CN107339610A - 一种海船lng燃料高压供气***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海船LNG燃料高压供气***，其特征在于，它包括设置在船舶甲板上的LNG充装存储***和设置在船舶燃料准备间内的燃料供给***；所述LNG充装存储***包括LNG储罐和通过管道和阀门连接在LNG储罐上的LNG充装工艺***，所述LNG充装工艺***包括储罐惰化管路***，储罐预冷管路***，气体置换管路***，所述燃料供给***通过管道和阀门分别连接置LNG储罐和船舶燃气发动机，所述燃料供给***包括加压泵、汽化器；所述LNG储罐通过管道和阀门依次连接加压泵、汽化器、船舶燃气发动机。该高压供气***能够为采用燃气发动机的船舶进行供气。改善现有柴油发动机对环境造成的污染。

Description

一种海船LNG燃料高压供气***及其控制方法
技术领域
本发明涉及海船燃料供给领域，特征一种海船LNG燃料高压供气***及其控制方法。
背景技术
世界经济的快速发展，引发了世界对能源需求的快速增加。天然气以其清洁、方便、高效的特性成为替代煤炭、石油最合适的优质新型能源。随着国际油价的上涨及排放要求日趋严格，天然气的使用成为各领域的必然趋势。
现有船舶中，主要是以柴油发动机为主，柴油燃烧过程中，会产生浓烈的黑烟，对环境造成污染。由于船运经常涉及跨国运输，不同国家的柴油发动机优劣不同，因此会对环境产生不同程度的污染，导致很多船舶排放标准不达标，进而限制进入某些国家。
天然气以其清洁、方便、高效的特性，能够解决船舶燃烧柴油而导致的环境污染。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种海船LNG燃料高压供气***及器控制方法，该高压供气***能够为采用燃气发动机的船舶进行供气。改善现有柴油发动机对环境造成的污染。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种海船LNG燃料高压供气***，其特征在于，它包括设置在船舶甲板上的LNG充装存储***和设置在船舶燃料准备间内的燃料供给***；
所述LNG充装存储***包括LNG储罐和通过管道和阀门连接在LNG储罐上的LNG充装工艺***，所述LNG充装工艺***包括：
储罐惰化管路***，将常温惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的空气；
储罐预冷管路***，将低温惰性气体充入LNG储罐冷却LNG储罐，排出LNG储罐内的常温惰性气体；
气体置换管路***，将低温CNG充入LNG储罐，排出LNG储罐内的低温惰性气体；
LNG充装管路***，将LNG充入LNG储罐进行存储；
所述燃料供给***通过管道和阀门分别连接置LNG储罐和船舶燃气发动机，所述燃料供给***包括加压泵、汽化器；所述LNG储罐通过管道和阀门依次连接加压泵、汽化器、船舶燃气发动机。
由于上述结构，通过LNG充装工艺***对LNG进行存储，然后再将存储的LNG经过加压汽化后送往船舶燃气发动机，完成整个燃气发动机燃料供给的过程。
LNG储罐，保证了船舶上有足够的燃料。充装工艺***中，对储罐进行惰化，预冷，置换；惰化能够事先检测整个管路***是否漏气，惰性气体安全可靠，不会因漏气而产生燃烧***。预冷，避免了LNG在存储过程中被汽化；置换，保证了LNG存储在LNG储罐中，LNG的纯度。
加压泵使LNG加压，加压至20~30MPa，保证运输需求。
进一步的，储罐惰化管路***包括与LNG储罐连通的常温惰性气体接口、空气排出口、氧气含量检测接口；
储罐预冷管路***包括与LNG储罐连通的低温惰性气体接口和常温惰性气体排出口，设置在LNG储罐内的LNG储罐温度检测装置；
气体置换管路***包括与LNG储罐连通的低温CNG接口、低温惰性气体排出口、低温惰性气体含量检测接口；
LNG充装管路***包括与LNG储罐连通的LNG接口。
进一步的，燃料供给***中，汽化器和船舶燃气发动机间还连接有缓冲罐；且汽化器和缓冲罐间还设置有供气管路温度检测装置和供气管路压力检测装置。
