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JP4041366B2 - 天然ガス燃料の供給装置 - Google Patents
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JP4041366B2 - 天然ガス燃料の供給装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を輸送するタンカーのボイラを加熱する目的のため天然ガス燃料を供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧタンカーは、従来から、１つ又はより多くの蒸気タービンにより推進されている。このため、タンカーには、蒸気を発生させるボイラが設けられている。蒸気を発生させるために燃焼しなければならない燃料の約５０％は、タンカーのＬＮＧ貯蔵タンク自体から提供していた。液体天然ガスは、約−１６２℃の沸点を有するため、貯蔵タンクが断熱されている場合でも、液体天然ガスの沸点は極めて低く、このため特に穏当な率にてＬＮＧはタンクから連続的に不可避的にボイルオフする。従来の運転では、ボイラの燃料の必要量の一部を満たすため、その自然のボイルオフを利用する。その残りの量は、時として「バンカーオイル」と称される重質の炭化水素液体燃料の貯蔵分から充たしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、タンカーは、その推進に必要とされる全ての蒸気を発生させるため天然ガスの燃焼のみで十分な熱エネルギを発生させる能力を備えることが要求される。従って、ボイラと関係したバーナに対し天然ガスを供給する装置は、強制型蒸発器を更に備えている。過去２０年に亙って使用されてきたタンカー装置にあっては、その供給分の一部をＬＮＧ貯蔵タンクの空槽部容積空間（アレッジスペース）から得、その残りを強制型蒸発器から得る天然ガスコンプレッサが存在する。強制型蒸発器は、コンプレッサへの入口に液滴が析出しないことを確実にするため天然ガスの露点よりも十分に高いように選ばれた、−４０℃程度の出口温度を有する。他方、タンクのアレッジスペースから得た天然ガスの温度は、−１００℃乃至−１４０℃の範囲となる傾向にあり、後者の温度は、タンカーがＬＮＧを満載しているときに得られ、前者の温度はタンカーが荷揚げして帰るときに得られ、また、貯蔵タンクを適宜な低温度に保つ目的のため少量のＬＮＧが保持される。このため、実際上、従来の装置において、コンプレッサは、−４０℃乃至−１４０℃の範囲内の、任意の天然ガス入口温度にて作動可能である構成にしなければならない。より低温度であれば、ガスを圧縮するのに必要な断熱仕事量は、２０ｋＪ／ｋｇ乃至２５ｋＪ／ｋｇ程度である一方、より高温度であれば、その仕事量は、５０ｋＪ／ｋｇ乃至６０ｋＪ／ｋｇ程度である。このため、コンプレッサを駆動するモータは、広範囲の負荷に対処し得るものでなければならない。典型的に、モータは、周波数変換器が設けらたものか又は複数速度型式のものである。その他の不利益な点も生じる。特に、コンプレッサの羽根を液体侵食損傷する原因となる可能性のある液体の粒子がコンプレッサ内に導入されないことを確実にし得るように、強制型蒸発器からのガスが自然のボイルオフガスと混合する箇所の下流にミスト分離機を採用することが必要である。
【０００４】
このため、ボイラ内で蒸気を発生させる燃料として天然ガスを提供する改良された構成が必要とされており、本発明は、この必要性を満たす装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクの空槽部容積空間（アレッジスペース）と連通する入口と、コンプレッサからボイラと関係した燃料バーナに達する導管と連通する出口とを有するコンプレッサと、タンカーの液体貯蔵スペースと連通する入口と、ボイラと関係した燃料バーナに達する同一又は異なる導管と連通する出口とを有する強制型ＬＮＧ蒸発器とを備え、ＬＮＧを輸送する外航タンカーのボイラを加熱するために天然ガス燃料を供給する装置が提供される。
