一種海船LNG燃料低壓供氣系統及其控制方法與流程
2023-04-27 23:22:39
本發明涉及海船燃料供給領域，特徵一種海船lng燃料低壓供氣系統。
背景技術：
世界經濟的快速發展，引發了世界對能源需求的快速增加。天然氣以其清潔、方便、高效的特性成為替代煤炭、石油最合適的優質新型能源。隨著國際油價的上漲及排放要求日趨嚴格，天然氣的使用成為各領域的必然趨勢。
現有船舶中，主要是以柴油發動機為主，柴油燃燒過程中，會產生濃烈的黑煙，對環境造成汙染。由於船運經常涉及跨國運輸，不同國家的柴油發動機優劣不同，因此會對環境產生不同程度的汙染，導致很多船舶排放標準不達標，進而限制進入某些國家。
天然氣以其清潔、方便、高效的特性，能夠解決船舶燃燒柴油而導致的環境汙染。
技術實現要素：
本發明的目的在於：針對上述存在的問題，提供一種海船lng燃料低壓供氣系統，該低壓供氣系統能夠為採用燃氣發動機的船舶進行供氣。改善現有柴油發動機對環境造成的汙染。
本發明採用的技術方案如下：
本發明公開了一種海船lng燃料低壓供氣系統，它包括設置在船舶上的lng儲罐和通過管道和閥門連接在lng儲罐上的lng充裝工藝系統和供氣系統,所述供氣系統通過管道和閥門連接至船舶上的燃氣發動機；
所述lng充裝工藝系統包括：
lng儲罐惰化管路系統，將惰性氣體通入lng儲罐，排出lng儲罐內的空氣；
氣體置換管路系統，將ng通入lng儲罐，排出lng儲罐內的惰性氣體；
lng儲罐預冷管路系統，將lng通入lng儲罐，使lng在lng儲罐內汽化成低溫ng預冷lng儲罐；
lng充裝管路系統，將lng充入lng儲罐進行存儲；
所述供氣系統用於將從lng儲罐出來的lng加壓汽化後送往燃氣發動機，所述供氣系統括加壓泵、汽化系統，所述汽化系統包括lng汽化器和ng加熱器；所述lng儲罐通過管路和閥門依次連通加壓泵、lng汽化器、ng加熱器和燃氣發動機。
由於上述結構，通過lng充裝工藝系統對lng進行存儲，然後再將存儲的lng經過加壓汽化加熱後送往船舶燃氣發動機，完成整個燃氣發動機燃料供給的過程。
lng儲罐，保證了船舶上有足夠的燃料。充裝工藝系統中，對儲罐進行惰化，置換，預冷；惰化能夠排空管路系統中的空氣，避免lng與空氣在管路中相遇發生爆炸，同時惰化過程中的惰性氣體還能夠檢測管路系統是否漏氣，漏氣時惰性氣體不會燃燒，安全可靠。
置換，保證了lng存儲在lng儲罐中lng的純度；預冷，避免了lng在存儲過程中被汽化，同時防止設備突然預冷而受到衝擊。
加壓泵使lng加壓，加壓至0.6~1.6mpa，保證運輸需求。
進一步的，lng儲罐惰化管路系統包括與lng儲罐連通的惰性氣體接口、空氣排出口、氧氣含量檢測接口和設置在lng儲罐內的lng儲罐壓力檢測裝置；
氣體置換管路系統包括與lng儲罐連通的ng接口、惰性氣體排出口、ng含量檢測接口；
lng儲罐預冷管路系統包括與lng儲罐連通的lng接口和ng排出口，設置在lng儲罐內的lng儲罐溫度檢測裝置；
lng充裝管路系統包括與lng儲罐連通的lng接口。
進一步的，所述供氣系統中還連接有供氣系統惰化管路系統，所述供氣系統惰化管路系統將惰性氣體充入供氣系統，排出供氣系統中的空氣；
所述供氣系統惰化管路系統包括連接在供氣系統上的供氣系統惰性氣體接口和供氣系統惰性氣體排出口；其中供氣系統惰性氣體接口與lng儲罐相連。
所述供氣系統惰化管路系統，能夠檢測供氣系統是否漏氣，同時排空供氣系統中的空氣，保證lng純度。
進一步的，所述供氣系統中還連接有加壓泵預冷管路系統，所述加壓泵預冷管路系統將lng充入加壓泵中，預冷加壓泵；
