JP6429159B2 - Boil-off gas recovery system - Google Patents

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Description

本発明は、液化ガスが荷載されるカーゴタンクで発生するボイルオフガス(BOG)を回収するシステムに関する。   The present invention relates to a system for collecting boil-off gas (BOG) generated in a cargo tank loaded with liquefied gas.

液化天然ガス運搬船(LNGタンカー)には、カーゴタンクで発生するボイルオフガス(BOG)を船内の推進機関、発電機関や蒸気ボイラの燃料に利用するものがある。しかし、近年では、2元燃料焚き中速ディーゼル発電機関を用いた電気推進や2元燃料焚き低速ディーゼル直結推進を採用することにより、推進効率の向上が図られている。その結果、推進機関で消費する燃料ガス消費量が抑えられ、ボイルオフガスの全てを燃料として消費できない船速域が広がっている。そのため余剰ボイルオフガスは、コンプレッサと冷媒を用いた再液化装置(特許文献1、2)で再液化してカーゴタンクへ回収するか、ガス燃焼装置やガス焚きボイラなどで焼却処理する必要がある。   Some liquefied natural gas carriers (LNG tankers) use boil-off gas (BOG) generated in cargo tanks as fuel for propulsion engines, power generation engines, and steam boilers. However, in recent years, the propulsion efficiency has been improved by adopting electric propulsion using a dual fuel-fired medium speed diesel power generation engine and dual fuel-fired low-speed diesel direct-propulsion. As a result, the fuel gas consumption consumed by the propulsion engine is suppressed, and the ship speed range in which all of the boil-off gas cannot be consumed as fuel is widened. Therefore, the surplus boil-off gas needs to be re-liquefied by a re-liquefaction device (Patent Documents 1 and 2) using a compressor and a refrigerant and collected in a cargo tank, or incinerated by a gas combustion device or a gas-fired boiler.

特開2001−132899号公報JP 2001-132899 A 特開2005−265170号公報JP 2005-265170 A

コンプレッサや冷媒を用いた従来の再液化装置を搭載する場合、初期費用が嵩む上、電力消費も大きいため運用コストも高い。一方、2元燃料焚き低速ディーゼル直結推進を利用したLNGタンカーでは、約30MPa程度の高圧ガスをディーゼル機関に供給するため、高圧ガスコンプレッサを搭載している。そのため、このような船では、2元燃料焚き低速ディーゼル機関へ燃料ガスを供給する高圧ガスコンプレッサを利用してBOG回収装置を構成することが考えられる。   When a conventional reliquefaction apparatus using a compressor or a refrigerant is installed, the initial cost increases and the power consumption is large, so the operation cost is high. On the other hand, in an LNG tanker using a dual fuel-fired low-speed diesel direct drive, a high-pressure gas compressor is mounted to supply a high-pressure gas of about 30 MPa to a diesel engine. Therefore, in such a ship, it is conceivable to configure the BOG recovery device using a high-pressure gas compressor that supplies fuel gas to a dual fuel-fired low-speed diesel engine.

本発明は、液化ガス運搬船において、ボイルオフガスを効率的に回収するとともに、ターゲット船速の選択の自由度を高めることを課題としている。   An object of the present invention is to efficiently recover boil-off gas in a liquefied gas carrier ship and increase the degree of freedom in selecting a target ship speed.

本発明のボイルオフガス回収システムは、カーゴタンクからのボイルオフガスを圧縮する高圧ガスコンプレッサと、高圧ガスコンプレッサへ送られるボイルオフガスと、高圧ガスコンプレッサにおいて圧縮されたボイルオフガスの間で熱交換を行う第1熱交換器と、高圧ガスコンプレッサにおいて圧縮され、第1熱交換器を介して冷却されたボイルオフガスを膨張させ、ボイルオフガスの一部を液化する第1液化手段と、第1液化手段により液化しなかったボイルオフガスの一部を、再液化装置を介して液化する第2液化手段と、第1、第2液化手段によりボイルオフガスの一部が液化された気液2相流をガス成分と液体成分とに分離する第1セパレータとを備え、第1セパレータで分離されたガス成分を、第1セパレータから高圧ガスコンプレッサの入口側であって、第1熱交換器よりも上流側へと還流させるとともに、第1セパレータで分離された液体成分をカーゴタンクへ移送し、高圧ガスコンプレッサから第1熱交換器へと供給されるボイルオフガスの圧力が臨界点以上の圧力であることを特徴としている。   The boil-off gas recovery system of the present invention performs heat exchange between a high-pressure gas compressor that compresses boil-off gas from a cargo tank, a boil-off gas that is sent to the high-pressure gas compressor, and a boil-off gas that is compressed in the high-pressure gas compressor. 1 heat exchanger, a first liquefaction means for expanding the boil-off gas compressed in the high-pressure gas compressor and cooled through the first heat exchanger, and liquefying a part of the boil-off gas, and liquefied by the first liquefaction means A second liquefaction means for liquefying a part of the boil-off gas that has not been liquefied via a reliquefaction device; and a gas-liquid two-phase flow in which a part of the boil-off gas is liquefied by the first and second liquefaction means as gas components A first separator that separates the liquid component into a gas component separated by the first separator from the first separator. At the inlet side of the lesser, it is refluxed to the upstream side of the first heat exchanger, and the liquid component separated by the first separator is transferred to the cargo tank, from the high-pressure gas compressor to the first heat exchanger. It is characterized in that the pressure of the supplied boil-off gas is equal to or higher than the critical point.

