液化天然气储藏/搬运船及液化天然气储藏/搬运船的剩余气体产生抑制方法

摘要

本发明提供一种液化天然气储藏/搬运船，其减少将液化天然气（LNG）向液化天然气船内储藏罐装入的LNG装入时产生的天然气量，并将通过LNG装入而产生的剩余气体量抑制成最小限度。一种液化天然气储藏/搬运船，具备储藏极低温状态的液化天然气的液化天然气船内储藏罐（2），其中，在向液化天然气船内储藏罐（2）装入液化天然气时，提升罐内压而使沸点上升以使装入液化天然气成为过冷却状态，并且，设有用于将装入液化天然气从罐顶部附近向罐内投入而装入的顶部液化天然气投入系统（20）。

说明书

技术领域

本发明涉及用于液化天然气的储藏/搬运等的液化天然气储藏/搬 运船及液化天然气储藏/搬运船的剩余气体产生抑制方法，尤其是涉及 抑制在对于液化天然气储藏/搬运船的液化天然气装入时产生的剩余气 体的技术。

背景技术

以往，已知有使用在液化天然气（以下，称为“LNG”）的搬运 中的液化天然气搬运船（LNGC、SRV）、或具备再气化装置的浮体式 液化天然气储藏船（FSRU）那样对LNG进行处理的液化天然气储藏/ 搬运船。

在已有的液化天然气搬运船中，在向LNG储藏罐的LNG装入时， LNG气化而产生大量的天然气，因此对于在搬运船侧无法消耗的大部 分的剩余气体，例如图4所示，向陆上基地运回而在基地侧进行处理 （通常是焚烧处理）。

图4所示的液化天然气搬运船1具备球形的LNG船内储藏罐2。 各LNG船内储藏罐2具备：在装入从陆上基地侧的LNG陆上储藏罐 10等通过LNG泵11送出的LNG时使用的实线表示的LNG装入配管 系统12；在从各LNG储藏罐2排出气化的天然气时使用的虚线表示的 气体排出配管系统13。

气体排出配管系统13将各LNG船内储藏罐2内的天然气向发动 机部3供给，并向陆上基地侧的火炬烟囱14引导而使其燃烧。

在液化天然气搬运船1中，作为向LNG船内储藏罐2的LNG装 入时产生大量的剩余气体的主要理由，可列举下述的两点。

1）对LNG船内储藏罐2进行预冷之后开始LNG装入，但LNG 船内储藏罐2未被冷却至装入LNG的饱和温度。因此，由于向LNG 船内储藏罐2内装入极低温的LNG，而产生图5箭头所示的热量的移 动，装入LNG在与LNG船内储藏罐2或天然气的接触面处升温至饱 和温度。其结果是，在LNG船内储藏罐2的内部，产生大量的天然气。

2）在装入操作前残留在LNG船内储藏罐2内的LNG由于长期放 置而重质化（甲烷成分的挥发）不断发展，其结果是，处于液温上升 的状态。因此，由于比残留LNG的液温低的新的LNG流入，而在LNG 船内储藏罐2的内部产生突沸现象，因此尤其是在装入初期产生大量 的天然气。

在浮体式液化天然气储藏船的情况下，在LNG装入时产生的剩余 气体的处理变得更加困难。即，如图3所示，在从液化天然气往复搬 运船（SHUTTLE LNGC）1S向浮体式液化天然气储藏船1F的LNG装 入操作时，向液化天然气往复搬运船1S侧的可运回气体量基本上被制 约成与从液化天然气往复搬运船1S供给的LNG容积相同的容量。

因此，在大气放出不被许可的状况下，在浮体式液化天然气储藏 船1F的船上适当部位装备再液化装置（未图示），对剩余气体进行液 化而仅能再次向LNG船内储藏罐2返回。需要说明的是，图中的标号 4是LNG泵，5是船上再气化装置，12是LNG装入配管系统，13是 气体排出配管系统，15是将通过船上再气化装置5气化的高压的天然 气（CNG）向陆上设施等供给的高压气体排出配管系统。

作为与LNG船相关的现有技术，已知有如下技术：为了减少在运 送中从LNG储藏罐产生的蒸发气体（BOG），而设为容许在常压附近 的压力范围内调节的罐内蒸气压力的上升的罐强度。（例如，参照专 利文献1）

另外，在低温液化气体储藏罐中，提出了防止层状化防止运转中 的急剧的BOG发生的翻转发生防止方法。（例如，参照专利文献2）

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2008-196685号公报

【专利文献2】日本特开2000-179798号公报

发明内容

如上述那样，对于在LNG装入时产生的剩余气体的处理，在无法 进行陆上基地侧的处理的浮体式液化天然气储藏船中变得特别困难。 该剩余气体虽然也可以进行基于再液化装置的处理，但剩余气体量越 多则再液化装置也越大型化，因此在船上的设置空间确保或成本方面 不利。

