用于高压和低压气体消耗设备的气体供应系统的制作方法

1.本发明涉及液态气体储存和/或运输船领域，更具体地说，涉及用于此类船内包括的消耗设备的气体供应系统。


背景技术：

2.在由包括用于消耗和/或输送至目的地的液态气体罐的船进行的旅程中，所述船能够使用至少一部分所述液态气体，以通过气体供应系统供应其发动机中的至少一个。配备me-gi型推进发动机的船就是这种情况。为了供应这种类型的发动机，气体必须通过能够将气体压缩到300巴的特殊压缩机压缩到非常高的压力，但是这种压缩机很昂贵，增加了相当大的维护成本，并且在船内引起振动。
3.安装这些高压压缩机的替代方案是，在将气体输送至推进发动机之前，以300巴的压力蒸发液态气体。这一操作可以通过高压蒸发器进行。这种解决方案不可能消除在至少部分容纳货物的罐内自然形成的蒸汽形式的气体(或bog，代表“蒸发气体”)，可以安装低压压缩机，以便供应能够消耗低压蒸汽形式的气体的辅助发动机。另一方面，在这种配置中，如果蒸汽形式的气体存在的量太大，或者更一般地，存在的量大于辅助发动机消耗所需的量，则辅助发动机未消耗的蒸汽形式的气体以压力的形式在一定限度内积聚在罐中，然后通过燃烧消除，或者作为最后手段通过将其释放到大气中来消除。这种类型的消除造成了燃料的浪费，以及对环境的有害后果。
4.为了不断提高这种供应系统的性能，一个目标是避免浪费燃料，同时节省用于所述供应系统的某些部件的能量。


技术实现要素：

5.本发明通过提出一种用于浮式结构的至少一个高压气体消耗设备和至少一个低压气体消耗设备的气体供应系统而可消除这种损失，该供应系统包括配置为容纳气体的至少一个罐，该供应系统包括：
6.高压气体消耗设备的至少第一气体供应回路，包括至少一个泵，泵被配置成将收集的液态气体泵送到罐中，
8.至少一个高压蒸发器，配置成蒸发在第一气体供应回路中流通的气体，
9.向低压气体消耗设备供应气体的至少一个第二回路，包括至少一个压缩机，压缩机被配置成将罐中以蒸汽状态提取的气体压缩到与低压气体消耗设备的要求相适应的压力，
10.至少一个气体返回管线，连接到压缩机下游的第二供应回路并延伸到罐，
11.至少一个第一热交换器和第二热交换器，每个被配置为在返回管线中流通的气体和在第一供应回路中流通的气体之间交换热量，
12.其特征在于，所述第一供应回路包括主路径和与所述主路径的至少一部分并行布置的旁通路径，所述第二热交换器被配置为在所述返回管线中流通的气体和所述旁通路径
中流通的气体之间交换热量。
13.因此，旁通路径的存在使得可以使气体仅在必要时流通通过第二热交换器，例如在罐内存在过量气态气体的情况下。气体也可以在整个主路径内流通，包括主路径的与旁通路径并行布置的部分，并且在已经通过第一热交换器之后由高压蒸发器直接处理。因此，收集在罐内并打算供应给高压气体消耗设备的气体具有几种流通模式，这防止了多余气体的流通，并且还可以限制与高压蒸发器和/或第二热交换器的使用相关的能量的量。
14.此外，借助这种供应系统，存在于罐中且未用于低压气体消耗设备的消耗的气态气体可被再冷凝，并因此以液态返回罐，而不是被消除。于是，至少减少了罐中存在的蒸汽状态的过量气体的损失。
15.因此，第一气体供应回路使得可以满足高压气体消耗设备的燃料需求。所述设备例如可以是用于推进浮式结构的装置，例如me-gi发动机。第一供应回路从罐延伸到高压气体消耗设备。泵安装在罐的底部，并确保液态气体的泵送，使得它可以在第一供应回路中流通。
16.由于气体必须处于蒸汽状态才能供应给高压气体消耗设备，高压蒸发器保证气体在供应给高压气体消耗设备之前蒸发。高压蒸发器是在第一供应回路中流通的气体和传热流体(例如乙二醇水、海水或水蒸气)之间进行热交换的场所。这种传热流体必须处于足够高的温度，以产生气体状态的变化，从而进入蒸汽或超临界状态，并供应给高压气体消耗设备。
17.在第一供应回路中流通的气体通过第一热交换器，然后可选地，根据所选配置，通过第二热交换器。气体随后可以通过高压蒸发器蒸发。因此，如果第一供应回路的配置允许的话，所述气体的温度在其通过高压蒸发器之前会有所升高。因此，如果气体采用旁通路径，则在第一供应回路中流通的气体在第二热交换器的出口处可以处于两相、蒸汽、液体或超临界状态。
18.一般而言，罐中含有的气体可自然变为蒸汽状态，或被浮式结构强制变为蒸汽状态。为了避免在罐内产生过压，罐内变为蒸汽状态的气体必须被排出。
19.该功能由低压气体消耗设备的第二气体供应回路提供。第二供应回路从罐延伸到低压气体消耗设备。所述设备例如可以是辅助马达，例如发电机。布置在第二供应回路上的压缩机负责抽取罐空间中存在的气体，以便既能够供应低压气体消耗设备，又能够调节罐中的压力。除了两个供应回路都连接到罐的事实之外，第二供应回路在结构上与第一供应回路分离。
20.在压缩机的出口处，蒸汽状态的气体可供给低压气体消耗设备，或如果低压气体消耗设备不需要燃料吸入则流通通过返回管线。由于返回管线连接在压缩机的下游，因此由压缩机吸入的蒸汽状态的气体可以在其中流通。
