JP5653666B2 - 浮体構造物の再ガス化プラント - Google Patents
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Description
オープンラック式の再ガス化プラントは、箱型あるいはパイプ状をした熱交換部の内部に液化ガスを流し、熱交換部の熱伝達面に外部熱源としてのたとえば海水を流すことにより、内部の液化ガスを気化させるものである。
オープンラック式の再ガス化プラントは、運転経費が経済的で、また構造が簡単なので運転および保守点検が容易で、高い信頼性と安全性を有する。
これは、RV(Regasification Vessel)と呼ばれ、たとえば、陸上にLNG受入基地が備えられていない場合、LNG船が、船内でLNGを再ガス化して陸上のガス配管に直接供給するものである。
また、所定場所に係留され、LNGを貯蔵して陸上に供給するFSRU(Floating Storage and Regasification Unit)でも、再ガス化プラントが備えられているものがある。ガス化する加熱源としては、特許文献1、2に示されるように海水を用いるもの、あるいは、船内蒸気を用いるものがある。
カスケード加熱方法では、LNGは2段階に分離して加熱される。すなわち、まず、海水により加熱されたプロパンによってLNGを加熱する。その後、ある程度まで昇温されたLNGは、たとえば、シェルアンドチューブ式の熱交換器で海水によって直接加熱される。
したがって、LNG船のように移動できるものでは、種々の海域で再ガス化することが考えられるので、最も厳しい規制の海域でも稼働できる再ガス化プラントを満足し、かつ規制の緩い海域でも同様に運用できるシステムが求められる。
特許文献2に示されるものは、船外の海水を用いなくとも再ガス化が可能とされ再ガス化プラントを提案している。
これにより、海水の供給配管が長くなる場合は、高耐圧の配管とする必要がある。また、海水による加熱部は、耐蝕性を考慮し、たとえば、チタン材で構成されるのが通常であるが、コストが増加するという課題がある。
すなわち、本発明にかかる浮体構造物の再ガス化プラントは、加熱水で加温された中間媒体によって液化ガスを予熱する中間媒体式熱交換器と、該中間媒体熱交換器で予熱された液化ガスに加熱水を適用して液化ガスを加熱してガス化するオープンラック式熱交換器と、前記中間媒体式熱交換器および前記オープンラック式熱交換器に加熱水を供給する加熱水供給系統と、が備えられ、前記オープンラック式熱交換器は、略大気圧状態で加熱水を熱交換部の外表面を上から下へ流し、前記加熱水供給系統は、前記オープンラック式熱交換器に適用した加熱水を前記中間媒体式熱交換器へ供給することを特徴とする。
液化ガスは、まず、中間媒体式熱交換器に供給される。中間媒体式熱交換器では、中間媒体が加熱水供給系統によって供給された加熱水で加熱され、液化ガスは、この加熱された中間媒体によって加熱され、昇温される。言い換えると、液化ガスは中間媒体によって予熱される。液化ガスが加熱されると、中間媒体は冷却される。冷却された中間媒体は、加熱水によって再度加熱される。これが繰り返されることによって、中間媒体式熱交換器を通過する液化ガスは連続して予熱される。
このように、中間媒体式熱交換器では、液化ガスと加熱水とが直接接触しないので、温度差の大きい液化ガス加熱の初期であっても加熱水が凍ることを抑制することができる。
なお、中間媒体としてはパラフィン系炭化水素の混合体、たとえば、プロパンが用いられる。
オープンラック式熱交換器では、たとえば、箱型あるいはパイプ状をした熱交換部の内部に液化ガスが流される。加熱水供給系統によって供給された加熱水は、熱交換部の外表面を上から下に向かって流され、内部の液化ガスを加熱し、気化させる。
このようにオープンラック式熱交換器に供給された加熱水は、熱交換部の外表面を上から下に向かって流されるだけであるので、加熱水の供給圧を高くする必要がなく、加熱水供給系統の内、オープンラック式熱交換器に供給する部分の供給圧を小さくすることができる。したがって、加熱水供給系統の内、オープンラック式熱交換器に供給する部分は、高耐圧の配管とする必要がないので、比較的安価な材料で構成され、コストを低減することができる。
