一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統的製作方法

2023-07-03 07:08:26

本實用新型涉及一種高冗餘船用LNG燃料低壓供氣系統，是以LNG作為船舶燃料的供氣系統。

背景技術：

隨著IMO組織限排時間的宣布，2020年將頒布實施硫含量低於0.5％規定。現有的船舶將加快更新速度或者增加後處理裝置，目前LNG動力船舶是以LNG作為燃料提供動力的船舶，目前市場上使用LNG作為船舶動力的雙燃料、單燃料LNG船舶相較於傳統的使用柴油作為動力的船舶，在環境保護和燃料成本節省方面有很強競爭力，因此當前在水上運輸船舶領域將向著LNG動力船舶的建造方向發展；但是由於增加後處理裝置的代價較大，每一年的保養費用更是一筆不小的數目，現在已有的現行船舶，在經濟利潤、目前市場行情和限排國家與地區的前提下，增加後處理裝置是前期現行船舶必要的改進方法。

因此，如何提供一種能提高供氣冗餘度，保障供氣的穩定性和可靠性LNG燃料低壓供氣系統是本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型提供了一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統，不僅可以在惡劣的環境下保證穩定的供氣，而且可以滿足不同工況下的供氣需求，充分保證燃料艙增壓、供氣的冗餘度，為供氣的穩定提供保障。

為了實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統，包括：LNG燃料艙，所述LNG燃料艙設置有增壓液相出口和供氣液相出口；通過管路依次與所述增壓液相出口連接的液相手自一體閥一、液體濾清器一、手動截止閥一、壓力自動調節開度閥一、LNG汽化器一、遙控閥一，其中所述LNG汽化器的出口端分別連接有增壓回氣管、燃氣加熱器；所述增壓回氣管分別與貨艙底部充裝管、貨艙氣相管連接；通過管路與所述貨艙氣相管連接的遙控閥二；與所述壓力自動調節開度閥一併聯的旁通閥一；

通過供氣出液管依次與供氣液相出口連接的液相手自一體閥二、液體濾清器二、手動截止閥二、壓力自動調節開度閥二、LNG汽化器二；依次與所述LNG汽化器二的出口管連接的遙控閥三、遙控閥四、燃氣加熱器、手動截止閥三、燃料緩衝罐、手動截止閥四、燃料供氣主閥、氣體濾清器、調壓閥、設備系統；其中所述燃料緩衝罐上設置有壓力檢測反饋器；與所述壓力自動調節開度閥二並聯的旁通閥二；

所述LNG燃料艙連接有LNG泵進液管，其中所述LNG泵進液管上設置有液相手自一體閥三、液體濾清器三、手動截止閥五；通過所述LNG泵進液管與所述LNG燃料艙連接的LNG泵，所述LNG泵的出口端設置有單向閥；其中所述LNG泵的出口端設置有兩支路，其中一支路與所述供氣出液管連接；另一支路分成三路，分別與所述LNG汽化器一進液管、所述貨艙底部充裝管、貨艙頂部充裝管相連接。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述遙控閥一和所述遙控閥三之間設置有遙控閥五。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述貨艙底部充裝管上設置有貨艙底部充裝管隔離閥。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述貨艙頂部充裝管上設置有貨艙頂部充裝管隔離閥。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述LNG泵與所述供氣出液管之間設置有控制流量的遙控閥六；並且所述LNG泵與所述LNG汽化器一之間設置有控制進液量的遙控閥七。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述LNG燃料艙與所述LNG泵之間設置有控制LNG循環的遙控閥八。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述LNG泵與所述貨艙頂部充裝管之間設置有遙控閥九。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述增壓回氣管上設置有遙控閥十。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述LNG泵可根據實際需求設置一臺或多臺，並且所述LNG泵可根據實際需求置於所述LNG燃料艙外部或者內部。

優選的，在上述一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統中，所述設備系統設置有控制系統，所述控制系統是指燃料供應自動控制系統，主要由工控機、顯示器、測量裝置、報警裝置等組成，通過相應的控制邏輯實現不同狀態下對燃料供應系統的自動控制以及遠程手動控制操作，包括當測量模塊檢測到壓力、溫度等相應的數值超出工作值時，系統能夠發出聲光報警，並根據實際情況調節對應的閥門開度，以及設備的啟停。

