LNG燃料船的制作方法

本发明涉及一种液化天然气(lng)燃料船(bunkervessel)，该液化天然气燃料船包括压缩天然气(cng)储存罐，并且本发明涉及一种用于在lng燃料船上提供cng作为燃料源的工艺。

液化天然气(lng)是为了方便储存和/或运输已经转化为液体形式的天然气，主要是甲烷。天然气被越来越多地作为燃料源使用，尤其是在商业上，并且将其从其源头运输到用户的主要供应枢纽的最有效的形式是通常通过lng货船以lng的形式。

在所有大小的各种船(诸如渡船)中越来越多地使用lng作为燃料源。可以使用lng燃料船将lng供给到这些船，lng燃料船通常比lng货船小并且包括一个或多个lng罐。lng燃料船能够作为燃料源直接将lng提供给这些lng‘接收器’，该lng‘接收器’通常是这些船的燃料罐或是用于为这些船加燃料的岸上燃料罐。

lng燃料船在本领域中是已知的，并且随着更为严格的法规的引入，lng燃料船可能变成将lng从主要枢纽运输到较小的燃料罐的日益重要的工具。然而，当lng从lng燃料船的罐传输到另一船的燃料罐或传输到岸上燃料罐时，接收罐中的气体被置换(下文称为‘置换气体’)，并且通常形成蒸发气体(bog)和/或闪蒸气体。蒸发气体仅仅是lng的作为传输部分自然蒸发的那部分。闪蒸气体特别地在接收罐中的条件不佳的情况下(通常因为其太热或处于太低的压力下)，产生一些lng的快速蒸发而形成的。bog、置换气体和闪蒸气体仍然都是‘天然气’的形式。

当lng从lng罐传输到接收罐时，以这种方式形成的天然气中的一些可以回到lng燃料船的lng罐中以至少部分地有助于平衡或均衡lng罐中的压力变化。然而，在许多情况下，过量的天然在传输期间形成。目前，该过量的天然气仅被排放到大气，或燃烧。

本发明的目标是回收在该lng传输期间的过量天然气以作为燃料源使用或再次利用。

因而，根据本发明的一个方面，提供了一种lng燃料船，该lng燃料船具有：

一个或多个lng罐；

第一管线，其能够将液化天然气(lng)从lng燃料船上的lng罐中的一个或多个输送到一个或多个船外lng接收罐；

一个或多个天然气压缩机，其位于lng燃料船上，能够压缩天然气并且提供压缩的天然气(cng)；

第二管线，其能够将天然气从一个或多个船外lng接收罐输送到lng燃料船上的一个或多个天然气压缩机；以及

一个或多个cng储存罐，其位于lng燃料船上，以储存由一个或多个天然气压缩机提供的cng，作为燃料源。

以这种方式，用于将来自船外lng接收罐的天然气转变成作为cng的合适的燃料源的装置和操作在lng燃料船上被提供，并且在每个船外lng接收罐的位置或地点处不需要辅助装备和操作。

lng燃料船的性质、尺寸、形状和设计在本领域中是已知的。通常，lng燃料船包括一个或多个lng罐，通常为两个或三个罐，并且lng燃料船可以设计成承载成百或上千升或立方米(例如，6000m³)的lng，通常将lng作为燃料源依次或同时供给到一个或多个船外lng接收罐。lng在lng燃料船上的储存要求、储存过程和储存条件对于本领域的技术人员来说是熟知的。

lng燃料船包括第一管线，该第一管线能够将lng从lng燃料船上的lng罐或不止一个lng罐输送到一个或多个船外lng接收罐。

如本文所使用的术语“船外lng接收罐(off-vessellngreceivertank)”包括意在储存lng并且将lng作为燃料源提供到船或其它运输工具或工业工厂或场所等的任何罐。因而，船外lng接收罐可以是在岸上或海上。典型的示例是船(诸如客渡船或商业渡船)的燃料罐。其它示例包括其它的航海船，诸如邮轮、游艇和商业运输船。岸上使用者包括工厂等。船外lng接收罐还可以是用于其它通常较小的lng的使用者的燃料库或枢纽。

船外lng接收罐的尺寸、设计和使用不限于本发明，只受制于该接收罐不在lng燃料船上，并且因此‘在船外(off-vessel)’。‘在船外’包括在岸上、在海上或两者的组合。

