Судно
Изобретение относится к области судостроения, в частности к судну, включающему в себя систему, которая повторно сжижает отпарной газ, образуемый в резервуаре для хранения. Судно содержит многоступенчатый компрессор для сжатия отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения, содержащий множество цилиндров сжатия; первый теплообменник для осуществления теплообмена текучей среды, сжатой многоступенчатым компрессором, с отпарным газом, выпускаемым из резервуара для хранения и, следовательно, ее охлаждения; первое декомпрессионное устройство для расширения потока (далее называемого «поток a1»), частично ответвленного от потока (далее называемого «поток a»), охлажденного первым теплообменником; третий теплообменник для осуществления теплообмена с использованием «потока a1», расширенного первым декомпрессионным устройством, в качестве хладагента потока (далее называемого «поток a2»), оставшегося от «потока a» после исключения ответвленного «потока a1», и, следовательно, его охлаждения; и второе декомпрессионное устройство для расширения «потока a2», охлажденного третьим теплообменником. Обеспечивается возможность более эффективного повторного сжижения отпарного газа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к судну и, в частности, к судну, включающему в себя систему, которая повторно сжижает отпарной газ, образуемый в резервуаре для хранения, с использованием самого отпарного газа в качестве хладагента.
Уровень техники
Даже в случае, когда резервуар для хранения сжиженного газа изолирован, имеется ограничение, не позволяющее полную изоляцию от внешнего тепла. Таким образом, сжиженный газ непрерывно испаряется в резервуаре для хранения из-за тепла, передаваемого в резервуар для хранения. Сжиженный газ, испаряющийся в резервуаре для хранения, называется отпарным газом (BOG).
Если из-за образования отпарного газа давление в резервуаре для хранения превышает заданное безопасное давление, отпарной газ выпускается из резервуара для хранения через предохранительный клапан. Отпарной газ, выпускаемый из резервуара для хранения, используется в качестве топлива для судна или повторно сжижается и возвращается в резервуар для хранения.
Техническая проблема
Обычно, система повторного сжижения отпарного газа использует цикл охлаждения для повторного сжижения отпарного газа путем охлаждения. Охлаждение отпарного газа выполняется путем осуществления теплообмена с хладагентом, и в уровне техники известна система частичного повторного сжижения (PRS), использующая сам отпарной газа в качестве хладагента.
Варианты выполнения настоящего изобретения обеспечивают судно, включающее в себя улучшенную систему частичного повторного сжижения, выполненную с возможностью более эффективного повторного сжижения отпарного газа.
Техническое решение
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечено судно, имеющее резервуар для хранения сжиженного газа, причем судно включает в себя: многоступенчатый компрессор, включающий в себя множество цилиндров сжатия для сжатия отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения; первый теплообменник, охлаждающий текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, путем осуществления теплообмена текучей среды с отпарным газом, выпускаемым из резервуара для хранения; первый декомпрессор, расширяющий один (далее называемый «поток a1») из двух потоков, на которые разветвляется текучая среда, охлажденная первым теплообменником (далее называемый «поток a»); третий теплообменник, охлаждающий другой поток (далее называемый «поток a2») из двух потоков путем осуществления теплообмена потока a2 с потоком a1, расширенным первым декомпрессором для использования в качестве хладагента; и второй декомпрессор, расширяющий поток a2, охлажденный третьим теплообменником.
Текучая среда, расширенная первым декомпрессором и использованная в качестве хладагента в третьем теплообменнике, может подаваться в многоступенчатый компрессор.
Первый теплообменник может быть расположен перед многоступенчатым компрессором.
Многоступенчатый компрессор может включать в себя множество охладителей, равномерно расположенных после цилиндров сжатия соответственно. Судно может дополнительно включать в себя второй теплообменник, охлаждающий текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, путем осуществления теплообмена текучей среды перед подачей текучей среды в первый теплообменник.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения обеспечен способ повторного сжижения отпарного газа, используемый на судне, имеющем резервуар для хранения сжиженного газа, причем способ повторного сжижения отпарного газа включает в себя этапы, на которых: 1) сжимают отпарной газ, выпускаемый из резервуара для хранения, и охлаждают посредством первого теплообменника сжатый отпарной газ в процессе теплообмена с использованием отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения, в качестве хладагента; 2) делят текучую среду, охлажденную первым теплообменником на этапе 1), на два потока; 3) расширяют один из двух потоков, разделенных на этапе 2), и используют один поток в качестве хладагента в третьем теплообменнике; 4) охлаждают посредством третьего теплообменника другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 3); и 5) расширяют и повторно сжижают текучую среду, охлажденную третьим теплообменником на этапе 4), причем текучую среду, расширенную на этапе 3) и использованную в качестве хладагента в третьем теплообменнике, сжимают на этапе 1).