21.在返回管线中流通的蒸汽状态的气体在返回到罐之前，首先通过第二热交换器，然后通过第一热交换器。取决于气体在第一供应回路中的流通，热交换可以在两个热交换器内进行，或者仅在第一热交换器内进行。
22.由于在第一供应回路中流通的气体与在返回管线中流通的气体之间发生热交换，气态气体的温度通过流经两个热交换器而降低，直至所述气体冷凝，并在离开第一热交换器时基本返回液态。再冷凝的气体随后流通至罐。
23.根据本发明的一个特征，主路径包括位于第一热交换器和高压蒸发器之间的附加泵。正是附加的泵使得可以增加在第一供应回路中流通的气体的压力，使得它具有用于供应高压气体消耗设备的兼容压力。
24.附加泵的定位特别有利。实际上，在第一热交换器的上游放置附加泵会导致液态气体在通过第一热交换器时压力和温度升高，这对于在返回管线中流通并通过第一热交换器的气态气体的冷凝是有害的。因此，最佳布置在于将附加泵放置在第一热交换器的下游。
25.根据本发明的一个特征，旁通路径始于设置在主路径上的分流点，分流点位于附加泵和高压蒸发器之间。从分流点开始，第一供应回路在主路径的部分和旁通路径之间被分开。取决于第一供应回路的配置，在其中流通的气体在已经通过第一热交换器之后可以在主路径的一部分中流通，以便随后被高压蒸发器直接处理，和/或在旁通路径中流通，以便通过第二热交换器。
26.分流点位于附加泵的下游，因此第二热交换器也位于附加泵的下游。具体地，在旁通路径中流通的气体在第二热交换器的出口处可以处于蒸汽、液体、两相或超临界状态，并且在第二热交换器的下游布置附加泵可能不利地影响其正确操作，因为附加泵仅允许泵送液态的流体。
27.根据本发明的一个特征，所述第一供应回路包括分配装置，所述分配装置配置成控制气体朝所述主路径的部分和/或所述旁通路径的流通的分配。分配装置可以被远程控制，使得第一供应回路内的气体流通对于由消耗设备进行的气体消耗和返回管线中流通的气体的冷凝是最佳的。
28.根据本发明的一个特征，旁通路径终止于在主路径上设置在分流点和高压蒸发器之间的会聚点。这种配置对应于根据本发明的供应系统的第一实施例。在该第一实施例中，主路径的所述部分和旁通路径的会聚点布置在分流点的下游和高压蒸发器的上游。换句话说，在旁通路径中流通的气体经过第二热交换器，然后在被高压蒸发器处理之前加入主路径。因此，在第一供应回路中流通的所有气体都由根据第一实施例的高压蒸发器处理。因此，后者允许气体通过第二热交换器和/或绕过它。
29.根据本发明的一个特征，所述分配装置包括第一阀和第二阀，所述第一阀配置为管理气体在旁通路径中的流通，所述第二阀布置在主路径的所述部分中。可以远程控制这些阀，以便切换到打开或关闭位置，从而决定在第一供应回路内流通的气体的流通。
30.第一阀可布置在第二热交换器上游或下游的旁通路径上。至于第二阀，其布置在主路径的与旁通路径并行布置的部分中。
31.第一阀使得可以控制气体在旁通路径中的流通，而第二阀使得可以控制气体在主路径的与旁通路径并行布置的部分中的流通。如果第一阀关闭而第二阀打开，则气体在整个主路径内流通。如果第一阀打开而第二阀关闭，则气体完全流通通过旁通流通，然后在高压蒸发器的上游加入主路径。两个阀也可以打开，以便气体分成两部分，一部分经由主路径的所述部分直接进入高压蒸发器，另一部分经由第二热交换器在旁通路径内流通。
32.根据本发明的一个特征，所述旁通路径和所述第一阀被配置为使在所述分流点和所述第二热交换器之间流通的气体保持液态。换句话说，第一阀的唯一功能是允许或阻止气体在旁通路径内流通，而不引起任何状态变化，例如通过膨胀在旁通路径内流通的气体。因此，在旁通路径中流通的气体保持液态，直到它通过第二热交换器。在第二热交换器的出
口处，取决于在返回管线中流通的气体的流量及其对热交换的影响，在旁通路径中流通的气体可以以液体、蒸汽、两相或超临界状态从第二热交换器排出。
33.根据本发明的一个特征，旁通路径终止于在主路径上设置在高压蒸发器下游的会聚点。这种配置对应于根据本发明的供应系统的第二实施例。在该实施例中，旁通路径使得可以绕过高压蒸发器。因此，后者位于主路径的与旁通路径并行设置的部分内。
34.根据第二实施例，如果气体在主路径的所述部分内流通，则在第一供应回路内流通的气体由高压蒸发器处理，如果气体在旁通路径内流通，则由第二热交换器处理。在高压蒸发器或第二热交换器的出口处，气体具有适合高压气体消耗设备消耗的特性，例如处于蒸汽或超临界状态。因此，第二实施例使得能够分配在第一供应回路内流通的气体的状态变化负载，同时借助于在第二热交换器内进行的热交换来冷却在返回管线内流通的气体。
35.根据本发明的一个特征，分配装置包括分配阀。分配阀使得可以控制在主路径的所述部分和/或旁通路径中流通的气体的流量。举例来说，阀可以具有一定的打开程度，在主路径的所述部分和/或旁通路径之间流通的气体的分配取决于分配阀的打开程度。
