技术领域
[0001] 本
发明涉及天然气运输方法及系统的结构设计技术领域，尤指一种天然气发动机燃料供给方法及系统。
背景技术
[0002]
液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)(以下
液化天然气简称LNG)是一种清洁、高效的
能源，其国际贸易目前已成为全球能源市场的热点，连年高速增长。对于相同
质量的天然气，液态体积远小于气态体积，因此液化天然气非常适合于长距离海上输送。
[0003] LNG运输船是载运在
大气压下沸点为-163℃的大宗LNG货物的专用
船舶，其设计以装载液化天然气，为此，LNG船包含能够耐受低温的LNG储罐。由于LNG储罐不能达到完全绝热，在LNG运输过程中，储罐内LNG会持续
蒸发产生大量
蒸发气体(Boil-off Gas，BOG)(以下蒸发气体简称BOG)，使储罐内部压
力上升造成危险，如果排放会造成环境污染，也造成能源的浪费。因此，必须采取措施抑制BOG的产生或对其做消耗处理。
[0004] 常用的BOG消耗方法有：引入火炬系统进行燃烧；放空BOG；通过再液化设备使BOG再液化并输入到LNG储罐中；使用BOG作为LNG运输船的发动机燃料。
[0005] 其中，使用BOG作为LNG运输船发动机燃料的常用方法有两种：一是将BOG再冷凝液
化成液态，再供给发动机；二是将BOG直接压缩。这两种方法都存在一定的
缺陷：
[0006] (1)对于上述第一种BOG再冷凝液化方法，将BOG
增压后通入再
冷凝器，与进入再冷凝器的
过冷LNG混合，形成液态，然后通过高压
泵增压，进入
气化器气化，最后进入高压天然气发动机燃烧。该方法对
密度较大的液相进行增压，能耗较低，但是其系统设备多，流程复杂，包含大量低温系统，而且需要持续的冷源。
[0007] (2)对于上述第二种BOG直接压缩方法，对BOG进行加压后将其通入高压天然气发动机燃烧，该方法设备少，流程简单，但是由于气态的天然气密度较小，直接对气体加压需要大量的压缩功，因此该方法能耗较大。
[0008] 因此，本
申请人致力于提供一种新型的天然气发动机燃料供给方法及系统。
发明内容
[0009] 本发明的目的是提供一种天然气发动机燃料供给方法及系统，本供给方法工艺流程简单，易操作，压缩耗功较低，且供给系统设备简洁、紧凑，占用空间小。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种天然气发动机燃料供给方法，包括步骤：
[0011] S10：将液态天然气储罐中的蒸发气体引入到低压
压缩机进行压缩，增压至天然气
临界压力；
[0012] S20：利用冷却器对经过步骤S10处理后的蒸发气体进行冷却处理，降温至天然气临界
温度；
[0013] S30：利用
高压压缩机对经过步骤S20处理后的蒸发气体进行增压，增压至天然气发动机所需的进气压力；
[0014] S40：利用换热器对经过步骤S30处理后的蒸发气体进行加热，温度提高到天然气发动机所需的进气温度；
[0015] S50：将经过步骤S40处理后的蒸发气体输入到天然气发动机中。。
[0016] 优选地，所述天然气发动机燃料供给方法还包括步骤：
[0017] S61：使部分经过步骤S20处理后得到的蒸发气体输入到
燃烧器燃烧；
[0018] S62：由燃烧器产生的高温高压燃气驱动透平工作；透平为步骤S30中增压蒸发气体的高压压缩机提供动力。
[0019] 优选地，所述天然气发动机燃料供给方法还包括步骤：
[0020] S63：透平驱动助燃剂增压机工作，对助燃剂进行增压；
[0021] S64：经助燃剂增压机增压后的助燃剂，输入到燃烧器以增强燃烧。
[0022] 优选地，所述天然气发动机燃料供给方法还包括步骤：S70：将经过步骤S10处理后的部分蒸发气体导入至低压发动机中。