このように、液化ガスは、条件の厳しい初期加熱を中間媒体式熱交換器で行うようにしたので、後段の加熱に、安価で、高い信頼性を有するオープンラック式熱交換器を安全に用いることができ、加熱水供給系統のコスト低減と相俟って再ガス化プラントを安価に製造することができる。また、オープンラック式熱交換器は後段の加熱に用いるだけであるので、比較的小型にでき、浮体構造物の限られたスペースに設置することができる。
したがって、加熱水温度が低い海域であっても循環する加熱水量を増加させることなく液化ガスのガス化を行なうことができる。
このように、オープンラック加熱水供給系統および中間媒体加熱用加熱水供給系統、または、いずれか一方において、場所の状況に対応して、加熱水を外部に排出しない、いわゆる、閉ループ方式と、開ループ方式と、を選択することができる。
たとえば、オープンラック式熱交換器へ供給される加熱水が機関室の排熱を用いて加熱されている場合、この熱量を中間媒体加熱用加熱水供給系統でも活用することができる。
液化ガスは、条件の厳しい初期加熱を中間媒体式熱交換器で行うようにしたので、後段の加熱に、安価で、高い信頼性を有するオープンラック式熱交換器を安全に用いることができ、加熱水供給系統のコスト低減と相俟って再ガス化プラントを安価に製造することができる。また、オープンラック式熱交換器は後段の加熱に用いるだけであるので、比較的小型にでき、浮体構造物の限られたスペースに設置することができる。
図1は、再ガス化プラント1の概略構成を示すブロック図である。
また、本発明に用いられる加熱水とは、たとえば海水、淡水、河川水、地下水などである。ここでは加熱水を海水として説明する。
また、本発明に用いられる加熱水の供給源である公共用水域とは、たとえば海、河川、湖などである。ここでは公共用水域を海域として説明する。
LNG船3には、液化天然ガス(液化ガス;以下、LNGという。)を貯蔵する貯蔵タンク(不図示)が備えられている。
LNG船3の後部には、デッキ5の下に、蒸気タービンプラントが備えられている機関室7が設けられている。機関室7の蒸気タービンプラントには、過熱蒸気を発生するボイラ(不図示)、ボイラからの過熱蒸気で駆動されるタービンである主機(不図示)、ボイラからの過熱蒸気で駆動される蒸気タービン(不図示)、蒸気タービンの回転駆動力によって電力を発生する発電機(不図示)ならびに主機および蒸気タービンからの排出蒸気を凝縮させる蒸気コンデンサ9等が備えられている。
機関室7の2重底部分には、シーベイ11と連通ライン13で接続され、船側で船外と連通する空間であるシーチェスト(不図示)、およびシーベイ11と連通ライン15で接続され、船底で船外と連通する空間であるシーチェスト(不図示)が備えられている。
連通ライン13は、開閉弁17によって開閉され、連通ライン15は開閉弁19によって開閉される。
プロパンループ熱交換器21は、プロパンが収納される空間の上部にLNGが移動する伝熱管29を設置し、下部に海水が通過する伝熱管31が設置されている。プロパンは、伝熱管31を通る海水によって加熱され、蒸発する。蒸発したプロパンは、比重が小さいので、上方に移動する。このプロパンは、伝熱管29を通るLNGと熱交換され、LNGを加熱するとともに自身は冷却され、凝縮される。凝縮したプロパンは、下部に落下し、伝熱管31を通る海水によって再度加熱されて蒸発する。これを繰り返してプロパンループ熱交換器21は通過するLNGを加熱する。
プロパンは、空気よりも比重が大きいので、漏れた場合、床の上に溜まることになり、安全性の面で閉鎖した空間に設置できない。このため、閉鎖されていない空間であるデッキ5の上に設置することが嗜好される。
オープンラック式熱交換器23は、高い耐蝕性を有する必要がないので、たとえば、チタンに比べて安価なアルミ合金材で形成することができる。