第1液化手段は、膨張弁またはジュールトムソンバルブを備えることが好ましい。第1セパレータで分離されたガス成分を、第1熱交換器よりも上流側へと還流させる経路に圧力調整弁を更に備え、第1セパレータ内の圧力が所定圧力に維持されることが好ましい。第1液化手段により生成された気液2相流は、例えば再液化装置を介して第1セパレータへ移送される。ボイルオフガス回収システムは、例えば第2セパレータを更に備え、第1液化手段により生成された気液2相流を第2セパレータでガス成分と液体成分とに分離し、第2セパレータで分離されたガス成分を、再液化装置を介して第1セパレータに移送する。再液化装置をバイパスするバイパス通路を備えてもよく、第1液化手段により生成された気液2相流を、第1セパレータでガス成分と液体成分とに分離し、第1セパレータで分離されたガス成分の一部をガスコンプレッサにより第2液化手段に送り、第2液化手段で液化して、第1セパレータに還流する構成としてもよい。   The first liquefaction means preferably includes an expansion valve or a Joule Thomson valve. It is preferable that a pressure adjusting valve is further provided in a path for returning the gas component separated by the first separator to the upstream side of the first heat exchanger, and the pressure in the first separator is maintained at a predetermined pressure. The gas-liquid two-phase flow generated by the first liquefaction means is transferred to the first separator via, for example, a reliquefaction device. The boil-off gas recovery system further includes, for example, a second separator, the gas-liquid two-phase flow generated by the first liquefaction means is separated into a gas component and a liquid component by the second separator, and the gas separated by the second separator The components are transferred to the first separator via the reliquefaction device. A gas-liquid two-phase flow generated by the first liquefaction means may be separated into a gas component and a liquid component by the first separator and separated by the first separator. A part of the gas component may be sent to the second liquefaction unit by the gas compressor, liquefied by the second liquefaction unit, and refluxed to the first separator.

またボイルオフガス回収システムは、例えば液体成分を第1セパレータからカーゴタンクへと移送する移送ポンプを備える。ボイルオフガス回収システムは、高圧ガスコンプレッサにおいて圧縮され、第1熱交換器へ移送されるボイルオフガスの流量を制御する流量制御弁を更に備えてもよく、これによりボイルオフガス回収システムの液化回収量を制御する。また高圧ガスコンプレッサは、例えば圧縮したボイルオフガスの一部を2元燃料焚き低速ディーゼル機関の燃料として吐出する。高圧ガスコンプレッサは、例えば多段コンプレッサであり、第1熱交換器には、途中段から抽気したボイルオフガスを供給してもよい。また、高圧ガスコンプレッサの吐出側から減圧して第1熱交換器へボイルオフガスを供給してもよい。   The boil-off gas recovery system includes a transfer pump that transfers, for example, a liquid component from the first separator to the cargo tank. The boil-off gas recovery system may further include a flow control valve that controls the flow rate of the boil-off gas that is compressed in the high-pressure gas compressor and transferred to the first heat exchanger, thereby reducing the liquefaction recovery amount of the boil-off gas recovery system. Control. The high-pressure gas compressor discharges a part of the compressed boil-off gas, for example, as a fuel for a binary fuel-fired low-speed diesel engine. The high-pressure gas compressor is, for example, a multistage compressor, and the first heat exchanger may be supplied with boil-off gas extracted from the middle stage. Alternatively, the boil-off gas may be supplied to the first heat exchanger by reducing the pressure from the discharge side of the high-pressure gas compressor.

本発明の液化ガス運搬船は、上記何れかのボイルオフガス回収システムを備えたことを特徴としている。   The liquefied gas carrier of the present invention is characterized by including any of the above boil-off gas recovery systems.

本発明によれば、液化ガス運搬船において、ボイルオフガスを効率的に回収するとともに、ターゲット船速の選択の自由度を高めることができる。   According to the present invention, a boil-off gas can be efficiently recovered and a degree of freedom in selecting a target ship speed can be increased in a liquefied gas carrier ship.

本発明の第1実施形態のボイルオフガス回収システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the boil-off gas collection | recovery system of 1st Embodiment of this invention. (a)被冷却側ガスが臨界点以下の圧力状態で熱交換を行った場合と、(b)被冷却ガスが臨界点以上の圧力状態で熱交換を行った場合の熱交換器内部の交換熱量と温度の変化を示すグラフである。(A) When the heat exchange is performed in a state where the gas to be cooled is at a pressure below the critical point, and (b) Exchange inside the heat exchanger when the heat exchange is performed at a pressure state where the gas to be cooled is above the critical point It is a graph which shows the change of calorie | heat amount and temperature. ボイルオフガスの主成分であるメタンの圧力−比エンタルピー(p−h)線図である。It is a pressure-specific enthalpy (ph) diagram of methane which is the main ingredient of boil-off gas. 本実施形態における液化ガス積載時の船速と、使用ガス燃料消費量およびボイルオフガス発生量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ship speed at the time of liquefied gas loading in this embodiment, consumption gas fuel consumption, and boil-off gas generation amount. 第1実施形態の変形例のボイルオフガス回収システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the boil-off gas collection | recovery system of the modification of 1st Embodiment. 第2実施形態のボイルオフガス回収システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the boil off gas collection | recovery system of 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例のボイルオフガス回収システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the boil-off gas collection | recovery system of the modification of 2nd Embodiment. 第3実施形態のボイルオフガス回収システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the boil-off gas collection | recovery system of 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態であるボイルオフガス回収システムの構成を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a boil-off gas recovery system according to the first embodiment of the present invention.

本実施形態のボイルオフ回収システム10は、高圧ガスコンプレッサを搭載し、天然ガスなどの液化ガスを運搬する船舶に適用され、特に、2元燃料焚き低速ディーゼル(直結)推進を利用した液化ガス運搬船への適用が好適である。   The boil-off recovery system 10 of the present embodiment is applied to a ship carrying a high-pressure gas compressor and carrying a liquefied gas such as natural gas, and particularly to a liquefied gas carrying ship using dual fuel-fired low-speed diesel (direct connection) propulsion. Is suitable.

