JP6516430B2 - Boil-off gas reliquefaction plant - Google Patents
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Description
本発明は、液化天然ガスを貯留する貯留タンクと、当該貯留タンクから排出されるボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮部と、当該ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスの一部を燃料とする高圧噴射型エンジンと、前記ボイルオフガス圧縮機にて圧縮されたボイルオフガスの他部を抽気し再液化して前記貯留タンクへ戻す抽気流路と、前記抽気流路を通流するボイルオフガスと熱交換して当該ボイルオフガスを冷却する冷媒を循環する冷凍サイクル回路とを水上構造物上に備えるボイルオフガスの再液化設備に関する。 The present invention includes a reservoir tank for storing the liquefied natural gas, the boil-off gas compressor unit for compressing the boil-off gas discharged from the storage tank, the fuel part of the boil-off gas compressed in the BOG compressor unit A high pressure injection type engine, a bleed passage for bleeding and reliquefying the other part of the boil off gas compressed by the boil off gas compressor, and returning it to the storage tank; boil off gas flowing through the bleed passage; The present invention relates to a boil-off gas reliquefaction facility provided with a refrigeration cycle circuit that circulates a refrigerant that exchanges heat and cools the boil-off gas on a floating structure.
LNG(Liquefied Natural Gas)を搬送する場合、当該LNGを貯留する貯留タンクを備えたLNG船舶にて搬送されることがある。貯留タンクは断熱処理がされているものの、外部の熱により貯留するLNGが徐々に気化してボイルオフガスが発生する。発生したボイルオフガスは、貯留タンクの内部の圧力を上昇させるため、貯留タンクから取り出され、船舶の推進用主機関としての中速で回転するディーゼルエンジンの燃料として供給される。
近年、当該船舶の推進用主機関として、燃料が比較的高い圧力で供給される高圧噴射型エンジン(船舶用電子制御式ガスインジェクションディーゼルエンジン)が開発されている。当該高圧噴射型エンジンは、燃料を高圧で噴射する高圧噴射型エンジンであるため、当該高圧噴射型エンジンへボイルオフガスを燃料として供給する場合、ボイルオフガスを30MPaG程度まで昇圧した後に供給する必要がある。
When conveying LNG (Liquefied Natural Gas), it may be conveyed by the LNG ship equipped with the storage tank which stores the said LNG. Although the storage tank is adiabatically treated, external heat gradually vaporizes the stored LNG to generate boil-off gas. The generated boil-off gas is taken out from the storage tank to raise the pressure inside the storage tank, and is supplied as fuel for a medium-speed rotating diesel engine as a main engine for propulsion of the ship.
In recent years, a high pressure injection type engine (electronically controlled gas injection diesel engine for ships), in which fuel is supplied at a relatively high pressure, has been developed as a main engine for propulsion of the ship. The high-pressure injection engine is a high-pressure injection engine that injects fuel at high pressure. Therefore, when supplying boil-off gas as fuel to the high-pressure injection engine, the boil-off gas needs to be pressurized to about 30 MPaG and then supplied. .
上述した高圧噴射型エンジンは高効率であるため、従来型のエンジンと同程度の推進力を発揮する場合、燃料として必要とするボイルオフガスの量が低減し、余剰のボイルオフガスが増加するため、それらを処理する必要がある。ここで、貯留タンクから排出されるボイルオフガスを30MPaG程度の高圧に圧縮して高圧噴射型エンジン等の高圧噴射型エンジンへ供給する船舶上のBOG再液化設備としては、LNGを貯留する貯留タンクと、当該貯留タンクから排出されるボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮部と、当該ボイルオフガス圧縮部にて高圧噴射型エンジンへのエンジン供給圧力まで昇圧したボイルオフガスが圧送される高圧噴射型エンジンと、エンジン供給圧力まで昇圧したボイルオフガスの一部を分岐する分岐流路と、当該分岐流路を通流するボイルオフガスと貯留タンクからボイルオフガス圧縮部までを通流するボイルオフガスとを熱交換する熱交換器と、分岐流路で当該熱交換器を通過したあとのボイルオフガスを減圧する減圧弁と、当該減圧弁にて減圧されたボイルオフガスの気液分離を行う気液分離器とを備えたものが知られている(特許文献1を参照)。
当該船舶上のBOG再液化設備では、ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスが、熱交換器にて貯留タンクから排出された後のボイルオフガスと熱交換する形態で冷却され、減圧された後、気液分離器にて液化され貯留タンクへ戻される。尚、気液分離器では、一部が液化されることなく気体のフラッシュ流として排出され、当該フラッシュ流は、再度、貯留タンクと熱交換器との間を通流するボイルオフガスに混合される。
The high-pressure injection type engine described above has high efficiency, and therefore, when the same level of propulsion as a conventional engine is exhibited, the amount of boil-off gas required as fuel is reduced and surplus boil-off gas is increased. You need to handle them. Here, a BOG reliquefaction facility on a ship that compresses boil-off gas discharged from a storage tank to a high pressure of about 30 MPaG and supplies it to a high pressure injection type engine such as a high pressure injection type engine includes a storage tank storing LNG. A boil-off gas compression unit for compressing boil-off gas discharged from the storage tank, and a high pressure injection engine for pumping the boil-off gas pressurized to the engine supply pressure to the high pressure injection engine by the boil off gas compression unit; A branch flow path for branching a part of the boil off gas boosted to the engine supply pressure, and heat for heat exchange between the boil off gas flowing through the branch flow path and the boil off gas flowing from the storage tank to the boil off gas compression section An exchanger, and a pressure reducing valve for reducing the pressure of boil-off gas after passing through the heat exchanger in the branch flow path, That a gas-liquid separator for gas-liquid separation of BOG is decompressed by pressure reducing valve has been known (see Patent Document 1).
In the BOG reliquefaction facility on the ship, the boil-off gas compressed in the boil-off gas compression section is cooled and decompressed in such a way as to exchange heat with the boil-off gas after being discharged from the storage tank in the heat exchanger. After that, it is liquefied in the gas-liquid separator and returned to the storage tank. In the gas-liquid separator, a part of the gas is discharged without being liquefied as a flash flow of gas, and the flash flow is again mixed with the boil-off gas flowing between the storage tank and the heat exchanger .
一方、余剰のボイルオフガスを処理する再液化設備として、現状の従来技術を考える場合、図5に示すような再液化設備が考えられる。当該再液化設備では、窒素等から成る非凝縮性の冷媒N2(例えば、窒素)を循環する冷凍サイクル回路Cが設けられており、当該冷凍サイクル回路Cは、冷媒N2を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサCPと、当該冷媒圧縮コンプレッサCPで圧縮され昇温した冷媒N2を冷却するクーラーEXと、当該クーラーEXにて降温した後の冷媒を膨張する膨張タービンEPと、膨張タービンEPにて膨張した後の冷媒N2の冷熱を被冷却媒体としてのボイルオフガスBOGへ供給する第1熱交換器EX1とが設けられている。
因みに、図5に示す冷凍サイクル回路Cにあっては、クーラーEXにて降温された後の冷媒と、凝縮器としての第1熱交換器EX1を通過した後で冷熱を保有している冷媒N2とを熱交換する第2熱交換器EX2が設けられている。
余剰のボイルオフガスBOGは、冷凍サイクル回路Cの第1熱交換器EX1にて冷媒N2と熱交換する形態で冷却されて液化され、減圧弁Vにて減圧された後、気液分離器30へ導かれることとなる。
On the other hand, when considering the existing prior art as a reliquefaction facility that processes excess boil-off gas, a reliquefaction facility as shown in FIG. 5 can be considered. The reliquefaction facility includes a refrigeration cycle circuit C that circulates a noncondensable refrigerant N2 (for example, nitrogen) made of nitrogen or the like, and the refrigeration cycle circuit C includes a refrigerant compression compressor CP that compresses the refrigerant N2. A cooler EX for cooling the refrigerant N2 compressed and heated by the refrigerant compression compressor CP, an expansion turbine EP for expanding the refrigerant after temperature reduction by the cooler EX, and a refrigerant after expansion in the expansion turbine EP A first heat exchanger EX1 for supplying cold heat of N2 to a boil-off gas BOG as a medium to be cooled is provided.
Incidentally, in the refrigeration cycle circuit C shown in FIG. 5, the refrigerant N2 having cold energy after passing through the refrigerant after being cooled by the cooler EX and the first heat exchanger EX1 as a condenser And a second heat exchanger EX2 that exchanges heat with each other.
The excess boil-off gas BOG is cooled and liquefied in the form of heat exchange with the refrigerant N2 in the first heat exchanger EX1 of the refrigeration cycle circuit C, and the pressure is reduced by the pressure reducing valve V. It will be led.
また、余剰のボイルオフガスを処理する再液化設備の他の例として、特許文献2に記載の如く、LNGを貯留する貯留タンクと、当該貯留タンクからの排出直後のボイルオフガスを被冷却媒体と熱交換する第1熱交換器と、第1熱交換器を通過した後のボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮部(クーラー含む)と、当該ボイルオフガス圧縮部にて圧縮された後のボイルオフガスを冷却媒体と熱交換する形態で冷却して液化する第2熱交換器とを備えたものが知られている。
当該特許文献2に開示の技術にあっては、窒素等からなる非凝縮性の冷媒を循環する冷凍サイクル回路Cとして、冷媒N2を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサと、当該冷媒圧縮コンプレッサで圧縮され昇温した冷媒を冷却するクーラーと、当該クーラーにて冷却された冷媒を被冷却媒体として第1熱交換器へ通流させた後、冷却媒体として第2熱交換器へ通流させる第1冷媒流路と、当該第1冷媒流路を通流した後の冷媒を膨張させ降温させる膨張タービンと、当該膨張タービンにて降温した後の冷媒を冷却媒体として第2熱交換器へ通流させ前記冷媒圧縮コンプレッサへ戻す第2冷媒流路とを備えたものが知られている。
尚、当該冷凍サイクル回路Cにあっては、第2熱交換器での熱交換効率を向上させる目的で、第1冷媒流路を通流する冷媒のうち一部を第1熱交換器をバイパスさせ第2熱交換器の一部へ通流させた後に、第1冷媒流路で第1熱交換器の下流側で第2熱交換器の上流側を通流する冷媒に合流させるバイパス流路が設けられている。
即ち、当該特許文献2に開示の技術にあっては、特に、第2熱交換器において、ボイルオフガスと第1熱交換器を通過した冷媒と第1熱交換器をバイパスした冷媒の3つの流体が熱交換する構成を採用することにより、冷媒のバイパス量を調整することで交換熱量に対する冷媒の温度変化率を調整し、熱交換効率の向上を図っている。
As another example of a reliquefaction facility that processes excess boil off gas, as described in Patent Document 2, a storage tank storing LNG, boil off gas immediately after discharge from the storage tank, a medium to be cooled, and heat are disclosed. A first heat exchanger to be replaced, a boil-off gas compressor (including a cooler) for compressing boil-off gas after passing through the first heat exchanger, and boil-off gas after being compressed in the boil-off gas compressor It is known to have a second heat exchanger which cools and liquefies in the form of heat exchange with the medium.
