船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統的製作方法
2023-06-20 18:57:41 3
本發明屬於船用控制設備領域，具體涉及一種船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統，是集LNG存儲、氣化、控制一體化的船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統。
背景技術：
我國各類漁船保有量達100多萬艘，佔世界船舶總量的四分之一，佔我國船舶總量90％，而我國機動漁船在50萬艘以上，年耗油料達800餘萬噸，排出的廢氣嚴重的汙染著大氣和江河湖海。節能、環保已經成為引領全球經濟技術發展的主題，目前一種新型替代能源——液化天然氣(LNG)已進入漁業船舶行業，為漁船節能減排提供了又一條道路。隨著「氣化長江」、「長江綠色物流創新工程」等內河船舶「油改氣」項目的逐步推進，液化天然氣（LNG）作為一種經濟、綠色、安全的新型能源已成為業內公認的未來船舶綠色能源的首選。隨著LNG作為燃料動力（單燃料或混合燃料）的進一步推進，作為燃料動力源的LNG儲罐備受關注。
目前，由於燃料罐是固定在船上的，當燃料罐發生事故或絕熱性能喪失後，燃料罐在船上無法維修或維修時間很長，船舶將因失去動力源而停止運行，給船東造成巨大損失。如何保證船舶在採用LNG燃料後，仍能安全高效的運行，不被燃料罐自身的問題影響船舶運行，並保證船東的利益，也是需要解決的問題。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統，所述供氣系統包括LNG燃料罐箱、氣化單元、江水加熱循環系統、通風放散裝置、LNG燃料控制監測系統、閥件、LNG管系、雙燃料主機和換熱器，所述LNG燃料罐箱包括LNG儲罐和框架，所述LNG儲罐固定在框架中，所述氣化單元中包括水浴汽化器和緩衝罐，所述LNG儲罐通過快插接頭和水浴汽化器相連；
所述LNG儲罐上設有LNG充裝系統、LNG供應系統、信號採集箱和LNG儲罐控制箱，
所述LNG充裝系統包括LNG進液管，所述LNG進液管一端與LNG儲罐相連、LNG進液管另一端設有LNG進液口；
所述LNG供應系統包括LNG供液管，LNG供液管一端與LNG儲罐相連、LNG供液管另一端設有供液口，江水通過過濾器由泵送至換熱器中與來自雙燃料主機的缸套水進行熱量交換後，缸套水回到雙燃料主機系統中，江水溫度升高至40℃以上，然後進入水浴汽化器中，所述LNG儲罐中的低溫（-162℃）LNG在水浴汽化器中與40℃以上的江水進行熱量交換，低溫LNG被氣化為CNG（5-10℃）進入緩衝罐中，然後經LNG管系進入到雙燃料主機中，為船舶提供動力，同時被加熱的江水被排至江中，整個循環中殘留的氣體通過通風放散裝置排放到大氣中，完成一個循環；
所述LNG燃料控制監測系統包括監測管線，在監測管線上設有閥件、液位計、液位傳感器、壓力表和壓力傳感器，LNG燃料控制監測系統中設置延伸報警單元、可燃氣體探測器和明火探測器，
所述LNG儲罐上部設有馳放氣管和氣相管，LNG儲罐下部設有溫度計和溫度傳感器；
所述信號採集箱包括防爆電控箱、PLC控制器、顯示屏和防爆螺紋連接器，所述信號採集箱分別採集液位傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器的模擬量和開關量信號，將LNG儲罐上的液位、壓力、溫度傳遞給PLC控制器，完成LNG燃料罐箱信號的採集，
