本发明涉及储存和/或运输液态气体的船舶领域，并且更具体地涉及用于这种船舶所包括的气体消耗设备的气体供应系统，以及这种系统的控制方法。
背景技术：
1、在包括用于消耗和/或输送到目的地点的液态气体罐的船舶的旅程期间，所述船舶应该能够使用所述液态气体的至少一部分来通过气体供应系统供给其马达中的至少一个。这是具有me-gi高压推进发动机的船舶的情况。为了供给这种马达，必须通过能够将气体压缩至300巴(bar)绝对压力的专用压缩设备将气体压缩至极高的压力，但是这种压缩设备是昂贵的，产生相当大的维护成本并在船舶中引起振动。
2、安装这种高压压缩设备的替代方案是在300巴绝对压力下沸腾液态气体，特别是用高压泵，然后将其送至推进发动机。由于这种解决方案不能排出在至少部分地容纳货物的罐中自然形成的汽态气体(沸腾气体(boil-off gas,bog))，因此可以安装低压压缩装置以供给辅助马达，该辅助马达能够将气体作为低压蒸汽消耗。过量的汽态气体也可以通过再冷凝循环到罐中。
3、这种系统的效率已经很高，但仍然可以提高该系统的全局性能。实际上，该系统的缺点是来自罐的汽态气体的温度变化。存在该温度达到阈值的情况，最终引起低压压缩装置的消耗的增加，特别是其功耗的增加。
4、另一个缺点是液态气体的蒸发达到300巴绝对压力需要大量的能量。
技术实现思路
1、本发明旨在通过提出一种用于浮式结构(floating structure)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来解决这些问题，该浮式结构至少包括罐，所述罐被配置为容纳至少液态的气体，其中所述气体供应系统包括：
2、-至少第一气体供应回路，所述第一气体供应回路用于所述高压气体消耗设备，
3、-至少高压蒸发器，所述高压蒸发器被配置为蒸发流过所述第一气体供应回路的所述气体，
4、-至少第二气体供应回路，所述第二气体供应回路用于所述低压气体消耗设备，所述第二气体供应回路至少包括压缩设备，所述压缩设备被配置为将从所述罐中以蒸汽状态排出的一些气体压缩至与所述低压气体消耗设备的需要相兼容的压力，
5、-至少气体返回管线，所述气体返回管线连接在所述压缩设备下游的所述第二供应回路并且延伸到所述罐，
6、-至少第一热交换器和至少第二热交换器，其中它们中的每一个被配置为在流过返回管线的汽态气体与流过第一气体供应回路的液态气体之间实现热交换。
7、气体供应系统的创新在于，其至少包括冷却分支，所述冷却分支用于从罐中以蒸汽状态排出的气体，所述冷却分支连接到压缩设备上游的第二供应回路，其中气体供应系统包括至少一个热量交换器，所述热量交换器至少包括在第一气体供应回路上的第一管线和在冷却分支上的第二管线，所述第一气体供应回路在第二热交换器和高压蒸发器之间。
8、冷却分支使来自罐的汽态气体从第二气体供应回路的一部分发散。这样，气体被送到热量交换器，该热量交换器由于流过第一气体供应回路的液态气体而实现对流过冷却分支的气体的冷却。该热交换比在液态气体和汽态气体之间进行的热交换更有效。因此，在供给低压气体消耗设备的情况下或在液化来自罐覆盖层的过量气体的情况下，冷却分支及其热量交换器是令人感兴趣的。汽态气体在流过热量交换器之后对其进行致密化使得在汽态气体流过返回管线以被冷凝时可以将压缩设备的功耗降低高达30％。当汽态气体流过第二气体供应回路以提供给低压气体消耗设备时，压缩设备的功耗的这种降低可以达到45％。
9、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。它可以是例如浮式结构的推进装置，例如me-gi马达。第一供应回路从罐延伸到高压气体消耗设备。泵位于罐的底部并泵送液态气体，使得其可以流过第一气体供应回路。
10、由于气体必须处于蒸汽状态以供给高压气体消耗设备，因此高压蒸发器在供给高压气体消耗设备之前提供对气体的蒸发。高压蒸发器在第一气体供应回路中的液态气体与传热流体(例如，水乙二醇、海水或水蒸汽)之间的热交换的位置。无论其类型如何，该传热流体必须具有足够高的温度以产生气体的相变，使得其转变为蒸汽或超临界状态以供给高压气体消耗设备。
11、第二气体供应回路从罐延伸到低压气体消耗设备。这可以是例如辅助马达，诸如发电机的内燃机。第二气体供应回路上的压缩设备的功能是从罐的覆盖层抽吸气体，以供给低压气体消耗设备并调节罐中的压力。
12、在压缩设备的出口处，如果低压气体消耗设备不需要或需要很少的燃料供应，则汽态气体可以供给低压气体消耗设备和/或循环通过返回管线。由于返回管线连接在压缩机的下游，因此由压缩设备吸入的汽态气体可以循环通过返回管线。
