NO20093272A1

NO20093272A1 - LNG-brenseltanksystem for minst en gassmotor for skipsfremdrift

Info

Publication number: NO20093272A1
Application number: NO20093272A
Authority: NO
Inventors: Johnny Nylund
Original assignee: Hamworthy Gas Systems As
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2011-05-03
Also published as: KR101463953B1; HRP20171203T1; CN102656084B; ES2637089T3; CN102656084A; EP2496470B1; US20120216919A1; WO2011053164A1; EP2496470A1; US8591273B2; NO334725B1; EP2496470A4; KR20120080650A

Abstract

LNG brenseltanksystem for minst en gassmotor anvendt for skipsfremdrift, innbefattende minst en LNG-brenseltank (4) og en gassbeholder (8), der LNG-brenseltanken bunkres fra et LNG-trykktankpåfyllingsanlegg på land ved hjelp av en LNG-påfyllingsledning (1). I henhold til den foreliggende oppfinnelse er LNG-brenseltanken (4) en lavtrykkontrollert Type A skipstank, og gassbeholderen (8) er en enkeltskallet uisolert trykkbeholder anordnet for henholdsvis å oppsamle avdampnings- og avkoksgass under LNG-bunkring og trykkavlastning av LNG-brenseltanken, og gassmotoren mottar brensel fra enten gassbeholderen (8) eller LNG-brenseltanken (4) avhenging av et forhåndsdefinert gassbeholdertrykk.

Description

LNG brenseltanksystem for minst én gassmotor for skipsfremdrift

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et LNG brenseltanksystem for minst én gassmotor anvendt for skipsfremdrift.

Tung fyringsolje (HFO) er nå til dags det mest vanlige drivstoffet for skipsfremdrift. For å begrense forurensing hai* internasjonale forskrifter satt grenser for svovelinnhold i HFO og utslipp av nitrogenoksider og karbondioksid til atmosfæren. Mens svovel og nitrogen i hovedsak skader nærmiljøet, er utslipp av karbondioksid er globalt problem.

Et stort trinn fremover med hensyn på miljøvern er å utnytte metan som drivstoff for skipsfremdrift, hvorved utslippet av både svovel, nitrogenoksider og karbondioksid reduseres. Prisen på LNG har også vært lavere enn for HFO og dieselolje, så det er både miljø og økonomiske fordeler ved å bruke metandrivstoff. Det hittil anvendte prinsippet har vært å fylle kommersiell flytende metan+ (LNG) i lagertrykktanker om bord skipet og opprette holde trykket ved typisk 5-7 bar gauge. LNG fordampes deretter og varmes til betingelsene fremdriftsgassmotoren krever.

Omtrent et dusin skip med LNG brenselsystemer er blitt bygd i Norge, og LNG fyllestasjoner er blitt opprettet på land for å forsyne disse skipene. Både LNG tankene på land og LNG tankene på skip er dobbelskall vakurnisolerte tanker. For å oppnå lengre seiledistanser mellom hver fylling av LNG, er det en interesse blant skipseiere å anvende LNG prismetanker som utnytter skrogfasongen bedre enn trykktanker. Prismetanker frakter LNG ved atmosfærisk trykk.

Utfordringen er hvordan LNG skal losses fra en trykksatt LNG tank på land til en skipstank som kun tåler atmosfærisk trykk, uten å avgi metangass til atmosfæren. I tillegg er varmeinntregning inn i en atmosfærisk tank mye høyere enn for en vakumisolert trykktank, og særskilte hjelpemiddel må anvendes for å håndtere økt avkokning.

Skipsbårne tanker for å frakte flytende gasser i bulk er klassifisert i IMO publikasjon: 'International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquified Gases in Bulk", IGC kode: Atmosfæriske LNG tanker er klassifisert som "Uavhengig Tanke Type A" og opereres ved atmosfærisk trykk og med 0,7 bar gauge som Maksimal Tillatt

TrykkbegrensingsVentil Innstilling (Maximum Allowable Relief Valve Setting

(MARVS)).

På grunn av risikoen lekkasje fra prismetanker (dominerende bøyespenninger) er det nødvendig for en Uavhengig Tank Type A (Type A i kortversjon) å ha en et fullstendig "andre barriere" for å holde LNG i tilfelle lekkasje.

TLNG lagertrykktanker uten noen gjennomtrengning under væskenivå er klassifisert som "Uavhengig Tank Type C", forutsatt at konstruksjonstrykket er over en gitt grense gitt av av tankdimensj onene.