所述LNG儲罐控制箱內安裝有PLC控制系統和按鍵式人機界面，所述PLC控制系統自動採集液位傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器的模擬量和開關量信號，並經過內部程序運算後轉換為過程實時值並在按鍵式人機界面上實時顯示和通過乙太網通訊傳送給集控室內的LNG儲罐控制箱，並且通過乙太網接受LNG儲罐閥的控制信號，控制LNG儲罐氣動閥的動作，進行加注和供氣操作。
所述LNG儲罐為低溫絕熱壓力儲罐，所述低溫絕熱壓力儲罐採用雙層殼體結構，所述雙層殼體結構包括外容器和內容器，所述外容器作為絕熱層保護殼體，由外筒體及兩側的蝶形封頭組成；所述內容器由內筒體和兩側的橢圓形封頭組成。
所述LNG進液管採用上液相進液管或下液相進液管，上液相進液管採用噴淋方式將LNG送入LNG儲罐中，下液相進液管採用底部輸送的方式，可以根據具體需要進行選擇進液方式。
所述LNG儲罐上設有自增壓氣化器，以滿足不同壓力的供氣要求。
所述LNG燃料罐箱為貨櫃式燃料罐箱，所述LNG儲罐為C型燃料儲罐， LNG儲罐和LNG燃料控制系統之間採用金屬軟管連接。
所述LNG儲罐控制箱上設有兩個電氣接口，所述電氣接口包括電源接口和通訊接口，所述電源接口和通訊接口均採用快插式接口，所述LNG儲罐控制箱通過電源接口和通訊接口與LNG燃料控制箱相連。
一種船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統的集成控制裝置，該集成控制裝置包括LNG供氣控制單元，所述LNG供氣控制單元包括江水加熱循環單元、通風控制單元、駕駛室報警單元、可燃氣體監測單元、加注監測單元、加注站、閥門控制單元、儲罐監測單元、閥組單元和儀表氣監測單元，所述LNG供氣控制單元，控制通風風機和各控制閥門，對發動機穩定的供氣，儲罐監測單元實時監測LNG儲罐的溫度、液位、壓力，氣體燃料的壓力、溫度；可燃氣體監測單元對發動機處內的可燃氣體濃度、火災、通風有效性等的實時監測；有故障發生時，能進行自動判斷，並採取相應的安全措施，並在駕駛室和集控室LNG燃料控制箱上的人機界面上顯示，同時對過程值進行邏輯判斷，如果過程值異常，則在駕駛室報警單元上形成聲光報警信號並在HMI顯示報警信息，並自動執行相應的關斷動作；通過3G網絡把LNG供氣系統和發動機控制系統的參數、報警信息和視頻信息傳送到船舶監控系統，工作站實時顯示各系統的參數、報警信息和視頻信息，並對數據信息進行存儲和歸檔管理。
本發明移動燃料罐箱採用纏繞真空裝置，內外層均為耐低溫抗腐蝕不鏽鋼，符合水陸運輸要求，提供船級社產品證書；LNG燃氣氣化調壓供氣系統與安保檢測控制系統綜合設置，系統根據報警信號執行相關操作；利用缸套水餘熱加熱換熱介質，需要注意汙垢、冰堵情況處理；末端GVU閥箱及控制有燃氣機廠家提供，可以採用其他船級社認可的方式。必要的信號需傳送燃氣控制系統；暴露的低溫氣相管線鈞做纏繞保溫處理，液相罐真空隔熱處理，連接頭做保溫層隔熱；儀表氣必須經過吸附乾燥處理到壓力露點-40℃以下，並作淨化處理；本發明中所有密封墊片無石棉。