JP5737894B2 - ボイルオフガス再液化装置 - Google Patents
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Description
このボイルガスを有効に使うため、ほとんどLNG船では、ボイルオフガスをボイラ、ガス焚き内燃機関等の燃料とすることによって推進力や船内電力の足しに利用している。
この損失を抑制するものとして余剰のボイルオフガスを再液化してカーゴタンクに戻すボイルオフガス再液化装置を備える天然ガス運搬船(LNG船)が就航している(たとえば、特許文献1参照)。
LNG船に設置されるボイルオフガス再液化装置では、船上の狭い空間に収まるようにするためコンパクトな構造であることが求められる。
また、ボイルオフガス再液化装置は液化効率を向上させる工夫が種々行われているが、、特許文献1に示されるように、冷凍サイクル部へ供給されるボイルオフガスを二個の圧縮機によって2回にわたり圧縮し、冷凍サイクル部を循環する冷媒との熱交換効率を向上させながらも、装置全体での省スペース化との両立に余念がない。
特許文献1に示されるものでは、冷凍サイクル部は冷媒圧縮機およびこれに付随する中間冷却器は機関室に配置され、残りの冷却する部分のみを貨物機器室に配置している。これにより、たとえば、既存のボイルオフガス等の天然ガスをボイラの燃料として用いるLNG船に、ボイルオフガス再液化装置を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができるし、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
さらに、特許文献1に示されるものでは、プレクーラおよび凝縮器が3以上の多重熱交換プロセスとされているので、これらの設計が難しく、設計の信頼性が不足する恐れがある。
すなわち、本発明の第一態様は、ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインに搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、前記ガス供給部には、前記凝縮部の上流側に、前記圧縮ガス搬送ラインを通る前記ボイルオフガスと前記ガス供給ラインを通る前記ボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられているボイルオフガス再液化装置である。
この冷媒は、エキスパンダによって膨張減圧されることによって、ボイルオフガスの液化に必要な低温状態とされる。エキスパンダは、この冷媒が膨張する時の力を回転力として取り出し、たとえば、直結された軸を介してブースタコンプレッサを回転させる。この冷媒は凝縮部を経由してブースタコンプレッサに戻される。
一方、ガス供給部では、ガス供給ラインを経由して供給されたタンク内で発生したボイルオフガスがガス圧縮部で圧縮され、圧縮ガス搬送ラインを経由して凝縮部を通るように搬送される。
圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスは、ガス圧縮部で圧縮される前のボイルオフガスによって冷却され、言い換えると、ボイルオフガス自身の冷熱で予冷される。なお、圧縮ガス搬送ラインを通るボイルオフガスの冷熱としては、ガス供給ラインを通るボイルオフガスに限定されるものではなく、それ以外のものを付加するようにしてもよい。
凝縮部に導入された、たとえば、凝縮温度近傍まで冷却されたボイルオフガスは、凝縮部を通る低温の冷媒によって冷却され、凝縮される。
これにより、冷凍サイクル部を構成する各機器を小さくできるので、ボイルオフガス再液化装置を小型化することができる。
したがって、第二のインタークーラは冷媒圧縮部に近くに配置することができるので、冷媒圧縮部が、たとえば、機関室に設置される場合、第二のインタークーラも機関室に設置することができる。このように、大型の第二のインタークーラを比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のLNG船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部の第一のインタークーラおよび第二のインタークーラがともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
この冷媒は、エキスパンダによって減圧され、膨張させられることによって一層低温状態とされる。エキスパンダは、この冷媒が膨張する時の力を回転力として取り出し、たとえば、直結された軸を介してブースタコンプレッサを回転させる。
一層低温状態とされた冷媒は凝縮部を経由してブースタコンプレッサに戻される。
一方、ガス供給部では、ガス供給ラインを経由して供給されたタンク内で発生したボイルオフガスがガス圧縮部で圧縮され、圧縮ガス搬送ラインを経由して凝縮部を通るように搬送される。
したがって、第二のインタークーラは冷媒圧縮部に近くに配置することができるので、冷媒圧縮部が、たとえば、機関室に設置される場合、第二のインタークーラも機関室に設置することができる。このように、大型の第二のインタークーラを比較的広い機関室に設置できるので、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のLNG船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部の第一のインタークーラおよび第二のインタークーラがともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
