JP2014118047A - Lng船の蒸気ライン - Google Patents

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Abstract

【課題】マニューバリング領域でもボイラにおいて天然ガスの専焼を行うことができるLNG船の蒸気ラインを提供する。
【解決手段】主機用蒸気タービン12の負荷が所定値以下の場合において、ボイラ11は主機用蒸気タービンが要求する蒸気量より多い蒸気量を常に生成することを特徴とする。そのため、LNG船の蒸気ライン1は、主蒸気管2と、ダンプ蒸気管3と、を備えている。主機用蒸気タービン12の負荷を上げる負荷上げ要求があった場合には、流量調節弁46が閉方向に操作され、ダンプ蒸気管3を通過する蒸気の流量が瞬時に減少させられて、その分、主機用蒸気管2を介して主機用蒸気タービン12に導かれる蒸気の流量が瞬時に増加させられることになる。
【選択図】図1

Description

本発明は、LNG船(液化天然ガス運搬船)に搭載されたLNGタンクに貯蔵された液化天然ガスあるいはLNGタンクで自然発生したボイルオフガス等を燃料とするボイラにて発生した蒸気を主復水器(main condenser)に導くLNG船の蒸気ラインに関するものである。
LNG船に搭載されたLNGタンクに貯蔵された液化天然ガスあるいはLNGタンクで自然発生したボイルオフガスを燃料とするボイラにて発生した蒸気を主復水器に導くLNG船の蒸気ラインとしては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
特開2003−227608号公報
ここで、上記特許文献1に開示されたLNG船では、コンプレッサ14からボイラ16までの距離が遠く、供給ライン23,25が長くなり、タービン19の負荷が変動したときのボイラ16に供給される天然ガスの追従性(応答性)が悪いとの理由で、ナビゲーション・フル・アヘッド(Navigation Full Ahead:航海(常用)速力での前進全速)で航海しているときにのみ、ボイラにおいてガスの専焼が行われ、それ以外のマニューバリング領域と呼ばれる、マニューバリング・フル・アヘッド(Maneuvering Full Ahead:港内速力での前進全速)、ハーフ・アヘッド(Half Ahead:港内速力での前進半速)、スロー・アヘッド(Slow Ahead:港内速力での前進微速)、デッド・スロー・アヘッド(Dead Slow Ahead:港内速力での前進最微速)、デッド・スロー・アスターン(Dead Slow Astern:後進最微速)、スロー・アスターン(Slow Astern:後進微速)、ハーフ・アスターン(Half Astern:後進半速)、フル・アスターン(Full Astern:後進全速)で航海しているときには、ボイラにおいて燃料油(C重油や軽油等)の専焼、あるいは燃料油と天然ガスとの混焼が行われていた。
しかしながら、近年、環境保全の観点から船舶燃料中(特に重油)の硫黄に対するIMOによる規制が強まっており、重油の使用は近い将来には制限が掛かり、低硫黄分の軽油も高額であるため、運航採算を大きく悪化させることが懸念されている。この背景からマニュバリング領域でも天然ガスの専焼が求められている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、マニューバリング領域でもボイラにおいて天然ガスの専焼を行うことができるLNG船の蒸気ラインを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るLNG船の蒸気ラインは、LNG船に搭載されたLNGタンクに貯蔵された液化天然ガスあるいは前記LNGタンクで自然発生したボイルオフガスを燃料とするボイラにて発生した蒸気を主復水器に導くLNG船の蒸気ラインであって、前記ボイラにて発生した蒸気を主機用蒸気タービンに導き、前記主機用蒸気タービンにて仕事を終えた蒸気を主復水器に導く主機用蒸気管と、前記ボイラと前記主機用蒸気タービンとの間に位置する前記主機用蒸気管の途中と、前記主機用蒸気タービンと前記主復水器との間に位置する前記主機用蒸気管の途中とを連通し、前記ボイラにて発生した蒸気を、前記主機用蒸気タービンを迂回して前記主復水器に導くダンプ蒸気管と、前記ダンプ蒸気管を通過する蒸気の流量を調節する流量調節弁と、を備え、前記主機用蒸気タービンの負荷が所定値以下の場合において、前記ボイラは前記主機用蒸気タービンが要求する蒸気量より多い蒸気量を常に生成することを特徴とする。
