CN101074760B - 用于将天然气供应到气体需求方的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种在液化天然气(LNG)运输器中将天然气稳定地供应到气体需求方的方法和设备。使用所述方法，将包括在含有LNG的油舱中产生的天然蒸发气和通过汽化从油舱抽吸的LNG而产生的强制蒸发气的天然气供应到气体需求方。具有预定压力或更高压力的强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体回到油舱或回到将多个油舱彼此连接的集气管，以便以预定压力或更高压力来供应天然气。

Description

用于将天然气供应到气体需求方的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种在液化天然气(liquefied natural gas，LNG)运输器(carrier)中将天然气稳定地供应到气体需求方的方法和设备。更具体地说，本发明涉及一种方法和设备，其当在LNG运输器中将天然气供应到气体需求方时，在天然蒸发气(natural boil-off gas，NBOG)压缩器与强制汽化器的平行操作情形下，经由强制汽化器的操作而使得由于在LNG运输器的压载航行期间产生少量天然蒸发气所导致的NBOG压缩器的低负荷操作而造成的用于燃料供应的NBOG压缩器的不稳定操作能够保持稳定，且所述方法和设备可关于LNG运输器的负载变化而在汽化器出口处实现压力的稳定释放。
背景技术
液化天然气油轮通常由一个或一个以上汽轮机推进。因此，油轮具备锅炉来产生蒸汽。在负载航行中，约50％的燃料是由油轮的LNG油舱供应的天然蒸发气。由于LNG具有非常低的沸点(约-162℃)，因而尽管其比例较小，但不管油舱的绝热性如何，仍不可避免地在油轮内发生LNG的连续蒸发。常规上，锅炉所需燃料中的某些通过使用此类天然蒸发气来满足。剩余燃料从重烃液体燃料(也称为“燃料油”)库存中供应。
然而，为了增加油轮推进所需的蒸汽总量，油轮必须具有仅通过天然气燃烧来产生足够热能的能力。为此目的，油轮额外具备强制汽化器，其是用于将天然气供应到与锅炉相关联的燃烧器的装置。此外，油轮具备压缩器，以维持供应到燃烧器的气体的恒定压力。
关于将天然蒸发气和通过强制汽化器的强制蒸发气供应到燃烧器，存在两种众所周知的方法。
在一种方法中，在压缩器上游处混合强制蒸发气与天然蒸发气。举例来说，如题为“Boil-off gas supply system”的韩国实用新型注册第290726号和题为“Apparatus for supplying fuel in LNG carrier”的韩国实用新型注册第410367号中陈述，LNG舱内的天然蒸发气与强制蒸发气在压缩器上游处混合，且接着供应到压缩器中。
在韩国实用新型注册第290726号中，从油舱210供应到压缩器212和动力推进设备214的气体被分成两个种类，如图1所示。一种气体是通过油舱210内液化气体的天然汽化产生的天然蒸发气，且另一种是通过其强制汽化而产生的强制蒸发气。天然蒸发气和强制蒸发气两者由气体冷却器216冷却到适当温度范围，并供应到压缩器212。此处，所述适当温度范围为约-150到-130℃。接着，所述气体在压缩器212中被压缩，并通过排出管道219以适当的排出压力供应到动力推进装置214。
气体管道220位于油舱210与气体冷却器216之间，以形成天然蒸发气和强制蒸发气的流动路径。气体管道220包括：天然蒸发气管道220a，其将天然蒸发气从油舱210输送到气体冷却器216；气体返回管道220b，其允许液化气体在油舱210内由气体泵211抽吸之后经由气体冷却器216而回到油舱210；以及强制蒸发气管道220c，其一端从气体返回管道220b的起始段H分叉，且另一端连接到天然蒸发气管道220a以将强制蒸发气从油舱210输送到气体冷却器216。强制蒸发气管道220c具备汽化器224，其将液化气体强制转变为气态。
油舱210内的天然蒸发气流到天然蒸发气管道220a中。同时，已由气体泵211抽吸的液化气体流到气体返回管道220b和强制蒸发气管道220c的起始段H中。
