JP2019055732A - Fuel gas supply system, vessel, and fuel gas supply method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液化ガスから気化するボイルオフガスを燃料ガスとしてエンジンに供給する燃料ガス供給システム、このシステムを用いた船舶、及び燃料ガス供給方法に関する。 The present invention relates to a fuel gas supply system that supplies a boil-off gas vaporized from a liquefied gas to an engine as a fuel gas, a ship using the system, and a fuel gas supply method.
LNG運搬船においては、タンクに貯留されている液化ガスからボイルオフガスが気化する。このボイルオフガスを有効に処理するために、燃料ガスとして船舶のエンジンに供給することが行われている。 In the LNG carrier, boil-off gas is vaporized from the liquefied gas stored in the tank. In order to process this boil-off gas effectively, it is performed as fuel gas to a ship engine.
ボイルオフガスのような低圧の流体を、エンジンの燃料ガスとして適合させるために高圧の流体とする必要がある。このため、ボイルオフガスをエンジンの燃料ガスとして供給する燃料ガス供給システムでは、圧縮装置、例えば、多段の圧縮装置を用いてボイルオフガス等の燃料ガスを圧縮する。この圧縮した燃料ガスをエンジンに向けて送出する。
一方、エンジンは負荷変動などにより、燃料ガスの消費が変化する場合がある。この場合、圧縮した余分なボイルオフガスを有効に回収するために、ボイルオフガスを液化してタンクに戻すことが行われる。
A low-pressure fluid such as boil-off gas needs to be a high-pressure fluid in order to be adapted as an engine fuel gas. For this reason, in a fuel gas supply system that supplies boil-off gas as engine fuel gas, a fuel gas such as boil-off gas is compressed using a compression device, for example, a multistage compression device. The compressed fuel gas is sent out to the engine.
On the other hand, the consumption of fuel gas in the engine may change due to load fluctuations. In this case, in order to effectively recover the excess compressed boil-off gas, the boil-off gas is liquefied and returned to the tank.
例えば、圧縮したボイルオフガスを液化してタンクに戻す技術として、ボイルオフガスを圧縮した後、一部のボイルオフガスをエンジンに供給し、残りのボイルオフガスをタンクから取り出された低温のボイルオフガスと熱交換器で熱交換した後液化することによって液化ガスをタンクに戻す、燃料ガス供給システムが知られている(特許文献1)。 For example, as a technique for liquefying compressed boil-off gas and returning it to the tank, after compressing the boil-off gas, a part of the boil-off gas is supplied to the engine, and the remaining boil-off gas is removed from the tank with the low-temperature boil-off gas and heat. A fuel gas supply system is known in which liquefied gas is returned to a tank by liquefaction after heat exchange with an exchanger (Patent Document 1).
上記燃料ガス供給システムにおいて、ボイルオフガスを液化したとき、液化したボイルオフガスの他に、液化せずガスを維持したボイルオフガスも存在する。このボイルオフガスは、圧縮してエンジンに供給するためにタンク内の液化ガスから気化して流れた新鮮なボイルオフガス(以降、単に新鮮なボイルオフガスともいう)の流れに合流させる。このとき、ボイルオフガスは、完全に1種類の成分ではなく混合ガスであり、沸点の高い成分や沸点の低い成分を含んでいる。この沸点の低い成分は、液化せずガスを維持したボイルオフガスにガスとして残存し易い。このため、液化せずガスを維持したボイルオフガスには液化前のボイルオフガスに比べて、沸点の低い成分が多く含まれる。すなわち、液化処理を受けたが液化せずガスを維持したボイルオフガスの組成は、新鮮なボイルオフガスに比べて、低い沸点の成分が多くなる。このため、液化せずガスを維持したボイルオフガスを上記新鮮なボイルオフガスに合流させると、圧縮装置に供給するボイルオフガスの組成比率は変化する。例えば、天然ガスには、メタンの他にメタンに比べて沸点の低い窒素が数%含まれる場合がある。また、液化エタンにはエタンに比べて沸点の低いメタンガが数%含まれる場合がある。この場合、圧縮装置と液化処理装置の間を循環して流れるボイルオフガスは、液化処理を繰り返し受けるので、ボイルオフガスにおける低沸点の成分の含有率が時間の経過とともに増加し、例えば、天然ガスの場合このボイルオフガスに含有する窒素の含有率が10%を超え、液化エタンの場合このボイルオフガスに含有するメタンの含有率が50%を超える虞がある。このようなボイルオフガスの組成比率の変化は、圧力を制御することによりボイルオフガスの送出量を定める圧縮装置を含んだ燃料ガス供給システムでは、燃料ガスとして安定した量(質量)のエンジンへの供給が困難になる。 In the fuel gas supply system, when the boil-off gas is liquefied, there is a boil-off gas that is not liquefied and maintains the gas in addition to the liquefied boil-off gas. This boil-off gas is combined with a flow of fresh boil-off gas (hereinafter also simply referred to as fresh boil-off gas) that has been vaporized from the liquefied gas in the tank to be compressed and supplied to the engine. At this time, the boil-off gas is not a single component but a mixed gas, and includes a component having a high boiling point and a component having a low boiling point. This component having a low boiling point is likely to remain as a gas in the boil-off gas that is not liquefied and maintains the gas. For this reason, the boil-off gas in which the gas is not liquefied and maintains the gas contains more components having a lower boiling point than the boil-off gas before liquefaction. That is, the composition of the boil-off gas that has been subjected to liquefaction treatment but has not been liquefied and maintained gas has more components with lower boiling points than fresh boil-off gas. For this reason, when the boil-off gas that has not been liquefied and maintains the gas is merged with the fresh boil-off gas, the composition ratio of the boil-off gas supplied to the compressor changes. For example, natural gas may contain several percent of nitrogen having a lower boiling point than methane in addition to methane. In addition, liquefied ethane may contain several percent of methane ga, which has a lower boiling point than ethane. In this case, since the boil-off gas that circulates between the compression device and the liquefaction treatment device is repeatedly subjected to liquefaction treatment, the content of low-boiling components in the boil-off gas increases with time. In this case, the content of nitrogen contained in the boil-off gas exceeds 10%, and in the case of liquefied ethane, the content of methane contained in the boil-off gas may exceed 50%. Such a change in the composition ratio of the boil-off gas is obtained by supplying a stable amount (mass) of fuel gas to the engine in a fuel gas supply system including a compression device that determines the amount of boil-off gas delivered by controlling the pressure. Becomes difficult.
上記燃料ガス供給システムを船舶に適用した場合、荷役や運河通過の待ち合わせ等のために船舶が待機するとき、推進エンジンを停止し液化装置を最大限駆動させてボイルオフガスを液化し回収する。この状態が長時間続くとボイルオフガスの組成比率に有意の変化が生じるので、ボイルオフガスの燃料ガスとしての熱量の低下、着火条件の変化、燃焼の変化等により、燃料ガスとして有効に使用できなくなる。また、圧縮装置の設計において、ボイルオフガスの組成比率の変化により、ボイルオフガスの圧縮時の流量の変化や温度変化に対応させることが難しくなる。 また、天然ガスを貯留する陸上基地でも同様に液化装置によるボイルオフガスの組成比率の変化が、液化効率を低下させる問題がある。天然ガスから窒素を取り除く設備(例えば、沸点の違いを利用して窒素ガスを選択的に取り除く)も検討されている。しかし、このような設備は複雑で船舶で用いるには、実用的でない。また、船舶の推進エンジンの負荷が頻繁に変わり一定ではないため、上記設備を用い難いほか、設備の起動が簡単では無く、設備の運転保守が必要になる。 When the fuel gas supply system is applied to a ship, when the ship waits for cargo handling, waiting for a canal, or the like, the propulsion engine is stopped and the liquefaction device is driven to the maximum to liquefy and collect the boil-off gas. If this state continues for a long time, the composition ratio of the boil-off gas will change significantly. As a result, the boil-off gas cannot be used effectively as a fuel gas due to a decrease in the amount of heat as fuel gas, changes in ignition conditions, changes in combustion, etc. . Further, in the design of the compression apparatus, it becomes difficult to cope with a change in flow rate and a temperature change during compression of the boil-off gas due to a change in the composition ratio of the boil-off gas. In addition, a change in the composition ratio of the boil-off gas caused by the liquefaction device similarly reduces the liquefaction efficiency even on land bases storing natural gas. Equipment for removing nitrogen from natural gas (for example, selectively removing nitrogen gas by using a difference in boiling point) is also being studied. However, such equipment is complex and not practical for use on ships. In addition, since the load of the ship's propulsion engine changes frequently and is not constant, it is difficult to use the above equipment, and it is not easy to start the equipment, and operation maintenance of the equipment is required.
