PL208380B1 - Układ zasilania gazem morskiej jednostki pływającej i sposób dostarczania gazu w układzie zasilania gazem morskiej jednostki pływającej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy układu zasilania gazem morskiej jednostki pływającej oraz sposobu kontrolowania ciśnienia gazu w układzie zasilania gazem morskiej jednostki pływającej.

Wykorzystanie gazu, jako źródła energii w morskich jednostkach pływających jest dogodne, gdyż spalanie gazu jest efektywne i daje niskie emisje. Zwykle gaz jest magazynowany w postaci skroplonej, gdyż wymaga to mniej przestrzeni magazynowej.

System napędowy zbiornikowców LNG (skroplonego gazu naturalnego) jest zwykle wspomagany z wykorzystaniem ich ładunku. Magazynowanie gazu w zbiornikowcu jest zorganizowane z wykorzystaniem izolowanych zbiorników ładunkowych, które mają ukształtowaną sekcję rezerwy ekspansyjnej ubywającego ładunku płynnego i sekcję fazy ciekłej. Ciśnienie w zbiornikach ładunkowych jest w przybliż eniu na poziomie atmosferycznego, a temperatura skroplonego gazu wynosi okoł o minus 163°C. Aczkolwiek izolacja zbiornika ładunkowego jest wyjątkowo dobra, stopniowy wzrost temperatury LNG powoduje powstawanie tak zwanej naturalnej straty gazu wskutek odparowania. Naturalnie odparowany gaz musi być usuwany, aby uniknąć nadmiernego wzrostu ciśnienia w zbiornikach ładunkowych. Naturalnie odparowany gaz może być wykorzystany w urządzeniach tankowca użytkujących gaz, takich jak system napędowy. Jednakże ilość naturalnie odparowanego gazu jest niewystarczająca do dostarczenia całej energii wymaganej we wszystkich okolicznościach, a zatem jednostka pływająca musi być wyposażona w dodatkowe środki do pozyskiwania dodatkowego gazu, tak zwanego gazu odparowanego w sposób wymuszony.

Dodatkowe wykorzystanie gazu, jako źródła energii napędowej stawia wymagania, co do poziomu ciśnienia i stabilności gazu.

Na przykład w publikacji patentowej FR 2722760 przedstawiono układ, w którym ciekły gaz jest dostarczany do tak zwanego odparowalnika wymuszonego wrzenia, w którym ciekły gaz paruje do postaci gazowej, który z kolei może być zestawiany z naturalnie odparowanym gazem.

EP 1348620 A1 przedstawia aparaturę do dostarczania gazu, w której naturalnie odparowany gaz jest doprowadzany do sprężarki, która zwiększa ciśnienie gazu przed podawaniem go do zużycia linią zasilania. Wydajność sprężarki podającej naturalnie odparowany gaz jest kontrolowana przez ciśnienie w linii zasilania. Dodatkowo, aparatura zawiera odparowalnik wymuszonego wrzenia, w którym ciekły gaz uprzednio pompowany do wyższego ciśnienia, jest odparowywany. W tym układzie część gazu odparowanego w sposób wymuszony jest zestawiana z naturalnie odparowanym gazem po tym, jak ciśnienie naturalnie odparowanego gazu zostanie zwiększone. Układ ten, jak podano, umożliwia ograniczenie pracy wymaganej do sprężania gazu do danego ciśnienia. Posiada jednak pewne wady, które zostaną omówione poniżej.

Ilość dostarczanego gazu z wymuszonego odparowania jest kontrolowana przez zawór dwupołożeniowej regulacji (otwarty-zamknięty) umieszczony przed odparowalnikiem, przy czym sterowanie bazuje na ciśnieniu gazu w zbiorniku ładunkowym. Praca pompy jest również sterowana przez regulację otwarty-zamknięty w zależności od ciśnienia w zbiorniku ładunkowym gazu. Linia pomiędzy zbiornikiem ładunkowym gazu i odparowalnikiem ma także rozgałęzienie do zawracania części pompowanego ciekłego gazu z powrotem do zbiornika ładunkowego gazu. Wielkość zawróconej części jest kontrolowana w oparciu o ciśnienie w linii gazu przed odparowalnikiem. Problemem w tym układzie jest zawracanie pompowanego gazu w powrotem do zbiornika ładunkowego. Jest to niepożądane ze względu na efekt cieplny, gdyż ciekły gaz ulega lekkiemu podgrzaniu w trakcie pompowania i cyrkulacji.

