RU2773583C2 - Device and method for supplying gas with methane number optimized for at least one heat engine, in particular, of vessel for transportation of liquefied gas - Google Patents
Device and method for supplying gas with methane number optimized for at least one heat engine, in particular, of vessel for transportation of liquefied gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773583C2 RU2773583C2 RU2020112974A RU2020112974A RU2773583C2 RU 2773583 C2 RU2773583 C2 RU 2773583C2 RU 2020112974 A RU2020112974 A RU 2020112974A RU 2020112974 A RU2020112974 A RU 2020112974A RU 2773583 C2 RU2773583 C2 RU 2773583C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- outlet
- inlet
- separator
- tank
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 title abstract 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 163
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 7
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 10
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 210000003660 Reticulum Anatomy 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Изобретение относится к устройству и способу подачи газа с метановым числом, оптимизированным для по меньшей мере одного теплового двигателя, в частности, судна для транспортировки сжиженного газа.The invention relates to a device and method for supplying gas with a methane number, optimized for at least one heat engine, in particular, a ship for transporting liquefied gas.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИPRIOR ART
Судно для транспортировки сжиженного газа, например, сжиженного природного газа (СПГ), оснащается главным и вспомогательным двигателями, которые являются двигателями внутреннего сгорания, работающими на топливе и, в частности, топливном газе. Топливный газ, используемый для питания этих двигателей, получают из транспортируемого сжиженного газа. A ship for the transport of liquefied gas, such as liquefied natural gas (LNG), is equipped with main and auxiliary engines, which are internal combustion engines that run on fuel and, in particular, fuel gas. The fuel gas used to power these engines is obtained from the transported liquefied gas.
Сжиженный газ содержит тяжелые газы и легкие газы, причем тяжелые газы имеют более высокую молекулярную массу, чем легкие газы, и имеют температуру испарения выше, чем у легких газов. В качестве примера, метан представляет собой легкий газ, имеющий температуру испарения порядка -160°С при атмосферном давлении, а н-бутан представляет собой тяжелый газ, имеющий температуру испарения порядка 0°C при атмосферном давлении.Liquefied gas contains heavy gases and light gases, with heavy gases having a higher molecular weight than light gases and having a higher evaporation temperature than light gases. As an example, methane is a light gas having an evaporation temperature of about -160°C at atmospheric pressure, and n-butane is a heavy gas having an evaporation temperature of about 0°C at atmospheric pressure.
Известно, что предпочтительное метановое число топливного газа, предназначенного для питания двигателей, должно быть как можно более высоким, с тем чтобы избежать проблем детонации (или притирки) в двигателях. С этой целью топливный газ должен иметь максимально возможную концентрацию легких газов.It is known that the preferred methane number of a fuel gas intended to power engines should be as high as possible in order to avoid knocking (or lapping) problems in engines. To this end, the fuel gas must have the highest possible concentration of light gases.
На практике метановое число топливного газа должно быть пригодно для условий эксплуатации двигателей и, следовательно, может изменяться с течением времени.In practice, the methane number of the fuel gas must be suitable for the operating conditions of the engines and therefore may change over time.
Настоящее изобретение предлагает усовершенствование существующей технологии, которая позволяет снабжать по меньшей мере один двигатель газом, имеющим оптимальное метановое число.The present invention proposes an improvement to existing technology that allows at least one engine to be supplied with a gas having an optimum methane number.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE PRESENT INVENTION
Изобретение предлагает устройство для подачи газа с оптимизированным метановым числом в по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания, в частности, судна для транспортировки сжиженного газа, отличающееся тем, что оно включает в себя, по меньшей мере,The invention provides a device for supplying a gas with an optimized methane number to at least one internal combustion engine, in particular an LPG transport vessel, characterized in that it includes at least
- насос, предназначенный для погружения на дно цистерны для хранения сжиженного газа и имеющий выпускное отверстие для газа в жидкой форме;- a pump designed to be immersed in the bottom of a tank for storing liquefied gas and having an outlet for gas in liquid form;
- испаритель, включающий в себя первый контур, включающий в себя впускное отверстие, соединенное с выпускным отверстием насоса, и дополнительно включающий в себя выпускное отверстие для газа в жидкой форме и газа в газообразной форме;- an evaporator including a first circuit including an inlet connected to a pump outlet and further including an outlet for gas in liquid form and gas in gaseous form;
- фазовый сепаратор, включающий в себя впускное отверстие, соединенное с указанным выпускным отверстием испарителя, и дополнительно включающий в себя два выпускных отверстия, содержащие первое выпускное отверстие для газа в жидкой форме и второе выпускное отверстие для газа в газообразной форме.a phase separator including an inlet connected to said outlet of the evaporator and further including two outlets comprising a first outlet for gas in liquid form and a second outlet for gas in gaseous form.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения устройство дополнительно включает в себяIn accordance with the first aspect of the present invention, the device further includes
- нагреватель, включающий в себя первый контур, включающий в себя впускное отверстие, соединенное со вторым выпускным отверстием сепаратора и выпускным отверстием для нагретого газа в газообразной форме для питания по меньшей мере одного двигателя.a heater including a first circuit including an inlet connected to a second separator outlet and an outlet for heated gas in gaseous form to power at least one engine.
