NO337027B1 - Gasstilførselsarrangement for et marint fartøy, og fremgangsmåte for tilveiebringelse av gass i et marint fartøy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et gasstilførselsarrangement for et marint fartøy ifølge innledningen i patentkrav 1, og en fremgangsmåte for tilveiebringelse av gass i et gasstilførselsarrangement for et marint fartøy, som angitt i innledningen til patentkrav 5.

Bruk av gass som energikilde i marine fartøy er fordelaktig på grunn av den effektive forbrenning og de lave utslipp. Vanligvis blir gass lagret i flytendegjort form fordi lagringen da krever mindre plass.

Fremdriftssystemet for LNG (Liquified Natural Gas)-tankskip innbefatter vanligvis bruk av brensel fra lasten. Lagringen av gassen om bord i tankskipet skjer i varmeisolerte tanker som har et friromavsnitt og et væskefaseavsnitt. Trykket i lastetankene ligger omtrent på atmosfæretrykknivå, og temperaturen til den flytendegjorte gass ligger rundt -163°C. Selv om lastetanken er meget godt isolert, vil en gradvis øking av LNG-temperaturen medføre dannelse av såkalt naturlig avkok. Avkoket må fjernes for å unngå en for sterk øking av trykket i tankene, dette fordi tankene er meget følsomme med hensyn til trykkendringer. Avkoket kan benyttes i tankskipets forbrukerinnretninger, så som i fremdriftssystemet. Imidlertid vil mengden av naturlig avkok ikke være tilstrekkelig for tilveiebringelse av all den fremdriftsenergi som kreves til enhver tid, og derfor må fartøyet være forsynt med tilleggsutstyr for tilveiebringelse av ekstra gass, såkalt tvunget avkok.

I eksempelvis FR 2722760 er det beskrevet et arrangement hvor flytende gass tilføres en fordamper hvor den flytende gass går over i gassform, hvilken gass kan kombineres med det naturlige avkok.

EP 1348620 Al viser en gasstilførselsanordning hvor naturlig avkok føres til en kompressor, som øker trykket i gassen før den går til forbruk via en mateledning. I tillegg innbefatter anordningen også en fordamper hvor den flytende gass som på forhånd er pumpet opp til det høyere trykk, fordampes. I dette arrangementet kombineres gassandelen fra fordamperen med naturlig avkok etter at trykket i det naturlige avkok er øket. Det dreier seg her imidlertid om et relativt komplisert system som krever to parallelle gassmatesystemer fra lastetanken til hovedgasstilførselsledningen. Et slikt arrangement krever også et relativt komplisert reguleringssystem.

En hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et gasstilførselsarrangement for et marint fartøy, hvilket arrangement løser de foran nevnte og/eller andre problemer i forbindelse med den kjente teknikk. Det er også en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe et enkelt og pålitelig arrangement og fremgangsmåte for et marint fartøy med gasstank for flytendegjort gass, med et jevnt trykk i tilførselsledningen og med en pålitelig gasstilførsel til forbrukerinnretninger om bord.

Hensiktene med oppfinnelsen oppnås i hovedsaken med de trekk som er angitt i kravene 1 og 5, og på mer detaljert måte med de trekk som er angitt i de andre kravene. Nedenfor skal oppfinnelsen beskrives under henvisning til bare én gasstank, men det er klart at et marint fartøy kan ha flere gasstanker, som hver kan ha et individuelt gasstilførselsarrangement, eller flere gasstanker som er parallellkoblet og således har et felles gasstilførselsarrangement.

Gasstilførselsarrangementet for et marint fartøy som er beregnet for føring av flytendegjort gass i sin gasstank, har et friromavsnitt og et væskefaseavsnitt. Ifølge det inventive arrangement benyttes det for levering av gass for tilfredsstillelse av fartøyets behov. Arrangementet innbefatter en gasstilførselsledning anordnet for levering av gass som dannes i gasstanken til en forbrukerinnretning. Den grunnleggende idé med oppfinnelsen er å foreta en kontrollerbar fordamping av gassen i selve gasstanken ved å tilveiebringe fordelaktige forhold for faseovergangsfenomen, særlig i friromavsnittet og/eller over overflaten til væskefaseavsnittet.

