專利名稱：氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體供應(yīng)系統(tǒng)，這種氣體供應(yīng)系統(tǒng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)，如用于輸送液化 氣如液化天然氣(LNG)的船只上的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，液化天然氣船只使用汽輪機(jī)推進(jìn)，但是現(xiàn)在正朝著低速柴油機(jī)、雙燃料或 氣體推進(jìn)機(jī)械的方向改變。

發(fā)明內(nèi)容
以下討論的是一種與蒸氣再液化系統(tǒng)整合的氣體供應(yīng)系統(tǒng)。新的概念主要包括設(shè) 置有中間封閉回路的“獨(dú)立的”蒸發(fā)器(蒸發(fā)器)，和另外，蒸發(fā)器(優(yōu)化器)與蒸氣再液化 設(shè)備的整合，以利用提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的蒸發(fā)液化天然氣的冷負(fù)荷(cold duty)，推進(jìn)船只。利 用液化天然氣的冷負(fù)荷將會(huì)使總體能量消耗降低。如果蒸氣再液化設(shè)備被停止，那么獨(dú)立 蒸發(fā)器就會(huì)對(duì)氣體發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行供給。來自蒸氣再液化設(shè)備的冷凝液或來自液貨艙的由貨油泵提供的液化天然氣，被送 往至少一個(gè)高壓(HP)泵，以供給至蒸發(fā)器。正常地，在超臨界壓力之上的液化天然氣在熱 交換器中被加熱成“氣體”。參照如圖1和圖2，所述熱交換器分別稱作蒸發(fā)器或汽化器。然 后，高壓氣體被送去推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)未在圖中顯示出來。高壓泵的設(shè)計(jì)排放壓力典型地達(dá)到30MPa(300巴)。液化天然氣的溫度典型地為 從-140到-150°C。高壓下的液化天然氣是超臨界的，不可能區(qū)分出液體和氣體形態(tài)。盡管 如此，本文件中，高壓下加熱液化天然氣到環(huán)境溫度被稱為是蒸發(fā)。高壓泵的設(shè)計(jì)排放壓力典型地是30MPa(300巴)。液化天然氣的溫度典型地為 從-140 到-150°C。本系統(tǒng)基于以熱源在高壓下對(duì)液化天然氣的蒸發(fā)。在與液化天然氣進(jìn)行熱交換的 熱交換器，即本蒸發(fā)器中，為了不直接使用來自機(jī)室的缸套水或蒸汽，使用帶有中間介質(zhì)的 封閉回路給液化天然氣加熱。中間介質(zhì)能夠是鹽水混合物、乙二醇混合物、烴混合物或制冷 劑，并且在下文中被稱為“鹽水”。如圖2所示，封閉回路包括液化天然氣蒸發(fā)器、鹽水泵和 熱源，液化天然氣蒸發(fā)器即所述蒸發(fā)器，熱源在圖中標(biāo)示為蒸汽/熱水蒸汽發(fā)生器。一旦蒸 發(fā)器有內(nèi)部泄漏發(fā)生，這能夠防止液化天然氣進(jìn)入機(jī)室。使用中間回路的另一個(gè)主要原因 是對(duì)于可能的凍結(jié)，這是更安全的系統(tǒng)。蒸發(fā)器和其封閉回路包括的裝置能夠在貨油壓縮機(jī)室中與蒸氣再液化設(shè)備一起 安裝在分開的位置或安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室里。典型地-160°C以及大約2-5巴下的液化天然氣在低溫循環(huán)泵(HP泵)中被加壓 至300巴。然后，液化天然氣在熱交換器即蒸發(fā)器中被蒸發(fā)并加熱到典型地+45°C。如果需 要，可以在泵和/或蒸發(fā)器的出口安裝脈沖阻尼裝置，圖中未示出。一種典型的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)并聯(lián)的高壓泵，每個(gè)的容量為1x100%，其中一個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)，另一個(gè)待機(jī)，或者容量為3x50%，其中兩個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)，另一個(gè)待機(jī)。在蒸發(fā)器中，液化天然氣由鹽水加熱。鹽水由來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱水(缸套水)、蒸汽， 如機(jī)室和來自蒸汽/熱水加熱器中的處理設(shè)備的冷卻水加熱。取決于該中間介質(zhì)，海水也 可以是一種熱源。