可选地，一个船外lng接收罐是船的燃料罐。

能够将lng从lng燃料船上的lng罐输送到船外lng接收罐的第一管线的性质在本领域中是已知的并且本文不再进一步描述。第一管线可包括串联或以其它协调方式工作的一个或多个管线以将lng从lng燃料船上的lng罐输送到船外lng接收罐。

在使用中，lng燃料船通过至少第一管线和第二管线连接到船外lng接收罐。可选地，lng燃料船固定到用于船外lng接收罐的支撑件或基座。

当lng进入船外lng接收罐时，通常产生bog、置换气体(displacedgas)或闪蒸气体或其组合。因而，可选地，来自一个或多个船外lng接收罐的天然气包括以下组中的一项或多项，该组包括：蒸发气体、置换气体和闪蒸气体。

在本发明中，第二管线被提供用于将该天然气从船外lng接收罐输送到lng燃料船上的一个或多个天然气压缩机。第二管线的性质、设计和形状是非限制性的，并且通常能够以本领域已知的方式输送天然气。

第二管线还可以包括以串联或其它协调方式工作的一个或多个管线。

在本发明的一个实施方案中，第二管线能够直接将天然气从船外lng接收罐输送到lng燃料船上的天然气压缩机。即，没有天然气分散到一个或多个其它重要的装置或单元或类似物。

在本发明的另一个实施方案中，第二管线能够间接地将天然气从船外lng接收罐输送到lng燃料船上的天然气压缩机。即，存在天然气分散到一个或多个其它装置或单元或类似物，诸如一个或多个保持罐，包括在lng燃料船上的一个或多个lng罐。

可选地，第二管线部分地、完全地或大体上位于lng燃料船和船外lng接收罐之间的第一管线的旁边。

天然气压缩机在本领域中是已知的，并且通常旨在用于将天然气压缩到较高的压力。通常，这可以是从环境压力或几巴的低压力到大于100巴的压力，可选地大于200巴，并且通常在240巴至260巴的范围内，比如250巴。

压缩天然气(cng)通常是在高压下储存的甲烷，并且其越来越多地代替汽油用于输送。通常，cng燃烧比汽油和类似燃料产生更少的不期望的气体，并且在溢出情况下，cng通常比其它燃料安全(尤其因为天然气比空气轻并且在释放时快速地分散)。现在越来越多的汽车和公共交通工具(比如公共汽车)使用cng作为燃料。

在lng燃料船上的cng储存罐能够接收由天然气压缩机产生的cng，并且将其作为燃料源储存。cng储存罐或每个cng储存罐可以包括一个或多个罐或燃料库或隔舱或储存区域或其组合，可选地包括能够以较大的密度储存cng的内部材料。

在本发明的一个实施方案中，cng是用于lng燃料船的燃料源。因而，在cng储存罐和至lng燃料船的发动机或其一部分之间、或在cng储存罐和至lng燃料船的任意单独的燃料罐之间、或在cng储存罐和至lng燃料船的发动机或其一部分以及至lng燃料船的任意单独的燃料罐之间可以设有第三管线，可选地，该第三管线具有将cng作为正确的燃料(通常为较低压力气体的形式)提供到相关发动机或每个相关发动机所需的中间装置或设置。

因而，根据本发明的另一个实施方案，lng燃料船包括在cng储存罐和lng燃料船的发动机之间、能够从第三管线提供cng作为燃料用于发动机或每个发动机的压力释放系统。

特别地，在lng燃料船自身使用来自cng储存罐的cng的情况下，存在目前呈现给lng燃料船的使用者的零甲烷排放目标的增加的满足。

此外，并且当lng燃料船的lng罐中装载lng时，在lng燃料船操作期间产生的bog也可以使用相同的装置压缩成cng，并且然后作为燃料源使用，特别地用在lng燃料船的发动机中。

根据本发明的可替代的实施方案，在cng储存罐中的或与cng储存罐有关的cng可以经由输送管线或通过重新定位cng储存罐(以被另一个或空的cng储存罐代替)输送到另一个船外罐或供给管线，并且作为燃料源用于与lng燃料船分开的一个或多个其它的马达或发动机。任何这样的船外罐或供给管线可以是在岸上或仍然在海上，优选地在岸上。