Ifølge en foretrukket utførelse er arrangementet tilveiebrakt med en rørledning som går fra gasstankens væskefaseavsnitt og til friromavsnittet og innbefatter minst én pumpe, for innføring av gass i friromavsnittet. Rørledningen er tilveiebrakt med en varmeoverføringsenhet for påvirkning av temperaturen til den innførte gass. På denne måten kan arrangementet gi en kontrollert mengde gassformet gass for fartøyets behov. Arrangementet er fordelaktig tilveiebrakt med en første sensor, utformet for måling av trykket i gasstankens friromavsnitt. Rørledningen er forsynt med en reguleringsventil for regulering av gasstrømmen i rørledningen, og den første sensoren er anordnet i reguleringsforbindelse med reguleringsventilen. På denne måten kan strømningsmengden av gass gjennom rørledningen styres, basert på det trykk som måles i gasstankens friromavsnitt.

Varmeoverføringsenheten innbefatter en varmeveksler. Varmeveksleren er anordnet i rørledningen på en slik måte at gassen strømmer gjennom den. Rørledningen er også forsynt med en omløpsledning som går forbi varmeveksleren, og er videre forsynt med en treveisventil for regulering av gasstrømmen mellom varmeveksleren og omløpsledningen. Arrangementet er på fordelaktig måte tilveiebrakt med en andre sensor, utformet for måling av temperaturen i gasstankens friromavsnitt. Denne andre sensor er anordnet i reguleringsforbindelse med treveisventilen, som derved kan dele gasstrømmen mellom varmeveksleren og omløpsledningen basert på temperaturen som hersker i friromavsnittet.

Ifølge oppfinnelsen blir ved en fremgangsmåte for tilveiebringelse av gass om bord i et marint fartøy som har en tank for flytendegjort gass, hvilken tank har et friromavsnitt og et væskefaseavsnitt, og en gassforbrukerinnretning, gass evaporert i gasstanken og ført til forbrukerinnretningen via en gasstilførselsledning. Samtidig måles trykket i gasstanken i hovedsaken kontinuerlig ved hjelp av en første sensor. Evaporeringsmengden av gassen i gasstanken reguleres ved at man på regulerbar måte sprøyter flytendegjort gass inn i friromavsnittet, og strømningsmengden til den sprøytede flytendegjorte gass reguleres basert på trykkmålinger foretatt med den første sensor. På denne måten tilveiebringes det forhold for faseovergangsfenomen i friromavsnittet og/eller over overflaten til væskefaseavsnittet, og faseovergangen reguleres basert på trykkmålingene med den første sensor.

Temperaturen til den sprøytede gass blir regulert basert på temperaturverdier målt med en andre sensor anordnet i forbindelse med gasstankens friromavsnitt.

Oppfinnelsen medfører flere fordeler. Fremfor alt minimeres antall nødvendige komponenter, hvilket gir en grei og plassbesparende installasjon. Trykk- og gassproduksjonskontrollen er også meget nøyaktig som følge av den nye metoden for regulering av trykket. Ved oppfinnelsen vil det også være mulig å tilveiebringe mer egnet gass for gassmotordrift ved å minimere fordampningen av runge hydrokarboner fra den flytendegjorte gass.

Nedenfor skal oppfinnelsen beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor den skjematiske figur 1 viser et eksempel på et gasstilførselsarrangement ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser rent skjematisk et tverrsnitt gjennom et marint fartøy 6, så som et LNG-tankskip. Fartøyet 6 er utformet for føring av flytendegjort gass i sine gasstanker 4. Vanligvis vil det forefinnes flere tanker i et LNG-tankskip, men i figuren er det for oversiktens skyld bare vist én gasstank 4. Gasstanken 4 fylles slik at det alltid vil foreligge et friromavsnitt 4.1 som er fylt med gass i gassform, og et væskefaseavsnitt 4.2 som er fylt med flytendegjort gass. Under lagringen av den flytendegjorte gassen vil gass fordampe, dvs. endre fase, og gå over i friromavsnittet 4.1. Denne fordampede gass kan benyttes i en forbrukerinnretning 5 om bord i fartøyet 6. Forbrukerinnretningen 5 kan eksempelvis være en gassmotor anordnet for fremdrift av fartøyet. I fig. 1 er det vist bare én forbrukerinnretning 5, men det er klart at det kan være flere slike innretninger.

