JP6501527B2 - ボイルオフガスの再液化設備 - Google Patents
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Description
近年、当該船舶の推進用主機関として、燃料が比較的高い圧力で供給される高圧噴射型エンジン(船舶用電子制御式ガスインジェクションディーゼルエンジン)が開発されている。当該高圧噴射型エンジンは、燃料を高圧で噴射する高圧噴射型エンジンであるため、当該高圧噴射型エンジンへボイルオフガスを燃料として供給する場合、ボイルオフガスを30MPaG程度まで昇圧した後に供給する必要がある。
当該船舶上のBOG再液化設備では、ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスが、熱交換器にて貯留タンクから排出された後のボイルオフガスと熱交換する形態で冷却され、減圧された後、気液分離器にて液化され貯留タンクへ戻される。尚、気液分離器では、一部が液化されることなく気体のフラッシュ流として排出され、当該フラッシュ流は、再度、貯留タンクと熱交換器との間を通流するボイルオフガスに混合される。
因みに、図5に示す冷凍サイクル回路Cにあっては、クーラーEXにて降温された後の冷媒N2と、凝縮器としての第1熱交換器EX1を通過した後で冷熱を保有している冷媒N2とを熱交換する第2熱交換器EX2が設けられている。
余剰のボイルオフガスは、冷凍サイクル回路Cの第1熱交換器EX1にて冷媒N2と熱交換する形態で冷却されて液化され、減圧弁Vにて減圧された後、気液分離器30へ導かれることとなる。
当該特許文献2に開示の技術にあっては、窒素等からなる非凝縮性の冷媒を循環する冷凍サイクル回路として、冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサと、当該冷媒圧縮コンプレッサで圧縮され昇温した冷媒を冷却するクーラーと、当該クーラーにて冷却された冷媒を被冷却媒体として第1熱交換器へ通流させた後、冷却媒体として第2熱交換器へ通流させる第1冷媒流路と、当該第1冷媒流路を通流した後の冷媒を膨張させ降温させる膨張タービンと、当該膨張タービンにて降温した後の冷媒を冷却媒体として第2熱交換器へ通流させ前記冷媒圧縮コンプレッサへ戻す第2冷媒流路とを備えたものが知られている。
尚、当該冷凍サイクル回路にあっては、第2熱交換器での熱交換効率を向上させる目的で、第1冷媒流路を通流する冷媒のうち一部を第1熱交換器をバイパスさせ第2熱交換器の一部へ通流させた後に、第1冷媒流路で第1熱交換器の下流側で第2熱交換器の上流側を通流する冷媒に合流させるバイパス流路が設けられている。
即ち、当該特許文献2に開示の技術にあっては、特に、第2熱交換器において、ボイルオフガスと第1熱交換器を通過した冷媒と第1熱交換器をバイパスした冷媒の3つの流体が熱交換する構成を採用することにより、冷媒のバイパス量を調整することで交換熱量に対する冷媒の温度変化率を調整し、熱交換効率の向上を図っている。
尚、当該フラッシュ流は、貯留タンクを出た後のボイルオフガスに混合せず、外部に排出する構成を採用する場合には、利用価値の高いメタンを多量に捨てることになるので経済性が悪化する。
一方、余剰のボイルオフガスを処理するべく、図5に示すような単純な再液化設備を採用する場合、冷凍サイクル回路Cの第1熱交換器EX1において、授熱側のボイルオフガスと受熱側の冷媒N2とに関する温度と熱交換量との関係を示すTQ線図は、図6に示されるようになる。
ここで、当該図6において、ボイルオフガスはほぼメタン単体から成るガスであることから、授熱側のボイルオフガスのTQ線(図6で太実線)は、温度が下がって凝縮し始める点で温度変化が不連続となる。そして気液混合状態になると等温変化をする。
一方で、受熱側の冷媒として一般的に用いられる非凝縮性の窒素N2を用いる場合、当該冷媒N2が状態変化をしない関係で、そのTQ線(図6で細実線)は、図6に示すように略直線状になる。その結果、ボイルオフガスが凝縮し始める点でボイルオフガスと冷媒N2との温度差が最接近する(この点(図6でP1で示す点)をピンチポイントという)。このピンチポイントのために、冷媒N2の熱交換量に対する温度変化の割合(図6における傾きγ)はボイルオフガスの温度変化に合わせて小さくなる(つまり冷媒N2の流量を増やす必要がある)。そのため、冷凍サイクル回路Cの冷媒圧縮コンプレッサCPの圧縮動力が増加し、効率悪化を招くことになる。