本発明に係るLNG船の蒸気ラインによれば、主機用蒸気タービンの負荷を上げる負荷上げ要求があった場合には、流量調節弁が閉方向に操作され、ダンプ蒸気管を通過する蒸気の流量が瞬時に減少させられて、その分、主機用蒸気管を介して主機用蒸気タービンに導かれる蒸気の流量、すなわち、主機用蒸気タービンが要求する蒸気量が瞬時に増加させられることになる。一方、主機用蒸気タービンの負荷を下げる負荷下げ要求があった場合には、流量調節弁が開方向に操作され、ダンプ蒸気管を通過する蒸気の流量が瞬時に増加させられて、その分、主機用蒸気管を介して主機用蒸気タービンに導かれる蒸気の流量、すなわち、主機用蒸気タービンが要求する蒸気量が瞬時に減少させられることになる。
これにより、マニューバリング領域でもボイラにおいて天然ガスの専焼を行うことができる。
上記LNG船の蒸気ラインにおいて、前記ボイラで発生するトータルの蒸気量が一定となるように設定されているとさらに好適である。
このようなLNG船の蒸気ラインによれば、ボイラにおいて、主機用蒸気タービンが要求する蒸気量よりも多い、一定の蒸気量が発生するよう、主機用蒸気タービンに一定流量の天然ガス(燃料)が供給されることになる。
これにより、主機用蒸気タービンの負荷に応じて天然ガスの流量を増減させる必要がなくなり、天然ガスの流量を増減させる機構(構成)を不要とすることができて、設備コストおよびランニングコストを削減することができる。
本発明に係るLNG船は、上記いずれかのLNG船の蒸気ラインを具備している。
本発明に係るLNG船によれば、マニューバリング領域でもボイラにおいて天然ガスの専焼を行いたいとのユーザーの要求に応えることができる。
本発明に係るLNG船の運用方法は、LNG船に搭載されたLNGタンクに貯蔵された液化天然ガスあるいは前記LNGタンクで自然発生したボイルオフガスを燃料としてボイラにて蒸気を生成する工程と、前記蒸気を主機用蒸気タービンに導き、前記主機用蒸気タービンにて仕事を終えた蒸気を主復水器に導く工程と、前記蒸気が前記主機用蒸気タービンを迂回し、前記主復水器に導かれる工程と、前記主機用蒸気タービンを迂回し、前記復水器に導かれる前記蒸気の流量を調節する工程と、を備えたLNG船の運用方法であって、前記主機用蒸気タービンの負荷が所定値以下の場合において、前記ボイラは前記主機用蒸気タービンが要求する蒸気量より多い蒸気量を常に生成するようにした。
本発明に係るLNG船の運用方法によれば、主機用蒸気タービンの負荷を上げる負荷上げ要求があった場合には、流量調節弁が閉方向に操作され、ダンプ蒸気管を通過する蒸気の流量が瞬時に減少させられて、その分、主機用蒸気管を介して主機用蒸気タービンに導かれる蒸気の流量、すなわち、主機用蒸気タービンが要求する蒸気量が瞬時に増加させられることになる。一方、主機用蒸気タービンの負荷を下げる負荷下げ要求があった場合には、流量調節弁が開方向に操作され、ダンプ蒸気管を通過する蒸気の流量が瞬時に増加させられて、その分、主機用蒸気管を介して主機用蒸気タービンに導かれる蒸気の流量、すなわち、主機用蒸気タービンが要求する蒸気量が瞬時に減少させられることになる。
これにより、マニューバリング領域でもボイラにおいて天然ガスの専焼を行うことができる。
上記LNG船の運用方法において、前記ボイラで一定の蒸気量が発生するようにするとさらに好適である。
