JP2015074418A - Fuel gas supply system for liquefied gas carrying vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス焚きが可能な低速ディーゼル機関を主機関として搭載した液化ガス運搬船に適用される燃料ガス供給システムに関する。 The present invention relates to a fuel gas supply system applied to a liquefied gas carrier ship equipped with a low-speed diesel engine capable of gas burning as a main engine.
環境負荷の低減やエネルギー消費改善の観点から、近年ではLNG運搬船の主機関にガス焚き低速ディーゼル機関を採用し、LNGタンク内で自然に発生するボイルオフガス(NATURAL BOG)を主機関の燃料として利用する構成が知られている。しかし、ガス焚き低速ディーゼル機関へは30MPa程度の圧力を持つ燃料ガスを供給する必要がある。そのためボイルオフガスを燃料に用いる場合、このボイルオフガスを高圧ガスコンプレッサにより30MPa程度まで圧縮する必要があるが、高圧ガスコンプレッサを用いた方式は消費電力が大きいと言う問題がある。一方、低い消費電力で高圧燃料ガスを生成する方法として、液化天然ガスを高圧液ポンプで加圧し、これを加熱して30MPa程度の高圧ガスとする構成が知られている(特許文献1)。 In recent years, a gas-fired low-speed diesel engine has been adopted as the main engine of the LNG carrier, and boil-off gas (NATUREL BOG) that is naturally generated in the LNG tank is used as the main engine fuel from the viewpoint of reducing environmental impact and improving energy consumption. The structure to do is known. However, it is necessary to supply fuel gas having a pressure of about 30 MPa to the gas-fired low-speed diesel engine. Therefore, when boil-off gas is used as fuel, it is necessary to compress this boil-off gas to about 30 MPa with a high-pressure gas compressor. However, the method using a high-pressure gas compressor has a problem that power consumption is large. On the other hand, as a method for generating high-pressure fuel gas with low power consumption, a configuration in which liquefied natural gas is pressurized with a high-pressure liquid pump and heated to a high-pressure gas of about 30 MPa is known (Patent Document 1).
高圧液ポンプを通してタンク内の液化ガスを高圧ガスにする場合、ボイルオフガスが燃料として消費されないため、ボイルオフガスによる貨物タンクの圧力上昇を防止するには、ボイルオフガスを強制的に燃焼するガス燃焼装置やボイルオフガスを液に戻すための再液化装置を用意する必要がある。しかし、ボイルオフガスを燃焼させると環境負荷を増大させ、運搬船全体のエネルギー効率も低下させる。また再液化装置の運転には、一般的に高圧ガスコンプレッサの運転よりも大きなエネルギーを必要とする。 When the liquefied gas in the tank is changed to high-pressure gas through the high-pressure liquid pump, the boil-off gas is not consumed as fuel. It is necessary to prepare a reliquefaction device for returning the boil-off gas to the liquid. However, burning boil-off gas increases the environmental load and reduces the energy efficiency of the entire carrier. Also, the operation of the reliquefaction device generally requires more energy than the operation of the high pressure gas compressor.
本発明は、液化ガス運搬船において、高圧ガスコンプレッサおよび高圧液ポンプを併用して、液化ガス運搬船の運航状態に合わせ、ボイルオフガスの処理、エネルギー消費を最適化するとともに環境への負荷をより低減する燃料ガス供給システムを提供することを目的としている。 The present invention uses a high-pressure gas compressor and a high-pressure liquid pump in a liquefied gas carrier ship, optimizes boil-off gas processing and energy consumption, and further reduces the burden on the environment, according to the operating state of the liquefied gas carrier ship. The object is to provide a fuel gas supply system.