Текучая среда, сжатая на этапе 1), может охлаждаться вторым теплообменником перед подачей в первый теплообменник для охлаждения.
Полезные эффекты изобретения
В соответствии с настоящим изобретением хладагент для повторного сжижения отпарного газа может быть диверсифицирован, что приводит к уменьшению количества отпарного газа, ответвляющегося перед теплообменником для использования в качестве хладагента.
Поскольку отпарной газ, ответвляющийся для использования в качестве хладагента, подвергается процессу сжатия в многоступенчатом компрессоре, уменьшение количества отпарного газа также может вызывать уменьшение количества отпарного газа, сжимаемого многоступенчатым компрессором, в результате чего такой же уровень эффективности повторного сжижения может быть достигнут при меньшем энергопотреблении многоступенчатого компрессора.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой структурную схему системы частичного повторного сжижения, используемой на судне в соответствии с примерным вариантом выполнения настоящего изобретения.
Наилучший способ осуществления изобретения
Далее варианты выполнения настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи. Судно в соответствии с настоящим изобретением может широко использоваться в разных областях, например, судно, оборудованное двигателем, работающим на природном газе, и судно, включающее в себя резервуар для хранения сжиженного газа. Следует понимать, что следующие варианты выполнения могут быть модифицированы различным образом и не ограничивают объем настоящего изобретения.
Системы обработки отпарного газа в соответствии с настоящим изобретением, как описано ниже, могут использоваться на всех видах судов и морских сооружений, включающих в себя резервуар для хранения, выполненный с возможностью хранения жидкого груза или сжиженного газа при низкой температуре, то есть на таких судах, как танкеры для перевозки сжиженного газа и морские сооружения, например, FPSO (плавучие установки для добычи, хранения и отгрузки нефти) или FSRU (плавучие регазификационные установки).
В дополнение, текучая среда на каждой линии в соответствии с изобретением может находиться в жидкой фазе, в смешанной газожидкостной фазе, в газовой фазе или в сверхкритической флюидной фазе в зависимости от условий работы системы.
Фиг. 1 представляет собой структурную схему системы частичного повторного сжижения, применяемой на судне в соответствии с примерным вариантом выполнения настоящего изобретения.
Обратимся к Фиг. 1, судно в соответствии с вариантом выполнения включает в себя: первый теплообменник 31; многоступенчатый компрессор 20, включающий в себя множество цилиндров 21, 22, 23 сжатия и множество охладителей 32, 33; третий теплообменник 40; первый декомпрессор 71; и второй декомпрессор 72.
Сжиженный газ, хранящийся в резервуаре 10 для хранения судна в соответствии с вариантом выполнения, может иметь точку кипения выше -110°C при 1 атм. Кроме того, сжиженный газ, хранящийся в резервуаре 10 для хранения, может представлять собой сжиженный нефтяной газ (LPG) или может включать в себя множество компонентов, например, метан, этан и тяжелые углеводороды.
В этом варианте выполнения многоступенчатый компрессор 20 сжимает отпарной газ, выпускаемый из резервуара 10 для хранения. Многоступенчатый компрессор 20 может включать в себя множество цилиндров сжатия, например, три цилиндра 21, 22, 23 сжатия, как показано на Фиг. 1. Кроме того, многоступенчатый компрессор 20 может включать в себя множество охладителей. Множество охладителей равномерно расположено между множеством цилиндров сжатия для охлаждения отпарного газа, давление и температура которого увеличиваются в процессе сжатия цилиндрами сжатия. На Фиг. 1 первый охладитель 32 расположен между первым цилиндром 21 сжатия и вторым цилиндром 22 сжатия, а второй охладитель 33 расположен между вторым цилиндром 22 сжатия и третьим цилиндром 23 сжатия.