本发明不受由lng燃料船上的一个或多个天然气压缩机产生的cng的最终用途或使用者的限制。

根据本发明的第二方面，提供了一种在lng燃料船上提供cng作为燃料源的工艺，该工艺包括至少下列步骤：

(i)提供lng燃料船，该lng燃料船具有一个或多个lng罐、一个或多个天然气压缩机以及一个或多个cng储存罐；

(ii)将液化天然气(lng)从lng燃料船上的lng罐中的一个或多个输送到一个或多个船外lng接收罐；

(iii)将天然气从船外lng接收罐中的一个或多个输送到lng燃料船；

(iv)在一个或多个天然气压缩机中压缩天然气以提供压缩的天然气(cng)；

(v)将cng储存在lng燃料船上的cng储存罐中的一个或多个中以作为燃料源使用。

根据本发明的一个实施方案，本发明的工艺还包括：

(vi)将在cng储存罐中的一个或多个中的cng输送到lng燃料船的一个或多个发动机。

根据本发明的可替代的实施方案，本发明的工艺还包括：

(vi)将在cng储存罐中的一个或多个中的cng输送到一个或多个船外罐或供给管线以作为燃料源使用。

在步骤(iii)中输送的天然气包括蒸发气体、置换气体或闪蒸气体或其任意组合。

天然气从船外lng接收罐中的一个或多个输送到一个或多个天然气压缩机可以按照上文所讨论的直接或间接地执行。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于在lng燃料船上提供cng作为燃料源的系统，该系统包括：lng燃料船，该lng燃料船具有一个或多个lng罐；在lng罐中的一个或多个和一个或多个船外lng接收罐之间的第一管线，lng通过第一管线从lng燃料船输送到船外接收罐，由于lng输送，在船外接收罐中发生天然气的置换、产生或置换和产生的组合，如此形成的天然气通过第二管线从船外接收罐输送到lng燃料船上的一个或多个天然气压缩机，压缩的天然气(cng)由一个或多个天然气压缩机产生，并且如此形成的cng进入在lng燃料船上的一个或多个cng储存罐中以作为燃料源使用。

可选地，船外接收罐在单独的船上。优选地，船外接收罐是单独的船的燃料罐。

可选地，该系统还包括将cng储存罐中的cng传送到lng燃料船的发动机和/或任何单独的燃料罐，作为lng燃料船的发动机的燃料源。

可选地，该系统还包括将cng输送到一个或多个船外罐或供给管线以作为燃料源使用。

如本文所使用的，术语“系统”是lng燃料船和一个或多个连接的船外lng接收罐的组件或布置。如此形成的天然气通过第二管线从船外接收罐输送到lng燃料船上的一个或多个天然气压缩机可以按照上文所描述的直接或间接地执行。

根据本发明的另外的方面，提供一种一体地设计诸如lng燃料船的船的方法，该方法包括下列步骤：

选择一个或多个lng罐以在lng燃料船内使用；

选择第一管线以将lng从一个或多个lng罐可操作地输送到一个或多个船外lng接收罐；

选择一个或多个天然气压缩机以压缩天然气并且提供cng；

选择第二管线以将天然气从一个或多个船外lng接收罐可操作地输送到一个或多个天然气压缩机；

在lng燃料船上选择一个或多个cng储存罐以储存由一个或多个天然气压缩机提供的cng；以及

选择第三管线以从一个或多个cng储存罐可操作地输送cng，以作为燃料源用于操作和推进lng船。

根据本发明的还有的另外的方面，提供了一种设计lng在船(比如lng燃料船)和单独的船外储器(比如另一船或陆基设施)之间相互输送的方法，该方法包括下列步骤：

设计lng船，包括：

选择一个或多个lng罐以在lng燃料船内使用；

选择第一管线，以用于与船外储器内的lng接收罐流体连通并且用于将lng从一个或多个lng罐可操作地输送到船外储器内的lng接收罐；

选择一个或多个天然气压缩机以压缩天然气并且提供cng；

选择第二管线，以用于与一个或多个天然气压缩机流体连通并且用于将天然气从船外lng接收罐可操作地输送到一个或多个天然气压缩机；

选择一个或多个cng储存罐以用于储存由一个或多个天然气压缩机提供的cng；以及

选择第三管线，以用于从一个或多个cng储存罐可操作地输送cng，以作为燃料源用于操作和推进lng燃料船。

根据本发明的还有的另外的方面，提供了一种设计用于在船(比如lng燃料船)上提供cng作为燃料源的工艺的方法，该方法包括与本文所描述的相同或类似的步骤。

如本文所讨论的，该设计方法可包含计算机辅助过程以将相关的操作装备和控制并入整个船构造中，并且可以将相关成本、操作参数的能力并入该方法论和设计中。本文所描述的方法可以编码到适合于在计算机上读取和处理的介质上。例如，执行本文所描述的方法的代码可以编码到可以由个人计算机或大型计算机读取和复制到个人计算机或大型计算机的磁性或光学介质上。该方法然后可以由设计工程师使用该个人计算机或大型计算机执行。

