ES2276022T3 - Instalacion para la provision de combustible gaseoso a un conjunto de produccion energetica de un buque de transporte de gas licuado. - Google Patents

Instalacion para la provision de combustible gaseoso a un conjunto de produccion energetica de un buque de transporte de gas licuado. Download PDF

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Roger Courtay
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Abstract

Instalación para la provisión de combustible gaseoso a un conjunto (2) de producción energética de un buque de transporte de gas licuado, a partir del contenido de por lo menos de una cuba (1) de dicho buque, conteniendo dicha cuba dicho gas licuado (3) y gas (4) en fase vapor por encima de una superficie (5) de separación líquido-vapor, y que comprende un compresor (6) arrastrado por un motor (17) y cuya entrada es apta para aspirar en dicha cuba (1) por encima de la superficie liquida, desembocando la salida del compresor en un colector (7) de alimentación de dicho conjunto (2) de producción energética y una bomba (8) sumergible en el fondo de la cuba conectada por un conducto (9) a la entrada del evaporador (10), caracterizada porque la salida del evaporador (10) esta conectada a dicho colector (7), un conducto de retorno (11) de líquido a la cuba, equipado con la primera válvula (12) regulada, estando conectada al conducto (9) que une la bomba (8) con el evaporador (10).

Description

Instalación para la provisión de combustible gaseoso a un conjunto de producción energética de un buque de transporte de gas licuado.
La presente invención se refiere a una instalación para la provisión de combustible gaseoso a un conjunto de producción energética de un buque de transporte de gas licuado a partir del contenido de por lo menos una cuba del buque.
En los buques metaneros conocidos, el conjunto de producción energética comprende una caldera de producción de vapor que alimenta una turbina que arrastra la hélice. La caldera de producción de vapor utiliza como combustible el gas de la carga. En las cubas que están aisladas térmicamente, el metano está en estado líquido y la fase gaseosa situada por encima del nivel líquido está a una presión próxima a
1 bar.
La alimentación de la caldera proviene por una parte, de la fase gaseosa por encima del líquido, aspirada directamente por encima de la superficie por un compresor axial que alimenta, a la presión requerida, los quemadores de la caldera y por otra parte, por aspiración de líquido bombeado en las cubas y enviado hacia un evaporador; a la salida, el gas es expansionado a la presión de entrada, de aproximadamente 1 bar, del compresor y enviado hacia este compresor con el gas que proviene directamente de la fase gaseosa de las cubas por evaporación natural.
La parte que proviene del líquido bombeado y puesta en fase gaseosa es producida cuando solamente la evaporación natural es insuficiente para alimentar las necesidades energéticas del buque.
Dicha instalación puede ser utilizada asimismo para alimentar con combustible gaseoso un conjunto de producción energética distinto de una caldera que alimenta una turbina. La patente FR 2 722 760 describe así dicha instalación que alimenta con combustible gaseoso unos motores térmicos que arrastran unos alternadores que alimentan los motores eléctricos acoplados a la hélice.
La patente FR 2 160 055 describe una instalación de turbinas de gas para la propulsión de buques, en la cual un evaporador con vaporización forzada sirve para proporcionar la cantidad de gas necesario en el estado momentáneo de funcionamiento de la instalación.
La presente invención propone una disposición nueva que permite en particular reducir la potencia del compresor y tiene así por objeto una instalación para la provisión de combustible gaseoso a un conjunto de producción energética de un buque de transporte de gas licuado, a partir del contenido de por lo menos una cuba de dicho buque, conteniendo dicha cuba dicho gas licuado y gas en fase vapor por encima de una superficie de separación líquido-vapor, y que comprende un compresor arrastrado por un motor y cuya entrada aspira en dicha cuba por encima de la superficie liquida, suministrando la salida del compresor en un colector de alimentación de dicho conjunto de producción energética, y una bomba sumergida en el fondo de la cuba conectada por un conducto a la entrada de un evaporador, caracterizada porque la salida del evaporador esta conectada dicho colector, un conducto de retorno de líquido a la cuba, equipada con una primera válvula regulada, estando conectada al conducto que une la bomba al
evaporador.
Según otra característica, una segunda válvula está situada sobre el conducto que une la bomba con el evaporador, corriente abajo de la conexión de dicho conducto de retorno al conducto que conecta la bomba con el evaporador.