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：①本發明無需現場加注，從而減少船舶現場加注次數，大大降低意外洩露風險，同時，在 LNG燃料控制系統對LNG燃料系統中各個部件的性能參數進行動態監測，並在駕駛室和集控室LNG燃料控制箱上的人機界面上顯示，同時對過程值進行邏輯判斷，如有異常，則在駕駛室和集控室LNG燃料控制箱上形成聲光報警信號並在HMI顯示報警信息，並自動執行相應的關斷動作；②移動罐箱和船上燃料系統中間採用金屬軟管連接，罐箱一端設置乾式快插接頭，便於換裝後快速連結，液相LNG軟管配有拉斷閥，確保在異常情況下，排除洩露風險，也能保證船舶安全；③本發明不需要在加氣基礎方面做特別的改造，罐箱上船後，與船舶LNG燃料系統相連，從而發揮LNG燃料罐的作用，同時，LNG控制系統對整個罐箱內各個部件尤其是儲罐的性能參數進行實時動態監測並有危險報警功能，保證了整個罐箱在工作過程中的安全性。由於不需要在新建加氣站基礎方面特別改造，這樣做有利於減少建設投資，以天然氣燃料動力船舶不必駛到LNG加注躉船，就可以補充燃料，減少船舶現場加注次數，大大降低意外洩露風險；④ LNG燃料儲罐置於鋼製框架內，既可以達到可移動的目的，同時框架對LNG燃料儲罐也起到了保護作用。
附圖說明
圖1為本發明的結構框圖。
圖2為本發明的系統流程圖。
圖3為本發明的控制流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的船用自動控制可移動LNG燃料罐箱系統作進一步的詳細說明。
如圖1、圖2和圖3所示，本實施例船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統，所述供氣系統包括LNG燃料罐箱1、氣化單元2、江水加熱循環系統3、通風放散裝置4、LNG燃料控制監測系統5、閥件6、LNG管系、雙燃料主機7和換熱器8，所述LNG燃料罐箱1包括LNG儲罐9和框架，所述LNG儲罐9固定在框架中，所述氣化單元2中包括水浴汽化器11和緩衝罐12，所述LNG儲罐9通過快插接頭10和水浴汽化器11相連；
所述LNG儲罐9上設有LNG充裝系統、LNG供應系統、信號採集箱和LNG儲罐控制箱，
所述LNG充裝系統包括LNG進液管13，所述LNG進液管13一端與LNG儲罐9相連、LNG進液管13另一端設有LNG進液口14；
所述LNG供應系統包括LNG供液管15，LNG供液管15一端與LNG儲罐9相連、LNG供液管15另一端設有供液口16，江水通過過濾器17由泵18送至換熱器8中與來自雙燃料主機7的缸套水進行熱量交換後，缸套水回到雙燃料主機系統中，江水溫度升高至40℃以上，然後進入水浴汽化器11中，所述LNG儲罐9中的低溫LNG在水浴汽化器11中與40℃以上的江水進行熱量交換，低溫LNG被氣化為CNG進入緩衝罐12中，然後經LNG管系進入到雙燃料主機7中，為船舶提供動力，同時被加熱的江水被排至江中，整個循環中殘留的氣體通過通風放散裝置4排放到大氣中，完成一個循環；
所述LNG燃料控制監測系統5包括監測管線19，在監測管線19上設有閥件、液位計20、液位傳感器21、壓力表22和壓力傳感器23，LNG燃料控制監測系統中設置延伸報警單元、可燃氣體探測器和明火探測器，
所述LNG儲罐9上部設有馳放氣管24和氣相管25，LNG儲罐9下部設有溫度計26和溫度傳感器27；
所述信號採集箱包括防爆電控箱、PLC控制器、顯示屏和防爆螺紋連接器，所述信號採集箱分別採集液位傳感器21、壓力傳感器23和溫度傳感器27的模擬量和開關量信號，將LNG儲罐9上的液位、壓力、溫度傳遞給PLC控制器，完成LNG燃料罐箱信號的採集，