Ponieważ zużycie gazu po stronie wylotowej (linii zasilającej) odparowalnika i sprężarki ulega zmianom, proces musi być regulowany tak, aby ciśnienie w zbiorniku ładunkowym gazu i/lub linii zasilania nie wzrastało nadmiernie, oraz tak, aby mogłaby być dostarczana wymagana ilość gazu. Gdy powstawanie naturalnie odparowanego gazu jest niedostatecznie silne lub gdy zużycie nagle wzrasta, ciśnienie w sekcji rezerwy ekspansyjnej zbiornika ładunku gazowego zmniejsza się i musi rozpocząć pracę odparowalnik wymuszonego wrzenia i pompa ciekłego gazu. W następstwie pracy pompy i odparowalnika chwilowe ciśnienie wzrasta do właściwego poziomu. Zatem pompa może zostać wyłączona i zawór odparowalnika wymuszonego wrzenia zamknięty. W szczególności, ponieważ funkcjonowanie odparowalnika musi być precyzyjnie kontrolowane, wahania ciśnienia w linii zasilania są w sposób nieunikniony bardzo znaczne przy rozwiązaniu tego rodzaju. Jest to nawet silnie uwypuklone przez fakt, że odparowalnik jest zwykle zwymiarowany na zużycie 100%, co czyni kontrolowanie bardzo zgrubnym. Stąd też taki rodzaj regulacji jest bardzo skomplikowany, a także cokolwiek mało stabilny. Podobny układ do powyższego jest przedstawiony w EP 1291576 A2.

PL 208 380 B1

Szczególnie w jednostce pływającej napędzanej silnikami na gaz należy uwzględnić fakt, że aczkolwiek gaz ziemny jest głównie złożony z metanu, to może zawierać także etan, propan i cięższe węglowodory. Także i niewielkie ilości azotu, tlenu, ditlenku węgla, związków siarki i wody mogą znajdować się w gazie ziemnym. Proces skraplania wymaga usunięcia niektórych ze składników, takich jak woda i ditlenek węgla z wytworzonego gazu ziemnego. W sytuacji idealnej byłoby korzystne dysponować tylko pozostałym metanem, ponieważ spala się on wydajnie zasadniczo bez wytwarzania jakichkolwiek szkodliwych produktów ubocznych. Rozważając uwarunkowania zbiorników ładunkowych jednostki LNG, jest oczywiste, że naturalnie odparowany gaz zawiera poza metanem, co najmniej azot, wskutek różnicy temperatur wrzenia i warunków w zbiornikach. Obecność azotu obniża sprawność silnika, a jeśli zawartość azotu w gazie przekracza określony poziom (powiedzmy 22%), to źródło napędu może wykazywać obniżenie wartości znamionowych. Stąd też jest wskazane zminimalizowanie ilości azotu w gazie.

Celem wynalazku jest dostarczenie układu dostarczania gazu dla morskiej jednostki pływającej, który rozwiązuje wyżej wymienione i inne trudności znane ze stanu techniki. Celem wynalazku jest także dostarczenie sposobu kontrolowania ciśnienia gazu w układzie dostarczania gazu morskiej jednostki pływającej ze zbiornikiem ładunkowym ze skroplonym gazem, który zapewnia wyrównane ciśnienie w linii zasilania i rozsądny poziom zasilania gazem do urządzeń użytkujących gaz jednostki pływającej.

Cele wynalazku są zasadniczo spełnione przez rozwiązanie według zastrzeżeń 1 i 8, także z uwzglę dnieniem szczegół ów według pozostał ych zastrzeże ń . Poniż ej, wynalazek zostanie przedstawiony w odniesieniu przede wszystkim do jednego zbiornika ładunkowego. Jednakże, jest oczywiste, że jednostka pływająca może być zaopatrzona w kilka zbiorników ładunkowych mających indywidualne układy zasilania gazem, lub kilka zbiorników ładunkowych może być połączonych równolegle mających wspólny układ zasilania gazem.

Układ zasilania gazem morskiej jednostki pływającej, przystosowanej do przewozu skroplonego gazu w swym zbiorniku ładunkowym mającym sekcję rezerwy ekspansyjnej i sekcję fazy ciekłej, który to układ wykorzystuje gaz, jako paliwo dla dostarczenia mocy dla jednostki pływającej, który to układ obejmuje

- pierwszą linię dostarczania gazu przeznaczoną do przetwarzania naturalnie odparowanego gazu wytworzonego w zbiorniku ładunkowym,

- drugą linię dostarczania gazu, która łączy zbiornik ładunkowy i główną linię dostarczania gazu, i która jest zaopatrzona, w co najmniej jedną pompę gazu ciekłego do podnoszenia ciśnienia ciekłego gazu i do pompowania go dalej. Druga linia dostarczania gazu jest zaopatrzona w zbiornik gazu mający sekcję rezerwy ekspansyjnej i sekcję fazy ciekłej, i układ jest wyposażony w sekcję pierwszego kanału drugiej linii dostarczania gazu, łączącego sekcję fazy ciekłej zbiornika ładunkowego i sekcję fazy ciekłej zbiornika gazu, i jest zaopatrzony w pompę gazu ciekłego, a ponadto układ jest dostarczony z linią powrotną łączącą sekcję fazy ciekłej zbiornika gazu i zbiornika ładunkowego, zaopatrzoną w zawór sterujący, do kontrolowanego zawracania ciekłego gazu z powrotem do zbiornika ładunkowego. Umożliwia to kontrolowanie i utrzymywanie pożądanej temperatury w zbiorniku, a zatem i dokonywanie separacji cięższych wę glowodorów z gazu podawanego dalej ze zbiornika do urzą dzenia użytkującego gaz. W rezultacie stężenie metanu w gazie ulega zwiększeniu, co jest korzystne dla funkcjonowanie silnika gazowego.

