JP2014151820A - 液化石油ガス運搬船、再液化装置、ボイルオフガスの再液化方法 - Google Patents

液化石油ガス運搬船、再液化装置、ボイルオフガスの再液化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液化石油ガス運搬船において、低コストで、ボイルオフガスの再液化効率を高めることのできる再液化装置、ボイルオフガスの再液化方法を提供する。
【解決手段】再液化ユニット21Aの管路25Aにおいては、凝縮器23Aおよび凝縮器30において、カーゴタンク10から取り出したボイルオフガスGを2段階に冷却し凝縮する。このとき、凝縮器30においては、カーゴタンク10に貯蔵されていた低温のLPG(L)を冷媒として用いる。
【選択図】図1

Description

本発明は、液化石油ガス運搬船、再液化装置、ボイルオフガスの再液化方法に関するものである。
液化石油ガス(液化プロパンガスを主に含む液化石油ガス:LPG)を運搬するLPG運搬船においては、LPGをカーゴタンク内に貯蔵している。運搬中、カーゴタンクに対する外部からの侵入熱によって、カーゴタンク内のLPGの一部が気化し、いわゆるボイルオフガスとなり、そのまま放置すればカーゴタンクの圧力が上昇し続けて安全弁作動に至る。このため、LPG運搬船は、ボイルオフガスを再液化する再液化装置を備えている。
図3に示すように、LPG運搬船に備えられた再液化装置1は、カーゴタンク2内の上部から抜き出したボイルオフガスを、圧縮機3で圧縮することによって高温高圧のガスとする。この高温高圧ガスを、凝縮器4で海水等の冷媒と熱交換させることによって凝縮した後、膨張弁5で断熱膨張させることによって低温低圧の気液混合状態でカーゴタンク2に戻すようになっている。
ところで、カーゴタンク2内のLPGには、プロパン以外に、ブタン、エタンが混在することがある。ここで、プロパンの沸点(−42℃/大気圧)よりもエタンの沸点(−89℃/大気圧)が低いため、エタンのモル分率については液相中のものよりも気相中のものが大きくなる。具体的には、例えば、カーゴタンク2内の液相には、プロパン96.5%の他に、エタン2.5%、ブタン1%が混在し、気相には、プロパン85.4%の他に、エタン14.4%、ブタン0.2%が混在している。
カーゴタンク2内の、エタンを多く含むボイルオフガスを再液化させようとすると、凝縮に要する圧力が高くなる。すると、圧縮機3、凝縮器4、膨張弁5に高い耐圧性能が必要となり、設備コストの大幅な上昇につながる。
そこで、特許文献1には、図3に示したのと同様の、圧縮機で圧縮したボイルオフガスを第1の凝縮器で凝縮させ、膨張弁を経て再液化する構成に加え、さらに、第1の凝縮器内の気相からガスを取り出し、このガスを第2の凝縮器において凝縮し、膨張弁を経て再液化する構成が開示されている。ここで、第2の凝縮器においては、第1の凝縮器よりもガスを低温に冷却する必要があることから、海水等の冷媒を冷却する冷凍機や、第2の圧縮機が備えられている。
特開2011−157979号公報
しかしながら、特許文献1に記載の構成においては、第2の凝縮器に加え、冷凍機または第2の圧縮機が必要となり、これらの設備コストがかかる。さらに、冷凍機で冷媒を冷却するための熱源や、第2の圧縮機を駆動するためのエネルギーが必要となり、エネルギーコストがかかる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、より低コストで、ボイルオフガスの再液化効率を高めることのできる液化石油ガス運搬船、再液化装置、ボイルオフガスの再液化方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の液化石油ガス(LPG)運搬船は、液化石油ガスを貯留するカーゴタンクと、前記カーゴタンク内で発生したボイルオフガスを前記カーゴタンクから取り出し、前記ボイルオフガスを再液化して前記カーゴタンクに戻す再液化装置と、を備え、前記再液化装置は、前記カーゴタンクから取り出した前記ボイルオフガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記ボイルオフガスを凝縮させる凝縮器と、前記カーゴタンク内の液相から取り出したLPGにより、前記ボイルオフガスを冷却するボイルオフガス冷却部と、前記凝縮器で凝縮された前記ボイルオフガスを断熱膨張させる膨張弁と、を備えることを特徴とする。
