CN102489127A - 舰船仪表空气就地供给系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及舰船仪表空气就地供给系统及方法，主要包括顺次连接的压缩机、过滤器、干燥系统、缓冲罐或高压气瓶，缓冲罐或高压气瓶通过截止阀和调压阀直接与终端用气点相连通；其特征在于在所述的高压气瓶或缓冲罐在不提高储存压力的前提下装填能够增加储气罐内气体质量的吸附剂。在同等条件下减少了用气点的压力波动，提高了仪表空气用气的质量，延长了就地设置的气瓶的供给保障时间，能减少气瓶储存的压差，间接的减少了压缩能的资源需求，在满足用气条件下减少气瓶的储存容积。

Description

舰船仪表空气就地供给系统及方法

技术领域

本发明涉及舰船仪表空气就地供给系统及方法，更具体的，涉及仪表空气存储缓冲罐或特种气瓶内装填吸附剂给舰艇气动装置等仪表就地供给空气的系统和方法。

背景技术

当前，舰艇上众多的控制、仪表以及气动装置等都大量的采用仪表空气，一般的，大都采用压缩机将空气压缩后经除尘、除油、除水后增压到高压气瓶备用，或以管路直接输送到用气点，或在用气点附近直接设置恰当容积与储存压力的气瓶进行供气保障；也有经过中低压压缩机过滤、冷冻干燥或吸附干燥等除油除水后直接向仪表空气用气点进行供气保障的方法；

众所周知，舰艇因受制于狭小的空间，无论是压缩后储存备用的储存气瓶组或者直接在用气点就地设置的储存气瓶抑或是采用压缩、处理直至直接缓冲供气的方法，都牵涉到庞大的储存容积与重量的问题，尤其随着水面舰艇气体应用技术水平的提升，仪表空气的消耗量越来越大，仪表空气保障系统的设计资源需求(安装空间体积要求、重量)、系统安全性等都面临新的挑战；

而且，受制于舰艇狭小的安装空间，为避免复杂的管路系统，采用直接在现场就地设置恰当容积与储存压力的气瓶进行供气保障方法越来越多，其保障的时长与就地设置的气瓶容积、压力，也即其可以满足工作压力条件下的实际可用气体储存量息息相关，如何采用更小容积的气瓶提高气体储存能力，建立一种有效的流体供给体系，直至降低气瓶压力需求，提高操作使用的安全性，是急需解决的问题。

一般的，压缩气体具备的有效能量的大小可由以下公式表示，E＝mRT(Ln(P/Po))，其中：

E为压缩气体所具有的有效能量(单位：J)

m为气体质量(单位：mol)

P为气体压力(单位：Pa，绝压)

Po为环境压力(单位：Pa，绝压)

R为气体常数(单位：J/(mol·K))

T为环境温度(单位：K)

从上述公式可知，通过增加气体压力，或者是提高气体储存质量均可以提高压缩气体的有效能量，以满足气动装置的驱动需求，常规最简单的方法大都采用提高压缩气体压力的方法来提高气体的能量，但这种方法提高了储气罐材料的要求，储存压力越高，储气罐壁厚就应越厚或者要采用许用压力更高的材质方能满足储气罐的安全储存压力，而显然，随着储气罐压力的增大，壁厚厚度的增加将显著提高储气罐的自重，同时，也带来高压下储气罐的安全性尤其是储存的气体为有毒气体时的安全性问题愈加突出，也因此，简单通过提高压力来增加气体的有效储存的方法受到很大限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对舰艇现有仪表空气保障模式的缺陷，提供一种舰船仪表空气就地供给系统及方法，可避免复杂的管路系统、并克服气瓶容积和压力限制，节约整体资源，显著提高系统的缓冲、储存能力，同时提高操作使用安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