Для повышения метанового числа в газе, предназначенного для подачи в двигатель или двигатели, изобретение, следовательно, предлагает осуществлять разделение фаз сжиженного газа, а затем сохранять газ в газообразной форме, которая богата легкими газами и, следовательно, имеет высокое метановое число. Разделение фаз инициируются в испарителе, который позволяет нагревать сжиженный газ до температуры, достаточной для испарения легких газов, но не тяжелых газов. Затем смесь вводится в сепаратор, в котором разделяются жидкая и газообразная фазы. Газ в газообразной форме, содержащий легкие газы, нагревается в нагревателе перед подачей в двигатель или двигатели. Это нагревание необходимо, поскольку температура сжиженного газа в цистерне для хранения является очень низкой (приблизительно -160°С) и газ остается холодным в испарителе и сепараторе (ниже 0°С). Таким образом испарение и разделение происходят при низких температурах, которые определяются для оптимизации разделения фаз и обеспечения испарения легких, и только легких, газов. После этого нагреватель, соответственно, осуществляет функцию нагрева газа в газообразной форме до температуры, идеальной для работы двигателя или двигателей, например, превышающей 0°С.In order to increase the methane number in the gas to be supplied to the engine or engines, the invention therefore proposes to carry out phase separation of the liquefied gas and then store the gas in a gaseous form which is rich in light gases and therefore has a high methane number. Phase separation is initiated in the evaporator, which allows the liquefied gas to be heated to a temperature sufficient to vaporize light gases, but not heavy gases. The mixture is then introduced into a separator where the liquid and gaseous phases are separated. The gas in gaseous form, containing light gases, is heated in a heater before being fed into the engine or engines. This heating is necessary because the temperature of the liquefied gas in the storage tank is very low (approximately -160°C) and the gas remains cold in the evaporator and separator (below 0°C). Thus, evaporation and separation occur at low temperatures, which are determined to optimize phase separation and ensure evaporation of light, and only light, gases. Thereafter, the heater suitably performs the function of heating the gas in gaseous form to a temperature ideal for the operation of the engine or engines, for example greater than 0°C.
В настоящей заявке под «легким газом» имеется в виду газ, имеющий молекулярную массу менее 28 г/моль (например, метан, азот и этан), и под «тяжелым газом» имеется в виду газ, имеющий молекулярную массу более 28 г/моль (например, пропан, бутан, пентан и другие углеводороды).In this application, "light gas" refers to a gas having a molecular weight of less than 28 g/mol (for example, methane, nitrogen and ethane), and "heavy gas" refers to a gas having a molecular weight of more than 28 g/mol (eg propane, butane, pentane and other hydrocarbons).
Устройство согласно настоящему изобретению может иметь один или более из следующих признаков, существующих отдельно друг от друга или в сочетании друг с другом:The device according to the present invention may have one or more of the following features, either alone or in combination with each other:
- указанный испаритель имеет теплообменник и/или расширительный клапан;said evaporator has a heat exchanger and/or an expansion valve;
- указанный сепаратор имеет теплообменник и/или расширительный клапан;said separator has a heat exchanger and/or an expansion valve;
- указанный испаритель включает в себя второй контур для циркуляции теплоносителя, например, гликоля или пара;said evaporator includes a second circuit for circulating a heat carrier, such as glycol or steam;
- выпускное отверстие первого контура испарителя соединено с первым впускным отверстием смесителя, который дополнительно включает в себя второе впускное отверстие, соединенное с выпускным отверстием насоса, и выпускное отверстие, соединенное с впускным отверстием сепаратора;- the outlet of the first circuit of the evaporator is connected to the first inlet of the mixer, which further includes a second inlet connected to the outlet of the pump, and an outlet connected to the inlet of the separator;
- устройство включает в себя средство для регулирования температуры сжиженного газа в испарителе и/или в сепараторе для оптимизации испарения и/или разделения фаз;- the device includes means for controlling the temperature of the liquefied gas in the evaporator and/or in the separator to optimize evaporation and/or phase separation;
- указанное средство регулирования температуры соединено с клапаном, соединенным с впускным отверстием указанного второго контура испарителя;said temperature control means is connected to a valve connected to an inlet of said second evaporator circuit;
- указанное средство регулирования температуры соединено с клапаном, соединенным со вторым впускным отверстием смесителя;said temperature control means is connected to a valve connected to the second inlet of the mixer;
- указанное средство регулирования температуры соединено, по меньшей мере, с одним датчиком температуры, установленным в указанном сепараторе;said temperature control means is connected to at least one temperature sensor installed in said separator;
- указанное средство регулирования температуры соединено со средством регулирования метанового числа газа на выходе из указанного нагревателя;said temperature control means is connected to a means for controlling the methane number of the gas at the outlet of said heater;