Pierwsza linia dostarczania gazu w realizacji według wynalazku łączy sekcję rezerwy ekspansyjnej zbiornika ładunkowego i główną linię dostarczania gazu, która jest zaopatrzona w sprężarkę do regulowania ciśnienia w zbiorniku magazynowym skroplonego gazu i w głównej linii dostarczania gazu. Jednakże w niektórych zastosowaniach przetwarzania naturalnie odparowanego gazu, może zawierać aparaturę do ponownego skraplania gazu i kanał powrotny do zbiornika ładunkowego.

Sekcja pierwszego kanału drugiej linii dostarczania i linia powrotna korzystnie pozostają w relacji wzajemnego przenoszenia ciepła za pomocą pierwszego urządzenia wymiany ciepła tak, że ciekły gaz ze zbiornika ładunkowego może być wstępnie podgrzewany, a zawracany gaz chłodzony. Relacja przenoszenia ciepła czyni łatwiejszym utrzymywanie wymaganej temperatury w zbiorniku. Zbiornik gazu jest zaopatrzony w urządzenie do pomiaru temperatury dostosowane do oddziaływania na zawór sterujący. Szybkość przepływu gazu zawracanego z powrotem do zbiornika ładunkowego jest kontrolowana w oparciu o pomiar temperatury w zbiorniku. Ponieważ temperatura w zbiorniku jest utrzymywana na poziomie około minus 100°C, podawanie gazu ze zbiornika ładunkowego wpływa na obniżenie temperatury w zbiorniku.

PL 208 380 B1

Zbiornik jest zaopatrzony w wielofunkcyjny zespół kontroli temperatury/ciśnienia, za pomocą, którego gaz może być odparowywany z sekcji fazy ciekłej zbiornika. Wielofunkcyjny zespół kontroli temperatury/ciśnienia zbiornika zawiera drugie urządzenie przenoszenia ciepła dla podawania ciepła do ciekłej fazy gazu w zbiorniku. Drugie urządzenie przenoszenia ciepła jest zaopatrzone w urządzenie kontrolne odpowiedzialne za ciśnienie gazu w zbiorniku. Zbiornik jest zaopatrzony w układ kontroli poziomu powierzchni do kontrolowania poziomu powierzchni sekcji fazy ciekłej.

Sposób dostarczania gazu w układzie zasilania gazem pływającej jednostki morskiej ze zbiornikiem skroplonego gazu mającym sekcję rezerwy ekspansyjnej i sekcję fazy ciekłej, oraz urządzenie użytkujące gaz, w którym to układzie gaz jest podawany do urządzenia użytkującego poprzez linię dostarczania gazu, która łączy sekcję fazy ciekłej zbiornika ładunkowego i urządzenie użytkujące gaz, przy czym linia dostarczania gazu jest zaopatrzona w pompę gazu ciekłego do podwyższania ciśnienia ciekłego gazu i pompowania go dalej. Linia dostarczania gazu jest poprowadzona do zbiornika gazu mającego sekcję rezerwy ekspansyjnej i sekcję fazy ciekłej, w którym to zbiorniku gazu gaz jest okresowo magazynowany, i z którego gaz jest wprowadzany do urządzenia użytkującego gaz, przy czym temperatura w zbiorniku gazu jest utrzymywana na wymaganym poziomie tak, że zachodzi odparowywanie żądanego składnika lub składników gazu, i co najmniej część nieodparowanego ciekłego gazu jest zawracana do zbiornika ładunkowego. W ten sposób stężenie metanu w gazie odparowanym ze zbiornika zostaje zwiększone

Ciśnienie gazu w linii dostarczania gazu jest kontrolowane poprzez kontrolowanie temperatury w sekcji fazy ciekł ej zbiornika.

Wynalazek posiada szereg zalet. Po pierwsze, regulacja ciśnienia jest bardo dokładna dzięki nowej ścieżce kontrolowania ciśnienia poprzez podgrzewanie ciekłego gazu. Z użyciem wynalazku możliwe jest także dostarczanie gazu bardziej odpowiedniego dla funkcjonowania silnika, wskutek oddzielenia ciężkich węglowodorów z gazu. Ponadto, wynalazek zapewnia buforowanie dla paliwa gazowego do urządzeń użytkujących gaz, w przypadku, gdy połączenie ze zbiornikiem ładunkowym musi zostać odcięte.