經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本實用新型公開提供了一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統：工作原理如下所述：整個供氣系統主要包括LNG燃料艙、LNG汽化器、LNG泵、燃氣加熱器、燃料緩衝罐，以及相關的管路和閥件。LNG燃料艙主要用於存儲LNG燃料，LNG氣化器主要用於燃料艙的增壓以及日常設備運行過程中對汽化LNG的需求，本實用新型設置了兩臺LNG汽化器，可以互為備用，相互補充，在其中一臺發生故障的時候，可以通過開啟相關閥門，用另一臺LNG汽化器兼顧供氣以及增壓；LNG泵主要用於最大LNG的供液量；燃氣加熱器主要是對汽化後的LNG進行加熱；燃料緩衝罐用於緩解供氣系統的脈衝。

LNG燃料艙的增壓液相出口通過管路與LNG汽化器一進液管相連接，LNG汽化器一出口管分別與增壓回氣管、燃氣加熱器進氣管相連接，增壓回氣管分別與貨艙底部充裝管、貨艙氣相管相連接；LNG由增壓液相出口流出，依次經過液相手自一體閥一、液體濾清器一、手動截止閥一、壓力自動調節開度閥一，並且通過LNG汽化器一氣化後經遙控閥一進入到增壓回氣管；其中液相手自一體閥一、液體濾清器一、手動截止閥一、遙控閥一處於常開狀態。當LNG燃料艙壓力低於壓力範圍的下限值時，控制系統報警並且開啟遙控閥二，氣化後的LNG氣體通過貨艙氣相管進入到LNG燃料艙頂部空間，對燃料艙內進行增壓；當LNG燃料艙壓力增加到設定壓力範圍上限值時，控制系統自動報警並且關閉遙控閥二。壓力自動調節開度閥一所在管路上設置有旁通閥一，當壓力自動調節開度閥一出現故障時，旁通閥一可以繼續給LNG燃料艙內增壓及供氣；氣化後的LNG還可以通過貨艙底部充裝管進入到LNG燃料艙底部，對底部LNG進行加熱。

LNG燃料艙的供氣液相出口通過供氣出液管與LNG汽化器二的進液管相連，LNG汽化器二出口管與燃氣加熱器進氣管相連，燃氣加熱器出氣管與燃料緩衝罐相連，燃料緩衝罐的出口通過管路與設備系統相連，其中液相手自一體閥二、手動截止閥二處於常開狀態。LNG由供氣液相出口流出，經過液相手自一體閥二、液體濾清器二、手動截止閥二、壓力自動調節開度閥二，並且通過LNG汽化器二、燃氣加熱器，將LNG汽化器二加熱為滿足設備系統使用要求的氣態天然氣，然後進入到燃料緩衝罐中供設備使用。燃料緩衝罐上設置有壓力檢測反饋器，用於檢測燃料緩衝罐內的壓力，當內部壓力低於設定壓力區間最低值的時，通過控制系統給壓力自動調節開度閥一或者壓力自動調節開度閥二，或者同時給壓力自動調節開度閥一和壓力自動調節開度閥二信號，增大或減小壓力自動調節開度閥一或壓力自動調節開度閥二的閥門開度，實現供氣量的自動控制。LNG氣體在進入設備系統前設置有調壓閥，實現供氣壓力的穩定調節。壓力自動調節開度閥二所在管路上設置有旁通閥二，當壓力自動調節開度閥二出現故障時，旁通閥二可以通過人工調節繼續保證供氣。

LNG燃料艙內的LNG通過LNG泵進液管進入到LNG泵，LNG泵進液管上設置有液相手自一體閥三、液體濾清器三、手動截止閥五，LNG泵出口設置單向閥，LNG泵出口設置有兩路管，一路與供氣出液管相連，另外一路分成三路，分別與LNG汽化器一的進液管、貨艙底部充裝管、貨艙頂部充裝管相連；當遇到不同工況，供氣出液管流量較小不足以滿足供氣需求時，可以通過開啟LNG泵、打開遙控閥六，增大供氣量；當LNG燃料艙需要快速增壓時，通過開啟LNG泵、打開遙控閥七，增大LNG汽化器一的進液量，從而實現快速增壓。

當LNG燃料艙壓力高報警時，壓力過高，可以打開遙控閥二和遙控閥五，關閉遙控閥一、遙控閥三，實現BOG進入供氣系統，並且經過燃氣加熱器加熱到設備所需的溫度進行使用；也可以通過開啟LNG泵、打開遙控閥九，將LNG輸送至貨艙頂部充裝管，通過頂部噴淋管進入到LNG燃料艙內，通過噴淋的方式將LNG燃料艙頂部的氣態天然氣進行液化，實現降壓的作用；還可以通過開啟遙控閥八，將LNG燃料艙內的LNG進行循環，快速提升LNG的溫度，提高氣化速度。