このように、プロパンループ熱交換器21はデッキ5の上に、オープンラック式熱交換器23はデッキ5の下方空間に設置されるので、プロパンループ熱交換器21およびオープンラック式熱交換器23は上下方向に位置を揃えて配置することができる。このようにすると、再ガス化プラント1の平面積が小さくできるので、限られた空間のLNG船に効果的に再ガス化プラント1を設置することができる。
LNG供給系統25における貯蔵タンクからプロパンループ熱交換器21へLNGを供給する配管には、LNGの圧力を上昇させる複数台のポンプ35が備えられている。
オープンラック海水供給系統37には、シーベイ11からオープンラック式熱交換器23へ海水を供給するオープンラック供給ライン41と、オープンラック式熱交換器23から流下した海水を貯留するウォータバス43と、ウォータバス43の海水を下方へ送る返送配管45と、返送配管45からの海水を連通ライン49を経由してシーベイ11へ送る返送ダクト47と、が備えられている。
オープンラック供給ライン41のシーベイ11側には、シーベイ11の海水を吸込み送り出す供給ポンプ51が備えられている。
オープンラック供給ライン41の蒸気コンデンサ9の下流側には、開閉弁53によって開閉され、船外と連通する空間であるシーチェスト(不図示)と接続される連通ライン55と、開閉弁57によって開閉され、シーベイ11と接続される分岐ライン59と、が分岐されている。
ウォータバス43には、開閉弁63によって開閉され、船外と連通する空間であるシーチェスト(不図示)と接続される連通ライン65が備えられている。
返送配管45には、返送配管45を開閉する開閉弁67が備えられている。
連通ライン49には、連通ライン49を開閉する開閉弁69が備えられている。
ガスベントタンク75は、海水中のガス分を分離し、海水のみを下流側に送るものである。ガスベントタンク75には、開閉弁81によって開閉され、船外と連通する空間であるシーチェスト(不図示)と接続される連通ライン83が備えられている。
連通ライン77には、連通ライン77を開閉する開閉弁85が備えられている。
また、タンク71には、ウォータバス43と接続される接続ライン91が備えられている。接続ライン91には、接続ライン91を開閉する開閉弁93が備えられている。開閉弁93が開放されると、ウォータバス43がタンク71よりも上方に設置されているのでウォータバス43の海水がタンク71に流れ込むことになる。
まず、LNG船3が海水出入の完全禁止等厳しい排出規制が実施されている海域で荷降ろしする場合について図1および図2により説明する。図2は、このときの海水供給系統27の海水供給状態を示すブロック図である。
図1では、海水が流れるラインを太線で、通常は流さないラインを細線で示し、LNGが流れるラインを二点破線で示し、ガス分を含む可能性がある海水が流れるラインを一点破線(太線)で示す。また、図2では、海水が流れるラインを実線で、流れないラインを破線で示している。
開閉弁61を開いて、オープンラック供給ライン41を開く。開閉弁93を開いて、接続ライン91を開き、ウォータバス43からタンク71へ海水が流れるようにする。
オープンラック式熱交換器23の天然ガス(NG)出口(不図示)を陸上側の都市ガス供給ライン(不図示)に接続する。
シーベイ11に貯留された海水は、供給ポンプ51によって汲み出され、オープンラック供給ライン41を通ってオープンラック式熱交換器23へ送られる。
このとき、オープンラック供給ライン41を通る海水は、蒸気コンデンサ9を通って主機および蒸気タービンからの排出蒸気の排熱と熱交換を行うことで、排出蒸気を冷却して凝縮させるので、この排出蒸気によって昇温されている。このように、オープンラック式熱交換器23へ供給される海水の温度が昇温されるので、オープンラック式熱交換器23でのLNGの加熱効率を向上させることができる。また、寒冷な海域等でシーベイ11の海水が低温であってもオープンラック式熱交換器23で安定したガス化を行うことができる。
このように、オープンラック式熱交換器23に供給された海水は、熱交換部の外表面を上から下に向かって流されるだけであるので、略大気圧状態となる。したがって、オープンラック供給ライン41を通る海水は、供給圧を高くする必要がなく、よって高耐圧の配管とする必要がない。このため、オープンラック供給ライン41の配管は、比較的安価な材料で構成できるので、製造コストを低減することができる。