[0023] 本发明还公开了一种天然气发动机燃料供给系统，包括：液态天然气储罐；低压压缩机，与所述液态天然气储罐相连，用于对液态天然气的蒸发气体进行增压至天然气临界压力；冷却器，与所述低压压缩机相连，用于对经过所述低压压缩机处理后的蒸发气体进行降温至天然气
临界温度；高压压缩机，与所述冷却器相连，用于对经过所述冷却器处理后的蒸发气体进行增压至天然气发动机的进气压力；驱动装置，与所述高压压缩机连接，用于驱动所述高压压缩机运行；换热器，与所述高压压缩机连接，用于对经过所述高压压缩机处理后的蒸发气体进行加热至发动机的进气温度。
[0024] 优选地，所述驱动装置包括：燃烧器，与所述冷却器连接，用于燃烧经过所述冷却器处理得到的蒸发气体得到高温燃气；透平，与所述燃烧器连接，用于在所述燃烧器中产生的高温燃气的推动下做功，所述透平与所述高压压缩机连接，共用一根轴，用于推动所述高压压缩机运行。
[0025] 优选地，所述驱动装置还包括助燃剂增压机，所述助燃剂增压机与所述燃烧器连接，用于对助燃剂进行增压并将增压后的助燃剂添加到所述燃烧器中，所述助燃剂增压机还与所述透平连接，共用一根轴，所述助燃剂增压机在所述透平的推动下运行。
[0026] 优选地，所述驱动装置包括驱动
电机，所述
驱动电机用于
直接驱动所述高压压缩机运行。
[0027] 本发明的天然气发动机燃料供给方法及系统可以实现以下至少一种有益效果。
[0028] 1、本发明的天然气发动机燃料供给方法依次对液化天然气的蒸发气体进行压缩及降温，使蒸发气体达到超
临界状态，然后再对
超临界状态下的蒸发气体依次进行压缩和升温，使蒸发气体的压力及温度均达到天然气发动机的进气压力及进气温度要求，然后将蒸发气体导入到天然气发动机中，为天然气发动机供给燃料，本方法工艺流程简单，易操作，效率高，可以有效利用液化天然气蒸发得到的蒸发气体。
[0029] 2、本发明的天然气发动机燃料供给方法先对液化天然气的蒸发气体进行增压和降温处理，使其处于超临界状态，然后再对其进行压缩，天然气在超临界状态下密度较大，因此，对超临界状态下的蒸发气体进行压缩时，需要的压缩功耗小、效率高。
[0030] 3、本发明的天然气发动机燃料供给方法中通过蒸发气体燃烧得到高温燃气，再通过高温燃气提供动力对超临界状态下的蒸发气体进行压缩，也就是说蒸发气体可以作为气体增压的动力源，而不需要再引入外部的动力源，这样可以进一步降低能耗。
[0031] 4、本发明的天然气发动机燃料供给系统避免了传统的燃料供给系统中低温管路的设置，需要的设备数量少、结构紧凑、占用体积较小，有效节省了LNG船内的宝贵空间。
[0032] 5、本发明的天然气发动机燃料供给系统通过燃烧器燃烧部分蒸发气体为高压压缩机及助燃剂增压机提供动力，这样设置可以进一步降低系统的能耗，提高了蒸发气体的利用率，并且燃烧器设置在冷却器和高压压缩机之间，这样设置可以使燃烧器直接将从冷却器中出来的部分蒸发气体进行燃烧得到高温燃气，从而为高压压缩机提供
动能，进一步使系统的结构更为紧凑，占用空间更小。
附图说明
[0033] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
[0034] 图1是本发明的天然气发动机燃料供给系统的一种具体
实施例的结构示意图；
[0035] 图2是本发明的天然气发动机燃料供给系统的另一种具体实施例的结构示意图。
[0036] 附图标号说明：
[0037] 低压压缩机10，冷却器20，高压压缩机30，驱动装置40，燃烧器41，助燃剂增压机42，透平43，换热器50，液态天然气储罐A，天然气发动机B。
具体实施方式
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039] 实施例一
[0040] 实施例一公开了一种天然气发动机燃料供给方法，包括步骤：
[0041] S10：从天然气储罐A顶部输出蒸发气体(BOG)，通过低压压缩机增压至天然气临界压力，例如4.60～4.96MPa；
[0042] S20：对经过步骤S10处理后的蒸发气体(BOG)利用冷却器20进行冷却，降温至天然气临界温度，例如-84.0～-82.5℃；