In the technology disclosed in Patent Document 2, as a refrigeration cycle circuit C that circulates a non-condensable refrigerant made of nitrogen or the like, a refrigerant compression compressor that compresses the refrigerant N2, and compression by the refrigerant compression compressor and temperature increase And a first refrigerant flow path for passing the refrigerant cooled by the cooler as a cooling medium to the first heat exchanger as a cooling medium and then passing the cooling medium to the second heat exchanger And an expansion turbine for expanding and lowering the temperature of the refrigerant after flowing through the first refrigerant flow path, and a refrigerant after lowering the temperature by the expansion turbine is caused to flow through the second heat exchanger as a cooling medium. It is known to have a second refrigerant flow path back to the compressor.
In the refrigeration cycle circuit C, for the purpose of improving the heat exchange efficiency in the second heat exchanger, part of the refrigerant flowing through the first refrigerant flow path is bypassed to the first heat exchanger. And a bypass flow path for joining the refrigerant flowing through the upstream side of the second heat exchanger on the downstream side of the first heat exchanger in the first refrigerant flow path after flowing through a part of the second heat exchanger Is provided.
That is, in the technology disclosed in Patent Document 2, particularly, in the second heat exchanger, three fluids of the boil-off gas, the refrigerant that has passed through the first heat exchanger, and the refrigerant that bypasses the first heat exchanger By adopting a heat exchange configuration, the temperature change rate of the refrigerant with respect to the amount of heat exchange is adjusted by adjusting the bypass amount of the refrigerant, and the heat exchange efficiency is improved.
しかしながら、上記特許文献1に開示の技術に示される船舶上のBOG再液化設備では、ボイルオフガス圧縮部を出た後のボイルオフガスを冷却する冷熱源が、貯留タンクから排出された直後のボイルオフガスの冷熱(自己冷熱)のみであるので、ボイルオフガス圧縮部を出た後のボイルオフガスの過冷却が不十分となり、減圧弁にて減圧された後に発生するフラッシュ流の流量が多くなる。当該多量のフラッシュ流は、貯留タンクを出た後のボイルオフガスに混合されるため、当該フラッシュ流量が多くなるほど、ボイルオフガス圧縮部のボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力が増加し、効率悪化を招く。
尚、当該フラッシュ流は、貯留タンクを出た後のボイルオフガスに混合せず、外部に排出する構成を採用する場合には、利用価値の高いメタンを多量に捨てることになるので経済性が悪化する。
一方、余剰のボイルオフガスを処理するべく、図5に示すような単純な再液化設備を採用する場合、冷凍サイクル回路Cの第1熱交換器EX1において、授熱側のボイルオフガスBOGと受熱側の冷媒N2とに関する温度と熱交換量との関係を示すTQ線図は、図6に示されるようになる。
ここで、当該図6において、ボイルオフガスはほぼメタン単体から成るガスであることから、授熱側のボイルオフガスBOGは温度が下がって凝縮し始める点で温度変化が不連続となる。そして気液混合状態になると等温変化をする。
一方で、受熱側の冷媒として一般的に用いられる非凝縮性の窒素N2を用いる場合、当該冷媒N2が状態変化をしない関係で、そのTQ線は、図6に示すように略直線状になる。その結果、ボイルオフガスBOGが凝縮し始める点でボイルオフガスBOGと冷媒N2との温度差が最接近する(この点(図6でP1で示す点)をピンチポイントという)。このピンチポイントのために、冷媒N2の熱交換量に対する温度変化の割合(図6における傾きγ)はボイルオフガスBOGの温度変化に合わせて小さくなる(つまり冷媒N2の流量を増やす必要がある)。そのため、冷凍サイクル回路Cの冷媒圧縮コンプレッサCPの圧縮動力が増加し、効率悪化を招くことになる。
また、授熱側のボイルオフガスBOGの温度と受熱側の冷媒N2の温度との差(図6で、ΔT2やΔT3)が大きくなっており、これは、当該第1熱交換器EX1における熱交換効率が悪いことを示している。
However, in the BOG reliquefaction facility on a ship shown in the technique disclosed in Patent Document 1, a cold heat source for cooling the boil off gas after leaving the boil off gas compression section is immediately after being discharged from the storage tank. Since only cold heat (self-cool heat) is present, subcooling of the boil-off gas after leaving the boil-off gas compression section becomes insufficient, and the flow rate of the flush flow generated after pressure reduction by the pressure reducing valve increases. The large amount of flush flow is mixed with the boil-off gas after leaving the storage tank, so the compression power of the boil-off gas compression compressor of the boil-off gas compression section increases as the flush flow rate increases, resulting in the efficiency deterioration.
In the case where the flush flow is not mixed with the boil-off gas after leaving the storage tank and discharged to the outside, a large amount of methane having high utility value is discarded, which is economically disadvantageous. Do.
On the other hand, in the case of adopting a simple reliquefaction facility as shown in FIG. 5 in order to process excess boil off gas, the boil off gas BOG on the heat receiving side and the heat receiving side in the first heat exchanger EX1 of the refrigeration cycle circuit C. The TQ diagram showing the relationship between the temperature and the amount of heat exchange with respect to the refrigerant N2 of is as shown in FIG.
Here, in FIG. 6, since the boil-off gas is a gas consisting essentially of methane alone, the temperature change is discontinuous at the point where the temperature of the boil-off gas BOG on the heat receiving side is lowered and it begins to condense. And when it becomes a gas-liquid mixed state, it changes isothermally.
On the other hand, when using non-condensable nitrogen N2 generally used as the refrigerant on the heat receiving side, the TQ line becomes substantially linear as shown in FIG. 6 because the refrigerant N2 does not change its state . As a result, the temperature difference between the boil-off gas BOG and the refrigerant N2 comes closest to each other at the point where the boil-off gas BOG starts to condense (this point (point indicated by P1 in FIG. 6) is referred to as a pinch point). Because of this pinch point, the rate of temperature change with respect to the heat exchange amount of the refrigerant N2 (slope γ in FIG. 6) decreases with the temperature change of the boil-off gas BOG (that is, the flow rate of the refrigerant N2 needs to be increased). Therefore, the compression power of the refrigerant compression compressor CP of the refrigeration cycle circuit C is increased, which causes the efficiency deterioration.
In addition, the difference between the temperature of the heat-receiving boil-off gas BOG and the temperature of the heat-receiving refrigerant N2 (in FIG. 6, ΔT2 and ΔT3) is large. This is due to the heat exchange in the first heat exchanger EX1. It shows that the efficiency is bad.
更に、特許文献2に開示の技術にあっては、第2熱交換器において、ボイルオフガスと、第1熱交換器を通過した冷媒と第1熱交換器をバイパスした冷媒の流体が熱交換する構成を採用しているものの、当該構成にあっては、ボイルオフガスの熱交換量に対する温度変化率に、冷媒の熱交換量に対する温度変化率へ十分に追従させることができない虞があった。
また、当該特許文献2に開示の構成にあっては、単位ボイルオフガスあたりの『冷凍サイクル回路での圧縮動力>ボイルオフガス圧縮部の圧縮動力』の関係が成り立つが、第1熱交換器において、効率の悪い冷凍サイクル回路へボイルオフガスの冷熱が供給されているため、システム全体の効率の悪化を招いていた。
更に、冷凍サイクル回路は、第2熱交換器へ温度の異なる3つの流体を導くため、バイパス流路等を設ける複雑な回路構成をしているため、システム全体として構成が複雑となっていた。このような複雑な構成にあっては、第2熱交換器での熱交換効率を向上させるためには、バイパス流量等を適切に制御する必要があり、冷媒の流量制御も複雑になるという問題がった。
Furthermore, in the technology disclosed in Patent Document 2, in the second heat exchanger, the boil-off gas, the refrigerant passing through the first heat exchanger, and the refrigerant fluid bypassing the first heat exchanger perform heat exchange. Although the configuration is adopted, there is a possibility that the temperature change rate with respect to the heat exchange amount of the boil-off gas can not sufficiently follow the temperature change rate with respect to the heat exchange amount of the refrigerant.
Further, in the configuration disclosed in Patent Document 2, the relationship “compression power in the refrigeration cycle circuit> compression power of the boil-off gas compression unit” per unit boil-off gas holds, but in the first heat exchanger, Since the cold heat of the boil-off gas is supplied to the inefficient refrigeration cycle circuit, the efficiency of the entire system is deteriorated.
Furthermore, since the refrigeration cycle circuit has a complicated circuit configuration in which a bypass flow path and the like are provided in order to introduce three fluids having different temperatures to the second heat exchanger, the configuration as a whole system is complicated. In such a complicated configuration, in order to improve the heat exchange efficiency in the second heat exchanger, it is necessary to appropriately control the bypass flow rate and the like, and the flow rate control of the refrigerant also becomes complicated. I was complaining.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成の複雑化を避けながらも、フラッシュ流の流量を低減して効率向上を図りつつ、熱交換器での熱交換効率を向上、更には、冷凍サイクル回路の圧縮動力低減による効率向上を実現し得るボイルオフガスの再液化設備を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to reduce the flow rate of the flash flow while improving the efficiency while avoiding the complication of the configuration, and the heat exchange in the heat exchanger An object of the present invention is to provide a boil-off gas reliquefaction facility capable of improving efficiency and further improving efficiency by reducing compression power of a refrigeration cycle circuit.