また、授熱側のボイルオフガスの温度と受熱側の冷媒N2の温度との差(図6で、ΔT2やΔT3)が大きくなっており、これは、当該第1熱交換器EX1における熱交換効率が悪いことを示している。
更に、冷凍サイクル回路は、第2熱交換器へ温度の異なる3つの流体を導くため、バイパス流路等を設ける複雑な回路構成をしているため、システム全体として構成が複雑となっていた。このような複雑な構成にあっては、第2熱交換器での熱交換効率を向上させるためには、バイパス流量等を適切に制御する必要があり、冷媒の流量制御も複雑になるという問題があった。
液化天然ガスを貯留する貯留タンクと、当該貯留タンクから排出されるボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮部と、当該ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスの一部を燃料とする高圧噴射型エンジンと、前記ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスの他部を抽気し再液化して前記貯留タンクへ戻す抽気流路と、前記抽気流路を通流するボイルオフガスと熱交換して当該ボイルオフガスを冷却する冷媒を循環する冷凍サイクル回路とを水上構造物上に備えるボイルオフガスの再液化設備であって、その特徴構成は、
前記抽気流路が、前記ボイルオフガス圧縮部にて前記高圧噴射型エンジンのエンジン供給圧力まで昇圧される前のボイルオフガスを抽気するものであり、
前記冷凍サイクル回路が、冷媒を圧縮する冷媒圧縮部と、当該冷媒圧縮部にて圧縮された冷媒を膨張する膨張部と、当該膨張部にて膨張された冷媒と前記抽気流路を通流するボイルオフガスとを熱交換する第1熱交換器とを有し、
前記貯留タンクから前記ボイルオフガス圧縮部までを通流するボイルオフガスと、前記冷凍サイクル回路で前記冷媒圧縮部から前記膨張部までを通流する冷媒とを熱交換する第2熱交換器を備え、
前記冷媒圧縮部で圧縮された冷媒は、前記冷媒圧縮部の出口から前記第2熱交換器に至る流路を経ることで、当該流路に配置された前記膨張部及び前記第1熱交換器を経て前記第2熱交換器に供給され、
前記抽気流路へ抽気するボイルオフガスの抽気圧力を、前記エンジン供給圧力未満で、且つ前記ボイルオフガスの臨界圧力以上に設定する圧力設定手段を備える点にある。
そして、抽気流路を通流するボイルオフガス(以下、昇圧後のボイルオフガスと略称することがある)は、第1熱交換器にて、冷凍サイクル回路で冷媒圧縮部にて圧縮され第2熱交換器で昇圧前のボイルオフガスの冷熱を回収した後に膨張部にて膨張され降温した冷媒と熱交換する形態で、冷却される。
特に、本発明にあっては、圧力設定手段が、抽気圧力を、エンジン供給圧力未満に設定するから、上述した様に、例えば、昇圧後のボイルオフガスを第1熱交換器で冷却した後、減圧して気液分離する際に発生するフラッシュ流の流量を低減できる。
ここで、ボイルオフガスを液化する過程で消費される動力としては、ボイルオフガス圧縮部での圧縮動力(具体的には、ボイルオフガス圧縮部にてボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力)と、冷凍サイクル回路での圧縮動力(具体的には、冷凍サイクル回路にて冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力)とがあるが、第1熱交換器での熱交換損失等をも考慮すると、抽気圧力が本発明にて設定される抽気圧力よりも十分に小さい場合には、単位ボイルオフガスあたりにおいて、『冷凍サイクル回路での圧縮動力>ボイルオフガス圧縮部の圧縮動力』の関係が成り立つ。
そして、圧力設定手段が、抽気圧力を設定する際に、抽気圧力の下限圧力をボイルオフガスの臨界圧力以上に設定するから、抽気流路で第1熱交換器を通過するボイルオフガスのTQ線図において、抽気流路で第1熱交換器を通過するボイルオフガスの示すTQ線のうち、液体と気体との気液混合状態である湿り飽和蒸気が示す等温線の幅(図6でAで示す幅)を小さくするように(あるいはなくすように)、抽気圧力を設定できる。