本发明的某些特征及其设计方法可以根据一组数值上限和一组数值下限描述。应理解，由该限定值的任意组合形成的任意范围被设想落入本发明的范围内。此外，总体设计被设想包括选择与本文具体界定的组合一起使用的另外的结构。各种结构运行参数可以被选择用于有限的或固定的基准，或被选择用于在船内灵活地使用或多操作使用。因此，其旨在，设计的方法覆盖包含在本发明的精神和范围内的关于船以及任何船外物的总体设计的替代方式、修改和等同物。

现在将仅通过示例的方式并参照示意性附图、数据和图表来描述本发明的实施方案和示例，在附图中：

图1是本发明的实施方案的lng燃料船的示意性侧视图；

图2是本发明的另一个实施方案的示意性侧视图；

图3包括示例性数据；以及

图4包括cng罐压力和供给到发动机的cng的图表。

参照附图，图1示出了具有两个lng罐4的lng燃料船2。如上文所提到的，lng燃料船在本领域中是已知的，并且可以包括一个或多个lng罐以便通常在供给链内为一个或多个岸上或海上的罐或船、运输工具、工厂等或其燃料枢纽提供lng作为燃料。

仅通过示例的方式，lng燃料船可以在港口或储藏地区(诸如鹿特丹港)的主要lng枢纽处或附近装载lng，并且然后行进到一个或多个目的地，通常为至少两个或三个目的地，以将lng作为燃料源(通常作为船用燃料源)供给到一个或多个其它船或燃料源或枢纽。

图1示出了第二船6，该第二船6具有用于第二船6的发动机9的燃料罐8(通常位于船上或船内)。因而，第二船6的燃料罐8可以设计为“船外lng接收罐8”。第二船6可具有不止一个这样的燃料罐。

图1示出了能够将液化天然气(lng)12从lng燃料船2上的lng罐4传输到船外lng接收罐8的第一管线10。这通常以本领域中已知的方式执行，并且工艺以及工艺条件和参数对于本领域的技术人员来说将是熟知的。

当lng到达船外接收罐8时，静止在lng接收罐8中的气体将被置换为‘置换气体’，并且蒸发气体(bog)、或闪蒸气体、或蒸发气体和闪蒸气体两者也可能以本领域中已知的方式产生。在lng接收罐8填充期间来自lng接收罐8的这三种气体的集合和/或任意组合在下文一般地称为‘天然气’。

通常，虽然该天然气中的一些在lng传输期间用于帮助平衡或者完全或部分地均衡lng罐4中的压力，但是目前任何过量的天然气通常排放到大气中，或送往气体燃烧单元。在环境上，这越来越不受推崇或是不理想的。

图1示出了lng燃料船2，lng燃料船2具有位于lng燃料船2上的一个或多个天然气压缩机15，并且示出了能够将天然气从船外lng接收罐8直接传输到一个或多个天然气压缩机15的第二管线14。用于使天然气沿着第二管线传输的工艺以及工艺参数和条件不做进一步描述，并且对于本领域的技术人员来说将是熟知的。

天然气压缩机在本领域中也是已知的，并且通常使天然气的压力增加许多倍，通常增加成具有若干巴、或几十兆帕(通常大于100巴、大于200巴且可选地在250巴处或近似250巴)的压力(在环境温度下)、被称为压缩天然气(cng)的形式。

图1示出了在lng燃料船2上的cng储存罐16(可选地为不止一个cng罐)以储存来自一个或多个天然气压缩机15的如此形成的cng作为燃料源。

图1示出了能够将cng从cng储存罐16通常经由一个或多个所需的装置(诸如一个或多个压力释放阀(pressurelet-downvalves)22，可选地为压力释放系统(未示出))直接传递到lng燃料船2的发动机或发动机控制单元、装置等20的第三管线18。

图1示出了本发明提供将来自船外lng接收罐的天然气回收成有用的cng燃料源且特别地作为用于lng燃料船自身的燃料源的方式的能力。以这种方式，lng燃料船通过重新使用由其lng传输到船外lng接收罐产生的天然气能够日益满足零甲烷排放的目标。