- указанное средство регулирования метанового числа выполнено с возможностью управления указанным средством регулирования температуры и получения данных, относящихся к сжиженному газу и рабочим параметрам указанного, по меньшей мере, одного, двигателя;said methane number control means is configured to control said temperature control means and obtain data relating to the liquefied gas and operating parameters of said at least one engine;
- устройство дополнительно включает в себя цистерну для хранения газа в жидкой форме, первое впускное отверстие которой соединено с первым выпускным отверстием указанного сепаратора;the device further includes a gas storage tank in liquid form, the first inlet of which is connected to the first outlet of said separator;
- указанная цистерна включает в себя, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, выполненное с возможностью подачи среды для охлаждения линии циркуляции сжиженного газа и/или по меньшей мере одну горелку;said tank includes at least one outlet configured to supply a medium for cooling the liquefied gas circulation line and/or at least one burner;
- указанное по меньшей мере одно выпускное отверстие указанной цистерны соединено с горелкой посредством клапана и/или нагревателем;- said at least one outlet of said tank is connected to the burner by means of a valve and/or a heater;
- устройство включает в себя компрессор, включающий в себя впускное отверстие, предназначенное для соединения с выпускным отверстием для газа в газообразной форме, содержащегося в указанной цистерне, и выпускное отверстие для сжатого газа;- the device includes a compressor, including an inlet for connection with an outlet for gas in gaseous form contained in said tank, and an outlet for compressed gas;
- указанное выпускное отверстие для сжатого газа соединено с выпускным отверстием указанного нагревателя для питания, по меньшей мере, одного двигателя;- the specified outlet for compressed gas is connected to the outlet of the specified heater to power at least one engine;
- указанное выпускное отверстие для сжатого газа соединено со вторым впускным отверстием указанной цистерны;said compressed gas outlet is connected to a second inlet of said tank;
- указанная цистерна включает в себя второе впускное отверстие, соединенное со средством подачи азота под давлением.said tank includes a second inlet connected to pressurized nitrogen supply means.
Настоящее изобретение также относится к способу подачи газа с оптимизированным метановым числом в по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания, в частности, судна для транспортировки сжиженного газа, с помощью устройства, описанного выше, отличающегося тем, чтоThe present invention also relates to a method for supplying a gas with an optimized methane number to at least one internal combustion engine, in particular an LPG transport vessel, using the apparatus described above, characterized in that
- сжиженный газ откачивается посредством насоса при температуре не превышающей или равной -160°С;- liquefied gas is pumped out by means of a pump at a temperature not exceeding or equal to -160°C;
- откачиваемый сжиженный газ нагревается в испарителе до температуры от -130 до -10°С включительно, и, предпочтительно, от -100 до -40°C включительно, чтобы испарить некоторые газы, называемые легкими газами, и другие газы, называемые тяжелыми газами, остающиеся в жидкой форме;- the pumped liquefied gas is heated in the evaporator to a temperature of -130 to -10°C inclusive, and preferably from -100 to -40°C inclusive, in order to evaporate some gases, called light gases, and other gases, called heavy gases, remaining in liquid form;
- жидкая и газообразная фазы разделяются в сепараторе; а затем- liquid and gaseous phases are separated in the separator; and then
- газ в газообразной форме, поступающий из сепаратора, нагревается до температуры, превышающей 0°C, и, например, порядка 20°C.- the gas in gaseous form coming from the separator is heated to a temperature exceeding 0°C, and, for example, about 20°C.
Предпочтительно:Preferably:
- сжиженный газ откачивается насосом под давлением от 7 до 12 бар включительно и составляет, например, 8 бар;- liquefied gas is pumped out by a pump under pressure from 7 to 12 bar inclusive and is, for example, 8 bar;
- давление в испарителе составляет от 6 до 10 бар включительно и составляет, например, 7 бар;- the pressure in the evaporator is from 6 to 10 bar inclusive and is, for example, 7 bar;
- давление в сепараторе составляет от 5 до 7 бар включительно и составляет, например, 6,2 бар; а также- the pressure in the separator is from 5 to 7 bar inclusive and is, for example, 6.2 bar; as well as
- давление в нагревателе составляет от 5 до 7 бар включительно и составляет, например, 6 бар.- the pressure in the heater is from 5 to 7 bar inclusive and is, for example, 6 bar.
Давление в цистерне составляет от 1 до 10 бар включительно и составляет, например, 2 бар. The pressure in the tank is between 1 and 10 bar inclusive and is, for example, 2 bar.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения устройство дополнительно включает в себяIn accordance with the second aspect of the present invention, the device further includes
- перепускные средства, в том числе выпускное отверстие для газа в газообразной форме, предназначенного для питания, по меньшей мере, одного двигателя, и, по меньшей мере, одно впускное отверстие, соединенное с впускным отверстием сепаратора и/или выпускным отверстием для газа в газообразной форме указанной цистерны.- bypass means, including an outlet for gas in gaseous form, designed to power at least one engine, and at least one inlet connected to the inlet of the separator and / or outlet for gas in gaseous form the shape of the specified tank.