上記目的を達成するための本発明のボイルオフガスの再液化設備は、液化天然ガスを貯留する貯留タンクと、当該貯留タンクから排出されるボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮部と、当該ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスの一部を燃料とする高圧噴射型エンジンと、前記ボイルオフガス圧縮部にて圧縮されたボイルオフガスの他部を抽気し再液化して前記貯留タンクへ戻す抽気流路と、前記抽気流路を通流するボイルオフガスと熱交換して当該ボイルオフガスを冷却する冷媒を循環する冷凍サイクル回路とを水上構造物上に備えるボイルオフガスの再液化設備であって、その特徴構成は、
前記抽気流路が、前記ボイルオフガス圧縮部にて前記高圧噴射型エンジンのエンジン供給圧力まで昇圧される前のボイルオフガスを抽気するものであり、
前記抽気流路を通流するボイルオフガスを前記貯留タンクから前記ボイルオフガス圧縮部までを通流するボイルオフガスと熱交換する形態で冷却する第1熱交換器と、
前記抽気流路で前記第1熱交換器を通過したボイルオフガスを前記冷凍サイクル回路を通流する冷媒にて冷却する第2熱交換器と、
前記抽気流路へ抽気するボイルオフガスの抽気圧力を、前記エンジン供給圧力未満で、且つ、前記ボイルオフガスの臨界圧力以上に設定する圧力設定手段とを備える点にある。
In order to achieve the above object, the apparatus for reliquefying boil-off gas according to the present invention comprises a storage tank for storing liquefied natural gas, a boil-off gas compression unit for compressing boil-off gas discharged from the storage tank, and the boil-off gas compression. a high-pressure injection type engine to fuel a portion of the compressed boil-off gas at parts, bleed flow back to the storage tank and the extraction and re-liquefying the other portion of the boil-off gas compressed in the BOG compressor unit A re-liquefaction facility for a boil-off gas comprising a passage and a refrigeration cycle that circulates a refrigerant that exchanges heat with the boil-off gas flowing through the bleed passage and cools the boil-off gas, comprising: Feature configuration is
The bleed flow passage is for bleeding the boil-off gas before being boosted up to the engine supply pressure of the high-pressure injection engine by the boil-off gas compression unit.
A first heat exchanger configured to cool the boil-off gas flowing through the bleed passage in heat exchange with the boil-off gas flowing from the storage tank to the boil-off gas compression unit;
A second heat exchanger that cools the boil-off gas that has passed through the first heat exchanger in the bleed flow passage with a refrigerant flowing through the refrigeration cycle circuit;
And pressure setting means for setting the extraction pressure of the boil-off gas to be extracted into the extraction flow passage to be less than the engine supply pressure and equal to or higher than the critical pressure of the boil-off gas .
上記特徴構成によれば、ボイルオフガス圧縮部からボイルオフガスを抽気する抽気流路が、ボイルオフガス圧縮部にて高圧噴射型エンジンのエンジン供給圧力まで昇圧する前のボイルオフガスを抽気するものであるから、抽気圧力をエンジン供給圧力未満の低い圧力とすることができ、例えば、当該ボイルオフガスを液化した後、減圧して気液分離する際に発生するフラッシュ流の流量を、低減できる。
そして、抽気流路を通流するボイルオフガス(以下、昇圧後のボイルオフガスと略称することがある)は、第1熱交換器にて、貯留タンクからボイルオフガス圧縮部までを通流するボイルオフガス(以下、昇圧前のボイルオフガスと略称することがある)と熱交換する形態で、昇圧前のボイルオフガスの自己冷熱により冷却された後に、第2熱交換器にて、冷凍サイクル回路を通流する冷媒と熱交換する形態で、冷却される。
特に、本発明にあっては、圧力設定手段が、抽気圧力を、エンジン供給圧力未満に設定するから、上述した様に、例えば、昇圧後のボイルオフガスを第1熱交換器及び第2熱交換器で冷却した後、減圧して気液分離する際に発生するフラッシュ流の流量を低減できる。
更に、ここで、ボイルオフガスを液化する過程で消費される動力としては、ボイルオフガス圧縮部での圧縮動力(具体的には、ボイルオフガス圧縮部にてボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力)と、冷凍サイクル回路での圧縮動力(具体的には、冷凍サイクル回路にて冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力)とがあるが、第2熱交換器での熱交換損失等をも考慮すると、抽気圧力が本発明にて設定される抽気圧力よりも十分に小さい場合には、単位ボイルオフガスあたりにおいて、『冷凍サイクル回路での圧縮動力>ボイルオフガス圧縮部の圧縮動力』の関係が成り立つ。
ここで、本発明にあっては、圧力設定手段が、抽気圧力を、抽気流路を通流するボイルオフガスが第1熱交換器にて液化可能な液化圧力以上に設定するから、第1熱交換器では、昇圧後の抽気流路を通流するボイルオフガスの全量液化を行うことができ、第2熱交換器には、全量液化されたボイルオフガスの過冷却のみを担わせている。これにより、第2熱交換器では、液化されたボイルオフガスの過冷却のみを実行できれば良いから、冷凍サイクル回路での圧縮動力(具体的には、冷凍サイクル回路での冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力)を低減することができ、設備全体としての効率向上を図ることができる。
更に、冷凍サイクル回路での圧縮動力を低減することができるから、液化効率を向上できるのみならず、容量の小さい冷媒圧縮コンプレッサを用いることができ、設備全体のコンパクト化を図ることができる。
以上より、構成の複雑化を避けながらも、フラッシュ流の流量を低減して効率向上を図りつつ、冷凍サイクル回路の圧縮動力低減による効率向上を実現し得るボイルオフガスの再液化設備を実現できる。
According to the above feature configuration, the extraction flow path for extracting the boil-off gas from the boil-off gas compression section is for extracting the boil-off gas before the pressure is raised to the engine supply pressure of the high pressure injection type engine in the boil off gas compression section. The extraction pressure can be a pressure lower than the engine supply pressure, and, for example, after liquefying the boil-off gas, it is possible to reduce the flow rate of the flush flow generated when decompressing and gas-liquid separation.
Then, the boil-off gas (hereinafter sometimes abbreviated as boil-off gas after pressure rising) flowing through the extraction flow passage flows through the storage tank to the boil-off gas compression section in the first heat exchanger. (Hereafter, it may be abbreviated as boil-off gas before boosting.) After being cooled by the self-cooling of the boil-off gas before boosting, it flows through the refrigeration cycle circuit in the second heat exchanger. The refrigerant is cooled in the form of heat exchange with the refrigerant.
In particular, in the present invention, since the pressure setting means sets the bleed pressure to less than the engine supply pressure, as described above, for example, the first heat exchanger and the second heat exchange of the boil-off gas after pressure increase It is possible to reduce the flow rate of the flush flow which is generated at the time of pressure reduction and gas-liquid separation after cooling by the vessel.
Furthermore, the power consumed in the process of liquefying the boil off gas is the compression power in the boil off gas compression section (specifically, the compression of the boil off gas compression compressor that compresses the boil off gas in the boil off gas compression section) Power) and compression power in the refrigeration cycle circuit (specifically, compression power of the refrigerant compression compressor that compresses the refrigerant in the refrigeration cycle circuit), but the heat exchange loss and the like in the second heat exchanger Also in consideration of the above, when the extraction pressure is sufficiently smaller than the extraction pressure set in the present invention, the relationship of “compression power in refrigeration cycle circuit> compression power of boil-off gas compression section” per unit boil-off gas Is true.
Here, in the present invention, the pressure setting means sets the extraction pressure to a pressure higher than the pressure at which the boil-off gas flowing through the extraction flow path can be liquefied by the first heat exchanger. The exchanger can liquefy all of the boil-off gas flowing through the bleed flow path after pressure increase, and the second heat exchanger is only responsible for supercooling the boil-off gas that has been totally liquefied. Thereby, in the second heat exchanger, it is only necessary to execute the supercooling of the liquefied boil-off gas, so the compression power in the refrigeration cycle circuit (specifically, a refrigerant compression compressor that compresses the refrigerant in the refrigeration cycle circuit) Can be reduced, and the efficiency of the entire facility can be improved.
Furthermore, since the compression power in the refrigeration cycle circuit can be reduced, not only the liquefaction efficiency can be improved, but also a refrigerant compression compressor with a small capacity can be used, and downsizing of the entire equipment can be achieved.
From the above, it is possible to realize a boil-off gas reliquefaction facility which can realize the efficiency improvement by reducing the compression power of the refrigeration cycle circuit while reducing the flow rate of the flash flow and aiming to improve the efficiency while avoiding complication of the configuration.
上記特徴構成によれば、圧力設定手段が、抽気圧力を設定する際に、抽気圧力の下限圧力をボイルオフガスの臨界圧力以上に設定するから、抽気流路で第1熱交換器を通過するボイルオフガスのTQ線図において、抽気流路で第1熱交換器を通過するボイルオフガスの示すTQ線のうち、液体と気体との気液混合状態である湿り飽和蒸気が示す等温線の幅Aを小さくするように(あるいはなくすように)、抽気圧力を設定できる。According to the above configuration, the pressure setting unit sets the lower limit pressure of the extraction pressure to the critical pressure or more of the boil-off gas when setting the extraction pressure, so the boil-off that passes through the first heat exchanger in the extraction flow path In the TQ diagram of the gas, the width A of the isothermal line indicated by the wet saturated vapor, which is a gas-liquid mixed state of liquid and gas, among the TQ lines indicated by the boil-off gas passing through the first heat exchanger in the extraction flow passage. The bleed pressure can be set to reduce (or eliminate).
これにより、抽気流路で第1熱交換器を通過するボイルオフガスの示すTQ線は、例えば、図6で太実線で示されるような線図から、図3で太実線で示されるような線図となる。結果、冷媒N2の流量を減らすことができ(TQ線図における冷媒N2の傾きを大きくでき)、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力を小さくすることができる。また、熱交換量の全域において、授熱側のTQ線と受熱側のTQ線との温度差を小さくすることができ、熱交換効率を向上できる。Thus, the TQ line indicated by the boil-off gas passing through the first heat exchanger in the extraction flow path is, for example, a line indicated by a thick solid line in FIG. 3 from a diagram as indicated by a thick solid line in FIG. It becomes a figure. As a result, the flow rate of the refrigerant N2 can be reduced (the inclination of the refrigerant N2 in the TQ chart can be increased), and the compression power of the refrigerant compression compressor can be reduced. Further, the temperature difference between the heat-receiving TQ line and the heat-receiving TQ line can be reduced over the entire heat exchange amount, and the heat exchange efficiency can be improved.