舰船仪表空气就地供给系统，主要包括顺次连接的压缩机、过滤器、干燥系统、以及用于存储空气的缓冲罐或高压气瓶，缓冲罐或高压气瓶通过截止阀和调压阀直接与终端用气点相连通；所述的干燥系统为采用冷冻干燥处理装置或者吸附式干燥装置的中低压仪表空气系统，或者为采用吸附式干燥系统的经单级或多级增压的高压仪表空气系统，或者为采用预先增压处理储存装置的仪表空气系统；所述的冷冻干燥处理装置为冷冻干燥机；所述的吸附式干燥装置为并联的具有双吸附塔的具有充填吸附剂的吸附干燥机；所述的预先增压处理储存装置为另一组高压气瓶；其特征在于在不提高存储压力的前提下所述的高压气瓶或缓冲罐内装填能够增加储气罐内气体质量的吸附剂。

所述的吸附剂是碳吸附材料或沸石分子筛。

所述的碳吸附材料为聚丙烯腈的热解产物、酚醛树脂的热解产物、椰子壳的热解产物、橄榄石的热解产物中的一种。

所述的碳吸附材料按重量百分比成分为无定形碳80％、粘结剂15％、功能离子5％。

所述的沸石分子筛孔径为

按重量百分比成分为硅铝酸盐85％、粘结剂10％、功能离子5％。

所述的吸附剂是孔径为

的PH-5型沸石分子筛。

吸附干燥机的吸附塔中的充填吸附剂为硅胶、氧化铝、或者13X分子筛中的一种或者多种的混合物。

采用上述系统的舰船仪表空气就地供给方法，空气经压缩机压缩，再经过滤器除掉颗粒类的杂质、液态水后进入干燥系统进一步除掉含有的气态水；然后通过仪表空气储存环节的高压气瓶或缓冲罐对经压缩和过滤干燥处理的压缩空气进行存储，所述的高压气瓶或缓冲罐通过控制阀与各用气点连接进行直接供气；其特征在于：在不提高储存压力的前提下，在所述的高压气瓶或缓冲罐中装填能够增加储气罐内气体质量的吸附剂；当采用冷冻干燥机作为干燥系统去除气态水时，在冷冻干燥机中，压缩空气中含有的水蒸气因冷冻干燥机中冷媒换热冷凝后排除出系统，进一步再依次经过二次过滤器进入缓冲罐，再经截止阀、调压阀向用气点直接供气；当采用吸附干燥机作为干燥系统去除气态水时，吸附干燥机的吸附塔中装填有硅胶、氧化铝、或者13X分子筛中的一种或者多种的混合物为充填吸附剂，压缩空气中含有的水蒸气因被吸附剂吸附而留存在系统并排除出系统，未被吸附的空气组分达到水含量要求经粉尘过滤器后进入缓冲罐，再经截止阀、调压阀向用气点直接供气。

所述的压缩空气经压缩机后的空气压力为0.5MPa～40MPa。

所述供给空气的常压露点为-60℃～-20℃。

高压气瓶或缓冲罐的空气储存量为未装填吸附剂时罐内满载空气储存量的2～5倍。

针对就地直接向仪表空气用气点供气的系统来说，因为在储气罐中加入了可提高储存容积的吸附剂，可降低增压压力的需求，进一步节省运行能耗，比如，用气点压力要求0.5MPa，消耗气量10L/hr，设置了一个存储容积为100L的气瓶，储存压力3.0MPa，理论上，该气瓶可应用于保障0.5MPa使用压力的气体储存量约为：100(L)*(3.0-0.5)*10＝2500(L)，可保障约2500(L)/10(L/hr)＝250小时，但如果将气瓶中加入了一种可在3.0MPa下提高3倍储存量的吸附剂，同样设置了一个存储容积为100L的气瓶，储存压力3.0MPa，理论上，该气瓶可应用于保障0.5MPa使用压力的气体储存量约为：100(L)*(3.0-0.5)*10*3＝7500(L)，可保障约7500(L)/10(L/hr)＝750小时，显然，根据以上分析，因加入了吸附剂的缓冲罐因可以储存更多的气体，在同样满足用气点压力的条件下：

通过采用一种吸附剂以提高气体的储存能力，即通过在原有舰船仪表空气供给系统中的缓冲罐、气瓶中加入一种吸附剂，可有效的提高舰船仪表空气的储存量，相应的，提高了系统的缓冲、储存能力。