このようなLNG船の運用方法によれば、ボイラにおいて、主機用蒸気タービンが要求する蒸気量よりも多い、一定の蒸気量が発生するよう、主機用蒸気タービンに一定流量の天然ガス(燃料)が供給されることになる。
これにより、主機用蒸気タービンの負荷に応じて天然ガスの流量を増減させる必要がなくなり、天然ガスの流量を増減させる機構(構成)を不要とすることができて、設備コストおよびランニングコストを削減することができる。
本発明に係るLNG船の蒸気ラインよれば、マニューバリング領域でもボイラにおいて天然ガスの専焼を行うことができるという効果を奏する。
本発明の第1実施形態に係るLNG船の蒸気ラインの概略を示す系統図である。 本発明の第1実施形態に係るトータルの蒸気量、蒸気タービンが要求する蒸気量、ボイラの圧力、および天然ガス(燃料)流量と、時間との関係、従来に係る蒸気タービンが要求する蒸気量、ボイラの圧力、および天然ガス(燃料)流量と、時間との関係を示す図表である。 本発明の第1実施形態および第2実施形態に係るトータルの蒸気量および蒸気タービンが要求する蒸気量と、蒸気タービンの負荷との関係を示す図表である。 本発明の第3実施形態に係るLNG船の蒸気ラインの概略を示す系統図である。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係るLNG船の蒸気ラインについて、図1および図2を参照しながら説明する。
本実施形態に係るLNG船の蒸気ライン(以下、「蒸気ライン」という。)1は、主蒸気管(主機用蒸気管)2と、ダンプ蒸気管(バイパス蒸気管)3と、を備えている。
主蒸気管2は、ボイラ11にて発生した蒸気を(主機用)蒸気タービン12に導き、蒸気タービン12にて仕事を終えた蒸気を主復水器13に導く配管である。
蒸気タービン12は、プロペラ31を前進方向に回転させる高圧タービン32および低圧タービン33と、プロペラ31を後進方向に回転させる後進タービン34と、を備えている。プロペラ31を前進方向に回転させる際、ボイラ11にて発生した蒸気は、高圧タービン32、低圧タービン33を通って主復水器13に至り、プロペラ31を後進方向に回転させる際、ボイラ11にて発生した蒸気は、後進タービン34を通って主復水器13に至る。
なお、図1中の符号21は、主復水器13にて復水した水をボイラ11に導く給水管であり、主蒸気管2と給水管21とで、循環ライン(循環経路)22が形成されている。
また、図1中の符号35は、蒸気タービン12の回転をプロペラ31に伝達する減速機を示している。
ダンプ蒸気管3は、ボイラ11と蒸気タービン12との間に位置する主蒸気管2、より詳しくは、第3の蒸気管43が第1の蒸気管41から分岐する分岐点45よりも上流側に位置する主蒸気管2の途中と、第4の蒸気管44の途中とを連通し、ボイラ11にて発生した蒸気を、蒸気タービン12を通さずに主復水器13に直接導く配管である。ダンプ蒸気管3の途中には、当該ダンプ蒸気管3を通過する蒸気の流量を調節する流量調節弁46が設けられている。
さて、図3に一点鎖線で示すように、本実施形態では、蒸気タービン12の負荷が0%〜50%、具体的には、マニューバリング・フル・アヘッド、ハーフ・アヘッド、スロー・アヘッド、デッド・スロー・アヘッド、デッド・スロー・アスターン、スロー・アスターン、ハーフ・アスターン、フル・アスターンで航海する際、ボイラ11で発生するトータルの蒸気量(蒸気タービン12が要求する蒸気量(主蒸気管2を通過する蒸気量)と、図2に斜線で示す余剰分の蒸気量(ダンプ蒸気管3を通過する蒸気量)との合計である総蒸気量)が、蒸気タービン12が要求する蒸気量よりも多い、一定の蒸気量となるように設定されている。
すなわち、図2に実線で示すように、ボイラ11において、蒸気タービン12が要求する蒸気量よりも多い、一定の蒸気量が発生するよう、ボイラ11には、一定流量の天然ガス(燃料)が供給されている。