В цистерне для хранения сжиженного газа происходит естественное испарение. Газы, которые испаряются естественным образом, являются самыми легкими газами, потому что они имеют самые низкие температуры испарения. Другими словами, газы, получаемые за счет естественного испарения сжиженного газа, имеют высокое метановое число и особенно пригодны для непосредственного использования, возможно, при условии их нагревания, в качестве топлива для двигателя или двигателей.Natural evaporation takes place in the LPG storage tank. Gases that evaporate naturally are the lightest gases because they have the lowest evaporation temperatures. In other words, the gases produced by the natural evaporation of liquefied gas have a high methane number and are particularly suitable for direct use, perhaps if heated, as fuel for an engine or engines.
Перепускные средства могут содержать, по меньшей мере, клапан и/или компрессор.The bypass means may comprise at least a valve and/or a compressor.
Это устройство может включать в себя нагреватель теплообменного типа, включающий в себя первый контур, включающий в себя впускное отверстие, соединенное с выпускным отверстием компрессора, и дополнительно содержащий выпускное отверстие для нагретого газа в газообразной форме для питания, по меньшей мере, одного двигателя. В качестве альтернативы, нагреватель может быть встроен в компрессор.The apparatus may include a heat exchange type heater including a first circuit including an inlet connected to a compressor outlet and further comprising an outlet for heated gas in gaseous form to power at least one engine. Alternatively, a heater may be built into the compressor.
Это устройство может иметь некоторые или все функции устройства в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.This device may have some or all of the functions of the device in accordance with the first aspect of the present invention.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения устройство дополнительно включает в себяAccording to a third aspect of the present invention, the device further includes
- цистерну для хранения газа в жидкой форме, первое впускное отверстие которой соединено с первым выпускным отверстием указанного сепаратора, причем указанная цистерна содержит, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, выполненное с возможностью- a tank for storing gas in liquid form, the first inlet of which is connected to the first outlet of the specified separator, and the specified tank contains at least one outlet, made with the possibility
подачи среды для охлаждения линии циркуляции сжиженного газа; и/или medium supply for cooling the liquefied gas circulation line; and/or
питания по меньшей мере одной горелки. supply of at least one burner.
Это устройство может иметь некоторые или все функции устройства в соответствии с первым и/или вторым аспектами настоящего изобретения.This device may have some or all of the functions of the device in accordance with the first and/or second aspects of the present invention.
В соответствии с другим аспектом, изобретение предлагает способ регулирования метанового числа газа для подачи в по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания, в частности судна для транспортировки сжиженного газа, отличающийся тем, что он содержит следующие этапыIn accordance with another aspect, the invention provides a method for adjusting the methane number of a gas for supply to at least one internal combustion engine, in particular a vessel for transporting liquefied gas, characterized in that it comprises the following steps
- отбор сжиженного газа;- selection of liquefied gas;
- частичное испарение сжиженного газа, с тем чтобы произвести газ в газообразной форме, в том числе легкие газы из сжиженного газа, тяжелые газы из оставшегося в жидком виде сжиженного газа,- partial evaporation of liquefied gas in order to produce gas in gaseous form, including light gases from liquefied gas, heavy gases from liquefied gas remaining in liquid form,
причем метановое число газа в газообразной форме контролируется регулированием температуры, при которой происходит испарение.wherein the methane number of the gas in gaseous form is controlled by controlling the temperature at which vaporization occurs.
При этом испарение является принудительным, в отличие от естественного испарения, которое происходит на границе раздела жидкости/газа в цистерне для хранения сжиженного газа.In this case, the evaporation is forced, in contrast to the natural evaporation that occurs at the liquid/gas interface in the LPG storage tank.