これにより、抽気流路で第1熱交換器を通過するボイルオフガスの示すTQ線は、例えば、図6で太実線で示されるような線図から、図2、3で太実線で示されるような線図となる。結果、冷媒の流量を減らすことができ(TQ線図における冷媒の傾きを大きくでき)、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力(具体的には、冷凍サイクル回路での冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力)を小さくすることができ、設備全体としての効率向上を図ることができる。また、熱交換量の全域において、授熱側のTQ線と受熱側のTQ線との温度差を小さくすることができ、熱交換効率を向上できる。
更に、冷凍サイクル回路での圧縮動力を低減することができるから、液化効率を向上できるのみならず、容量の小さい冷媒圧縮コンプレッサを用いることができ、設備全体のコンパクト化を図ることができる。
また、本発明によれば、冷凍サイクル回路において、特許文献2に開示の技術のようにバイパス流路を設けることのないシンプル構成を採用することができ、冷凍サイクル回路を通流する冷媒の流量制御もシンプルな制御にすることができる。
以上より、構成の複雑化を避けながらも、フラッシュ流の流量を低減して効率向上を図りつつ、冷凍サイクル回路の圧縮動力低減による効率向上を実現し得るボイルオフガスの再液化設備を実現できる。
前記抽気流路で前記第1熱交換器を通過したボイルオフガスを減圧する減圧弁と、当該減圧弁にて減圧されたボイルオフガスを気液分離する気液分離器とを備え、
前記圧力設定手段は、前記抽気圧力の上限圧力を、前記気液分離器から気体として排出されるフラッシュ流の流量が抑制されるフラッシュ流抑制圧力未満に設定する点にある。
前記ボイルオフガス圧縮部は、ボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮コンプレッサを複数備え、
前記冷媒圧縮部は、冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサを備え、
前記圧力設定手段は、抽気されるボイルオフガスが再液化される過程において、複数の前記ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力と、前記抽気流路で前記第1熱交換器を通過するボイルオフガスを冷却する時の前記冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力との合計動力が小さくなるように、前記抽気圧力を設定する点にある。
これに対し、本発明の構成にあっては、抽気されるボイルオフガスを再液化する場合、抽気圧力が所定の圧力までは、ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力が大きくなるほど、第1熱交換器でのボイルオフガスのTQ線は、図6の太実線に示すような温度変化が不連続なTQ線から、図2の太実線に示すような温度変化が連続した滑らかなTQ線へと変化する。これにより、第2熱交換器での冷媒のTQ線は、ボイルオフガスのTQ線の温度変化に合わせて、熱交換量に対する温度変化の割合を大きくできる(つまり冷媒の流量を削減できる)ので、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力(図4で、■の凡例で示される動力)を小さくすることができる。
一方、抽気圧力が所定の圧力を超えて、ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力を大きくする場合、第1熱交換器を通過した後で減圧弁にて減圧した際に発生するフラッシュ流の流量が多くなるため、当該フラッシュ流の流量を抑制するべく、第1熱交換器でのボイルオフガスの過冷却度を上げる必要が出てくる(図3の例では、ΔT1で示す温度だけ過冷却度を上げる必要が出てくる)ため、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力は大きくなる。
以上の関係から、ボイルオフガスを再液化する過程において、複数のボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力と、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力との合計動力は、図4に示されるように、所定の抽気圧力幅(図4で、ΔPで示される幅)の間において、最小となる。