Poniżej wynalazek jest przedstawiony w odniesieniu do załączonego schematycznego rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykładowy, korzystny układ dostarczania gazu według wynalazku.

Rysunek przedstawia schematycznie przekrój morskiej jednostki pływającej 6, takiej jak zbiornikowiec LNG. Jednostka pływająca 6 jest przystosowana do przewozu skroplonego gazu w swych zbiornikach 4 ładunkowych. Zwykle jest kilka zbiorników w zbiornikowcu LNG, ale celem uproszczenia, na rysunku przedstawiony jest tylko jeden zbiornik 4. Zbiornik 4 ładunkowy jest napełniony tak, że zawsze istnieje sekcja 4.1 przestrzeni rezerwy ekspansyjnej wypełnionej gazem w postaci gazowej oraz sekcja 4.2 fazy ciekłej wypełniona gazem skroplonym. W trakcie magazynowania skroplonego gazu, gaz odparowuje z przemianą fazową i przechodzi do sekcji 4.1 rezerwy ekspansyjnej. Odparowany gaz, tak zwany naturalnie odparowany gaz, może być użytkowany w urządzeniu użytkującym 5 jednostki pływającej 6. Urządzeniem użytkującym 5 korzystnie jest silnik gazowy dostarczający mocy napędowej. Na rysunku znajduje się tylko jedno urządzenie użytkujące 5, ale jest oczywiste, że może występować kilka urządzeń.

W niniejszej realizacji, jednostka pł ywają ca 6 z ukł adem 1 zasilania gazem, który obejmuje pierwszą linię 2 dostarczania gazu i drugą linię 3 dostarczania gazu. Pierwsza linia 2 dostarczania gazu rozciąga się od sekcji 4.1 rezerwy ekspansyjnej zbiornika ładunkowego 4 do głównej linii 7 podawania gazu prowadzącej gaz do urządzenia użytkującego 5. Pierwsza linia 2 podawania gazu jest dostosowana do podawania odparowanego gazu ze zbiornika ładunkowego 4 do urządzenia użytkującego 5 jednostki pływającej 6 poprzez główną linię dostarczania 7. Zbiornik ładunkowy 4 jest utrzymywany przy niewielkim nadciśnieniu. Pierwsza linia 2 dostarczania gazu jest zaopatrzona w sprężarkę 2.1 do podtrzymywania ciśnienia w zbiorniku 4 ładunkowym na wymaganym poziomie i do podwyższania ciśnienia odparowanego gazu do właściwego poziomu dla użytkowania w urządzeniu użytkującym 5. Poziom ciśnienia w głównej linii 7 dostarczania gazu musi być utrzymywany na odpowiednim poziomie, ale poniżej maksymalnych granicznych wartości projektowych. Dolna wartość graniczna jest zwykle wyznaczana przez wymagania silników gazowych jednostki pływającej, jako urządzenia użytkującego 5. Pojemność sprężarki 2.1 jest kontrolowana z wykorzystaniem urządzenia pomiaru ciśnienia 10 dostarczonego w przestrzeni rezerwy ekspansyjnej 4.1 zbiornika ładunkowego tak, że ciśnienie w zbiorniku ładunkowym 4 pozostaje w zakresie okreś lonych projektowych wartoś ci granicznych. Funkcjonowanie sprężarki 2.1 zależy także od ciśnienia w głównej linii 7 dostarczania gazu. Główna linia 7 dostarczania gazu jest, zatem zaopatrzona w kolejne urządzenie pomiaru ciśnienia 10.1, które przekazuje

PL 208 380 B1 wartość ciśnienia do wykorzystania w procedurze kontrolnej sprężarki 2.1. Praca sprężarki jest podtrzymywana, dopóki ciśnienie w głównej linii 7 podawania gazu nie osiągnie swej górnej granicy. Sprężarka może być zaopatrzona na przykład we wlotowy wiatraczek kontrolny, który umożliwia określone zmiany pojemności. W przypadku, gdy ciśnienie w głównej linii dostarczania gazu (mierzone przez urządzenie 10.1 do mierzenia ciśnienia) zaczyna spadać, a jednocześnie ciśnienie w zbiorniku ładunkowym mierzone przez urządzenie 10.1 do mierzenia ciśnienia jest zbyt niskie, musi być zapewniona alternatywna droga wytwarzania gazu w postaci gazowej.

Zadaniem pierwszej linii 2 dostarczania gazu jest przede wszystkim utrzymywanie właściwego poziomu ciśnienia w zbiorniku ładunkowym 4, a w niektórych zastosowaniach może być uwzględnione zastąpienie jej np. przez system ponownego skraplania i wykorzystanie drugiej linii 3 dostarczania gazu układu, co objaśniono poniżej.