此处，当油舱210内由气体泵211抽吸的液化气体通过汽化器224而强制汽化时，其与天然蒸发气管道220a中的天然蒸发气混合并一起流到气体冷却器216中。然而，在将由气体泵211抽吸的气体从气体返回管道220b的起始段H直接引导到气体冷却器216而并非引导到汽化器224的情况下，气体返回到油舱210。
然而，由于此方法关注于压缩器上游和下游处的气体的温度控制且需要强制蒸发气与天然蒸发气的同时压缩，因而存在以下缺点，即压缩器和马达的大功率、复杂的控制方法，和需要湿气分离器(或冷却器216)以防止液体颗粒进入压缩器。
为了解决所述问题，提出在压缩器下游处混合强制蒸发气与天然蒸发气的技术。举例来说，在第2003-0017423号和第2003-0073975号韩国专利早期公开案中揭示此类技术。第2003-0073975号韩国专利早期公开案中所揭示的发明涉及一种适于在LNG运输器航行期间通过从外部传输来的热量而产生从储存在其中的LNG汽化的蒸发气的油舱。所述油舱包括：储气盖30，其位于油舱20顶部，使得通过所述储气盖30来排出油舱20内的蒸发气；第一低功率压缩器50，其连接到储气盖30以提高蒸发气的压力；气体加热器60，其连接到第一低功率压缩器50以提高蒸发气的温度；止回阀170，其设置在第一低功率压缩器50与气体加热器60之间以防止蒸发气的逆向流动；第二低功率压缩器180，其用于准备第一低功率压缩器50的拆修和检查；恒速马达40，其驱动第一和第二低功率压缩器50和180；锅炉90，其连接到气体加热器60以燃烧蒸发气；主阀70，其设置在气体加热器60与锅炉90所在的发动机室80之间；清舱喷射泵(strip spray pump)100，其安装在油舱20的下部以供应LNG来补充锅炉90的燃烧操作期间的气体不足；流速控制阀120，由所述清舱喷射泵100排出的LNG的一部分通过压力控制阀110而传送到所述流速控制阀120中；收回线(recovery line)130，其连接到压力控制阀110，以将传送到流速控制阀120之后剩余的LNG收回到油舱中；温度控制阀140，其连接到流速控制阀120；汽化器150，其连接到流速控制阀120以将LNG的状态从液态转变为气态；混合器160，其连接到汽化器150和温度控制阀140，以在混合器160内将液态LNG与气态LNG混合；以及锅炉90，其连接到混合器160以燃烧气态LNG。
第2003-0017423号韩国专利早期公开案的图1和图2中绘示与各流动路径中的压力和温度有关的细节。
所述公开案的揭示内容以引用的方式并入本文中。
本发明的发明者已发现在LNG运输器的压载航行期间由于产生少量天然蒸发气而将少于天然蒸发气(natural boil-off gas，NBOG)压缩器的最小负荷所需的气体引入到NBOG压缩器中的情况下，和在LNG运输器中气体需求方(例如锅炉)处的负荷存在较大变化的情况下，不能保证NBOG压缩器的稳定操作。
在现有技术中不存在能解决此类问题的对策。
发明内容
因此，本发明的目的在于允许在LNG运输器中以预定压力或更高压力将气体供应到气体需求方。本发明的另一目的在于通过适当地维持油舱压力、稳定压缩器的操作而允许用于在LNG运输器中将燃料供应到气体需求方的NBOG压缩器以相对较高负荷来操作。
根据本发明的一个方面，提供一种用于在LNG运输器中以预定压力或更高压力将天然气供应到气体需求方的方法，所述天然气包括在含有LNG的油舱中产生的天然蒸发气以及通过汽化从油舱抽吸的LNG而产生的强制蒸发气，其中为了以预定压力或更高压力供应天然气，具有预定压力或更高压力的强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体回到油舱或回到将多个油舱彼此连接的集气管。
气体需求方可以是锅炉、双燃料发动机和燃气轮机中的任一者。