[0043] S30：利用高压压缩机对经过步骤S20处理后的蒸发气体(BOG)进行增压，增压至天然气发动机B所需的进气压力；
[0044] S40：利用换热器对对经过步骤S30处理后的蒸发气体(BOG)进行加热，加热至天然气发动机B所需的进气温度；
[0045] S50：将经过步骤S40处理后的蒸发气体输入给天然气发动机B。
[0046] 也就是说，本方法先对液态天然气的蒸发气体依次进行增压和降温处理，使其处于超临界状态，然后再对处于超临界状态下的蒸发气体进行进一步增压和加热，使蒸发气体可以达到天然气发动机所需的进气压力和进气温度要求。由于天然气在超临界状态下密度较高，因此，在这个状态下对蒸发气体进行增压，可以有效降低压缩功耗，且本方法工艺简单，需要的设备少，易操作，效率高，可以有效利用液态天然气的蒸发气体。
[0047] 需要说明的是，物质的压力和温度同时超过它的临界压力(pc)和临界温度(Tc)的状态，或者说，物质的对比压力(p/pc)和对比温度(T/Tc)同时大于1的状态称为该物质的超临界状态。
[0048] 超临界状态是一种特殊的
流体。在
临界点附近，它有很大的可压缩性，适当增加压力，可使它的密度接近一般液体的密度，因而有很好的溶解其他物质的性能，例如超临界
水中可以溶解正烷
烃。另一方面，超临界态的黏度只有一般液体的1/12至1/4，但它的扩散系数却比一般液体大7至24倍，近似于气体。
[0049] 实施例二
[0050] 实施例二中公开的天然气发动机燃料供给方法与实施例一基本相同，不同之处在于，在本实施例中，步骤S30中所用的高压压缩机所需动力源由一透平提供，透平与所述的高压压缩机共用一根轴；由经过步骤S20处理后得到的部分蒸发气体引入燃烧器41，与通过助燃剂增压机42提供的助燃剂混合燃烧，产生高温高压气体驱动透平工作。同时助燃剂增压机42也与透平
串联在同一根轴上，其动力也由透平提供。
[0051] 具体的，天然气发动机燃料供给方法还包括步骤：S61：使部分经过步骤S20处理后得到的蒸发气体引入燃烧器燃烧；S62：燃烧产生的高温高压燃气驱动透平工作，从而高压压缩机30和助燃剂增压机42提供动力。也就是说，经过步骤S20处理后的蒸发气体分为两路，一路蒸发气体燃烧得到高温燃气，高温燃气为另一路的蒸发气体的压缩提供动力。
[0052] 具体的，天然气发动机燃料供给方法还包括步骤：S63：燃烧产生的高温燃气驱动透平43提供动力对助燃剂进行增压；S64：向燃烧的蒸发气体中添加经过增压的助燃剂。这样可以更充分地利用蒸发气体，另外，通过添加助燃剂可以使蒸发气体的燃烧更为充分。
[0053] 本实施例中的方法利用部分蒸发气体提供增压动力，这样可以新一步降低系统的能耗，使蒸发气体的利用率更充分，还可以加快蒸发气体的处理效率。
[0054] 当然，在其他实施例中，步骤S30需要的动力还可以由其他方式提供。
[0055] 实施例三
[0056] 实施例三中公开的天然气发动机燃料供给方法与实施例一基本相同，不同之处在于，在本实施例中，所述天然气发动机燃料供给方法还包括步骤S70：将经过步骤S10处理后的部分蒸发气体导入至低压发动机中。
[0057] 本实施例中的方法可以同时为高压天然气发动机和低压天然气发动机供给燃料，从而更充分地利用液化天然气的蒸发气体，进一步有效提高了蒸发气体的利用率。
[0058] 当然，还可以在实施例二的
基础上做出同样的改进，也就是说在实施例二中增加步骤S70，从而得到一个新的实施例。
[0059] 实施例四
[0060] 实施例四公开了天然气发动机燃料供给系统的一种较为优选地实施例，包括：液态天然气储罐A；低压压缩机10，与所述液态天然气储罐A相连，用于对液态天然气的蒸发气体进行增压至天然气临界压力，例如4.60～4.96MPa；冷却器20，与低压压缩机10相连，用于对经过低压压缩机处理后的蒸发气体进行降温至天然气临界温度，例如-84.0～-82.5℃；高压压缩机30，与冷却器20连通，用于对经过冷却器处理后的蒸发气体进行增压至天然气发动机所需的进气压力；驱动装置40，与高压压缩机30连接，用于驱动高压压缩机运行；换热器50，与高压压缩机30连接，用于对经过高压压缩机30处理后的蒸发气体进行加热至发动机所需的进气温度。液态天然气储罐A、低压压缩机10、冷却器20、高压压缩机30、换热器