因此，若能够减少在LNG装入时气化而产生的天然气量，则成为 剩余气体的天然气量也减少而变少，因此剩余气体的处理变得容易或 不需要。

从这种背景出发，希望一种液化天然气储藏/搬运船及液化天然气 储藏/搬运船的剩余气体产生抑制方法，在向液化天然气储藏/搬运船的 液化天然气船内储藏罐装入液化天然气的LNG装入时，其能够抑制罐 内的气化而减少产生的天然气量。

本发明鉴于上述的情况而作出，其目的在于提供一种液化天然气 储藏/搬运船及液化天然气储藏/搬运船的剩余气体产生抑制方法，其减 少在将液化天然气向液化天然气船内储藏罐装入的LNG装入时产生的 天然气量，将由于LNG装入而产生的剩余气体量抑制成最小限度。

本发明为了解决上述的课题，采用了下述的手段。

本发明的第一方式的液化天然气储藏/搬运船具备储藏极低温状 态的液化天然气的液化天然气储藏罐，其中，在向所述液化天然气储 藏罐装入所述液化天然气时，提升罐内压而使沸点上升以使装入液化 天然气成为过冷却状态，并且，设有用于将所述装入液化天然气从罐 顶部附近向罐内投入而装入的顶部液化天然气投入系统。

根据所述第一方式的液化天然气储藏/搬运船，在向液化天然气储 藏罐装入液化天然气时，提升罐内压而使沸点上升以使装入液化天然 气成为过冷却状态，并且，设有用于将装入液化天然气从罐顶部附近 向罐内投入而装入的顶部液化天然气投入系统。因此，有效利用处于 过冷却状态的装入液化天然气作为使罐内的天然气再冷凝的冷热源， 并且，从顶部液化天然气投入系统投入到罐内的装入液化天然气从罐 内的上部自然落下到液面，由此能够进行高效率的热交换。

在所述第一方式中，所述顶部液化天然气投入系统可以是使所述 装入液化天然气从顶部液化天然气流路呈帘幕状地自然落下的结构、 使所述装入液化天然气从穿设于顶部液化天然气流路的一个或多个喷 射孔自然落下的结构、使所述装入液化天然气从安装于顶部液化天然 气流路的一个或多个喷雾嘴呈喷雾状地自然落下的结构中的任一结 构，只要是从顶部液化天然气流路的管端自然落下等设置顶部液化天 然气流路而使装入液化天然气自然落下的结构即可，不受限制。

如此，若从顶部液化天然气投入系统使液化天然气通过重力自然 落下而投入到罐内，则装入液化天然气与罐内天然气之间，接触面积 增加且接触时间也变长。因此，在装入液化天然气与罐内天然气之间 能促进热交换，从而能够进行高效率的热交换。

本发明的第二方式的液化天然气储藏/搬运船的剩余气体产生抑 制方法适用于具备储藏极低温状态的液化天然气的液化天然气储藏罐 的液化天然气储藏/搬运船，抑制将装入液化天然气向所述液化天然气 储藏罐装入时发生气化的天然气的产生量，其中，形成提升罐内压而 使沸点上升以使所述装入液化天然气成为过冷却状态的状态，使所述 装入液化天然气从罐顶部附近向罐内自然落下而装入。

根据这种液化天然气储藏/搬运船的剩余气体产生抑制方法，形成 提升罐内压而使沸点上升以使装入液化天然气成为过冷却状态的状 态，使装入液化天然气从罐顶部附近向罐内自然落下而装入。因此， 使用过冷却状态的装入液化天然气作为使罐内的天然气再冷凝的冷热 源，而且，装入液化天然气从罐顶部通过重力自然落下而投入，因此 能够进行高效率的热交换。

【发明效果】

根据上述的本发明，能得到提供一种液化天然气储藏/搬运船及液 化天然气储藏/搬运船的剩余气体产生抑制方法这样的显著的效果，其 在将液化天然气向液化天然气船内储藏罐装入的LNG装入时，通过应 用若对液化天然气进行加压则成为过冷却状态这样的低温物质的特 性，减少因气化而在罐内产生的天然气量，将通过LNG装入而产生的 剩余气体量抑制成最小限度。

附图说明

图1A表示与本发明的液化天然气储藏/搬运船及液化天然气储藏/ 搬运船的剩余气体产生抑制方法相关的一实施方式，是表示将装入液 化天然气从液化天然气储藏罐的罐顶部附近向罐内投入而装入用的顶 部液化天然气投入系统的图。