如果加熱劑是蒸汽，那么鹽水在典型地90°C時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)器，并在典型地30°C時(shí)離 開。如果加熱劑是缸套水，鹽水在典型地75°C進(jìn)入熱交換器，并在典型地30°C時(shí)離開。如 果使用來自處理設(shè)備的冷卻水，那么溫度水平會(huì)較低。在蒸發(fā)器后，中間介質(zhì)流(鹽水)被抽吸到熱交換器，以加熱到典型地90°C，或者 75°C。加熱鹽水的熱交換器為熱源，在圖中標(biāo)示為“蒸汽/熱水、加熱器”。典型地，有兩個(gè)并聯(lián)的鹽水泵，每個(gè)的容量為1x100%，一個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)，另一個(gè) 待機(jī)。蒸汽能夠用來作蒸發(fā)器的熱源，并且要采用飽和蒸汽。蒸汽的情況取決于在液化 天然氣船只上什么是可用的。在封閉回路里，蒸汽在返回煮器冷凝液/給水罐之前，在鹽水 加熱器里冷凝并進(jìn)一步冷卻。如上所述，本發(fā)明的主要目的是減少總體的能量消耗。此目的可通過一種雙燃料 或氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體供應(yīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這種氣體供應(yīng)系統(tǒng)與蒸氣再液化設(shè)備整合，包括低溫 熱交換器、設(shè)有蒸氣預(yù)熱器的蒸氣壓縮器和設(shè)有壓縮膨脹器的氮?dú)饣芈?，氣體的形式為來 自液貨艙的液化天然氣或來自再液化設(shè)備的冷凝液。為了在再液化設(shè)備中利用來自待由氣 體發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒用的氣體的冷負(fù)荷，此系統(tǒng)設(shè)置有提取冷負(fù)荷的蒸發(fā)器(優(yōu)化器)，和/或設(shè) 置在封閉回路中的蒸發(fā)器，該封閉回路包括用于中間介質(zhì)的至少一個(gè)泵和一個(gè)熱源，用以 優(yōu)化冷負(fù)荷的提取。因此，蒸發(fā)器(優(yōu)化器)用以優(yōu)化冷負(fù)荷的提取。雖然詳細(xì)說明了設(shè)有預(yù)熱器的 蒸氣壓縮器，但是預(yù)熱器能夠被預(yù)冷器取代或補(bǔ)充。例如壓縮膨脹器應(yīng)理解為設(shè)有壓縮器 /膨脹器的單元。如果以上尚未說明，根據(jù)本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例可以從以下從屬權(quán)利要求中理解。


參照?qǐng)D中描述的實(shí)施例，現(xiàn)在討論本發(fā)明的更多細(xì)節(jié)；其中圖1所示為液化天然氣再液化設(shè)備的過程描述，包括雙燃料或氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體 供應(yīng)系統(tǒng)。此氣體供應(yīng)系統(tǒng)未連接到再液化設(shè)備。圖2所示為圖1中的氣體供應(yīng)系統(tǒng)。圖3到圖5描述的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其中蒸發(fā)器(優(yōu)化器)中提取的冷負(fù)荷 被轉(zhuǎn)移到再液化設(shè)備中，再液化設(shè)備分別地位于低溫?zé)峤粨Q器上游，與蒸汽預(yù)熱裝置并聯(lián)， 或者與低溫?zé)峤粨Q器并聯(lián)；和圖6所示為最少地使用用于高壓液化天然氣的外部熱源的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，如圖3到圖5所示，液化天然氣蒸發(fā)器中的冷負(fù)荷在液化天然氣的加 熱和蒸發(fā)過程中被從液化天然氣中去除，并在蒸氣再液化設(shè)備中使用，以減少總體能量消