本発明の再液化設備の更なる特徴構成は、
前記抽気流路で前記第2熱交換器を通過したボイルオフガスを減圧する減圧弁と、当該減圧弁にて減圧されたボイルオフガスを気液分離する気液分離器を備え、
前記圧力設定手段は、前記抽気圧力の上限圧力を、前記気液分離器から気体として排出されるフラッシュ流の流量が抑制されるフラッシュ流抑制圧力未満に設定する点にある。
Further features of the reliquefaction plant of the present invention are:
The pressure reducing valve for reducing the pressure of the boil-off gas that has passed through the second heat exchanger in the bleed flow path, and a gas-liquid separator for separating the boil-off gas reduced by the pressure reducing valve.
The pressure setting means sets the upper limit pressure of the bleed pressure to less than the flush flow suppression pressure at which the flow rate of the flush flow discharged as gas from the gas-liquid separator is suppressed.
上記特徴構成によれば、圧力設定手段は、抽気圧力を、気液分離器から気体として排出されるフラッシュ流の流量を抑制可能なフラッシュ流抑制圧力未満に設定するから、気液分離器から発生するフラッシュ流量を良好に抑制できる。 According to the above feature configuration, the pressure setting means sets the extraction pressure to less than the flush flow suppression pressure that can suppress the flow rate of the flush flow discharged as gas from the gas-liquid separator. Can be well suppressed.
本発明の再液化設備の更なる特徴構成は、
前記ボイルオフガス圧縮部は、ボイルオフガスを圧縮するボイルオフガス圧縮コンプレッサを複数備え、
前記冷凍サイクル回路は、冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサを備え、
前記圧力設定手段は、抽気されるボイルオフガスが再液化される過程において、複数の前記ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力と、前記抽気流路で前記第2熱交換器を通過するボイルオフガスを過冷却する時の前記冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力との合計動力が小さくなるように、前記抽気圧力を設定する点にある。
Further features of the reliquefaction plant of the present invention are:
The boil off gas compression unit includes a plurality of boil off gas compression compressors that compress boil off gas,
The refrigeration cycle circuit includes a refrigerant compression compressor that compresses a refrigerant.
The pressure setting means includes, in the process of reliquefying the boil-off gas to be extracted, compression power related to the extraction pressure of the boil-off gas to be extracted among the compression powers of the plurality of boil-off gas compression compressors; The bleed pressure is set so that the total power with the compression power of the refrigerant compression compressor when supercooling the boil-off gas passing through the second heat exchanger is reduced.
抽気されるボイルオフガスが再液化される過程において、ボイルオフガスの抽気圧力を徐々に昇圧させると、図4に示すように、ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力(図4で、▲の凡例で示される動力)は徐々に大きくなる。
これに対し、本発明の構成にあっては、抽気されるボイルオフガスを再液化する場合、抽気圧力が所定の圧力までは、ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力が大きくなるほど、第1熱交換器での熱交換効率が向上し、第1熱交換器での熱交換量が大きくなる。これにより、第2熱交換器の熱交換量を小さくできる(図2参照)ので、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力(図4で、■の凡例で示される動力)を小さくすることができる。
一方、抽気圧力が所定の圧力を超えると、ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力を大きくしても、第2熱交換器での熱交換量を小さくすることができない(図3参照)。
当該理由につき説明を加えると、貯留タンクから排出された昇圧前のボイルオフガスが、第1熱交換器への流入直前には、配管入熱等により、−120℃程度に昇温しており、当該−120℃程度のボイルオフガスでは、昇圧後のボイルオフガスを、せいぜい−110℃程度にまでしか冷却できない。このため、抽気圧力を高め、第1熱交換器での熱交換効率を高めたとしても、第1熱交換器では昇圧後のボイルオフガスを−110℃までしか冷却できない。言い換えると、ある抽気圧力以上では、第2熱交換器で必要な熱交換量は、昇圧後のボイルオフガスを−110℃から−160℃程度へ冷却する熱量となり、第2熱交換器での熱交換量は、ほとんど変化しないから、抽気圧力が所定の圧力を超えて、ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力を大きくしたとしても、第2熱交換器での熱交換量を小さくすることができないのである。
また、抽気圧力が所定の圧力を超えると、ボイルオフガスを気液分離する際のフラッシュ流の流量が大きくなるから、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力は大きくなる。
以上の関係から、ボイルオフガスを再液化する過程において、複数のボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力と、冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力との合計動力は、図4に示されるように、所定の抽気圧力幅(図4で、ΔPで示される幅)の間において、最小となる。
上記特徴構成によれば、当該合計動力が小さくなるように、抽気圧力を設定することで、ボイルオフガスの再液化を適切に実行しながらも、フラッシュ流の発生を抑制しつつ、設備全体の効率を向上することができる。
In the process of re-liquefying the boil-off gas to be extracted, when the extraction pressure of the boil-off gas is gradually increased, as shown in FIG. 4, the extraction pressure of the boil-off gas to be extracted out of the compression power of the boil-off gas compression compressor The associated compression power (power indicated by the legend of ▲ in FIG. 4) gradually increases.
On the other hand, in the configuration of the present invention, when the boil-off gas to be extracted is reliquefied, the first heat exchanger can be used to increase the compression power of the boil-off gas compression compressor until the extraction pressure reaches a predetermined pressure. Heat exchange efficiency is improved, and the amount of heat exchange in the first heat exchanger is increased. As a result, the amount of heat exchange of the second heat exchanger can be reduced (see FIG. 2), and hence the compression power of the refrigerant compression compressor (power shown by the legend of in FIG. 4) can be reduced.
On the other hand, if the extraction pressure exceeds a predetermined pressure, the amount of heat exchange in the second heat exchanger can not be reduced even if the compression power of the boil-off gas compression compressor is increased (see FIG. 3).
Adding the explanation for the reason, the pre-pressurized boil-off gas discharged from the storage tank is heated to about -120 ° C by the heat input of the pipe, etc. just before it flows into the first heat exchanger, With the boil-off gas of about -120 ° C, the boil-off gas after pressure increase can be cooled only to about -110 ° C at most. For this reason, even if the bleed pressure is increased and the heat exchange efficiency in the first heat exchanger is increased, the first heat exchanger can cool the boil-off gas after pressure increase only to -110 ° C. In other words, above a certain extraction pressure, the amount of heat exchange required in the second heat exchanger is the amount of heat that cools the boil-off gas after pressure increase to about -110 ° C to -160 ° C, and the heat in the second heat exchanger Since the amount of exchange hardly changes, the amount of heat exchange in the second heat exchanger can not be reduced even if the extraction pressure exceeds a predetermined pressure and the compression power of the boil-off gas compression compressor is increased. .
Further, when the extraction pressure exceeds a predetermined pressure, the flow rate of the flush flow at the time of gas-liquid separation of the boil-off gas becomes large, so the compression power of the refrigerant compression compressor becomes large.
From the above relationship, in the process of reliquefying the boil-off gas, the total power of the compression power related to the extraction pressure of the boil-off gas extracted among the compression power of the plurality of boil-off gas compression compressors and the compression power of the refrigerant compression compressor Is a minimum during a predetermined bleed pressure width (width indicated by .DELTA.P in FIG. 4), as shown in FIG.
According to the above feature configuration, by setting the extraction pressure so as to reduce the total power, the efficiency of the entire facility is suppressed while suppressing the generation of the flash flow while appropriately executing the reliquefaction of the boil-off gas. Can be improved.
本発明の再液化設備では、前記圧力設定手段は、前記抽気圧力を、7MPaG以上10MPaG以下に設定することが好ましい。
本発明の再液化設備では、前記冷凍サイクル回路を通流する冷媒は窒素であるのが好ましい。
In the reliquefaction plant of the present invention, the pressure setting unit preferably sets the extraction pressure to 7 MPaG or more and 10 MPaG or less.
In the reliquefaction plant of the present invention, the refrigerant flowing through the refrigeration cycle circuit is preferably nitrogen.
本発明の実施形態に係るボイルオフガスの再液化設備は、構造の複雑化を避けながらも、フラッシュ流の流量を低減して効率向上を図りつつ、熱交換器での熱交換効率を向上し、更には、冷凍サイクル回路の圧縮動力低減による効率向上を実現し得るものである。
以下、本発明の実施形態に係るボイルオフガスの再液化設備100を、図面に基づいて説明する。
The boil-off gas reliquefaction plant according to the embodiment of the present invention improves the heat exchange efficiency in the heat exchanger while reducing the flow rate of the flash flow to improve the efficiency while avoiding complication of the structure, Furthermore, the efficiency can be improved by reducing the compression power of the refrigeration cycle circuit.