そして、本実施形態に係る蒸気ライン1を備えたLNG船で、ボイラ11において天然ガスの専焼が行われている場合であって、かつ、蒸気タービン12の負荷を上げる負荷上げ要求、例えば、スロー・アヘッドでの航海からハーフ・アヘッドでの航海に移行する負荷上げ要求があった場合には、流量調節弁46の開度が絞られ、ダンプ蒸気管3を通過する蒸気の流量が瞬時に減少させられて、その分、第1の蒸気管41、第2の蒸気管42、および第4の蒸気管44を通過する蒸気の流量、すなわち、蒸気タービン12が要求する蒸気量が瞬時に増加させられることになる。言い換えれば、本実施形態に係る蒸気ライン1を備えたLNG船では、ボイラ11において天然ガスの専焼が行われているにもかかわらず、蒸気タービン12の負荷変動に即応して、蒸気タービン12が要求する蒸気量が増加させられることになる。
これに対して、図2中の一点鎖線は、ダンプ蒸気管3および流量調節弁46を備えていない従来の蒸気ラインを備えたLNG船における蒸気タービンが要求する蒸気量、ボイラの圧力、および天然ガス(燃料)流量と、時間との関係を示す図表である。図2中の一点鎖線で示すように、従来の蒸気ラインを備えたLNG船で、ボイラにおいて天然ガスの専焼が行われている場合であって、かつ、蒸気タービンの負荷を上げる負荷上げ要求があった場合には、まずボイラの圧力が下がり始め、つづいて蒸気タービンが要求する蒸気量が増加し始めて、その後、ボイラに供給される天然ガス(燃料)の流量が増加し始めることになる。すなわち、従来の蒸気ラインを備えたLNG船で、ボイラにおいて天然ガスの専焼が行われている場合であって、かつ、蒸気タービンの負荷を上げる負荷上げ要求があった場合には、蒸気タービンが要求する蒸気量が徐々に増加していくことになる。そのため、従来の蒸気ラインを備えたLNG船では、ボイラにおいて天然ガスの専焼が行われている場合の、蒸気タービンの負荷が変動したときのボイラに供給される天然ガスの追従性(応答性)が悪かった。
本実施形態に係る蒸気ライン1および本実施形態に係るLNG船の運用方法によれば、蒸気タービン12の負荷を上げる負荷上げ要求があった場合には、流量調節弁46が閉方向に操作され、ダンプ蒸気管3を通過する蒸気の流量が瞬時に減少させられて、その分、主蒸気管2を介して蒸気タービン12に導かれる蒸気の流量、すなわち、蒸気タービン12が要求する蒸気量が瞬時に増加させられることになる。一方、蒸気タービン12の負荷を下げる負荷下げ要求があった場合には、流量調節弁46が開方向に操作され、ダンプ蒸気管3を通過する蒸気の流量が瞬時に増加させられて、その分、主蒸気管2を介して蒸気タービン12に導かれる蒸気の流量、すなわち、蒸気タービン12が要求する蒸気量が瞬時に減少させられることになる。
これにより、マニューバリング領域でもボイラ11において天然ガスの専焼を行うことができる。
また、本実施形態に係る蒸気ライン1および本実施形態に係るLNG船の運用方法によれば、ボイラ11において、蒸気タービン12が要求する蒸気量よりも多い、一定の蒸気量が発生するよう、蒸気タービン12に一定流量の天然ガス(燃料)が供給されることになる。
これにより、蒸気タービン12の負荷に応じて天然ガスの流量を増減させる必要がなくなり、天然ガスの流量を増減させる機構(構成)を不要とすることができて、設備コストおよびランニングコストを削減することができる。
〔第2実施形態〕
本発明の第2実施形態に係る蒸気ラインについて、図3を参照しながら説明する。
図3に斜線で示すように、本実施形態に係る蒸気ラインでは、蒸気タービン12の負荷が0%〜50%、具体的には、マニューバリング・フル・アヘッドハーフ・アヘッド、スロー・アヘッド、デッド・スロー・アヘッド、デッド・スロー・アスターン、スロー・アスターン、ハーフ・アスターン、フル・アスターンで航海する際の、余剰分の蒸気量(ダンプ蒸気管3を通過する蒸気量)が、第1実施形態のところで説明した余剰分の蒸気量の(約)半分に設定されているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。