このような場合、本態様では、ガス供給ラインの熱交換器の上流側に、液化天然ガスを噴霧してボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられているので、緩熱器によって熱交換器へ供給するボイルオフガスを冷却することができる。
燃料用圧縮機は、比較的大容量であるが、これに供給されるボイルオフガスは熱交換器によって暖められ、容積が増加しているので、容量オーバーとならずに用いることができる。したがって、就航している既存のLNG船で、既存の燃料用圧縮機を有効に活用することができるので、改造工事の範囲を小さくでき、安価に改造することができる。
また、冷凍サイクル部では、ブースタコンプレッサで圧縮された冷媒が、さらに冷媒圧縮部によって圧縮されてエキスパンダへ供給されるようにされているので、第二のインタークーラを冷媒圧縮部の近くに配置することができ、たとえ、貨物機器室が狭い就航している既存のLNG船であってもボイルオフガス再液化装置を設置することができる。
図1は、LNG船のボイルオフガス再液化装置1の全体概略構成を示すブロック図である。
LNG船は、液化天然ガス(以下、LNGということもある。)を貯蔵する複数のカーゴタンク(図示省略)を備えている。カーゴタンクには、たとえば、略球形をしているモス式のタンク等種々の形式がある。
ボイルオフガス再液化装置1には、冷凍サイクル部3と、液化処理部(ガス供給部)5と、が備えられている。
冷凍サイクル部3には、冷媒圧縮機(冷媒圧縮部)9と、冷媒プレクーラ11と、エキスパンダ13と、過冷却器15と、凝縮器(凝縮部)17と、ブースタコンプレッサ19と、が主たる要素として設けられている。
冷媒配管7は、冷媒圧縮機9、冷媒プレクーラ11、エキスパンダ13、過冷却器15、凝縮器17、冷媒プレクーラ11およびブースタコンプレッサ19の順に接続し、閉じた系を構成している。
冷媒圧縮機9はインタークーラ23を有している。冷媒圧縮機9の出口には第一アフタクーラ(第一のインタークーラ)25が設けられている。
冷媒量を調整するために、冷媒バッファタンク27を有する配管が、冷媒圧縮機9の前後に接続されている。
エキスパンダ13は、冷媒プレクーラ11を通って温度が低下させられた冷媒を減圧により膨張させて低温・低圧のガス状冷媒とするものである。この冷媒が膨張する時の力を回転力として、エキスパンダ13と同軸で接続されたブースタコンプレッサ19は回転駆動させられる。
ブースタコンプレッサ19は、冷媒プレクーラ11から導入される冷媒を圧縮して、冷媒を高温・高圧とし、冷媒圧縮機9へ供給するものである。ブースタコンプレッサ19の下流側で冷媒圧縮機の上流側には第二アフタクーラ(第二のインタークーラ)29が備えられている。
冷凍サイクル3の起動時に、バイパス配管31は開放される。これにより冷媒はエキスパンダ13を通過しないので、それらによる抵抗がなくなり冷媒圧縮機9の起動を可能とできる。
また、この2台の燃料用圧縮機33に並列的に燃料用圧縮機33が設置されていないフリーフローライン45が備えられている。フリーフローライン45には、開閉する開閉弁47が備えられている。
燃料用圧縮機33およびフリーフローライン45には、別途カーゴタンクに貯蔵されたLNGをガス化して供給するようにしてもよい。
BOG搬送配管39には、BOGを圧縮するBOGブースタ53と、BOGブースタ53で圧縮され、高温となったBOGを、たとえば、清水で冷却するBOGアフタクーラ55とが備えられている。
BOGブースタ53は、たとえば、160kPaaのBOGを450kPaaに昇圧するものであり、それが可能であれば、たとえば、直冷式スクリュー圧縮機等、適宜形式のものが用いられる。
なお、BOGプレクーラ57によってBOG搬送配管39を通るBOGが十分冷却される場合には、BOGアフタクーラ55の設置は省略されてもよい。
BOG供給配管35には、BOGプレクーラ57をバイパスする弁の開閉により断接されるバイパス配管59が備えられている。
この凝縮されたBOGは、セパレータ37に導入され液分とガス分とに分離される。
再液化ガス配管41は、セパレータ37の下部から過冷却器15を通りカーゴタンクに接続されている。
再液化ガス配管41には、過冷却器15よりも下流側に再液化ガス流量調整弁61が設けられている。
ガス供給分岐配管63は、冷媒プレクーラ11を通って冷媒圧縮機9からエキスパンダ13へ供給される冷媒を冷却するように構成されている。
ブースタコンプレッサ19はエキスパンダ13で回転駆動されるので、コールドボックス65より張り出すように取り付けられている。
冷凍サイクル部3では、冷媒圧縮機9がスチームタービン21により駆動され、冷媒配管7から導入される低温・低圧のガス状冷媒を2段階に圧縮して、高温・高圧のガス状冷媒とする。このとき、冷媒は、1段目の圧縮と2段目の圧縮との間で、インタークーラ23によって冷却される。
この高温・高圧のガス状冷媒は、第一アフタクーラ25で冷却されて冷媒プレクーラ11に導入される。
この冷媒が、エキスパンダ13に導入され、減圧によって膨張されて一層低温・低圧のガス状冷媒とされる。
この低温・低圧のガス状冷媒は、過冷却器15および凝縮器17を通過し、その冷熱を周囲に与えて冷却する。
その後、冷媒は冷媒プレクーラ11を通ってエキスパンダ13に導入される冷媒によって暖められ、ブースタコンプレッサ19に導入される。
冷媒圧縮機9に導入された冷媒は、冷媒圧縮機9によってさらに高温・高圧とされ送り出される。
冷凍サイクル部3では、このサイクルを連続的に行うことで、冷媒配管7が通過する過冷却器15、凝縮器17および冷媒プリクーラ11において冷熱を提供する。