采用同等的储存容积的气瓶在同等的气瓶储存压力下可以获得更长的保障时长，这一特性可以灵活应用于提高气瓶储存压能力，提高保障时间；

采用同等的储存容积的气瓶在更小的气瓶储存压力下可以与常规没有加入吸附剂的储存气瓶可以获得相同的保障能力，这一特性可以灵活应用于减少气瓶储存压力，提高安全性，也因为储存压力的降低，间接的降低了压缩机压力的选型要求，或者节省了压缩能耗；

采用更小的储存容积的气瓶在同等的储存压力下可以与常规没有加入吸附剂的储存气瓶可以获得相同的保障能力，这一特性可以灵活应用于减少气瓶储存容积，减少占地，节约安装空间；

因此，针对一个现场就地供给的压缩空气保障系统来说，通过本发明，因为加入吸附剂后的储存气体的能力的增强，可灵活的在延长保障时间、节省气体的压缩能、减少气瓶储存的压力、提高安全性、减少气瓶的储存容积和尺寸等各方面进行调整，从而降低舰船仪表空气系统的资源需求取得额外的效益。

附图说明

以下结合附图1-4和各实施例对本发明作进一步说明。

附图1本发明第一个实施例中采用冷冻干燥处理机的中低压仪表空气系统就地直接供气的系统原理图

附图2本发明第二个实施例中采用吸附式干燥系统的中低压仪表空气系统就地直接供气的系统原理图

附图3本发明第三个实施例中采用吸附式干燥系统的多级增压高压仪表空气系统就地直接供气的系统原理图

附图4本发明第四个实施例中采用预先增压处理储存的仪表空气系统就地直接供气的系统原理图。

具体实施方式

实施例1：

如附图1，是本发明一种采用冷冻干燥处理方法的中低压(典型的，如0.5～2.0MPa)仪表空气系统就地直接供气的系统原理图，可以满足常压露点不超过-20℃的一般用途仪表压缩空气的需求。

空气经压缩机AB01压缩，典型的，如从大气压压缩到0.7MPa，再经过滤器AF01除掉颗粒类的杂质、液态水后进入冷冻干燥机TC01进一步除掉其含有的气态水，在冷冻干燥机TC01中，压缩空气中含有的水蒸气因冷冻干燥机中冷媒换热冷凝后排除出系统，进一步再依次经过二次过滤器AF02、AF03、AF04进入缓冲罐PV01，再经截止阀JV101、调压阀WTV101向用气点直接供气，可获得常压露点约-20℃的一般用途仪表空气。

与现有技术相比，本实施例的区别在于通过在缓冲罐PV01中装填吸附剂，典型的，如加入一种由上海偲达弗材料科技有限公司生产的孔径为的

的PH-5型沸石分子筛(按重量百分比成分为硅铝酸盐85％、粘结剂10％、功能离子5％。)，加入量占该缓冲罐PV01水容积的80％的体积，可将气体缓冲罐PV01的储存能力提高至原储存能力的2倍，因为储存能力的提高，在同等条件下减少了用气点的压力波动，提高了仪表空气用气的质量，还因储存能力的增强，减少了缓冲罐储存的压差，间接的减少了压缩能的资源需求，当然，也可在满足用气条件下减少缓冲罐的体积，降低舰船仪表空气系统的资源需求。

实施例2：

如附图2，是一种采用吸附干燥处理方法的中低压仪表空气系统就地直接供气的系统原理图，可以满足常压露点-40℃甚至达到-60℃以上的仪表压缩空气的需求。

空气经压缩机AB01压缩，典型的，如压缩到0.7MPa，再依次经过滤器AF01和AF02除掉颗粒类的杂质、液态水后进入吸附干燥机进一步除掉其含有的气态水；吸附干燥机中包含两个并联的装填了吸附剂的吸附塔A01和B01，压缩空气中含有的水蒸气因吸附干燥机中装填的吸附剂而除去，典型的吸附剂为硅胶、氧化铝、或者13X分子筛的一种或者以上多种的混合物，按公知技术确定吸附剂干燥机中所需的水吸附剂装填量，水蒸气因被吸附剂吸附而留存在系统并在一定时间内排除出系统，未被吸附的空气组分达到水含量要求经粉尘过滤器AF01后进入缓冲罐PV02，再经截止阀JV101、调压阀WTV101向用气点就地直接供气，可获得常压露点-40℃甚至达到-60℃以上的仪表空气。