液化ガス(本実施形態ではLNG)はカーゴタンク11に荷載され、カーゴタンク11内で発生するボイルオフガス(約−162℃)は、第1配管12を通して、カーゴマシナリールーム13に導かれ、第1熱交換器14を介して高圧ガスコンプレッサ15へと移送される。高圧ガスコンプレッサ15は例えば多段圧縮機であり、吐出側からは例えば約30MPa程の高圧ガスが吐出され、図示しない2元燃料焚き低速ディーゼルエンジン(主機関)や、発電用の2元燃料焚きディーゼルエンジン、ガス焚きボイラなどにガス燃料として供給される。また、高圧ガスコンプレッサ15が多段圧縮機で、ガス焚き可能な発電用ディーゼル機関やボイラの必要なガス圧が高圧ガスより低い場合、これらへの燃料ガスは圧縮機途中段から抽気して供給することもできる。   The liquefied gas (LNG in the present embodiment) is loaded on the cargo tank 11, and the boil-off gas (about −162 ° C.) generated in the cargo tank 11 is guided to the cargo machinery room 13 through the first pipe 12, and the first It is transferred to the high-pressure gas compressor 15 via the heat exchanger 14. The high-pressure gas compressor 15 is, for example, a multistage compressor, and a high-pressure gas of about 30 MPa is discharged from the discharge side, for example, a dual fuel-fired low-speed diesel engine (main engine) or a dual-fuel-fired diesel for power generation. It is supplied as gas fuel to engines and gas-fired boilers. In addition, when the high pressure gas compressor 15 is a multistage compressor and the required gas pressure of the power generating diesel engine or boiler is lower than the high pressure gas, the fuel gas to these is extracted and supplied from the middle stage of the compressor You can also.

一方、高圧ガスコンプレッサ15の途中段からは、余剰となるボイルオフガスが、例えば約10MPa程の中圧ガス(約45℃)として第2配管16へと抽気され、第2配管16を通して第1熱交換器14へ移送される。第1熱交換器14では、第1配管12を通るボイルオフガスを冷却側流体として、第2配管16内の中圧ボイルオフガス(被冷却側ガス)の冷却が行われ、ボイルオフガスは例えば約−100℃前後まで冷却される。   On the other hand, from the middle stage of the high-pressure gas compressor 15, surplus boil-off gas is extracted into the second pipe 16 as, for example, a medium-pressure gas (about 45 ° C.) of about 10 MPa, and the first heat is passed through the second pipe 16. It is transferred to the exchanger 14. In the first heat exchanger 14, the boil-off gas passing through the first pipe 12 is used as a cooling side fluid to cool the medium pressure boil-off gas (cooled side gas) in the second pipe 16, and the boil-off gas is, for example, about − It is cooled to around 100 ° C.

なお、第2配管16に設けられる流量制御弁23によって、第1熱交換器14へ移送される中圧ガスの流量を制御して液化量を調整し、ボイルオフガス回収システムの液化回収量を制御することができる。また図1において流量制御弁23は熱交換器の上流側に設置されているが、下流側に設置しても構わない。   The flow rate control valve 23 provided in the second pipe 16 controls the flow rate of the medium pressure gas transferred to the first heat exchanger 14 to adjust the liquefaction amount, thereby controlling the liquefaction recovery amount of the boil-off gas recovery system. can do. In FIG. 1, the flow control valve 23 is installed on the upstream side of the heat exchanger, but may be installed on the downstream side.

但しここで、高圧ガスコンプレッサ15の途中段から抽気されるボイルオフガスの圧力は、同気体の臨界点以上の圧力とすることが好ましい(本実施形態では臨界点の圧力は約4MPa)。また、高圧ガスコンプレッサ15において、余剰ボイルオフガスが抽気されるまでの段には、例えば無給油式の圧縮機を用い、そこから先の吐出側高圧段には給油式の圧縮機を用いることが好ましい。なお、全てに給油式圧縮機を用いる場合には、例えば第2配管16にキャリーオーバーされた油分を取り除くためのフィルタ(不図示)を配置する。   However, here, the pressure of the boil-off gas extracted from the middle stage of the high-pressure gas compressor 15 is preferably set to a pressure equal to or higher than the critical point of the same gas (in this embodiment, the critical point pressure is about 4 MPa). Further, in the high-pressure gas compressor 15, for example, an oil-free compressor is used for the stage until the excess boil-off gas is extracted, and an oil-feed compressor is used for the discharge-side high-pressure stage thereafter. preferable. In addition, when using an oil supply type compressor for all, the filter (not shown) for removing the oil component carried over to the 2nd piping 16, for example is arrange | positioned.

第2配管16の第1熱交換器14の下流側にはジュールトムソン(J−T)バルブ(あるいは膨張弁)17が設けられる。ボイルオフガスは、ジュールトムソンバルブ17を介して所定のセパレータ設定圧力にまで減圧されると、その温度は減圧後の圧力での飽和温度まで低下され、ボイルオフガスの一部が液化されて気液2相流となる。なおジュールトムソンバルブ17によりボイルオフガスが例えば大気圧にまで減圧される場合、ボイルオフガスは約−160℃まで冷却される。   A Joule Thomson (JT) valve (or expansion valve) 17 is provided on the downstream side of the first heat exchanger 14 in the second pipe 16. When the boil-off gas is depressurized to a predetermined separator set pressure via the Joule-Thompson valve 17, the temperature is lowered to the saturation temperature at the pressure after depressurization, and a part of the boil-off gas is liquefied and the gas-liquid 2 It becomes a phase flow. When the boil-off gas is reduced to, for example, atmospheric pressure by the Joule Thomson valve 17, the boil-off gas is cooled to about -160 ° C.

また本実施形態では、気液2相流となったボイルオフガスと液化ガスは、その後再液化装置28に導かれる。再液化装置28は第2熱交換器24と図示しないが、ボイルオフガスの飽和温度以下の低温冷媒サイクルから構成され、第2配管16を流通する気液2相流は、再液化装置28において同冷媒と熱交換し、液化していない飽和温度のガスの一部が更に液化される。なお、冷媒サイクルの負荷を制御することで、再液化装置28でのボイルオフガスの液化量が制御される。   In the present embodiment, the boil-off gas and the liquefied gas that have become a gas-liquid two-phase flow are then guided to the reliquefaction device 28. Although the reliquefaction device 28 and the second heat exchanger 24 are not shown, the reliquefaction device 28 is composed of a low-temperature refrigerant cycle not higher than the saturation temperature of the boil-off gas, and the gas-liquid two-phase flow flowing through the second pipe 16 is the same in the reliquefaction device 28. Heat exchange with the refrigerant further liquefies part of the saturated temperature gas that is not liquefied. Note that the amount of boil-off gas liquefied in the reliquefaction device 28 is controlled by controlling the load of the refrigerant cycle.