由于上述结构，缓冲罐能够避免高压CNG对船舶燃气发动机造成冲击，供气管路温度检测装置和供气管路压力检测CNG的温度和压力，保证燃料供给***的正常工作。
进一步的，所述LNG储罐通过出液管与燃料供给***中的加压泵相连，且该出液管上还连接有回液管，所述回液管连回至LNG储罐；所述加压泵上还连接有回气管，所述回气管连接至LNG储罐；所述加压泵和汽化器间，还设置加压泵背压排空管路。
由于上述结构，回液管能够使多余的LNG流回LNG储罐，避免出液管流出LNG的过多，影响加压泵工作；加压泵工作时，会产生BOG汽化气体，该气体能够通过回气管回到LNG储罐内进行存储，避免燃料浪费。加压泵下游设置加压泵背压排空管路，能够便于加压泵的启动。
进一步的，所述LNG储罐上还连接有储罐维护管路***,所述储罐管路***将惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的LNG；储罐维护管路***包括与LNG储罐连通的储罐维护惰性气体接口、储罐维护LNG排出口、储罐维护LNG含量检测接口。
由于上述结构，储罐维护管路***排空LNG储罐内的LNG，便于对储罐进行维护，保证维修过程中的安全。
进一步的，所述燃料供给***中还连接有燃料供给管路维护***，所述燃料供给管路维护***将惰性气体充入燃料供给***，排出燃料供给***中的CNG；所述燃料供给管路维护***包括连接在燃料供给***上的燃料供给管路惰性气体接口和燃料供给管路CNG排出口。
由于上述结构，燃料供给***排空燃料供给***中的CNG，便于对燃料供给***进行维护，保证维修过程中的安全。
本发明还公开了一种海船LNG燃料高压供气***的控制方法，该控制方法包括如下步骤：
步骤1：储罐惰化，将常温惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的空气；
步骤2：储罐预冷，将低温惰性气体充入LNG储罐冷却储罐，排出LNG储罐内的常温惰性气体；
步骤3：气体置换，将低温CNG充入LNG储罐，排出LNG储罐内的低温惰性气体；
步骤4：LNG充装，将LNG充入LNG储罐进行存储；
步骤5：燃料供给，将LNG储罐中的LNG经过加压汽化后送往船舶燃气发动机。
上述步骤中，储罐惰化，能够检测储罐是否漏气；储罐预冷，能够避免LNG在充装过程中被汽化；气体置换，保证了LNG存储时的纯度。
进一步的，储罐惰化过程中，LNG储罐内的氧气含量≤1%后惰化完成；
储罐预冷过程中，温度下降速度为10℃/h，且LNG储罐内部温度≤-145℃后预冷完成；
气体置换过程中，LNG储罐内的惰性气体含量≤10%后置换完成；
燃料供给过程中，LNG汽化后，CNG压力应控制在25~30MPa，CNG温度应控制在5~15℃。
进一步的，所述控制方法还包括储罐维护控制方法，在储罐维护过程中，将惰性气体通入LNG储罐，排出LNG储罐内的LNG,当LNG储罐内的LNG含量≤1%后停止通气。
进一步的，所述控制方法还包括燃料供给***维护控制方法，在燃料供给***维护过程中，将惰性气体通入汽化器和缓冲罐，排出汽化器和缓冲罐中的CNG；当惰性气体通入时间≥3min后停止通气。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明能够为采用燃气发动机的船舶进行供气。改善现有船舶中柴油发动机对环境造成的污染。
本发明的海船LNG燃料高压供气***，LNG充装存储过程和燃料供给过程安全稳定可靠。同时便于检修维护。
附图说明
图1是本发明的***结构图；
图2是本发明的LNG充装存储***结构图；
图3是本发明的燃料供给***结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图所述，
本发明公开了一种海船LNG燃料高压供气***，它包括设置在船舶甲板上的LNG充装存储***和设置在船舶燃料准备间内的燃料供给***；
所述LNG充装存储***包括LNG储罐和通过管道和阀门连接在LNG储罐上的LNG充装工艺***，所述LNG充装工艺***包括连接在LNG储罐上的储罐惰化管路***、储罐预冷管路***、气体置换管路***和LNG充装管路***；