其特征在于，本实施例通过在缓冲罐PV02中装填以吸附剂，典型的，如加入一种由上海偲达弗材料科技有限公司生产的孔径为的

的PH-5型沸石分子筛(按重量百分比成分为硅铝酸盐85％、粘结剂10％、功能离子5％。)，加入量占该缓冲罐PV01水容积的100％的体积，可将气体缓冲罐PV02的储存能力提高至原储存能力的2倍，因为储存能力的提高，在同等条件下减少了用气点的压力波动，提高了仪表空气用气的质量，还因储存能力的增强，减少了缓冲罐储存的压差，间接的减少了压缩能的资源需求，当然，也可在满足用气条件下减少缓冲罐的体积，降低舰船仪表空气系统的资源需求。

实施例3：

如附图3，是一种采用吸附干燥处理方法的高压(典型的，如10～40MPa)仪表空气系统就地直接供气的系统原理图，可以满足常压露点-40℃甚至达到-60℃以上的仪表压缩空气的需求。

空气经多级压缩机增压压缩，典型的，每级均设有换热器、排水器，将压缩后的气体冷却并将冷凝水排除出系统，如最终压力增压到40MPa，再经高压吸附干燥机进一步除掉其含有的气态水，在吸附干燥机中，如公知技术，压缩空气中含有的水蒸气因吸附干燥机中装填的吸附剂而除去，典型的吸附剂如硅胶、氧化铝、13X分子筛的一种或者多种的混合物，水蒸气因被吸附剂吸附而留存在系统并在一定时间内排除出系统，未被吸附的空气组分达到水含量要求经粉尘过滤器AF01后进入高压气瓶PV01，再经截止阀JV101、调压阀WTV101向用气点直接供气或减压供气，可获得常压露点-40℃甚至达到-60℃以上的仪表空气。

其特征在于，本实施例通过在高压气瓶PV01中装填以吸附剂，典型的，如加入一种由上海偲达弗材料科技有限公司生产的以酚醛树脂热解制备的吸附材料(按重量百分比为无定形碳80％、粘结剂15％、功能离子5％)，该吸附材料的BET表面积达4000m2/g，堆密度约0.1kg/L，加入量占该缓冲罐PV01水容积的50％的体积，可将高压气瓶PV01的储存能力提高至原储存能力的3.5倍，因为储存能力的提高，在同等条件下减少了用气点的压力波动，提高了仪表空气用气的质量，还因储存能力的增强，减少了气瓶储存的压差，间接的减少了压缩能的资源需求，当然，也可在满足用气条件下减少气瓶的储存容积，降低舰船仪表空气系统的资源需求。

实施例4：

如附图4所示，一种典型的以气瓶通过用气点给气动装置就地供气保障的系统原理图，显然，在高压气瓶PV01中装填以吸附剂，典型的，如加入一种由上海偲达弗材料科技有限公司生产的以酚醛树脂热解制备的吸附材料(按重量百分比为无定形碳80％、粘结剂15％、功能离子5％)，其BET表面积达4000m2/g，堆密度约0.1kg/L，加入量占该缓冲罐PV01水容积的50％的体积，可将高压气瓶PV01的储存能力提高至原满载储存能力的3.5倍，因为储存能力的提高，在同等条件下减少了用气点的压力波动，提高了仪表空气用气的质量，还因储存能力的增强，延长了就地设置的气瓶的供给保障时间，同样的，也能减少了气瓶储存的压差，间接的减少了压缩能的资源需求，当然，也可在满足用气条件下减少气瓶的储存容积，降低舰船仪表空气系统的资源需求；