そこで、本発明は、加圧したボイルオフガスを燃料ガスとしてエンジンに供給するとき、ボイルオフガスの液化装置の使用によってボイルオフガスの組成比率が変化するような使用条件を含んでボイルオフガスを供給する場合でも、所定の圧力に加圧したボイスオフガスを安定してエンジンに供給することができる、燃料ガス供給システム、燃料ガス供給方法、及び船舶を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, when supplying pressurized boil-off gas to the engine as a fuel gas, the boil-off gas is supplied under such a condition that the composition ratio of the boil-off gas changes depending on the use of the boil-off gas liquefaction device. However, an object of the present invention is to provide a fuel gas supply system, a fuel gas supply method, and a ship capable of stably supplying a voice-off gas pressurized to a predetermined pressure to an engine.
本発明の一態様は、エンジンに燃料ガスを供給する燃料ガス供給システムである。当該燃料ガス供給システムは、
液化ガスを貯留するタンクと、
前記液化ガスから気化したボイルオフガスをエンジンに燃料ガスとして供給するために、前記液化ガスから気化したボイルオフガスを加圧し送出する加圧機構と、
前記加圧機構で加圧されて送出されたボイルオフガスの一部を液化して前記タンクに回収する液化装置と、を備える。
前記液化装置は、前記液化装置による液化で生成された液化ガスを前記タンクに回収する液回収配管と、前記液回収配管に設けられ、前記液回収配管を流れる液化ガスの量を制御する液回収制御バルブと、前記液化装置による液化で生成された液化ガスと液化しなかったボイルオフガスの気液混合流体を前記タンク内の液化ガスの液相中に戻す気液回収配管と、前記気液回収配管に設けられ、前記気液回収配管を流れる気液混合流体の量を制御する気液回収制御バルブと、を備える。
One embodiment of the present invention is a fuel gas supply system that supplies fuel gas to an engine. The fuel gas supply system is
A tank for storing liquefied gas;
A pressurizing mechanism for pressurizing and sending out the boil-off gas vaporized from the liquefied gas in order to supply the boil-off gas vaporized from the liquefied gas as a fuel gas to the engine;
A liquefying device that liquefies a part of the boil-off gas sent out by being pressurized by the pressurizing mechanism and collects it in the tank.
The liquefaction device includes a liquid recovery pipe that recovers the liquefied gas generated by liquefaction by the liquefying device in the tank, and a liquid recovery that is provided in the liquid recovery pipe and controls an amount of the liquefied gas flowing through the liquid recovery pipe A control valve, a gas-liquid recovery pipe for returning the gas-liquid mixed fluid of the liquefied gas generated by liquefaction by the liquefying device and the boil-off gas not liquefied into the liquid phase of the liquefied gas in the tank, and the gas-liquid recovery A gas-liquid recovery control valve that is provided in the pipe and controls the amount of the gas-liquid mixed fluid flowing through the gas-liquid recovery pipe.
前記燃料ガス供給システムは、さらに、前記加圧機構及び前記液化装置を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記気液回収制御バルブを閉じた制御状態1から、前記気液回収制御バルブを開いた制御状態2に切り替える制御を行う、ことが好ましい。
The fuel gas supply system further includes a control device for controlling the pressurizing mechanism and the liquefying device,
It is preferable that the control device performs control to switch from a control state 1 in which the gas-liquid recovery control valve is closed to a control state 2 in which the gas-liquid recovery control valve is opened.
前記液化装置は、ボイルオフガスのうち液化されること無くガスを維持したボイルオフガスを、前記液化ガスから気化した加圧前のボイルオフガスの流れに合流させる量を制御する合流制御バルブを備え、
前記制御状態1は、さらに、前記合流制御バルブは開いた状態であり、
前記制御状態2は、さらに、前記合流制御バルブは閉じた状態である、ことが好ましい。
The liquefying device includes a merging control valve that controls an amount of boil-off gas that is maintained without being liquefied in the boil-off gas and merged with a flow of the boil-off gas that has been vaporized from the liquefied gas and before being pressurized,
In the control state 1, the merging control valve is further open.
In the control state 2, it is preferable that the merging control valve is closed.
さらに、前記燃料ガス供給システムは、前記加圧機構で加圧したボイルオフガスの一部を燃料として消費するガス処理装置に接続する分岐配管に設けられ、前記分岐配管を前記ガス処理装置に向けて流れるボイルオフガスの量を制御するガス処理制御バルブを、備える。この場合、前記制御装置は、前記制御状態2において、前記ガス処理制御バルブの開度を前記制御状態1に比べて大きくする、ことが好ましい。 Further, the fuel gas supply system is provided in a branch pipe connected to a gas processing apparatus that consumes a part of the boil-off gas pressurized by the pressurizing mechanism as fuel, and the branch pipe is directed toward the gas processing apparatus. A gas processing control valve for controlling the amount of boil-off gas flowing is provided. In this case, it is preferable that the control device increases the opening degree of the gas processing control valve in the control state 2 as compared with the control state 1.
さらに、前記燃料ガス供給システムは、前記燃料ガス供給システムは、前記加圧機構で加圧されるボイルオフガスの組成比率の変化の有無を判定する判定装置を備える。この場合、前記制御装置は、前記判定装置の判定結果に基づいて、前記制御状態1から前記制御状態2に切り替えることが好ましい。 Furthermore, the fuel gas supply system includes a determination device that determines whether or not the composition ratio of the boil-off gas pressurized by the pressurization mechanism has changed. In this case, it is preferable that the control device switches from the control state 1 to the control state 2 based on a determination result of the determination device.
前記加圧機構は、ボイルオフガスを加圧する加圧装置と、前記加圧装置による加圧前後のボイルオフガスが流れる配管の間を、前記加圧装置を迂回して接続したバイパス管と、前記加圧装置による加圧後のボイルオフガスの圧力が所定の範囲内になるように、前記バイパス管を流れるボイルオフガスの量を制御する調整バルブと、を備え、
前記判定装置は、前記制御状態1における前記調整バルブの開度の情報に基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定する、ことが好ましい。
The pressurizing mechanism includes a pressurizing device that pressurizes the boil-off gas, a bypass pipe that bypasses the pressurizing device and connects the pipe through which the boil-off gas before and after pressurization by the pressurizing device flows. An adjustment valve that controls the amount of boil-off gas flowing through the bypass pipe so that the pressure of the boil-off gas after being pressurized by the pressure device is within a predetermined range;
It is preferable that the determination device determines a change in the composition ratio of the boil-off gas based on information on the opening degree of the adjustment valve in the control state 1.
この場合、前記判定装置は、前記開度が経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定する、ことが好ましい。 In this case, it is preferable that the determination device determines that the composition ratio of the boil-off gas has changed when the opening degree changes with time and falls outside a predetermined range.
前記判定装置は、前記ボイルオフガスを加圧するために前記加圧機構が前記制御状態1において消費する単位時間当たりの消費エネルギに基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定する、ことも好ましい。 It is also preferable that the determination device determines a change in the composition ratio of the boil-off gas based on energy consumption per unit time that the pressurization mechanism consumes in the control state 1 in order to pressurize the boil-off gas.
この場合、前記判定装置は、前記消費エネルギが経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定する、ことが好ましい。 In this case, it is preferable that the determination device determines that the composition ratio of the boil-off gas has changed when the energy consumption changes with the elapsed time and deviates from a predetermined range.
また、本発明の他の一態様は、前記燃料ガス供給システムと、
前記加圧機構で加圧した燃料を用いて駆動する推進エンジンと、を備えることを特徴とする船舶である。
Another aspect of the present invention is the fuel gas supply system,
And a propulsion engine that is driven using fuel pressurized by the pressurizing mechanism.
さらに、本発明のさらに他の一態様は、エンジンに燃料ガスを供給する燃料ガス供給方法である。当該燃料ガス供給方法は、
液化ガスを貯留するタンクから気化したボイルオフガスをエンジンに燃料ガスとして供給するために、前記液化ガスから気化したボイルオフガスを加圧し送出するステップと、
加圧したボイルオフガスの一部を液化し前記タンクに回収するステップと、を含む。
前記タンクに回収するステップは、ボイルオフガスの液化により生成した液化ガスを、液化されなかったボイルオフガスから分離して前記タンクに回収する制御状態1と、ボイルオフガスの液化により得られた液化ガスと液化されなかったボイルオフガスを含む気液混合流体を、前記タンク内の液化ガスの液相中に戻す制御状態2の間で状態のいずれか一方を選択して行われる。
Yet another embodiment of the present invention is a fuel gas supply method for supplying fuel gas to an engine. The fuel gas supply method is
Pressurizing and sending the boil-off gas vaporized from the liquefied gas in order to supply the boil-off gas vaporized from a tank storing the liquefied gas as a fuel gas to the engine;
Liquefying a portion of the pressurized boil-off gas and collecting it in the tank.