Det er ikke nødvendig for en Uavhengig Tank Type C å ha noen "andre barriere"

(dominerende membranspenninger).

Hvis LNG lagertrykktanken har en gjennomtregning under væskenivå, er det nødvendig med en full "andre barriere"- jfr. IMO Maritime Safety Committee MSC.285(86): "Interim Guidelines on Safety for Natural Gas - Fuelled Engine Installaiions in ships".

Utfordringen å håndtere overfangsgass under fylling av LNG inn i Type A tanker har i henholdt til en mulighet blitt løst av et Wartsila patent, dvs. WO2008/000898 Al "Fuel Systems for Gas Driven Vessel".

Wartsilas løsning er ganske like systemet brukt på eksisterende LNG drevne skip som allerede beskrevet ovenfor, men LNG pumpes inn i de skipsbårne LNG-lagertrykktankene fra den atmosfærisk trykk Type A tanken ved hjelp av kompressorer. Lagertrykktankene som forsyner drivstoff til gassmotoren på skipet er således LNG- fylt og isolert.

Problemet som løses ved den foreliggende oppfinnelse skyldes i hovedsak tre årsaker, dvs. LNG trykktanker på land, LNG bunkring og oppholdstid.

Lagringstanker på land for LNG fylling av skip er per i dag alle av vakumisolert lagertrykk-type. Typiske konstruksjonstrykk er omtrent 10 bar gauge. Disse LNG tankene på land fylles vanligvis av LNG lastebiler, som også er utstyrt med LNG-lagertrykktanker. LNG lagringstankene på land kan også fylles ved hjelp av små LNG traktere, alle utstyrt med lagertrykktanker klassifisert som "Uavhengig Tank Type C". Varme lekker inn i LNG både under fylling på lastebil/LNG-frakter, transport, under fylling av lagringstank, og under lagring i LNG-tanken på land. LNG i LNG-lagringstanken på land er derfor ved en temperatur høyere enn -163 °C, og følgelig er metningstrykket høyere enn det atmosfæriske trykket.

Under fylling fra en LNG tank på land ved forhøyet trykk inn i en sleip Type A tank, fordamper LNG and trykket i Type A tanken øker. Hvis metningstrykket i LNG-tanken på land er godt under 0,7 bar gauge kan skip Type A-tanken fylles uten å avgi metangass til atmosfæren. Hvis metningstrykket i LNG-tanken på land er nærme 0,7 bar gauge plukker LNG opp noe varme fra pumpen, rørledning og tank, hvilket kan forårsake at trykkbegrensingsventilen åpnes og avgir metan til atmosfæren under LNG fylling. Hvis metningstrykket i LNG-tanken på land er over 0,7 bar gauge åpnes trykkbegrensningsventilen for en Type A tank og metangass frigis til atmosfæren. Ved, si 1,5 bar gauge trykk i LNG-lagringstanken på land frigis en betydlig mengde metangass til atmosfæren. Derfor må det anordnes et system for å håndtere avclampnrngsgass, hvilket er formålet ved den foreliggende oppfinnelse.

En LNG tank er utsatt for vanneinntrengning fra omgivelsene, hvilket igjen forårsaker at LNG fordamper, og tanktrykket øker inntil Ixykkbegrensningsventilen åpnes. Holdetiden er den forløpte tiden inntil trykkbegrensningsventilen åpnes. Men en dobbelskall vakumisolert lagertrykktank har en holdetid på "måneder", har en Type A tank en holdetid på "dager". Hvis startdamptrykket for en Type A tank omtrent er atmosfærisk trykk, er holdetiden typisk litt over en uke. Hvis startdamptrykket er omtrent 0,5 bar gauge er holdetiden typisk ett par dager. I tilfelle off-hire overskridende varighetene ovenfor må det anordnes et system for å håndtere fordampet gass, hvilket også er et formål ved den foreliggende oppfinnelse.

For å møte utfordringene ovenfor foreslår den foreliggende oppfinnelse et LNG brenseltanksystem for minst én gassmotor anvendt for skipsfremdrift, innbefattende minst én LNG brenseltank og en gassbeholder, der LNG brenseltanken bunkres fra et LNG trykktankanlegg på land ved hjelp av en LNG påfyllingsledning, der LNG brenseltanken er en lavtrykkontrollert Type A skipstank, og gassbeholderen er en enkeltskall uisolert trykkbeholder anordnet for henholdsvis å oppsamle avdampnings-og avkoksgass under LNG bunkring og tryldcavlastning LNG brenseltanken, og gassmotoren mottar brensel fra enten gassbeholderen eller LNG brenseltanken avhenging av et forhåndsdefinert gassbeholdertrykk.