根据一个实施例，回到油舱的气体必须具有预定压力或更高压力，且出于此目的，以多种方式来控制强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体以使其具有预定压力或更高压力。举例来说，强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体可通过强制汽化器而具有预定压力或更高压力。或者，如果强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体不具有预定压力或更高压力，那么使用独立压缩器来控制强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体以使其在回到油舱或集气管时具有预定压力或更高压力。
此外，可在压缩器上游处将强制蒸发气与天然蒸发气混合。优选地，天然蒸发气由压缩器压缩，且强制蒸发气经汽化而具有预定压力或更高压力，之后与由压缩器压缩的天然蒸发气混合。
根据本发明，由于具有预定压力或更高压力的气体回到油舱，因而在油舱内将天然蒸发气维持在预定压力或更高压力，从而使得压缩器能够以相对较高负荷操作，使得压缩器可稳定地操作。回到油舱的气体的压力可按照根据压缩器规格的压力范围而不同地变化。在下文所述的一个实例中，天然蒸发气在油舱中具有约1.06巴的绝对压力，且强制蒸发气具有约1.96巴的绝对压力。
根据本发明的另一方面，一种用于在LNG运输器中将天然气供应到气体需求源的设备包括用于压缩从含有LNG的油舱产生的天然蒸发气的压缩器、用于从油舱处抽吸LNG的泵，以及用于汽化所抽吸的LNG以产生强制蒸发气的汽化器，其中压缩器的强制蒸发气在压缩器上游或下游处与天然蒸发气混合且以预定压力或更高压力供应到气体需求方，且具有预定压力或更高压力的强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体回到油舱或将多个油舱彼此连接的集气管。
气体需求方可以是锅炉、双燃料发动机和燃气轮机中的任一者。
强制蒸发气可在天然蒸发气压缩之前或之后与天然蒸发气混合。优选地，天然蒸发气由压缩器压缩，且强制蒸发气经汽化而具有预定压力或更高压力，并与由压缩器压缩的天然蒸发气混合。
独立压缩器可安装在强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体回到油舱或集气管所通过的管道上，以在单独或以与天然蒸发气混合的状态回到油舱或集气管的强制蒸发气的压力小于或等于预定值时，增加所述返回气体的压力。在强制蒸发气在压缩器下游处与天然蒸发气混合的情况下，由于强制蒸发气在压缩器下游处与其混合时具有预定压力或更高压力，因而独立压缩器不是必需的。
所述设备可进一步包括：返回管道，其连接到汽化器下游或连接到结合到所述返回管道的管道的下游，强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气通过所述返回管道回到油舱；以及控制阀，其在所述返回管道上，以通过打开或关闭所述控制阀来控制强制蒸发气或混合气体的返回。由于回到油舱或集气管的强制蒸发气或混合气体具有预定压力或更高压力，因而可能仅通过打开和关闭控制阀来控制气体的返回量。
附图说明
从以下结合附图所作的详细描述中将更清楚地了解本发明的以上或其它目的、特征以及其它优点。
图1是韩国实用新型注册第290726号的天然气供应设备的示意图。
图2是韩国专利早期公开案第2003-73975号的天然气供应设备的示意图。
图3是说明根据本发明一个实施例用于在LNG运输器中将天然气供应到气体需求方的设备的示意图。
图4是说明根据本发明另一实施例用于在LNG运输器中将天然气供应到气体需求方的设备的示意图。
具体实施方式
将参看附图来详细描述示范性实施例。
图3是说明根据本发明一个实施例用于在LNG运输器中将天然气供应到气体需求方的设备的示意图。下文将描述所述设备的构造和操作。
LNG油舱310的下部由LNG 312填充且上部由天然蒸发气313填充。油舱310中产生的天然蒸发气313在穿过油舱310顶部的出口(圆顶盖)之后由NBOG压缩器340压缩。
储存舱310的LNG 312由泵320传输到舱外部。由于在LNG运输器的压载航行期间LNG的量较小，因而泵320优选地是能够在油舱310底部抽吸LNG的清舱泵。
由泵320传输的LNG由强制汽化器330汽化。由强制汽化器330汽化的强制蒸发气与由压缩器340压缩的天然蒸发气混合，并被供应到气体需求方350(例如，锅炉、双燃料发动机、燃气轮机等)。