本実施形態に係る蒸気ラインおよび本実施形態に係るLNG船の運用方法によれば、蒸気タービン12の負荷を上げる負荷上げ要求があった場合には、流量調節弁46が閉方向に操作され、ダンプ蒸気管3を通過する蒸気の流量が瞬時に減少させられて、その分、主蒸気管2を介して蒸気タービン12に導かれる蒸気の流量、すなわち、蒸気タービン12が要求する蒸気量が瞬時に増加させられることになる。一方、蒸気タービン12の負荷を下げる負荷下げ要求があった場合には、流量調節弁46が開方向に操作され、ダンプ蒸気管3を通過する蒸気の流量が瞬時に増加させられて、その分、主蒸気管2を介して蒸気タービン12に導かれる蒸気の流量、すなわち、蒸気タービン12が要求する蒸気量が瞬時に減少させられることになる。
これにより、マニューバリング領域でもボイラ11において天然ガスの専焼を行うことができる。
また、本実施形態に係る蒸気ラインおよび本実施形態に係るLNG船の運用方法によれば、余剰分の蒸気量が、第1実施形態のところで説明した余剰分の蒸気量の(約)半分ですみ、無駄に捨てられる蒸気量を少なくすることができて、燃料費の削減を図ることができる。
〔第3実施形態〕
本発明の第3実施形態に係る蒸気ラインについて、図4を参照しながら説明する。
図4に示すように、本実施形態に係る蒸気ライン51は、主蒸気管2およびダンプ蒸気管3の他に、発電機用蒸気管52を備えているという点で上述した実施形態のものと異なる。
なお、上述した実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、ここではそれら部材についての説明は省略する。
発電機用蒸気管52は、ボイラ11と蒸気タービン12との間に位置する主蒸気管2、より詳しくは、第3の蒸気管43が第1の蒸気管41から分岐する分岐点45よりも上流側に位置する主蒸気管2の途中と、第4の蒸気管44の途中とを連通し、ボイラ11にて発生した蒸気を、蒸気タービン12を通さずに主復水器13に直接導く配管である。発電機用蒸気管52の途中には、発電機53を回転駆動する発電機用蒸気タービン54が設けられている。
本実施形態に係る蒸気ライン51の作用効果は、上述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、上述した実施形態では、マニューバリング領域を、マニューバリング・フル・アヘッド、ハーフ・アヘッド、スロー・アヘッド、デッド・スロー・アヘッド、デッド・スロー・アスターン、スロー・アスターン、ハーフ・アスターン、フル・アスターンで航海しているときと定義したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハーフ・アヘッド、スロー・アヘッド、デッド・スロー・アヘッド、デッド・スロー・アスターン、スロー・アスターン、ハーフ・アスターン、フル・アスターンで航海しているとき等と定義してもよい。
また、上述した実施形態では、蒸気タービン12の負荷が0%〜50%のとき、ボイラ11で発生するトータルの蒸気量が、蒸気タービン12が要求する蒸気量よりも多い、一定の蒸気量となるように設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、蒸気タービン12の負荷が0%〜40%のときや、蒸気タービン12の負荷が0%〜60%のとき等としてもよい。
さらに、上述した第2実施形態では、蒸気タービン12の負荷が0%〜50%のとき、余剰分の蒸気量が、第1実施形態のところで説明した余剰分の蒸気量の(約)半分になるように設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、余剰分の蒸気量が、第1実施形態のところで説明した余剰分の蒸気量の四分の一、三分の一、三分の二、四分の三等になるように設定してもよい。