Способ согласно настоящему изобретению может иметь одну или более из следующих особенностей и включать один или более из следующих этапов, существующих отдельно друг от друга или в сочетании друг с другомThe method according to the present invention may have one or more of the following features and include one or more of the following steps, existing separately from each other or in combination with each other
- температура регулируется путем изменения скорости потока, при которой текучий теплоноситель подается в контур испарителя, выполненный с возможностью выполнения указанного испарения;- the temperature is controlled by changing the flow rate at which the heat transfer fluid is supplied to the evaporator circuit, configured to perform said evaporation;
- температура регулируется путем смешивания сжиженного газа после частичного испарения с отобранным сжиженным газом, который не претерпел частичного испарения;- the temperature is controlled by mixing the liquefied gas after partial evaporation with the selected liquefied gas, which has not undergone partial evaporation;
- температура регулируется в зависимости от температуры газа в газообразной форме;- the temperature is controlled depending on the temperature of the gas in gaseous form;
- температура регулируется в зависимости от данных, относящихся к сжиженному газу и/или рабочим параметрам по меньшей мере одного указанного двигателя.- the temperature is controlled depending on the data relating to the liquefied gas and/or the operating parameters of at least one of the specified engine.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Изобретение будет лучше понято, а другие подробности, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при прочтении следующего описания, приведенного в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которыхThe invention will be better understood and other details, features and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following description, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which
- фиг. 1 представляет собой схематическое изображение устройства подачи газа с оптимизированным метановым числом, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;- fig. 1 is a schematic view of a methane number optimized gas supply device according to a first embodiment of the present invention;
- фиг. 2 представляет собой схематическое изображение устройства подачи газа с оптимизированным метановым числом, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;- fig. 2 is a schematic view of a methane number optimized gas supply device according to a second embodiment of the present invention;
- фиг. 3 представляет собой схематическое изображение устройства подачи газа с оптимизированным метановым числом, в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;- fig. 3 is a schematic view of a methane number optimized gas supply device according to a third embodiment of the present invention;
- фиг. 4 представляет собой схематическое изображение устройства подачи газа с оптимизированным метановым числом, в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения; и- fig. 4 is a schematic view of a methane number optimized gas supply device according to a fourth embodiment of the present invention; and
- фиг. 5 представляет собой блок-схему, показывающую этапы способа регулирования метанового числа газа для подачи в по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания.- fig. 5 is a flowchart showing the steps of a method for adjusting the methane number of a gas for supply to at least one internal combustion engine.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В нижеследующем описании термины «выше по течению» и «ниже по течению» относятся к потоку среды, такой как газ или жидкость, в трубе или контуре.In the following description, the terms "upstream" and "downstream" refer to the flow of a medium, such as a gas or liquid, in a pipe or loop.
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления устройства 10 для подачи газа с оптимизированным метановым числом в по меньшей мере один двигатель 12 внутреннего сгорания, в частности, судна для транспортировки сжиженного газа. Этот двигатель 12 может представлять собой главный двигатель или вспомогательный двигатель судна.In FIG. 1 shows a first embodiment of a
Судно включает в себя, по меньшей мере, одну цистерну 14 для хранения сжиженного газа, например, сжиженного природного газа (СПГ). Цистерна 14 находится при атмосферном давлении или под давлением. СПГ хранится в цистерне в жидкой форме при температуре порядка -160°C. СПГ подвергается естественному испарению, и некоторое количество СПГ испаряется, поэтому цистерна содержит также некоторое количество газа в газообразной форме.The ship includes at least one
Ссылка 16 обозначает насос, который погружен в СПГ, и, следовательно, предназначен для подачи в него СПГ, а не газа в газообразной форме. Насос 16, таким образом, предпочтительно, располагается на дне цистерны.
В дополнение к насосу 16, устройство 10 включает в себя испаритель 18, сепаратор 20 и нагреватель 22. Здесь они соединены последовательно один за другим, ниже по потоку от насоса 16.In addition to the
Насос 16 включает в себя выпускное отверстие 16а для СПГ, то есть для газа в жидком виде. Выпускное отверстие 16а соединяется с впускным отверстием 18aa первого жидкостного контура испарителя 18, который здесь представляет собой теплообменник с двумя контурами. Первый контур испарителя 18 включает в себя выпускное отверстие 18ab, соединенное с впускным отверстием 20а сепаратора.The
Второй контур испарителя 18 включает в себя впускное отверстие 18ba и выпускное отверстие 18bb и обеспечивает циркуляцию теплоносителя, например, пара или гликоля. Циркуляция теплоносителя во втором контуре обеспечивает поднятие температуры СПГ, отбираемого из цистерны 14, до заданной температуры, обеспечивающей частичное испарение СПГ.The
Часть СПГ, содержащая легкие газы, такие как азот, метан и этан, испаряется, а другая часть СПГ, содержащая тяжелые газы, такие как н-бутан, остается в жидкой форме. Выпускное отверстие 18ab первого контура испарителя, таким образом, является выпускным отверстием для газа в газообразной и жидкой форме.Part of the LNG containing light gases such as nitrogen, methane and ethane evaporates, while the other part of LNG containing heavy gases such as n-butane remains in liquid form. The outlet 18ab of the first evaporator circuit is thus an outlet for gas in gaseous and liquid form.
