows into the first nitrogen heat exchanger, and returns to the nitrogen pressure cooling means.
前記圧縮機により圧縮されたBOGは、凝縮される前に予冷されることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   The LNG BOG reliquefaction apparatus according to claim 1, wherein the BOG compressed by the compressor is pre-cooled before being condensed. 前記窒素加圧冷却手段と前記第1の窒素熱交換器との間に第2の窒素熱交換器がさらに設けられ、前記第2の膨張手段に流入する高圧窒素ガスは、前記第2の窒素熱交換器で1次冷却されることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   A second nitrogen heat exchanger is further provided between the nitrogen pressure cooling means and the first nitrogen heat exchanger, and the high-pressure nitrogen gas flowing into the second expansion means is the second nitrogen The LNG BOG reliquefaction device according to claim 1, wherein the LNG BOG reliquefaction device is primarily cooled by a heat exchanger. 前記凝縮器で凝縮されたBOG中に部分的に含まれた不凝縮ガスは、不凝縮ガス分離器により分離された後、不凝縮ガスは、前記圧縮機により圧縮され、前記凝縮器に供給されるBOGと混合されることにより、前記凝縮器に供給されるBOGの温度を冷却させることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   After the non-condensable gas partially contained in the BOG condensed by the condenser is separated by the non-condensable gas separator, the non-condensable gas is compressed by the compressor and supplied to the condenser. 2. The LNG BOG reliquefaction device according to claim 1, wherein the temperature of the BOG supplied to the condenser is cooled by being mixed with the BOG. 前記不凝縮ガスは、ベンチュリ形ノズルにより前記凝縮器に供給されるBOGと混合されることを特徴とする請求項4に記載のLNG BOG再液化装置。   The LNG BOG reliquefaction apparatus according to claim 4, wherein the non-condensable gas is mixed with BOG supplied to the condenser by a venturi-type nozzle. 前記圧縮機により圧縮されたBOGは、凝縮される前に前記第1の窒素熱交換器で熱交換されて予冷されることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   2. The LNG BOG reliquefaction apparatus according to claim 1, wherein the BOG compressed by the compressor is heat-exchanged by the first nitrogen heat exchanger and precooled before being condensed. 前記第1の窒素熱交換器と前記第1の膨張手段との間に、前記第1の窒素熱交換器を通過した高圧窒素ガスをさらに冷却する第3の窒素熱交換器がさらに設けられることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   A third nitrogen heat exchanger for further cooling the high-pressure nitrogen gas that has passed through the first nitrogen heat exchanger is further provided between the first nitrogen heat exchanger and the first expansion means. The LNG BOG reliquefaction apparatus according to claim 1, wherein: 前記第1または第2の窒素膨張手段は、膨張弁または膨張タービンであることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   The LNG BOG reliquefaction apparatus according to claim 1, wherein the first or second nitrogen expansion means is an expansion valve or an expansion turbine. 前記膨張タービンには、発電機が設けられたことを特徴とする請求項8に記載のLNG BOG再液化装置。   The LNG BOG reliquefaction apparatus according to claim 8, wherein the expansion turbine is provided with a generator. 前記圧縮機に供給されるBOGに、前記再液化されたBOGまたはLNG貯蔵タンクからのLNGを供給し、前記凝縮器に供給するBOGの温度を冷却させることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   The BOG supplied to the compressor is supplied with the liquefied BOG or LNG from the LNG storage tank, and the temperature of the BOG supplied to the condenser is cooled. LNG BOG reliquefaction device. 前記圧縮機により圧縮されたBOGに、前記再液化されたBOGまたはLNG貯蔵タンクからのLNGを供給し、前記凝縮器に供給するBOGの温度を冷却させることを特徴とする請求項1に記載のLNG BOG再液化装置。   The BOG compressed by the compressor is supplied with the liquefied BOG or LNG from the LNG storage tank, and the temperature of the BOG supplied to the condenser is cooled. LNG BOG reliquefaction device. 前記圧縮機、窒素熱交換器、及び膨張手段を一つのモジュールで構成することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載のLNG BOG再液化装置。   The LNG BOG reliquefaction apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the compressor, the nitrogen heat exchanger, and the expansion means are configured as one module. 前記モジュールは断熱されることを特徴とする請求項12に記載のLNG BOG再液化装置。   The LNG BOG reliquefaction device according to claim 12, wherein the module is thermally insulated. 前記モジュールは、予備組立体として製造されることを特徴とする請求項12に記載のLNG BOG再液化装置。   The LNG BOG reliquefaction apparatus according to claim 12, wherein the module is manufactured as a preliminary assembly. LNG貯蔵タンクで発生する蒸発蒸気(BOG)を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮されたBOGを凝縮させるための凝縮器と、前記圧縮機に冷熱を供給する窒素サイクル装置とからなり、前記凝縮器により再液化されたBOGを前記貯蔵タンクに戻すLNG BOG再液化装置において、
前記窒素サイクル装置は、窒素を加圧及び冷却する窒素加圧冷却手段と、前記窒素加圧冷却手段を通過した高圧窒素ガスを冷却する窒素熱交換器と、前記窒素熱交換器からの高圧窒素ガスを膨張させ、極低温低圧の窒素ガスを生成する膨張手段と、を備え、
前記圧縮機、窒素熱交換器、及び膨張手段は、一つのモジュールで構成されることを特徴とするLNG BOG再液化装置。
A compressor for compressing vaporized vapor (BOG) generated in an LNG storage tank, a condenser for condensing BOG compressed by the compressor, and a nitrogen cycle device for supplying cold to the compressor, In the LNG BOG reliquefaction device for returning the BOG reliquefied by the condenser to the storage tank,
The nitrogen cycle apparatus includes a nitrogen pressure cooling unit that pressurizes and cools nitrogen, a nitrogen heat exchanger that cools high-pressure nitrogen gas that has passed through the nitrogen pressure cooling unit, and high-pressure nitrogen from the nitrogen heat exchanger. Expansion means for expanding the gas and generating nitrogen gas at a low temperature and low pressure,
The LNG BOG reliquefaction apparatus, wherein the compressor, the nitrogen heat exchanger, and the expansion means are configured as one module.
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