ジュールトムソンバルブ17、再液化装置28を通して一部液化されたボイルオフガスは、その後第2配管16を通して第1セパレータ18へと移送され、気液分離が行われる。第1セパレータ18で分離されたボイルオフガスは、圧力調整弁19が設けられた第3配管20を介して第1配管12の第1熱交換器14よりも上流側へ還流される。一方、分離された液化ガス(LNG)は、移送ポンプ21により、第4配管22を通してカーゴマシナリールーム13から貨物区画のカーゴタンク11へと移送されて回収される。なお、セパレータ圧力によりカーゴタンク11へ再液化ガスを移送できる場合には、移送ポンプ21は省略できる。なお、第1セパレータ18内の圧力は、圧力調整弁19によって設定圧力に維持される。   The boil-off gas partially liquefied through the Joule-Thomson valve 17 and the reliquefaction device 28 is then transferred to the first separator 18 through the second pipe 16 and gas-liquid separation is performed. The boil-off gas separated by the first separator 18 is returned to the upstream side of the first heat exchanger 14 of the first pipe 12 through the third pipe 20 provided with the pressure regulating valve 19. On the other hand, the separated liquefied gas (LNG) is transferred by the transfer pump 21 from the cargo machinery room 13 to the cargo tank 11 in the cargo section through the fourth pipe 22 and collected. If the reliquefied gas can be transferred to the cargo tank 11 by the separator pressure, the transfer pump 21 can be omitted. The pressure in the first separator 18 is maintained at the set pressure by the pressure adjustment valve 19.

本ボイルオフガス回収システム10において、高圧ガスコンプレッサ15の容量は、カーゴタンク11で発生するボイルオフガスの発生量と、ガスを消費燃料として使用するエンジンやボイラのガス消費量などから決定される。また、高圧ガスコンプレッサ容量は、液化量を増加させるために第1熱交換器14の上流側へ還流されるガス量を更に加えた容量とすることが好ましい。   In the present boil-off gas recovery system 10, the capacity of the high-pressure gas compressor 15 is determined from the amount of boil-off gas generated in the cargo tank 11, the amount of gas consumed by an engine or boiler that uses the gas as fuel consumption, and the like. The high-pressure gas compressor capacity is preferably a capacity obtained by further adding the amount of gas recirculated to the upstream side of the first heat exchanger 14 in order to increase the liquefaction amount.

次に、図2〜図3を参照して、第1熱交換器14での冷却効果について説明する。図2(a)は、第2配管16に抽気されるボイルオフガス(被冷却側ガス)の圧力が臨界点以下となる場合の第1熱交換器14における冷却側ガスと被冷却側ガスの熱交換器内部の交換熱量と温度の変化を示すグラフであり、図2(b)は、本実施形態に対応し、第2配管16に抽気されるボイルオフガス(被冷却側ガス)の圧力が臨界点以上のときの図2(a)に対応するグラフである。なお図2(a)、図2(b)において、横軸左端が冷却側ガスの入り口と被冷却側ガスの出口、右端が冷却側ガスの出口と被冷却側ガスの入り口に対応し、縦軸は温度(℃)である。また、図3は、ボイルオフガスの主成分であるメタンの模式的な圧力−比エンタルピー(p−h)線図である。   Next, the cooling effect in the first heat exchanger 14 will be described with reference to FIGS. FIG. 2A shows the heat of the cooling side gas and the cooled side gas in the first heat exchanger 14 when the pressure of the boil-off gas (cooled side gas) extracted into the second pipe 16 is below the critical point. FIG. 2B is a graph showing changes in heat exchange and temperature inside the exchanger. FIG. 2B corresponds to this embodiment, and the pressure of the boil-off gas (cooled side gas) extracted from the second pipe 16 is critical. It is a graph corresponding to Drawing 2 (a) when it is more than a point. 2 (a) and 2 (b), the left end of the horizontal axis corresponds to the inlet of the cooling side gas and the outlet of the cooled gas, and the right end corresponds to the outlet of the cooling side gas and the inlet of the cooled side gas. The axis is temperature (° C). FIG. 3 is a schematic pressure-specific enthalpy (ph) diagram of methane, which is the main component of the boil-off gas.

図2(a)に示されるように、被冷却側ガスの圧力が臨界点以下(例えば3.5MPa)の場合、被冷却側ガスは第1熱交換器14内で飽和温度まで低下し、その後一部液体の状態で熱交換が行われる。このとき熱交換が低温の飽和温度での熱交換領域があるため、冷却側との第1熱交換器14内の熱交換途中でピンチポイントが厳しくなり、熱交換可能な熱量が制限される(図3の直線L1:臨界点以下の圧力(3.5MPa)で45℃から−100℃へ冷却)。   As shown in FIG. 2 (a), when the pressure of the cooled side gas is below the critical point (for example, 3.5 MPa), the cooled side gas falls to the saturation temperature in the first heat exchanger 14, and then Heat exchange is performed in a partially liquid state. At this time, since there is a heat exchange region where the heat exchange is at a low saturation temperature, the pinch point becomes severe during the heat exchange in the first heat exchanger 14 with the cooling side, and the amount of heat that can be exchanged is limited ( Line L1 in FIG. 3: Cooling from 45 ° C. to −100 ° C. at a pressure below the critical point (3.5 MPa).

一方、図3に示されるように、被冷却側ガスの圧力が臨界点以上(例えば10MPa)の場合、超臨界状態での熱交換となり第1熱交換器14内において被冷却側ガスが液化することはない。すなわち、飽和状態での熱交換がない(相変化がない)ためピンチポイントが緩和され、十分な熱交換が可能な熱交換器を設計可能である(図3の直線L2:臨界点以上の圧力(10MPa)で45℃〜−100℃へ冷却)。   On the other hand, as shown in FIG. 3, when the pressure of the cooled side gas is equal to or higher than the critical point (for example, 10 MPa), heat is exchanged in a supercritical state, and the cooled side gas is liquefied in the first heat exchanger 14. There is nothing. That is, since there is no heat exchange in a saturated state (no phase change), the pinch point is relaxed, and a heat exchanger capable of sufficient heat exchange can be designed (straight line L2 in FIG. 3: pressure above the critical point) (Cooled to 45 ° C. to −100 ° C. at 10 MPa).