13、返回管线中的汽态气体首先流过第二热交换器，然后流过第一热交换器，然后返回罐。在该配置中，由于通过第一热交换器的液态气体与通过返回管线的汽态气体之间的热交换，汽态气体的温度通过两个热交换器降低，直到所述气体在第一热交换器的下游基本上冷凝。然后，液态的冷凝气体流到罐中。
14、根据本发明的特征，热量交换器至少包括在高压蒸发器上游的第一气体供应回路上的第一管线和在冷却分支上的第二管线。因此，流过第一气体供应回路的液态气体首先流过热量交换器，然后流过高压蒸发器的第一管线。
15、根据另一个特征，热量交换器的第一管线位于第二热交换器和高压蒸发器之间。这里，应当理解，流过第一气体供应回路的液态气体首先流过第一热交换器的第一管线，然后流过热量交换器的第一管线，然后再流过高压蒸发器的第一管线。
16、由上述变型实现的连续热交换以提高系统效率的顺序利用来自一种和/或另一种相关流体的卡路里。
17、根据本发明的另一个特征，根据通过第二气体供应回路的气流的方向，热量交换器的第二管线位于压缩设备的上游。因此，汽态气体在较低温度下流入压缩设备，这使得可以增加气体的密度，从而减小压缩设备的流量。
18、根据本发明的另一个特征，气体供应系统包括发散点和会聚点，在发散点处冷却分支和第二供应回路分离，在会聚点处冷却分支和第二供应回路接合，其中冷却分支在发散点和会聚点之间延伸。发散点和会聚点界定第二气体供应回路的一部分，并且因此冷却分支平行于该部分安装。
19、有利地，第二气体供应回路包括用于通过所述第二气体供应回路的气体循环的至少一个监测单元，其中冷却分支平行于通过所述第二气体供应回路的气体循环的监测单元安装。因此，监测单元位于第二气体供应回路的一部分上。
20、在这种情况下，发散点位于用于通过所述第二气体供应回路的气体循环的监测单元的上游，并且会聚点根据通过所述第二气体供应回路的流动方向位于所述监测单元的下游。
21、有利地，冷却分支包括用于通过所述冷却分支的气流的至少一个监测阀。因此，通过热量交换器的气流，特别是通过其第二管线的气流，被监测。
22、例如，监测单元和/或监测阀可以是开关阀。
23、本发明的气体供应系统还可以至少包括用于从罐中以蒸汽状态排出的气体的温度的测量装置和管理设备，该管理设备至少命令通过所述第二气体供应回路的气流的所述监测单元和用于通过所述冷却支路的气流的监测阀。测量装置直接或间接地评估或测量从罐中排出的汽态气体的温度。
24、当由测量装置测量的温度高于参考阈值时，管理设备能够允许通过冷却分支的气体循环。此外，当由测量装置测量的温度低于参考阈值时，管理设备能够阻止通过冷却分支的气体循环。
25、有趣的是，第一气体供应回路包括在第一热交换器和第二热交换器之间的泵。该泵，被称为高压泵，使得可以增加通过第一气体供应回路的液态气体的压力，使得其压力与高压气体消耗设备的供给相兼容。
26、根据第一实施例，高压蒸发器和热量交换器构成单个热交换器模块。替代地，第二热交换器和热量交换器构成单个热交换器模块。组合地，至少高压蒸发器、第二热交换器和热量交换器构成单个热交换器模块。该单个热交换器模块仅是具有至少三个、四个或五个管线的一个热交换器，这些管线在流体上彼此不同。
27、根据本发明的特征，气体供应系统包括流过返回管线的汽态气体的热处理分支，其中热处理分支连接到压缩设备上游的第二气体供应回路，气体供应系统包括第三热交换器，该第三热交换器被配置为在通过热处理分支的汽态气体和通过返回管线的汽态气体之间实现热交换。热处理分支和第三热交换器使得可以利用从罐中排出的汽态气体中的冷量(the cold)，以将其传递(yield)给流过返回管线的汽态气体，以便使该气体的液化更容易。
28、根据本发明的特征，第一气体供应回路包括至少一个泵以抽吸从罐中排出的液态气体。泵有利地是位于罐底部的液下泵，以排出液态气体并使其循环通过第一气体供应回路。当液态气体被泵抽吸时，其压力增加到6至17巴绝对压力之间的值。
29、本发明还涉及如本文中所述的用于气体供应系统的控制方法，其中：
30、-在测量步骤中，测量从罐中排出的汽态气体的温度，然后
31、-如果在所述测量步骤中测量的所述汽态气体的温度高于参考阈值，则使所述汽态气体循环通过冷却分支，或者
32、-如果在所述测量步骤中测量的所述汽态气体的温度低于温度阈值，则使所述汽态气体循环通过第二气体供应回路。
33、换句话说，如果从罐中以蒸汽状态排出的气体的温度高于参考阈值，则通过冷却分支的气流的监测阀允许通过所述冷却分支的气体循环。如果从罐中以蒸汽状态排出的气体的温度低于参考阈值，则通过冷却分支的气流的监测阀阻止通过所述冷却分支的气体循环。根据所选择的参考阈值，该方法通过打开用于通过第二气体供应回路的气体循环的监测单元来允许气体流过所述第二气体供应回路，并且例如通过关闭流速调节单元来阻止通过返回管线的气流。