The step of collecting in the tank includes a control state 1 in which the liquefied gas generated by liquefying the boil-off gas is separated from the boil-off gas that has not been liquefied and collected in the tank, and the liquefied gas obtained by liquefying the boil-off gas, This is performed by selecting one of the states between the control states 2 in which the gas-liquid mixed fluid containing the boil-off gas that has not been liquefied is returned to the liquid phase of the liquefied gas in the tank.
前記制御状態1において、ボイルオフガスのうち液化されること無くガスを維持したボイルオフガスを、前記液化ガスから気化した加圧前のボイルオフガスの流れに合流させる、ことが好ましい。 In the control state 1, it is preferable that the boil-off gas, which is maintained in the boil-off gas without being liquefied, is joined to the flow of the boil-off gas before being pressurized and vaporized from the liquefied gas.
また、前記制御状態2において、前記加圧機構で加圧したボイルオフガスの一部を燃料として消費するガス処理装置に流れるボイルオフガスの量を前記制御状態1に比べて大きくする、ことが好ましい。 In the control state 2, it is preferable that the amount of boil-off gas flowing in the gas processing apparatus that consumes part of the boil-off gas pressurized by the pressurizing mechanism as fuel is larger than that in the control state 1.
さらに、前記燃料ガス供給方法は、加圧されるボイルオフガスの組成比率の変化の有無を判定するステップを有し、
前記組成比率の判定結果に基づいて、前記制御状態1から前記制御状態2に切り替える、ことが好ましい。
Further, the fuel gas supply method includes a step of determining whether or not there is a change in the composition ratio of the boil-off gas to be pressurized,
It is preferable to switch from the control state 1 to the control state 2 based on the determination result of the composition ratio.
ボイルオフガスを加圧する加圧機構は、ボイルオフガスを加圧する加圧装置と、前記加圧装置による加圧前後のボイルオフガスが流れる配管の間を、前記加圧装置を迂回して接続したバイパス管と、前記加圧装置による加圧後のボイルオフガスの圧力が所定の範囲内になるように、前記バイパス管を流れるボイルオフガスの量を制御する調整バルブと、を備える。この場合、前記判定するステップでは、前記制御状態1における前記調整バルブの開度の情報に基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定する、ことが好ましい。 The pressurizing mechanism for pressurizing the boil-off gas is a bypass pipe that bypasses the pressurizer and connects between a pressurizer that pressurizes the boil-off gas and a pipe through which the boil-off gas before and after pressurization by the pressurizer flows. And an adjustment valve that controls the amount of boil-off gas that flows through the bypass pipe so that the pressure of the boil-off gas after being pressurized by the pressurizer is within a predetermined range. In this case, in the determining step, it is preferable to determine a change in the composition ratio of the boil-off gas based on information on the opening degree of the adjusting valve in the control state 1.
この場合、前記判定するステップでは、前記開度が経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定する、ことが好ましい。 In this case, it is preferable that in the determining step, it is determined that the composition ratio of the boil-off gas has changed when the opening degree changes with time and is out of a predetermined range.
また、前記判定するステップでは、ボイルオフガスを加圧する加圧機構が前記制御状態1において加圧のために消費する単位時間当たりの消費エネルギに基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定する、ことも好ましい。 Further, in the determining step, determining a change in the composition ratio of the boil-off gas based on energy consumption per unit time consumed by the pressurizing mechanism for pressurizing the boil-off gas in the control state 1. Is also preferable.
この場合、前記判定するステップでは、前記消費エネルギが経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定する、ことが好ましい。 In this case, it is preferable that in the determining step, it is determined that the composition ratio of the boil-off gas has changed when the consumed energy changes with the elapsed time and falls outside a predetermined range.
上記態様の燃料ガス供給システム、燃料ガス供給方法、及び船舶によれば、加圧したボイルオフガスを燃料ガスとしてエンジンに供給するとき、ボイルオフガスの液化装置の使用によってボイルオフガスの組成比率が変化するような使用条件を含んでボイルオフガスを供給する場合でも、所定の圧力に加圧したボイスオフガスを安定してエンジンに供給することができる。 According to the fuel gas supply system, the fuel gas supply method, and the ship of the above aspect, when supplying pressurized boil-off gas to the engine as fuel gas, the composition ratio of the boil-off gas changes depending on the use of the boil-off gas liquefaction device. Even when the boil-off gas is supplied including such use conditions, the voice-off gas pressurized to a predetermined pressure can be stably supplied to the engine.
以下、本発明の燃料ガス供給システム、船舶、及び燃料ガス供給方法を詳細に説明する。 Hereinafter, the fuel gas supply system, ship, and fuel gas supply method of the present invention will be described in detail.
図1は、本実施形態の船舶の推進エンジンに液化ガスのボイルオフガスを燃料ガスとして供給する燃料ガス供給システム10の構成の一例を示す図である。燃料ガス供給システム10の液化ガスとして液化天然ガスを用いるが、液化天然ガスに限定されず、純メタンの液化ガスやエタン等の液化ガスを用いることができる。ボイルオフガスは、タンク内で自然入熱によって気化したガスの他に、LNGを意図的に加熱して強制的に気化したガスも含まれる。本実施形態では、タンク内で自然入熱によって気化したガスを用いて説明する。強制的に気化したガスを用いる場合、液化ガスからボイルオフガスを気化させる強制気化器が設けられる。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a fuel
燃料ガス供給システム10は、液化天然ガスを運搬するLNG船において、液化天然ガスを貯留するタンク20内で気化したボイルオフガスを燃料ガスとして推進エンジン40に供給するのに用いられる。本実施形態では、1つの推進エンジン40を備えるが、複数の推進エンジンが、それぞれ主配管から分岐した分岐配管に接続されてもよい。
本明細書では、ボイルオフガスがタンク20から推進エンジン40に供給される方向を下流方向、その反対方向を上流方向といい、ある基準とする位置から下流方向の側を下流側といい、ある基準とする位置から上流方向の側を上流側という。
The fuel