图1B表示与本发明的液化天然气储藏/搬运船及液化天然气储藏/ 搬运船的剩余气体产生抑制方法相关的一实施方式，是表示将装入液 化天然气向液化天然气储藏罐投入而装入时，提升罐内压而使沸点上 升以使装入液化天然气成为过冷却状态的情况的说明图。

图2A是表示本发明的顶部液化天然气投入系统的具体例即帘幕 方式的图。

图2B是表示本发明的顶部液化天然气投入系统的第一变形例即 喷射方式的图。

图2C表示本发明的顶部液化天然气投入系统的第二变形例即喷 雾方式的图。

图3是表示从液化天然气往复搬运船向浮体式液化天然气储藏船 （FSRU）装入液化天然气的LNG装入操作的说明图。

图4是表示从陆上基地向液化天然气搬运船（LNGC、SRV）装入 液化天然气的LNG装入操作的说明图。

图5是表示液化天然气储藏罐中的热量移动的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的液化天然气储藏/搬运船及液化天 然气储藏/搬运船的剩余气体产生抑制方法的一实施方式。

图3是表示对于浮体式液化天然气储藏船1F，从液化天然气往复 搬运船1S装入液化天然气（LNG）的LNG装入操作的说明图。浮体 式液化天然气储藏船1F是具备能够储藏LNG的球形的LNG船内储藏 罐2和船上再气化装置5的LNG船，固定在海洋上而从液化天然气往 复船1S接受LNG。LNG船内储藏罐2内的LNG根据需要通过船上再 气化装置5进行气化而成为高压的天然气（CNG），经由铺设于海底 等的高压气体排出配管系统15，从浮体式液化天然气储藏船1F向陆上 设施等送出。

另一方面，液化天然气往复搬运船1S包括在液化基地将搭载于球 形的LNG船内储藏罐2的LNG输送至接纳地点并向上述的浮体式液 化天然气储藏船1F送出的类型的LNG船、或者在船上将再气化的天 然气通过管线等向陆上设施（储藏设施或再液化设施等）送出的类型 的LNG船。图示的液化天然气往复船1S是使用配置在罐内的LNG泵 4，将搭载于LNG船内储藏罐2的LNG向浮体式液化天然气储藏船1F 送出的类型的LNG船。

在图3中，液化天然气往复搬运船1S与浮体式液化天然气储藏船 1F之间由实线表示的LNG装入配管系统12和虚线表示的气体排出配 管系统13连结。

一方的LNG装入配管系统12为了从液化天然气往复搬运船1S向 浮体式液化天然气储藏船1F送出LNG而使用，另一方的气体排出配 管系统13使用于LNG装入时在浮体式液化天然气储藏船1F侧的LNG 船内储藏罐2产生的剩余气体的运回。

需要说明的是，LNG装入配管系统12及气体排出配管系统13对 于每个进行LNG的装卸（送出）的液化天然气往复搬运船1S能够进 行分离及连结。

如上述那样，液化天然气储藏船1F或液化天然气往复搬运船1S 那样的液化天然气储藏/搬运船（以下，称为LNG船）具备储藏极低温 状态的LNG的球形的LNG船内储藏罐2。

因此，在本实施方式中，在向搭载于LNG船的LNG船内储藏罐 2装入LNG时，提升罐内压而使沸点上升以使装入液化天然气（装入 LNG）成为过冷却状态，并且例如图1A所示，设有将装入LNG从LNG 船内储藏罐2的顶部附近向罐内投入而装入用的顶部液化天然气投入 系统（顶部LNG投入系统）20。

即，在向LNG船内储藏罐2装入LNG时，若将LNG船内储藏罐 2加压成比以往的运转压力（最大0.25barG以下）高的压力，则装入 LNG的沸点在罐内上升而成为过冷却状态。因此，在LNG船内储藏罐 2的内部，作为用于使罐内的天然气（残存气体及产生气体）再冷凝的 冷热源，可以利用装入LNG的显热。

这种情况下，若将LNG船内储藏罐2设为球形，则在结构上能够 加压至比薄膜类型的结构更高的压力，因此能够将装入LNG的沸点设 定为更高的温度而得到大的冷热量。需要说明的是，在薄膜类型的情 况下，推测为加压的上限为0.6BarG左右，但是在球形的情况下，容易 加压成0.6BarG以上。