ボイルオフガス冷却部にて、カーゴタンク内の液相から取り出したLPGによりボイルオフガスを冷却することによって、圧縮機における圧縮能力や凝縮器における凝縮能力を高めることなく、エタンを多く含んだボイルオフガスを再液化することができる。
ここで、ボイルオフガス冷却部は、圧縮機と凝縮器との間に設置する。
前記ボイルオフガス冷却部は、前記ボイルオフガスを、前記LPGとの熱交換によって凝縮させる第二の凝縮器により構成することができる。
これにより、再液化装置は、凝縮器と、第二の凝縮器とで、二段階にボイルオフガスを冷却し凝縮する。
前記ボイルオフガス冷却部は、前記ボイルオフガスに、前記カーゴ液を噴霧するようにしてもよい。
これにより、ボイルオフガスが冷却されると共に、LPG中のエタンのモル分率はボイルオフガス中のエタンのモル分率よりも低いため、LPGと混合されたボイルオフガスは、エタンのモル分率が下がり、再液化装置における負荷が下がる。
また、本発明は、LPGを貯留したカーゴタンク内で発生したボイルオフガスを前記カーゴタンクから取り出し、前記ボイルオフガスを再液化して前記カーゴタンクに戻す再液化装置であって、前記カーゴタンクから取り出した前記ボイルオフガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記ボイルオフガスを凝縮させる凝縮器と、前記カーゴタンク内の液相から取り出したLPGにより、前記ボイルオフガスを冷却するボイルオフガス冷却部と、前記凝縮器で凝縮された前記ボイルオフガスを断熱膨張させる膨張弁と、を備えることを特徴とすることもできる。
本発明は、LPGを貯留したカーゴタンク内で発生したボイルオフガスを前記カーゴタンクから取り出し、前記ボイルオフガスを圧縮する工程と、圧縮された前記ボイルオフガスを凝縮させる工程と、前記カーゴタンク内の液相から取り出したLPGにより、前記ボイルオフガスを冷却する工程と、凝縮された前記ボイルオフガスを断熱膨張させ、前記カーゴタンク内に戻す工程と、を備えることを特徴とするボイルオフガスの再液化方法とすることもできる。
カーゴタンク内の液相から取り出したLPGによりボイルオフガスを冷却することによって、圧縮機における圧縮能力や凝縮器における凝縮能力を高めることなく、エタンを多く含んだボイルオフガスを再液化することができる。これにより、低コストで、ボイルオフガスの再液化効率を高めることが可能となる。
本発明の液化石油ガス運搬船の第1実施形態の構成を示す図である。 本発明の液化石油ガス運搬船の第2実施形態の構成を示す図である。 従来の液化石油ガス運搬船の構成を示す図である。
以下に、本発明に係る液化石油ガス運搬船、再液化装置、ボイルオフガスの再液化方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第1実施形態〕
図1に示すように、第1実施形態に係る液化石油ガス運搬船は、船体内に設置され、LPGが貯蔵されたカーゴタンク10と、このカーゴタンク10内のボイルオフガスを再液化する再液化装置20Aと、を備えている。
カーゴタンク10内には、LPG(L)が例えば−48℃といった温度で液状態とされて貯蔵されている。このLPG(L)には、プロパンが94%を占めるほか、エタンが5%、ブタンが1%程度混在している。また、カーゴタンク10の上部には、外部からの侵入熱によってLPG(L)が気化したボイルオフガス(G)が存在している。このボイルオフガス(G)には、例えば、プロパン73.5%の他、エタン26.3%、ブタン0.2%程度が混在している。