36.根据本发明的一个特征，分配阀布置在主路径的所述部分中。在这种配置中，分配阀的打开程度越大，在主路径部分内流通的气体比例就越大。相反，分配阀的打开程度越小，在旁通路径内流通的气体比例越大。如果分配阀完全打开，气体仅在主路径的所述部分中流通。如果分配阀关闭，气体仅在旁通路径中流通。分配阀可以位于分流点和高压蒸发器之间，或者位于高压蒸发器和会聚点之间。
37.根据本发明的另一个特征，分配阀设置在旁通路径上。在这种配置中，分配阀的打开程度越大，在旁通路径中流通的气体比例就越大。相反，分配阀的打开程度越小，在主路径的所述部分内流通的气体比例越大。如果分配阀完全打开，气体仅在旁通路径中流通。如果分配阀关闭，气体仅在主路径的所述部分中流通。分配阀可以位于分流点和第二热交换器之间，或者位于第二热交换器和会聚点之间。
38.根据本发明的一个特征，返回管线包括设置在第一热交换器和罐之间的膨胀构件，膨胀构件配置为调节返回管线中流通的气体的流量，所述膨胀构件和分配阀配置为使得旁通路径中流通的气体从液态转变为气态或超临界态。
39.如上所述，在第一供应回路中流通的气体由高压蒸发器或第二热交换器处理。换句话说，与第一实施例不同，在旁通路径中流通的气体在第二热交换器的出口处必须处于适于高压气体消耗设备消耗的状态，例如处于蒸汽或超临界状态。因此，重要的是，在旁通路径中流通的气体在第二热交换器的出口处完全处于蒸汽或超临界状态。
40.旁通路径中的流通的气体的流量可与返回管线中流通的气体的流量成比例，因此，在热交换过程中，旁通路径中流通的全部气体在第二热交换器出口处处于蒸汽或超临界状态。因此，布置在返回管线上的膨胀构件使得可以控制在返回管线中流通的气体的流量，而分配阀使得可以控制在旁通路径中流通的气体的流量。因此，借助于由膨胀构件和分配阀进行的控制，在旁通路径中流通的气体以与高压气体消耗设备对其的消耗相适应的状态离开第二热交换器，而没有被高压蒸发器处理。
41.根据本发明的一个特征，第一热交换器配置为冷凝返回管内流通的气体。第一热交换器是当第一供应回路的液态气体处于其最低温度时，所述液态气体通过的交换器。因此，在第一热交换器中发生的热交换将改变在返回管线中流通的气体的状态，从而使其从
气态转变为液态。
42.根据本发明的一个特征，第二热交换器配置为预冷却返回管线内流通的气体。在第一热交换器的出口处，在第一供应回路中流通的气体不如在第一热交换器的入口处冷，热交换已经用于冷凝在返回管线中流通的气体。液态气体随后被附加泵压缩，然后到达分流点。根据第一或第二实施例的配置，气体可以随后通过第二热交换器。如果是这样的话，在第二热交换器内也有热交换，允许对返回管线内的气态气体进行预冷却。
43.根据本发明的一个特征，返回管线可包括将返回管线分成第一段和第二段的分流区，第一段和第二段均从分流区延伸至罐，第一热交换器配置为在返回管线的第一段中以气态流通的气体和第一供应回路中以液态流通的气体之间进行热交换，而第二段绕过第一热交换器。存在于罐中且未用于低压气体消耗设备消耗的气态气体可通过经由返回管线的第一段流通而被冷凝，并因此以液态返回至储罐，而不是被消除。
44.当在第一供应回路中流通的液态气体的流量不足以冷凝在返回管线中流通的所有气态气体时，可将气体的多余部分引向返回管线的第二段，以便直接返回罐。当配备有根据本发明的供应系统的浮式结构不需要大量液态气体用于推进时，例如当浮式结构以降低的速度移动时，会发生这种情况。
45.发明人已确定，仅当第一供应回路中流通的液态气体的量大于或等于返回管线中流通的气态气体的量的六倍时，返回管线中流通的气态气体才可完全冷凝。当压缩机将气态气体压缩到大约10巴时，这样的例子是适用的，但是该比率可以根据压缩机输送的压力而改变。如果满足这一条件，则气态气体在返回管线的第一段中流通，以便被冷凝。如果在第一供应回路中流通的液态气体的量小于在返回管线中流通的气态气体的量的六倍，那么有利的是使气态气体至少部分地在返回管线的第二段中流通气，然后一部分气态气体在第一段中流通——其量使得冷凝完全。
46.在返回管线中流通的气态气体可从分流点开始在第一段或第二段中流通。如上所述，如果气态气体在第一段中流通，则在返回罐之前，它首先通过第二热交换器，然后通过第一热交换器。如果气态的气体在第二段流通，它通过第二交换器，然后直接返回罐中。根据这种配置，由于在第二热交换器中进行的热量交换，气态气体的温度降低，然而它不被冷凝。因此，气体以蒸汽状态返回罐，但仍然被冷却。
47.因此，返回管线的第二段包括浸没在罐中所容纳液体中的端部。第二段可以包括布置在浸没端部处的喷射构件。喷射构件尤其使得在气体被分散到罐中之前使在返回管线的第二段中流通的气态气体膨胀成为可能。气态气体的膨胀，与浸没端优选地布置在罐底部的事实相关联，使得当气态气体返回罐时至少部分气态气体可以液化，也导致罐中存在的液态气体的温度升高。喷射构件例如可以是喷射器或起泡装置。