所述加壓泵預冷管路系統包括連接在加壓泵上的加壓泵預冷lng接口、加壓泵lng排出口，加壓泵上還設置有加壓泵溫度檢測裝置；其中加壓泵預冷lng接口和加壓泵預冷lng排出口與lng儲罐相連。
向加壓泵中通入少量的lng，使lng汽化成低溫ng預冷加壓泵，保證加壓泵不會在使用過程中突然受冷而損壞。
進一步的，所述lng儲罐上還連接有lng儲罐降壓管路系統；所述lng儲罐降壓管路系統包括加壓泵和設置在lng儲罐內的噴淋裝置，所述噴淋裝置與加壓泵相連；所述lng儲罐通過管道和閥門與加壓泵相連，形成閉合迴路，lng從lng儲罐流出後通過加壓泵回到lng儲罐內,且lng從通過噴淋裝置在lng儲罐內噴淋。
所述lng儲罐降壓管路系統用於平衡lng儲罐內的壓力，當lng儲罐內的lng發生汽化時，可以使部分lng進入lng儲罐降壓管路系統中，平衡lng儲罐內部壓力，保證lng的安全存儲。
進一步的，所述lng儲罐包括lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ，所述lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ均與lng充裝工藝系統相連；且所述lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ共同連接至一個供氣系統，該供氣系統連接至燃氣發動機；或lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ分別連接一個獨立的供氣系統，兩個獨立的供氣系統單獨連接至燃氣發動機；或lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ分別連接一個獨立的供氣系統，且兩個獨立的供氣系統通過管路相互連通，同時兩個獨立的供氣系統均連接至燃氣發動機。
由於上述結構，兩個lng儲罐能夠增大lng的存儲量，且能夠實現兩儲罐的倒罐，兩個儲罐能夠單獨工作或一同工作，便於整個海船lng燃料低壓供氣系統的檢修和維護，提高了這個系統的工作穩定性。
本發明還公開了一種海船lng燃料低壓供氣系統的控制方法，該控制方法包括如下步驟：
步驟1：lng儲罐惰化，將惰性氣體通入lng儲罐，排出lng儲罐內的空氣；
步驟2：供氣系統惰化，將惰性氣體充入供氣系統，排出供氣系統中的空氣；
步驟3：氣體置換，將ng通入lng儲罐，排出lng儲罐內的惰性氣體；
步驟4：lng儲罐預冷，將lng通入lng儲罐，使lng在lng儲罐內汽化成低溫ng預冷lng儲罐；
步驟5：加壓泵預冷，將lng充入加壓泵中，預冷加壓泵；
步驟6：lng充裝，將lng充入lng儲罐進行存儲；
步驟7：供氣，將lng儲罐中的lng經過加壓汽化後送往船舶燃氣發動機；
上述步驟中，步驟1和步驟2重的惰化過程能夠排空管路系統中的空氣，避免lng與空氣在管路中相遇發生爆炸，同時惰化過程中的惰性氣體還能夠檢測管路系統是否漏氣，漏氣時惰性氣體不會燃燒，安全可靠。
其他置換，保證了lng儲罐內，lng存儲的純度。儲罐預冷和加壓泵預冷能夠避免lng在充裝和輸送過程中被汽化，同時避免設備突然受冷而損壞。
進一步的，lng儲罐惰化過程中，lng儲罐內的氧氣含量≤1%後，停止空氣排出，繼續通入惰性氣體，當lng儲罐內壓力等於4barg時，lng儲罐惰化完成；
供氣系統惰化過程中，將lng儲罐惰化後剩餘在lng儲罐中的惰性氣體用於惰化供氣系統，排出供氣系統中的空氣；直至lng儲罐中的壓力等於2barg後，供氣系統惰化完成；
氣體置換過程中，lng儲罐內的ng含≥40%後置換完成；