次に図4を使用して流量制御弁23、および再液化装置28を用いたボイルオフガスの液化量調整制御について説明する。   Next, the boil-off gas liquefaction amount adjustment control using the flow control valve 23 and the reliquefaction device 28 will be described with reference to FIG.

図4は運航船速Vと使用燃料ガス消費量Qの関係と、ボイルオフガス発生量を示すグラフである。図4において、横軸は船速V、縦軸は燃料ガス消費量Qである。曲線Sは船速と燃料ガス消費量(単位時)の関係を示す曲線であり、燃料消費量Qは略船速Vの3乗に比例する。直線M1(NATURAL BOG)は、カーゴタンク11内の液化ガス(天然ガス)が自然蒸発し、ボイルオフガスとなる単位時間当たりの量である。すなわち、図4において、ボイルオフガスのみ、かつその全てを船内でガスを消費するエンジンおよびボイラの燃料として利用すると、曲線Sと直線M1の交点P1に対応する船速V1が得られる。一方、運転点P1よりも低速側(V<V1の領域)では、直線M1と曲線Sの差が余剰ボイルオフガスとなり、運転点P1よりも高速側(V>V1の領域)では、曲線Sと直線M1の差が、追加する必要のあるガス燃料量となる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the operating ship speed V and the used fuel gas consumption Q and the boil-off gas generation amount. In FIG. 4, the horizontal axis represents the ship speed V and the vertical axis represents the fuel gas consumption Q. A curve S is a curve showing the relationship between the ship speed and the fuel gas consumption (unit time), and the fuel consumption Q is approximately proportional to the cube of the ship speed V. The straight line M1 (NATURAL BOG) is an amount per unit time at which the liquefied gas (natural gas) in the cargo tank 11 spontaneously evaporates and becomes boil-off gas. That is, in FIG. 4, when only the boil-off gas and all of it is used as fuel for the engine and boiler that consume gas in the ship, a ship speed V1 corresponding to the intersection P1 of the curve S and the straight line M1 is obtained. On the other hand, on the lower speed side (V <V1 region) than the operating point P1, the difference between the straight line M1 and the curve S becomes surplus boil-off gas, and on the higher speed side (V> V1 region) than the operating point P1, the curve S and The difference between the straight lines M1 is the amount of gas fuel that needs to be added.

再液化装置28を停止した状態で、流量制御弁23を開いてボイルオフガス回収装置を作動させると、第1熱交換器14、ジュールトムソンバルブ17によりボイルオフガスの一部液化が行われる。これによりボイルオフガスの単位時間当たりの発生量が実質的に低下する。第1熱交換器14、ジュールトムソンバルブ17を用いた液化システムによる回収を最大にしたときのボイルオフガスの単位時間当たりの発生量を直線M2とすると、同液化システムにより、ボイルオフガスの単位時間当たりの発生量は、直線M1から、直線M2へと低減可能であり、運転点を示す曲線Sとの交点はP1からP2へと移動可能である。そのため、余剰ボイルオフガスの発生を抑えながら、運航速度Vを運転点P1の船速V1から運転点P2の船速V2まで下げる減速運航を行うことが可能となる。   When the flow control valve 23 is opened and the boil-off gas recovery device is operated while the reliquefaction device 28 is stopped, the boil-off gas is partially liquefied by the first heat exchanger 14 and the Joule Thomson valve 17. As a result, the amount of boil-off gas generated per unit time is substantially reduced. Assuming that the amount of boil-off gas generated per unit time when the recovery by the liquefaction system using the first heat exchanger 14 and the Joule Thomson valve 17 is maximized is a straight line M2, the same liquefaction system allows the boil-off gas per unit time. Can be reduced from the straight line M1 to the straight line M2, and the intersection with the curve S indicating the operating point can be moved from P1 to P2. Therefore, it is possible to perform a decelerating operation that reduces the operation speed V from the ship speed V1 at the operating point P1 to the ship speed V2 at the operating point P2 while suppressing the generation of surplus boil-off gas.

また、運航速度VがV1とV2の間で運転される場合、流量制御弁23によって第1熱交換器14に移送される被冷却側ガスの流量を制御することによって、液化量をコントロールすることが可能なので、ボイルオフガス量をM1からM2の間で使用ガス燃料に合わせて最適に制御することができ、この運転領域における余剰ボイルオフガスの処理が不要となる。   Further, when the operation speed V is operated between V1 and V2, the amount of liquefaction is controlled by controlling the flow rate of the cooled side gas transferred to the first heat exchanger 14 by the flow rate control valve 23. Therefore, the amount of boil-off gas can be optimally controlled between M1 and M2 in accordance with the gas fuel used, and the processing of surplus boil-off gas in this operation region is not necessary.

上記M2は、第1熱交換器14とジュールトムソンバルブ17を用いた液化システムの液化ガスの回収限界であるので、本実施形態では、更に減速運航を行う場合には、再液化装置28を用いてボイルオフガスを更に液化し、ボイルオフガス回収システム10の液化ガス回収能力を高める。図4の直線M3は、第1熱交換器14、ジュールトムソンバルブ17、および再液化装置28を用い、本実施形態のボイルオフガス回収システム10の液化ガス回収量を最大にしたときの単位時間当たりのボイルオフガス発生量である。すなわち、再液化装置28を用いた再液化量を調整することにより、単位時間当たりのボイルオフガス発生量はM2とM3の間で調整可能となる。これにより、余剰ボイルオフガスの処理(焼却処分など)を行わなくとも、直線M3と曲線Sの交点である運転点P3の船速V3まで、運航速度Vを下げた減速運航を行うことが可能になる。   Since M2 is the limit of liquefied gas recovery of the liquefaction system using the first heat exchanger 14 and the Joule Thompson valve 17, in the present embodiment, the reliquefaction device 28 is used for further deceleration operation. Thus, the boil-off gas is further liquefied, and the liquefied gas recovery capability of the boil-off gas recovery system 10 is increased. A straight line M3 in FIG. 4 per unit time when the first heat exchanger 14, the Joule Thomson valve 17 and the reliquefaction device 28 are used and the liquefied gas recovery amount of the boil-off gas recovery system 10 of this embodiment is maximized. The amount of boil-off gas generated. That is, by adjusting the reliquefaction amount using the reliquefaction device 28, the amount of boil-off gas generated per unit time can be adjusted between M2 and M3. As a result, it is possible to perform decelerating operation with the operation speed V lowered to the ship speed V3 of the operating point P3, which is the intersection of the straight line M3 and the curve S, without performing surplus boil-off gas processing (incineration disposal, etc.). Become.