さらにまた、上述した実施形態において、LNG船が停泊しているとき、すなわち、蒸気タービン12に導かれる蒸気量が0(ゼロ)で、ボイラ11にて発生した蒸気が、ダンプ蒸気管3および発電機用蒸気管52のみを通過するときには、発電機用蒸気タービン54の負荷が変動しても、発電機用蒸気タービン54への蒸気量をゆっくりと増減させ、LNG船が航海しているときには、蒸気タービン12の負荷変動に即応して、蒸気タービン12への蒸気量を増減させるよう、LNG船が停泊しているときと航海しているときとでPIDモードの定数を変えるようにしてもよい。
さらにまた、LNG船が負荷の低い、例えば、スロー・アヘッド、デッド・スロー・アヘッド、デッド・スロー・アスターン、スロー・アスターン、ハーフ・アスターン、フル・アスターンで航海しているときには、蒸気タービン12の負荷変動に即応して、蒸気タービン12への蒸気量を増減させ、マニューバリング・フル・アヘッド、ハーフ・アヘッドで航海しているときには、蒸気タービン12の負荷が変動しても、蒸気タービン12への蒸気量をゆっくりと増減させるよう、出入港時とそれ以外のときとでPIDモードの定数を変えるようにしてもよい。
ここで、出入港時のような負荷変動が頻繁に発生する際には、早い制御速度が要求され、さらには負荷変動を賄うためのある一定の蒸気量を保持する必要がある。
これに対して、LNG船が停泊している等の負荷変動が極力少ない場合には、PIDモードの定数を変化させる、つまり制御速度を遅くすることにより、保持する蒸気量を負荷変動が比較的激しい場合に比べて、減少させることができ、最終的に使用燃料の削減につながる。
1 蒸気ライン(LNG船の蒸気ライン)
2 (主機用)蒸気管
3 ダンプ蒸気管
11 ボイラ
12 (主機用)蒸気タービン
13 主復水器
46 流量調節弁
51 蒸気ライン(LNG船の蒸気ライン)

Claims (5)

  1. LNG船に搭載されたLNGタンクに貯蔵された液化天然ガスあるいは前記LNGタンクで自然発生したボイルオフガスを燃料とするボイラにて発生した蒸気を主復水器に導くLNG船の蒸気ラインであって、
    前記ボイラにて発生した蒸気を主機用蒸気タービンに導き、前記主機用蒸気タービンにて仕事を終えた蒸気を主復水器に導く主機用蒸気管と、
    前記ボイラと前記主機用蒸気タービンとの間に位置する前記主機用蒸気管の途中と、前記主機用蒸気タービンと前記主復水器との間に位置する前記主機用蒸気管の途中とを連通し、前記ボイラにて発生した蒸気を、前記主機用蒸気タービンを迂回して前記主復水器に導くダンプ蒸気管と、
    前記ダンプ蒸気管を通過する蒸気の流量を調節する流量調節弁と、を備え、
    前記主機用蒸気タービンの負荷が所定値以下の場合において、前記ボイラは前記主機用蒸気タービンが要求する蒸気量より多い蒸気量を常に生成することを特徴とするLNG船の蒸気ライン。
  2. 前記ボイラで発生するトータルの蒸気量が一定となるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載のLNG船の蒸気ライン。
  3. 請求項1または2に記載のLNG船の蒸気ラインを具備していることを特徴とするLNG船。
  4. LNG船に搭載されたLNGタンクに貯蔵された液化天然ガスあるいは前記LNGタンクで自然発生したボイルオフガスを燃料としてボイラにて蒸気を生成する工程と、
    前記蒸気を主機用蒸気タービンに導き、前記主機用蒸気タービンにて仕事を終えた蒸気を主復水器に導く工程と、
    前記蒸気が前記主機用蒸気タービンを迂回し、前記主復水器に導かれる工程と、
    前記主機用蒸気タービンを迂回し、前記復水器に導かれる前記蒸気の流量を調節する工程と、を備えたLNG船の運用方法であって、
    前記主機用蒸気タービンの負荷が所定値以下の場合において、前記ボイラは前記主機用蒸気タービンが要求する蒸気量より多い蒸気量を常に生成することを特徴とするLNG船の運用方法。
  5. 前記ボイラで一定の蒸気量が発生するようにしたことを特徴とする請求項4に記載のLNG船の運用方法。
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