Fartøyet 6 er forsynt med et gasstilførselsarrangement 1, innbefattende en gasstilførselsledning 2 med en kompressorenhet 2.1. Gasstilførselsledningen 2 går fra et friromavsnitt 4.1 i gasstanken 4 og til en forbrukerinnretning 5. Andre (ikke viste) gasstanker er også forbundet med innløpssiden til kompressorenheten 2.1 på tilsvarende måte. Gasstilførselsledningen 2 er anordnet for levering av avkok fra gasstanken 4 til fartøyets 6 forbrukerinnretning 5. Gasstanken 4 holdes under et lite overtrykk. Gasstilførselsledningen 2 er tilordnet en kompressorenhet 2.1 for opprettholdelse av trykket i gasstanken 4 på et ønsket nivå og for heving av trykket til avkoket til et adekvat nivå for bruk i forbrukerinnretningen 5. Den nedre grensen bestemmes typisk av de krav som gassmotorer om bord i fartøyet stiller som forbrukerinnretninger 5. Et ønsket trykknivå i gasstanken 4 holdes ved hjelp av kompressorenheten 2.1. Kompressorenheten 2.1 styres fordelaktig ved hjelp av en første trykkmåler 10 anordnet i gasstilførselsledningen 2 etter kompressoren, og ved hjelp av en andre trykkmåler 10' anordnet i gasstilførselsledningen 2 foran kompressoren. Kompressorenheten kan ha en innløpsstyring som muliggjør en viss kapasitetsendring. I det tilfellet at trykket i hovedgasstilførselsledningen (som målt med måleren 10) synker og trykket i gasstanken samtidig er for lavt, må det benyttes en alternativ måte for tilveiebringelse av en større mengde gass. Dette vil bli nærmere beskrevet nedenfor.

Gasstanken 4 har et arrangement 3 for produksjon av gassformet gass fra den flytendegjorte gass i gasstanken 4. Det i figuren viste arrangement innbefatter en rørledning 3.1 som går fra gasstankens 4 væskefaseavsnitt 4.2 og til gasstankens 4 friromavsnitt 4.1. Selv om det ikke er vist, vil det være mulig å anordne rørledningen mellom to separate gasstanker. Rørledningen innbefatter en pumpe 3.2, fortrinnsvis anordnet i gasstankens 4 væskefaseavsnitt. Rørledningens 3.1 andre ende er tilknyttet en dyseenhet 3.4. Denne munner i gasstankens 4 friromavsnitt 4.1. Rørledningen innbefatter også en reguleringsventil 3.5 for regulering av strømningsmengden i rørledningen 3.1.1 praksis kan rørledningen være i form av alle mulige egnede rørsystemer, hvor det kan eksempelvis dreie seg om rørsystemer eller kanaler som er integrert med andre innretninger i arrangementet.

I tillegg er det i rørledningen 3.1 innkoblet en varmevekslerenhet 3.6 hvormed det er mulig å regulere temperaturen til den sprøytede flytendegjorte gass. Varmevekslerenheten innbefatter en varmeveksler 3.7 i rørledningen etter reguleringsventilen 3.5, sett i gasstrømmens retning, gjennom hvilken varmeveksler gassen kan strømme og oppvarmes. Varmeveksleren 3.7 er forbundet med en varmevekslerkrets 3.8 hvor det eksempelvis benyttes en vann-glykol-blanding for oppvarming av gassen. Varmevekslerkretsen 3.8 kan også være forbundet med en andre varmeveksler 2.3 for regulering av temperaturen til gassen i gasstilførselsledningen 2, og med en tredje varmeveksler 5.1 for gjenvinning av varme fra forbrukerinnretningen 5. På denne måten kan overskytende varme i forbrukerinnretningen 5 utnyttes på en effektiv måte. Som vist skjematisk med de stiplede linjer, kan varmevekslerkretsen også innbefatte andre deler og elementer. Rørledningen 3.1 innbefatter videre en omløpsledning 3.10 hvorigjennom vann-glykol-biandingen kan gå forbi varmeveksleren 3.7. Omløpsstrømmen reguleres med en treveisventil 3.9, som er anordnet i rørledningen etter varmeveksleren 3.7, sett i gasstrømmens retning. Treveisventilen kombinerer strømningsveiene gjennom varmeveksleren 3.7 og gjennom omløpsledningen 3.10. Denne koblingen muliggjør en gasstemperatur-regulering av den gassen som sprøytes ut gjennom dyseenheten 3.4.