LNG燃料艙較大時，在設備系統運行前，為儘快使LNG燃料艙內的壓力達到工作壓力，可以將LNG汽化器一、LNG汽化器二與LNG泵同時運行，具體操作根據實際情況開啟相關的閥門。

本實用新型提供的一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統，具體如下有益效果：

(1)本實用新型可以滿足不同工況的供氣系統設計

本系統設置LNG泵，與汽化器相結合，充分滿足不同工況下的供氣需求，保障船舶在惡劣天氣下實現穩定供氣；LNG泵不僅可以增大供液量，而且可以提高燃料艙的增壓速度，以及通過噴淋的方式實現燃料艙內的降壓。

(2)多冗餘供氣設計

本系統通過優化的工藝流程設計，使得兩臺不同功能的汽化器在實現自身功能的前提下，還可以互為備用，充分保證燃料艙增壓、供氣的冗餘度，為穩定的供氣提供保障。

(3)保障供氣壓力穩定

本系統設置燃料緩衝罐以及分離罐，緩解由於用氣設備供氣需求變化時引起的脈衝，保證設備運行過程中供氣壓力的平穩性以及持續性，以及實現氣液的分離，防止由於系統故障導致液體進入用氣設備，同時設置調壓閥實現壓力控制，進一步保證供氣壓力的平穩性。

(4)供氣系統的自動控制

本系統設置壓力檢測反饋器、壓力自動調節開度閥、控制閥、調壓閥，實現供氣的自動控制，並設置壓力控制區間，實現逐級控制。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1附圖為本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

本實用新型實施例公開了一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統，不僅可以在惡劣的環境下保證穩定的供氣，而且可以滿足不同工況下的供氣需求，充分保證燃料艙增壓、供氣的冗餘度，為供氣的穩定提供保障。

請參閱說明書附圖為本實用新型提供的一種高冗餘度的船用LNG燃料低壓供氣系統，具體包括：包括LNG燃料艙1、LNG汽化器一25和LNG汽化器二30、LNG泵34、燃氣加熱器39、燃料緩衝罐41，以及相關的管路和閥件。LNG燃料艙1主要用於存儲LNG燃料，LNG汽化器主要用於燃料艙的增壓以及日常設備運行過程中對汽化LNG的需求，本實用新型設置了兩臺LNG汽化器，可以互為備用，相互補充，在其中一臺發生故障的時候，可以通過開啟相關閥門，用另一臺LNG汽化器兼顧供氣以及增壓；LNG泵34主要用於最大LNG的供液量；燃氣加熱器39主要是對汽化後的LNG進行加熱；燃料緩衝罐41用於緩解供氣系統的脈衝。

為了進一步優化上述技術方案，通過供氣出液管27依次與供氣液相出口13連接的液相手自一體閥二17、液體濾清器二18、手動截止閥二19、壓力自動調節開度閥二28、LNG汽化器二30；依次與LNG汽化器二30的出口管連接的遙控閥三31、遙控閥四38、燃氣加熱器39、手動截止閥三40、燃料緩衝罐41、手動截止閥四42、燃料供氣主閥43、氣體濾清器44、調壓閥45、設備系統；其中燃料緩衝罐41上設置有壓力檢測反饋器46；與壓力自動調節開度閥二28並聯的旁通閥二29；

為了進一步優化上述技術方案，貨艙底部充裝管2上設置有貨艙底部充裝管隔離閥4。

為了進一步優化上述技術方案，貨艙頂部充裝管3上設置有貨艙頂部充裝管隔離閥5。

為了進一步優化上述技術方案，增壓回氣管11上設置有遙控閥十8。

為了進一步優化上述技術方案，LNG泵34可根據實際需求設置一臺或多臺，並且LNG泵34可根據實際需求置於LNG燃料艙1外部或者內部。

為了進一步優化上述技術方案，設備系統設置有控制系統，控制系統是指燃料供應自動控制系統，主要由工控機、顯示器、測量裝置、報警裝置等組成，通過相應的控制邏輯實現不同狀態下對燃料供應系統的自動控制以及遠程手動控制操作，包括當測量模塊檢測到壓力、溫度等相應的數值超出工作值時，系統能夠發出聲光報警，並根據實際情況調節對應的閥門開度，以及設備的啟停。