所述储罐惰化管路***用于将常温惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的空气；
所述储罐预冷管路***用于将低温惰性气体充入LNG储罐冷却LNG储罐，排出LNG储罐内的常温惰性气体；
所述气体置换管路***用于将低温CNG充入LNG储罐，排出LNG储罐内的低温惰性气体；
所示LNG充装管路***用于将LNG充入LNG储罐进行存储；
所述LNG储罐的个数可以为1个或多个，本实施例中，LNG储罐的个数为2个如图1所示的LNG储罐Ⅰ和LNG储罐Ⅱ，所述LNG储罐并排设置在船舶甲板的左右两侧；
LNG充装工艺***包括液相管1和气相管2，液相管1和气相管2分别通过管道和阀门连接至LNG储罐Ⅰ和LNG储罐Ⅱ;同时液相管1和气相管2还通过管道和阀门连接排出口V1，且液相管1上还连接有检测接口SP。
液相管1包括左舷液相接口L1和右舷液相接口L11，气相管2包括左舷气相接口L2和右舷气相接口L22；设置两个液相和气相接口，便于船舶从不同测充装存储天然气。
所述储罐惰化管路***包括与LNG储罐连通的常温惰性气体接口、空气排出口和用于检测LNG储罐内氧气含量的氧气含量检测接口；
气体置换管路***包括与LNG储罐连通的低温CNG接口、低温惰性气体排出口、用于检测LNG储罐内低温惰性气体含量的低温惰性气体含量检测接口；
其中，储罐惰化管路***和气体置换管路***共用一个管路***，即常温惰性气体接口和低温CNG接口均为气相管2的左舷气相接口L2和右舷气相接口L22；空气排出口和低温惰性气体排出口均为排出口V1；氧气含量检测接口和低温惰性气体含量检测接口均为检测接口SP。
所述储罐预冷管路***包括与LNG储罐连通的低温惰性气体接口和常温惰性气体排出口，设置在LNG储罐内的LNG储罐温度检测装置；
其中低温惰性气体接口为左舷液相接口L1和右舷液相接口L11；常温惰性气体排出口排出口V1；两个LNG储罐内均设置有温度检测装置，且温度检测装置设置有一个或多个，本实施例中，每个储罐中设置有3个温度检测装置。
所述LNG充装管路***包括与LNG储罐连通的LNG接口。所述LNG接口为左舷液相接口L1和右舷液相接口L11。
本实施例中，设置有两个LNG储罐，增大了船舶LNG的存储量。同时两个LNG储罐件可以相互切换，当一个LNG储罐损坏检修时，另一个LNG储罐还能够继续工作。两个储罐同时工作也能够增大，LNG存储效率和燃气供给效率。
所述燃料供给***通过管道和阀门分别连接置LNG储罐和船舶燃气发动机，所述燃料供给***包括加压泵、汽化器、缓冲罐，所述LNG储罐Ⅰ和LNG储罐Ⅱ通过管道和阀门依次经过加压泵、汽化器、缓冲罐连接至船舶燃气发动机。
汽化器和缓冲罐间还设置有供气管路温度检测装置3和供气管路压力检测装置4。
所述LNG储罐通过出液管与燃料供给***中的加压泵M相连，且该出液管5上还连接有回液管6，所述回液管6连回至NG储罐Ⅰ和LNG储罐Ⅱ；所述加压泵上还连接有回气管7，所述回气管7连接至NG储罐Ⅰ和LNG储罐Ⅱ；所述加压泵M和汽化器间，还设置加压泵背压排空管路8。
所述LNG储罐上还连接有储罐维护管路***,所述储罐管路***将惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的LNG；
储罐维护管路***包括与LNG储罐连通的储罐维护惰性气体接口、储罐维护LNG排出口、储罐维护LNG含量检测接口。
其中储罐维护惰性气体接口为左舷气相接口L2和右舷气相接口L22；储罐维护LNG排出口为排出口V1，储罐维护LNG含量检测接口为检测接口SP。
进一步的，所述燃料供给***中还连接有燃料供给管路维护***，所述燃料供给管路维护***将惰性气体充入燃料供给***，排出燃料供给***中的CNG；
所述燃料供给管路维护***包括连接在燃料供给***上的燃料供给管路惰性气体接口L3和燃料供给管路CNG排出口V2。
其中燃料供给管路惰性气体接口设置在加压泵M的出口端，供给管路CNG排出口V2设置在汽化器、缓冲罐和加压泵背压排空管路8的出口端，且分别与汽化器、缓冲罐和加压泵背压排空管路8的出口端相连。