Hereinafter, a boil-off
本発明の実施形態に係るボイルオフガスの再液化設備100は、図1に示すように、LNG運搬船50(水上構造物の一例)上に備えられるものであり、液化天然ガスLNGを貯留する貯留タンク10と、当該貯留タンク10から排出されるボイルオフガスBOGを圧縮するボイルオフガス圧縮部20と、当該ボイルオフガス圧縮部20にて圧縮され液化された液化ボイルオフガスBOGの一部を燃料とする高圧噴射型エンジン40と、ボイルオフガス圧縮部20にて圧縮されたボイルオフガスBOGの他部を抽気し再液化して貯留タンク10へ戻す抽気流路L2と、抽気流路L2を通流するボイルオフガスBOGと熱交換してボイルオフガスBOGを冷却する冷媒N2を循環する冷凍サイクル回路Cとを備えている。
The boil-off
貯留タンク10は、外部空間と断熱する断熱構造が採用されており、内部に比較的低温(例えば,−163℃)のLNGを貯留可能に構成されている。当該貯留タンク10では、外部と断熱されているものの、外部から温熱が伝導される形態でLNGが気化され、メタンを主成分とするボイルオフガスBOGが発生する。
貯留タンク10とボイルオフガス圧縮部20とは、ボイルオフガス排出路L1にて接続されており、貯留タンク10にて発生したボイルオフガスBOGは、ボイルオフガス排出路L1を介して、ボイルオフガス圧縮部20へ導かれる。
The
The
ボイルオフガス圧縮部20は、ボイルオフガスBOGを圧縮するボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4、CP5の複数(当該実施形態では、5つ)を、ボイルオフガスBOGの流れ方向で記載の順に備えると共に、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4、CP5にて圧縮され昇温した後のボイルオフガスBOGを他の冷媒と熱交換する形態で冷却するクーラーEX1、EX2、EX3、EX4、EX5が、ボイルオフガスBOGの流れ方向で各ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4、CP5の下流側出口に、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4、CP5の夫々に1つずつ対応する状態で、ボイルオフガスBOGの流れ方向で記載の順に配設されている。
即ち、ボイルオフガス排出路L1からボイルオフガス圧縮部20に導かれるボイルオフガスBOGは、第1ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1にて圧縮された後、第1クーラーEX1にて冷却され、当該第1クーラーEX1にて冷却されたボイルオフガスBOGは、第2ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP2にて圧縮された後、第2クーラーEX2にて冷却され、当該第2クーラーEX2にて冷却されたボイルオフガスBOGは、第3ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP3にて圧縮された後、第3クーラーEX3にて冷却され、当該第3クーラーEX3にて冷却されたボイルオフガスBOGは、第4ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP4にて圧縮された後、第4クーラーEX4にて冷却され、当該第4クーラーEX4にて冷却されたボイルオフガスBOGは、第5ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP5にて圧縮された後、第5クーラーEX5にて冷却され、例えば、30MPaG以上のエンジン供給圧力まで昇圧された後、高圧噴射型エンジン40に供給される。当該高圧噴射型エンジン40は、舶用電子制御式ガスインジェクションディーゼルエンジンを採用しており、LNG運搬船50の推進用のプロペラに直結され、且つ低速で回転する2サイクルエンジンである。
尚、本発明の高圧噴射型エンジン40は、比較的高圧の燃料を噴射するエンジンであればよく、2サイクルエンジンに限定されるものではない。
The boil-off
That is, the boil-off gas BOG guided from the boil-off gas discharge path L1 to the boil-off
The high pressure
当該実施形態にあっては、ボイルオフガス圧縮部20の圧縮過程において、エンジン供給圧力まで昇圧される前の比較的低圧のボイルオフガスBOGが抽気可能に構成されている。
説明を追加すると、ボイルオフガス圧縮部20には、第2ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP2で圧縮された後で、第2クーラーEX2にて冷却されたボイルオフガスBOGの一部を分離して抽気する第1分岐機構D1が設けられており、当該第1分岐機構D1で分岐されたボイルオフガスBOGは、各種のガス燃焼器で燃焼される。
In this embodiment, in the compression process of the boil-off
To add the explanation, in the boil-off
更に、ボイルオフガス圧縮部20には、第4ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP4にて圧縮された後で、第4クーラーEX4にて冷却されたボイルオフガスBOGの一部を分岐して抽気する第2分岐機構D2が設けられており、当該第2分岐機構D2にて抽気されたボイルオフガスBOGは、第2分岐機構D2に接続される抽気流路L2を通流する。
尚、当該抽気流路L2へは、貯留タンク10から排出されるボイルオフガスBOGの量が、高圧噴射型エンジン40にて燃料として必要とされるボイルオフガスBOGの量を超える場合に、その超過分のボイルオフガスBOGが導かれることとなる。
Furthermore, a second branching mechanism that branches off and extracts a portion of the boil-off gas BOG cooled by the fourth cooler EX4 after being compressed by the fourth boil-off gas compression compressor CP4 into the boil-off
When the amount of boil-off gas BOG discharged from the
抽気流路L2を通流するボイルオフガスBOGは、ボイルオフガス排出路L1を通流する昇圧前のボイルオフガスBOGとの熱交換により冷却された後、冷凍サイクル回路Cを循環する冷媒N2との熱交換により冷却されて再液化される。
説明を追加すると、抽気流路L2には、当該抽気流路L2を通流するボイルオフガスBOGを、貯留タンク10からボイルオフガス圧縮部20までを接続するボイルオフガス排出路L1を通流するボイルオフガスBOGとの熱交換により冷却する第1熱交換器EX9と、抽気流路L2を通流するボイルオフガスBOGを、冷凍サイクル回路Cを循環する冷媒N2との熱交換により冷却する第2熱交換器EX10と、当該第2熱交換器EX10を通過した後のボイルオフガスBOGを減圧する減圧弁V1と、当該減圧弁V1にて減圧した後のボイルオフガスBOGの気液分離する気液分離器30とが設けられる。
抽気流路L2は、気液分離器30の下方側部位と貯留タンク10とを接続しており、気液分離器30にて気液分離された液化ボイルオフガスBOG(L)が、当該抽気流路L2を介して貯留タンク10へ戻される。一方、気液分離器30にて気液分離された気体のボイルオフガス(G)は、フラッシュ流として気液分離器30から排出される。
The boil off gas BOG flowing through the bleed flow path L2 is cooled by heat exchange with the boil off gas BOG before pressure boosting flowing through the boil off gas discharge path L1, and then the heat with the refrigerant N2 circulating in the refrigeration cycle circuit C It is cooled by replacement and reliquefied.
To add the description, the boil-off gas BOG flowing through the bleed passage L2 flows through the boil-off gas discharge passage L1 connecting the
The extraction flow path L2 connects the lower part of the gas-
冷凍サイクル回路Cは、非凝縮性の冷媒N2として窒素を循環させ、第2熱交換器EX10でボイルオフガスBOGを主に過冷却するために設けられている回路である。
当該冷凍サイクル回路Cは、冷媒N2を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の複数(当該実施形態では、3つ)を、ボイルオフガスBOGの流れ方向で記載の順に備えると共に、当該冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8にて圧縮され昇温した後のボイルオフガスBOGを他の冷媒と熱交換する形態で冷却するクーラーEX6、EX7、EX8が、冷媒N2の流れ方向で各冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の下流側出口に、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の夫々に1つずつ対応する状態で、ボイルオフガスBOGの流れ方向で記載の順に配設されている。
説明を追加すると、冷媒N2は、第6冷媒圧縮コンプレッサCP6にて圧縮された後、第6クーラーEX6にて冷却され、当該第6クーラーEX6にて冷却された冷媒N2は、第7冷媒圧縮コンプレッサCP7にて圧縮された後、第7クーラーEX7にて冷却され、当該第7クーラーEX7にて冷却された冷媒N2は、第8冷媒圧縮コンプレッサCP8にて圧縮された後、第8クーラーEX8にて冷却される。
更に、冷凍サイクル回路Cは、第8クーラーEX8にて冷却された冷媒N2を、第2熱交換器EX10を通過した後の冷媒N2と熱交換する形態で冷却する第3熱交換器EX11と、当該第3熱交換器EX11を通過した後の冷媒N2を膨張させるエキスパンダEP1とを備えている。
これにより、冷凍サイクル回路Cを循環する冷媒N2は、複数の冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8にて記載の順に圧縮されながら複数のクーラーEX6、EX7、EX8にて記載の順に冷却され、第3熱交換器EX11にて更に冷却された後、エキスパンダEP1にて膨張し、ボイルオフガスBOGを過冷却可能な温度(例えば、−170℃以下の温度)まで降温した後、第2熱交換器EX10を通過する形態で、冷凍サイクル回路Cを循環する。
The refrigeration cycle circuit C is a circuit provided to circulate nitrogen as the non-condensable refrigerant N2 and to mainly subcool the boil-off gas BOG in the second heat exchanger EX10.
The refrigeration cycle circuit C includes a plurality of (three in the present embodiment) refrigerant compressors CP6, CP7, CP8 for compressing the refrigerant N2 in the order described in the flow direction of the boil-off gas BOG, and the refrigerant compression compressor Coolers EX6, EX7, EX8 cool the boil off gas BOG after being compressed and heated by CP6, CP7, CP8 in the form of exchanging heat with other refrigerants. Each refrigerant compression compressor CP6, CP7 in the flow direction of the refrigerant N2 , And CP8 are arranged in the order described in the flow direction of the boil-off gas BOG in a state corresponding to each of the refrigerant compression compressors CP6, CP7, and CP8.
To add the description, the refrigerant N2 is compressed by the sixth refrigerant compression compressor CP6 and then cooled by the sixth cooler EX6, and the refrigerant N2 cooled by the sixth cooler EX6 is the seventh refrigerant compression compressor After being compressed by CP7, the refrigerant N2 cooled by the seventh cooler EX7 and cooled by the seventh cooler EX7 is compressed by the eighth refrigerant compression compressor CP8, and then compressed by the eighth cooler EX8 It is cooled.
Further, the refrigeration cycle circuit C further includes a third heat exchanger EX11 configured to cool the refrigerant N2 cooled by the eighth cooler EX8 in a form of heat exchange with the refrigerant N2 after passing through the second heat exchanger EX10; And an expander EP1 for expanding the refrigerant N2 after passing through the third heat exchanger EX11.
Thus, the refrigerant N2 circulating through the refrigeration cycle circuit C is cooled in the order described by the plurality of coolers EX6, EX7, EX8 while being compressed in the order described by the plurality of refrigerant compression compressors CP6, CP7, CP8, and the third After being further cooled in the heat exchanger EX11, the boil-off gas BOG is expanded in the expander EP1 and cooled to a temperature capable of supercooling the boil-off gas BOG (eg, a temperature of -170 ° C. or less), and then the second heat exchanger EX10 And circulate through the refrigeration cycle circuit C.