本発明の液化ガス運搬船用燃料ガス供給システムは、主機関として用いられるガス焚き可能な低速ディーゼル機関と、液化ガスを貯蔵するタンクと、タンク内で発生するボイルオフガスを圧縮する高圧ガスコンプレッサと、タンク内の液化ガスを加圧する高圧液ポンプと、高圧ガスコンプレッサを通してタンクから低速ディーゼル機関へ燃料ガスを供給する第1燃料ガス供給ラインと、高圧液ポンプを通してタンクから低速ディーゼル機関へ燃料ガスを供給する第2燃料ガス供給ラインとを備え、液化ガス積載時の運航において、主機関の燃料消費量がボイルオフガス発生量以下のとき、および液化ガス空荷時の運航においてスプレー作業(液化ガスをタンクに受け入れる際に、急激な温度差によるタンクの破損を防止するために、タンク内に残した液化ガスをタンク内に噴霧し液化ガスの気化熱によって貨物タンクを予冷する作業)を行うときには、第1燃料ガス供給ラインのみを通して燃料ガスを低速ディーゼル機関へ供給し、液化ガス空荷の運航時においてスプレー作業を行わないときには第2燃料ガス供給ラインのみを通して燃料ガスを低速ディーゼル機関へ供給することを特徴としている。ただし、上記のスプレー作業においては、噴霧によりタンク内の圧力が規定の圧力まで上昇すると噴霧を一旦中断し、タンク内のガスを燃料として消費してタンク圧を下げた後、再びスプレー作業を開始し、タンクの温度が規定の温度に下がるまで複数回同じ作業を繰り返すが、噴霧中断でカーゴタンク内のガスを優先的に燃料として使用している期間もその一連のスプレー作業中に含める。なお、空荷状態であっても、液化ガスをタンク冷却用のスプレー液として、また主機関の燃料として使用するために、幾らかの液化ガスが貯蔵されており、タンク内が完全に空にされているわけではない。 A fuel gas supply system for a liquefied gas carrier of the present invention includes a low-speed diesel engine that can be used as a main engine, a tank that stores liquefied gas, a high-pressure gas compressor that compresses boil-off gas generated in the tank, A high-pressure liquid pump that pressurizes the liquefied gas in the tank, a first fuel gas supply line that supplies fuel gas from the tank to the low-speed diesel engine through the high-pressure gas compressor, and a fuel gas that is supplied from the tank to the low-speed diesel engine through the high-pressure liquid pump A second fuel gas supply line that operates when spraying liquefied gas when the fuel consumption of the main engine is less than the amount of boil-off gas generated and when liquefied gas is empty To prevent damage to the tank due to sudden temperature differences When the remaining liquefied gas is sprayed into the tank and the cargo tank is precooled by the heat of vaporization of the liquefied gas), the fuel gas is supplied to the low-speed diesel engine only through the first fuel gas supply line, The fuel gas is supplied to the low-speed diesel engine only through the second fuel gas supply line when spraying is not performed during operation. However, in the above spraying operation, when the pressure in the tank rises to the specified pressure due to spraying, the spraying is temporarily stopped, the gas in the tank is consumed as fuel, the tank pressure is lowered, and then the spraying operation is started again. The same operation is repeated a plurality of times until the temperature of the tank drops to a prescribed temperature, but the period during which the gas in the cargo tank is preferentially used as fuel due to spray interruption is also included in the series of spray operations. Even in an empty state, some liquefied gas is stored in order to use the liquefied gas as spray liquid for cooling the tank and as fuel for the main engine. It has not been done.
更に、液化ガス積載時の運航において、主機関の燃料消費量がボイルオフガス発生量を上回るときには第1および第2燃料ガス供給ラインを使用して低速ディーゼル機関へ燃料ガスを供給することが好ましい。また更に、高圧ガスコンプレッサで圧縮された燃料ガスを再液化してタンクへ戻すガス回収ラインと、このガス回収ラインと第1燃料ガス供給ラインにおけるタンクと高圧ガスコンプレッサとを結ぶ部分との間で熱交換を行う熱交換器とを備え、燃料ガスの再液化をこの熱交換器を通して行う構成であってもよい。またこのとき、ガス回収ラインの熱交換器とタンクとの間に存在するボイルオフガスを第1燃料ガス供給ラインの熱交換器よりも上流側に戻す連絡ラインを更に設けてもよい。 Further, in the operation when the liquefied gas is loaded, when the fuel consumption of the main engine exceeds the boil-off gas generation amount, it is preferable to supply the fuel gas to the low speed diesel engine using the first and second fuel gas supply lines. Furthermore, between the gas recovery line for re-liquefying the fuel gas compressed by the high-pressure gas compressor and returning it to the tank, and the portion connecting the tank and the high-pressure gas compressor in the first fuel gas supply line The heat exchanger which performs heat exchange, and the structure which performs reliquefaction of fuel gas through this heat exchanger may be sufficient. At this time, a communication line for returning the boil-off gas existing between the heat exchanger of the gas recovery line and the tank to the upstream side of the heat exchanger of the first fuel gas supply line may be further provided.