Wyżej wspomniana alternatywna droga wytwarzania gazu jest realizowana przez drugą linię 3 dostarczania gazu w układzie zasilania gazem 1. Druga linia 3 dostarczania gazu jest zaprojektowana do przekształcania skroplonego gazu w postać gazową na przykład w przypadku, gdy ilość naturalnie odparowanego gazu jest niewystarczająca. Druga linia 3 dostarczania gazu jest zasadniczo równoległa do pierwszej linii 2 dostarczania gazu, prowadząc ze zbiornika ładunkowego 4 do głównej linii 7 dostarczania gazu. Jest zaopatrzona w pompę 3.1 ciekłego gazu do podwyższania ciśnienia ciekłego gazu do, w przybliżeniu, nieco wyższego poziomu niż w głównej linii 7 dostarczania, oraz do transportowania ciekłego gazu do zbiornika 3.2 gazu, który jest dostarczony w drugiej linii 3 dostarczania gazu. Pompa 3.1 ciekłego gazu korzystnie jest zanurzona w sekcji 4.2 ciekłej fazy zbiornika 4 ładunkowego tak, że pompuje gaz w postaci ciekłej poprzez sekcję pierwszego kanału 3.4 drugiej linii 3 dostarczania gazu. Sekcja pierwszego kanału 3.4 jest korzystnie przewidziana z zaworem zwrotnym 3.12 lub zaworem z automatycznym sterowaniem dla zapobiegania powrotowi tą drogą ciekłego gazu do zbiornika 4 ładunkowego. Co najmniej pompa 3.1 ciekłego gazu, a także zawór 3.12, jeśli nie jest zaworem zwrotnym, funkcjonują pod kontrolą układu kontrolującego 8 poziom powierzchni, który to układ znajduje się w zbiorniku 3.2. Pompa rozpoczyna pracę co najmniej wówczas, gdy poziom powierzchni jest przy swej dolnej wartości granicznej 8.1, i pompa funkcjonuje tak długo, aż powierzchnia podniesie się do swej górnej wartości granicznej 8.2. Korzystnie wartości graniczne dla powierzchni są dobrane tak, aby zbiornik był wypełniony minimalnie w około 20% i maksymalnie w około 80%. Wydajność pompy 3.1 ciekłego gazu jest korzystnie tak dobrana, aby szybkość wznoszenia powierzchni była stosunkowo niska przy napełnianiu. Taka droga napełniania zbiornika gazu 3.2 ma minimalne oddziaływanie na ciśnienie gazu w sekcji 3.3 rezerwy ekspansyjnej zbiornika gazu 3.2. Wpływ wznoszenia powierzchni na ciśnienie może być, co najmniej w części kompensowany przez właściwe kontrolowanie zespołu kontrolnego temperatury zbiornika. Wskutek właściwości gazu, tj. takiej, że objętość gazu w postaci gazowej jest w przybliżeniu 600-krotnie większa od objętości w postaci ciekłej, wydajność pompy 3.1 ciekłego gazu może być tak dobrana, aby nie stwarzać zagrożenia możliwością tworzenia się gazu. Zwykle zbiornik 4 ładunkowy jest zaopatrzony w tak zwaną pompę natryskową, a pompa 3.1 ciekłego gazu może być oddzielną pompą lub pompą natryskową.

Tworzenie się gazowego gazu w zbiorniku 3.2 jest dokonywana po części wskutek pozostawienia sekcji 3.3 rezerwy ekspansyjnej w tym zbiorniku, tj. zachowując staranie, aby górny poziom 8.2 powierzchni ciekłego gazu nie był zbyt wysoko. Jednakże, główne odparowywanie gazu jest dokonywane i jednocześnie poziom ciśnienia w sekcji 3.3 rezerwy ekspansyjnej jest kontrolowany przez parowanie gazu w sekcji 3.7 fazy ciekłej zbiornika 3 gazu. W praktyce przewidziany jest układ z wielofunkcyjnym zespołem 3.6 kontroli temperatura/ciśnienie, co oznacza, że ciśnienie jest sterowanie pośrednio z wykorzystaniem ciepła. Zespół zawiera czujnik ciśnienia 9 dostarczony w połączeniu ze zbiornikiem, w oparciu o wartość pomiaru, na podstawie którego kontrolowana jest temperatura w sekcji 3.7 fazy ciekł ej. Innymi sł owy, część ciekł ego gazu jest podgrzewana lub co najmniej czę ściowo odparowywana. Zasada kontroli jest oparta na tym, że im wyższa jest temperatura, tym silniejsze jest odparowywanie gazu. Tak więc, gdy gaz z sekcji 3.7 fazy ciekłej jest podgrzewany, to tworzenie się fazy gazowej jest znaczniejsze i jednocześnie ciśnienie, oczywiście uzależnione od zużycia.