48.根据本发明的一个特征，供应系统包括辅助供应管线，辅助供应管线在第一热交换器上游连接至第一供应回路，并在压缩机的下游延伸至第二供应回路，供应系统包括低压蒸发器，该低压蒸发器被配置为蒸发辅助供应管线中流通的气体。当低压气体消耗设备需要被供应气态气体，但是在罐空间中没有足够的量时，使用这种辅助供应管线。因此，辅助供应管线使得能够导出在第一供应回路中流通的一部分液态气体。然后，根据类似于高压蒸发器的操作，这部分被低压蒸发器蒸发，也就是说，通过与传热流体例如乙二醇水、海水或水蒸气进行热交换。低压蒸发器因此引起在辅助供应管线中流通的液态气体和该传热
流体之间的热交换。
49.一旦变为蒸汽状态，气体在辅助供应管线中流通，然后加入第二供应回路，以供应低压气体消耗设备。
50.如果罐空间内存在足够量的气态气体，则不使用辅助供应管线，例如可通过阀关闭辅助供应管线。
51.本发明还包括用于储存和/或运输液态气体的浮式结构，包括容纳液态气体的至少一个罐、至少一个高压气体消耗设备、至少一个低压气体消耗设备和向这些设备供应气体的至少一个气体供应系统。
52.本发明还包括一种液化气体装载或卸载系统，该系统结合有至少一个陆地和/或港口设施和用于储存和/或运输液化气体的至少一个浮式结构。
53.最后，本发明包括一种从用于储存和/或运输气体的浮式结构装载或卸载液态气体的方法，其中，布置在浮式结构的上甲板上的用于装载和/或卸载液态气体的管道可通过合适的连接器连接至海运码头或港口码头，以将液态气体从罐中输送出或输送至罐。
附图说明
54.本发明的其他特征和优点将从下面的描述和几个示例性实施例中显现出来，这些示例性实施例是为了说明的目的而给出的，并不局限于参考所附的示意图，在附图中：
55.[图1]示出了根据本发明的供应系统的第一实施例；
[0056]
[图2]示出了供给系统的第一实施例，包括分成两个段的返回管线；
[0057]
[图3]示出了供应系统的第二实施例；
[0058]
[图4]为浮式结构的罐和用于装载和/或卸载该罐的码头的剖视示意图。
具体实施方式
[0059]
图1至图3示出了布置在浮式结构上的气体供应系统1。供应系统1使得可以将处于液态、蒸汽状态、两相状态或超临界态的气体从储存和/或运输罐8流通到高压气体消耗设备4和/或低压气体消耗设备5，以便为所述设备供应燃料。
[0060]
所述浮式结构可为例如可储存和/或运输液态气体的船。在这种情况下，供应系统1能够使用浮式结构储存和/或运输的液态气体来供应高压气体消耗设备4和低压气体消耗设备5，高压气体消耗设备4例如可以是推进发动机，低压气体消耗设备5例如可以是向浮式结构供电的发电机。
[0061]
为了确保罐8中容纳的气体流通至高压气体消耗设备4，供应系统1设有第一气体供应回路2。第一供应回路2包括布置在罐8中的泵9。泵9使得能够泵送液态气体，并使其尤其在第一供应回路2中流通。通过抽取液态气体，泵9将其压力升高到6至17巴之间的值。
[0062]
第一供应回路2包括主路径40和旁通路径41。主路径40从泵9延伸到高压气体消耗设备4。至于旁通路径41，它与主路径40的一部分50并行布置。因此，在第一供应回路2中流通的气体可以经由主路径40的部分50或经由旁通路径41流通。
[0063]
在第一供应回路2中流通的气体沿从储罐8到高压气体消耗设备4的流通方向在主路径40中流通，通过第一热交换器6，由附加泵10泵送并到达分流点42，以便在主路径40的部分50或旁通路径41中流通。主路径40的部分50内和/或旁通路径41内的气体流通的控制
由分配装置60管理，分配装置60确保气体根据将在下文中详细描述的因素和/或要求进行分配。如果气体在旁通路径41内流通，气体穿过第二热交换器7。关于两个热交换器6、7的细节将在下面描述。旁通路径41包括在分流点42和第二热交换器7之间延伸的第一部分41a，以及在第二热交换器7和会聚点43之间延伸的第二部分41b。
[0064]
主路径40的部分50和旁通路径41均从分流点42延伸至会聚点43。从那里，气体在主路径40内再次流通到高压蒸发器11。高压蒸发器11使得可以改变在第一供应回路2中流通的气体的状态，以便将其改变为蒸汽状态。这种状态允许气体与对高压气体消耗设备4的供应兼容，例如通过处于蒸汽或超临界状态。液态气体的蒸发可以例如通过与处于足够高的温度的传热流体进行热交换来进行，以蒸发液态气体，在这种情况下，传热流体是乙二醇水、海水或水蒸气。
[0065]
当泵送液态气体时，通过附加泵10确保气体压力的增加。附加泵可将液态气体的压力提高至30至400巴之间的值——尤其是用于氨或氢时；用于液化石油气时，可提高至30至70巴之间的值；用于乙烷、乙烯或主要由甲烷组成的液化天然气时，可提高至150至400巴之间的值。
[0066]
借助于附加泵10和高压蒸发器11的组合，气体处于用于高压消耗设备4的供应的压力和兼容状态。这种配置使得可以避免在第一供应回路2上安装高压压缩机，该高压压缩机具有成本限制并且产生强烈的振动。
[0067]