50通过管线依次连通。
[0061] 具体的，驱动装置40包括：燃烧器41，燃烧器41与冷却器20连接，经过冷却器处理得到的蒸发气体输入燃烧器41用于燃烧；透平43，透平43与燃烧器41连接，在燃烧器中产生的高温燃气输入透平43，驱动透平43做功，透平43与高压压缩机30连接，共用一根轴，用于驱动高压压缩机运行。
[0062] 具体的，驱动装置40还包括助燃剂增压机42，助燃剂增压机42与燃烧器41连接，用于对助燃剂进行增压并将增压后的助燃剂添加到燃烧器中，助燃剂增压机42还与透平43连接，共用一根轴，助燃剂增压机42在透平43的驱动下运行。
[0063] 本实施例中公开的天然气发动机燃料供给系统需要的设备数量少，且排布紧凑，占用空间小，高压压缩机对处于超临界状态下的天然气蒸发气体进行增压，其需要的压缩耗功较小，且在本实施例中，高压压缩机的压缩耗功及助燃剂增压机的耗功均由多余的蒸发气体提供，这样可以更充分地利用蒸发气体，进一步降低了系统耗功，且提高了蒸发气体的处理效率。
[0064] 当然，在其他实施例中，驱动装置还可以仅包括燃烧器和透平；驱动装置中助燃剂增压机的动力还可以由另外的动力装置提供；驱动装置还可以根据实际需要进行其他的结构调整。
[0065] 实施例五
[0066] 实施例五中公开的天然气发动机燃料供给系统与实施例四基本相同，不同之处在于，在本实施例中，驱动装置40包括驱动电机，驱动电机用于直接驱动高压压缩机运行。
[0067] 相比与实施例四，本实施例中的高压压缩机的动力由驱动电机提供，系统能耗较大。
[0068] 当然，在其他具体实施例中，驱动装置也可以根据需要进行结构调整，此处不再赘述。
[0069] 示例性的，如图1所示，本发明的天然气发动机燃料供给系统的具体实施例的具体应用情况如下：
[0070] 1、将液态天然气储罐A中的蒸发气体导入至低压压缩机10中；
[0071] 2、低压压缩机10对液态天然气的蒸发气体进行增压至天然气临界压力，比如说4.60～4.96MPa；
[0072] 3、经过低压压缩机10处理后的蒸发气体分为两路，一路为低压天然气发动机提供燃料，另一路进入到冷却器20中；
[0073] 4、冷却器20对经过低压压缩机10处理后的蒸发气体进行降温至天然气临界温度，比如说-84.0～-82.5℃，此时蒸发气体处于超临界状态；
[0074] 5、经过冷却器20处理后的蒸发气体分为两路，一路进入到燃烧器41中燃烧得到高温燃气，另一路则进入到高压压缩机30中；
[0075] 6、高温燃气推动透平43做功；
[0076] 7、透平43进一步带动助燃剂增压机42对助燃剂进行增压，助燃剂增压机42将增压后的助燃剂输入到燃烧器41内，使蒸发气体的燃烧更为充分；
[0077] 8、透平43带动高压压缩机30运行，高压压缩机30对经过冷却器20处理后的蒸发气体进行增压至天然气发动机所需的进气压力；
[0078] 9、换热器50对经过高压压缩机30处理后的蒸发气体进行加热至天然气发动机所需的进气温度；
[0079] 10、将经换热器50处理后的蒸发气体导入到天然气发动机B中，为天然气发动机B提供燃料。
[0080] 本发明的天然气发动机燃料供给方法及系统可以有效处理并利用液态天然气储罐中产生的蒸发气体，将其有效转化为天然气发动机的燃料，避免直接燃烧或放空造成能源浪费和环境污染，且工艺简单，系统紧凑，能耗低，可以有效节约LNG船的内部空间，为液化天然气的运输提供了有力保障。
[0081] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