34、测量步骤由用于从罐中排出的汽态气体的测量装置实现。管理设备实现该测量温度和参考阈值之间的比较以及所得到的选择。
35、当参考阈值为-90℃、特别是+/-10％时，系统达到良好的效率水平，该方法然后包括对通过返回管线汽态气体进行冷凝的步骤。
36、根据本发明的一个方面，当参考阈值不小于-150℃时，该方法包括经由第二气体供应回路向低压气体消耗设备供给的步骤。
1.一种用于浮式结构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)的气体供应系统(1)，所述浮式结构包括至少罐(8)，所述罐(8)被配置为容纳至少液态的气体，其中所述气体供应系统(1)包括：
2.根据前述权利要求所述的气体供应系统(1)，其中，所述热量交换器(41)至少包括在所述高压蒸发器(11)上游的所述第一气体供应回路(2)上的第一管线(42)和在所述冷却分支(40)上的第二管线(43)。
3.根据前述权利要求所述的气体供应系统(1)，其中，所述热量交换器(41)的所述第一管线(42)位于所述第二热交换器(7)和所述高压蒸发器(11)之间。
4.根据前述权利要求所述的气体供应系统(1)，其中，根据通过所述第二气体供应回路(3)的所述气流的方向，所述热量交换器(41)的所述第二管线(43)位于所述压缩设备(13)的上游。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应系统(1)，包括发散点(44)和会聚点(45)，在所述发散点(44)处，所述冷却分支(40)和所述第二供应回路(3)分离，在所述会聚点(45)处，所述冷却分支(40)和所述第二供应回路(3)接合，其中，所述冷却分支(40)在所述发散点(44)和所述会聚点(45)之间延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应系统(1)，其中，所述第二气体供应回路(3)包括至少一个监测单元(46)，所述监测单元(46)用于通过所述第二气体供应回路(3)的气体循环，其中，所述冷却分支(40)平行于通过所述第二气体供应回路(3)的气体循环的所述监测单元(46)安装。
7.根据前述权利要求所述的气体供应系统(1)，其中，所述冷却分支(40)包括至少监测阀(47)，所述监测阀(47)用于通过所述冷却分支(40)的气流。
8.根据前述权利要求所述的气体供应系统(1)，包括至少一个测量装置(48)以及管理设备(49)，所述测量装置(48)用于从所述罐(8)中以蒸汽状态排出的气体的温度，所述管理设备至少命令通过所述第二气体供应回路(3)的气流的所述监测单元(46)和用于通过所述冷却分支(40)的气流的所述监测阀(47)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应系统(1)，其中，所述第一气体供应回路(2)包括在所述第一热交换器(6)和所述第二热交换器(7)之间的泵(10)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的气体供应系统(1)，其中，至少所述高压蒸发器(11)和所述热量交换器(41)构成单个热交换器模块(50)。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的气体供应系统(1)，其中，至少所述高压蒸发器(11)、所述第二热交换器(7)和所述热交换器(41)构成单个热交换器模块(50)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的气体供应系统(1)，包括通过所述返回管线(14)的所述汽态气体的热处理分支(33)，其中，所述热处理分支(33)连接到所述压缩设备(13)上游的所述第二供应回路(3)，所述气体供应系统(1)包括第三热交换器(36)，所述第三热交换器(36)被配置为在通过所述热处理分支(33)的所述汽态气体与通过所述返回管线(14)的所述汽态气体之间实现热交换。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于气体供应系统(1)的控制方法，其中：
14.根据前述权利要求所述的控制方法，其中，所述参考阈值为-90℃，其中，所述控制方法包括对通过所述返回管线(14)的所述汽态气体进行冷凝的步骤。
15.根据前述权利要求所述的控制方法，其中，所述参考阈值不小于-150℃，其中，所述方法包括经由所述第二气体供应回路(3)供给所述低压气体消耗设备(5)的步骤。