以上の如く、当該実施形態のボイルオフガスBOGの再液化設備100にあっては、貯留タンク10から排出されるボイルオフガスBOGは、ボイルオフガス圧縮部20にて所定の抽気圧力まで圧縮された後、抽気流路L2にて第1熱交換器EX9、第2熱交換器EX10で冷却されて再液化されるのであるが、第1熱交換器EX9の熱交換効率を向上させると共に、第2熱交換器EX10にて冷熱を供給する冷媒N2を冷凍サイクル回路Cにて冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力を低減する観点からは、ボイルオフガスBOGの抽気圧力は、第1熱交換器EX9にてその全量を液化可能な液化圧力以上とすることが好ましい。
As described above, in the
当該実施形態のボイルオフガスBOGの再液化設備100にあっては、ボイルオフガスBOGのボイルオフガス圧縮部20からの抽気圧力を設定自在な圧力設定部60a(圧力設定手段の一例)として機能する制御装置60を備えており、当該制御装置60は、LSI等の集積装置からなるハードウェアと複数のプログラム群からなるソフトウエアとを協働可能に構成されている。
In the
ここで、ボイルオフガスBOGの抽気圧力が、従来の窒素冷媒サイクルを備えた船上ボイルオフガスBOG再液化システムにおける一般的な抽気圧力(例えば、0.3MPaG以上2.0MPaG以下程度の圧力)の場合、第1熱交換器EX9及び第2熱交換器EX10にて熱交換するボイルオフガスBOGの熱交換量と温度との関係を示すTQ線図は、概略図6の太実線に示すような状態となる。即ち、ボイルオフガスBOGの抽気圧力が低い場合、ボイルオフガスBOGは温度が下がって凝縮し始める点で温度変化が不連続となる。そして気液混合状態になると等温変化をする。
このため、ボイルオフガスBOGが凝縮し始める点でボイルオフガスBOGと冷媒N2との温度差が最接近する(この点(図6でP1で示す点)をピンチポイントという)。このピンチポイントのために、冷媒N2の熱交換量に対する温度変化の割合(図6における傾きγ)はボイルオフガスBOGの温度変化に合わせて小さくなる。(つまり冷媒N2の流量を増やす必要がある)。そのため、冷凍サイクル回路Cの冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力が増加し、効率悪化を招くことになる。
また、授熱側のボイルオフガスBOGの温度と受熱側の冷媒N2の温度との差(図6で、ΔT2やΔT3)が大きくなっており、これは、当該第1熱交換器EX9及び第2熱交換器EX10における熱交換効率が悪いことを示している。
Here, when the extraction pressure of the boil-off gas BOG is a general extraction pressure (for example, a pressure of about 0.3 MPaG or more and 2.0 MPaG or less) in the ship boil-off gas BOG reliquefaction system equipped with a conventional nitrogen refrigerant cycle, The TQ diagram showing the relationship between the heat exchange amount of the boil-off gas BOG heat-exchanged by the first heat exchanger EX9 and the second heat exchanger EX10 and the temperature is as shown by the thick solid line in the schematic diagram 6 . That is, when the extraction pressure of the boil off gas BOG is low, the temperature change becomes discontinuous at the point where the temperature of the boil off gas BOG decreases and starts to condense. And when it becomes a gas-liquid mixed state, it changes isothermally.
Therefore, the temperature difference between the boil-off gas BOG and the refrigerant N2 approaches the closest point at which the boil-off gas BOG starts to condense (this point (point indicated by P1 in FIG. 6) is referred to as a pinch point). Because of this pinch point, the ratio of the temperature change to the heat exchange amount of the refrigerant N2 (slope γ in FIG. 6) becomes smaller in accordance with the temperature change of the boil-off gas BOG. (In other words, it is necessary to increase the flow rate of the refrigerant N2). As a result, the compression power of the refrigerant compression compressors CP6, CP7, CP8 of the refrigeration cycle circuit C is increased, leading to a deterioration in efficiency.
In addition, the difference between the temperature of the heat-receiving boil-off gas BOG and the temperature of the heat-receiving refrigerant N2 (ΔT2 and ΔT3 in FIG. 6) is large, which means that the first heat exchangers EX9 and 2 It shows that the heat exchange efficiency in the heat exchanger EX10 is poor.
そこで、圧力設定部60aは、抽気圧力の下限圧力を設定する際に、抽気圧力の下限圧力をボイルオフガスBOGの臨界圧力(ボイルオフガスBOGがメタンを主成分とするガスの場合、4.8MPaGを超える圧力、ボイルオフガスBOGが純メタンの場合、4.5MPaGを超える圧力)以上に設定する。
即ち、圧力設定部60aは、ボイルオフガスBOGの抽気圧力を、従来の窒素冷媒サイクルを備えた船上ボイルオフガスBOG再液化システムにおける一般的な抽気圧力よりも高めることで、図6の太実線のボイルオフガスBOGのTQ線において、気液混合状態で等温変化を示す幅Aを小さくすることができる。つまり、図6の太実線で示すTQ線から、図2で太破線で示すTQ線(抽気圧力5MPaG)、更には、図2で太実線で示すTQ線(抽気圧力7MPaG)へと変化させる。これにより、冷媒N2の流量を減らすことができ(TQ線図における冷媒N2の傾きを大きくでき)、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力を小さくすることができる。
図2に示すTQ線図は、ボイルオフガスBOGの抽気圧力を5MPaGと抽気圧力7MPaGとした場合の第1熱交換器EX9及び第2熱交換器EX10におけるTQ線図であるが、ボイルオフガスBOGの抽気圧力が5MPaGの場合、飽和蒸気線(図2でグラフ中央付近の太破線)と過熱蒸気線(図2でグラフ右側付近の細破線)との傾きの差が、7MPaGに比較して大きくなる(グラフのうねりが大きくなる)。これは、抽気圧力を7MPaGに設定する場合よりも、抽気圧力を5MPaGに設定する場合のほうが、授熱側であるボイルオフガスBOGが示すTQ線と受熱側の熱媒(第1熱交換器EX9では昇圧前のボイルオフガスBOG、第2熱交換器EX10では冷媒N2)が示すTQ線との温度差が大きくなり、熱交換効率が悪いことを示している。
その結果、図2に示されるように、抽気圧力を5MPaGに設定する場合、抽気圧力を7MPaGに設定する場合に比べ、第1熱交換器EX9において、昇圧後のボイルオフガスBOGが昇圧前のボイルオフガスBOGから受ける冷熱量が小さくなる。これにより、第2熱交換器EX10において、冷媒N2から受ける冷熱量(過冷却量)をΔE1だけ増加させる必要があり、冷凍サイクル回路Cにおける冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力が増加する。
つまり、抽気圧力を7MPaGとした場合、それより抽気圧力が低い場合より受熱側のボイルオフガスBOGを液化するのに必要な冷熱量の内、昇圧前のボイルオフガスBOGによる冷却量の割合が高く、冷凍サイクル回路Cによる冷却量の割合が低い。これは昇圧前のボイルオフガスBOGの持つ冷熱を有効利用できていることを示し、その分冷凍サイクル回路Cでの冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の動力を小さくでき、液化システムとしての効率が向上すること意味する。
以上のことから、当該実施形態にあっては、圧力設定部60aは、ボイルオフガスBOGの抽気圧力の7MPaG以上に設定する。
因みに、ボイルオフガスBOGの抽気圧力を7MPaGとした場合のTQ線図の計算条件は、図1の概略構成図のボイルオフガス排出路L1及び抽気流路L2に示すP1〜P6において、以下の〔表1〕に示す流量、温度、圧力を示すものとする。尚、下線を付した値は、抽気圧力によらず、ほぼ一定の値である。また、タンク圧は、0MPaG以上0.035MPaG以下程度の圧力とする。
Therefore, when setting the lower limit pressure of the extraction pressure, the
That is, the
The TQ diagram shown in FIG. 2 is a TQ diagram for the first heat exchanger EX9 and the second heat exchanger EX10 when the extraction pressure of the boil off gas BOG is 5 MPaG and the extraction pressure 7 MPaG, but the boil off gas BOG When the extraction pressure is 5 MPaG, the difference in slope between the saturated vapor line (thick broken line near the center of the graph in FIG. 2) and the superheated vapor line (thin broken line near the right of the graph in FIG. 2) is larger than 7 MPaG. (The swell of the graph gets bigger). This is because the TQ line indicated by the boil-off gas BOG on the heat receiving side and the heat medium on the heat receiving side (the first heat exchanger EX9) show a better setting when the extraction pressure is set to 5 MPaG than when the extraction pressure is set to 7 MPaG. In the graph, the temperature difference between the boil off gas BOG before boosting and the TQ line indicated by the refrigerant N2 in the second heat exchanger EX10 is large, indicating that the heat exchange efficiency is poor.
As a result, as shown in FIG. 2, when the extraction pressure is set to 5 MPaG, the boil-off gas BOG after pressure increase is boosted before the pressure increase in the first heat exchanger EX9 as compared to the case where the extraction pressure is set to 7 MPaG. The amount of cold heat received from the gas BOG decreases. Thereby, in the second heat exchanger EX10, it is necessary to increase the amount of cold heat (supercooling amount) received from the refrigerant N2 by ΔE1, and the compression power of the refrigerant compression compressors CP6, CP7, CP8 in the refrigeration cycle circuit C is increased. .
That is, when the extraction pressure is 7 MPaG, the ratio of the amount of cooling by the boil-off gas BOG before boosting is higher among the cold heat necessary for liquefying the boil-off gas BOG on the heat receiving side than when the extraction pressure is lower The ratio of the amount of cooling by the refrigeration cycle circuit C is low. This indicates that the cold heat of the boil-off gas BOG before boosting can be used effectively, and the power of the refrigerant compression compressors CP6, CP7, CP8 in the refrigeration cycle circuit C can be reduced, and the efficiency as a liquefaction system is improved I mean to do.
From the above, in the present embodiment, the
Incidentally, the calculation conditions of the TQ diagram when the extraction pressure of the boil-off gas BOG is 7 MPaG are as follows [Table 1] in P1 to P6 shown in the boil-off gas discharge passage L1 and the extraction passage L2 in the schematic configuration diagram of FIG. The flow rate, temperature, and pressure shown in 1] shall be indicated. The underlined values are substantially constant values regardless of the bleed pressure. In addition, the tank pressure is set to a pressure of about 0 MPaG to about 0.035 MPaG.