本発明の液化ガス運搬船は、上記液化ガス運搬船用燃料ガス供給システムを備えたことを特徴としている。 The liquefied gas carrier ship of the present invention is characterized by including the fuel gas supply system for the liquefied gas carrier ship.
本発明によれば、液化ガス運搬船において、高圧ガスコンプレッサおよび高圧液ポンプを併用して、液化ガス運搬船の運航状態に合わせ、ボイルオフガスの処理、エネルギー消費を最適化するとともに環境への負荷をより低減する燃料ガス供給システムを提供することができる。 According to the present invention, in a liquefied gas carrier ship, a high-pressure gas compressor and a high-pressure liquid pump are used in combination to optimize the boil-off gas processing and energy consumption according to the operating state of the liquefied gas carrier ship, and to further reduce the environmental load. A reduced fuel gas supply system can be provided.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態である燃料ガス供給システムの構成を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel gas supply system according to the first embodiment of the present invention.
本実施形態の燃料ガス供給システム10は、天然ガスなどの液化ガスを運搬する船舶に適用され、液化ガス(本実施形態ではLNG)はカーゴタンク11に積載される。主機関12は、ガス焚き可能な低速ディーゼル機関であり、主機関12には高圧ガスコンプレッサ13を含む第1燃料ガス供給ライン14を通してタンク11内で自然発生するボイルオフガス(NATURAL BOG)を供給することが可能である。すなわち、タンク11と高圧ガスコンプレッサ13は、上流ライン14Aで接続され、高圧ガスコンプレッサ13と主機関12は下流ライン14Bにより接続される。
The fuel
すなわち、タンク11内で発生するボイルオフガスは、上流ライン14Aを介して高圧ガスコンプレッサ13へ送られ、例えば略30MPaまで圧縮され、「高圧ガス」として下流ライン14Bへ送出され、下流ライン14Bに設けられた逆止弁15、流量調整弁16を通して主機関12へと送られる。また、本実施形態において、高圧ガスコンプレッサ13には、低圧燃料ガス供給ライン17も接続されており、相対的に圧力が低い「低圧ガス」が送出される。
That is, the boil-off gas generated in the
低圧燃料ガス供給ライン17には、例えば逆止弁18、流量調整弁19を介して2元燃料焚きボイラ20が接続されるとともに、例えば逆止弁21、流量調整弁22を介して2元燃料焚きディーゼル発電機関(D/G)23などが接続される。ボイラ20およびディーゼル発電機関23では、燃料ガスとオイルを混焼でき、余剰ボイルオフガスが存在するときには高圧ガスコンプレッサ13から供給される低圧ガスが燃料として用いられる。
A dual fuel-fired
なお、本実施形態では、第1燃料ガス供給ライン14の下流ライン14Bにおける、逆止弁15と流量調整弁16の間が、ディーゼル発電機関23に接続されるラインの逆止弁21と流量調整弁22の間が連絡ライン24により連通され、連絡ライン24には、圧力調整機能付逆止弁25が設けられる。すなわち、下流ライン14Bに供給された高圧ガスを、必要に応じて圧力調整機能付逆止弁25を通して2元燃料焚きディーゼル発電機関23へも供給可能である。
In this embodiment, between the
また、本実施形態の燃料ガス供給システム10には、更に第2燃料ガス供給ライン26が設けられる。第2燃料ガス供給ライン26は、タンク11内の底付近に配置されるポンプ27を備え、タンク11内の液化ガスはポンプ27により汲み上げられ、一時的にサクションドラム28に貯留される。サクションドラム28には高圧液ポンプ29が接続され、サクションドラム28からの液化ガスが加圧される。高圧液ポンプ29により加圧された液化ガスは、ガスヒータ30において加熱・気化され、高圧ガスとなる。生成された高圧ガスは逆止弁31を介して、第1燃料ガス供給ライン14の下流ライン14Bにおける逆止弁15と流量調整弁16の間の区間に供給される。
Further, the fuel
次に図2を参照して、運航状況に応じた燃料ガス供給システム10の主機関12への燃料ガス供給態様について説明する。図2(a)〜図2(c)は、それぞれ(a)液化ガス積載時の運航速度と使用燃料消費量の関係、(b)液化ガス空荷時の運航においてスプレー作業を行っているときの運航速度と使用燃料消費量の関係、(c)液化ガス空荷時の運航においてスプレー作業を行っていないときの運航速度と使用燃料消費量の関係を示すグラフである。なお図2(a)〜図2(c)において横軸は船の運航速度、縦軸は燃料消費量である。
Next, with reference to FIG. 2, the fuel gas supply aspect to the