Según otra característica, una tercera válvula regulada equipa un conducto conectado a dicho conector, desembocando dicho conducto en un dispositivo de oxidación del gas.
Según otra característica, un primer autómata manda, en función de la presión en la cuba, el arranque y el paro de la bomba al mismo tiempo que la apertura y el cierre de la válvula situada sobre el conducto que conecta la bomba con el evaporador, así como la apertura de la válvula regulada que alimenta el dispositivo de oxidación del gas.
Según otra característica, un segundo autómata manda, en función de la presión medida en el conducto que conecta la bomba con el evaporador, la apertura de la válvula regulada situada sobre el conducto de retorno.
Según otra característica, un tercer autómata manda, en función de la presión medida en el colector de alimentación del conjunto de producción energética, la velocidad de rotación del motor de arrastre de dicho compresor así como el ángulo de los álabes de entrada del compresor.
Se dará ahora la descripción de un ejemplo de realización de la invención haciendo referencia al plano anexo, en el cual:
La fig. 1 representa una instalación según la invención.
La fig. 2 es un gráfico que ilustra, en función de la presión en la cuba, el estado marcha/paro de la bomba así como el estado de apertura de las dos válvulas.
La fig. 3 es un gráfico de ilustración de la regulación.
Haciendo referencia a la fig. 1, se trata de alimentar con combustible gaseoso un conjunto de producción energética de un buque de transporte de gas licuado tal como un metanero del que está representada una cuba 1.
Un conjunto de producción energética de este tipo está designado como 2 y puede comprender unos motores diesel que arrastran unos alternadores para la producción de energía eléctrica para las instalaciones eléctricas del buque y su propulsión, pero podría alimentar alternativamente un conjunto clásico que comprende una caldera de producción de vapor que alimenta una turbina de vapor para el arrastre de la hélice.
La cuba 1 contiene gas licuado 3 a -163ºC y en fase vapor en 4 por encima de la superficie 5 del líquido. La presión de la cuba es próxima a la presión atmosférica. La instalación comprende un compresor 6 cuya entrada aspira en 4 en la fase vapor y cuya salida suministra en un colector 7 de alimentación del conjunto 2. Por otra parte, una bomba 8, sumergida en el fondo de la cuba está conectada por un conducto 9 con la entrada de un evaporador 10 cuya salida está conectada al colector 7.
Un conducto de retorno 11 hacia la cuba 1, equipado con una primera válvula regulada 12 está conectado al conducto 9 mientras que una segunda válvula 13 está situada sobre el conducto 9 corriente abajo de la conexión del conducto de retorno 11 con el conducto 9.
Un conducto 14, equipado con una tercera válvula 15 regulada está además conectada al colector 7 corriente abajo de la unión de la salida del evaporador 10 al colector 7, y desemboca en un dispositivo de oxidación 16 del gas, llamado a veces incinerador o "oxydiser" en inglés.
Finalmente, el compresor 6 es arrastrado por un motor 17 cuya velocidad de rotación es mandada a partir de un autómata 18 que recibe una información de una galga de presión 19 que mide la presión del gas en el colector 7. El autómata 18 manda asimismo, en función de la presión medida por la galga 19, el ángulo de los álabes de entrada del compresor 6.
La válvula 13 situada en la entrada del evaporador 10 es mandada en la apertura y en el cierre, en todo o nada, por un segundo autómata 20. Este autómata recibe en la entrada una información de la presión en la cuba 1 dada por una galga de presión 21 y manda, además de la válvula 13, la válvula 15 de apertura regulada variable así como el arranque y el paro de la bomba 8. Finalmente, una galga de presión 22 mide la presión en el conducto 9 y la información es enviada hacia un tercer autómata 23 que manda la válvula 12 regulada de apertura variable.
La disposición de la instalación descrita, contrariamente a la de la técnica anterior, conecta la salida del evaporador no ya con la entrada del compresor sino con su salida, en el colector 7 de alimentación del conjunto 2. Así, estando el líquido bombeado puesto ya a presión por la bomba 8, se evita así expansionarlo a una presión próxima a la presión atmosférica como es necesario en la técnica anterior en la que la salida del evaporador es enviada a la entrada del compresor al mismo tiempo que el gas evaporado naturalmente en la cuba.
Por tanto ya no se comprime más que el gas que proviene de la fase gaseosa 4 de la cuba 2, lo que se traduce por una reducción del consumo de energía necesario para la producción total del gas enviado hacia el conjunto 2.
El funcionamiento es el siguiente:
El compresor 6 está en funcionamiento continuo y aspira por tanto de forma permanente el gas que se evapora en el espacio 4.