I forbindelse med gasstanken er det anordnet minst to sensorer, som benyttes ved drift av gasstilførselsarrangement et 1. En første sensor 3.3 er anordnet for måling av trykket i gasstankens 4 friromavsnitt 4.1, og en andre sensor 3.11 er anordnet for måling av temperaturen i gasstankens 4 friromavsnitt 4.1.

Den grunnleggende ideen med oppfinnelsen er på en regulerbar måte å kunne fordampe gassen i gasstanken 4 ved å tilveiebringe fordelaktige forhold for gassovergangsfenomen, særlig i friromavsnittet og/eller over overflaten til væskefaseavsnittet. Dette skjer fordelaktig som forklart nedenfor. Flytendegjort gass føres fra væskefaseavsnittet til friromavsnittet uten vesentlig øking av temperaturen til den flytendegjorte gass i tankens væskefaseavsnitt. Temperaturen i friromavsnittet 4.1 er høyere enn temperaturen til den flytendegjorte gass, og ifølge foreliggende oppfinnelse blir dette faktum benyttet i forbindelse med reguleringen av gassfordampningen.

Når mengden av naturlig avkok ikke er stor nok for behovet til forbrukerinnretningen 5, vil det være nødvendig med mer avkok. Ifølge oppfinnelsen kan en større mengde gass enn den som fremkommer som følge av naturlig fordampning, oppnås ved på en regulerbar måte å sprøyte flytendegjort gass inn i friromavsnittet 4.1. En aktuator for ventilen 3.5 påvirkes ved hjelp av den trykkverdi som fås fra den første sensor 3.3.1 det tilfellet at gassforbruket øker i gasstilførselsledningen 2, vil trykket i friromavsnittet synke. Dette registreres av et ikke vist reguleringssystem basert på målinger med den første sensor 3.3. Reguleringssystemet vil da påvirke ventilen 3.5 til ytterligere åpning, hvorved strømningsmengden av innsprøytet gass vil øke. Naturligvis vil også pumpen 3.2 være i drift. Sprøytemønsteret til den innsprøytede gass er slik at dråpene vil være meget små eller slik at det mest mulig dreier seg om en tåke. Fordi temperaturen i friromavsnittet er høyere enn i den flytendegjorte gass, vil en del av den sprøytede gass fordampe og derved kompensere for gassforbruket og også for trykktapet i friromavsnittet. På denne måten tilveiebringes det fordelaktige forhold for faseovergangsfenomen i friromavsnittet og/eller over overflaten til væskefaseavsnittet. Trykknivået i friromavsnittet 4.1 kan derfor holdes på et ønsket nivå og det kan også produseres mer gass fra den flytendegjorte gass.

Fordampningen av gassen krever energi og temperaturen i friromavsnittet vil ha en tendens til å synke når gassen fordamper. Temperaturen i friromavsnittet 4.1 registreres av et reguleringssystem (ikke vist) basert på målinger med den andre sensoren 3.11. Reguleringssystemet vil da påvirke treveisventilen 3.9 til å sende mer gass gjennom varmeveksleren 3.7 og varme opp sprøytegassen. Dette medfører et mindre varmeforbruk ved gassfordampningen. Ifølge oppfinnelsen holdes temperaturen i sprøytegassen på ca. -130°C. En opprettholdelse av gassen på en slik temperatur bidrar til en fraksjonering av gassen på en slik måte at for en større del bare nitrogen og metan vil fordampe. De tyngre hydrokarboner i den flytendegjorte gass vil forbli i væskefasen og gå tilbake til væskefaseseksjonen 4.1 i gasstanken 4.

For ballastforhold kan det foreligge en forbindelse mellom minst to tanker (ikke vist) for derved å kunne overføre flytendegjort gass fra én tank til en annen. Det vil også være mulig å ha tanken skikkelig fylt i forbindelse med en ballastreise.