所述海船LNG燃料高压供气***的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：储罐惰化，将常温惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的空气；
步骤2：储罐预冷，将低温惰性气体充入LNG储罐冷却储罐，排出LNG储罐内的常温惰性气体；
步骤3：气体置换，将低温CNG充入LNG储罐，排出LNG储罐内的低温惰性气体；
步骤4：LNG充装，将LNG充入LNG储罐进行存储；
步骤5：燃料供给，将LNG储罐中的LNG经过加压气化后送往燃气发动机。
储罐惰化过程中，控制阀门开闭，使温惰性气体从L22(L2)进入，依次流经阀门F10(F12)，F14(F18)进入LNG储罐I(LNG储罐II)，使空气依次流经阀门F13(F17),F2(F4)，F6(F8)后从V1排出。然后从检测口SP处检测LNG储罐内的氧气含量，当氧气含量≤1%后惰化完成；惰化过程中，两个储罐可以一同惰化，或单独惰化。一同惰化时，检测口SP检测的是两个储罐内的氧气含量。
储罐预冷过程中，控制阀门开闭，使低温惰性气体从L1(L11)进入，依次流经阀门F5(F1),F4(F2),F17(13)后进入LNG储罐II（LNG储罐I），使常温惰性气体依次流经阀门F18(F14),F9(F7)后从V1排出。检测LNG储罐内的温度，当LNG储罐内所有温度检测装置检测到的温度值均≤-145℃后预冷完成；且温度下降速度为10℃/h。预冷过程中，两个储罐可以一同预冷，或单独预冷。一同预冷时，两个储罐内的温度均≤-145℃后预冷才完成。
气体置换过程中，控制阀门开闭，使低温CNG从L22(L2)进入，依次流经阀门F10(F12)，F14(F18)进入LNG储罐I(LNG储罐II)，使低温惰性气体依次流经阀门F13(F17),F2(F4)，F6(F8)后从V1排出。然后从检测口SP处检测LNG储罐内的惰性气体含量，当LNG储罐内的惰性气体含量≤10%后置换完成；
置换过程中，两个储罐可以一同置换，或单独置换。一同置换时，检测口SP检测的是两个储罐内的惰性气体含量。
燃料供给过程中，LNG汽化后，CNG压力应控制在25~30MPa，CNG温度应控制在5~15℃。当CNG满足上述参数设定后，F27才打开，是CNG进入船舶燃气发动机。
在燃料供给过程中，加压泵启动前，先打开阀门F23，1~2秒使加压泵的背压为0后，在启动加压泵。
所述控制方法还包括储罐维护控制方法，在储罐维护过程中，将惰性气体通入LNG储罐，排出LNG储罐内的LNG,当LNG储罐内的LNG含量≤1%后停止通气。（管路流通和阀门控制同储罐惰化过程。）两个储罐也可以单独或一同维护。
所述控制方法还包括燃料供给***维护控制方法，在燃料供给***维护过程中，将惰性气体从燃料供给管路惰性气体接口L3通入汽化器和缓冲罐，排出汽化器和缓冲罐中的CNG（从V2排出）；当惰性气体通入时间≥3min后停止通气。
本实施例中，惰性气体均为氮气。加压泵M为柱塞泵，汽化器为水浴式换热器。LNG储罐为单层罐，LNG储罐内设置深井泵，用于将LNG从LNG储罐内压出。
燃料供给***中的加压泵、汽化器、缓冲罐安装在船舶燃料准备间内，燃料准备间需设置通风装置，且通风量不小于30次/小时。
燃气管路穿过机舱与船舶燃气发动机相连，机舱也需要设置通风装置，且该处通风装置通过双壁管与机舱相连，双臂管外管设计压力不小于内管设计压力，且通风量不小于30次/小时。
本发明的液相接口、气相接口、LNG储罐附近，燃料准备间，机舱内均设置有燃气泄漏检测传感器，所述燃气泄漏检测传感器连接受控于控制器，且控制器上还连接有声光报警器，该声光报警器与数量与燃气泄漏检测传感器数量相对应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海船LNG燃料高压供气***，其特征在于，它包括设置在船舶甲板上的LNG充装存储***和设置在船舶燃料准备间内的燃料供给***；
所述LNG充装存储***包括LNG储罐和通过管道和阀门连接在LNG储罐上的LNG充装工艺***，所述LNG充装工艺***包括：
储罐惰化管路***，将常温惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的空气；