上記特徴構成によれば、当該合計動力が小さくなるように、抽気圧力を設定することで、ボイルオフガスの再液化を適切に実行しながらも、フラッシュ流の発生を抑制しつつ、設備全体の効率を向上することができる。
前記圧力設定手段は、前記抽気圧力を、10MPaG以上13MPaG以下に設定することが好ましい。
以下、本発明の実施形態に係るボイルオフガスの再液化設備100を、図面に基づいて説明する。
貯留タンク10とボイルオフガス圧縮部20とは、ボイルオフガス排出路L1にて接続されており、貯留タンク10にて発生したボイルオフガスは、ボイルオフガス排出路L1を介して、ボイルオフガス圧縮部20へ導かれる。
即ち、ボイルオフガス排出路L1からボイルオフガス圧縮部20に導かれるボイルオフガスは、第1ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1にて圧縮された後、第1クーラーEX1にて冷却され、当該第1クーラーEX1にて冷却されたボイルオフガスは、第2ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP2にて圧縮された後、第2クーラーEX2にて冷却され、当該第2クーラーEX2にて冷却されたボイルオフガスは、第3ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP3にて圧縮された後、第3クーラーEX3にて冷却され、当該第3クーラーEX3にて冷却されたボイルオフガスは、第4ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP4にて圧縮された後、第4クーラーEX4にて冷却され、当該第4クーラーEX4にて冷却されたボイルオフガスは、第5ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP5にて圧縮された後、第5クーラーEX5にて冷却され、例えば、30MPaG以上のエンジン供給圧力まで昇圧された後、高圧噴射型エンジン40に供給される。当該高圧噴射型エンジン40は、船舶用電子制御式ガスインジェクションディーゼルエンジンを採用しており、LNG運搬船50の推進用のプロペラに直結され、且つ低速で回転する2サイクルエンジンである。
尚、高圧噴射型エンジン40は、比較的高圧の燃料を噴射するエンジンであればよく、2サイクルエンジンに限定されるものではない。
説明を追加すると、ボイルオフガス圧縮部20には、第2ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP2で圧縮された後で、第2クーラーEX2にて冷却されたボイルオフガスの一部を分離して抽気する第1分岐機構D1が設けられており、当該第1分岐機構D1で分岐されたボイルオフガスは、各種のガス燃焼器で燃焼される。
尚、当該抽気流路L2へは、貯留タンク10から排出されるボイルオフガスの量が、高圧噴射型エンジン40にて燃料として必要とされるボイルオフガスの量を超える場合に、その超過分のボイルオフガスが導かれることとなる。
ここで、まず、冷凍サイクル回路Cについて説明を加えると、冷凍サイクル回路Cは、非凝縮性の冷媒N2として窒素を循環させ、第1熱交換器EX10でボイルオフガスを冷却して再液化するために設けられている回路である。
当該冷凍サイクル回路Cは、冷媒圧縮部70として、冷媒N2を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の複数(当該実施形態では、3つ)を、冷媒N2の流れ方向で記載の順に備えると共に、当該冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8にて圧縮され昇温した後のボイルオフガスを他の冷媒と熱交換する形態で冷却するクーラーEX6、EX7、EX8を、冷媒N2の流れ方向で各冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の下流側出口に、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の夫々に1つずつ対応する状態で、ボイルオフガスの流れ方向で記載の順に配設している。
説明を追加すると、冷媒N2は、第6冷媒圧縮コンプレッサCP6にて圧縮された後、第6クーラーEX6にて冷却され、当該第6クーラーEX6にて冷却された冷媒N2は、第7冷媒圧縮コンプレッサCP7にて圧縮された後、第7クーラーEX7にて冷却され、当該第7クーラーEX7にて冷却された冷媒N2は、第8冷媒圧縮コンプレッサCP8にて圧縮された後、第8クーラーEX8にて冷却される。