Damptrykket i LNG-brenseltanken kan kontrolleres til å være under omtrent 0,7 bar gauge. En kompressor posisjonert i en suge- og komprimeringsledning strekker seg mellom LNG brenseltanken og gassbeholderen kan brukes for å begrense LNG brenseltanktrykket under bunkring og trykkavlastning av LNG brenseltanken.

Gassmotoren kan motta brensel fra gassbeholderen inntil trykker nærmer seg 5-6 bar gauge, hvoretter brensel leveres fra LNG brenseltanken. Fremdriftsgass fra gassbeholderen kan leveres via en gassledning som passerer en varmeinntretning.

Fremdriftsgass fra LNG brenseltanken kan leveres via en væske- og dampledning som har et hovedsakelig vertikalt vertikalstigerør ustyrt med en sentrifugalpumpe posisjonert nær en nedre del av LNG brenseltanken, og LNG fordampes i en fordamper. Damp fra fordamperen kan strømmes gjennom dampledningen via en sikkerhetsventil inn i gassledningen oppstrøms varmeinnretningen.

Når ekstra brensel er nødvendig for skipsfremdrift kan gass leveres fra både gassbeholderen og fordamperen.

For å redusere gasstemperaturen ved behov, kan en dusjledning som strekker inn i gassbeholderen, der dusjledningen inkluderer en normalt lukket ventil, være anordnet på stigningsrøret.

Andre fordelaktige trekk ved den foreliggende oppfinnelse skal forstås av de avhengige patentkrav og den detaljerte beskrivelsen nedenfor.

Nå vil den foreliggende oppfinnelse beskrives i større detalj med henvisning til Figur 1 som viser et prosesskjema.

For å unngå å frigi metan til atmosfæren under LNG bunkring og på sjøen, vedrører den foreliggende oppfinnelse et LNG brenseltanksystem for å håndtere avdampnings- og avkoksgass. I dette tilfellet sikrer en kompressor at trykket i Type A- tanken aldri overstiger 0,7 bar gauge, men leverer avdampnings-/avkoksgassen til en lagertrykktank som kun inneholder gass.

Figur 1 viser en forenklet prosessplan for et skip, for eksempel med to Type A tanker, som ved hjelp av pumper, fordamper, vameinnretning, kompressor og gassbeholder, for eksempel, forsyner brenselgass til én eller flere gassmotorer. Gassmotorene kan videre motta brensel fra gassbeholderen eller en av Type A tankene.

LNG Bunkring

LNGfylling

LNG bunkring finner sted fra en LNG fyllestasjontrykkbeholder på land, ikke vist, som i henhold til LNG leverandørers erfaring kan ha et metningstrykk så høyt som 2 bar gauge.

LNG pumpes fra LNG fyllingsstasjonen på land gjennom en LNG påfyllingsledning 1. Ved innløpet til Type A-tanken 4 føres LNG gjennom en Joule-Thomson ventil 2. J-T ventilstrømmen styres av damptrykket i Type A-tanken. Damptrykket er alltid under 0,7 bar gauge. Fra J-T ventilen strømmer LNG ned en bunnpåfyllingsledning 3 som strekker seg inn i Type A-tanken 4.

Type A tank Overtrykkskontroll

Når LNG strømmer gjennom J-T ventilen 2, dannes en viss mengde avdampningsgass, og Type A tanktrykket tenderer til å øke. J-T ventilstyringen beskrevet ovenfor er ikke i stand til å begrense Type A tanktrykket, men lukkes fullstendig og stopper dermed LNG-fylhngen.

Kompressoren 5 fjerner avdampningsgassen fra Type A-tanken via en sugeledning 6 og en komprimeringsledning 7 inn i en enkeltskall gassbeholder 8, hvorved Type A tanktrykket begrenses. Gasstrømmen gjennom kompressoren 5 kontrolleres av damptrykket i Type A-tanken. Som allerede beskrevet skal damptrykket inne i Type A-tanken alltid være under 0,7 bar gauge.

Gassbeholder

Hovedformålet ved gassbeholderen 8 er å tjene som et gassbuffer under LNG-fylling. Desto høyere metningstrykk i LNG dampbeholderen på land, desto høyere behov for gassbeholderen. For å forvisse seg tilstrekkelig bufferkapasitet mens samtidig spare plass, kan konstruksjonstrykket for gassbeholderen lages høyere enn 10 bar gauge (tidligere kravgrense for Komprimert NaturGass (CNG) tanker under dekk. Spesifisert i IMO Maritime Safety Committee MSC.285(86) : "Interim Guidelines on Safety for Natura! Gas - Fuelled Engine Installations in Ships"). Å komprimere fordampningsgassen til over si 20 - 25 bar gauge øker gasstemperaturen slik at normal karbon-mangan stål kan anvendes for gassbeholderen 8.