换言之，如图1B所示，向LNG船内储藏罐2内投入的装入LNG 被加压成0.25BarG以上而处于温度T1的过冷却状态，因此，成为比 天然气的温度T2更低温的状态（T1<T2）。由此，温度相对低的过冷 却状态的装入LNG在图中如空心箭头H所示，从罐内的天然气吸热而 冷却，因此能够利用作为使天然气冷凝而使液体的LNG进行状态变化 的冷热源。

此时，LNG船内储藏罐2的内部加压通过利用装入LNG的自蒸 发而能够容易地实现。

即，通过开始LNG的装入作业，投入到LNG船内储藏罐2的内 部的装入LNG发生气化而成为天然气，该天然气使罐内压上升，由此， 投入到罐内的装入LNG的沸点上升而成为过冷却状态。因此，过冷却 状态的装入LNG作为对存在于罐内而成为剩余气体的原因的天然气进 行冷却的冷热源，由于从天然气吸热而使其冷凝从而能够成为LNG。 需要说明的是，在进行上述的内部加压时，设于气体排出配管系统13 的图示省略的开关阀关闭。

顶部LNG投入系统20例如图1A所示，是从LNG装入配管系统 12分支而设置的配管系统，在LNG船内储藏罐2的顶部附近具备顶部 液化天然气流路（顶部LNG流路）21。

即，已有的LNG装入配管系统12被引导至LNG船内储藏罐2的 罐底部附近，因此，基于显热差的热交换如图1B所示的空心箭头H那 样在罐内的LNG液面上在液相与气相之间仅局部性地进行，冷凝量并 不充分。

然而，通过设置上述的顶部LNG投入系统20，从顶部LNG投入 系统20投入的装入LNG和存在于罐内的天然气由于装入LNG从罐内 的上部自然落下到LNG液面，而进行图1A的空心箭头Ha所示那样的 热交换，因此接触面积增大，而且能够确保长的接触时间。其结果是， 在装入LNG与存在于罐内的天然气之间，促进相互的热交换而热交换 效率提高。需要说明的是，图中的空心箭头Hb表示LNG船内储藏罐 2与外部大气的热交换。

作为顶部LNG投入系统20的具体的结构例，例如有图2A所示 的顶部LNG投入系统20A那样以在罐内使装入LNG呈帘幕状地自由 落下的方式构成的结构。这种情况下的顶部LNG流路21A设为上部敞 开的水槽状的LNG流路22，使装入LNG从设定得比内周侧壁面22a 低的外周侧壁面22b大致整周地溢流，由此通过重力而使装入LNG呈 帘幕状地自然落下。

如此，当装入LNG在LNG船内储藏罐2的内部从顶部LNG流路 21A呈帘幕状地自然落下时，帘幕状的装入LNG与罐内的天然气的接 触面积相比较于图1B所示的从罐内底部附近投入的情况那样仅与 LNG液面接触的情况的接触面积，能增大帘幕状的面积的量。而且， 由于从顶部LNG流路21A投入的装入LNG自然落下，因此能够确保 比较长的接触时间。

即，从顶部LNG投入系统20A投入的装入LNG与存在于罐内的 天然气除了接触面积的增大之外，还能够确保长的接触时间，因此能 促进相互的热交换而使热交换效率提高。

然而，上述的顶部LNG投入系统20并未限定为使装入LNG从顶 部LNG流路21A呈帘幕状地自然落下的顶部LNG投入系统20A，可 以成为例如下述的变形例。

图2B所示的第一变形例的顶部LNG投入系统20B在配管材料穿 设有向顶部LNG流路21B喷射装入LNG的一个或多个喷射孔23。该 喷射孔23成为使喷射的装入LNG从各喷射孔23呈大致圆锥状地扩散， 并通过重力使喷射的装入LNG自然落下到罐内的LNG液面的喷射方 式。这种情况下的喷射孔23为了提高热交换效率，而优选在顶部LNG 流路21B的整面上等间距地配置。

图2C所示的第二变形例的顶部LNG投入系统20C在配管材料安 装有向顶部LNG流路21C将装入LNG呈喷雾状地喷射的一个或多个 喷雾嘴24，是从各喷雾嘴24将装入LNG呈喷雾状地喷射而使其自然 落下的喷雾方式。关于这种情况下的喷雾嘴24，为了提高热交换效率， 而优选在顶部LNG流路21C的整面上等间距地配置。

如此，采用帘幕方式、喷射方式及喷雾方式中的任一方式，使装 入LNG从顶部LNG投入系统20自然落下而将其投入到罐内，由此能 够在装入LNG与罐内天然气之间确保大的接触面积和接触时间，因此 能够进行高效率的热交换。而且，例如喷雾方式那样将在罐内自然落 下的装入LNG设为直径小的粒子的情况能进一步增大与罐内天然气的 接触面积，因此在热交换的效率提高方面有效。