In this specification, the direction in which the boil-off gas is supplied from the
本実施形態の燃料ガス供給システムでは、以下説明するように、加圧機構及び液化装置内のボイルオフガスの組成比率が変化した時、加圧機構及び液化装置内のボイルオフガスを液化して、タンクに貯留されている液化ガス内に回収する。ボイルオフガスは液化処理により、液化処理を行っても一部は液化せずガスとして維持されるボイルオフガスと液化処理により生成された液化ガスを含む気液混合流体となっている。本実施形態では、この混合流体全てを、間欠的にタンク20内のタンク20の液化ガスの液相中に戻す。このとき、液化ガスに戻された混合流体中の液化ガスは、タンク20内の液化ガスとして貯留される一方、混合流体中のボイルオフガスは液相中に戻されるので、多くのボイルオフガスは液化ガス中に溶けて、タンク20の気相中にボイルオフガスとして浮上する量は少ない。したがって、多くの量のボイルオフガスは、タンク20内の液化ガスに溶けて液化ガスに回収される。タンク20に戻される組成比率が変化したボイルオフガスから生成される気液混合流体も、タンク20内の液化ガスと異なる組成比率を有する可能性がある。しかし、タンク20内の液化ガスの容量は回収されるボイルオフガスの量に比べて圧倒的に多いので、組成比率が変化した気液混合流体をタンク20に回収しても、タンク20内の液化ガスの組成は殆ど変化しない。このように、組成比率が変化した多くのボイルオフガスは液化ガスに溶けて液化ガスに回収される。このため、ボイルオフガスの液化装置の使用によってボイルオフガスの組成比率が変化するような使用条件を含んでボイルオフガスを供給する場合でも、組成比率が一定のボイルオフガスを加圧機構で加圧することができるので、所定の圧力に加圧したボイスオフガスを安定してエンジンに供給することができる。
In the fuel gas supply system of the present embodiment, as will be described below, when the composition ratio of the boil-off gas in the pressurization mechanism and the liquefaction device changes, the boil-off gas in the pressurization mechanism and the liquefaction device is liquefied, and the tank It collects in the liquefied gas stored in. The boil-off gas is a gas-liquid mixed fluid including a boil-off gas that is maintained as a gas without being partially liquefied even if the liquefaction is performed and a liquefied gas generated by the liquefaction. In the present embodiment, all of the mixed fluid is intermittently returned to the liquid phase of the liquefied gas in the
本実施形態の燃料ガス供給システム10は、タンク20と、加圧機構30と、液化装置50と、制御装置60と、を主に有する。タンク20から推進エンジン40に延びるボイルオフガスの流れる主配管31上に加圧機構30が設けられている。
加圧機構30は、液化ガスから気化したボイルオフガスを、ボイルオフガスの一部を推進エンジン40に燃料ガスとして供給するために、加圧し送出する装置である。
液化装置50は、加圧機構30で加圧されて送出されたボイルオフガスの一部を液化してタンク20に回収する装置である。
制御装置60は、燃料ガス供給システム10のボイルオフガスの流れを制御する装置であって、少なくとも、加圧機構30及び液化装置50等に設けられる調整バルブ及び制御バルブの開度を調整する装置である。
The fuel
The
The liquefying
The
(加圧機構)
加圧機構30は、ガスコンプレッサ(加圧装置)32a〜32eと、バイパス管33a,33c,33eと、調整バルブ34a,34c,34eと、吸引スナッバ35a〜35eと、吐出スナッバ36a〜36eと、熱交換器37a〜37eと、を主に備える。
吸引スナッバ35a〜35eは、ガスコンプレッサ32a〜32eの上流側に設けられ、ボイルオフガスを一時貯留し、ガスコンプレッサ32a〜32eにボイルオフガスが円滑に吸引されるように構成した空間を備える容器である。吐出スナッバ36a〜36eは、ガスコンプレッサ32a〜32eの下流側に設けられ、ボイルオフガスを一時貯留し、ボイルオフガスを円滑に送出できるように構成した空間を備える容器である。熱交換器37a〜37eは、吐出スナッバ36a〜36eの下流側に設けられ、加圧することにより高温になったボイルオフガスを冷却する。
(Pressure mechanism)
The
The
ガスコンプレッサ32a〜32eは、ボイルオフガスを加圧(圧縮)して送出する直列に接続された多段の加圧装置である。ガスコンプレッサ32a〜32eは、吸引スナッバ内のボイルオフガスを吸引して、所定の圧力に加圧する部分である。ガスコンプレッサ32a〜32eは、例えば、ガスコンプレッサ32a〜32e内の可動部(プランジャ又はピストン)が直線往復運動をすることによって吸引スナッバ35a〜35eからボイルオフガスを吸い込み、その後加圧する往復圧縮機を用いることができる。ガスコンプレッサ32a〜32eのうち、ガスコンプレッサ32a〜32dは、無給油式圧縮機が用いられ、高圧にボイルオフガスを加圧するガスコンプレッサ32eには給油式圧縮機が用いられる。ガスコンプレッサ32a〜32eの可動部は、制御装置60により駆動が制御される図示されない駆動源の動力で回転する図示されない回転軸を介して連動して駆動される。ガスコンプレッサ32a〜32eにおいて、ボイルオフガスはそれぞれ同程度の圧縮率で段階的に圧縮されることで、ボイルオフガスは圧縮率の5乗まで圧縮される。例えば、ガスコンプレッサ32a〜32eのそれぞれにおいて3〜4倍に圧縮することで、ボイルオフガスは35〜45倍に圧縮される。例えば、ガスコンプレッサ32aの吸引側におけるボイルオフガスの圧力が0.1MPaであれば、ガスコンプレッサ32aの吐出(送出)側の圧力は約0.33MPa、ガスコンプレッサ32bの吐出側の圧力は約1.10MPa、ガスコンプレッサ32cの吐出側の圧力は約3.64MPa、ガスコンプレッサ32dの吐出側の圧力は約12.06MPaとなる。そして、ガスコンプレッサ32eの吐出側の圧力は設定された目標圧力、例えば39.9Mpaまで上昇される。
The
バイパス管33aは、ガスコンプレッサ32a,32bを迂回して吸引スナッバ35aと熱交換器37bの出力端とを接続する、すなわち、ガスコンプレッサ32aによる加圧前のボイルオフガスが流れる配管の部分とガスコンプレッサ32bによる加圧後のボイルオフガスが流れる配管の間を接続した、ボイルオフガスが流れる管である。
また、バイパス管33cは、ガスコンプレッサ32c,32dを迂回して吸引スナッバ35cと熱交換器37dの出力端とを接続する、すなわち、ガスコンプレッサ32cによる加圧前のボイルオフガスが流れる配管の部分とガスコンプレッサ32dによる加圧後のボイルオフガスが流れる配管の間を接続した、ボイルオフガスが流れる管である。
バイパス管33eは、ガスコンプレッサ32eを迂回して吸引スナッバ35eと熱交換器37eの出力端とを接続する、すなわち、ガスコンプレッサ32eによる加圧前のボイルオフガスが流れる配管の部分とガスコンプレッサ32eによる加圧後のボイルオフガスが流れる配管の間を接続した、ボイルオフガスが流れる管である。
The
The
The bypass pipe 33e bypasses the
バイパス管33a,33c,33eには、開度を調整する調整バルブ34a,34c,34eが設けられている。また、バイパス管33a,33c,33eのそれぞれには、ガスコンプレッサ32b,32d,32eで加圧されたボイルオフガスの圧力を計測する圧力計38a,38c,38eが設けられている。圧力計38a,38c,38eは、バイパス管33a,33c,33eが主配管31から分岐する分岐点におけるボイルオフガスの圧力を計測できるのであれば、バイパス管33a,33c,33e上に設けられる必要はない。この圧力計38a,38c,38eで計測された圧力情報により調整バルブ34a,34c,34eのそれぞれが調整されるように設けられている。図1では、圧力計38a,38c,38eで計測された圧力に基づいて調整バルブ34a,34c,34eの開度が制御されることを示すために圧力計38a,38c,38eと調整バルブ34a,34c,34eとを結ぶ点線が描かれている。具体的には、圧力計38a,38c,38eで計測された計測圧力の情報は、制御装置60に送られる。制御装置60は、送られた計測圧力と設定された圧力との差分に基づいてバイパス管33a,33c,33eを流れるボイルオフガスの量を制御するフィードバック制御の制御信号を生成し、この制御信号を調整バルブ34a,34c,33eに送る。
The
例えば、上流側から1時間当たり1500kgのボイルオフガスが供給され、ガスコンプレッサ32a,32bあるいはガスコンプレッサ32c,32dあるいはガスコンプレッサ32eが1時間当たり2000kgのボイルオフガスを加圧して下流側に送出する時、バイパス管33aあるいはバイパス管33cあるいはバイパス管33eに、1時間当たり500kgのボイルオフガスを流し(逆流させ)、ガスコンプレッサ32a,32bあるいはガスコンプレッサ32c,32dあるいはガスコンプレッサ32eの上流側に戻す。このように1時間当たり500kgのボイルオフガスが流れるように、バイパス管33a,33c,33eのそれぞれに設けられた調整バルブ34a,34c,34eの開度は制御されている。これにより、ガスコンプレッサ32a,32bあるいはガスコンプレッサ32c,32dあるいはガスコンプレッサ32eの下流側の圧力を所定の圧力に調整することができる。所定の圧力に調整することで、加圧機構30から推進エンジン40に向けて流れるボイルオフガスを、推進エンジン40の要求する燃料ガスの圧力及び燃料供給量にすることができる。
本実施形態では、ガスコンプレッサ32a,32bを同時に迂回するようにバイパス管33aが設けられ、ガスコンプレッサ32c,32dを同時に迂回するようにバイパス管33cが設けられているが、1つのガスコンプレッサのそれぞれを迂回するバイパス管が設けられてもよい。
For example, when 1500 kg of boil-off gas is supplied from the upstream side per hour, and the
In this embodiment, the
本実施形態の加圧機構30では、第4段目のガスコンプレッサ32dと第5段面のガスコンプレッサ32eの間に逆止弁31aが設けられている。無給油式圧縮機であるガスコンプレッサ32d及びその上流側にあるガスコンプレッサ32b,32cに、給油式圧縮機であるガスコンプレッサ32eから送出されるボイルオフガスに含まれる、給油式圧縮機から流れ出たオイル等の不純物が流れ込み、ガスコンプレッサ32d及びその上流側にあるガスコンプレッサ32b,32c等の装置を汚染することを阻止するために、逆止弁31aは設けられる。