为了确定第一气体供应回路2内的气体流通配置，分配装置60包括设置在旁通路径41上的第一阀44和设置在主路径40的部分50上的第二阀45。因此，取决于这两个阀44、45是打开还是关闭，气体根据需要经由部分50或经由旁通路径41从分流点42流通到会聚点43。这些阀可以根据所需的流通模式进行远程控制。
[0068]
在图1中，第一阀44设置在旁通路径41的第一部分41a。替代地，第一阀44也可以布置在旁通路径41的第二部分41b上。
[0069]
在罐8内，部分气体货物可自然转变为蒸汽状态，并扩散到罐12的空间内。为了避免罐8内的过压，包含在罐空间12中的蒸汽状态气体必须被排出。然而，第一供应回路2被配置为使用液态气体来供应高压气体消耗设备4。
[0070]
因此，供应系统1包括第二气体供应回路3，其使用蒸汽状态气体供应低压气体消耗设备5。第二供应回路3在罐空间12和低压气体消耗设备5之间延伸。除了连接到储罐8之外，第一供应回路2和第二供应回路3在结构上彼此分离。为了吸入容纳在罐空间12中的蒸汽状态的气体，第二供应回路3包括压缩机13。除了吸入气态气体之外，压缩机13还使得能够将在第二供应回路3中流通的气态气体压缩至6至20巴绝对压力，使得气态气体处于用于供应低压气体消耗设备5的兼容压力。因此，第二供应回路3使得可以供应低压气体消耗设备5，同时通过吸入罐空间12中存在的蒸汽状态的气体来调节罐8内的压力。
[0071]
罐空间12内的过量的蒸汽状态气体的存在导致罐8内过压。因此，为了降低罐8内的压力，有必要排出气态气体。过量的蒸汽状态气体然后可以例如通过燃烧器18消除。然而，根据本发明的供应系统1包括从第二供应回路3延伸到罐8的返回管线14。
[0072]
相对于在第二供应回路3中流通的蒸汽状态气体的流通方向，返回管线14连接至压缩机13下游的第二供应回路3。根据在返回管线14中流通的气态气体的流通方向，所述气体在第一步中穿过第二热交换器7，然后穿过第一热交换器6。因此，在第一热交换器6和第
二热交换器7内进行的热交换是在第一供应回路2中流通的气体和在返回管线14中流通的气体之间进行的。更具体地，在第二热交换器7内进行的热交换是在旁通路径41中流通的气体和在返回管线14中流通的气体之间进行的。经由第二热交换器7然后经由第一热交换器6的这种热交换的目的是冷凝返回管线14中的气态气体，使得它转变成液态并且以这种状态返回到罐8，而不是被燃烧器18消除。
[0073]
第一热交换器6的入口是第一供应回路2中的液态气体具有最低温度的地方。因此，在已经通过第一热交换器6之后，在返回管线14中流通的气体被冷凝。因此，返回管线14中的气体在第一热交换器6的入口处处于蒸汽状态，并且在第一热交换器6内发生热量交换之后以液态离开。
[0074]
为了使返回管线中流通的气体的压力14与罐8中的压力相匹配，返回管线14可包括膨胀构件15，该膨胀构件可将气体压力降低至1至3巴绝对压力。膨胀构件15还能够调节在返回管线14内流通的气体的流量。一旦气体被冷凝，它就流通到罐8。因此，第一热交换器6充当冷凝器。
[0075]
第二热交换器7在第一供应回路2中的气体流通方向上位于第一热交换器6的下游，在返回管线14中的气体流通方向上位于第一热交换器6的上游。假设在第一供应回路2内流通的气体经过旁通路径41，则第二热交换器7因此确保在气体在第一热交换器6中冷凝之前，在返回管线14中流通的气态气体的预冷却。在旁通路径41处，第二热交换器7入口处的气体先前已经通过第一热交换器6，并且已经被附加泵10泵送，这因此增加了其温度和压力。因此，在第二热交换器7中发生热交换之后，在第一供应回路2内流通的气体可以液体、蒸汽、两相或超临界状态离开第二热交换器7。因此，在返回管线14中流通的气体的温度在通过第二热交换器7之后降低，实现了上述的预冷却。
[0076]
如果至少第一阀44关闭，气体不会在旁通路径41中流通，在返回管线14中流通的气体会通过第二热交换器7，而不会在其中进行预冷却。当没有在返回管线14中流通的气体冷凝时，气体经由主路径40的部分50的流通也可以是优选的。然而，在第二热交换器7内进行的热交换使得可以增加在旁通路径41中流通的气体的温度，并且因此使得可以限制为了蒸发先前已经通过第二热交换器7的气体而必须供应给在高压蒸发器11中流通的传热流体的能量。
[0077]
如果气体经由旁通路径41流动，附加泵10有利地布置在第一热交换器6的下游和第二热交换器7的上游。借助于膨胀构件15，在返回管线14内流通的气体的流量的调节确保了在第一供应回路2中流通并穿过第一热交换器6的气体在第一热交换器6的出口处保持液态。然后，附加泵10吸入保持液态的气体，而没有被气态气体的至少一部分损坏的风险。
[0078]
此外，第一热交换器6下游的附加泵10的存在确保了液态气体压力的增加，而不会干扰第一热交换器6中发生的热量交换。因此，在返回管线14中流通的气态气体的冷凝被最佳地执行。
[0079]