4耗。換言之，冷負(fù)荷在液化天然氣蒸發(fā)器(優(yōu)化器)中取出，并放進(jìn)蒸氣再液化設(shè)備中。最 有效的措施本應(yīng)是在低溫?zé)峤粨Q器，即制冷箱中增加其他通道。自從限制了這種現(xiàn)有的制 冷箱的最大設(shè)計(jì)壓力以后，這種措施在今天是不劃算的。如果蒸氣和氮?dú)庥梢夯瘹忸A(yù)冷，那 么蒸氣的液化所需要的冷負(fù)荷則更少。這意味著在優(yōu)化器運(yùn)作的工作模式下，壓縮器的工 作將會(huì)減少。冷負(fù)荷能夠轉(zhuǎn)移到制冷箱上游的蒸氣循環(huán)，該蒸氣循環(huán)與制冷箱并聯(lián)或與制冷箱 整合，或轉(zhuǎn)移到制冷箱上游或下游的氮?dú)庋h(huán)，該氮?dú)庋h(huán)與制冷箱并聯(lián)或與制冷箱整合。 圖2中所示的封閉中間回路在下文中稱為“鹽水回路”，液化氣在“液化氣蒸發(fā)器”中蒸發(fā)。與蒸氣再液化設(shè)備整合的熱交換 器稱作“優(yōu)化器”。典型的解決方案在處理流程圖中示出，參照?qǐng)D3到圖5，但是能量整合并 不限于這些圖中所示的。液化天然氣蒸發(fā)器和優(yōu)化器并聯(lián)安裝，如圖3所示，或串聯(lián)安裝。圖3所示為處理流程圖，其中蒸氣在制冷箱的上游預(yù)冷。在蒸氣預(yù)冷的同時(shí)，液化 天然氣正在蒸發(fā)。替代性的方案是利用并聯(lián)的冷負(fù)荷，或者利用在蒸氣側(cè)整合到制冷箱中 的冷負(fù)荷。蒸氣在蒸氣壓縮機(jī)中被壓縮，并在后冷卻器的冷卻下達(dá)到環(huán)境溫度。通過與壓縮 液化天然氣進(jìn)行熱交換，蒸氣在制冷箱的上游或與制冷箱平行地被進(jìn)一步冷卻。壓縮液化 天然氣處于低溫狀態(tài)(典型地-140到160°C)，并被蒸氣加熱。因此，在氮?dú)饣芈分?，能?利用液化天然氣中的可用的冷負(fù)荷。使用冷負(fù)荷使得壓縮膨脹器的能量消耗減少。圖中所 示的隔離器將作為泵的抽吸式轉(zhuǎn)筒而運(yùn)作。如果需要，低壓泵(LP泵)將安裝在高壓泵的 上游，以充分保障高壓泵的凈的正吸入壓頭(NPSH)。低壓泵作為高壓泵的升壓泵而起作用。 來自再液化系統(tǒng)的液化蒸氣和來自油艙的液化天然氣都能夠提供給燃料氣系統(tǒng)。圖4所示為處理流程圖，其中優(yōu)化器并聯(lián)到蒸氣預(yù)熱器。這意味著液化天然氣在 優(yōu)化器里蒸發(fā)的同時(shí)，環(huán)境狀態(tài)下的氮?dú)獗活A(yù)冷。預(yù)冷后的氮?dú)馀c來自蒸氣預(yù)熱器的氮?dú)?流混合，被送到制冷箱中并與制冷箱中冷卻的氮?dú)饣旌?。這些氮?dú)庠谂蛎浧髦信蛎浀綆缀?為壓縮器抽吸壓力之前，在制冷箱中被進(jìn)一步冷卻。預(yù)冷后的氮?dú)庖材軌蛞詥为?dú)的連接被 引導(dǎo)入制冷箱中，在制冷箱中進(jìn)一步預(yù)冷，并在膨脹器中膨脹。使用高壓液化天然氣對(duì)氮?dú)?進(jìn)行預(yù)冷使得系統(tǒng)的能量消耗減少。圖5公開的是處理流程圖，其中優(yōu)化器與制冷箱并聯(lián)。這意味著環(huán)境條件下的部 分氮?dú)庠谂c優(yōu)化器中的液化天然氣進(jìn)行熱交換時(shí)被冷卻。氮?dú)饬骼鋮s到入口膨脹器溫度， 并與來自制冷箱的氮?dú)饣旌?。這些氮?dú)庠谂蛎浧髦羞M(jìn)一步膨脹到幾乎為壓縮器的抽吸壓 力。如圖6所示，在優(yōu)化器后，并不是用外部熱源將的高壓液化天然氣加熱到所需溫 度，溫?zé)岬牡獨(dú)饽軌驈奈挥谥虚g冷卻器或后冷卻器上游的一個(gè)壓縮器站(stage)中獲取。 然后從壓縮器站來的溫?zé)岬獨(dú)庠谶M(jìn)入優(yōu)化器之前與來自后冷卻器的氮?dú)饣旌??；蛘?，壓縮 器站冷卻器之一的上游的氮?dú)饽軌蛟趦?yōu)化器之后被送往單獨(dú)的熱交換器。冷卻的氮?dú)夥祷?冷卻器/熱交換單元的下游，在那里，可獲取氮?dú)?。圖6的實(shí)施例最少地使用蒸汽/熱水加熱器外部的熱量，以降低成本。如果來自 氮?dú)獾臒崃坎怀渥?，那么更多的熱量能夠在冷卻器之前獲得。存在著一種典型的情況幾乎 沒有蒸氣可用，并且船使用大量的燃料。在這種情況下，再液化系統(tǒng)將在低容量下運(yùn)作，同時(shí)燃料氣系統(tǒng)在滿容量下運(yùn)行。如上已述的，優(yōu)化器僅能夠在蒸氣再液化設(shè)備工作的時(shí)候運(yùn)作。如果蒸氣再液化 設(shè)備停止工作，獨(dú)立蒸發(fā)器將會(huì)給氣體發(fā)動(dòng)機(jī)供給，不會(huì)從經(jīng)過的液化天然氣中獲得任何 的冷負(fù)荷。這意味著通過加熱液化天然氣而獲得的冷負(fù)荷被送到熱源(蒸汽或熱水)。典型地，氣體供應(yīng)系統(tǒng)將安裝在貨盤上，以簡化安裝過程。所有部件與所有需要的 互連管道、閥、儀器和配線裝配在結(jié)構(gòu)鋼貨盤上。一個(gè)貨盤上的典型的部件有
2個(gè)高壓泵，一個(gè)待機(jī)；
1個(gè)液化天然氣/鹽水熱交換器(蒸發(fā)器)；
1個(gè)蒸汽或缸套水/鹽水熱交換器(鹽水加熱器)；
2個(gè)鹽水循環(huán)泵，一個(gè)待機(jī)；
1個(gè)與再液化設(shè)備(優(yōu)化器)整合的液化天然氣熱交換器
儀器；
控制模塊；
閥；
結(jié)構(gòu)鋼和互連管道系統(tǒng)；