また、上流側から数えて第1段目のガスコンプレッサ32aと第2段面のガスコンプレッサ32bの間に逆止弁が設けられてもよい。
さらに、エンジン40に一旦供給されたボイルオフガスが上流側に向かって逆流することがないように、バイパス管33eの下流側に逆止弁31bが設けられている。
In the
A check valve may be provided between the first-
Further, a
バイパス管33aが主配管31から分岐する分岐点とバイパス管33cが主配管31へ合流する合流点との間から、分岐配管39が分岐し、ガス処理装置70に接続されている。ガス処理装置70は、ボイルオフガスを処理する装置であって、蒸気利用設備や発電設備に接続されるか、単にボイルオフガスを焼却処分する装置であってもよい。ここで後述するようにボイルオフガスの組成比率、例えば、ボイルオフガス中の沸点の低い成分の比率が変化しても、ボイルオフガスの処理が可能な構成となっていることが好ましい。例えば、ガス処理装置70が、発電機に用いる4サイクル内燃機関である場合、ボイルオフガスの組成比率の変化に対応するために、空燃比や点火タイミングを調整することができる構成となっていることが好ましい。また、ガス処理装置70はタンク20よから生成するボイルオフガスの全量を消費できる容量を持つように構成されていることが好ましい。
ガス処理装置70に延びる分岐配管39には、ガス処理装置70の側に流れたボイルオフガスが加圧機構30の側に逆流しないように逆止弁31cが設けられている。さらに、分岐配管39には、ガス処理制御バルブ71aが設けられ、ガス処理装置70で処理するボイルオフガスの量を調整するように構成されている。ガス処理制御バルブ71aは、制御装置60から接点71bに送られる制御信号により、ガス処理制御バルブ71aの開度が制御される。
A
The
(推進エンジン)
本実施形態に用いる船舶には、推進エンジン40が設けられている。推進エンジン40は、例えば液化ガスのボイルオフガスを燃料ガスとする一方、重油等のオイルを燃料ガスとして選択的に用いることができる二元燃料エンジンが用いられる。
推進エンジン40は供給されるボイルオフガスを燃料ガスとして燃焼室で燃焼させて動力を取り出し、推進エンジン40と図示されない船舶のプロペラを接続した図示されない主軸および船舶のプロペラを回転させる。推進エンジン40には、例えば2ストロークサイクルの低速ディーゼルエンジンを用いることができる。
(Propulsion engine)
The ship used in the present embodiment is provided with a
The
推進エンジン40は、エンジンコントロールユニット(以降、ECUという)62と接続されており、ECU62によって駆動が制御される。ECU62は、推進エンジン40とプロペラを接続する主軸の回転を計測するように設けられた回転計42により計測された主軸回転数が目標回転数になるように、推進エンジン40に燃料ガスを供給する供給ラインに設けられた圧力制御バルブ44の開度を制御することで、推進エンジン40の駆動を制御する。すなわち、ECU62は、推進エンジン40と推進用のプロペラを接続した主軸の主軸回転数が目標回転数になるように、推進エンジン40の負荷を定め、これに基づいて燃料ガスの圧力を制御する装置である。ECU62は、気象、海象の風、波高等の自然状況の変化によって変化する主軸回転数が目標回転数に維持されるように、推進エンジン40の負荷を定める他、オペレータの減速、加速、旋回等の指示によって提供されるプロペラ回転数の操作指令値に応じて、推進エンジン40の負荷を定めることもできる。 図1では、上述した制御を表すために、簡易的に、回転計42と圧力制御バルブ44とを結ぶ点線が描かれている。
ECU62は、定めた負荷に基づいて、最下流に位置するガスコンプレッサ32eの送出側の目標圧力を設定し、この目標圧力を圧力制御装置60に送るように構成されている。この目標圧力は、推進エンジン40が燃料ガス供給システム30に要求する燃料供給圧力である。制御装置62は、目標圧力を用いて、加圧機構30によるボイルオフガスの送出量を制御する。
The
The
(液化装置)
液化装置50は、分岐配管51を通じて加圧機構30と接続されている。分岐配管51は、バイパス管33cの主配管31からの分岐点と逆止弁31aとの間の主配管31と接続されている。
液化装置50は、推進エンジン40の負荷の変動により不要となったボイルオフガスを液化ガスとしてタンク20に回収する装置である。ボイルオフガスの一部は液化装置50の液化処理にも拘らず液化されず気体を維持する。このボイルオフガスは、必要に応じて、タンク20内の液化ガスから気化し、加圧のために主配管31を流れる新鮮なボイルオフガスに合流して、再度、加圧装置30で加圧される。
(Liquefaction device)
The liquefying
The liquefying
液化装置50は、熱交換器53、膨張バルブ54、気液分離器56、ガス配管57、液回収配管58、及び気液回収配管59を主に備える。
熱交換器53は、ボイルオフガスを液化する前にボイルオフガスを冷却する。
膨張バルブ54は、冷却したボイルオフガスを膨張して液化させる。膨張バルブ54は、JT(ジュール・トムソン)バルブなどの等エンタルピ過程で変化すバルブでもよいが、エキスパンダなどの等エントロピ過程で変化するバルブであることが好ましい。
気液分離器56は、冷却したボイルオフガスを液化ガスと分離する。
ガス配管57は、液化ガスから分離したボイルオフガスを、タンク20内の液化ガスから気化し、タンク20から取り出されて流れる新鮮なボイルオフガスに合流させる。
液回収配管58は、気液分離器56で分離した液化ガスをタンク20内に戻す。
気液回収配管59は、気液分離器56にあるボイルオフガスと液化ガスを一体にして、気液混合流体として気液分離器56からタンク20の液化ガスの液相中へ戻す。
The liquefying
The heat exchanger 53 cools the boil-off gas before liquefying the boil-off gas.
The
The gas-
The
The
The gas-
熱交換器53と膨張バルブ54の間の分岐配管51の部分には、液化装置50内を流れるボイルオフガスの量を制御する制御バルブ55aが設けられ、気液分離器56には、気液分離器56内のボイルオフガスの圧力を計測する圧力計56aが設けられている。制御バルブ55aの開度は圧力計56aの計測結果に基づいて調整される。具体的には、圧力計56aの計測結果が制御装置60に送られ、制御装置60は、制御バルブ55aの開度を制御する制御信号を圧力計56aの計測結果に基づいて生成し、この制御信号を制御バルブ55aに送る。
A
ガス配管57には、合流制御バルブ57aとボイルオフガスの圧力を計測する圧力計57bが設けられている。合流制御バルブ57aの開度は、圧力計56bの計測結果に基づいて生成される制御信号、あるいは、圧力制御装置60から接点57dに送られる制御信号に基づいて調整される。このとき、圧力計56bの計測結果に基づいて生成される目標開度を示す制御信号と、接点57dから送られる目標開度を示す制御信号のうち、目標開度の低い制御信号を選択して、合流制御バルブ57aに送る選択器57cが用いられる。図1では、圧力計56bの計測結果に基づいて合流制御バルブ57aの開度を制御することを示すために、圧力計56bと選択器57cとの間を結ぶ点線が描かれているが、具体的には、圧力計56bの計測結果が制御装置60に送られ、制御装置60は送られた計測結果に基づいて合流制御バルブ57aの開度の制御信号を生成し、この制御信号を接点57dに送る。気液分離器56には、液化ガスの液面レベルを計測する液面レベル計56bが設けられている。
The
液回収配管58には、液回収制御バルブ58aが設けられる。液回収配管58を流れる液化ガスの量は液回収制御バルブ58aの開度により制御される。液回収制御バルブ58aの開度は、液面レベル計56bによる液面レベルの計測結果に基づいて、液面レベルが所定の範囲に入るように制御される。
気液回収配管59には、気液回収制御バルブ59aが設けられる。気液回収配管59を流れる気液混合流体の量が気液回収制御バルブ59aの開度により制御される。気液回収制御バルブ59aの開度は、制御装置60から接点59bに送られる制御信号に基づいて制御される。
気液回収配管59は、液回収配管58に比べて流路断面が大きく、液回収配管58に比べて多量の気液混合流体を流すことができる。具体的には、気液分離器56内のボイルオフガスと液化ガス全てを短時間に流すことができる。
したがって、気液回収配管59に設けられる気液回収制御バルブ59aは、大量の気液混合流体を流すことができるように、液回収制御バルブ58aに比べてサイズの大きなバルブが用いられる。
The
The gas / liquid recovery piping 59 is provided with a gas / liquid
The gas-
Therefore, the gas-liquid
(ボイルオフガスの組成比率の変化とその対応)
このような燃料ガス供給システム10では、上述した各調整バルブ及び各制御バルブの開度を制御することにより、加圧機構30が送出するボイルオフガスの供給量と、推進エンジン40の消費量と、ガス処理装置70のボイルオフガスの消費量と、液化装置50で生成された液化ガスのタンク20内に回収される回収量との間で、種々の状態が生じる。これらの状態は、少なくとも以下の制御状態1A,1Bを含む。
(Change in composition ratio of boil-off gas and its response)
In such a fuel
(制御状態1A)ボイルオフガスの供給量=推進エンジンの消費量X1+ガス処理装置の消費量Y1、回収量Z1=0
(制御状態1B)ボイルオフガスの供給量=推進エンジンの消費量X2(<X1)+ガス処理装置の消費量Y2+回収量Z2(>0)
制御状態1A及び制御状態1Bは、いずれも加圧機構30のボイルオフガスの供給量が、推進エンジン50の消費量とガス処理装置70の消費量と液化タンク20への回収量の合計量に一致している制御状態(定常状態)である。なお、制御状態1Aと制御状態1Bは、総称して説明するとき、制御状態1という。
(Control state 1A) Boil-off gas supply amount = propulsion engine consumption amount X1 + gas processing device consumption amount Y1, recovery amount Z1 = 0
(Control state 1B) Boil-off gas supply amount = propulsion engine consumption amount X2 (<X1) + gas treatment device consumption amount Y2 + recovery amount Z2 (> 0)
In both the control state 1A and the control state 1B, the supply amount of the boil-off gas of the