タンク71に貯留された海水は、供給ポンプ79によって汲み出され、プロパン加熱用供給ライン73を通ってプロパンループ熱交換器21へ送られる。
プロパンループ熱交換器21に導入された海水は、伝熱管31を通り、プロパンを加熱して蒸発させる。蒸発したプロパンが上昇し、伝熱管29を通るLNGを加熱する。
このように、オープンラック供給ライン41で用いられた海水がプロパン加熱用海水供給系統39で引き続き使用されるので、蒸気コンデンサ9で回収した熱量をプロパン加熱用海水供給系統39で活用することができる。
この昇圧されたLNGは、配管33を通ってプロパンループ熱交換器21に供給され、予熱された後、配管33を通ってオープンラック式熱交換器23に送られる。
オープンラック式熱交換器23へ送られたLNGは、オープンラック式熱交換器23の熱交換部を通過する間に、オープンラック供給ライン41から供給された海水によって加熱され、ガス化される。ガス化された天然ガス(NG)は、オープンラック式熱交換器23の天然ガス(NG)出口(不図示)から陸上側の都市ガス供給ライン(不図示)に供給される。
したがって、LNG船3の動揺に伴いオープンラック式熱交換器23が揺れて、海水が熱交換部の外表面から間欠的に剥離し、外表面に海水量の濃淡が発生したとしても、この海水量の濃淡により外表面に生じる冷却される部分とされない部分との間に発生する熱応力の大きさを抑制することができるので、この熱応力によってオープンラック式熱交換器23が破損する恐れを抑制することができる。
図3〜図6は、それぞれ船外海域の海水を循環させる開ループ方式の例を示し、海水供給系統27の海水供給状態を示すブロック図である。
図3〜図6では、図2と同様に海水が流れるラインを実線で、流れないラインを破線で示している。
これは、上述の図2に示される状態から、開閉弁81,87を開いて連通ライン83,89を開放している。これにより、連通ライン89を通して船外海域の海水をタンク71に取り込み、連通ライン83を通してガスベントタンク75内の海水を船外に排出するようにしている。
また、開閉弁93を閉じ、接続ライン91を閉鎖している。これにより、ウォータバス43の海水がタンク71に供給されなくなる。ウォータバス43の海水は、開閉弁67を開き、返送配管45を開放し、ウォータバス43から返送ダクト47へ海水を供給するようにしている。
一方、オープンラック海水供給系統37では、シーベイ11からオープンラック供給ライン41を通ってオープンラック式熱交換器23に供給された海水は、ウォータバス43から返送配管45および返送ダクト47を通ってシーベイ11に戻される。
すなわち、プロパン加熱用海水供給系統39は開ループ方式とされ、オープンラック海水供給系統37は閉ループ方式とされている。
このように、寒冷海域でも一部とはいえ開ループ方式での運用が行えるので、効率的な開ループ方式の運用範囲を拡大でき、その分燃費を改善することができる。
これは、上述の図3に示される状態から、開閉弁17,19,63を開いて連通ライン13,15,65を開放している。これにより、連通ライン13,15を通して船外海域の海水をシーベイ11に取り込み、連通ライン65を通してウォータバス43内の海水を船外に排出するようにしている。
また、開閉弁67,69を閉じ、返送配管45および返送ダクト47を閉鎖している。これにより、ウォータバス43の海水がシーベイ11に供給されなくなる。
すなわち、プロパン加熱用海水供給系統39およびオープンラック海水供給系統37はどちらも開ループ方式とされている。
これは、海水温度が図3の場合よりも高い場合に、効率的な開ループ方式の運用範囲を拡大でき、その分燃費を改善することができる。
これは、上述の図4に示される状態から、開閉弁53を開いて連通ライン55を開放し、開閉弁61を閉鎖している。これにより、シーベイ11から供給される海水は、オープンラック式熱交換器23へ送られず、連通ライン55を通して船外に排出される。