供应系统1还包括辅助供应管线16，辅助供应管线16从第一供应回路2经由泵9和第一热交换器6之间的分接头延伸至第二供应回路3，在压缩机13和低压气体消耗设备5之间连接至第二供应回路3。辅助供应管线16使得可以在罐空间12内形成的蒸汽状态的气体流量不足的情况下为低压气体消耗设备5供能。
[0080]
当罐空间12中存在的蒸汽状态的气体量不足时，由泵9泵送的液态气体可在该辅
助供应管线16中流通，以便供应低压气体消耗设备5。为此，辅助供应管线16穿过低压蒸发器17，使得在辅助供应管线16中流通的液态气体变成蒸汽状态。低压蒸发器17的操作可以例如与高压蒸发器11的操作相同，也就是说，气体通过与处于足够高的温度的传热流体进行热交换而蒸发，以蒸发液态气体。在低压蒸发器17的出口处，蒸汽状态的气体在辅助供应管线16内流通，然后加入第二供应回路3，以便供应低压气体消耗设备5。
[0081]
从上文可知，辅助供应管线16仅在罐空间12内没有足够的蒸汽状态气体时使用。因此，辅助供应管线16包括阀19，当不需要使用辅助供应管线16内的气体时，阀19控制辅助供应管线16内的气体的流动。
[0082]
图2所示为供给系统1的第一实施例，其返回管线14分为两个单独的段。因此，返回管线14包括主段56，该主段56开始于与第二供应回路3的连接处，并且延伸到分流区53。在分流区53处，返回管线14分成第一段51和第二段52，这两个段都从分流区53延伸到罐8。
[0083]
分流区53布置在第二热交换器7的下游。因此，返回管线14的主段56穿过第二热交换器7。
[0084]
在第二热交换器7的出口处，气态气体流通至分流区53，随后可在第一段51或第二段52中流通。第一段51穿过第一热交换器6，而第二段52通过绕过第一热交换器6延伸到罐8。换句话说，气态的气体可以在第一段51中流通，并且由于在第一热交换器6中发生的热量交换而被冷凝，或者它可以在第二段52中流通，并且以气态返回到罐8。
[0085]
气态气体在其中流通的段的选择尤其取决于在第一供应回路2中流通的液态气体的流量，所述流量必须足以完全冷凝在返回管线14中流通的气态气体。因此，当在第一供应回路中流通的液态气体的量大于或等于在返回管线中流通的气态气体的量的六倍时，气态气体可以被引导至第一段51，从而可以实现其冷凝。
[0086]
如果在第一供应回路中流通的液态气体的量小于在返回管线中流通的气态气体的量的六倍，则气态气体的第一部分在第一段51中流通的量使得该第一部分在第一交换器6中完全冷凝，而对应于没有在第一段51中流通的气态气体的量的气态气体的第二部分在第二段52中流通，以便直接返回罐8。在很少或没有液态气体在第一供应回路2中流通的情况下，全部气态气体然后在第二段52中流通以直接返回到罐8，以避免由于通过第一热交换器6而导致的压降。在这种情况下，气体以蒸汽状态返回到罐8中。当液态气体很少用于供应高压气体消耗设备4时，会出现这种情况。
[0087]
为了调节返回管线14中的流通，膨胀构件15布置在第一段51处，在第一热交换器6的下游，而第二段52包括流量调节构件54。膨胀构件15和流量调节构件54还可以提供膨胀在任一个段中流通的气体的功能。
[0088]
有利的是，无论是对于第一段51还是第二段52，在其中流通的气体都返回到罐8的底部，或至少返回到气体为液态的区域。更具体地，在第二段52中以蒸汽状态流通的气体以蒸汽状态返回罐的底部。因此，罐8中存在的液态气体的温度和密度使得可以冷凝离开第二段52的气态气体。为了促进气态气体的这种冷凝，第二段52可以包括喷射构件55，该喷射构件55布置第二段52的在浸没在罐8的液体内容物中的一端处。喷射构件55使得可以膨胀在第二段52中流通的气态气体，以便于其在罐8中冷凝。喷射构件55可以例如是喷射器或起泡装置。气态气体经由第二段52到罐8的返回导致罐8中存在的液态气体的温度升高。
[0089]
由于图2中所示的供应系统1的未描述特征与图1中所示的供应系统1的特征相同，
因此，两个实施例共有元件的描述将参考图1的描述。
[0090]
图3示出了根据本发明的供应系统1的第二实施例。第二实施例与第一实施例的不同之处在于主路径40和旁通路径41的配置。因此，对于两个实施例共有的那些概念，将参考图1和2的描述。
[0091]
根据供应系统1的第二实施例，在这种情况下，会聚点43布置在高压蒸发器11的下游。换句话说，仍然包括第二热交换器7的旁通路径被配置为绕过高压蒸发器11。后者因此布置在主路径40的部分50内。因此，如果气体在旁通路径41内流通，则它到达会聚点43，然后流通到高压气体消耗设备4，而不被高压蒸发器11处理。如果第一供应回路2被配置成使得气体完全在主路径40内流通，则该气体在已经通过第一热交换器6和附加泵10之后，通过在部分50内流通而被高压蒸发器11直接处理。
[0092]
根据第二实施例，分配装置60包括布置在旁通路径41的第一部分41a中的分配阀47。替代地，分配阀47可以布置在旁通路径41的第二部分41b中，或者在主路径40的部分50上，在分流点42和高压蒸发器11之间或者在高压蒸发器11和会聚点43之间。