更に、冷凍サイクル回路Cは、第8クーラーEX8にて冷却された冷媒N2を、ボイルオフガス排出路L1を通流するボイルオフガスと熱交換する形態で冷却する第2熱交換器EX9と、当該第2熱交換器EX9を通過した後の冷媒N2を膨張させるエキスパンダEP1(膨張部の一例)とを備えている。
これにより、冷凍サイクル回路Cを循環する冷媒N2は、複数の冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8にて記載の順に圧縮されながら複数のクーラーEX6、EX7、EX8にて記載の順に冷却され、第2熱交換器EX9にて更に冷却された後、エキスパンダEP1にて膨張し、ボイルオフガスを過冷却可能な温度(例えば、−170℃以下の温度)まで降温した後、第1熱交換器EX10を通過して抽気流路L2を通流するボイルオフガスを冷却して再液化させる形態で、冷凍サイクル回路Cを循環する。
抽気流路L2は、気液分離器30の下方側部位と貯留タンク10とを接続しており、気液分離器30にて気液分離された液化ボイルオフガス(L)が、当該抽気流路L2を介して貯留タンク10へ戻される。一方、気液分離器30にて気液分離された気体のボイルオフガス(G)は、フラッシュ流として気液分離器30から排出される。
このため、ボイルオフガスが凝縮し始める点でボイルオフガスと冷媒N2との温度差が最接近する(この点(図6でP1で示す点)をピンチポイントという)。このピンチポイントのために、冷媒N2の熱交換量に対する温度変化の割合(図6における傾きγ)はボイルオフガスの温度変化に合わせて小さくなる。(つまり冷媒N2の流量を増やす必要がある)。そのため、冷凍サイクル回路Cの冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力が増加し、効率悪化を招くことになる。
また、授熱側のボイルオフガスの温度と受熱側の冷媒N2の温度との差(図6で、ΔT2やΔT3)が大きくなっており、これは、当該第1熱交換器EX10における熱交換効率が悪いことを示している。
より具体的には、圧力設定部60aは、ボイルオフガスの抽気圧力を、従来の窒素冷媒サイクルを備えた船上ボイルオフガス再液化システムにおける一般的な抽気圧力よりも高めることで、図6の太実線のボイルオフガスのTQ線において、気液混合状態で等温変化を示す幅Aを小さくすることができる。つまり、図6の太実線で示すTQ線から、図2で太破線で示すTQ線(抽気圧力7MPaG)、更には、図2で太実線で示すTQ線(抽気圧力10MPaG)へと変化させる。これにより、冷媒N2の流量を減らすことができ(TQ線図における冷媒N2の傾きを大きくでき)、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力を小さくすることができる。
図2に示すTQ線図は、ボイルオフガスの抽気圧力を7MPaGと抽気圧力10MPaGとした場合の第1熱交換器EX10におけるTQ線図であるが、ボイルオフガスの抽気圧力が7MPaGの場合、飽和蒸気線(図2でグラフ中央付近の太破線)と過熱蒸気線(図2でグラフ右側付近の細破線)との傾きの差が、10MPaGに比較して大きくなる(グラフのうねりが大きくなる)。これは、抽気圧力を10MPaGに設定する場合よりも、抽気圧力を7MPaGに設定する場合のほうが、冷媒N2の熱交換量に対する温度変化の割合が小さくなり(つまりN2流量が大きくなり)、冷凍サイクル回路Cの冷媒圧縮コンプレッサCPの圧縮動力が増加し、効率が悪化していることを示す。また、授熱側であるボイルオフガスが示すTQ線と受熱側の冷媒N2が示すTQ線との温度差が大きくなり、熱交換効率が悪いことを示している。
逆に言うと、抽気圧力を10MPaGに設定する方が、抽気圧力を7MPaGに設定するよりも、第1熱交換器EX10での熱交換効率を向上でき、第1熱交換器EX10にて冷媒N2から与える冷熱量の損失を低減できるから、冷媒圧縮部70の圧縮動力(冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力)を低減できる。