また、供給ポンプ97を作動させ、接続ライン95を通してタンク71の海水をオープンラック式熱交換器23に供給するようにしている。
すなわち、プロパン加熱用海水供給系統39およびオープンラック海水供給系統37はどちらも開ループ方式とされている上に、オープンラック式熱交換器23へ直接船外海域の海水が供給されている。
これは、海水温度が図4の場合よりも高い場合に、有効に活用できる。
これは、図4に示される状態から、開閉弁93,85,69を開いて連通ライン91,77,49を開放している。これにより、連通ライン91を通して、ウォータバス43から海水の一部がタンク71へ流れるようにし、また、連通ライン65を通して、ウォータバス43から海水の残りが船外へ排出されるようにしている。また、連通ライン77を通して、ガスベントタンク75内の海水は海水返送ダクト47および連通ライン49を経てシーベイ11へ戻される。
また、開閉弁87,81を閉じ、接続ライン89,83を閉鎖している。これにより、タンク71と船外との連通を切断するとともに、ガスベントタンク75と船外との連通を切断する。これにより、船外からの海水をタンク71へ取り込みことができなくなり、ガスベントタンク75内の海水を船外へ排出する事ができなくなる。
すなわち、オープンラック海水供給系統37は開ループ方式とされ、プロパン加熱用海水供給系統39を閉ループ方式とされている。
これは、海水の温度が図3の場合よりも高い場合に有効に活用でき、図2の場合と同様の効果がある。
たとえば、本実施形態はLNG船3に搭載する再ガス化プラント1に適用しているが、浮遊式あるいは固定式の海洋構造物に設置するようにしてもよい。
3 LNG船
7 機関室
11 シーベイ(第一船内貯留部)
21 プロパンループ熱交換器(中間媒体式熱交換器)
23 オープンラック式熱交換器
27 海水供給系統(加熱水供給系統)
37 オープンラック海水供給系統(オープンラック加熱水供給系統)
39 プロパン加熱用海水供給系統(中間媒体加熱用加熱水供給系統)
71 タンク(第二船内貯留部)
Claims (4)
- 加熱水で加温された中間媒体によって液化ガスを予熱する中間媒体式熱交換器と、
該中間媒体式熱交換器で予熱された液化ガスに加熱水を適用して、液化ガスを加熱してガス化するオープンラック式熱交換器と、
前記中間媒体式熱交換器および前記オープンラック式熱交換器に加熱水を供給する加熱水供給系統と、
が備えられ、
前記オープンラック式熱交換器は、略大気圧状態で加熱水を熱交換部の外表面を上から下へ流し、
前記加熱水供給系統は、前記オープンラック式熱交換器に適用した加熱水を前記中間媒体式熱交換器へ供給することを特徴とする浮体構造物の再ガス化プラント。 - 前記加熱水供給系統には、前記加熱水の供給源として第一船内貯留部あるいは公共用水域を選択でき、前記オープンラック式熱交換器へ加熱水を循環供給するとともに前記オープンラック式熱交換器からの前記加熱水を選択的に船外へ排出できるオープンラック加熱水供給系統と、
加熱水の供給源として第二船内貯留部あるいは公共用水域を選択でき、前記中間媒体式熱交換器へ加熱水を循環供給するとともに前記中間媒体式熱交換器からの前記加熱水を選択的に船外へ排出できる中間媒体加熱用加熱水供給系統と、が備えられていることを特徴とする請求項1に記載された浮体構造物の再ガス化プラント。 - 前記オープンラック加熱水供給系統では、前記オープンラック式熱交換器へ供給される前記加熱水が機関室の排熱を用いて加熱されていることを特徴とする請求項2に記載された浮体構造物の再ガス化プラント。
- 前記中間媒体加熱用加熱水供給系統の第二船内貯留部は、前記オープンラック加熱水供給系統における前記オープンラック式熱交換器からの前記加熱水を選択的に受け入れるように構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載された浮体構造物の再ガス化プラント。
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