Эта двухфазная газовая смесь подается в сепаратор 20 через его впускное отверстие 20а. Разделение фаз является задачей сепаратора 20, который включает в себя выпускное отверстие 20b для газа в газообразной форме и выпускное отверстие 20с для газа в жидкой форме, содержащей тяжелые газы. Сепаратор может быть изготовлен по классической технологии, например, сотового или гравитационного типа.This two-phase gas mixture is fed into the
Выпускное отверстие 20b сепаратора 20 соединено с впускным отверстием 22а нагревателя 22, функция которого заключается в повышении температуры газа в газообразной форме для подачи газа с оптимизированным метановым числом в двигатель 12 при подходящей температуре, и, более точно, при температуре в приемлемом для двигателя 12 диапазоне, то есть в диапазоне от 0°C до 60°C, как указано ниже.The
Устройство 10 по фиг. 1 функционирует следующим образом. Сжиженный газ отбирается насосом 16 при температуре не превышающей или равной -160°C и при давлении, например, порядка 8 бар. Откачиваемый газ нагревается в испарителе 18 до температуры от -130 до -10°С включительно, предпочтительно, от -100 до -40°C включительно, чтобы испарить легкие газы, причем тяжелые газы остаются в жидкой форме. Давление в испарителе 18 составляет от 6 до 8 бар включительно, и составляет, например, 7 бар. Смесь фаз вводится в сепаратор 20 для разделения этих фаз. Давление в сепараторе составляет от 5 до 7 бар включительно, и составляет, например, 6,2 бар. Газ в газообразной форме, выходящий из выпускного отверстия 20b, нагревается нагревателем 22 до температуры, превышающей 0°C и, например, порядка 20°C. Давление в нагревателе составляет от 5 до 7 бар включительно, и составляет, например, 6 бар. В двигатель 12, таким образом, подается топливный газ при температуре от 0°С до 60°С включительно, например, при 20°C и при давлении, например, 6 бар.The
На фиг. 2 показан другой вариант осуществления устройства 10, которое здесь дополнительно включает в себя средство 24 для регулирования метанового числа газа, предназначенного для подачи в двигатель 12.In FIG. 2 shows another embodiment of the
Средство 24 регулирования может принимать форму блока обработки данных, включающего в себя, в частности, средства для ввода, хранения и резервного копирования данных, вычислительные средства, а также исполнительные механизмы.The control means 24 may take the form of a data processing unit including, inter alia, means for inputting, storing and backing up data, computing means, and actuators.
Средство 24 регулирования предназначено для получения информации, например, рабочих параметров 26 двигателя 12 и данных 28, относящихся к СПГ, например, его состава, плотности, температуры и т.д.The control means 24 is designed to obtain information such as
Параметры 26 описывают, в частности, условия эксплуатации, которых должен достичь двигатель 12. Для заданных условий эксплуатации двигателя 12 существует желаемое метановое число для топливного газа, подаваемого в двигатель. Кроме того, существуют кривые, или они могут быть получены выше по течению и сохранены в средстве 24 регулирования для расчета рабочей температуры испарителя 18 в зависимости от требуемого метанового числа и данных 28, относящихся к СПГ.The
Данные 28 могут быть получены с помощью хроматографа, который является инструментом, способным определять состав газа или сжиженного природного газа и концентрацию его компонентов. Этот инструмент может быть расположен в устройстве 10, между выходным отверстием СПГ из цистерны 14 и впускным отверстием топливного газа двигателей 12.
Средство 24 соединено со средством 30 регулирования температуры, которое соединено с по меньшей мере одним температурным датчиком 32, установленным, например, в сепараторе 20, и, в частности, на верхней ступени сепаратора для измерения температуры газа в газообразной форме.The means 24 is connected to a temperature control means 30, which is connected to at least one
Средство 30 управления может быть компаратором, который будет принимать сигнал от датчика 32, соответствующий показаниям температуры, и сравнивать его с заданным значением, вычисленным с помощью средства 24 для подачи сигнала в средство 24 для регулировки рабочей температуры испарителя 18 и/или сепаратора 20.The control means 30 may be a comparator that will receive a signal from the
В показанном примере клапан 34 расположен во втором контуре испарителя 18 выше по потоку от впускного отверстия 18ba и скорость его потока регулируется с помощью средств 24, 30.In the example shown, the
Кроме того, между выпускным отверстием 18ba и впускным отверстием 20а установлен смеситель 36. Этот смеситель 36 включает в себя два впускных отверстия, одно из которых соединено с выпускным отверстием 18ba, а другое соединено с выпускным отверстием 16а насоса 16 выше по потоку от испарителя 18. Другой клапан 38 расположен выше по потоку от впускного отверстия 36b смесителя и обеспечивает регулирование скорости потока сжиженного газа для подачи в смеситель. Функцией смесителя 36 является смешивание определенного количества сжиженного газа, отбираемого из цистерны 14, с определенным количеством двухфазного газа, выходящего из испарителя 18, для подачи в сепаратор 20 двухфазной газовой смеси с оптимизированной температурой. Расход клапана 38 регулируется средствами 24, 30.In addition, a
На фиг. 2 также показан вариант осуществления перепускных средств 40, которые здесь выполнены с возможностью обхода сепаратора 20 и нагревателя 22.In FIG. 2 also shows an embodiment of bypass means 40, which here are configured to bypass
Перепускные средства 40 включают в себя впускное отверстие 40а, соединенное с выпускным отверстием 18ab испарителя 18 или смесителя 36 и выпускным отверстием 40b, соединенным с выпускным отверстием 20b сепаратора 20 или с выпускным отверстием 22b нагревателя 22. Перепускные средства 40 включают в себя клапан 42 расхода, который регулируется средствами 24, 30.The bypass means 40 include an
На фиг. 3 показан другой вариант осуществления устройства 10, которое здесь включает в себя цистерну 44 для хранения газа в жидкой форме, первое впускное отверстие 44a которого соединено с первым выпускным отверстием 20с сепаратора 20.In FIG. 3 shows another embodiment of the
Цистерна 44 предназначена для приема и хранения газа в жидкой форме, в том числе тяжелых газов, производимых за счет частичного испарения и разделения фаз откачиваемого СПГ.