ここで、ボイルオフガスを液化する過程で消費される動力としては、ボイルオフガス圧縮部20での圧縮動力(具体的には、ボイルオフガス圧縮部20にてボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力)と、冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力(具体的には、冷凍サイクル回路Cにて冷媒N2を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力)とがあるが、第1熱交換器EX10での熱交換損失等をも考慮すると、抽気圧力が本発明にて設定される抽気圧力よりも十分に小さい場合には、単位ボイルオフガスあたりにおいて、『冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力>ボイルオフガス圧縮部20の圧縮動力』の関係が成り立つ。
ここで、圧力設定部60aが、抽気圧力を、10MPaG以上に設定することで、第1熱交換器EX10を通過する昇圧後のボイルオフガスと冷媒N2との温度差を、第1熱交換器EX10での交換熱量全域に亘って低減でき、冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力(具体的には、冷凍サイクル回路Cでの冷媒N2を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力)を低減することができ、設備全体としての効率向上を図ることができる。
以上のことから、当該実施形態にあっては、圧力設定部60aは、ボイルオフガスの抽気圧力の10MPaG以上に設定する。
因みに、ボイルオフガスの抽気圧力を10MPaGとした場合のTQ線図の計算条件は、図1の概略構成図のボイルオフガス排出路L1及び抽気流路L2に示すP1〜P6において、以下の〔表1〕に示す流量、温度、圧力を示すものとする。尚、下線を付した値は、抽気圧力によらず、ほぼ一定の値である。また、タンク圧は、0MPaG以上0.035MPaG以下程度の圧力とする。
当該図3に示すTQ線図から、抽気圧力を13MpaGから30MPaGへ昇圧する場合、ボイルオフガス圧縮部20の圧縮動力が大幅に増加するが、第1熱交換器EX10での熱交換効率は更に向上する。ただし、抽気圧力の増加に伴うフラッシュ流の流量の増加を抑制する必要があるから、ボイルオフガスの過冷却量を大きくする必要があるため、図3に示すように、抽気圧力を13MPaGに設定する場合に比べ、冷凍サイクル回路Cで第1熱交換器EX10への冷媒N2の入温度を、図3でΔT1にて示す温度だけ低温にする必要がある。これは、冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力の増大を意味するから、再液化プロセスにおける効率の悪化を意味する。
一方で、抽気圧力を13MPaGに設定する場合、冷凍サイクル回路Cで第1熱交換器EX10への冷媒N2の入温度を、抽気圧力を10MPaGに設定する場合と略同温度に設定できている。これは、抽気圧力を13MPaGに設定する場合、冷凍サイクル回路Cで第1熱交換器EX10への冷媒N2の入温度を、抽気圧力を10MPaGに設定する場合と略同温度に設定したときでも、フラッシュ流の流量を十分に抑制できることを示している。更に、抽気圧力を13MPaGに設定する場合には、冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力を一定に維持しながらも、授熱側である昇圧後のボイルオフガスが示すTQ線を、直線状に近い状態へと変化させることができている。
そこで、当該実施形態にあっては、圧力設定部60aは、ボイルオフガスの抽気圧力を、13MPaG以下に設定している。
図4に基づいて説明を追加すると、抽気されるボイルオフガスが再液化される過程において、ボイルオフガスの抽気圧力を0MPaGから徐々に昇圧させると、図4に示すように、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力(図4で、▲の凡例で示される動力)は徐々に大きくなる。