Текучая среда, подвергнутая многоступенчатому сжатию и охлаждению в многоступенчатом компрессоре 20, подается в первый теплообменник 31, расположенный перед многоступенчатым компрессором 20. Первый теплообменник 31 охлаждает текучую среду, прошедшую через многоступенчатый компрессор 20 (поток a), в процессе собственного теплообмена с использованием отпарного газа, выпускаемого из резервуара 10 для хранения, в качестве хладагента. В выражении «собственный теплообмен» «собственный» означает, что сам отпарной газ используется в качестве хладагента для теплообмена. Отпарной газ, выпускаемый из резервуара 10 для хранения и использованный в качестве хладагента в первом теплообменнике 31, подается в многоступенчатый компрессор 20, и текучая среда, проходящая через многоступенчатый компрессор 20 и охлажденная первым теплообменником 31 (поток a), подается в третий теплообменник 40.
В этом варианте выполнения текучая среда, прошедшая через многоступенчатый компрессор 20, может охлаждаться вторым теплообменником 34 перед подачей в первый теплообменник 31. Второй теплообменник 34 может использовать отдельный хладагент, например, морскую воду в качестве хладагента для охлаждения отпарного газа. Альтернативно второй теплообменник 34 может быть выполнен с возможностью использования самого отпарного газа в качестве хладагента, подобно первому теплообменнику 31.
Давление, при котором текучая среда, подвергнутая многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 20, выпускается из многоступенчатого компрессора 20 (далее «давление на выпуске многоступенчатого компрессора»), может определяться на основе температуры текучей среды, выпускаемой из второго теплообменника 34 после охлаждения вторым теплообменником 34. Предпочтительно давление на выпуске многоступенчатого компрессора 20 определяется давлением насыщенной жидкости, соответствующим температуре текучей среды, выпускаемой из второго теплообменника 34 после охлаждения вторым теплообменником 34. То есть в случае, когда сжиженный газ представляет собой LPG, давление на выпуске многоступенчатого компрессора 20 может определяться давлением, при котором по меньшей мере часть текучей среды, прошедшей через второй теплообменник 34, превращается в насыщенную жидкость. Кроме того, давление, при котором текучая среда, прошедшая через каждую ступень сжатия, выпускается из соответствующего цилиндра сжатия, может определяться эффективностью соответствующего цилиндра сжатия.
Текучая среда, прошедшая через многоступенчатый компрессор 20 и первый теплообменник 31 (поток a), делится на два потока a1, a2 перед третьим теплообменником 40. Поток a1 расширяется первым декомпрессором 71 для снижения температуры и затем используется в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40, а поток a2 подвергается теплообмену в третьем теплообменнике 40 для охлаждения и затем расширяется вторым декомпрессором 72 для частичного или полного повторного сжижения. Текучая среда, частично или полностью повторно сжиженная вторым декомпрессором 72, подается в резервуар 10 для хранения, а текучая среда, использованная в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1), подается в многоступенчатый компрессор 20.
В зависимости от степени расширения первым декомпрессором 71 текучая среда, используемая в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 и подаваемая в многоступенчатый компрессор 20, может соединяться с текучей средой, имеющей давление, подобное давлению вышеуказанной текучей среды, из текучих сред, подвергаемых многоступенчатому сжатию в многоступенчатом компрессоре 20. На Фиг. 1 показано, что текучая среда, используемая в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 и подаваемая в многоступенчатый компрессор 20, соединяется с другим потоком отпарного газа между первым цилиндром 21 сжатия и первым охладителем 32.
В этом варианте выполнения каждый из первого декомпрессора 71 и второго декомпрессора 72 может представлять собой расширительный клапан, например, клапан Джоуля-Томсона, или может представлять собой расширитель в зависимости от конфигурации системы. В этом варианте выполнения первый теплообменник 31 может представлять собой экономайзер, а третий теплообменник 40 может представлять собой промежуточный охладитель.
Например, в случае, когда сжиженный газ представляет собой LPG, текучая среда, сжатая многоступенчатым компрессором 20, проходит через второй теплообменник 34 для охлаждения. Здесь по меньшей мере часть текучей среды может сжижаться вторым теплообменником 34 и переохлаждаться первым теплообменником 31. Кроме того, текучая среда, переохлажденная первым теплообменником 31, делится на поток a1 и поток a2, причем поток a1 используется в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 после расширения первым декомпрессором 71, а поток a2 вторично переохлаждается третьим теплообменником 40 с использованием потока a1, подвергнутого расширению, в качестве хладагента. Поток a2, переохлажденный третьим теплообменником 40, расширяется вторым декомпрессором 72 и затем возвращается в жидкой фазе в резервуар 10 для хранения.