なお、このLPG(L)、ボイルオフガス(G)の組成や、以下に示す圧力や温度等は、カーゴタンク10の貯蔵温度、LPGの産地等によって変動し得るものであり、上記に示した数値はあくまでも一例である。
再液化装置20Aは、2組の再液化ユニット21A,21Bを用いて構成されている。
再液化ユニット21A,21Bのそれぞれは、圧縮機22と、凝縮器23と、膨張弁24と、を管路25に沿って順に備えている。ここで、区別のため、圧縮機22、凝縮器23、膨張弁24、管路25は、再液化ユニット21Aを構成するものについては、圧縮機22A、凝縮器23A、膨張弁24A、管路25Aと示し、再液化ユニット21Bを構成するものについては、圧縮機22B、凝縮器23B、膨張弁24B、管路25Bと示す。
そして、一方の再液化ユニット21Aと他方の再液化ユニット21Bは、凝縮器(ボイルオフガス冷却部、第二の凝縮器)30において管路25Aと管路25Bが交差し、互いに熱交換するようになっている。この凝縮器30は、再液化ユニット21Aの管路25Aにおいては、凝縮器23Aの出口側に配置され、再液化ユニット21Bの管路25Bのおいては、圧縮機22Bの入口側に配置されている。
ここで、一方の再液化ユニット21Aは、管路25Aにおける圧縮機22Aの吸入側の端部25Pが、カーゴタンク10内の上部に連通して設けられている。
これにより、圧縮機22Aが駆動されると、圧縮機22Aでは、カーゴタンク10内のボイルオフガス(G)を取り出して圧縮する。
また、再液化ユニット21Aの凝縮器23Aは、圧縮機22Aで圧縮されたボイルオフガス(G)を冷媒と熱交換することで凝縮させる。ここで、凝縮器23Aにおいては、冷媒として、図示しないポンプでくみ上げた海水を用いるものとする。上記に示したように、ボイルオフガス(G)にエタンが多く含まれる場合、凝縮器23Aではボイルオフガス(G)が凝縮しないため、凝縮器23Aは冷媒でボイルオフガス(G)を冷却する冷却器として働く。
凝縮器23Aの出口側に配置された凝縮器30においては、再液化ユニット21Bの管路25B内の冷媒と熱交換することで、ボイルオフガス(G)をさらに凝縮する。ボイルオフガス(G)にエタンが多く含まれる場合、凝縮器23Aにて冷却されたボイルオフガス(G)が凝縮器30にて凝縮する。このように再液化ユニット21Aの管路25Aにおいては、凝縮器23Aと凝縮器30とが2段に直列に設けられている。
膨張弁24Aにおいては、凝縮器23A、凝縮器30を経たボイルオフガス(G)の凝縮液を断熱膨張させる。
他方の再液化ユニット21Bは、管路25Bにおける圧縮機22Bの吸入側の端部25gが、カーゴタンク10のカーゴ液L内に浸漬されて設けられたポンプ31に接続されている。ポンプ31および圧縮機22Bが駆動されることにより、カーゴタンク10内のLPG(L)が管路25Bに吸い上げられ、凝縮器30で再液化ユニット21Aの管路25A内のボイルオフガス(G)と熱交換する。このとき、管路25Bを流れるLPG(L)は、例えば−40℃であり、凝縮器30においては、このLPG(L)との熱交換によって、管路25Aのボイルオフガス(G)が冷却される。
圧縮機22Bは、管路25Bにおいて、凝縮器30にて冷媒として使用したLPG(L)の蒸発によって発生したガス(G’)を圧縮する。
凝縮器23Bは、圧縮機22Bで圧縮されたガス(G’)を冷媒と熱交換することで凝縮する。ここで、凝縮器23Bにおいては、冷媒として、図示しないポンプでくみ上げた海水を用いるものとする。
膨張弁24Bにおいては、凝縮器23Bを経たガス(G’)の凝縮液を断熱膨張させる。
再液化ユニット21Aの管路25Aと、再液化ユニット21Bの管路25Bは、混合タンク32に接続され、管路25Aを通ってきたボイルオフガス(G)の凝縮液と、管路25Bを通ってきたLPG(L)の凝縮液とが混合され、カーゴタンク10に送り込まれる。