これに対し、当該実施形態に係る構成にあっては、抽気されるボイルオフガスを再液化する場合、抽気圧力が所定の圧力までは、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力が大きくなるほど(抽気圧力が高くなるほど)、第1熱交換器EX10でのボイルオフガスのTQ線は、図6の太実線に示すような温度変化が不連続なTQ線から、図2の太実線に示すような温度変化が連続した滑らかなTQ線へと変化する。これにより、第1熱交換器EX10での冷媒N2のTQ線は、ボイルオフガスのTQ線の温度変化に合わせて、熱交換量に対する温度変化の割合を大きくできる(つまり冷媒N2の流量を削減できる)ので、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力(図4で、■の凡例で示される動力)を小さくすることができる。
一方、抽気圧力が所定の圧力を超えて、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力を大きくする場合、第1熱交換器EX10を通過した後で減圧弁V1にて減圧した際に発生するフラッシュ流の流量が多くなるため、当該フラッシュ流の流量を抑制するべく、第1熱交換器EX10でのボイルオフガスの過冷却度を上げる必要が出てくる(図3の例では、ΔT1で示す温度だけ過冷却度を上げる必要が出てくる)ため、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力は大きくなる。
これらの関係から、ボイルオフガスを再液化する過程において、複数のボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力と、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力との合計動力は、図4に示されるように、抽気圧力が10MPaG以上13MPaG以下の範囲(図4で、ΔPで示される幅)の間において、最小となる。
従って、当該実施形態に係る圧力設定部60aは、当該合計動力を小さくして、再液化の過程における効率向上を図るべく、抽気圧力を10MPaG以上13MPaG以下に設定するのである。
尚、シミュレーションの条件としては、本実施形態と、特許文献1に開示の技術と、特許文献2に開示の技術との夫々の液化装置への到着時温度(例えば、−120℃)において、ボイルオフガスが2883kg/hが発生したものとし、主機関負荷が30%の場合では、発生したボイルオフガスのうち、約1400kg/hを主機関へ送り、残りの一部を発電機へ送り、その残りを液化するという条件とした。
尚、発電機にて発電された電力は、船内電力と主機関等への燃料供給や冷媒サイクル駆動のためのコンプレッサ動力として用いられるものとした。また、液化動力が、本実施形態と、特許文献1に開示の技術と、特許文献2に開示の技術とで異なるので、発電機へ送るボイルオフガスの量は、夫々で異なっている。
(1)上記実施形態では、ボイルオフガスの再液化設備100は、LNGを運搬するLNG運搬船50に設けられる例を示したが、別に、当該構成に限定されるものではない。
他の例としては、採掘されたLNGを海上で精製した後、直接液化させて貯留タンク10内に貯蔵し、必要に応じて、当該貯留タンク10内に保存されたLNGをLNG運搬船へ移載するために使用される設備であるLNG FPSO(Florting Production Strage and Off−loading)等の洋上プラントに設けられても良い。
しかしながら、抽気流路L2を通流するボイルオフガスで、再液化されたボイルオフガスは、必ずしも貯留タンク10へ戻す必要はなく、場合によっては、ボイルオフガスの冷熱を空調や冷熱発電に利用するような構成を採用しても構わない。
また、冷媒圧縮コンプレッサの数についても、特に、限定されるものではなく、第1熱交換器EX10にて要求される温度及び冷熱量に応じて、適宜変更可能である。
そして、ボイルオフガス圧縮コンプレッサ及び冷媒圧縮コンプレッサの数に対応する状態で、クーラーの数も適宜変更可能である。
即ち、主機関としての高圧噴射型エンジン40の排熱を熱源とする吸収式冷凍機(図示せず)と、当該吸収式冷凍機にて発生する冷熱を回収すると共に回収した冷熱をボイルオフガス圧縮部20及び冷凍サイクル回路Cにおけるクーラーにて供給する熱媒体を循環可能な熱媒体循環回路(図示せず)を備える構成を採用しても構わない。
尚、熱媒体循環回路は、ボイルオフガス圧縮部20及び冷凍サイクル回路Cにおけるクーラーのすべてに冷熱を供給するように配設しても構わないし、その一部に冷熱を供給するように配設しても構わない。
20 :ボイルオフガス圧縮部
30 :気液分離器
40 :高圧噴射型エンジン
60a :圧力設定部
70 :冷媒圧縮部