Gassbeholderen skal være en standard enkeltskall trykkbeholder uten noe termisk isolering. Valget av arbeidstrykk baseres på mengden avdampningsgass, nødvendig plass og kompressorkostnad.

Normal drift

Brensel fra gassbeholder

Ved avslutning av LNG-bunkringen er trykket i hver Type A tank nær atmosfærisk (0-0,5 bar gauge) og således under MARVS, mens gassbeholderen er nær sitt konstruksjonstrykk. På dette tidspunktet mottar den faktiske gassmotoren brensel direkte fra gassbeholderen. Brenselgass ved omtrent 25 bar gauge (kun et eksempel) strømmer fira gassbeholderen 8 via en gassledning 9 til en gassledning J-T ventil 10 hvor trykket reduseres til omtrent 5-7 bar gauge. Brenselgassen strømmer videre langs en gassledning 11 via en sikkerhetsventil 12, gjennom en varmeinnretning 13 og deretter til reguleringsenheten for gassmotoren(e). Strømmen gjennom J-T ventilen 10 styres av trykket i gassledningen 11 nedstrøms ventilen.

Gassmotoren mottar brensel fra gassbeholderen 8 inntil trykker nærmer seg si 5-7 bar gauge. Brenselgassforsyning fra gassbeholderen har prioritet over brenselgassforsyningen fra Type A -tanken. På denne måten er gassbeholderen ledig til å motta gass i enhver situasjon der trykket i Type A-tanken nærmer seg MARVS.

Brensel fra Type A- tanken

Når gassbeholdertrykket nærmer seg si 5-7 bar gauge, byttes brenselgassforsyningen til Type A-tanken 4.

LNG pumpes ved hjelp av en sentrifugalpumpe 14 ved bunnen av Type A — tanken 4, opp gjennom den vertikalpumpestigingsrøret 15 og gjennom væskeledningen 16 til styringsventilen 17. Strømmen gjennom styringsventilen 17 styres av trykket i væskeledningen 16 nedstrøms ventilen, hvilket holdes ved omtrent 5-7 bar gauge. LNG fordampes videre i fordamperen 18, og dampen strømmer gjennom dampledning 19 via sikkerhetsventil 20 og inn i gassledningen 11. Dampen strømmer gjennom varmeinnretningen 13 og deretter til reguleringsenheten for gassmotoren(e). Fordamperen 19 og varmeinriretningen 13 varmes ved hjelp av gassmotorens kjølesystem eller andre tilgjengelige varmesystemer ombord skipet.

Type A Tanktrykksvakumstyring

Når gassmotoren forbruker brensel synker LNG-nivået i Type A tank 4, hvilket utvikler seg i retning av å redusere trykket i tanktomrommet. For en Type A tank 4 er imidlertid trykkøkningen på grunn av varmeinntrengning vesentlig høyere enn trykkreduksjonen på grunn av LNG forbruk. Det er derfor ingen fare for at tomromstrykket faller under atmosfærisk trykk under vanlig drift.

Type A Overtrykkstyring

Vamemntrengningen gjør at Type A tank tomromstrykket øker med mindre avkokningsvolumet fjernes med kompressor 5 og oppsamles i gassbeholderen 8. "LNG varmeinntrengningstilfellet" er et mye mindre strengt krav for gasshåndteringssystemet enn "LNG fyllingstilfellet".

Det foreslåtte gasshåndteringstanksystemet tillater derfor en Type A tank med mindre isolasjon enn "standard" 30 centimeter.

Tilleggsdrift

I visse tilfeller behøver gassmotoren ekstra brenselsforsyning i en kortere eller lengre periode. Selv om fordamperne ikke nødvendigvis er i stand til å tilveiebringe en slik overskytende mengde brenselgass, kan gassbeholderen i slike tilfeller forsyne den nødvendige gassmengden.

Alternativer fra atmosfæriske LNG tanker

Prosessløsriingen som er gjenstand for den foreliggende oppfinnelse er i hovedsak tiltenkt å løse problemer som oppstår i forbindelse med å laste LNG fra en trykksatt tank på land til et skip Type A tank.