For tilfeller hvor forbrukerinnretningen 5 bare har et lavt behov, kan det være installert en termisk oksideringsinnretning 11. Hensikten med denne er å brenne av alt overskytende avkok i oksideringsinnretningen når avkokproduksjonen fra gasstanken er høyere enn forbruket. Reguleringer er på fig. 1 vist rent skjematisk ved hjelp av stiplede linjer. Det tør imidlertid være klart at reguleringssystemet kan realiseres på mange ulike måter, med bruk av sentraliserte eller distribuerte regul eringsarrangementer.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til den viste utførelsen, idet det kan tenkes mange ulike modifikasjoner innenfor rammen av patentkravene.

Claims (7)

1. Gasstilførselsarrangement (1) for et marint fartøy (6) beregnet for føring av flytendegjort gass i sin gasstank (4), som har et friromavsnitt (4.1) og et væskefaseavsnitt (4.2), hvilket arrangement leverer gass for fartøyets behov, omfattende: - en gasstilførselsledning (2) anordnet for levering av gass som dannes i gasstanken til en forbrukerinnretning (5), og - en fra væskefaseavsnittet (4.2) til friromavsnittet (4.1) i gasstanken (4) forløpende rørledning (3.1), hvilken rørledning (3.1) er tilveiebrakt med minst en pumpe (3.1), for innføring av gass i friromavsnittet, karakterisert vedat rørledningen er tilveiebrakt med en varmevekslerenhet (3.6) for påvirkning av temperaturen til den innførte gassen.

2. Gasstilførselsarrangement (1) for et marint fartøy (6) ifølge krav 1,karakterisert vedat arrangementet er tilveiebrakt med en første sensor (3.3) utformet for måling av trykket i gasstankens (4) friromavsnitt (4.1), og at rørledningen er forsynt med en regulerings ventil (3.5), samt at den første sensor (3.3) er anordnet i reguleringsforbindelse med reguleringsventilen (3.5).

3. Gasstilførselsarrangement (1) for et marint fartøy (6) ifølge krav 1,karakterisert vedat varmevekslerenheten (3.6) omfatter en varmeveksler (3.7) anordnet i rørledningen, og at rørledningen tilveiebrakt med en omløpsledning (3.10) forbi varmeveksleren (3.7) og en treveisventil (3.9) for regulering av gasstrømmen mellom varmeveksleren og omløpsledningen (3.10).

4. Gasstilførselsarrangement (1) for et marint fartøy (6) ifølge krav 3,karakterisert vedat arrangementet er tilveiebrakt med en andre sensor (3.11) utformet for måling av temperaturen i gasstankens (4) friromavsnitt (4.1), og at den andre sensoren (3.11) er anordnet i reguleringsforbindelse med treveisventilen (3.5).

5. Fremgangsmåte for tilveiebringelse av gass om bord i et marint fartøy (6) som har en tank (4) for flytendegjort gass, hvilken tank innbefatter et friromavsnitt (4.1) og et væskefaseavsnitt (4.2), og en gassforbrukerinnretning (5), i hvilket arrangement gass fordampes i gasstanken (4) og føres til forbrukerinnretningen (5) via en gasstilførselsledning (2) mens trykket i gasstanken i hovedsaken måles kontinuerlig med en første sensor (3.3), karakterisert vedat fordampningsmengden av gass i gasstanken (4) reguleres ved på regulerbar måte å sprøyte flytendegjort gass inn i friromavsnittet, og ved at strømningsmengden av innsprøytet flytendegjort gass reguleres basert på trykkmålinger med den første sensor (3.3).

6. Fremgangsmåte for tilveiebringelse av gass om bord i et marint fartøy (6) ifølge krav 5, karakterisert vedat fordampningsmengden av gassen reguleres ved å regulere temperaturen til den innsprøytede gass.

7. Fremgangsmåte for tilveiebringelse av gass om bord i et marint fartøy (6) ifølge krav 6, karakterisert vedat temperaturen til den innsprøytede gass (3.4) reguleres basert på temperaturverdier målt med en andre sensor (3.11) tilveiebrakt i forbindelse med gasstankens (4) friromavsnitt (4.1).