lng儲罐預冷過程中，溫度下降速度為10℃/h，且lng儲罐內部溫度≤-130℃後預冷完成；
加壓泵預冷過程中，將lng儲罐預冷後剩餘在lng儲罐中的lng用於預冷加壓泵，加壓泵的溫度下降速度為10℃/h，且加壓泵的溫度≤-130℃後預冷完成；
在供氣過程中，每個lng儲罐內的lng單獨或共同加壓汽化後送往船舶燃氣發動機或一個lng儲罐中的lng先送往另一個lng儲罐中，在經加壓汽化後送往船舶燃氣發動機。
進一步的，所述控制方法還包括倒罐控制方法，該控制方法步驟如下：
步驟1：連通管道，使兩lng儲罐壓力保持平衡；
步驟2：將供液lng儲罐中的lng送至加lng汽化器、ng加熱器汽化後，將汽化後的ng送回供液lng儲罐中使供液lng儲罐內部加壓；
步驟3：將供液lng儲罐中lng通過管道倒入受液lng儲罐。
綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：
本發明能夠為採用燃氣發動機的船舶進行供氣。改善現有船舶中柴油發動機對環境造成的汙染。本發明的海船lng燃料低壓供氣系統，lng充裝存儲過程和燃料供給過程安全穩定可靠。兩個lng儲罐能夠實現倒罐，實現兩個儲罐一通工作或單獨工作，便於管路系統的檢修和維護，提高了海船lng燃料低壓供氣系統的穩定性。
附圖說明
圖1是本發明的系統結構圖；
圖2是本發明的充裝工藝系統結構圖；
圖3是本發明是供氣系統惰化狀態時的管路結構圖；
圖4是本發明是加壓泵預冷和儲罐降壓狀態時的管路結構圖；
圖5和圖6是本發明倒罐狀態時的管路結構圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
海船lng燃料低壓供氣系統，它包括設置在船舶上甲板上的lng儲罐和通過管道和閥門連接在lng儲罐上的lng充裝工藝系統和供氣系統,所述供氣系統通過管道和閥門連接至船艙內的燃氣發動機4，所述lng充裝工藝系統包括：
lng儲罐惰化管路系統，將惰性氣體通入lng儲罐，排出lng儲罐內的空氣；
氣體置換管路系統，將ng通入lng儲罐，排出lng儲罐內的惰性氣體；
lng儲罐預冷管路系統，將lng通入lng儲罐，使lng在lng儲罐內汽化成低溫ng預冷lng儲罐；
lng充裝管路系統，將lng充入lng儲罐進行存儲；
所述供氣系統用於將從lng儲罐出來的lng加壓汽化加熱後送往燃氣發動機，所述供氣系統括加壓泵、汽化系統，所述汽化系統包括lng汽化器和ng加熱器；所述lng儲罐通過管路和閥門依次連通加壓泵、lng汽化器、ng加熱器和燃氣發動機4。
所述lng儲罐的個數可以為1個或多個，本實施例中，lng儲罐的個數為2個如圖1所示的lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ，所述lng儲罐並排設置在船舶甲板的左右兩側；
所述lng充裝工藝系統包括液相管1和氣相管2，液相管1和氣相管2分別通過管道和閥門連接至lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ;同時液相管1和氣相管2還通過管道和閥門連接排出口v1，且液相管1上還連接有檢測接口sp。
液相管1包括左舷液相接口l1和右舷液相接口l2，氣相管2包括左舷氣相接口v1和右舷氣相接口v2；設置兩個液相和氣相接口，便於船舶從不同測充裝存儲天然氣。
所述lng儲罐惰化管路系統包括與lng儲罐連通的惰性氣體接口、空氣排出口、氧氣含量檢測接口，lng儲罐壓力檢測裝置；