上記制御状態1Aは、ボイルオフガスの供給量が、推進エンジン40のボイルオフガスの消費量X1とガス処理装置70のボイルオフガスの消費量Y1の合計量とが一致するので、液化装置50にボイルオフガスが流入しないように制御バルブ55a,57a,58aは閉じた、すなわち、回収量Z1を0とする制御状態を表す。
In the control state 1A, since the boil-off gas supply amount matches the boil-off gas consumption amount X1 of the
上記制御状態1Bは、ボイルオフガスの供給量が、推進エンジン40のボイルオフガスの消費量X2とガス処理装置70のボイルオフガスの消費量Y2の合計量に比べて多く、その差分をタンク20に回収する、すなわち、ボイルオフガスの液化により生成された液化ガスをタンク20に回収するように、制御バルブ55aを開けた制御状態を表す。この制御状態では、液化ガスの他に、膨張バルブ54による機能で液化されなかったボイルオフガスが気液分離器66に流れ込むが、この時、液回収制御バルブ58aを開けて液化ガスをタンク20に向けて流すとともに、合流制御バルブ57aを開けてボイルオフガスを、タンク20内の液化ガスから気化し主配管31を流れる加圧前の新鮮なボイルオフガスに合流させる。この制御状態1Bでは、タンク20のボイルオフガスの圧力が予め定めた範囲に位置するように、ガス処理装置70の消費量Y2は調整される、すなわち、ガス処理ガス処理制御バルブ71aの開度が調整される。
このように、制御状態1Bは、加圧機構30のボイルオフガスの供給量が、推進エンジン40の消費量X2とガス処理装置70の消費量Y2の合計量よりも多く、この差分をタンク20に回収する液化ガスの回収量Z2とすることにより、定常状態となっている。
In the control state 1B, the supply amount of the boil-off gas is larger than the total amount of the boil-off gas consumption X2 of the
Thus, in the control state 1B, the supply amount of the boil-off gas of the
下記表1には、制御状態1Aから制御状態1Bへの移行に関するボイルオフガスの流れ、制御バルブの状態の変化の一例を表している。
制御状態間の移行状態では、ボイルオフガスの供給量と、推進エンジンの消費量とガス処理装置の消費量と液化ガスの回収量の合計量は、必ずしも一致しない非平衡状態になっている。表1には、各流量の変化と制御バルブの開度の変化の一例を示している。表中、「⇒」は、状態の移行を示し、「↑」は、状態が「⇒」の方向に進むに連れて、流量が多くなるあるいは制御バルブの開度が大きくなることを示し、「↓」は、状態が「⇒」の方向に進むに連れて、流量が少なくなるあるいは制御バルブの開度が小さくなることを示す。表中の「〜→」は、状態の移行中、開度が微小に変動するが、最終的に大きな変化せず、略維持されることを意味する。また、表中の流量は、単位時間当たりの流量を示し、タンク20から生成されるボイルオフガスの生成量を100として指数化している。表1では、制御状態1Aから制御状態1Bへの移行を表しているが、制御状態1Bから制御状態1Aへの移行は、表1に表す各状態から逆行すればよい。
Table 1 below shows an example of the flow of the boil-off gas and the change in the state of the control valve regarding the transition from the control state 1A to the control state 1B.
In the transition state between the control states, the supply amount of the boil-off gas, the consumption amount of the propulsion engine, the consumption amount of the gas processing device, and the total amount of the recovered amount of the liquefied gas are in a non-equilibrium state that does not necessarily match. Table 1 shows an example of changes in each flow rate and changes in the opening of the control valve. In the table, “⇒” indicates a state transition, “↑” indicates that the flow rate increases or the opening of the control valve increases as the state proceeds in the direction of “⇒”. “↓” indicates that the flow rate decreases or the opening of the control valve decreases as the state proceeds in the direction of “⇒”. “˜ →” in the table means that the opening degree slightly fluctuates during the transition of the state, but does not change greatly in the end and is substantially maintained. The flow rate in the table indicates the flow rate per unit time, and is indexed with the amount of boil-off gas generated from the
この制御状態1Bでは、ボイルオフガスのうち、ボイルオフガスから液化した液化ガスをタンク20に回収しながら、液化しなかったボイルオフガスが加圧機構30及び液化装置50内を循環するので、制御状態1Bを長い時間継続すると、加圧機構30で加圧されるボイルオフガスの組成比率は時間とともに変化する。すなわち、タンク20から引き出される主配管31を流れる加圧前の新鮮なボイルオフガスに合流制御バルブ57aを通じて液化装置50から合流するボイルオフガスは、液化装置50で液化ガスから分離された液化されなかったボイルオフガスであり、このボイルオフガスの低沸点の成分の比率は、タンク20内のボイルオフガスに比べて高い。このため、加圧されるボイルオフガスの組成比率は時間とともに変化する。すなわち、液化ガスの主成分に比べて沸点の低い成分の、ボイルオフガスにおける組成比率は増加する。タンク20の液化ガスが天然ガスの場合、主成分はメタン、エタン等であるが、天然ガスには、沸点がメタンやエタンに比べて低い窒素が微量混入している。一方、液化装置50を通過したボイルオフガスにおける窒素成分の比率は増加する。例えば液化天然ガスに1%の窒素が混入している場合でも、液化装置50を通過したボイルオフガスの窒素割合は、制御状態1Bを長時間維持すると、10%以上に増加する。窒素の比率が増加するに従い、液回収制御バルブ58aを通じてタンク20へ回収される液化ガスは減少し、さらに、加圧機構30におけるガスコンプレッサ32a〜32eによるボイルオフガスの圧力は後述するように上昇する。その結果、調整バルブ34a,34cの開度の調整によりバイパス管33a,33cを流れるボイルオフガスの量は徐々に増加し、最終的に加圧機構30によるボイルオフガスの送出量の制御は困難になる。
In the control state 1B, the liquefied gas liquefied from the boil-off gas out of the boil-off gas is collected in the
図2は、ガスコンプレッサによる圧縮処理で受けるボイルオフガスの圧力と体積の関係の一例を示す図である。液化ガスのボイルオフガスのうち、沸点の低い成分を含まない主成分のみのボイルオフガスは、体積V1から体積V2に圧縮される場合、経路Aに従がって、圧力P1から圧力P2に上昇する。これに対して、沸点の低い成分を含むボイルオフガスは、同じ体積変化の圧縮処理を受けても、経路Bに従がって、圧力P1から圧力P3(P3>P2)に上昇する。このため、沸点の成分を多く含むボイルオフガスによる同じ圧縮処理でガスコンプレッサが消費するエネルギは、沸点の低い成分を含まないボイルオフガスに比べて大きい。
このように同じ圧縮処理により加圧されたボイルオフガスの圧力の増加により、加圧機構30によるボイルオフガスの送出量(質量)の制御(調整バルブ34a,34c,34eによるバイパス管33a,33c,33eを流れるボイルオフガスの量の、圧力に基づく制御)は難しくなる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the pressure and volume of boil-off gas received in the compression process by the gas compressor. Of the boil-off gas of the liquefied gas, the boil-off gas containing only the main component not including the component having a low boiling point rises from the pressure P1 to the pressure P2 along the path A when being compressed from the volume V1 to the volume V2. . On the other hand, the boil-off gas containing a component having a low boiling point rises from the pressure P1 to the pressure P3 (P3> P2) according to the path B even if the boil-off gas is subjected to the same volume change compression process. For this reason, the energy consumed by the gas compressor in the same compression treatment with the boil-off gas containing a large amount of components having a boiling point is larger than that of the boil-off gas not containing a component having a low boiling point.