储罐预冷管路***，将低温惰性气体充入LNG储罐冷却LNG储罐，排出LNG储罐内的常温惰性气体；
气体置换管路***，将低温CNG充入LNG储罐，排出LNG储罐内的低温惰性气体；
LNG充装管路***，将LNG充入LNG储罐进行存储；
所述燃料供给***通过管道和阀门分别连接置LNG储罐和船舶燃气发动机，所述燃料供给***包括加压泵、汽化器；所述LNG储罐通过管道和阀门依次连接加压泵、汽化器、船舶燃气发动机。
2.根据权利要求1所述的海船LNG燃料高压供气***，其特征在于：
储罐惰化管路***包括与LNG储罐连通的常温惰性气体接口、空气排出口、氧气含量检测接口；
储罐预冷管路***包括与LNG储罐连通的低温惰性气体接口和常温惰性气体排出口，设置在LNG储罐内的LNG储罐温度检测装置；
气体置换管路***包括与LNG储罐连通的低温CNG接口、低温惰性气体排出口、低温惰性气体含量检测接口；
LNG充装管路***包括与LNG储罐连通的LNG接口。
3.根据权利要求2所述的海船LNG燃料高压供气***，其特征在于：燃料供给***中，汽化器和船舶燃气发动机间还连接有缓冲罐；且汽化器和缓冲罐间还设置有供气管路温度检测装置和供气管路压力检测装置。
4.根据权利要求3所述的海船LNG燃料高压供气***，其特征在于：所述LNG储罐通过出液管与燃料供给***中的加压泵相连，且该出液管上还连接有回液管，所述回液管连回至LNG储罐；所述加压泵上还连接有回气管，所述回气管连接至LNG储罐；所述加压泵和汽化器间，还设置加压泵背压排空管路。
5.根据权利要求4所述的海船LNG燃料高压供气***，其特征在于：所述LNG储罐上还连接有储罐维护管路***,所述储罐管路***将惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的LNG；
储罐维护管路***包括与LNG储罐连通的储罐维护惰性气体接口、储罐维护LNG排出口、储罐维护LNG含量检测接口。
6.根据权利要求5所述的海船LNG燃料高压供气***，其特征在于：所述燃料供给***中还连接有燃料供给管路维护***，所述燃料供给管路维护***将惰性气体充入燃料供给***，排出燃料供给***中的CNG；
所述燃料供给管路维护***包括连接在燃料供给***上的燃料供给管路惰性气体接口和燃料供给管路CNG排出口。
7.一种海船LNG燃料高压供气***的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：
步骤1：储罐惰化，将常温惰性气体充入LNG储罐，排出LNG储罐内的空气；
步骤2：储罐预冷，将低温惰性气体充入LNG储罐冷却储罐，排出LNG储罐内的常温惰性气体；
步骤3：气体置换，将低温CNG充入LNG储罐，排出LNG储罐内的低温惰性气体；
步骤4：LNG充装，将LNG充入LNG储罐进行存储；
步骤5：燃料供给，将LNG储罐中的LNG经过加压汽化后送往船舶燃气发动机。
8.根据权利要求7所述的海船LNG燃料高压供气***的控制方法，其特征在于：
储罐惰化过程中，LNG储罐内的氧气含量≤1%后惰化完成；
储罐预冷过程中，温度下降速度为10℃/h，且LNG储罐内部温度≤-145℃后预冷完成；
气体置换过程中，LNG储罐内的惰性气体含量≤10%后置换完成；
燃料供给过程中，LNG汽化后，CNG压力应控制在25~30MPa，CNG温度应控制在5~15℃。
9.根据权利要求8所述的海船LNG燃料高压供气***的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括储罐维护控制方法，在储罐维护过程中，将惰性气体通入LNG储罐，排出LNG储罐内的LNG,当LNG储罐内的LNG含量≤1%后停止通气。
10.根据权利要求9所述的海船LNG燃料高压供气***的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括燃料供给***维护控制方法，在燃料供给***维护过程中，将惰性气体通入汽化器和缓冲罐，排出汽化器和缓冲罐中的CNG；当惰性气体通入时间≥3min后停止通气。
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