其中，惰性氣體接口包括與液相管1和氣相管2連通的左舷惰性氣體接口n1和右舷惰性氣體接口n2，空氣排出口為排出口o1；氧氣含量檢測接口為檢測接口sp。
所述氣體置換管路系統包括與lng儲罐連通的ng接口、惰性氣體排出口、ng含量檢測接口；
其中，ng接口包括左舷氣相接口v1和右舷氣相接口v2，、惰性氣體排出口為排出口o1，ng含量檢測接口為檢測接口sp。
所述lng儲罐預冷管路系統包括與lng儲罐連通的lng接口和ng排出口，設置在lng儲罐內的lng儲罐溫度檢測裝置；
其中，lng接口包括左舷液相接口l1和右舷液相接口l2，ng排出口為排出口o1；
lng充裝管路系統包括與lng儲罐連通的lng接口，所述，lng接口包括左舷液相接口l1和右舷液相接口l2。
所述lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ共同連接至一個供氣系統，該供氣系統連接至燃氣發動機4；或lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ分別連接一個獨立的供氣系統，兩個獨立的供氣系統單獨連接至燃氣發動機4；或lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ分別連接一個獨立的供氣系統，且兩個獨立的供氣系統通過管路相互連通，同時兩個獨立的供氣系統均連接至燃氣發動機4。
本實施例中，lng儲罐ⅰ和lng儲罐ⅱ分別連接一個獨立的供氣系統，且兩個獨立的供氣系統通過管路相互連通，同時兩個獨立的供氣系統均連接至燃氣發動機4。
因此，lng儲罐ⅰ通過管道和閥門依次連接加壓泵m1、lng汽化器e1-1、ng加熱器e1-2、緩衝罐3和燃氣發動機4；
lng儲罐ⅱ通過管道和閥門依次連接加壓泵m2、lng汽化器e2-1、ng加熱器e2-2、緩衝罐3和燃氣發動機4；
且lng儲罐ⅰ、加壓泵m1、lng汽化器e1-1、ng加熱器e1-2、和加壓泵m2、lng汽化器e2-1、ng加熱器e2-2通過管道和閥門連通。
由於上述結構，能夠實現兩個儲罐的相互切換，使兩個儲罐配合工作，實現倒罐功能，提高了整個管路系統的穩定性。
每個供氣系統中還連接有供氣系統惰化管路系統，所述供氣系統惰化管路系統將惰性氣體充入供氣系統，排出供氣系統中的空氣；
所述供氣系統惰化管路系統包括連接在供氣系統上的供氣系統惰性氣體接口和供氣系統惰性氣體排出口o2，o3；其中供氣系統惰性氣體接口與lng儲罐相連。每個供氣系統中的供氣系統惰化管路系統通過管道和閥門相互連通。
每個供氣系統中還連接有加壓泵預冷管路系統，所述加壓泵預冷管路系統將lng充入加壓泵中，預冷加壓泵；所述加壓泵預冷管路系統包括連接在加壓泵上的加壓泵預冷lng接口、加壓泵lng排出口，加壓泵上還設置有加壓泵溫度檢測裝置；其中加壓泵預冷lng接口和加壓泵預冷lng排出口與lng儲罐相連。每個供氣系統中的加壓泵預冷管路系統通過管道和閥門相互連通。
每個lng儲罐上還連接有lng儲罐降壓管路系統（如圖4所示）；所述lng儲罐降壓管路系統包括加壓泵和設置在lng儲罐內的噴淋裝置5，所述噴淋裝置與加壓泵相連；所述lng儲罐通過管道和閥門與加壓泵相連，形成閉合迴路，使lng從lng儲罐流出後通過加壓泵回到lng儲罐內,且lng從通過噴淋裝置在lng儲罐內噴淋。每個lng儲罐上的lng儲罐降壓管路系統相互通過管道和閥門相互連通。
所述海船lng燃料低壓供氣系統的控制方法如下：
步驟1：lng儲罐惰化，將惰性氣體通入lng儲罐，排出lng儲罐內的空氣；
步驟2：供氣系統惰化，將惰性氣體充入供氣系統，排出供氣系統中的空氣；
步驟3：氣體置換，將ng通入lng儲罐，排出lng儲罐內的惰性氣體；