次に図5を参照して、第1実施形態のボイルオフガス回収システム10の変形例について説明する。変形例のボイルオフガス回収システム10’では、再液化装置28に対してバイパス通路26を設け、バイパス通路26には流量制御弁27が設けられる。なお、その他の構成は、第1実施形態のボイルオフガス回収システム10と同様である。すなわち、変形例では、ターゲット船速などに合わせて、流量制御弁27を用いての液化ガスの回収量の調整が可能である。   Next, a modification of the boil-off gas recovery system 10 of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the boil-off gas recovery system 10 ′ according to the modified example, a bypass passage 26 is provided for the reliquefaction device 28, and a flow rate control valve 27 is provided in the bypass passage 26. Other configurations are the same as those of the boil-off gas recovery system 10 of the first embodiment. That is, in the modified example, the amount of liquefied gas recovered using the flow rate control valve 27 can be adjusted according to the target ship speed or the like.

以上のように、第1実施形態のボイルオフガス回収システムおよびその変形例によれば、2元燃料焚き低速ディーゼルエンジンの燃料ガス供給に使用される高圧ガスコンプレッサを利用し、かつ、圧縮前のボイルオフガスを利用して圧縮後のボイルオフガスを冷却し、ジュールトムソンバルブを用いた液化も行っているので、再液化装置のみを用いてボイルオフガスを回収する場合に比べ、極めて効率的にボイルオフガスの再液化処理を行うことができる。これにより再液化装置を小型化し、初期費用および運転コストを抑えながらも、効率的にボイルオフガスを回収でき、ターゲット船速の選択の自由度が高められる。   As described above, according to the boil-off gas recovery system of the first embodiment and the modification thereof, the boil-off before compression is performed using the high-pressure gas compressor used for fuel gas supply of the dual fuel-fired low-speed diesel engine. Since the boil-off gas after cooling is compressed using the gas and liquefaction is performed using the Joule-Thompson valve, the boil-off gas is recovered more efficiently than when the boil-off gas is recovered using only the reliquefaction device. A reliquefaction treatment can be performed. As a result, the reliquefaction apparatus can be reduced in size, and the boil-off gas can be efficiently recovered while suppressing the initial cost and the operating cost, and the degree of freedom in selecting the target ship speed is increased.

また、本実施形態では、液化しなかったガス成分を冷却側ガスとして熱交換器の冷却側に還流しているため、ボイルオフガス回収システム内でのガス循環量を一定量以上確保でき、更に熱交換器の冷却側ガスの入り口温度を下げることにより、システムの冷却量を増大させることができる。   Further, in this embodiment, since the gas component that has not been liquefied is recirculated to the cooling side of the heat exchanger as a cooling side gas, the amount of gas circulation in the boil-off gas recovery system can be secured at a certain amount or more, The cooling amount of the system can be increased by lowering the inlet temperature of the cooling side gas of the exchanger.

更に、本実施形態では、圧力調整弁19により、セパレータ内の圧力を設定値に維持するため、カーゴタンク11への移送ポンプ21の入口圧力が一定値に維持され、移送ポンプの有効吸込ヘッド(available NPSH)が必要正味吸込ヘッド(required NPSH:Net Positive Suction Head)を下回ることを防止する。   Furthermore, in this embodiment, the pressure in the separator is maintained at a set value by the pressure adjustment valve 19, so that the inlet pressure of the transfer pump 21 to the cargo tank 11 is maintained at a constant value, and the effective suction head ( Available NPSH is prevented from falling below the required net suction head (required NPSH).

次に図6のブロック図を参照して、第2実施形態のボイルオフガス回収システムについて説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については同一参照符号を用いその説明を省略する。   Next, the boil-off gas recovery system of the second embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted using the same referential mark.

第2実施形態のボイルオフガス回収システム30では、第1実施形態における再液化装置28の上流側に第2セパレータ31が設けられる。すなわち、ジュールトムソンバルブ17からの気液2相流は、第2配管16により第2セパレータ31に導かれ、気液分離が行われる。液化されなかったボイルオフガスは、第5配管32を通して再液化装置28へ送られ、冷媒用配管25内を循環する冷媒との熱交換により更に冷却される。これにより、ボイルオフガスの一部が液化され、気液2相流となって第1セパレータ18へと送られる。一方、第2セパレータ31で分離された液化ガス(LNG)は、移送ポンプ33により、第6配管34を通してカーゴタンク11へと戻される。なお、図6では第6配管34は、第4配管22の移送ポンプ21の下流側に接続されている。   In the boil-off gas recovery system 30 of the second embodiment, the second separator 31 is provided on the upstream side of the reliquefaction device 28 in the first embodiment. That is, the gas-liquid two-phase flow from the Joule-Thompson valve 17 is guided to the second separator 31 by the second pipe 16 and gas-liquid separation is performed. The boil-off gas that has not been liquefied is sent to the reliquefaction device 28 through the fifth pipe 32 and further cooled by heat exchange with the refrigerant circulating in the refrigerant pipe 25. As a result, a part of the boil-off gas is liquefied and sent to the first separator 18 as a gas-liquid two-phase flow. On the other hand, the liquefied gas (LNG) separated by the second separator 31 is returned to the cargo tank 11 through the sixth pipe 34 by the transfer pump 33. In FIG. 6, the sixth pipe 34 is connected to the downstream side of the transfer pump 21 of the fourth pipe 22.