Prosessløsriingen kan lett tilpasses LNG fylling fra en atmosfærisk LNG tank på land også. En dampreturledning 21 legges ganske enkelt til mellom Type A tanktaket og LNG bunkringsstasjonen 24. Dampreturlinjen skal under fylling være koblet til på lands atmosfærisk LNG tank dampfase.

I dette tilfellet er kravene til gasshåndtering under LNG fylling noe mer avslappet (avhengig av trykkfall i dampreturledningen).

Dusjledning

En dusjledning 22 deles av fra væskeledningen 17 og kobles til gassbeholderen 8 via en normalt stengt ventil 23. Dusjledningen skal brukes i tilfeller der gasstemperaturen i gassbeholderen må reduseres.

Det forstås at de fleste komponentene annet en Type A-tanken og gassbeholderen, slik som J-T ventilene for eksempel, kan erstattes av enhver annen egnet inmetning som tilveiebringer samme eller ekvivalent funksjon.

Claims

1. LNG brenseltanksystem for minst én gassmotor anvendt for skipsfremdrift, innbefattende minst én LNG-brenseltank (4) og en gassbeholder (8), der LNG brenseltanken bunkres fra et LNG -trykktankpåfyllingsanlegg på land ved hjelp av en LNG påfyllingsledning (1),karakterisert vedat LNG brenseltanken (4) er en lavtrykkontrollert Type A skipstank, og gassbeholderen (8) er en enkeltskall uisolert trykkbeholder anordnet for henholdsvis å oppsamle avdampnings-og avkoksgass under LNG bunkring og trykkavlastning av LNG brenseltanken, og gassmotoren mottar brensel fra enten gassbeholderen (8) eller LNG brenseltanken (4) avhenging av et forhåndsdefinert gassbeholdertrykk.

2. LNG brenseltanksystem ifølge krav 1,karakterisertved at LNG brenseltanken er lavtrykkskontrollert ved å anvende en Joule-Thomson ventil (2) anordnet i LNG påfyllingsledningen (1).

3. LNG brenseltanksystem ifølge krav 1 og 2,karakterisertv e d at damptrykket inne i LNG-brenseltanken (4) kontrolleres til å være under omtrent 0,7 bar gauge.

4. LNG brenseltanksystem ifølge minst étt foregående krav,karakterisert vedat en kompressor (5) posisjonert i en suge- og komprimeringsledning (6,7) strekker seg mellom LNG brenseltanken (4) og gassbeholderen (8) brukes for å begrense LNG brenseltanktrykket under bunkring og trykkavlastning av LNG brenseltanken.

5. LNG brenseltanksystem ifølge minst étt foregående krav,karakterisert vedat gassmotoren mottar brensel fra gassbeholderen (8) inntil trykker nærmer seg 5-6 bar gauge, hvoretter brensel leveres fra LNG brenseltanken (4).

6. LNG brenseltanksystem ifølge krav 5,karakterisertv e d at fremdriftsgass fra gassbeholderen (8) leveres via en gassledning (11) som passerer en varmeinntretning (13).

7. LNG brenseltanksystem ifølge krav 6,karakterisertved at gasstrømtrykket reduseres ved å anvende en Joule-Thomson ventil (10) anordnet oppstrøms varmeinnretningen (13).

8. LNG brenseltanksystem ifølge krav 5,karakterisertv e d at fremdriftsgass fra LNG brenseltanken (4) leveres via en væske- og dampledning (16,19) som har et hovedsakelig vertikalt vertikalstigerør (15) ustyrt med en sentrifugalpumpe (14) posisjonert nær en nedre del av LNG brenseltanken, og LNG fordampes i en fordamper (18).

9. LNG brenseltanksystem ifølge krav 8,karakterisertved at damp fra fordamperen (18) strømmes gjennom dampledningen (19) via en sikkerhetsventil (20) inn i gassledningen (11) oppstrøms varmeinnretningen (13).

10. LNG brenseltanksystem ifølge minst étt foregående krav,karakterisert vedat fremdriftsgass leveres fra både gassbeholderen (8) og fordamperen (18) når ekstra brensel er nødvendig for sMpsfremdriften.

11. LNG brenseltanksystem ifølge minst étt foregående krav,karakterisert vedat en dusjledning (22) som strekker inn i gassbeholderen (8), der dusjledningen (22) inkluderer en normalt lukket ventil (23), er anordnet på stigningsrøret for å redusere gasstemperaturen ved behov.

12. LNG brenseltanksystem ifølge minst étt foregående krav,karakterisert vedat for å også tillate fylling fra atmosfæriske LNG tanker, anordne en dampremrledning (21) mellom LNG brenseltanktaket (4) og LNG påfyllingsanlegg på land.