В соответствии с настоящим изобретением в дополнение к процессу повторного сжижения отпарного газа путем сжатия в многоступенчатом компрессоре 20, охлаждению в третьем теплообменнике 40 и расширению во втором декомпрессоре 72, текучая среда, сжатая многоступенчатым компрессором 20, охлаждается первым теплообменником 31, в результате чего температура текучей среды, подаваемой в третий теплообменник 40 (поток a), может быть дополнительно снижена. В результате, такой же уровень эффективности повторного сжижения может быть достигнут при меньшем количестве отпарного газа, ответвляющегося для использования в качестве хладагента (поток a1). Кроме того, поскольку текучая среда, используемая в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1), сжимается многоступенчатым компрессором 20, энергопотребление многоступенчатого компрессора 20 может быть снижено за счет уменьшения количества текучей среды, используемой в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1). Другими словами, с использованием первого теплообменника 31 система частичного повторного сжижения в соответствии с настоящим изобретением может уменьшать количество текучей среды, используемой в качестве хладагента в третьем теплообменнике 40 (поток a1), тем самым снижая энергопотребление многоступенчатого компрессора 20 при достижении почти такого же уровня эффективности повторного сжижения.
Хотя описаны некоторые варианты выполнения, специалисту в данной области техники будет понятно, что эти варианты выполнения приведены только в целях иллюстрации, и что различные модификации, изменения, замены и эквивалентные варианты выполнения могут быть выполнены без отклонения от замысла и объема изобретения.
1. Судно, имеющее резервуар для хранения сжиженного газа, причем судно содержит:
многоступенчатый компрессор, содержащий множество цилиндров сжатия для сжатия отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения;
первый теплообменник, охлаждающий текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, путем осуществления теплообмена текучей среды с отпарным газом, выпускаемым из резервуара для хранения;
первый декомпрессор, расширяющий один (далее называемый «поток a1») из двух потоков, на которые разветвляется текучая среда, охлажденная первым теплообменником (далее называемый «поток a»);
третий теплообменник, охлаждающий другой поток (далее называемый «поток a2») из двух потоков путем осуществления теплообмена потока a2 с потоком a1, расширенным первым декомпрессором, для использования в качестве хладагента; и
второй декомпрессор, расширяющий поток a2, охлажденный третьим теплообменником.
2. Судно по п. 1, в котором текучая среда, расширенная первым декомпрессором и использованная в качестве хладагента в третьем теплообменнике, подается в многоступенчатый компрессор.
3. Судно по п. 2, в котором первый теплообменник расположен перед многоступенчатым компрессором.
4. Судно по п. 3, в котором многоступенчатый компрессор содержит множество охладителей, равномерно расположенных после цилиндров сжатия соответственно.
5. Судно по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащее:
второй теплообменник, охлаждающий текучую среду, сжатую многоступенчатым компрессором, путем обеспечения теплообмена текучей среды перед подачей текучей среды в первый теплообменник.
6. Способ повторного сжижения отпарного газа, используемый на судне, имеющем резервуар для хранения сжиженного газа, причем способ повторного сжижения отпарного газа включает этапы, на которых:
1) сжимают отпарной газ, выпускаемый из резервуара для хранения, и охлаждают посредством первого теплообменника сжатый отпарной газ в процессе теплообмена с использованием отпарного газа, выпускаемого из резервуара для хранения, в качестве хладагента;
2) делят текучую среду, охлажденную первым теплообменником на этапе 1), на два потока;
3) расширяют один из двух потоков, разделенных на этапе 2), и используют один поток в качестве хладагента в третьем теплообменнике;
4) охлаждают посредством третьего теплообменника другой поток из двух потоков, разделенных на этапе 3); и
5) расширяют и повторно сжижают текучую среду, охлажденную третьим теплообменником на этапе 4);
причем текучую среду, расширенную на этапе 3) и использованную в качестве хладагента в третьем теплообменнике, сжимают на этапе 1).
7. Способ повторного сжижения отпарного газа по п. 6, при котором текучую среду, сжатую на этапе 1), охлаждают вторым теплообменником перед подачей в первый теплообменник для охлаждения.