实施例5：

本实施例中，在各种仪表空气储存环节的缓冲罐和高压气瓶中装填了适当的吸附剂材料，典型的，如加入一种由上海偲达弗材料科技有限公司生产的孔径为

的PH-5型沸石分子筛(按重量百分比成分为硅铝酸盐85％、粘结剂10％、功能离子5％。)，加入量占该缓冲罐水容积的100％的体积，由于储存环节的缓冲罐和/或高压气瓶的储存能力提高，可以提升整个系统的仪表空气的储存能力至2～4倍，延长保障时间，减少储存设备的体积，减少气体压缩能。

实施例6：

实施例中，在各种仪表空气储存环节的缓冲罐和高压气瓶中装填的吸附剂为：由上海偲达弗材料科技有限公司生产的孔径为

的PH-5型沸石分子筛(按重量百分比成分为硅铝酸盐85％、粘结剂10％、功能离子5％。)，加入量占该缓冲罐水容积的100％的体积，由于储存环节的缓冲罐和/或高压气瓶的储存能力提高，可以提升整个系统的仪表空气的储存能力至2～4倍，延长保障时间，减少储存设备的体积，减少气体压缩能。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，如对工艺参数或装置做出的变动和改良仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.舰船仪表空气就地供给系统，主要包括顺次连接的压缩机、过滤器、干燥系统、以及用于存储空气的缓冲罐或高压气瓶，缓冲罐或高压气瓶通过截止阀和调压阀直接与终端用气点相连通；所述的干燥系统为采用冷冻干燥处理装置或者吸附式干燥装置的中低压仪表空气系统，或者为采用吸附式干燥系统的经单级或多级增压的高压仪表空气系统，或者为采用预先增压处理储存装置的仪表空气系统；所述的冷冻干燥处理装置为冷冻干燥机；所述的吸附式干燥装置为并联的具有双吸附塔的具有充填吸附剂的吸附干燥机；所述的预先增压处理储存装置为另一组高压气瓶；其特征在于在不提高储存压力的前提下所述的高压气瓶或缓冲罐内装填能够增加储气罐内气体质量的吸附剂。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的吸附剂是碳吸附材料或沸石分子筛。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述的碳吸附材料为聚丙烯腈的热解产物、酚醛树脂的热解产物、椰子壳的热解产物、橄榄石的热解产物中的一种。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于所述的碳吸附材料按重量百分比成分为无定形碳80％、粘结剂15％、功能离子5％。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述的沸石分子筛孔径为

按重量百分比成分为硅铝酸盐85％、粘结剂10％、功能离子5％。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述的吸附剂是孔径为的PH-5型沸石分子筛。

7.根据权利要求1-3之一或5或6所述的系统，其特征在于吸附干燥机的吸附塔中的充填吸附剂为硅胶、氧化铝、或者13X分子筛中的一种或者多种的混合物。

8.采用上述权利要求之一所述系统的舰船仪表空气就地供给方法，空气经压缩机压缩，再经过滤器除掉颗粒类的杂质、液态水后进入干燥系统进一步除掉含有的气态水；然后通过仪表空气储存环节的高压气瓶或缓冲罐对经压缩和过滤干燥处理的压缩空气进行存储，所述的高压气瓶或缓冲罐通过控制阀与各用气点连接进行直接供气；其特征在于：在不提高储存压力的前提下，在所述的高压气瓶或缓冲罐中装填能够增加储气罐内气体质量的吸附剂；当采用冷冻干燥机作为干燥系统去除气态水时，在冷冻干燥机中，压缩空气中含有的水蒸气因冷冻干燥机中冷媒换热冷凝后排除出系统，进一步再依次经过二次过滤器进入缓冲罐，再经截止阀、调压阀向用气点直接供气；当采用吸附干燥机作为干燥系统去除气态水时，吸附干燥机的吸附塔中装填有硅胶、氧化铝、或者13X分子筛中的一种或者多种的混合物为充填吸附剂，压缩空气中含有的水蒸气因被吸附剂吸附而留存在系统并排除出系统，未被吸附的空气组分达到水含量要求经粉尘过滤器后进入缓冲罐，再经截止阀、调压阀向用气点直接供气。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的压缩空气经压缩机后的空气压力为0.5MPa～40MPa。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于所述供给空气的常压露点为-60℃～-20℃。

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