[0093]
在主路径40的部分50和/或旁通路径41中流通的气体的分配根据分配阀47的打开程度进行。
[0094]
在图3中，分配阀47设置在旁通路径41上。因此，分配阀47的打开程度越大，在旁通路径41中流通的气体比例越大。通过控制分配阀47的打开程度，因此可以管理气体在主路径40的部分50和/或旁通路径41中的分配。
[0095]
由于旁通路径41中流通的气体未经过高压蒸发器11的处理，因此，在已经通过第二热交换器7后，气体的特性须符合其作为高压气体消耗设备4的燃料的用途，例如通过对应于蒸汽或超临界状态。分配阀47因此被控制，以便允许一定量的气体在旁通路径41中流通，使得在第二热交换器7中发生的热交换足以使全部所述量的气体转变成蒸汽或超临界状态，以便与高压气体消耗设备4兼容。返回管线14的膨胀构件15也可以通过控制在返回管线14中流通的气体的流量来对这种状况产生影响。
[0096]
与第一实施例类似，返回管线14中流通的气体在第二热交换器7中进行预冷却，前提是至少一部分在第一供应回路2中流通的气体通过旁通路径41。
[0097]
有利的是，第二实施例允许在第一供给回路2中流通的气体的蒸发在通过高压蒸发器11的部分50和通过第二热交换器7的旁通路径41之间分配。这种并行进行的蒸发使得可以限制高压蒸发器11的活动，并且因此当在第一供应回路2中流通的所有气体被高压蒸发器11处理时，可以部分地节省其操作所需的能量。
[0098]
当没有在返回管线14中流通的气体被冷凝时，且第二热交换器7中未发生热交换时，分配阀47关闭，以使气体完全在部分50中流通，从而通过高压蒸发器11对其进行处理。
[0099]
与第一实施例类似，更具体地说，如图2所示，返回管线14可包括主段56，然后从分流区53分成第一段51和第二段52。该区总是位于第二热交换器7的下游。如图3所示的返回管线14的操作与图2中描述的相同。
[0100]
图4为浮式结构20的剖视图，示出了装有液态和蒸汽状态气体的罐8，该罐8整体为棱柱形，安装在浮式结构20的双船体22中。罐8的壁包括旨在与罐8中包含的液态气体接触的初级密封膜、布置在初级密封膜和浮式结构20的双船体22之间的次级密封膜、以及分别布置在初级密封膜和次级密封膜之间以及次级密封膜和双船体22之间的两个隔热屏障。
[0101]
布置在浮式结构20的上甲板上的液态气体装卸管23可通过合适的连接器连接至海运码头或港口码头，以将液态气体货物从罐8中转移出或转移至罐8。
[0102]
图4还示出了包括装载和/或卸载设备25、水下管道26和岸上和/或港口设施27的海运或港口码头的示例。岸上和/或港口设施27可以例如布置在港口的码头上，或者根据另一个例子布置在混凝土重力平台上。岸上和/或港口设施27包括用于液态气体的储罐30，以及通过水下管道26连接到装载和卸载设备25的连接管道31。
[0103]
为了产生输送液态气体所需的压力，实施了装备陆上和/或港口设施27的泵和/或装备浮式结构20的泵。
[0104]
当然，本发明不限于刚刚描述的例子，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这些例子进行许多修改。
[0105]
如前所述，本发明明确实现了其自身设定的目标，并使得可以提供用于高压或低压气体消耗设备的气体供应系统，其增压通过泵和蒸发器实现，包括在气体返回罐前冷凝气态气体的装置，且包括高压气体供应装置，其允许优化用于对所述气体进行增压的能量。在不脱离本发明的情况下，可以实施这里没有描述的变型，因为根据本发明，它们包括根据本发明的供应系统。

技术特征：
1.一种供应系统(1)，用于向浮式结构(20)的至少一个高压气体消耗设备(4)和至少一个低压气体消耗设备(5)供应气体，所述浮式结构包括构造成容纳气体的至少一个罐(8)，所述供应系统(1)包括：所述高压气体消耗设备(4)的至少第一气体供应回路(2)，包括至少一个泵(9)，所述泵被配置成将收集的液态气体泵送到所述罐(8)中，至少一个高压蒸发器(11)，被配置为蒸发在所述第一气体供应回路(2)中流通的气体；至少一个第二回路(3)，向所述低压气体消耗设备(5)供应气体，所述至少一个第二回路包括至少一个压缩机(13)，所述至少一个压缩机配置成将从所述罐(8)中以蒸汽状态提取的气体压缩到与所述低压气体消耗设备(5)的要求相适应的压力；至少一个气体返回管线(14)，在所述压缩机(13)下游连接到所述第二供应回路(3)并延伸到所述罐(8)；至少第一热交换器(6)和第二热交换器(7)，每个被配置成在所述返回管线(14)中流通的气体和在所述第一供应回路(2)中流通的气体之间交换热量，其特征在于，所述第一供应回路(2)包括主路径(40)和与所述主路径(40)的至少一个部分(50)并行布置的旁通路径(41)，所述第二热交换器(7)被配置成在所述返回管线(14)中流通的气体和所述旁通路径中流通的气体之间交换热量。