Ogrzewanie ciekłego gazu w sekcji 3.7 fazy ciekłej jest dokonywane przez drugie urządzenie przenoszenia ciepła. Drugie urządzenie przenoszenia ciepła według korzystnej realizacji wynalazku zawiera zewnętrzny wymiennik ciepła 3.9, do którego i z którego skroplony gaz przepływa przez rurociąg 3.11. Skroplony gaz jest podgrzewany i/lub częściowo odparowywany wskutek przekazania ciepła od czynnika przenoszącego ciepło, takiego jak mieszanina woda-glikol, przepływająca z drugiej strony 3.8 wymiennika ciepła 3.9. Może być użyta pompa cyrkulacyjna (niepokazana) dla przyspieszenia

PL 208 380 B1 przepływu skroplonego gazu, ale orurowanie może być tak zwymiarowane, że może zachodzić niewymuszona cyrkulacja na zasadzie występowania różnic gęstości. Przenoszenie ciepła, a zatem i ogrzewanie i odparowywanie skroplonego gazu, jest kontrolowane częściowo przez zawór 9.1, który reguluje przepływ ciekłego gazu do wymiennika ciepła 3.9. Środowiskiem przenoszącym ciepło może być np. mieszanina glikol-woda lub para, ale w praktyce jakiekolwiek źródło ciepła, także i podgrzewanie elektryczne, może być wykorzystane.

Gaz ze zbiornika jest podawany do głównej linii 7 dostarczania gazu przez sekcję 3.5 drugiego kanału drugiej linii 3 dostarczania gazu. Gdy wydajność odparowanego gazu (pierwsza linia 2 dostarczania gazu) jest niewystarczająca dla zapotrzebowania użytkowego, ciśnienie w głównej linii 7 dostarczania, a także w sekcji rezerwy ekspansyjnej zbiornika 4 ładunkowego, umiarkowanie zmniejszy się. Następnie gaz z sekcji rezerwy ekspansyjnej 3.3 zbiornika gazu 3.2 będzie przepływał przez sekcję drugiego kanału 3.5 do głównej linii 7 dostarczania gazu. To powoduje niewielki spadek ciśnienia w sekcji rezerwy ekspansyjnej 3.3, który jest wykrywany przez czujnik 9. Pomiar jest przekazywany do urządzenia kontrolnego (niepokazanego dla uproszczenia), które przesyła sygnał sterujący do zaworu 9.1 w celu pobudzenia ruchu otwarcia. To z kolei umożliwia przepływ ciekłego gazu ze zbiornika gazu 3.2 do wymiennika ciepła 3.9 w którym temperatura ciekłego gazu ulega podwyższeniu, który może także częściowo odparowywać. Ponieważ temperatura skroplonego gazu ulega podwyższeniu, to gaz zaczyna przepływać z powrotem do zbiornika 3.4. W ten sposób parowanie gazu rośnie i spadek ciśnienia w sekcji 3.3 rezerwy ekspansyjnej jest kompensowany. W przypadku innego typu urządzenia grzewczego, jego moc wyjściowa może być kontrolowana za pomocą czujnika 9 pomiaru ciśnienia.

Ten rodzaj układu kontroli ciśnienia jest bardzo stabilny i łatwy do korygowania, aby utrzymać ciśnienie w linii dostarczania w ramach wymaganych wartości granicznych. Dodatkowo, zbiornik 3.2 zapewnia buforowanie na przykład w sytuacji, gdy zbiornik 4 ładunkowy musi zostać odcięty od zasilania gazem jednostki pływającej. Na przykład, przy rozładowywaniu ładunku zbiornika 4 w terminalu portowym, może być korzystne zachowanie pewnej objętości buforowej, a zatem zbiornik gazu 3.2 może być zwymiarowany tak, aby miał objętość odpowiadającą, co najmniej czterem godzinom korzystania z gazu dostarczania gazu.

Podawanie gazu ze zbiornika 3.2 gazu jest kontrolowane w oparciu o pomiar szybkości przepływu gazu. Docelowa wartość szybkości przepływu jest zadana w oparciu o ciśnienia dominujące w gł ównej linii 7 dostarczania gazu oraz w sekcji przestrzeni ekspansyjnej zbiornika 4 ładunkowego. W ten sposób tylko pierwsza 2 linia dostarczania jest kontrolowana, bezpo ś rednio w oparciu o pomiary ciśnienia w głównej linii 7 dostarczania gazu i w zbiorniku 4 ładunkowym. Druga linia 3 dostarczania gazu jest kontrolowana w oparciu o zadaną wartość docelową szybkości przepływu gazu, która z kolei jest wynikową ciśnień. Właściwa, zmierzona szybkość przepływu jest porównywana z wartością docelową. Wartości docelowych szybkości przepływu gazu są wyznaczane empirycznie dla każdej pary ciśnień, w głównej linii dostarczania gazu oraz w zbiorniku ładunkowym, a następnie zachowywane w układzie kontroli (nieprzedstawionym) ukł adu. Zatem wartoś ci docelowe z np. dwuwymiarowej tablicy, w której każda kombinacja ciśnień ma określoną docelową szybkość przepływu dla wymuszonego odparowywania gazu przez sekcję drugiego kanału drugiej linii 3 dostarczania gazu. Sekcja drugiego kanału 3.5 jest zatem dostarczona z urządzeniem do pomiaru przepływu 3.42 i z zaworem sterującym 3.41. Na przykład, gdy ciśnienie w głównej linii 7 dostarczania gazu jest niskie i jednocześnie ciśnienie w zbiorniku ł adunkowym jest niskie, docelowa szybkość przepł ywu gazu jest zwię kszana i zawór 3.41 jest otwierany, dopóki właściwa szybkość przepływu mierzona przez urządzenie 3.42 zasadniczo nie zrówna się z wartością docelową W ten sposób nie ma dwóch równoległych konkurujących układów kontroli i kontrola ciśnienia jest bardzo stabilna.