需要说明的是，关于帘幕方式、喷射方式及喷雾方式，并未限定 为单独采用的情况，也可以将多个方式适当组合。

如此，在上述的本实施方式的LNG船中，在将装入LNG向LNG 船内储藏罐2投入而装入时，提升罐内压而使沸点上升以使装入LNG 成为过冷却状态，并且设有将装入LNG从罐顶部附近向罐内投入而装 入用的顶部LNG投入系统20。因此，能够有效利用处于过冷却状态的 装入LNG具有的冷热作为使罐内的天然气再冷凝的冷热源。此外，从 顶部LNG投入系统20向罐内投入的装入LNG呈帘幕状、基于喷射的 大致圆锥形状、及/或喷雾状地自然落下。因此，与罐内天然气的接触 时间、接触面积增加，由此能够提高热交换的效率。

并且，在上述的结构的LNG船中，即，在具备储藏极低温状态的 LNG的LNG船内储藏罐2的LNG船中，对于在将装入LNG向LNG 船内储藏罐2装入时发生气化的天然气的产生量，通过利用以下说明 的方法将装入LNG投入，而能够抑制。

即，LNG船的剩余气体产生抑制方法是：形成提升LNG船内储 藏罐2的罐内压而使沸点上升以使装入LNG成为过冷却状态的状态， 使装入LNG通过重力从罐顶部附近自然落下到罐内的LNG液面而装 入。其结果是，能够有效地利用处于过冷却状态的装入LNG具有的冷 热作为使罐内的天然气再冷凝的冷热源。而且，从罐内的上部投入的 装入LNG通过重力而从罐顶部自然落下，因此能够增加与罐内天然气 的接触时间、接触面积而进行高效率的热交换。

并且，上述的液化天然气储藏/搬运船及液化天然气储藏/搬运船的 剩余气体产生抑制方法能够实现更具有冗长性的货物操作，即，对LNG 船内储藏罐2的罐内压进行减压从而进行的天然气生成。

具体说明的话，充分加压后的LNG船内储藏罐2内的LNG成为 沸点高的过冷却状态。因此，即使LNG船内储藏罐2内的LNG接受 热量输入，在到达其沸点之前也仅是液温上升而不产生气体。换言之， 这种情况可以称为将热量积存在LNG内的状态。

反之，当将设于气体排出配管系统13的图示省略的开关阀打开等 而降低LNG船内储藏罐2的罐内压时，LNG的饱和温度下降，因此一 部分的LNG发生气化。若利用该原理，则在LNG装入后的操作中， 例如若根据LNG船发动机部3等那样的气体消耗处的需要而控制LNG 船内储藏罐2的罐内压，则能够自由地生成天然气。

根据上述的本实施方式，在将LNG向LNG船内储藏罐2装入的 LNG装入时，通过应用若对LNG进行加压则成为过冷却状态这样的低 温物质的特性，则能够减少因气化而在罐内产生的天然气量，能够将 通过LNG装入而产生的剩余气体量抑制成最小限度。

因此，在向LNG船内储藏罐2装入LNG时不产生剩余的天然气， 因此不需要像以往那样利用船上的压缩机将天然气向陆上基地运回并 进行焚烧处理。即，不需要运回天然气的压缩机的运转所需的动力和 白白地消耗天然气的气体焚烧处理。而且，在浮体式液化天然气储藏 船1F那样的LNG船中，对于再液化处理装置那样的剩余气体的处理 装置，可以不需要或实现小型化。

另外，若对LNG船内储藏罐2的内压进行减压，则能够进行与减 压对应的气化量的调整，因此，能够特意地生成天然气。这种气化量 调整相比较于例如再气化装置5那样利用在以往的LNG船中通常设置 的强制气化装置（蒸发器）调整气化量的方法，成为不需要蒸气等热 源等高效且简易的方法。

如此，上述的本实施方式在具备LNG船内储藏罐2的LNG船等 船舶中，适用于向LNG船内储藏罐2装入LNG的情况，关于船舶的 种类等并未限定为上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够适 当变更。

【标号说明】

1  液化天然气搬运船

1S  液化天然气往复搬运船

1F  浮体式液化天然气储藏船

2  液化天然气（LNG）船内储藏罐

12  液化天然气（LNG）装入配管系统

13  气体排出配管系统

20、20A～20C  顶部液化天然气投入系统（顶部LNG投入系统）

21、21A～21C  顶部液化天然气流路（顶部LNG流路）

22  液化天然气（LNG）流路

23  喷射孔

24  喷雾嘴