図2(a)〜図2(c)において、曲線Sは、船速と燃料消費量(燃料ガス供給量/単位時)の関係を示す曲線であり、燃料消費量は略船速の3乗に比例する。図2(a)の直線L(NATURAL BOG)は、タンク11内の液化ガス(天然ガス)が自然蒸発し、ボイルオフガスとなる単位時間当たりの量である。
2 (a) to 2 (c), a curve S is a curve showing the relationship between the ship speed and the fuel consumption (fuel gas supply amount / unit time), and the fuel consumption is approximately the cube of the ship speed. Is proportional to A straight line L (NATURAL BOG) in FIG. 2A is an amount per unit time at which the liquefied gas (natural gas) in the
すなわち図2(a)において、ボイルオフガスのみ、かつその全てを主機関12の燃料として利用すると、曲線Sと直線Lの交点Pに対応する船速が得られる。一方、運転点Pよりも低速側では、直線Lと曲線Sの差が余剰ボイルオフガスとなり、運転点Pよりも高速側では、曲線Sと直線Lの差が、追加する必要のある燃料量となる。
That is, in FIG. 2A, when only the boil-off gas and all of it is used as the fuel for the
したがって、液化ガス積載時の運航においては、運転点P(NATURAL BOG100%速度)、および運転点Pよりも低速側(減速運転領域)では、第1燃料ガス供給ライン14のみが使用され、ボイルオフガスのみを用いて主機関12の運転が行われる。そして余剰ガスはボイラ20やディーゼル発電機関23の燃料として利用され、それでも消費できないものは、燃焼される。また運転点Pよりも高速側(高速運転領域)では、足りない分の燃料が第2燃料ガス供給ライン26を通して供給される。すなわち、ポンプ27、高圧液ポンプ29、およびガスヒータ30を駆動してタンク11内の液化ガスから高圧ガスを生成し、高圧ガスコンプレッサ13で圧縮された高圧ガスと共に主機関12へ供給される。なお、船の巡航速度は、運転点P、あるいはそれよりも僅かに低い速度に設定される。
Therefore, in the operation when the liquefied gas is loaded, only the first fuel
図2(b)は、液化ガス空荷時の運航においてスプレー作業が行われるときの運航形態を示すグラフである。同運航形態では、第1燃料ガス供給ライン14のみが使用される。すなわちタンク11内では、スプレー作業が行われ、スプレー作業により発生したボイルオフガスが主機関12へ燃料ガスとして供給される。なお、液化ガス空荷時の運航であっても、液化ガスをタンク冷却用のスプレー液として、また主機関の燃料として使用するために、幾らかの液化ガスが貯蔵されており、全てのタンク11が完全に空にされているわけではない。
FIG.2 (b) is a graph which shows the operation form when a spray operation | work is performed in the operation at the time of liquefied gas empty loading. In the same flight mode, only the first fuel
一方図2(c)は、液化ガス空荷時の運航においてスプレー作業が行われないときの運航形態に対応するグラフである。この運航形態では、第1燃料ガス供給ライン14は使用されず、高圧ガスコンプレッサ13はオフされる。そして第2燃料ガス供給ラインのみが使用され、ポンプ27、高圧液ポンプ29、およびガスヒータ30が駆動されタンク11内の液化ガスから高圧ガスが生成され主機関12へ供給される。
On the other hand, FIG.2 (c) is a graph corresponding to the operation form when a spray operation | work is not performed in the operation at the time of liquefied gas empty loading. In this mode of operation, the first fuel
船舶は、殆どの時間を巡航速度で航行するので、例えば図2(a)の運転点P付近で運転される。すなわち、第1実施形態によれば、液化ガス積載時には、略高圧ガスコンプレッサのみが駆動され、ボイルオフガスの殆どが、主機関の燃料として消費される。そして高速運転領域での運転が必要な場合のみ、高圧液ポンプが駆動され液化ガスから直接的に高圧ガスが生成される。また、液化ガス空荷時の運航において殆どの時間は、スプレー作業が行われているわけではないので、殆ど図2(c)の運航形態がとられ、高圧ガスコンプレッサを運転することなく、高圧液ポンプにより燃料ガス供給がなされる。一方、スプレー作業が行われ、ボイルオフガスが発生するときには、高圧ガスコンプレッサが駆動され、ボイルオフガスは略全て主機関の燃料として利用され、ボイルオフガス処理の問題は発生しない。そのため再液化装置の設置を省くことができる。 