一方で、ボイルオフガスBOGの抽気圧力を高くし過ぎると、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力が大きくなり効率低下を招くと共に、減圧弁V1にて減圧した際に発生するフラッシュ流量が増加し、気液分離器30から捨てられる気体のボイルオフガスBOG(G)が増加するため、好ましくない。
On the other hand, if the extraction pressure of the boil-off gas BOG is too high, the compression power of the boil-off gas compression compressors CP1, CP2, CP3, CP4 becomes large and the efficiency decreases, and the flash generated when the pressure is reduced by the pressure reducing valve V1. Since the flow rate increases and the boil-off gas BOG (G) of the gas discarded from the gas-
図3に、圧力設定部60aにて、ボイルオフガスBOGの抽気圧力を、7、10、30MPaGの夫々に設定した場合のTQ線図を示している。
当該図3に示すTQ線図から、抽気圧力を7MpaGから30MPaGへ昇圧する場合、抽気圧力を7MpaG未満の範囲で増加させた時の如く、ボイルオフガス圧縮部20の圧縮動力を増加させても第2熱交換器EX10での冷却量(熱交換量)を低減できず、冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力を低減できない。更には、抽気圧力の増加に伴うフラッシュ流の流量の増加を抑制する必要があるから、ボイルオフガスBOGの過冷却量を大きくする必要があるため、図3に示すように、抽気圧力を7MPaGに設定する場合に比べ、冷凍サイクル回路Cで第2熱交換器EX10への冷媒N2の入温度を、図3でΔT1にて示す温度だけ低温にする必要がある。これは、冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力の増大を意味するから、再液化プロセスにおける効率の悪化を意味する。
一方で、抽気圧力を10MPaGに設定する場合、冷凍サイクル回路Cで第2熱交換器EX10への冷媒N2の入温度を、抽気圧力を7MPaGに設定する場合と略同温度に設定できている。これは、抽気圧力を10MPaGに設定する場合、冷凍サイクル回路Cで第2熱交換器EX10への冷媒N2の入温度を、抽気圧力を7MPaGに設定する場合と略同温度に設定したときでも、フラッシュ流の流量を十分に抑制できることを示している。更に、抽気圧力を10MPaGに設定する場合には、冷凍サイクル回路Cでの圧縮動力を一定に維持しながらも、授熱側である昇圧後のボイルオフガスBOGが示すTQ線を、直線状に近い状態へと変化させることができている。
そこで、当該実施形態にあっては、圧力設定部60aは、ボイルオフガスBOGの抽気圧力を、10MPaG以下に設定している。
FIG. 3 shows a TQ diagram when the extraction pressure of the boil-off gas BOG is set to 7, 10, and 30 MPaG in the
From the TQ diagram shown in FIG. 3, when the extraction pressure is increased from 7 MpaG to 30 MPaG, the compression power of the boil-off
On the other hand, when the extraction pressure is set to 10 MPaG, the inlet temperature of the refrigerant N2 to the second heat exchanger EX10 in the refrigeration cycle circuit C can be set to substantially the same temperature as the case where the extraction pressure is set to 7 MPaG. This is because even when the extraction temperature is set to 10 MPaG, the temperature at which the refrigerant N2 enters the second heat exchanger EX10 in the refrigeration cycle circuit C is set to substantially the same temperature as when the extraction pressure is set to 7 MPaG. It shows that the flow rate of the flush flow can be sufficiently suppressed. Furthermore, when the extraction pressure is set to 10 MPaG, while maintaining the compression power in the refrigeration cycle circuit C constant, the TQ line indicated by the boil-off gas BOG after pressure increase on the heat receiving side is nearly linear. It can be changed to the state.
Therefore, in the present embodiment, the
更に、当該実施形態に係る圧力設定部60aは、抽気されるボイルオフガスBOGの再液化の過程において、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の抽気に係る圧縮動力と、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力との合計動力が、小さくなるように、抽気圧力を設定している。
図4に基づいて説明を追加すると、抽気されるボイルオフガスBOGが再液化される過程において、ボイルオフガスBOGの抽気圧力を0MPaGから徐々に昇圧させると、図4に示すように、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスBOGの抽気圧力に関連する圧縮動力(図4で、▲の凡例で示される動力)は徐々に大きくなる。
これに対し、当該実施形態に係る構成にあっては、抽気されるボイルオフガスBOGを再液化する場合、抽気圧力が所定の圧力までは、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力が大きくなるほど(抽気圧力が高くなるほど)、第1熱交換器EX9での熱交換効率が向上し、第1熱交換器EX9での熱交換量が大きくなる。これにより、第2熱交換器EX10での熱交換量を小さくできる(図2参照)ので、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力(図4で、■の凡例で示される動力)を小さくすることができる。一方、抽気圧力が所定の圧力を超えると、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力を大きくしても、第2熱交換器EX10での熱交換量を小さくすることができない(図3参照)。
当該理由につき説明を加えると、貯留タンク10から排出された昇圧前のボイルオフガスBOGが、第1熱交換器EX9への流入直前には、配管入熱等により、−120℃程度に昇温しており、当該−120℃程度のボイルオフガスBOGでは、昇圧後のボイルオフガスBOGを、せいぜい−110℃程度にまでしか冷却できない。このため、抽気圧力を高め、第1熱交換器EX9での熱交換効率を高めたとしても、第1熱交換器EX9では昇圧後のボイルオフガスBOGを−110℃までしか冷却できない。言い換えると、ある抽気圧力以上では、第2熱交換器EX10で必要な熱交換量は、昇圧後のボイルオフガスBOGを−110℃から−160℃程度へ冷却する熱量となり、第2熱交換器EX10での熱交換量は、ほとんど変化しないから、抽気圧力が所定の圧力を超えて、ボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力を大きくしたとしても、第2熱交換器EX10での熱交換量を小さくすることができないのである。
また、ボイルオフガスBOGを気液分離する際のフラッシュ流の流量が大きくなるから、当該フラッシュ流の流量を抑制するべく、第2熱交換器EX10での冷媒N2による冷却量(過冷却量)を増加させる必要があるために、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力は大きくなる。
これらの関係から、ボイルオフガスBOGを再液化する過程において、複数のボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスBOGの抽気圧力に関連する圧縮動力と、冷媒圧縮コンプレッサCP6、CP7、CP8の圧縮動力との合計動力は、図4に示されるように、抽気圧力が7MPaG以上10MPaG以下の範囲(図4で、ΔPで示される幅)の間において、最小となる。
従って、当該実施形態に係る圧力設定部60aは、当該合計動力を小さくして、再液化の過程における効率向上を図るべく、抽気圧力を7MPaG以上10MPaG以下に設定するのである。
Furthermore, in the process of reliquefying the boil-off gas BOG to be extracted, the
To add the description based on FIG. 4, when the extraction pressure of the boil-off gas BOG is gradually increased from 0 MPaG in the process of reliquefying the boil-off gas BOG to be extracted, as shown in FIG. Of the compression powers of CP1, CP2, CP3 and CP4, the compression power (power indicated by the ▲ legend in FIG. 4) related to the extraction pressure of the boil-off gas BOG extracted is gradually increased.
On the other hand, in the configuration according to the embodiment, when the boil-off gas BOG to be extracted is reliquefied, the compression power of the boil-off gas compression compressors CP1, CP2, CP3, CP4 until the extraction pressure is a predetermined pressure. The heat exchange efficiency in the first heat exchanger EX9 is improved and the amount of heat exchange in the first heat exchanger EX9 is increased as the extraction pressure is increased (the extraction pressure is increased). As a result, the amount of heat exchange in the second heat exchanger EX10 can be reduced (see FIG. 2), so the compression power of the refrigerant compression compressors CP6, CP7, CP8 (power shown by the ▪ in FIG. 4) is reduced. can do. On the other hand, if the extraction pressure exceeds a predetermined pressure, the amount of heat exchange in the second heat exchanger EX10 can not be reduced even if the compression power of the boil-off gas compression compressors CP1, CP2, CP3, CP4 is increased ( See Figure 3).
To add the explanation for the reason, the pre-pressurized boil-off gas BOG discharged from the
In addition, since the flow rate of the flash flow at the time of gas-liquid separation of the boil-off gas BOG is increased, the cooling amount (supercooling amount) by the refrigerant N2 in the second heat exchanger EX10 is set to suppress the flow rate of the flash flow. Since it is necessary to increase, the compression power of the refrigerant compression compressors CP6, CP7, CP8 becomes large.
From these relationships, in the process of reliquefying the boil-off gas BOG, the compression power related to the extraction pressure of the boil-off gas BOG extracted among the compression powers of the plurality of boil-off gas compression compressors CP1, CP2, CP3, CP4 and refrigerant The total power with the compression power of the compression compressors CP6, CP7, CP8 is, as shown in FIG. 4, minimum between the range of 7 MPaG to 10 MPaG (the width shown by .DELTA.P in FIG. 4). Become.
Therefore, the
尚、図4に示したグラフ図の具体的な数値を、以下の〔表2〕に示す。ちなみに、〔表2〕に示すボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力は、複数のボイルオフガス圧縮コンプレッサCP1、CP2、CP3、CP4の圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスBOGの抽気圧力に関連する圧縮動力であるが、高圧噴射型エンジン40へ導かれるボイルオフガスBOGを圧縮する圧縮動力も含むものである。また、図4および表2の計算条件は表1を参照されたい。
The specific numerical values of the graph shown in FIG. 4 are shown in the following [Table 2]. Incidentally, the compression power of the boil-off gas compression compressor shown in [Table 2] is the compression power related to the bleed pressure of the boil-off gas BOG extracted among the compression powers of the plurality of boil-off gas compression compressors CP1, CP2, CP3, CP4. However, it also includes the compression power for compressing the boil-off gas BOG led to the high pressure
尚、本実施形態に係るボイルオフガスの再液化設備100と、特許文献1に開示の技術と、特許文献2に開示の技術とにおいて、ボイルオフガスBOG1tonあたりの液化に要する消費電力をシミュレーションした結果を、以下の〔表3〕に示す。因みに、〔表3〕では、主機関負荷が0%の場合と、30%の場合の消費電力を示しており、主機関負荷とは、高圧噴射型エンジンの負荷を示す。ここで、特許文献2に開示の技術は、主機関(高圧噴射型エンジン)を備えるものではないが、以下のシミュレーションにあっては、特許文献2に開示の技術のボイルオフガス圧縮部(クーラー含む)の下流側で第2熱交換器の上流側に、ボイルオフガスBOGの一部を分岐する流路が接続され、当該流路によりボイルオフガスが主機関(高圧噴射型エンジン)へ供給される構成を採用しているものとした。
尚、シミュレーションの条件としては、本実施形態と、特許文献1に開示の技術と、特許文献2に開示の技術との夫々の液化装置への到着時温度(例えば、−120℃)において、ボイルオフガスBOGが2883kg/hが発生したものとし、主機関負荷が30%の場合では、発生したボイルオフガスBOGのうち、約1400kg/hを主機関へ送り、残りの一部を発電機へ送り、その残りを液化するという条件とした。
尚、発電機にて発電された電力は、船内電力と主機関等への燃料供給や冷媒サイクル駆動のためのコンプレッサ動力として用いられるものとした。また、液化動力が、本実施形態と、特許文献1に開示の技術と、特許文献2に開示の技術とで異なるので、発電機へ送るボイルオフガスBOGの量は、夫々で異なっている。
In addition, in the
In addition, as conditions of simulation, in the temperature (for example, -120 degreeC) at the time of arrival to each liquefier of this embodiment, the technique of indication to patent document 1, and the technique of indication to patent document 2, it is boil off. Assuming that 2883 kg / h of gas BOG is generated and the main engine load is 30%, about 1400 kg / h of generated boil-off gas BOG is sent to the main engine, and the remaining part is sent to the generator. The condition was to liquefy the remainder.