上記したような構成の再液化装置20Aにおいて、上記に示した組成のカーゴタンク10内のボイルオフガス(G)は以下の通り再液化される。
まず、圧縮機22Aを駆動させ、再液化ユニット21Aの管路25Aにおいて、カーゴタンク10内からボイルオフガス(G)(例えば−18℃、0kPaG)を取り出す。このボイルオフガス(G)は、圧縮機22Aで圧縮され、高温高圧のガス(例えば、+118℃、1.6MPaG)となる。
次いで、このガスは、凝縮器23Aにおいて海水(例えば+32℃)と熱交換することで冷却され、中温高圧の気体(例えば+40℃、1.6MPaG)となる。因みに上記に示した組成のボイルオフガスを+40℃で凝縮させるには2MPaG以上の圧力が必要となり、通常の再液化ユニットでは対応出来ない。
さらに、この気体は、凝縮器30において、再液化ユニット21Bの管路25B内の、カーゴタンク10からポンプ31によって汲み上げられたLPG(L)(例えば−48℃、0.2MPaG)と熱交換することによって凝縮され、低温高圧の液体(例えば、0℃、1.6MPaG)となる。
そして、この液体は膨張弁24Aにおいて断熱膨張され、低温低圧の気液二相状態となる。
他方の再液化ユニット21Bにおいては、カーゴタンク10から吸い上げられたLPG(L)(例えば−48℃、0.2MPaG)は、凝縮器30で再液化ユニット21Aの管路25A内のボイルオフガス(G)と熱交換することによって蒸発しガス(G’)(例えば−15.2℃、0.2MPaG)となる。
そして、ガス(G’)は、圧縮機22Bにおいて圧縮されて高温高圧の気体(例えば、+64.2℃、1.5MPaG)となり、さらに凝縮器23Bで海水(+32℃)との熱交換により凝縮し中温高圧の液体(例えば、+40℃、1.5MPaG)となる。
この液体は膨張弁24Bにおいて断熱膨張され、低温低圧の気液二相状態となる。
そして、管路25Aの低温低圧の気液二相状態の流体と、管路25Bの低温低圧の気液二相状態の流体とが、混合タンク32で混合され、カーゴタンク10に送り込まれる。
上述したような構成では、再液化ユニット21Aの管路25Aにおいて、凝縮器23Aにてボイルオフガス(G)を冷却し、凝縮器30にてボイルオフ(G)を凝縮する。このとき、凝縮器30においては、カーゴタンク10に貯蔵されていた低温のLPG(L)を冷媒として用いるので、エタンが多く含まれたボイルオフガス(G)であっても、圧縮機22Aにおいて大きな圧縮能力(耐圧強度)は不要である。
一方、再液化ユニット21Bの管路25Bにおいては、そもそもエタン含有量が少ないLPG(L)が導入されるので、そのLPG(L)が蒸発することによって発生するガス(G’)を凝縮させるために使用する圧縮機22Bや凝縮器23Bに大きな圧縮能力(耐圧強度)は不要である。
そして、カーゴタンク10用の再液化ユニット21Aに加え、予備用や他のカーゴタンク用として備えられている既存の再液化ユニットを再液化ユニット21Bとして流用することが可能であり、新たに追加するのは凝縮器30のみとなる。その結果、低コストで、カーゴタンク10内のボイルオフガス(G)の再液化効率を高めることが可能となる。
なお、上記第1実施形態において、凝縮器30における熱交換量を調整するため、管路25Bに流量調整弁35を設けてもよい。この場合、ポンプ31によってくみ上げたLPG(L)の一部をカーゴタンク10内に戻すための、リターン管36を設けるようにしてもよい。
また、管路25BにLPG(L)を過剰に流すと、圧縮機22Bに液が吸入されてしまうことがあり、これは圧縮機22Bの破損につながる。そこで、圧縮機22Bの前段に気液分離機37を設けて、LPG(L)の気液を分離し、気相のみを圧縮機22Bに押し込むのが好ましい。
〔第2実施形態〕
次に、本発明に係る液化石油ガス運搬船、再液化装置、ボイルオフガスの再液化方法の第2実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第1実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図2に示すように、第2実施形態に係るLPG運搬船は、船体内に設置され、LPGが貯蔵されたカーゴタンク10と、このカーゴタンク10内のボイルオフガスを再液化する再液化装置20Bと、を備えている。