步驟4：lng儲罐預冷，將lng通入lng儲罐，使lng在lng儲罐內汽化成低溫ng預冷lng儲罐；
步驟5：加壓泵預冷，將lng充入加壓泵中，預冷加壓泵；
步驟6：lng充裝，將lng充入lng儲罐進行存儲；
步驟7：供氣，將lng儲罐中的lng經過加壓汽化後送往船舶燃氣發動機（4）；
lng儲罐惰化過程中（如圖2所示），通過控制閥門開閉，使惰性氣體從左舷惰性氣體接口n1和/或右舷惰性氣體接口n2充入lng儲罐，使空氣從排除口o1排出，通過檢測接口sp，檢測lng儲罐內的氧氣含量，當lng儲罐內的氧氣含量≤1%後，停止空氣排出，繼續通入惰性氣體，當lng儲罐內壓力等於4barg時，lng儲罐惰化完成。惰化過程中，兩個儲罐可以一同惰化，或單獨惰化。一同惰化時，檢測口sp檢測的是兩個儲罐內的氧氣含量；且lng儲罐內的壓力均要達到4barg。
供氣系統惰化過程中（如圖3），通過控制閥門開閉，將lng儲罐惰化後剩餘在lng儲罐中的惰性氣體用於惰化供氣系統，排出供氣系統中的空氣；直至lng儲罐中的壓力等於2barg後，供氣系統惰化完成；兩個儲罐可以一同惰化，或單獨惰化；空氣和氮氣均從惰性氣體排出口o2和/或o3排出。一同惰化時，lng儲罐中的壓力均要等於2barg。
氣體置換過程中（如圖2），通過控制閥門開閉，ng從左舷氣相接口v1和右舷氣相接口v2充入lng儲罐內，通過檢測口檢測sp，檢測lng儲罐內的ng含量，當ng含量≥40%後置換完成；兩個儲罐可以一同置換，或單獨置換，一同置換時，過檢測口檢測sp檢測兩個lng儲罐內的ng含量。
lng儲罐預冷過程中（如圖2），通過控制閥門開閉，將lng從左舷液相接口l1和右舷液相接口l2充入lng儲罐，lng儲罐溫度下降速度為10℃/h，且lng儲罐內部溫度≤-130℃後預冷完成；兩個儲罐可以一同預冷，或單獨預冷，一同預冷時，兩個儲罐的溫度下降速度均為10℃/h，lng儲罐內部溫度均≤-130℃。
加壓泵預冷過程中（如圖4），通過控制閥門開閉，將lng儲罐預冷後剩餘在lng儲罐中的lng用於預冷加壓泵，加壓泵的溫度下降速度為10℃/h，且加壓泵的溫度≤-130℃後預冷完成；
兩個加壓泵可以一同預冷，或單獨預冷，一同預冷時，兩個加壓泵的溫度下降速度均為10℃/h，加壓泵的溫度均≤-130℃。
在供氣過程中，每個lng儲罐內的lng單獨或共同加壓汽化後送往船舶燃氣發動機4或一個lng儲罐中的lng先送往另一個lng儲罐中，在經加壓汽化後送往船舶燃氣發動機4。
所述控制方法還包括倒罐控制方法（如圖5和6所示），倒罐步驟如下：
步驟1：連通管道（氣相管2），使兩lng儲罐壓力保持平衡；
步驟2：將供液lng儲罐中的lng送至lng汽化器e1-1、ng加熱器e2-1加熱汽化後，將汽化後的ng送回供液lng儲罐中使供液lng儲罐內部加壓。或將供液lng儲罐中的lng送至lng汽化器e2-1、ng加熱器e2-2汽化後，將汽化後的ng送回供液lng儲罐中使供液儲罐內部加壓。
步驟3：利用供液lng儲罐中的壓力，將供液lng儲罐中的lng通過管道壓入受液lng儲罐中完成倒罐。
需要倒罐的情況一般是將高液位lng儲罐中的lng導入低液位lng儲罐中；當某一lng儲罐內的液位h大於lng儲罐內設定的液位最大值hmax或當某一lng儲罐內的液位h小於lng儲罐內設定的液位最小值hmin時；控制高液位lng儲罐中的lng流向低液位lng儲罐中，直到hmin≤h≤hmax為止。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。