第2実施形態では、第1熱交換器14、ジュールトムソンバルブ17を通した再液化処理では液化しなかったボイルオフガスのみを再液化装置28で冷却、液化している。したがって、液化ガス回収効率を更に高めることができる。   In the second embodiment, only the boil-off gas that has not been liquefied in the reliquefaction process through the first heat exchanger 14 and the Joule Thomson valve 17 is cooled and liquefied by the reliquefaction device 28. Therefore, the liquefied gas recovery efficiency can be further increased.

図7は、第2実施形態の変形例のボイルオフガス回収システム30’の構成を示すブロック図である。この変形例では、第5配管32に再液化装置28をバイパスするバイパス通路35を設け、バイパス通路35には流量制御弁36が設けられる。すなわち、変形例では、ターゲット船速などに合わせて、流量制御弁36を用いての液化ガスの回収量の調整も可能である。なお、その他の構成は、第2実施形態のボイルオフガス回収システム30と同様である。   FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a boil-off gas recovery system 30 'according to a modification of the second embodiment. In this modification, a bypass passage 35 that bypasses the reliquefaction device 28 is provided in the fifth pipe 32, and a flow rate control valve 36 is provided in the bypass passage 35. That is, in the modified example, the amount of liquefied gas recovered using the flow rate control valve 36 can be adjusted according to the target ship speed or the like. Other configurations are the same as those of the boil-off gas recovery system 30 of the second embodiment.

次に図8のブロック図を参照して第3実施形態のボイルオフガス回収システムについて説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については同一参照符号を用いその説明を省略する。   Next, the boil-off gas recovery system of the third embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted using the same referential mark.

第3実施形態のボイルオフガス回収システム40では、ジュールトムソンバルブ17からの第2配管16を直接第1セパレータ18に接続し、再液化装置28は、第1セパレータ18で気液分離されたボイルオフガスの冷却に対してのみ使用される。すなわち、第1セパレータ18には、第7配管41の両端が接続され、第7配管41は、再液化装置28を通って、冷媒用配管25の冷媒と熱交換を行う。第7配管41の一端から第7配管41に供給される第1セパレータ18内のボイルオフガスは、ガスコンプレッサ42によって再液化装置28に供給され、再液化装置28で一部液化され、再液化装置28の下流側で気液2相流となって再び第1セパレータ18へと帰還される。   In the boil-off gas recovery system 40 of the third embodiment, the second pipe 16 from the Joule-Thompson valve 17 is directly connected to the first separator 18, and the reliquefaction device 28 is a boil-off gas that is gas-liquid separated by the first separator 18. Used only for cooling. That is, both ends of the seventh pipe 41 are connected to the first separator 18, and the seventh pipe 41 exchanges heat with the refrigerant in the refrigerant pipe 25 through the reliquefaction device 28. The boil-off gas in the first separator 18 supplied from one end of the seventh pipe 41 to the seventh pipe 41 is supplied to the reliquefaction device 28 by the gas compressor 42, and is partially liquefied by the reliquefaction device 28. A gas-liquid two-phase flow is formed downstream of 28 and returned to the first separator 18 again.

第3実施形態では、液化しなかったボイルオフガスの冷却のみに再液化装置28を用いることで、液化効率を高めながらもセパレータの数を1台することができるので設備コストも抑えることができる。   In the third embodiment, by using the reliquefaction device 28 only for cooling the boil-off gas that has not been liquefied, the number of separators can be reduced to one while increasing the liquefaction efficiency, so that the equipment cost can be reduced.

なお、本実施形態では、高圧ガスコンプレッサの多段の途中段から、被冷却側ガスを抽気して熱交換器へと移送したが、吐出側から減圧器を通して熱交換器へと移送する構成としてもよい。また、本実施形態では、再液化装置を1台しか用いていないが、小型の再液化装置を複数並列に配置する構成とすることもできる。   In this embodiment, the cooled side gas is extracted from the middle stage of the high-pressure gas compressor and transferred to the heat exchanger, but it may be transferred from the discharge side to the heat exchanger through the decompressor. Good. In this embodiment, only one reliquefaction device is used, but a plurality of small reliquefaction devices may be arranged in parallel.

10、10’、30、30’、40 ボイルオフガス回収システム
11 カーゴタンク
12 第1配管
13 カーゴマシナリールーム
14 第1熱交換器
15 高圧ガスコンプレッサ(多段コンプレッサ)
16 第2配管
17 ジュールトムソンバルブ(膨張弁)
18 第1セパレータ
19 圧力調整弁
20 第3配管
21、33 移送ポンプ
22 第4配管
23、27、36 流量制御弁
24 第2熱交換器
25 冷媒用配管
26、35 バイパス通路
28 再液化装置
31 第2セパレータ
32 第5配管
34 第6配管
41 第7配管
42 再液化装置ガス供給ガスコンプレッサ
10, 10 ', 30, 30', 40 Boil-off gas recovery system 11 Cargo tank 12 First piping 13 Cargo machinery room 14 First heat exchanger 15 High-pressure gas compressor (multistage compressor)
16 Second piping 17 Joule Thomson valve (expansion valve)
18 First separator 19 Pressure regulating valve 20 Third piping 21, 33 Transfer pump 22 Fourth piping 23, 27, 36 Flow control valve 24 Second heat exchanger 25 Refrigerant piping 26, 35 Bypass passage 28 Reliquefaction device 31 First 2 separator 32 5th piping 34 6th piping 41 7th piping 42 Reliquefaction device gas supply gas compressor

Claims (13)