LNG燃料艙1的增壓液相出口12通過管路與LNG汽化器一25進液管相連接，LNG汽化器一25出口管分別與增壓回氣管11、燃氣加熱器39進氣管相連接，增壓回氣管11分別與貨艙底部充裝管2、貨艙氣相管6相連接；LNG由增壓液相出口12流出，依次經過液相手自一體閥一14、液體濾清器一15、手動截止閥一16、壓力自動調節開度閥一23，並且通過LNG汽化器一25氣化後經遙控閥一26進入到增壓回氣管11；其中液相手自一體閥一14、液體濾清器一15、手動截止閥一16、遙控閥一16處於常開狀態。當LNG燃料艙1壓力低於壓力範圍的下限值時，控制系統報警並且開啟遙控閥二7，氣化後的LNG氣體通過貨艙氣相管6進入到LNG燃料艙1頂部空間，對燃料艙內進行增壓；當LNG燃料艙1壓力增加到設定壓力範圍上限值時，控制系統自動報警並且關閉遙控閥二7。壓力自動調節開度閥一23所在管路上設置有旁通閥一24，當壓力自動調節開度閥一23出現故障時，旁通閥一24可以繼續給LNG燃料艙1內增壓及供氣；氣化後的LNG還可以通過貨艙底部充裝管2進入到LNG燃料艙1底部，對底部LNG進行加熱。

LNG燃料艙1的供氣液相出口13通過供氣出液管27與LNG汽化器二30的進液管相連，LNG汽化器二30出口管與燃氣加熱器39進氣管相連，燃氣加熱器39出氣管與燃料緩衝罐41相連，燃料緩衝罐41的出口通過管路與設備系統相連，其中液相手自一體閥二17、手動截止閥二19處於常開狀態。LNG由供氣液相出口13流出，經過液相手自一體閥二17、液體濾清器二18、手動截止閥二19、壓力自動調節開度閥二28，並且通過LNG汽化器二30、燃氣加熱器39，將LNG汽化器二30加熱為滿足設備系統使用要求的氣態天然氣，然後進入到燃料緩衝罐41中供設備使用。燃料緩衝罐41上設置有壓力檢測反饋器46，用於檢測燃料緩衝罐41內的壓力，當內部壓力低於設定壓力區間最低值的時，通過控制系統給壓力自動調節開度閥一23或者壓力自動調節開度閥二28，或者同時給壓力自動調節開度閥一23和壓力自動調節開度閥二28信號，增大或減小壓力自動調節開度閥一23或壓力自動調節開度閥二28的閥門開度，實現供氣量的自動控制。LNG氣體在進入設備系統前設置有調壓閥45，實現供氣壓力的穩定調節。壓力自動調節開度閥二28所在管路上設置有旁通閥二29，當壓力自動調節開度閥二28出現故障時，旁通閥二29可以通過人工調節繼續保證供氣。

LNG燃料艙1內的LNG通過LNG泵進液管33進入到LNG泵34，LNG泵進液管33上設置有液相手自一體閥三20、液體濾清器三21、手動截止閥五22，LNG泵34出口設置單向閥35，LNG泵34出口設置有兩路管，一路與供氣出液管27相連，另外一路分成三路，分別與LNG汽化器一25的進液管、貨艙底部充裝管2、貨艙頂部充裝管3相連；當遇到不同工況，供氣出液管27流量較小不足以滿足供氣需求時，可以通過開啟LNG泵34、打開遙控閥六36，增大供氣量；當LNG燃料艙1需要快速增壓時，通過開啟LNG泵34、打開遙控閥七37，增大LNG汽化器一25的進液量，從而實現快速增壓。

當LNG燃料艙1壓力高報警時，壓力過高，可以打開遙控閥二7和遙控閥五32，關閉遙控閥一26、遙控閥三31，實現BOG進入供氣系統，並且經過燃氣加熱器39加熱到設備所需的溫度進行使用；也可以通過開啟LNG泵34、打開遙控閥九10，將LNG輸送至貨艙頂部充裝管3，通過頂部噴淋管進入到LNG燃料艙1內，通過噴淋的方式將LNG燃料艙1頂部的氣態天然氣進行液化，實現降壓的作用；還可以通過開啟遙控閥八9，將LNG燃料艙1內的LNG進行循環，快速提升LNG的溫度，提高氣化速度。

LNG燃料艙1較大時，在設備系統運行前，為儘快使LNG燃料艙1內的壓力達到工作壓力，可以將LNG汽化器一25、LNG汽化器二30與LNG泵34同時運行，具體操作根據實際情況開啟相關的閥門。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。