图1还示出了位于lng罐4和第二管线14之间的第四管线24，该第四管线24可用于两个目的。第一，第四管线24可以将lng罐4中形成的bog传输到第二管线14，以同样通过一个或多个天然气压缩机15压缩成cng作为cng储存罐16中的燃料源。第二，第四管线24可以用于传输在lng传输期间由船外lng接收罐8提供的天然气的任意部分以在将lng12传输出同一罐4期间至少部分地有助于平衡或均衡lng罐4中的压力。

在第一可替代的实施方案中，图1还示出了天然气从船外lng接收罐8间接传输到一个或多个天然气压缩机15。仅通过示例的方式，间接传输最初可以沿着第二管线14，并且然后沿着第四管线24返回到lng罐4中的一个或多个中，并且然后通过lng罐4和天然气压缩机15之间的第五管线26执行。

为了清楚起见，参与图1中所示的其它lng罐4的管道系统未被示出，但可以与所示的管道系统相同。

图2示出了本发明的第二实施方案。在第二实施方案中，lng燃料船2包括lng罐4和能够将液化天然气12从lng罐4传输到岸上罐30(包括一个或多个罐)的第一管线10，该罐30同样也是船外lng接收罐。岸上罐30可以是与图1中所示的第二船6的燃料罐8相同类型的罐。岸上罐30还可以是用于其它(通常是岸上或陆基)使用者(诸如商用车辆)的燃料库或燃料枢纽。

岸上罐30将在lng传输到其中期间以与图1中相同的方式置换气体/形成蒸发气体、闪蒸气体或蒸发气体和闪蒸气体二者。该如此形成的天然气可以通过从岸上罐30延伸到lng燃料船2上的一个或多个天然气压缩机15的第二管线14传输(直接或间接地通过第四管线24返回到lng罐4中的一个或多个中，并且然后通过第五管线26)。因此，所形成的cng可以储存在下游的cng储存罐16中。

图2还示出了能够传输cng储存罐16中的或与cng储存罐16相关联的cng以用作另一个位置中的燃料源或供给管线(未示出)的第六管线32。该传输可以直接或间接地到达船外燃料源(未示出)。除cng供给到lng燃料船2的发动机20外或作为cng供给到lng燃料船2的发动机20的替代方案，可通过第六管线32提供cng。

图3和图4是用于根据本发明的lng燃料船的示例性航程的数据和图表，该lng燃料船在其上具有天然气压缩机和cng储存罐。

lng燃料船在两个lng罐中具有6803m³的总lng容量以在-161℃下储存lng。

在“0.0”小时开始，有10个小时的‘装载’周期，在该‘装载’周期期间lng燃料船在合适的枢纽、终站或港口处装载近似5900m³的lng。此时，cng储存罐实际上是‘空的’，并且因而具有最小的cng罐压力，并且‘零’cng从cng储存罐供给到lng燃料船的发动机。

在从枢纽经过2个小时的‘船外装载引航(outboardloadedpilotage)’后，则装载的lng燃料船在超过32.17小时时间内具有386海里的‘装载运送’行程。在装载运送行程期间，来自lng罐的bog被压缩以提供cng：因此填充cng储存罐并且从而增加了cng罐压力。该cng例如在输送装载周期的中途作为燃料源用于供给lng燃料船的发动机。

在2个小时的‘入站装载引航(inboundloadedpilotage)’以及1个小时的冷却持续时间后，lng罐中的lng在19.67个小时的持续时间内以300m³/h的平均货物运输速度排放到具有6400m³的总容积的一个或多个船外lng接收罐。在该示例中，运输的总货物为5900m³。在输送期间，产生了置换气体、bog以及可能的闪蒸气体，这些气体被提供给lng燃料船上的一个或多个天然气压缩机。这产生了储存在cng储存罐中的cng，这因此在排放持续时间内使cng储存罐中的cng罐压力增加，直到排放结束。

然后lng船准备回到其装载枢纽设施，以2个小时的‘出站压载引航(outboundloadedpilotage)’开始，随后在最后2个小时的‘入站压载引航’之前进行32.17个小时的压载运送行程(ballasttransitjourney)或持续时间。

在压载运送行程期间，cng储存罐中的cng被提供到lng燃料船的发动机，可选地，如图4的下图中所示，以恒定的流速提供到lng燃料船的发动机，使得在下个装载和运送循环之前，cng储存罐中的压力在压载运送持续时间期间相应地减少到其最小值。

因而，在整个航程和操作中，lng燃料船已经使用所产生的cng作为燃料源，并且本发明提供了在lng燃料船上的或与lng燃料船一起的系统，以通过在整个航程中回收产生的天然气而更好地满足lng燃料船的零甲烷排放的目标。