Según las condiciones de intercambio térmico entre el exterior y el interior de la cuba, y la cantidad del nivel líquido en la cuba, la presión en el interior de la cuba varia un poco y la regulación se realiza de la forma siguiente:
La fig. 2 muestra, en función de la presión en la cuba 1, la posición marcha/paro de la bomba 8, así como la posición abierta o cerrada de la válvula 13 y el valor de apertura de 0 a 100% de la válvula 15. La posición de la válvula 15 está representada en esta figura por la curva c entre las presiones P_{3} y P_{4}, mientras que la curva b muestra el cierre de la válvula 13 y el paro de la bomba 8 al paso de la presión P_{2} en el sentido de un aumento de la presión y que la curva a muestra la apertura de la válvula 13 y la puesta en marcha de la bomba 8 al paso de la presión P_{1} en el sentido de una disminución de la presión en la
cuba 1.
Por debajo de P_{1,} la evaporación natural en la cuba es insuficiente para asegurar la necesidad energética del buque y la bomba 8 es así puesta en marcha y la válvula 13 es abierta. Es lo que se produce cuando la cuba 1 esta muy poco llena.
Cuando la cuba 1 está llena, y según las condiciones de intercambio térmico con el exterior, o bien la producción de gas que viene de la evaporación natural en 4 es suficiente pero no excesiva, entonces solamente el compresor 6 está en funcionamiento, la bomba 8 está parada y la válvula 13 está cerrada, lo que ocurre en cuanto la presión alcanza y sobrepasa P_{2}, o bien la presión alcanza un valor P_{3} y la producción de evaporación natural es demasiado importante y es necesario evacuar el exceso de gas no consumido por el conjunto 2, mientras la válvula 15 se abre progresivamente hasta el 100% de su apertura si la presión alcanza una valor P_{4}. Todo esto es mandado por el autómata 20 en función de la presión en la cuba medida por la galga 21. La fig. 3 representa esta regulación.
Paralelamente a esto y como muestra esta misma figura 3, la presión de alimentación del evaporador esta condicionada a una presión de consigna P_{0} y está regulada por medio de la válvula 12 sobre el conducto de retorno 11, cuya apertura de 0 a 100% es mandada por el autómata 23 en función de la presión en el conducto 9 medida por la galga 22: para un valor igual o inferior a P_{5}, la válvula 12 es cerrada y la misma se abre progresivamente entre P_{5} y P_{6} donde se abre completamente. La presión de salida del evaporador correspondiente a la presión del colector 7 es sensiblemente la misma que la presión de alimentación del evaporador.
Por otra parte, el compresor tiene como consigna de regulación un valor idéntico al del evaporador (P_{0}) a parte de la caída de presión en este evaporador La presión de gas en el colector 7 es medida por la galga 19 y constituye el retorno de presión comparado con la consigna de presión proporcionada por el autómata al compresor. El compresor aspira el gas directamente en la cuba y esto tanto más cuando el conjunto 2 consume una gran cantidad de gas y por tanto la presión cae en el colector 7. Esta regulación del compresor no tiene en cuenta la presión de gas en la cuba. La galga 19 mide la presión en el colector, la envía al autómata 18 que actúa sobre la velocidad de rotación del motor de arrastre 17 del compresor 6 y sobre el ángulo de sus álabes de entrada. esta regulación Es rápida y compensa inmediatamente cualquier caída brutal de presión en el colector y dispone de un tampón de gas muy importante puesto que el compresor aspira en una cuba de un volumen muy grande.
El evaporador 10 tiene como consigna de regulación de presión P_{0}. La presión de la cuba es medida por la galga 21. Si esta presión cae por debajo de P_{1}, la bomba 8 es puesta en marcha para proporcionar gas al colector 7 a través del evaporador, esto tiene como consecuencia reducir la cantidad de gas aspirado por el compresor 6 en la cuba y por tanto limitar la caída de presión en la cuba.
La válvula 15, que alimenta un dispositivo de oxidación 16 del gas llamado incinerador o "oxydiser" en inglés actúa como una protección de la cuba contra una eventual sobrepresión: la misma empieza a abrirse a partir la presión P_{3}.
En el ejemplo descrito, los valores respectivos de P_{1}, P_{2}, P_{3}, y P_{4} son de 1.060, 1.070, 1.180 y 1.220 milibars, y las presiones P_{5} y P_{6} en el colector 7, y a la entrada del evaporador 10 cuando la bomba 8 está en marcha, son respectivamente de 5 y 6 bars, siendo la presión P_{0} de consigna de 5, 5 bars.
Evidentemente, los autómatas 18, 20 y 23 pueden estar agrupados en un sistema de control-mando centralizado hacia el cual son conducidos todos los datos necesarios: presión en la cuba 1, presión en el conducto 9 y presión en el colector 7, y a partir del cual las órdenes de mando son enviadas hacia los
accionadores.