同时，由强制汽化器330汽化的强制蒸发气的一部分通过返回管道而回到油舱310，在所述返回管道上设置控制阀332。
在油舱310中将天然蒸发气313维持在约1.06巴的绝对压力，且由压缩器340将其压缩为具有约1.96巴的绝对压力。由泵320从油舱310传送来的LNG由汽化器330汽化，而具有约1.96巴的绝对压力。将强制蒸发气和经压缩的天然蒸发气以约1.96巴的绝对压力供应到气体需求方350。
由于从强制汽化器320返回的强制蒸发气具有1.96巴的绝对压力，且油舱中的天然蒸发气具有约1.06巴的绝对压力，所以强制蒸发气与天然蒸发气之间的压力差使得能够通过打开或关闭控制阀332来容易地控制强制蒸发气从强制汽化器330返回。通过此种控制，可能供应具有气体需求方所需的预定压力或更高压力的气体。此外，即使当气体需求方350仅允许预定范围内的压力变化且所需气体量变化时，也可能通过由控制阀332的打开或关闭控制强制蒸发气从强制汽化器330返回的量来供应在预定压力范围内的气体。
举例来说，对于各种气体需求方间的双燃料发动机来说，必须将压力严格控制在±0.2巴的容限压力范围内。在此情况下，通过在控制控制阀的打开或关闭程度的同时将由强制汽化器330供应的强制蒸发气分流到返回管道，可能以在每个气体需求方处所允许的预定范围内的压力来供应气体。所属领域的技术人员可使用装配在舱中或装配到LNG运输器的各种管道的各种传感器来容易地应用或修改此种压力控制。
在图3中，将回到油舱310的气体说明为具有经由汽化器330而增加到预定值或更高值的压力的强制蒸发气。然而，不必说，经压缩器340压缩而具有预定压力或更高压力的强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体可回到油舱。
此外，尽管在图3中将强制蒸发气和天然蒸发气说明为在具有预定压力或更高压力之后彼此混合，但天然蒸发气可在由压缩器340压缩之前与强制蒸发气混合。然而，在此情况下，存在若干缺点，即需要湿气鼓来从强制蒸发气中去除液滴，且增加了压缩器340的功率。为了返回具有低于预定程度的压力的强制蒸发气或强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体，将独立压缩器提供到返回管道，其中控制阀332位于独立压缩器的下游处。
另外，尽管在图3所示的实施例中来自强制汽化器330的强制蒸发气回到油舱310，但在图4所示的另一实施例中来自强制汽化器330的强制蒸发气可回到油舱310或回到将各油舱彼此连接的集气管370。如果强制蒸发气回到集气管370，那么可将强制蒸发气直接供应到连接到集气管370的压缩器340(例如，LD压缩器)而不回到油舱310，使得可维持压缩器的容许气压。
如上所述的本发明构造提供多种优点。对于常规技术来说，在LNG运输器的压载航行期间由于少量天然蒸发气而将少于用于燃料供应的NBOG压缩器的最小操作负荷所需的气体引入到NBOG压缩器中的情况下，和在气体需求方的负荷变化较大的情况下，不能确保NBOG压缩器的稳定操作。另外，对于常规技术来说，由于在LNG运输器的压载航行期间用于燃料供应的NBOG压缩器在其最小操作负荷以下进行操作，因而不能有效维持油舱的压力。此外，根据常规技术，在当强制汽化器在LNG运输器的压载航行或负载航行中操作时气体需求方处的负荷存在快速变化的情况下，很可能强制汽化器出口和锅炉入口处的压力将快速增加。此外，根据常规技术，尽管可能通过使用NBOG压缩器的浪涌(surge)控制阀增加来自NBOG压缩器的流速来操作压缩器，但出现的缺点是，由于压缩器下游的高温气体循环，因而压缩器出口的温度持续增加，使得难以执行NBOG压缩器的稳定操作。
在此方面，根据本发明，提供与压载航行期间气体回到油舱相关联的返回管道和控制阀，以增加气体返回到油舱的流速，使得用于燃料供应的NBOG压缩器可以相对较高负荷操作，从而实现压缩器的稳定操作且因此维持油舱的适当压力。另外，根据本发明，由于通过强制汽化器的强制蒸发气在压载航行期间回到油舱，因而即使当NBOG压缩器在最小操作负荷以下操作时也可通过经由用于负荷调整的额外管道的自动操作来恰当地维持油舱的压力。此外，根据本发明，由于蒸发气回到油舱，因而为了不会破坏油舱的压力，可能通过其自动操作来平稳地维持油舱的压力。利用本发明的这些优点，可能实现与锅炉联系的气体管理***的自动化。