Since the ship navigates most of the time at the cruising speed, the ship is operated, for example, near the operating point P in FIG. That is, according to the first embodiment, when the liquefied gas is loaded, only the substantially high-pressure gas compressor is driven, and most of the boil-off gas is consumed as fuel for the main engine. Only when operation in the high-speed operation region is necessary, the high-pressure liquid pump is driven to generate high-pressure gas directly from the liquefied gas. Further, since most of the time during operation when the liquefied gas is empty is not sprayed, the operation mode shown in FIG. 2 (c) is almost adopted, and the high pressure gas compressor is not operated. Fuel gas is supplied by a liquid pump. On the other hand, when a spray operation is performed and boil-off gas is generated, the high-pressure gas compressor is driven, and almost all the boil-off gas is used as fuel for the main engine, so that the problem of boil-off gas processing does not occur. Therefore, installation of a reliquefaction device can be omitted.
次に図3、図4を参照して本発明の第2実施形態の燃料ガス供給システムについて説明する。第2実施形態の燃料ガス供給システムは、第1実施形態の燃料ガス供給システムに、ガス回収システムを更に設けたものであり、その他の構成は第1実施形態と略同様である。したがって、第1実施形態と同様の構成に関しては同一参照符号を用い、その説明を省略する。 Next, a fuel gas supply system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The fuel gas supply system of the second embodiment is obtained by further providing a gas recovery system in the fuel gas supply system of the first embodiment, and other configurations are substantially the same as those of the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are used for the same configurations as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
第2実施形態の燃料ガス供給システム40は、高圧ガスコンプレッサ13と、下流ライン14Bの逆止弁15の間にガス回収ライン41が接続される。ガス回収ライン41は、高圧ガスコンプレッサ13から吐出されるボイルオフガス由来の高圧ガスを、第1燃料ガス供給ライン14の上流ライン14Aに連結された熱交換器42を通して液化する。そして液化された液化ガスは気液分離器43に貯留される。気液分離器43に貯留された液化ガス(LNG)はポンプ44もしくは、気液分離器43の自圧によりタンク11へと戻される。また、気液分離器43に存在するボイルオフガスは、連絡ライン45を介して第1燃料ガス供給ライン14の上流ライン14Aにおける熱交換器42の上流側へ戻される。
In the fuel
以上のように、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られるとともに、液化ガス積載運航時の低速運転領域において、余剰ボイルオフガスをより有効に処理することができる。そして第2実施形態では、高圧ガスコンプレッサで圧縮されたガスを、熱交換器を介して液化するので、より効率的に再液化処理を行うことができる。 As described above, according to the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and surplus boil-off gas can be more effectively processed in the low-speed operation region during liquefied gas loading operation. In the second embodiment, the gas compressed by the high-pressure gas compressor is liquefied via the heat exchanger, so that the reliquefaction treatment can be performed more efficiently.