Zbiornik gazu 3.2 jest także zaopatrzony w rurę powrotną 3.14, która prowadzi z sekcji fazy ciekłej zbiornika z powrotem do zbiornika 4 ładunkowego. Rura powrotna 3.14 jest zaopatrzona w zawór 3.15 do kontrolowania przepływu ciekłego gazu. Zawór 3.15 reaguje na temperaturę w zbiorniku gazu 3.2, która jest mierzona przez urządzenie 11 pomiaru temperatury dostarczone w zestawieniu ze zbiornikiem gazu 3.2 gazu. W przypadku gdy temperatura jest zbyt wysoka, zawór 3.15 jest otwierany i gaz z sekcji fazy ciekłej zbiornika gazu 3.2 przepływa z powrotem do zbiornika 4 ładunkowego. Powrotny przepływ zostanie skompensowany, jeśli konieczne, przez zasilanie ze zbiornika ładunkowego przez sekcję 3.4 pierwszego kanału. Ponieważ temperatura w zbiorniku ładunkowym wynosi około minus 163°C, ciecz podawana do zbiornika gazu 3.2 będzie obniżać temperaturę w zbiorniku. W celu podgrzania ciekłego gazu podawanego do zbiornika i chłodzenia zawracanej porcji gazu. Przepływy pozostają we wzajemnej relacji przenoszenia ciepła, przez pierwsze urządzenie wymiany ciepła 3.16.

PL 208 380 B1

Poprzez utrzymywanie właściwej temperatury, korzystnie około minus 100°C w zbiorniku gazu 3.2 jak podano powyżej, jest możliwe przyspieszenie separacji związków zawartych w gazie tak, że zachodzi odparowanie żądanego znanego składnika lub składników gazu i część gazu jest zawracana do zbiornika ładunkowego 4. W szczególności, cięższe węglowodory mogą być oddzielone od gazu tak, że procentowa zawartość metanu w gazie podawanym dalej zostanie zwiększona. Układ taki jest korzystny dla funkcjonowania silników gazowych, jako urządzeń użytkujących 5.

W zastosowaniach do silników gazowych, korzystne jest okreś lanie zawartoś ci azotu w wytworzonym gazie. A zatem w realizacji według wynalazku przewidziany jest układ z urządzeniem 12 do pomiaru gęstości gazu umieszczonym na linii dostarczania 7 gazu. Skutkuje to prostym, ale niezawodnym sposobem określania ilości azotu obecnej w gazie podawanym przez drugą linię 3 dostarczania gazu. Obecnie, ponieważ gaz dostarczany ze zbiornika gazu 3.2 głównie składa się z metanu i azotu, moż liwe jest określanie ilo ści azotu w gazie. Znają c gę stość azotu i gę stość gazu ziemnego oraz mierząc gęstość gazu, procentowa zawartość azotu może być dogodnie wyznaczona z następującego równania:

procentowa zawartość = zmierzona gęstość gazu - gęstość metanu azotu gęstość azotu j gęstość metanu

Informacja ta może być wykorzystana na przykład do określania jakości gazu używanego w urządzeniu użytkującym 5.

W trakcie napełniania zbiornika gazu 3.2, ciśnienie w sekcji rezerwy ekspansyjnej 3.3 częściowo wzrasta wskutek wznoszenia poziomu powierzchni, co jest rejestrowane przez czujnik ciśnienia 9, która to informacja jest przesyłana także do zespołu kontro i temperatury.

Zależności sterowania są przedstawione na rysunku, w sposób nieformalny przerywanymi liniami, celem uproszczenia. Jednakże jest oczywiste, że układ kontroli może być wykonany w różny sposób, z wykorzystaniem scentralizowanego systemu lub zdecentralizowanego systemu kontroli.

Wynalazek nie jest ograniczony do przedstawionej realizacji, gdyż uwzględnia kilka jego modyfikacji, które zostały objęte zakresem załączonych zastrzeżeń patentowych.