In this way, by increasing the pressure of the boil-off gas pressurized by the same compression process, the amount (mass) of boil-off gas delivered by the
このため、本実施形態では、制御状態1Bの時間経過に伴って加圧機構30及び液化装置50内の組成比率が変化したボイルオフガス及びこのボイルオフガスから液化した液化ガスを含む気液混合流体を、気液分離器56からタンク20内の液化ガスの液相中に、気液回収配管59を通じて圧送する。気液分離器56内の圧力の方がタンク20内の圧力よりも高くなるように制御バルブ55aにより制御されているので、気液回収制御バルブ59aを開くことにより、気液分離器56内のボイルオフガス及び液化ガスが一体となって気液回収配管59を通じてタンク20に向けて圧送される。この状態が、制御バルブ59bが開いた制御状態2である。
したがって、制御装置60は、気液回収制御バルブ59aを閉じた制御状態1から、気液回収制御バルブ59aを開いた制御状態2にボイルオフガスの流れを切り替える制御を行う。具体的には、制御装置60は、気液回収制御バルブ59aの開度を0にした制御信号を生成して気液回収制御バルブ59aに送る制御状態1と、気液回収制御バルブ59aの開度を開いた制御信号を生成して気液回収制御バルブ59aに送る制御状態2とを切り替える。これにより、加圧機構30及び液化装置50内の組成比率が変化したボイルオフガス及びこのボイルオフガスから液化した液化ガスを効率よくタンク20に回収することができる。
For this reason, in this embodiment, the gas-liquid mixed fluid containing the boil-off gas in which the composition ratio in the
Therefore, the
具体的には、制御状態2を開始すると、タンク20内の液化ガスに比べて高温の気液混合流体が液化ガス中に流れ込むことになるので、タンク20内の液化ガス中に熱が一時的に流入する。このため、タンク20内で液化ガスの気化が増加し、タンク20内の圧力が一時的に増大する。本実施形態では、制御装置60は、ガス処理制御バルブ71aの開度を制御状態1に比べて大きくし、ガス処理装置70に流れるボイルオフガスの量を大きくすることが好ましい。この後、タンク20内の圧力は低下する。これにより、加圧機構30及び液化装置50内に溜まっているボイルオフガスを、液化ガスから気化した新鮮なボイルオフガスと効率よく置換させることができる。この場合、制御状態2の継続時間は、タンク20に回収される単位時間当たりの気液混合流体の量の情報と、加圧機構30及び液化装置50内に溜まっているボイルオフガスの量(例えば、加圧機構30及び液化装置50内のボイルオフガス及び液化ガスが占有する体積に密度を掛け算した総重量)の情報とに基づいて定めるとよい。
Specifically, when the control state 2 is started, since a gas-liquid mixed fluid having a temperature higher than that of the liquefied gas in the
タンク20内の液化ガスに戻された混合流体中の液化ガスは、タンク20内の液化ガスとして貯留される。一方、混合流体中のボイルオフガスは液化ガスの液相中に戻されるので、多くのボイルオフガスは液化ガス中に溶けて、タンク20の気相中にボイルオフガスとして浮上する量は少ない。したがって、多くの量のボイルオフガスは、タンク20内の液化ガスに溶けて液化ガスに回収される。タンク20に戻される組成比率が変化したボイルオフガスから生成される気液混合流体も、タンク20内の液化ガスと異なる組成比率を有する可能性がある。しかし、タンク20内の液化ガスの容量は回収されるボイルオフガスの量に比べて圧倒的に多いので、組成比率が変化した気液混合流体をタンク20に回収しても、タンク20内の液化ガスの組成は殆ど変化しない。
The liquefied gas in the mixed fluid returned to the liquefied gas in the
なお、制御状態1は、合流制御バルブ57aは開いた状態であり、制御状態2は、合流制御バルブ57aは閉じた状態であることが、組成比率が変化したボイルオフガスをタンク20内の液化ガスに短時間に回収できる点から好ましい。勿論、合流制御バルブ57aの開閉の制御は、圧力計57bによる計測圧力が予め定めた範囲に入ることが前提である。この前提が崩れる場合、制御状態1において合流制御バルブ57aを閉じてもよく、制御状態2において合流制御バルブ57aを開いてもよい。
It should be noted that the control state 1 is that the merging
本実施形態では、図3に示すように、加圧機構30で加圧されるボイルオフガスの組成比率の変化の有無を判定する判定装置80を備え、判定装置80がボイルオフガスの組成比率の変化を判定したとき、この判定結果を制御装置60に送り、制御装置60は、制御状態1Bから制御状態2に切り替えるように各種制御バルブの開度を制御することが好ましい。図3は、燃料ガス供給システム10の好ましい変形例の一例を示す図である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a
判定装置80は、例えば、制御状態1において、調整バルブ34a,34c,34eの開度の情報、例えば開度を制御する制御信号の値に基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定することが好ましい。この判定は、図2に示す同じ体積の圧縮でも組成比率が変化すると圧力が変化するボイルオフガスの圧縮特性の変化を利用したものである。この場合、判定装置80は、開度の情報、例えば開度の制御信号の値が経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定することが、高い判定精度の実現する点から好ましい。ボイルオフガスにおける沸点の低い成分の比率が増加すると、ガスコンプレッサ32a〜32eで加圧されるボイルオフガスの圧力は、図2に示したように上昇するので、加圧機構30から送出するボイルオフガスの圧力を所定の範囲内に維持するには、調整バルブ34a,34c,34eの開度を大きくして、バイパス管33a,33c,33eに流れるボイルオフガスの量を多くしなければならない。このため、判定装置80は、定常状態である制御状態1における調整バルブ34a,34c,34eの開度の情報に基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定することができる。
For example, in the control state 1, the
判定装置80は、例えば、ボイルオフガスを加圧するために加圧装置が制御状態1において消費する単位時間当たりの消費エネルギに基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定することも好ましい。この判定も、図2に示す同じ体積の圧縮でも組成比率が変化すると圧力が変化するボイルオフガスの圧縮特性の変化を利用したものである。この場合、判定装置80は、消費エネルギが経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定することも、高い判定精度の実現する点から好ましい。ボイルオフガスにおける沸点の低い成分の比率が増加すると、ガスコンプレッサ32a〜32eで加圧されるボイルオフガスの圧力は上昇するので、ガスコンプレッサ32a〜32eの駆動のための消費エネルギは上昇する。このため、判定装置80は、定常状態である制御状態1におけるガスコンプレッサ32a〜32eの駆動のための消費エネルギに基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定することができる。
For example, the
このような燃料ガス供給システム10では、以下に示す燃料ガス供給方法を行うことができる。
すなわち、燃料ガス供給方法は、
(1)液化ガスを貯留するタンク20から気化したボイルオフガスを推進エンジン40に燃料ガスとして供給するために、液化ガスから気化したボイルオフガスを加圧し送出するステップと、
(2)加圧したボイルオフガスの一部を液化しタンク20に回収するステップと、を含む。
(3)タンク20に回収するステップは、ボイルオフガスの液化により生成した液化ガスを、液化されなかったボイルオフガスから分離してタンク20に回収する制御状態1と、ボイルオフガスの液化により得られた液化ガスと液化されなかったボイルオフガスを含む気液混合流体を、タンク20内の液化ガスの液相中に戻す制御状態2の間で状態のいずれか一方を選択して行われる。
In such a fuel
That is, the fuel gas supply method is
(1) pressurizing and sending out the boil-off gas vaporized from the liquefied gas in order to supply the boil-off gas vaporized from the
(2) liquefying a part of the pressurized boil-off gas and collecting it in the
(3) The step of collecting in the
このとき、制御装置60の制御により、制御状態1において、ボイルオフガスのうち液化されること無くガスを維持したボイルオフガスを、液化ガスから気化した加圧前のボイルオフガスの流れに合流させることが好ましい。
At this time, under the control of the
また、制御状態2において、加圧機構30で加圧したボイルオフガスの一部を燃料として消費するガス処理装置70に流れるボイルオフガスの量を制御状態1に比べて大きくする、ことが好ましい。
In the control state 2, it is preferable that the amount of boil-off gas flowing to the
さらに、判定装置80が加圧されるボイルオフガスの組成比率の変化の有無を判定するステップを有し、
組成比率の判定結果に基づいて、制御装置60が制御状態1から制御状態2に切り替えることが好ましい。
Furthermore, the
It is preferable that the
ボイルオフガスを加圧する加圧機構30は、ボイルオフガスを加圧するガスコンプレッサ(加圧装置)32a〜32eと、ガスコンプレッサ32a〜32eによる加圧前後のボイルオフガスが流れる配管の間を、ガスコンプレッサ32a〜32eを迂回して接続したバイパス管33a,33c,33eと、ガスコンプレッサ32a〜32eによる加圧後のボイルオフガスの圧力が所定の範囲内になるように、バイパス管33a,33c,33eを流れるボイルオフガスの量を制御する調整バルブ34a,34c,34eと、を備え、
判定するステップでは、判定装置80が、制御状態1における調整バルブ34a,34c,34eの開度の情報に基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定することが好ましい。
The
In the determining step, it is preferable that the determining
このとき、判定するステップでは、判定装置80が、調整バルブ34a,34c,34eの開度が経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定することが好ましい。
At this time, in the determination step, it is preferable that the
また、判定するステップでは、判定装置80が、ボイルオフガスを加圧する加圧機構30が制御状態1において加圧のために消費する単位時間当たりの消費エネルギに基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定することも好ましい。
In the determining step, the
このとき、判定するステップでは、判定装置80が、消費エネルギが経過時間とともに変化して所定範囲を外れるとき、ボイルオフガスの組成比率が変化したと判定することが好ましい。
At this time, in the determination step, it is preferable that the
以上、本発明の燃料ガス供給システム、燃料ガス供給方法、及び船舶について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 The fuel gas supply system, the fuel gas supply method, and the ship according to the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, you may do it.