再液化装置20Bは、1組の再液化ユニット21Cと、スプレー式冷却器(ボイルオフガス冷却部)40と、を用いて構成されている。
再液化ユニット21Cは、圧縮機22Cと、凝縮器23Cと、膨張弁24Cと、を管路25Cに沿って順に備えている。
ここで、管路25Cは、圧縮機22Cの吸入側の端部25Pが、カーゴタンク10内の上部に連通して設けられている。これにより、圧縮機22Cが駆動されると、圧縮機22Cでは、カーゴタンク10内のカーゴガスGを取り出して圧縮する。
また、凝縮器23Cは、圧縮機22Cで圧縮されたボイルオフガス(G)を冷媒と熱交換することで凝縮する。ここで、凝縮器23Cにおいては、冷媒として、図示しないポンプでくみ上げた海水を用いるものとする。
膨張弁24Cは、凝縮器23Cを経たボイルオフガス(G)の凝縮液を断熱膨張させる。
スプレー式冷却器40は、管路25Cにおいて、圧縮機22Cと凝縮器23Cとの間に設けられている。このスプレー式冷却器40は、ポンプ41でカーゴタンク10内のLPG(L)をくみ上げ、管路25Dを介して圧縮機22Cを経たボイルオフガス(G)に噴霧する。
上記したような構成の再液化装置20Bにおいて、カーゴタンク10内のボイルオフガス(G)を再液化するには、以下のようにする。
まず、圧縮機22Cを駆動させることによって、再液化ユニット21Cの管路25Cにおいて、カーゴタンク10内からボイルオフガス(G)(例えば−18℃、0kPaG)を取り出す。このボイルオフガス(G)は、圧縮機22Cで圧縮され、高温高圧のガス(例えば、+118℃、1.6MPaG)となる。
次いで、このガスは、スプレー式冷却器40において、カーゴタンク10からくみ上げられたLPG(L)(例えば−40℃、1.6MPaG)が噴霧されることによって冷却されるとなる。このとき、噴霧されるLPG(L)のエタンのモル分率が5%であるため、これがボイルオフガス(G)(エタンのモル分率26%)と混合されることで、エタンのモル分率が下がる(例えばエタンのモル分率14%)。また、圧縮機22Cを経たボイルオフガス(G)は、高温高圧であるため、噴霧したLPG(L)は気化する。
このガスは、凝縮器23Cにおいて海水(例えば+32℃)と熱交換することで凝縮され、中温高圧の液体(例えば+40℃、1.6MPaG)となる。このとき、凝縮対象のガスは、エタンのモル分率が下がっているため、1.6MPaGで十分に凝縮できる。
そして、この液体は膨張弁24Cにおいて断熱膨張され、気液二相状態となり、カーゴタンク10に送り込まれる。
上述したような構成においては、再液化ユニット21Cの管路25Cにおいて、ボイルオフガス(G)にLPG(L)を噴霧するようにしたので、ボイルオフガス(G)を冷却することができるとともに、ボイルオフガス(G)のエタンのモル分率を下げることができる。これにより、圧縮機22Cの圧縮能力を上げることなく、ボイルオフガス(G)を再液化することができる。再液化ユニット21Cは、既存のものを用いることが可能であり、新たに追加するのはスプレー式冷却器40のみとなる。その結果、低コストで、カーゴタンク10内のボイルオフガス(G)の再液化効率を高めることが可能となる。
なお、上記第2実施形態において、スプレー式冷却器40において噴霧するLPG(L)の量を調整するため、管路25Dに流量調整弁45を設けてもよい。この場合、ポンプ41によってくみ上げたLPG(L)の一部をカーゴタンク10内に戻すための、リターン管46を設けるようにしてもよい。
(第2実施形態の変形例)
上記第2実施形態で示した構成においては、スプレー式冷却器40において噴霧する量、つまりポンプ41でくみ上げるLPG(L)の流量に応じて、再液化装置20Bにおいて再液化するボイルオフガス(G)のエタンのモル分率が変化する。エタンのモル分率が高すぎれば、再液化装置20Bにおいて負荷が高くなる。