【０００６】
本発明は、典型的に、−１４０℃乃至−１００℃という狭い温度範囲内でコンプレッサを作動させ、これにより天然ガスを所定の圧力に圧縮するのに必要な仕事量を大幅に軽減することを可能にする。その結果、コンプレッサを駆動するため、典型的に、周波数変換器の無い単一速度モータを使用することができる。従って、コンプレッサの駆動部の構成が簡単となる。更に、コンプレッサが消費する電力も減少する。これには２つの理由がある。第一に、その平均温度は上述した既知の装置におけるよりも低い。従って、選択した圧力によってこのガスの単位量を発生させるのに必要な仕事量は既知の装置におけるよりも少ない。第二に、強制型蒸発器はコンプレッサの下流にて排気するため、コンプレッサを通って流れるガスの流量は既知の装置と比較して減少する。
【０００７】
好ましくは、強制型蒸発器は、該蒸発器と関係した流れを制御する第二の弁手段と、ガスの流量を制御し得るようにその出口温度及び第二の弁手段を選択するように作動可能である第一の弁手段とを有するものとする。
【０００８】
典型的に、コンプレッサの下流にガスヒータがある。強制型ガス蒸発器がコンプレッサからの出口と同一の導管と連通するならば、強制型蒸発器が圧縮されたガスに出遭う位置である、導管内の位置はガスヒータの下流にあることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による装置を一例として説明する。
図１及び図２の同様の部品は同一の参照番号で表示してある。
【００１０】
図面の図１を参照すると、ＬＮＧ貯蔵タンク２は、外航タンカー（図示せず）のボード上に搭載されている。タンク２は、真空絶縁されるか又は、周囲環境からその内部の液体への熱の流れを少ない状態に保ち得るように関係する別形態の断熱部を有している。タンク２は、空槽部容積空間（アレッジスペース）４を有し、また、所定の容量６のＬＮＧを保持している。ＬＮＧはタンク２の断熱にも拘らず、周囲温度よりも遥かに低い温度にて沸騰するため、ＬＮＧはアレッジスペース４内に連続的に蒸発する。それにより、形成される蒸発したガスは、出口８を通ってタンク２から流れ出て、配管１０に沿ってコンプレッサ（又はブロア）１２に進む。コンプレッサ１２は電動モータ１４によって駆動される。モータは、典型的に単一速度であり、周波数変換器を採用しない。このガスの圧力はコンプレッサ１２の作動によって上昇する。圧縮熱は圧縮されるガスの温度をボイラを作動させるのに必要とされる周囲温度まで上昇させるのに略十分ではない。このため、形成される圧縮されたガスはガスヒータ１６を通って流れ、ガスは該ガスヒータ内で蒸気（又は、例えば、温水のようなその他の加熱媒体）により加熱されてその温度を略周囲温度まで上昇させる。ガスの過熱を防止するため、ガスヒータ１６の上流から下流に伸びる弁付きのバイパス管２０によって温度の制御が行われる。更なる温度の制御手段として、ガスヒータはその上流側に流れ制御弁１８を備えており、該制御弁は該弁からの出口温度を選び得るように調節することができる。形成される加熱されたガスは導管２２内に進み、そのガスは該導管内で蒸発した天然ガスの第二の流れと混合する。
【００１１】
蒸発した天然ガスの第二の流れは、タンク２内の所定容量６のＬＮＧから液中ポンプ２６によって得られたＬＮＧの流れを蒸発させるため強制型蒸発器２４を採用することで形成される。ポンプ２６の出口は直立管２８を介して強制型蒸発器２４と連通している。圧力制御弁４８は管５０を開いて、蒸発器２４を通る、異なる流量に対し液体を貯蔵タンク２に戻すことを許容する。強制型蒸発器２４は、＋２０℃の出口温度を容易に実現可能にし得るように拡張した超加熱部分を有している。強制型蒸発器２４はガスヒータ１６と関係した弁と同様の弁の配置を有している。このように、蒸発器２４の上流側にてヒータ１６の出口圧力をコンプレッサ１２の出口圧力に等しくなるように調節する第一の流れ制御弁３０と、蒸気の出口温度を制御し得るように蒸発器２４の上流から下流に伸びる弁付きのバイパス管３２とがある。蒸発器２４は、典型的に貫通して流れる流体の温度を上昇させるべく蒸気加熱を採用する型式のものである。