Claims (7)

1. Instalación para la provisión de combustible gaseoso a un conjunto (2) de producción energética de un buque de transporte de gas licuado, a partir del contenido de por lo menos de una cuba (1) de dicho buque, conteniendo dicha cuba dicho gas licuado (3) y gas (4) en fase vapor por encima de una superficie (5) de separación líquido-vapor, y que comprende un compresor (6) arrastrado por un motor (17) y cuya entrada es apta para aspirar en dicha cuba (1) por encima de la superficie liquida, desembocando la salida del compresor en un colector (7) de alimentación de dicho conjunto (2) de producción energética y una bomba (8) sumergible en el fondo de la cuba conectada por un conducto (9) a la entrada del evaporador (10), caracterizada porque la salida del evaporador (10) esta conectada a dicho colector (7), un conducto de retorno (11) de líquido a la cuba, equipado con la primera válvula (12) regulada, estando conectada al conducto (9) que une la bomba (8) con el evaporador (10).
2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque una segunda válvula (13) está situada sobre el conducto que une la bomba con el evaporador, corriente abajo de la conexión de dicho conducto de retorno (11) al conducto (9) que une la bomba (8) con el evaporador.
3. Instalación según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque una tercera válvula (15), regulada, equipa un conducto (14) conectado a dicho colector (7), desembocando dicho conducto en un dispositivo de oxidación (16) del gas.
4. Instalación según la reivindicación 3, caracterizada porque un primer autómata (20) manda, en función de la presión en la cuba, la puesta en marcha y el paro de la bomba (8) al mismo tiempo que la apertura y el cierre de válvula (13) situada sobre el conducto (9) que conecta la bomba (8) con el evaporador (10) así como la apertura de la válvula (15) regulada que alimenta el dispositivo de oxidación (16) del gas.
5. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque un segundo autómata (23) manda, en función de la presión medida en el conducto (9) que conecta la bomba (8) con el evaporador (10), la apertura de la válvula regulada (12) situada sobre el conducto de retorno (11).
6. Instalación según una de las reivindicaciones 3, 4 ó 5, caracterizada porque un tercer autómata (18) manda, en función de la presión medida en el colector (7) de alimentación del conjunto (2) de producción energética, al velocidad de rotación del motor (17) de arrastre de dicho compresor (6) así como el ángulo de los álabes de entrada del compresor.
7. Instalación según la reivindicación 3, caracterizada porque un sistema de control-mando centralizado manda, en función de la presión en la cuba, la puesta en marcha y el paro de la bomba (8) al mismo tiempo que la apertura y el cierre de la válvula (13) situada sobre el conducto (9) que conecta la bomba (8) con el evaporador (10), así como la apertura de la válvula (15) regulada que alimenta un dispositivo (16) de oxidación del gas, mandando dicho sistema además la apertura de la válvula regulada (12) situada sobre el conducto de retorno (11), en función de la presión medida en el conducto (9) que conecta la bomba (8) con el evaporador (10), y la velocidad de rotación del motor (17) de arrastre del compresor (6) así como el ángulo de sus álabes de entrada en función de la presión medida en el colector (7) de alimentación del conjunto (2) de producción energética.
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