100 :再液化設備
BOG :ボイルオフガス
C :冷凍サイクル回路
CP1 :第1ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP2 :第2ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP3 :第3ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP4 :第4ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP5 :第5ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP6 :第6冷媒圧縮コンプレッサ
CP7 :第7冷媒圧縮コンプレッサ
CP8 :第8冷媒圧縮コンプレッサ
EP1 :エキスパンダ
EX10 :第1熱交換器
EX9 :第2熱交換器
L2 :抽気流路
LNG :液化天然ガス
N2 :冷媒
V1 :減圧弁
Claims (4)
- 液化天然ガスを貯留する貯留タンクと、当該貯留タンクから排出されるボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮部と、当該ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスの一部を燃料とする高圧噴射型エンジンと、前記ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスの他部を抽気し再液化して前記貯留タンクへ戻す抽気流路と、前記抽気流路を通流するボイルオフガスと熱交換して当該ボイルオフガスを冷却する冷媒を循環する冷凍サイクル回路とを水上構造物上に備えるボイルオフガスの再液化設備であって、
前記抽気流路が、前記ボイルオフガス圧縮部にて前記高圧噴射型エンジンのエンジン供給圧力まで昇圧される前のボイルオフガスを抽気するものであり、
前記冷凍サイクル回路が、冷媒を圧縮する冷媒圧縮部と、当該冷媒圧縮部にて圧縮された冷媒を膨張する膨張部と、当該膨張部にて膨張された冷媒と前記抽気流路を通流するボイルオフガスとを熱交換する第1熱交換器とを有し、
前記貯留タンクから前記ボイルオフガス圧縮部までを通流するボイルオフガスと、前記冷凍サイクル回路で前記冷媒圧縮部から前記膨張部までを通流する冷媒とを熱交換する第2熱交換器を備え、
前記冷媒圧縮部で圧縮された冷媒は、前記冷媒圧縮部の出口から前記第2熱交換器に至る流路を経ることで、当該流路に配置された前記膨張部及び前記第1熱交換器を経て前記第2熱交換器に供給され、
前記抽気流路へ抽気するボイルオフガスの抽気圧力を、前記エンジン供給圧力未満で、且つ前記ボイルオフガスの臨界圧力以上に設定する圧力設定手段を備えるボイルオフガスの再液化設備。 - 前記抽気流路で前記第1熱交換器を通過したボイルオフガスを減圧する減圧弁と、当該減圧弁にて減圧されたボイルオフガスを気液分離する気液分離器とを備え、
前記圧力設定手段は、前記抽気圧力の上限圧力を、前記気液分離器から気体として排出されるフラッシュ流の流量が抑制されるフラッシュ流抑制圧力未満に設定する請求項1に記載のボイルオフガスの再液化設備。 - 前記ボイルオフガス圧縮部は、ボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮コンプレッサを複数備え、
前記冷媒圧縮部は、冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサを備え、
前記圧力設定手段は、抽気されるボイルオフガスが再液化される過程において、複数の前記ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力と、前記抽気流路で前記第1熱交換器を通過するボイルオフガスを冷却する時の前記冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力との合計動力が小さくなるように、前記抽気圧力を設定する請求項1又は2に記載のボイルオフガスの再液化設備。 - 前記圧力設定手段は、前記抽気圧力を、10MPaG以上13MPaG以下に設定する請求項1〜3の何れか一項に記載のボイルオフガスの再液化設備。
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