ミストセパレータ43は、通常運転中には、LNGが供給されていないので、BOGを冷却することはない。
たとえば、ボイルオフガス再液化装置1の運転開始時で配管が冷却されていない場合、あるいは、バラスト航行中で、カーゴタンク内のBOGが比較的高温の状態である場合等でBOG供給配管35を通過するBOGの温度が比較的高くなると、たとえば、セパレータ37から再液化されたLNGがミストセパレータ43に供給され、BOGプレクーラ57へ供給されるBOGの温度を必要な温度、たとえば、−120℃まで低下させる。
その後、BOGは、BOGブースタ53によって、たとえば、450kPaaに昇圧される。このとき、BOGの温度は、たとえば、略100℃となっている。
このBOGはBOGアフタクーラ55によって略40℃まで冷却され、BOGプレクーラ57に導入される。
BOGプレクーラ57では、BOG供給配管35を通るBOGによって、たとえば、略−110℃、すなわち、略飽和液状態まで冷却される。一方、BOG供給配管35を通るBOGは、たとえば、略−120℃から略30℃まで昇温される。
セパレータ37では、凝縮したBOGが気液分離され、再液化されたLNGである液体分は下部に、ガス分は上部に貯留される。
下部のLNGは、再液化ガス配管41を通って、過冷却器15で過冷却されカーゴタンクに戻される。
また、燃料用圧縮機33およびBOGブースタ53で圧縮され、高温状態とされたBOG搬送配管39を通るBOGは、BOGプレクーラ57においてBOG供給配管35を通る燃料用圧縮機33で圧縮される前のBOGによって冷却され、言い換えると、BOG自信の冷熱で予冷されるので、少なくともその熱量の分だけ冷凍サイクル部3の負担を減少させることができる。
これにより、冷凍サイクル部3を構成する各機器を小さくできるので、ボイルオフガス再液化装置1を小型化することができる。
したがって、第二アフタクーラ29は冷媒圧縮機9に近くに配置することができるので、冷媒圧縮機9が、たとえば、機関室に設置される場合、第二アフタクーラ29も機関室に設置することができる。
また、清水の供給システムは機関室に設置されているので、冷凍サイクル部3のインタークーラ23、第一アフタクーラ25および第二アフタクーラ29がともに機関室に設置されると、それらの配管が簡素化できるし、冷却効率を向上させることができる。
このように、ボイルオフガス再液化装置1は小型で高効率なものにできるし、その設置空間を少なくできる。このため、たとえば、既存のBOG等の天然ガスをボイラの燃料として用いるLNG船に、ボイルオフガス再液化装置1を設置する場合、改造工事を大幅に軽減することができる。また、新造船に適用する場合でも、設計変更を容易に行うことができる。
3 冷凍サイクル部
5 液化処理部
9 冷媒圧縮機
13 エキスパンダ
17 凝縮器
19 ブースタコンプレッサ
25 第一アフタクーラ
29 第二アフタクーラ
33 燃料用圧縮機
35 BOG供給配管
39 BOG搬送配管
43 ミストセパレータ
53 BOGブースタ
57 BOGプレクーラ
Claims (6)
- ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、
冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、
前記ガス供給部には、前記凝縮部の上流側に、前記圧縮ガス搬送ラインを通る前記ボイルオフガスと前記ガス供給ラインを通る前記ボイルオフガスとの間で熱交換を行う熱交換部が備えられ、
前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていることを特徴とするボイルオフガス再液化装置。 - 前記ガス供給ラインの前記熱交換部の上流側には、液化天然ガスを噴霧して前記ボイルオフガスを冷却する緩熱器が備えられていることを特徴とする請求項1に記載のボイルオフガス再液化装置。
- ガス圧縮部にタンク内で発生したボイルオフガスを供給するガス供給ラインおよび該ガス圧縮部で圧縮されたボイルオフガスを搬送する圧縮ガス搬送ラインを有するガス供給部と、
冷媒圧縮部で圧縮された後第一のインタークーラで冷却された冷媒を、エキスパンダによって膨張減圧させ一層低温状態とし、この冷媒によって前記圧縮ガス搬送ラインを搬送される前記ボイルオフガスを冷却し凝縮させる凝縮部を有する冷凍サイクル部と、を備えているボイルオフガス再液化装置であって、
前記冷凍サイクル部には、前記凝縮部の下流側に、前記エキスパンダによって駆動され前記冷媒を圧縮するブースタコンプレッサと、該ブースタコンプレッサで圧縮され、前記冷媒圧縮部に供給される前記冷媒を冷却する第二のインタークーラとが備えられていることを特徴とするボイルオフガス再液化装置。 - 前記冷凍サイクル部には、前記第一のインタークーラから導入される冷媒を前記凝縮部から導入される冷媒によって冷却する冷媒プレクーラがさらに備えられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のボイルオフガス再液化装置。
- 前記ガス圧縮部は、2段階に分割されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のボイルオフガス再液化装置。
- 前記ガス圧縮機の1段目の圧縮は、ボイラへ燃料として供給する燃料用圧縮機によって行われることを特徴とする請求項5に記載のボイルオフガス再液化装置。
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