【００１２】
ヒータ１６から供給されたガスと蒸発器２４から供給されたガスとの混合体が主流れ制御弁３８を通ってタンカーのエンジンルーム４４内のボイラ４２と関係したバーナ４０内に流れる。主流れ制御弁３８は、作動時、バーナ４０の着火により発生された熱がボイラ４２内で蒸気を発生させ得るように配置されている。タンカーの推進力を提供するタービン（図示せず）を駆動するため蒸気が使用される。
【００１３】
本発明による装置は、予期しない何らかの運転状態に対処するため色々な安全措置を備えることが好ましい。例えば、サージ弁４６は、コンプレッサ１２内で急激な圧力上昇が生じたならば、コンプレッサ１２の周囲のバイパスを自動的に開ける。同様に、上述したように、液中ポンプ２６は、最小流れバイパス弁４８によって保護されている。
【００１４】
図面に図示した装置の典型的な運転の例において、コンプレッサ１２は−１４０℃の温度及び１０６ｋＰａの（絶対）圧力にてタンク２のアレッジスペース４からボイルオフガスを受け取る。このガスの圧力はコンプレッサ１２の運転によって１９６ｋＰａの圧力に当然に上昇する。コンプレッサ１２の出口温度は−１１０℃程度である。ガスヒータ１８はガスの温度を−１１０℃から＋２０℃に上昇させる。圧力はガスヒータを通じて典型的に１０ｋＰａ程度だけ僅かに降下する。ヒータ１８から去るガスは強制型蒸発器２４からの同一の温度及び圧力のガス流と混合する。強制型蒸発器２４への供給量は３００ｋＰａ乃至５００ｋＰａの範囲の圧力及び−１６０℃程度の温度にてポンプ２６によって提供される。
【００１５】
上記の例はタンク２がＬＮＧを満載している場合のものである。典型的に、全てのＬＮＧがそれらの仕向地にて荷揚げされるとは限らない。その一部はＬＮＧの供給ターミナルに戻る航海中、貯蔵タンク２を冷却する目的のために保持される。典型的に、貯蔵タンク２は戻り航海の間、遥かに少ないＬＮＧを保持するため、アレッジスペース内の温度は−１００℃程度まで上昇する。従って、コンプレッサ１２の出口温度は約−７０℃まで上昇する。
【００１６】
図面には１つの貯蔵タンクのみが図示されているが、実際には、コンプレッサ、ガスヒータ及び強制型蒸発器の単一の組立体が任意の数の貯蔵タンクに対して働くことができる。ＬＮＧタンカーは、典型的に、オンラインの構成要素に何らかの作動不良が生じたときに使用することのできる、予備コンプレッサ５６、予備（オフライン）ガスヒータ（図示せず）及び予備蒸発器（図示せず）を備えることが必要とされる。
【００１７】
強制型蒸発器２４がコンプレッサの上流のガス流にではなくて、加熱されたガス流に排出するようにすることにより、多数の有利な点を得ることができる。第一に、コンプレッサ１２を駆動するため、簡単な単一速度モータ１４を採用することができる。第二に、コンプレッサ１２及びモータ１４の寸法を小型化することができる。第三に、コンプレッサは船２のアレッジスペース４からのみ天然ガスを受け取り、強制型蒸発器の出力を該天然ガスと混合させないため、その制御は簡略化される。第四に、より小型のモータが使用可能であるため、エネルギの節減になる。更に、強制型蒸発器からのガスを再圧縮することを不要にすることでエネルギの節約が可能となる。
【００１８】
別の有利な点は、強制型蒸発器の下流又はコンプレッサの上流の何れにもミスト分離機が不要なことである。
典型的に、ポンプ２６は、その他の目的のためタンク２内に通常、設けられるものである。このように、専用の液体ポンプを一切設置する必要はない。
【００１９】