そこで、以下のような構成を組み合わせることもできる。
上記第2実施形態で示した再液化装置20Bに加え、凝縮器23Cの出口側における圧力を圧力センサ50により検出する。
そして、再液化装置20Bのコントローラ51において、圧力センサ50で検出した圧力値に応じて、流量調整弁45によりLPG(L)の流量を制御する。具体的には、圧力センサ50で検出された凝縮器23Cの出口圧力が予め定めた規定の上限値よりも高ければ、流量調整弁45によりLPG(L)の流量を増大させる。
このようにすることで、ボイルオフガス(G)に対するLPG(L)の噴霧量(混合量)を適切に調整することができる。
10 カーゴタンク
20A,20B 再液化装置
21A,21B,21C 再液化ユニット
22,22A,22B,22C 圧縮機
23,23A,23B,23C 凝縮器
24,24A,24B,24C 膨張弁
25,25A,25B,25C,25D 管路
30 凝縮器(ボイルオフガス冷却部、第二の凝縮器)
31 ポンプ
32 混合タンク
35 流量調整弁
36 リターン管
37 気液分離機
40 スプレー式冷却器(ボイルオフガス冷却部)
41 ポンプ
45 流量調整弁
46 リターン管
50 圧力センサ
51 コントローラ
G ボイルオフガス
L LPG

Claims (5)

  1. 液化石油ガスを貯留するカーゴタンクと、
    前記カーゴタンク内で発生したボイルオフガスを前記カーゴタンクから取り出し、前記ボイルオフガスを再液化して前記カーゴタンクに戻す再液化装置と、を備え、
    前記再液化装置は、前記カーゴタンクから取り出した前記ボイルオフガスを圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機で圧縮された前記ボイルオフガスを凝縮させる凝縮器と、
    前記カーゴタンク内の液相から取り出した液化石油ガスにより前記ボイルオフガスを冷却するボイルオフガス冷却部と、
    前記凝縮器で凝縮された前記ボイルオフガスを断熱膨張させる膨張弁と、
    を備えることを特徴とする液化石油ガス運搬船。
  2. 前記ボイルオフガス冷却部は、前記ボイルオフガスを、前記液化石油ガスとの熱交換によって凝縮させる第二の凝縮器であることを特徴とする請求項1に記載の液化石油ガス運搬船。
  3. 前記ボイルオフガス冷却部は、前記ボイルオフガスに、前記液化石油ガスを噴霧するスプレー式冷却器であることを特徴とする請求項1に記載の液化石油ガス運搬船。
  4. 液化石油ガスを貯留したカーゴタンク内で発生したボイルオフガスを前記カーゴタンクから取り出し、前記ボイルオフガスを再液化して前記カーゴタンクに戻す再液化装置であって、
    前記カーゴタンクから取り出した前記ボイルオフガスを圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機で圧縮された前記ボイルオフガスを凝縮させる凝縮器と、
    前記カーゴタンク内の液相から取り出した液化石油ガスにより前記ボイルオフガスを冷却するボイルオフガス冷却部と、
    前記凝縮器で凝縮された前記ボイルオフガスを断熱膨張させる膨張弁と、
    を備えることを特徴とする再液化装置。
  5. 液化石油ガスを貯留したカーゴタンク内で発生したボイルオフガスを前記カーゴタンクから取り出し、前記ボイルオフガスを圧縮する工程と、
    圧縮された前記ボイルオフガスを凝縮させる工程と、
    前記カーゴタンク内の液相から取り出した液化石油ガスにより、前記ボイルオフガスを冷却する工程と、
    凝縮された前記ボイルオフガスを断熱膨張させ、前記カーゴタンク内に戻す工程と、
    を備えることを特徴とするボイルオフガスの再液化方法。
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