10 燃料ガス供給システム
20 タンク
30 加圧機構
31 主配管
31a〜31d 逆止弁
32a〜32e ガスコンプレッサ
33a,33c,33e バイパス管
34a,34c,34e,55a,57a 調整バルブ
35a〜35e 吸引スナッバ
36a〜36e 吐出スナッバ
37a〜37e 熱交換器
38a,38c,38e,65a,65b 圧力計
39 分岐配管
40 推進エンジン
42 回転計
44 流量制御弁
50 液化装置
51 分岐配管
53 熱交換器
54 膨張バルブ
55a 制御バルブ
56 気液分離器
56a 圧力計
56b 液面レベル計
57 ガス配管
55a 制御バルブ
57a 合流制御バルブ
57b 圧力計
57c 選択器
57d 接点
58 液回収配管
58a 液回収制御バルブ
59 気液回収配管
59a 気液回収制御バルブ
60 制御装置
62 エンジンコントロールユニット
70 ガス処理装置
71 ガス処理制御バルブ
71b 接点
80 判定装置
DESCRIPTION OF
Claims (18)
液化ガスを貯留するタンクと、
前記液化ガスから気化したボイルオフガスをエンジンに燃料ガスとして供給するために、前記液化ガスから気化したボイルオフガスを加圧し送出する加圧機構と、
前記加圧機構で加圧されて送出されたボイルオフガスの一部を液化して前記タンクに回収する液化装置と、を備え、
前記液化装置は、前記液化装置による液化で生成された液化ガスを前記タンクに回収する液回収配管と、前記液回収配管に設けられ、前記液回収配管を流れる液化ガスの量を制御する液回収制御バルブと、前記液化装置による液化で生成された液化ガスと液化しなかったボイルオフガスの気液混合流体を前記タンク内の液化ガスの液相中に戻す気液回収配管と、前記気液回収配管に設けられ、前記気液回収配管を流れる気液混合流体の量を制御する気液回収制御バルブと、を備えることを特徴とする燃料ガス供給システム。 A fuel gas supply system for supplying fuel gas to an engine,
A tank for storing liquefied gas;
A pressurizing mechanism for pressurizing and sending out the boil-off gas vaporized from the liquefied gas in order to supply the boil-off gas vaporized from the liquefied gas as a fuel gas to the engine;
A liquefying device that liquefies a portion of the boil-off gas that has been pressurized and delivered by the pressurizing mechanism and collects it in the tank;
The liquefaction device includes a liquid recovery pipe that recovers the liquefied gas generated by liquefaction by the liquefying device in the tank, and a liquid recovery that is provided in the liquid recovery pipe and controls an amount of the liquefied gas flowing through the liquid recovery pipe A control valve, a gas-liquid recovery pipe for returning the gas-liquid mixed fluid of the liquefied gas generated by liquefaction by the liquefying device and the boil-off gas not liquefied into the liquid phase of the liquefied gas in the tank, and the gas-liquid recovery A fuel gas supply system comprising: a gas-liquid recovery control valve that is provided in the pipe and controls an amount of the gas-liquid mixed fluid flowing through the gas-liquid recovery pipe.
前記制御装置は、前記気液回収制御バルブを閉じた制御状態1から、前記気液回収制御バルブを開いた制御状態2に切り替える制御を行う、請求項1に記載の燃料ガス供給システム。 The fuel gas supply system further includes a control device for controlling the pressurizing mechanism and the liquefying device,
2. The fuel gas supply system according to claim 1, wherein the control device performs control to switch from a control state 1 in which the gas-liquid recovery control valve is closed to a control state 2 in which the gas-liquid recovery control valve is opened.
前記制御状態1は、さらに、前記合流制御バルブは開いた状態であり、
前記制御状態2は、さらに、前記合流制御バルブは閉じた状態である、請求項2に記載の燃料ガス供給システム。 The liquefying device includes a merging control valve that controls an amount of boil-off gas that is maintained without being liquefied in the boil-off gas and merged with a flow of the boil-off gas that has been vaporized from the liquefied gas and before being pressurized,
In the control state 1, the merging control valve is further open.
The fuel gas supply system according to claim 2, wherein the control state 2 is a state in which the merging control valve is closed.
前記制御装置は、前記制御状態2において、前記ガス処理制御バルブの開度を前記制御状態1に比べて大きくする、請求項2または3に記載の燃料ガス供給システム。 Furthermore, it is provided in a branch pipe connected to a gas processing device that consumes a part of the boil-off gas pressurized by the pressurizing mechanism as fuel, and controls the amount of boil-off gas flowing through the branch pipe toward the gas processing device. A gas processing control valve for
4. The fuel gas supply system according to claim 2, wherein the control device increases an opening degree of the gas processing control valve in the control state 2 compared to the control state 1.
前記制御装置は、前記判定装置の判定結果に基づいて、前記制御状態1から前記制御状態2に切り替える、請求項2〜4のいずれか1項に記載の燃料ガス供給システム。 Furthermore, the fuel gas supply system includes a determination device that determines whether or not there is a change in the composition ratio of the boil-off gas pressurized by the pressurizing mechanism,
The fuel gas supply system according to any one of claims 2 to 4, wherein the control device switches from the control state 1 to the control state 2 based on a determination result of the determination device.
前記判定装置は、前記制御状態1における前記調整バルブの開度の情報に基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定する、請求項5に記載の燃料ガス供給システム。 The pressurizing mechanism includes a pressurizing device that pressurizes the boil-off gas, a bypass pipe that bypasses the pressurizing device and connects the pipe through which the boil-off gas before and after pressurization by the pressurizing device flows. An adjustment valve that controls the amount of boil-off gas flowing through the bypass pipe so that the pressure of the boil-off gas after being pressurized by the pressure device is within a predetermined range;
The fuel gas supply system according to claim 5, wherein the determination device determines a change in a composition ratio of the boil-off gas based on information on an opening degree of the adjustment valve in the control state 1.
前記加圧機構で加圧した燃料を用いて駆動する推進エンジンと、を備えることを特徴とする船舶。 The fuel gas supply system according to any one of claims 1 to 9,
And a propulsion engine that is driven using fuel pressurized by the pressurizing mechanism.
液化ガスを貯留するタンクから気化したボイルオフガスをエンジンに燃料ガスとして供給するために、前記液化ガスから気化したボイルオフガスを加圧し送出するステップと、
加圧したボイルオフガスの一部を液化し前記タンクに回収するステップと、を含み、
前記タンクに回収するステップは、ボイルオフガスの液化により生成した液化ガスを、液化されなかったボイルオフガスから分離して前記タンクに回収する制御状態1と、ボイルオフガスの液化により得られた液化ガスと液化されなかったボイルオフガスを含む気液混合流体を、前記タンク内の液化ガスの液相中に戻す制御状態2の間で状態のいずれか一方を選択して行われる、ことを特徴とする燃料ガス供給方法。 A fuel gas supply method for supplying fuel gas to an engine,
Pressurizing and sending the boil-off gas vaporized from the liquefied gas in order to supply the boil-off gas vaporized from a tank storing the liquefied gas as a fuel gas to the engine;
Liquefying a portion of the pressurized boil-off gas and collecting it in the tank,
The step of collecting in the tank includes a control state 1 in which the liquefied gas generated by liquefying the boil-off gas is separated from the boil-off gas that has not been liquefied and collected in the tank, and the liquefied gas obtained by liquefying the boil-off gas, The fuel is characterized in that it is performed by selecting one of the states between the control states 2 in which the gas-liquid mixed fluid containing the boil-off gas that has not been liquefied is returned to the liquid phase of the liquefied gas in the tank. Gas supply method.
前記組成比率の判定結果に基づいて、前記制御状態1から前記制御状態2に切り替える、請求項11〜13のいずれか1項に記載の燃料ガス供給方法。 Furthermore, the step of determining the presence or absence of a change in the composition ratio of the boil-off gas to be pressurized,
The fuel gas supply method according to any one of claims 11 to 13, wherein the control state 1 is switched to the control state 2 based on the determination result of the composition ratio.
前記判定するステップでは、前記制御状態1における前記調整バルブの開度の情報に基づいてボイルオフガスの組成比率の変化を判定する、請求項14に記載の燃料ガス供給方法。 The pressurizing mechanism that pressurizes the boil-off gas is a bypass pipe that bypasses and connects the pressurizer that pressurizes the boil-off gas and a pipe through which the boil-off gas before and after pressurization by the pressurizer flows. And an adjustment valve that controls the amount of boil-off gas flowing through the bypass pipe so that the pressure of the boil-off gas after being pressurized by the pressurizer is within a predetermined range,
The fuel gas supply method according to claim 14, wherein in the determining step, a change in the composition ratio of the boil-off gas is determined based on information on an opening degree of the adjustment valve in the control state 1.
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