カーゴタンクからのボイルオフガスを圧縮する高圧ガスコンプレッサと、
前記高圧ガスコンプレッサへ送られるボイルオフガスと、前記高圧ガスコンプレッサにおいて圧縮されたボイルオフガスの間で熱交換を行う第1熱交換器と、
前記高圧ガスコンプレッサにおいて圧縮され、前記第1熱交換器を介して冷却されたボイルオフガスを膨張させ、前記ボイルオフガスの一部を液化する第1液化手段と、
前記第1液化手段により液化しなかったボイルオフガスの一部を、第2熱交換器と低温冷媒サイクルからなる再液化装置を介して液化する第2液化手段と、
前記第1、第2液化手段により前記ボイルオフガスの一部が液化された気液2相流をガス成分と液体成分とに分離する第1セパレータとを備え、
前記第1セパレータで分離されたガス成分を、前記第1セパレータから前記高圧ガスコンプレッサの入口側であって、前記第1熱交換器よりも上流側へと還流させるとともに、前記第1セパレータで分離された液体成分を前記カーゴタンクへ移送し、
前記高圧ガスコンプレッサから前記第1熱交換器へと供給されるボイルオフガスの圧力が臨界点以上の圧力である
ことを特徴とする液化ガスのボイルオフガス回収システム。
A high-pressure gas compressor that compresses boil-off gas from the cargo tank;
A first heat exchanger for exchanging heat between the boil-off gas sent to the high-pressure gas compressor and the boil-off gas compressed in the high-pressure gas compressor;
First liquefaction means for expanding the boil-off gas compressed in the high-pressure gas compressor and cooled via the first heat exchanger, and liquefying a part of the boil-off gas;
A second liquefaction means for liquefying a part of the boil-off gas that has not been liquefied by the first liquefaction means, via a reliquefaction device comprising a second heat exchanger and a low-temperature refrigerant cycle;
A first separator that separates a gas-liquid two-phase flow in which a part of the boil-off gas is liquefied by the first and second liquefaction means into a gas component and a liquid component;
The gas component separated by the first separator is refluxed from the first separator to the upstream side of the first heat exchanger at the inlet side of the high-pressure gas compressor and separated by the first separator. Transferred liquid components to the cargo tank,
The boil-off gas recovery system for liquefied gas, wherein the pressure of the boil-off gas supplied from the high-pressure gas compressor to the first heat exchanger is equal to or higher than a critical point.
前記第1液化手段が、膨張弁またはジュールトムソンバルブを備えることを特徴とする請求項1に記載のボイルオフガス回収システム。   The boil-off gas recovery system according to claim 1, wherein the first liquefying means includes an expansion valve or a Joule Thomson valve. 前記第1セパレータで分離されたガス成分を、前記第1熱交換器よりも上流側へと還流させる経路に圧力調整弁を更に備え、前記第1セパレータ内の圧力が所定圧力に維持されることを特徴とする請求項1〜2の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   A pressure regulating valve is further provided in a path for returning the gas component separated by the first separator to the upstream side of the first heat exchanger, and the pressure in the first separator is maintained at a predetermined pressure; The boil-off gas recovery system according to any one of claims 1 and 2. 前記第1液化手段により生成された気液2相流が、前記再液化装置を介して前記第1セパレータへ移送されることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The boil-off according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas-liquid two-phase flow generated by the first liquefaction means is transferred to the first separator via the reliquefaction device. Gas recovery system. 第2セパレータを更に備え、前記第1液化手段により生成された気液2相流を前記第2セパレータでガス成分と液体成分とに分離し、前記第2セパレータで分離されたガス成分が、前記再液化装置を介して前記第1セパレータに移送されることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   A second separator, the gas-liquid two-phase flow generated by the first liquefaction means is separated into a gas component and a liquid component by the second separator, and the gas component separated by the second separator is The boil-off gas recovery system according to any one of claims 1 to 3, wherein the boil-off gas recovery system is transferred to the first separator via a reliquefaction device. 前記再液化装置をバイパスするバイパス通路を備えることを特徴とする請求項4または5の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The boil-off gas recovery system according to any one of claims 4 and 5, further comprising a bypass passage that bypasses the reliquefaction device. 前記第1液化手段により生成された気液2相流を、直接前記第1セパレータでガス成分と液体成分とに分離し、前記第1セパレータで分離された前記ガス成分の一部をガスコンプレッサにより前記第2液化手段に送り、前記第2液化手段で液化して、前記第1セパレータに還流することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The gas-liquid two-phase flow generated by the first liquefaction means is directly separated into a gas component and a liquid component by the first separator, and a part of the gas component separated by the first separator is separated by a gas compressor. The boil-off gas recovery system according to any one of claims 1 to 3, wherein the boil-off gas recovery system is sent to the second liquefaction unit, liquefied by the second liquefaction unit, and refluxed to the first separator. 前記液体成分を前記第1セパレータから前記カーゴタンクへと移送する移送ポンプを備えることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The boil-off gas recovery system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a transfer pump that transfers the liquid component from the first separator to the cargo tank. 前記高圧ガスコンプレッサにおいて圧縮され、前記第1熱交換器へ移送されるボイルオフガスの流量を制御する流量制御弁を更に備え、ボイルオフガス回収システムの液化回収量を制御することを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The liquefied recovery amount of the boil-off gas recovery system is further controlled by further comprising a flow rate control valve that controls the flow rate of the boil-off gas compressed in the high-pressure gas compressor and transferred to the first heat exchanger. The boil-off gas recovery system according to any one of 1 to 8. 前記高圧ガスコンプレッサは、圧縮した前記ボイルオフガスの一部を2元燃料焚き低速ディーゼル機関の燃料として吐出することを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The boil-off gas recovery system according to any one of claims 1 to 9, wherein the high-pressure gas compressor discharges a part of the compressed boil-off gas as fuel for a dual fuel-fired low-speed diesel engine. 前記高圧ガスコンプレッサが多段コンプレッサであり、前記第1熱交換器へは、途中段から抽気したボイルオフガスが供給されることを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The boil-off gas according to any one of claims 1 to 10, wherein the high-pressure gas compressor is a multi-stage compressor, and the boil-off gas extracted from an intermediate stage is supplied to the first heat exchanger. Collection system. 前記高圧ガスコンプレッサの吐出側から減圧して前記第1熱交換器へボイルオフガスが供給されることを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システム。   The boil-off gas recovery system according to any one of claims 1 to 10, wherein the boil-off gas is supplied to the first heat exchanger by reducing pressure from a discharge side of the high-pressure gas compressor. 請求項1〜12の何れか一項に記載のボイルオフガス回収システムを備えたことを特徴とする液化ガス運搬船。   A liquefied gas carrier ship comprising the boil-off gas recovery system according to any one of claims 1 to 12.
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