The electric power generated by the generator is used as the power for supplying the fuel to the ship and the main engine or the like, and as the compressor motive power for driving the refrigerant cycle. Further, since the liquefaction power differs between this embodiment, the technology disclosed in Patent Document 1, and the technology disclosed in Patent Document 2, the amounts of boil-off gas BOG to be sent to the generator are respectively different.
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、ボイルオフガスの再液化設備100は、LNGを運搬するLNG運搬船50に設けられる例を示したが、別に、当該構成に限定されるものではない。
他の例としては、採掘されたLNGを海上で精製した後、直接液化させて貯留タンク10内に貯蔵し、必要に応じて、当該貯留タンク10内に保存されたLNGをLNG運搬船へ移載するために使用される設備であるLNG FPSO(Florting Production Strage and Off−loading)等の洋上プラントに設けられても良い。
[Another embodiment]
(1) Although the
As another example, after the mined LNG is refined at sea, it is directly liquefied and stored in the
(2)上記実施形態にあっては、冷凍サイクル回路Cを循環する冷媒N2としては、非凝縮性の冷媒である窒素を例として説明したが、当該冷媒は窒素に限定されるものではない。他の冷媒の例としては、ヘリウムや水素等の他、混合冷媒を用いても構わない。 (2) In the above-mentioned embodiment, although nitrogen which is a non-condensable refrigerant was explained as an example as refrigerant N2 which circulates refrigeration cycle circuit C, the refrigerant concerned is not limited to nitrogen. As another example of the refrigerant, other than helium, hydrogen and the like, a mixed refrigerant may be used.
(3)上記実施形態において、抽気流路L2は、気液分離器30と貯留タンク10とを接続し、気液分離器30にて気液分離された後の液化ボイルオフガスBOG(L)を貯留タンク10へ導く構成例を示した。
しかしながら、抽気流路L2を通流するボイルオフガスBOGで、再液化されたボイルオフガスBOGは、必ずしも貯留タンク10へ戻す必要はなく、場合によっては、ボイルオフガスBOGの冷熱を空調や冷熱発電に利用するような構成を採用しても構わない。
(3) In the above embodiment, the extraction flow path L2 connects the gas-
However, the boil-off gas BOG flowing through the extraction flow path L2 does not have to be returned to the
(4)上記実施形態において、ボイルオフガス圧縮コンプレッサの数は、特に、上記実施形態に示したものに限定されるものではなく、ボイルオフガスBOGの量(又は、貯留タンク10の容量)や、エンジン供給圧力によって、適宜変更可能である。更に、昇圧前のボイルオフガスBOGの流れ方向において、抽気流路L2の上流側に設けられるボイルオフガス圧縮コンプレッサの数も、4つに限定されるものではなく、適宜変更可能である。
また、冷媒圧縮コンプレッサの数についても、特に、限定されるものではなく、第2熱交換器EX10にて要求される温度及び冷熱量に応じて、適宜変更可能である。
そして、ボイルオフガス圧縮コンプレッサ及び冷媒圧縮コンプレッサの数に対応する状態で、クーラーの数も適宜変更可能である。
(4) In the above embodiment, the number of boil off gas compression compressors is not particularly limited to that shown in the above embodiment, and the amount of boil off gas BOG (or the capacity of the storage tank 10) or the engine It can be suitably changed by the supply pressure. Furthermore, the number of boil-off gas compression compressors provided on the upstream side of the bleed flow path L2 in the flow direction of the boil-off gas BOG before pressure boosting is not limited to four, and can be changed as appropriate.
Further, the number of refrigerant compression compressors is not particularly limited, and can be appropriately changed according to the temperature and the amount of cold heat required for the second heat exchanger EX10.
And the number of coolers can be suitably changed in the state corresponding to the number of boil-off gas compression compressors and refrigerant compression compressors.
(5)上記実施形態において、ボイルオフガス圧縮部20及び冷凍サイクル回路Cにおけるクーラーへ冷熱を供給する構成としては様々な構成が考えられるが、例えば、以下のような構成を採用しても構わない。
即ち、主機関としての高圧噴射型エンジン40の排熱を熱源とする吸収式冷凍機(図示せず)と、当該吸収式冷凍機にて発生する冷熱を回収すると共に回収した冷熱をボイルオフガス圧縮部20及び冷凍サイクル回路Cにおけるクーラーにて供給する熱媒体を循環可能な熱媒体循環回路(図示せず)を備える構成を採用しても構わない。
尚、熱媒体循環回路は、ボイルオフガス圧縮部20及び冷凍サイクル回路Cにおけるクーラーのすべてに冷熱を供給するように配設しても構わないし、その一部に冷熱を供給するように配設しても構わない。
(5) In the above embodiment, various configurations can be considered as a configuration for supplying cold heat to the cooler in the boil-off
That is, an absorption type refrigerator (not shown) using the exhaust heat of the high pressure
The heat medium circulation circuit may be disposed to supply cold to all of the coolers in the boil-off
尚、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configurations disclosed in the above embodiment (including the other embodiments, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in the other embodiments as long as no contradiction arises. The embodiment disclosed in the present specification is an exemplification, and the embodiment of the present invention is not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.
本発明のボイルオフガスの再液化設備は、構成の複雑化を避けながらも、フラッシュ流の流量を低減して効率向上を図りつつ、熱交換器での熱交換効率を向上、更には、冷凍サイクル回路の圧縮動力低減による効率向上を実現し得るボイルオフガスの再液化設備として、有効に利用可能である。 The boil-off gas reliquefaction plant of the present invention improves the heat exchange efficiency in the heat exchanger while reducing the flow rate of the flash flow to improve the efficiency while avoiding complication of the configuration, and further, the refrigeration cycle The present invention can be effectively used as a boil-off gas reliquefaction facility that can realize an improvement in efficiency by reducing the compression power of a circuit.
10 :貯留タンク
20 :ボイルオフガス圧縮部
30 :気液分離器
40 :高圧噴射型エンジン
60a :圧力設定部
100 :再液化設備
BOG :ボイルオフガス
C :冷凍サイクル回路
CP1 :第1ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP2 :第2ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP3 :第3ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP4 :第4ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP5 :第5ボイルオフガス圧縮コンプレッサ
CP6 :第6冷媒圧縮コンプレッサ
CP7 :第7冷媒圧縮コンプレッサ
CP8 :第8冷媒圧縮コンプレッサ
EX10 :第2熱交換器
EX9 :第1熱交換器
L2 :抽気流路
LNG :液化天然ガス
N2 :冷媒
V1 :減圧弁
10: Storage tank 20: Boil off gas compression unit 30: Gas-liquid separator 40: High pressure
Claims (5)
前記抽気流路が、前記ボイルオフガス圧縮部にて前記高圧噴射型エンジンのエンジン供給圧力まで昇圧される前のボイルオフガスを抽気するものであり、
前記抽気流路を通流するボイルオフガスを前記貯留タンクから前記ボイルオフガス圧縮部までを通流するボイルオフガスと熱交換する形態で冷却する第1熱交換器と、
前記抽気流路で前記第1熱交換器を通過したボイルオフガスを前記冷凍サイクル回路を通流する冷媒にて冷却する第2熱交換器と、
前記抽気流路へ抽気するボイルオフガスの抽気圧力を、前記エンジン供給圧力未満で、且つ、前記ボイルオフガスの臨界圧力以上に設定する圧力設定手段とを備えるボイルオフガスの再液化設備。 A storage tank for storing liquefied natural gas, a boil-off gas compression unit for compressing boil-off gas discharged from the storage tank, and a high-pressure injection type using as a fuel a part of the boil-off gas compressed in the boil- off gas compression unit Heat is exchanged between the engine and the extraction flow path for extracting and reliquefying the other part of the boil off gas compressed by the boil off gas compression section and returning it to the storage tank, and the boil off gas flowing through the extraction flow path And a refrigeration cycle circuit for circulating a refrigerant that cools the boil-off gas, the boil-off gas reliquefaction facility comprising:
The bleed flow passage is for bleeding the boil-off gas before being boosted up to the engine supply pressure of the high-pressure injection engine by the boil-off gas compression unit.
A first heat exchanger configured to cool the boil-off gas flowing through the bleed passage in heat exchange with the boil-off gas flowing from the storage tank to the boil-off gas compression unit;
A second heat exchanger that cools the boil-off gas that has passed through the first heat exchanger in the bleed flow passage with a refrigerant flowing through the refrigeration cycle circuit;
And a pressure setting unit configured to set the extraction pressure of the boil-off gas to be extracted into the extraction flow channel at a pressure lower than the engine supply pressure and equal to or higher than a critical pressure of the boil-off gas.
前記圧力設定手段は、前記抽気圧力の上限圧力を、前記気液分離器から気体として排出されるフラッシュ流の流量が抑制されるフラッシュ流抑制圧力未満に設定する請求項1に記載のボイルオフガスの再液化設備。 The pressure reducing valve for reducing the pressure of the boil-off gas that has passed through the second heat exchanger in the bleed flow path, and a gas-liquid separator for separating the boil-off gas reduced by the pressure reducing valve.
Said pressure setting means, the upper limit pressure of the bleed air pressure, the BOG of claim 1, the flow rate of the flash stream is discharged as gas from the gas-liquid separator is set to less than the flash flow suppressing pressure is suppressed Reliquefaction facility.
前記冷凍サイクル回路は、冷媒を圧縮する冷媒圧縮コンプレッサを備え、
前記圧力設定手段は、抽気されるボイルオフガスが再液化される過程において、複数の前記ボイルオフガス圧縮コンプレッサの圧縮動力のうち抽気されるボイルオフガスの抽気圧力に関連する圧縮動力と、前記抽気流路で前記第2熱交換器を通過するボイルオフガスを過冷却する時の前記冷媒圧縮コンプレッサの圧縮動力との合計動力が小さくなるように、前記抽気圧力を設定する請求項1又は2に記載のボイルオフガスの再液化設備。 The boil off gas compression unit includes a plurality of boil off gas compression compressors that compress boil off gas,
The refrigeration cycle circuit includes a refrigerant compression compressor that compresses a refrigerant.
The pressure setting means includes, in the process of reliquefying the boil-off gas to be extracted, compression power related to the extraction pressure of the boil-off gas to be extracted among the compression powers of the plurality of boil-off gas compression compressors; boil-off in according BOG passing through the second heat exchanger such that the sum power of the compression power of the refrigerant compressor compressor when the subcooling is reduced, to claim 1 or 2 to set the bleed pressure Gas reliquefaction facility.
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