所述LNG儲罐控制箱內安裝有PLC控制系統和按鍵式人機界面，所述PLC控制系統自動採集液位傳感器21、壓力傳感器23和溫度傳感器27的模擬量和開關量信號，並經過內部程序運算後轉換為過程實時值並在按鍵式人機界面上實時顯示和通過乙太網通訊傳送給集控室內的LNG儲罐控制箱，並且通過乙太網接受LNG儲罐閥的控制信號，控制LNG儲罐氣動閥的動作，進行加注和供氣操作。
作為優選，本實施例所述LNG儲罐為低溫絕熱壓力儲罐，所述低溫絕熱壓力儲罐採用雙層殼體結構，所述雙層殼體結構包括外容器91和內容器92，所述外容器作為絕熱層保護殼體，由外筒體及兩側的蝶形封頭組成；所述內容器由內筒體和兩側的橢圓形封頭組成；所述LNG燃料罐箱為貨櫃式燃料罐箱，所述LNG儲罐為C型燃料儲罐， LNG儲罐和LNG燃料控制系統之間採用金屬軟管連接；LNG儲罐上設有自增壓氣化器28，實現不同壓力要求的CNG氣體的需要。
根據具體需要，本實施例LNG進液管13採用上液相進液管131或下液相進液管132，均可以實現LNG進液充至LNG儲罐。
作為進一步優選，本實施例LNG儲罐控制箱上設有兩個電氣接口，所述電氣接口包括電源接口和通訊接口，所述電源接口和通訊接口均採用快插式接口，所述LNG儲罐控制箱通過電源接口和通訊接口與LNG燃料控制箱相連，由於LNG儲罐是可移動式的，故兩個接口都採用快插型式（航空插頭型式）和船上位於集控室的LNG燃料控制箱相連，由LNG燃料控制箱提供DC24V電源並通過乙太網和LNG燃料控制箱通訊，快插接頭採用安裝支架固定在LNG儲罐邊緣位置，方便操作。
本實施例中LNG儲罐充滿燃料後將罐箱吊裝即位後，只需接上信號採集箱插線、儀表氣、氣相和液相的乾式快插接頭，LNG通過管路進入氣化器，從而為LNG動力船提供動力。將LNG燃料罐置於框架內，既可以達到可移動的目的，同時框架對LNG燃料罐也起到了保護作用。
本實施例船用自動控制可移動LNG燃料罐箱供氣系統的集成控制裝置，該集成控制裝置包括LNG供氣控制單元29，所述LNG供氣控制單元包括江水加熱循環單元30、通風控制單元31、駕駛室報警單元32、可燃氣體監測單元33、加注監測單元34、加注站35、閥門控制單元36、儲罐監測單元37、閥組單元38和儀表氣監測單元39，所述LNG供氣控制單元29，控制通風風機和各控制閥門，對發動機穩定的供氣，儲罐監測單元37實時監測LNG儲罐的溫度、液位、壓力，氣體燃料的壓力、溫度；可燃氣體監測單元33對發動機處內的可燃氣體濃度、火災、通風有效性等的實時監測；有故障發生時，能進行自動判斷，並採取相應的安全措施，並在駕駛室和集控室LNG燃料控制箱上的人機界面上顯示，同時對過程值進行邏輯判斷，如果過程值異常，則在駕駛室報警單元32上形成聲光報警信號並在HMI顯示報警信息，並自動執行相應的關斷動作；通過3G網絡把LNG供氣系統和發動機控制系統40的參數、報警信息和視頻信息傳送到船舶監控系統41，工作站實時顯示各系統的參數、報警信息和視頻信息，並對數據信息進行存儲和歸檔管理，並且通過乙太網接受LNG儲罐閥的控制信號，控制LNG儲罐氣動閥的動作，進行加注和供氣操作；本實施例中儀表氣監測單元39與儀表氣源42相連，本實施例集成控制裝置中的電源43採用主電源和應急電源，主電源採用AC220V/50HZ，應急電源採用AC380V/50HZ。
本實施例中全船配備雙燃料主機兩臺，每臺消耗LNG60Kg/h，可提供570 Kg40℃以上的熱水源。
儘管上述實施例已對本發明作出具體描述，但是對於本領域的普通技術人員來說，應該理解為可以在不脫離本發明的精神以及範圍之內基於本發明公開的內容進行修改或改進，這些修改和改進都在本發明的精神以及範圍之內。