从以上描述中易见，根据本发明，待供应到气体需求方的气体(尤其是待从强制汽化器供应到气体需求方的强制蒸发气)被分流到返回管道，使得可以气体需求方所需的预定压力或更高压力(尤其是以在气体需求方允许的预定范围内的压力)来供应天然气。此外，由于具有预定压力或更高压力的气体回到油舱，因而在油舱内将天然蒸发气维持在预定压力或更高压力，从而使得压缩器能够以相对较高负荷操作，使得压缩器可稳定地操作。
应了解，已出于说明目的描述了实施例和附图，且本发明仅由所附权利要求书限定。另外，所属领域的技术人员将了解，在不脱离根据随附权利要求书的本发明范围和精神的情况下允许各种修改、添加和替代。

Claims (9)

1.一种在液化天然气运输器中以等于预定压力或高于所述预定压力的压力将天然气供应到气体需求方的方法，所述天然气包括在含有液化天然气的油舱中产生的天然蒸发气以及通过汽化从所述油舱抽吸的液化天然气而产生的强制蒸发气，其特征在于，
其中为了以等于所述预定压力或高于所述预定压力的所述压力供应所述天然气，具有等于所述预定压力或高于所述预定压力的所述压力的所述强制蒸发气或所述强制蒸发气与天然蒸发气的混合气体回到所述油舱或回到将多个所述油舱彼此连接的集气管。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述气体需求方是锅炉、双燃料发动机和燃气轮机中的任一者。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中由压缩器来压缩所述天然蒸发气，且使所述强制蒸发气汽化而具有等于所述预定压力或高于所述预定压力的所述压力并与由所述压缩器压缩的所述天然蒸发气混合。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中当所述强制蒸发气或所述强制蒸发气与天然蒸发气的所述混合气体回到所述油舱或所述集气管时，另一压缩器压缩所述强制蒸发气或所述混合气体并以等于所述预定压力或高于所述预定压力的所述压力使其回到所述油舱或所述集气管。
5.一种用于在液化天然气运输器中将天然气供应到气体需求方的设备，其特征在于，其包括：
压缩器，其压缩从含有液化天然气的油舱产生的天然蒸发气；
泵，其从所述油舱抽吸液化天然气；以及
汽化器，其汽化所述抽吸的液化天然气以产生强制蒸发气，
其中从所述汽化器来的所述强制蒸发气在所述压缩器的上游或下游处与所述天然蒸发气混合，且以等于预定压力或高于所述预定压力的压力供应到所述气体需求方，且具有等于所述预定压力或高于所述预定压力的压力的所述强制蒸发气或所述强制蒸发气与所述天然蒸发气的混合气体回到所述油舱或将多个所述油舱彼此连接的集气管。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，其中所述气体需求方是锅炉、双燃料发动机和燃气轮机中的任一者。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，其中所述强制蒸发气在所述天然蒸发气压缩之前或之后与所述天然蒸发气混合。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，其进一步包括：
另一压缩器，其设置在所述强制蒸发气或所述强制蒸发气与所述天然蒸发气的所述混合气体回到所述油舱或所述集气管所通过的返回管道上。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，其中，
所述返回管道连接到所述汽化器的下游处，
所述强制蒸发气或所述强制蒸发气与所述天然蒸发气的所述混合气体通过所述返回管道回到所述油舱，以及
控制阀，其在所述返回管道上以通过打开或关闭所述控制阀来控制所述强制蒸发气或所述混合气体的返回。
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