Claims (9)

1. Układ zasilania gazem morskiej jednostki pływającej, przystosowanej do przewozu skroplonego gazu w swym zbiorniku ładunkowym mającym sekcję rezerwy ekspansyjnej i sekcję fazy ciekłej, który to układ wykorzystuje gaz, jako paliwo dla dostarczenia mocy dla jednostki pływającej, który to układ obejmuje

- pierwszą linię dostarczania gazu przeznaczoną do przetwarzania naturalnie odparowanego gazu wytworzonego w zbiorniku ładunkowym,

- drugą linię dostarczania gazu, która łączy zbiornik ładunkowy i główną linię dostarczania gazu, i która jest zaopatrzona w co najmniej jedną pompę gazu ciekłego do podnoszenia ciśnienia ciekłego gazu i do pompowania go dalej, znamienny tym, że druga linia (3) dostarczania gazu jest zaopatrzona w zbiornik (3.2) gazu mający sekcję (3.3) rezerwy ekspansyjnej i sekcję (3.7) fazy ciekłej, i układ jest wyposażony w sekcję pierwszego kanału (3.4) drugiej linii (3) dostarczania gazu, łączącego sekcję fazy ciekłej zbiornika (4) ładunkowego i sekcję fazy ciekłej zbiornika (3.2) gazu, i jest zaopatrzony w pompę (3.1) gazu ciekłego, a ponadto układ jest dostarczony z linią powrotną (3.14) łączącą sekcję fazy ciekłej zbiornika (3.2) gazu i zbiornika (4) ładunkowego, zaopatrzoną w zawór sterujący (3.15), do kontrolowanego zawracania ciekłego gazu z powrotem do zbiornika (4) ładunkowego.

2. Układ (1) dostarczania gazu według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcja pierwszego kanału (3.4) drugiej linii (3) dostarczania gazu i linii powrotnej (3.14) pozostają we wzajemnej relacji przenoszenia ciepła z wykorzystaniem urządzenia (3.16) wymiany ciepła.

3. Układ (1) zasilania gazem według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (3.2) jest zaopatrzony w urządzenie pomiaru (11) temperatury przystosowane do oddziaływania na funkcjonowanie zaworu sterującego (3.15)

4. Układ (1) zasilania gazem według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (3.2) jest zaopatrzony w wielofunkcyjny zespół kontroli (3.6) temperatury/ciśnienia.

PL 208 380 B1

5. Układ (1) zasilania gazem według zastrz. 3, znamienny tym, że wielofunkcyjny zespół kontroli (3.6) temperatury/ciśnienia zbiornika (3.2) gazu obejmuje drugie urządzenie wymiany ciepła (3.9, 3.9') do doprowadzania ciepła do ciekłej fazy gazu w zbiorniku (3.2) gazu.

6. Układ (1) zasilania gazem według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (3.2) gazu jest zaopatrzony w układ kontroli (8) poziomu powierzchni do kontrolowania poziomu powierzchni w sekcji fazy ciekłej (3.7).

7. Układ (1) zasilania gazem według zastrz. 2, znamienny tym, że drugie urządzenie wymiany ciepła (3.9) jest zaopatrzone w urządzenie kontrolne (9, 9.1) reagujące na ciśnienie gazu w zbiorniku (3.2) gazu.

8. Sposób dostarczania gazu w układzie zasilania gazem pływającej jednostki morskiej ze zbiornikiem skroplonego gazu mającym sekcję rezerwy ekspansyjnej i sekcję fazy ciekłej, oraz urządzenie użytkujące gaz, w którym to układzie gaz jest podawany do urządzenia użytkującego poprzez linię dostarczania gazu, która łączy sekcję fazy ciekłej zbiornika ładunkowego i urządzenie użytkujące gaz, przy czym linia dostarczania gazu jest zaopatrzona w pompę gazu ciekłego do podwyższania ciśnienia ciekłego gazu i pompowania go dalej, znamienny tym, że linia dostarczania gazu jest poprowadzona do zbiornika (3.2) gazu mającego sekcję (3.3) rezerwy ekspansyjnej i sekcję (3.7) fazy ciekłej, w którym to zbiorniku (3.2) gazu gaz jest okresowo magazynowany, i z którego gaz jest wprowadzany do urządzenia użytkującego (5) gaz, przy czym temperatura w zbiorniku (3.2) gazu jest utrzymywana na wymaganym poziomie tak, że zachodzi odparowywanie żądanego składnika lub składników gazu, i co najmniej część nieodparowanego ciekłego gazu jest zawracana do zbiornika (4) ładunkowego.

9. Sposób kontrolowania ciśnienia gazu według zastrz. 8, znamienny tym, że ciśnienie gazu w linii (3) dostarczania gazu jest kontrolowane przez kontrolowanie (9, 9.1, 3.6) temperatury w sekcji (3.7) fazy ciekłej zbiornika gazu (3.2).