図面に図示した装置に対し色々な変更及び改変を為すことが可能である。例えば、強制型蒸発器２４からの出口は導管２２以外の導管（図示せず）と連通するようにすることができる。更に、その他の導管は導管２２と連通するバーナと異なる１つ又は複数のバーナ（図示せず）と連通するようにすることができる。この代替的な構成において、コンプレッサ１２の排出圧力は低く、このため、その寸法は図面に図示したものよりも小さくなるであろう。更に、コンプレッサ１２及び蒸発器２４の流れ制御システムは互いに完全に独立したものとなろう。更に、バーナの作動の制御も容易になろう。かかる配置は図面の図２に図示されている。この場合、バーナ４０の幾つかのみが導管２２と連通している。バーナ４０の残りは流れ制御弁６０を介して蒸発器２４と連通している。流れ制御弁６０は蒸発器２４の下流の流れ又は圧力を制御する。この場合、弁３０は下流温度を調節する温度制御弁である。典型的に、蒸発器２４からの流量が少ない場合、圧力降下はバイパス管３２を通る十分な流れを提供するのに不十分である。従って、バイパス管３２が完全に開いているならば、蒸発器２４への入口を絞り、従ってより多くの液体がバイパス管３２を通って流れるように弁３０の位置が調節される。典型的に、弁３０及びバイパス管３２の弁を調節するため範囲を分けて制御することができる。このように、０乃至５０％の信号はバイパス管の弁を開けるために採用し、残る５０乃至１００％の信号は蒸発器２４への入口を絞り得るように弁３０を作動させるため採用される。ガスヒータ１６の作動時、同一の制御原理を使用することができる。
【００２０】
図１に図示した装置の１つの改変例において、蒸発器２４からの出口導管を有する導管２２の組立体及び弁３８の双方はエンジンルーム４４内に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】装置の第一の実施の形態の概略図的なフロー図である。
【図２】装置の第二の実施の形態の概略図的なフロー図である。
【符号の説明】
２ ＬＮＧ貯蔵タンク ４ アレッジスペース
６ ＬＮＧの容積 ８ 出口
１０ 配管 １２ コンプレッサ／ブロア
１４ 電気モータ １６ ガスヒータ
１８ 流れ制御弁 ２０ バイパス管
２２ 導管 ２４ 強制型蒸発器
２６ 液中ポンプ ２８ 直立管
３０ 第一の流れ制御弁 ３２ バイパス管
３８ 主流れ制御弁 ４０ バーナ
４２ ボイラ ４４ エンジンルーム
４６ サージ弁 ４８ 圧力制御弁
５０ 管 ５６ 予備コンプレッサ
６０ 流れ制御弁

Claims (3)

  1. ＬＮＧを輸送する外航タンカーのボイラを加熱するために天然ガス燃料を供給する装置において、
    少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクのアレッジスペースと連通している入口、及び、コンプレッサからボイラと関係した燃料バーナまで通じている導管と連通している出口を有しているコンプレッサと、
    前記タンクの液体貯蔵領域と連通している入口、及び、前記燃料バーナまで通じている同一の導管又は異なる導管と連通している出口を有している強制型ＬＮＧ蒸発器とを備え、
    前記コンプレッサの出口と連通している前記導管は、ガスヒータを経由して前記コンプレッサから前記燃料バーナまで通じており、
    前記強制型ＬＮＧ蒸発器の出口が前記同一の導管と連通する場合は、前記強制型ＬＮＧ蒸発器からのガスが前記コンプレッサからのガスと出あう前記同一の導管内における位置は、前記ガスヒータの下流であることを特徴とする、天然ガス燃料供給装置。
  2. 前記コンプレッサの出口及び前記強制型ＬＮＧ蒸発器の出口が共通の導管と連通する、請求項１に記載の天然ガス燃料供給装置。
  3. 前記コンプレッサの出口及び前記強制型ＬＮＧ蒸発器の出口が異なる導管と連通する、請求項１に記載の天然ガス燃料供給装置。
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