Цистерна, например, выполнена с возможностью хранения газа в жидкой форме при давлении порядка 2 - 3 бар. Температура газа в цистерне может быть очень низкой, и одним из видов использования этого газа может быть охлаждение линии циркуляции СПГ. Другим видом использования газа, содержащегося в цистерне 44, может быть сжигание в горелках 52 ДТ (двойного топлива) или УСГ (установки сжигания газа) или котла, например, для производства пара, используемого на судне. Этот пар может использоваться для подачи во второй контур испарителя 18 или даже нагревателя 22. Пар может использоваться для нагрева цистерны для хранения СПГ судна, чтобы его температура не была слишком низкой, так как это увеличивает вязкость СПГ.The tank, for example, is configured to store gas in liquid form at a pressure of the order of 2 to 3 bar. The temperature of the gas in the tank car can be very low and one use of this gas can be to cool the LNG circulation line. Another use of the gas contained in the
Цистерна 44 включает в себя одно или несколько выпускных отверстий 44b, например, выпускное отверстие для охлаждения трубопровода 45 циркуляции СПГ, как упоминалось выше. Это выпускное отверстие 44b соединено с клапаном 46. Циркуляция сжиженного газа при низкой температуре в трубопроводе обеспечивает охлаждение этого трубопровода, например, перед операцией приема газа (заполнения цистерны судна), для ограничения теплового удара во время этой операции.The
Цистерна 44 включает в себя выпускное отверстие 44с, соединенное с клапаном 48 или даже с нагревателем 50, для питания горелки или горелок 52. Выпускное отверстие 44b может быть соединено посредством контура с выпускным отверстием 44с, например, ниже по течению от клапана 48, чтобы газ в жидкой форме, который участвовал в охлаждении трубопровода 45, и, таким образом, нагрелся посредством теплообменника, мог использоваться для подачи в горелку. Этот контур снабжается клапаном 54.The
На фиг. 3 вариант осуществления дополнительно включает в себя перепускные средства 56, которые здесь выполнены с возможностью обхода испарителя 18, сепаратора 20 и нагревателя 22.In FIG. 3, the embodiment further includes bypass means 56, which here are configured to bypass the
Перепускные средства 56 содержат компрессор 58, включающий в себя впускное отверстие 58а, соединенное с выпускным отверстием 14а цистерны 14 для газа в газообразной форме (производимого путем природного испарения сжиженного природного газа). Выпускное отверстие 58b компрессора соединено непосредственно, либо через клапан 60, к выпускному отверстию 22b нагревателя для подачи в двигатель 12 газа естественного испарения, и/или к другому впускному отверстию 44b цистерны 44, также непосредственно, либо через клапан 62. В качестве альтернативы или дополнительной особенности, средство 64 для подачи газа, например, азота под давлением, соединено с впускным отверстием 44d цистерны.The bypass means 56 comprise a
Подача в цистерну газа под давлением, например, превышающим давление 6 бар, поступающего из компрессора 58 или средства 64, обеспечивает принудительный и усиленный поток газа в жидкой форме через выпускные отверстия 44b, 44c цистерны.Supplying the tank with gas at pressure, for example in excess of 6 bar, from
Клапаны 46, 48, 54, 60, 62 могут приводиться в действие с помощью средств 24, 30.
На фиг. 4 вариант осуществления объединяет в себе все признаки, описанные со ссылкой на варианты осуществления по фиг. 1 - 3.In FIG. 4, the embodiment combines all the features described with reference to the embodiments of FIG. 13.
Фиг. 5 представляет собой блок-схему, показывающую этапы способа регулирования метанового числа газа для подачи в двигатель 12. Fig. 5 is a flowchart showing the steps of a method for adjusting the methane number of gas supplied to
Корабль, оснащенный двигателем 12, движется с заданной скоростью, обозначенной как V1. Для достижения этой скорости V1 двигатель 12 или главные двигатели судна должны работать в условиях R1 эксплуатации. Для достижения этих условий R1, топливный газ, подаваемый в двигатель, должен иметь минимальное метановое число MNm. Это число MNm передается средством 24 на средство 30, которое сравнивает его с текущим числом MNа. Это число MNa рассчитывается из данных 28 СПГ, например, его состава.The ship, equipped with the
Если MNa больше или равно MNm, могут использоваться перепускные средства 40 или 56 для непосредственной подачи в двигатель 12 газа естественного или принудительного испарения, который уже имеет оптимальное метановое число для условий работы двигателя. If MNa is greater than or equal to MNm, bypass means 40 or 56 can be used to directly feed
В противном случае, если MNa меньше MNm, средства 24, 30 получают температуру T1, измеренную датчиком 32, и рассчитывают оптимальную рабочую температуру испарителя 18. Они задают эту температуру для того, чтобы количество газа принудительного испарения, образующегося в испарителе, составляло требуемый минимум в отношении требуемого метанового числа. На практике, во время итераций температура Т1 неоднократно измеряется и регулируется, пока топливный газ не будет иметь правильный состав и, следовательно, метановое число, необходимое для требуемых условий эксплуатации. Как уже упоминалось выше, соотношение между температурой газа и составом газа является термодинамическим соотношением, и существует множество известных моделей. Средства 24, 30 приводят в действие клапаны 34, 38 соответственно.Otherwise, if MNa is less than MNm, the
Соотношение между составом газа и его метановым числом обычно определяется производителем двигателя или может быть получено из стандарта EN 16726.The relationship between gas composition and its methane number is usually determined by the engine manufacturer or can be derived from EN 16726.