2.根据权利要求1所述的供应系统(1)，其中，所述主路径(40)包括放置在所述第一热交换器(6)和所述高压蒸发器(11)之间的附加泵(10)。3.根据权利要求2所述的供应系统(1)，其中，所述旁通路径(41)始于布置在所述主路径(40)上的分支点(42)，所述分支点位于所述附加泵(10)和所述高压蒸发器(11)之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的供应系统(1)，其中，所述第一供应回路(2)包括分配装置(60)，所述分配装置(60)配置成控制气体流通到所述主路径(40)的所述部分(50)和/或所述旁通路径(41)的分配。5.根据权利要求3所述的供应系统(1)，其中，所述旁通路径(41)终止于布置在所述主路径上的会聚点(43)，所述会聚点位于所述分流点(42)和所述高压蒸发器(11)之间。6.根据结合权利要求4的权利要求5所述的供应系统(1)，其中，所述分配装置(60)包括第一阀(44)和第二阀(45)，所述第一阀(44)被配置成管理所述旁通路径(41)内的气体流通，所述第二阀(45)被布置在所述主路径(40)的所述部分(50)上。7.根据权利要求3所述的供应系统(1)，其中，所述旁通路径(41)终止于在所述主路径(40)上设置的会聚点(43)，所述汇聚点在所述高压蒸发器(11)的下游。8.根据结合权利要求4的权利要求7所述的供应系统(1)，其中，所述分配装置(60)包括分配阀(47)。9.根据权利要求8所述的供应系统(1)，其中，所述分配阀(47)布置在所述主路径(40)的所述部分(50)上。10.根据权利要求8所述的供应系统(1)，其中，所述分配阀(47)布置在所述旁通路径(41)上。11.根据权利要求8至10中任一项所述的供应系统(1)，其中，所述返回管线(14)包括膨胀构件(15)，所述膨胀构件(15)布置在所述第一热交换器(6)和所述罐(8)之间，并且被配置为调节在所述返回管线(14)中流通的气体的流量，所述膨胀构件(15)和所述分配阀(47)
被配置为使得在所述旁通路径(41)内流通的气体从液态转变为气态或超临界状态。12.根据前述权利要求中任一项所述的供应系统(1)，其中，所述第一热交换器(6)被配置成冷凝在所述返回管线(14)内流通的气体。13.根据前述权利要求中任一项所述的供应系统(1)，其中，所述第二热交换器(7)被配置成预冷却在所述返回管线(14)内流通的气体。14.根据前述权利要求中任一项所述的供应系统(1)，其中，所述返回管线(14)包括将所述返回管线(14)分成第一段(51)和第二段(52)的分流区(53)，所述第一段和第二段都从所述分流区(53)延伸到所述罐(8)，所述第一热交换器(6)被配置为在所述返回管线(14)的第一段(51)中以气态流通的气体和在所述第一供应回路(2)中流通的液态气体之间交换热量，所述第二段(52)绕过所述第一热交换器(6)。15.根据前述权利要求中任一项所述的供应系统(1)，包括辅助供应管线(16)，所述辅助供应管线在所述第一热交换器(6)的上游连接到所述第一供应回路(2)，并且在所述压缩机(13)的下游延伸到所述第二供应回路(3)，所述供应系统(1)包括低压蒸发器(17)，所述低压蒸发器被配置成蒸发在所述辅助供应管线(16)中流通的气体。16.一种用于储存和/或运输液态气体的浮式结构(20)，包括容纳液态气体的至少一个罐(8)、至少一个高压气体消耗设备(4)、至少一个低压气体消耗设备(5)和至少一个根据前述权利要求中任一项的用于向这些设备供应气体的供应系统(1)。17.一种用于装载或卸载液化气体的系统，结合了至少一个岸上和/或港口设施(27)和至少一个根据权利要求16所述的用于储存和/或运输液化气体的浮式结构(20)。18.一种用于从根据权利要求16所述的用于存储和/或运输气体的浮式结构(20)装载或卸载液态气体的方法，其中，布置在所述浮式结构(20)的上甲板上的用于装载和/或卸载液态气体的管(23)能够通过适当的连接器连接到海运或港口码头，以便将液态气体输送到所述罐(8)或从所述罐(8)输送出。

技术总结
本发明涉及一种气体供应系统(1)，用于浮式结构的高压气体消耗设备(4)和低压气体消耗设备(5)，该供应系统(1)包括：用于向高压气体消耗设备(4)供应气体的第一供应回路(2)和用于向低压气体消耗设备(5)供应气体的第二供应回路(3)；气体返回管线(14)；第一热交换器(6)和第二热交换器(7)，在第一供应回路(2)的气体和在返回管线(14)中流通的气体之间执行热交换，其特征在于，第一供应回路(2)包括主管线(40)和用于绕过主管线(40)的部分(50)的管线(41)。(41)。(41)。


技术研发人员：B
受保护的技术使用者：气体运输技术公司
技术研发日：2022.01.14
技术公布日：2023/9/7