如果需要，另外的設(shè)備是低壓泵和抽吸圓筒。
權(quán)利要求
1.一種雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，適于與蒸氣再液化設(shè)備整合，包 括低溫?zé)峤粨Q器、設(shè)有蒸氣預(yù)熱器的蒸汽壓縮器和設(shè)有壓縮膨脹器的氮?dú)饣芈?，氣體是來 自液貨艙的液化天然氣的形式或者是來自所述再液化設(shè)備的冷凝液的形式，其特征在于為 了在所述再液化設(shè)備中利用待由氣體發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒用的氣體的冷負(fù)荷，所述系統(tǒng)設(shè)置有提取 所述冷負(fù)荷的蒸發(fā)器(優(yōu)化器)，和/或設(shè)置在封閉回路中的蒸發(fā)器，所述封閉回路包括用 于中間介質(zhì)的至少一個(gè)泵和一個(gè)熱源，用以優(yōu)化所述冷負(fù)荷的提取。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述冷負(fù)荷被轉(zhuǎn)移到所述低溫?zé)?交換器上游的所述再液化設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述冷負(fù)荷被轉(zhuǎn)移到與所述蒸氣 預(yù)熱器并聯(lián)的所述再液化設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述冷負(fù)荷被轉(zhuǎn)移到與所述低溫 熱交換器并聯(lián)的所述再液化設(shè)備，或者整合到所述低溫?zé)峤粨Q器中的所述再液化設(shè)備。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于被提取的所述冷負(fù)荷 通過設(shè)置在回路中的熱交換器被轉(zhuǎn)移到所述再液化設(shè)備，所述回路將所述優(yōu)化器連接到所 述再液化設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于液化氣通過高壓泵和低壓泵供
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述熱源是蒸汽、熱 水或蒸汽發(fā)生器。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于通過所述泵而循環(huán)在 所述封閉回路的中間介質(zhì)是鹽水混合物、乙二醇混合物、烴混合物或制冷劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于有至少一個(gè)并聯(lián)的泵，典型地，一 個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)，一個(gè)待機(jī)。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于氣體通過至少一個(gè) 高壓泵提供給所述蒸發(fā)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于有典型地兩個(gè)并聯(lián)的泵，一個(gè)處 于運(yùn)行狀態(tài)，一個(gè)待機(jī)，或者有三個(gè)并聯(lián)的泵，兩個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)，一個(gè)待機(jī)。
全文摘要
一種氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體供應(yīng)系統(tǒng)，適于與蒸氣再液化設(shè)備整合，包括低溫?zé)峤粨Q器、帶蒸氣預(yù)熱器的蒸氣壓縮器以及壓縮膨脹器，氣體為來自液貨艙的液化天然氣的形式或來自再液化設(shè)備的冷凝液的形式。為了在再液化設(shè)備中利用待由氣體發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的氣體的冷負(fù)荷，此系統(tǒng)設(shè)置有提取冷負(fù)荷的蒸發(fā)器(優(yōu)化器)，和/或設(shè)置在封閉回路中的蒸發(fā)器，封閉回路包括用于中間介質(zhì)的泵和熱源，用以優(yōu)化冷負(fù)荷的提取。
文檔編號(hào)F17C1/00GK102084114SQ200980123239
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者埃里克·梅拉安 申請(qǐng)人:海威氣體系統(tǒng)公司