Claims (33)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1758699A FR3071276B1 (en) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | DEVICE AND PROCESS FOR SUPPLYING GAS WITH A METHANE RATING OPTIMIZED AT LEAST ONE THERMAL ENGINE, IN PARTICULAR OF A LIQUEFIED GAS TRANSPORT VESSEL |
FR1758699 | 2017-09-20 | ||
PCT/EP2018/074398 WO2019057541A1 (en) | 2017-09-20 | 2018-09-11 | Device and method for supplying gas with methane number optimised for at least one heat engine, in particular of a ship for transporting liquefied gas |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020112974A RU2020112974A (en) | 2021-10-06 |
RU2020112974A3 RU2020112974A3 (en) | 2022-01-13 |
RU2773583C2 true RU2773583C2 (en) | 2022-06-06 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994017325A1 (en) * | 1993-01-29 | 1994-08-04 | Kværner Moss Technology A.S. | Process and system for, respectively, the utilization and provision of fuel gas |
EP1291576A2 (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-12 | Cryostar-France SA | Natural gas supply apparatus |
WO2014167220A1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | Gaztransport Et Technigaz | Improved system for treating and supplying natural gas comprising a circuit for heating the tank |
WO2016148416A1 (en) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | 삼성중공업 주식회사 | Fuel gas supply system |
RU2628556C2 (en) * | 2013-06-26 | 2017-08-18 | Дэу Шипбилдинг Энд Марин Инджиниринг Ко., Лтд. | System and method for evaporating gas processing on the ship |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994017325A1 (en) * | 1993-01-29 | 1994-08-04 | Kværner Moss Technology A.S. | Process and system for, respectively, the utilization and provision of fuel gas |
EP1291576A2 (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-12 | Cryostar-France SA | Natural gas supply apparatus |
WO2014167220A1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | Gaztransport Et Technigaz | Improved system for treating and supplying natural gas comprising a circuit for heating the tank |
RU2628556C2 (en) * | 2013-06-26 | 2017-08-18 | Дэу Шипбилдинг Энд Марин Инджиниринг Ко., Лтд. | System and method for evaporating gas processing on the ship |
WO2016148416A1 (en) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | 삼성중공업 주식회사 | Fuel gas supply system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9726327B2 (en) | System and method for processing liquefied gas | |
RU2224171C2 (en) | Storage system for dissolved methane-based gas | |
KR102197013B1 (en) | Ship | |
CN102612621B (en) | Method of handling a boil off gas stream and an apparatus therefor | |
KR102200362B1 (en) | A Treatment System of Liquefied Gas | |
RU2583172C2 (en) | Method of re-liquefying boil-off gas generated in storage tanks of liquid hydrogen | |
JP7183380B2 (en) | Volatile organic compound treatment system and ship | |
KR101524430B1 (en) | Apparatus for the reliquefaction of boil-off gas | |
KR20190033067A (en) | Ship | |
KR20160008806A (en) | Fuel Gas Supply System For Ship | |
KR20120123783A (en) | Lng fuel supply system for vessel engine | |
RU2773583C2 (en) | Device and method for supplying gas with methane number optimized for at least one heat engine, in particular, of vessel for transportation of liquefied gas | |
KR101686912B1 (en) | Devivce for liquefied gas supply | |
CN111448385B (en) | Device and method for supplying at least one heat engine, in particular of a liquefied gas transport vessel, with gas having an optimized methane number | |
KR102613977B1 (en) | Gas treatment system and ship having the same | |
JP2016147997A (en) | Heat amount control system for liquefied gas shipping facility | |
KR20230166112A (en) | How to cool the heat exchanger of the gas supply system for gas consumers on board the ship | |
KR101647465B1 (en) | Integrated Cooling and Vaporizing System for a Ship and a Marine Structure | |
KR20150129144A (en) | A Treatment System of Liquefied Gas | |
KR102110522B1 (en) | gas treatment system and offshore plant having the same | |
JP2004099717A (en) | Method and apparatus for making lng having high calorific value have low calorie | |
WO2019031300A1 (en) | Liquefied fuel gas vaporization system and temperature control method for same | |
RU2786300C2 (en) | Device for production of gas in gaseous form from liquefied gas | |
KR20200002562A (en) | liquefied gas tank, fuel gas supply system, and ship having the same | |
KR102075247B1 (en) | gas treatment system and offshore plant having the same |