また、第2実施形態ではガス回収システムがあることで、ボイルオフガスの単位時間当たりの発生量が実質的に低下する。すなわち図4において、ガス回収システム起動前のボイルオフガスの単位時間当たりの発生量が直線L1であったとすると、ガス回収システムの起動後には発生量が直線L2へと下がり、曲線Sとの交点はP1からP2へと移動する。そのため、巡航速度を下げて減速運航する場合などに、余剰ボイルオフガスの発生を更に抑えることができる。 In addition, in the second embodiment, since the gas recovery system is provided, the amount of boil-off gas generated per unit time is substantially reduced. That is, in FIG. 4, if the amount of boil-off gas generated per unit time before starting the gas recovery system is a straight line L1, after the gas recovery system is started, the amount generated decreases to a straight line L2, and the intersection with the curve S is Move from P1 to P2. Therefore, generation | occurrence | production of surplus boil-off gas can be further suppressed, when reducing cruise speed and carrying out the deceleration operation.
なお、主機関はガス専燃の低速ディーゼル機関であってもよいが、オイル燃料との2元燃料焚き低速ディーゼル機関であってもよく、その場合には例えば高速運転領域においてオイルを追加燃料として利用してもよい。 The main engine may be a gas-only low-speed diesel engine, but it may be a dual-fuel low-speed diesel engine with oil fuel. In this case, for example, oil is used as an additional fuel in a high-speed operation region. May be used.
10 燃料ガス供給システム(第1実施形態)
11 カーゴタンク
12 主機関
13 高圧ガスコンプレッサ
14 第1燃料ガス供給ライン
14A 上流ライン
14B 下流ライン
20 2元燃料焚きボイラ
23 2元燃料焚きディーゼル発電機関
26 第2燃料ガス供給ライン
27 ポンプ
28 サクションドラム
29 高圧液ポンプ
30 ガスヒータ
40 燃料ガス供給システム(第2実施形態)
41 ガス回収ライン
42 熱交換器
43 気液分離器
44 ポンプ
10. Fuel gas supply system (first embodiment)
11
41
Claims (5)
液化ガスを貯蔵するタンクと、
前記タンク内で発生するボイルオフガスを圧縮する高圧ガスコンプレッサと、
前記タンク内の液化ガスを加圧する高圧液ポンプと、
前記高圧ガスコンプレッサを通して前記タンクから前記低速ディーゼル機関へ燃料ガスを供給する第1燃料ガス供給ラインと、
前記高圧液ポンプを通して前記タンクから前記低速ディーゼル機関へ燃料ガスを供給する第2燃料ガス供給ラインとを備え、
液化ガス積載時の運航において、前記低速ディーゼル機関の燃料消費量がボイルオフガス発生量以下のとき、および液化ガス空荷時の運航において、スプレー作業を行うときには、前記第1燃料ガス供給ラインのみを通して燃料ガスを前記低速ディーゼル機関へ供給し、液化ガス空荷時の運航において、スプレー作業を行わないときには、前記第2燃料ガス供給ラインのみを通して燃料ガスを前記低速ディーゼル機関へ供給する
ことを特徴とする液化ガス運搬船用燃料ガス供給システム。 A gas-fired low-speed diesel engine used as the main engine;
A tank for storing liquefied gas;
A high-pressure gas compressor for compressing boil-off gas generated in the tank;
A high-pressure liquid pump for pressurizing the liquefied gas in the tank;
A first fuel gas supply line for supplying fuel gas from the tank to the low-speed diesel engine through the high-pressure gas compressor;
A second fuel gas supply line for supplying fuel gas from the tank to the low-speed diesel engine through the high-pressure liquid pump,
When the fuel consumption of the low-speed diesel engine is less than or equal to the amount of boil-off gas generated during operation when loading liquefied gas, and when spraying during operation when liquefied gas is empty, only through the first fuel gas supply line When fuel gas is supplied to the low-speed diesel engine and the spray operation is not performed during operation when the liquefied gas is empty, the fuel gas is supplied to the low-speed diesel engine only through the second fuel gas supply line. Fuel gas supply system for liquefied gas carrier.
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