CN104121114B - 用于供给液化天然气燃料的系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于供给燃料的系统包括连接燃料储罐与发动机并且包括压强测量传感器的燃料供给线、设在燃料供给线上并配置为将从储罐输出的燃料加压的泵、设在泵和发动机之间的燃料供给线上并且配置成加热从泵输出的燃料的热交换器、设在燃料供给线上的热交换器前端并且配置为使燃料从燃料供给线返回的第一回路，以及设在燃料供给线上的热交换器后端并且配置为使燃料从燃料供给线返回的第二回路。

Description

用于供给液化天然气燃料的系统
技术领域
本发明的实施方式涉及用于供给LNG燃料的系统。
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年4月24日提交的韩国专利申请10-2013-0045708的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
背景技术
船舶是一种运输交通工具，用于航行跨越大洋，装载大量的矿材料、原油、天然气、数千个集装箱等。船舶是由钢铁制成的，并且当其由浮力而浮于水面上时通过推进器的旋转而产生的推进力移动。
船舶通过驱动发动机而产生推进力。发动机通过使用汽油或柴油而使活塞移动，并且通过由活塞执行的往复运动而使曲轴旋转，从而使连接至曲轴的轴旋转以驱动推进器。
然而，最近，液化天然气（LNG）船正使用LNG作为燃料驱动发动机的使用LNG燃料供给方法。这种LNG燃料供给方法也已用于除LNG船之外的其他船舶中。
通常已知的是，LNG是清洁燃料并且LNG存储量大于石油储备。随着采矿技术和运输技术的发展，LNG消费量已激增。作为LNG主要成分的甲烷通常在1个大气压下以-162℃或更低的温度而保存在液体状态。液化甲烷的体积约为标准状态下气态甲烷体积的1/600，且液化甲烷的比重为0.42，约为原油比重的一半。
然而，用于驱动发动机的温度和压力等可能不同于存储在罐中的LNG的状态。因此，用于通过控制处于液体状态的所存储的LNG的温度和压力等而将LNG供给至发动机的技术的研究与开发还在继续。
发明内容
本发明实施方式提供一种用于供给LNG燃料的系统，用于防止由于在发动机突然停止的情况下从泵输出的燃料而造成的热交换器或燃料供给线的过压。
另外，本发明的实施方式提供一种用于供给LNG燃料的系统，用于虽然燃料通过第一回路返回、在燃料供给线的内部压强没有减到少于预定压强的压强的情况下，使更多的燃料通过第二回路返回，从而防止了发动机上游的过压。
一种根据本发明实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统包括连接燃料储罐与发动机并且包括压强测量传感器的燃料供给线、设在燃料供给线上并配置为将从燃料储罐输出的燃料加压的泵、设在燃料供给线上，在泵和发动机之间并且配置成加热从泵输出的燃料的热交换器、设在燃料供给线上，在热交换器前端并且配置为使燃料从燃料供给线返回的第一回路，以及设在燃料供给线上，在热交换器后端并且配置为使燃料从燃料供给线返回的第二回路，其中当压强测量传感器检测到燃料的压强大于预定压强时，燃料通过第一回路或第二回路返回。
第一回路和第二回路可连接于燃料储罐，并且燃料可通过第一回路或第二回路返回到燃料储罐。
系统还包括位于第一回路和第二回路下游的辅助罐。
辅助罐可以是蒸汽-液体分离器。
系统还包括设在第一回路上并且配置为调节燃料的供给量的上游过压阀；以及设在第二回路上并且配置为调节燃料的供给量的下游过压阀。
预定压强可包括第一预定值和第二预定值，当压强测量传感器检测到压强大于第一预定值时，上游过压阀打开第一回路，并且当压强测量传感器检测到压强大于第二预定值时，下游过压阀打开第二回路。
第二预定值可高于第一预定值。
第一预定值可高于发动机所需压强5bar，第二预定值可高于发动机所需压强10bar。
泵可包括用于将从燃料储罐输出的燃料加压至200bar到400bar的压强的高压泵。
泵还可包括增压泵，所述增压泵设在燃料供给线上，在燃料储罐和高压泵之间，并且配置用于将储存在储罐中或从燃料储罐输出的燃料加压并且提供燃料给高压泵。
增压泵可将从燃料储罐输出的燃料加压至1bar到25bar的压强。
当发动机突然停止时，本发明的用于供给LNG燃料的系统防止从泵输出的LNG提供给发动机，从而防止在发动机上游，例如泵、热交换器或燃料供给线的过压。因此，可减少由于电源故障、错误等造成的系统关机。
系统还可以当燃料通过第一回路返回、燃料供给线的内部压强没有减到少于预定压强的情况下，使LNG通过第二回路返回。这样可防止发动机上游处的过压，由此可防止泵的跳闸。
附图说明
结合附图，参考以下详细说明，本发明的以上和其它特点和优势将变得非常明显。
图1是用于供给LNG燃料的传统系统的概念图；
图2是根据本发明实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统的概念图；
图3是截面图，表示根据本发明实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统中的燃料储罐；以及
图4是根据本发明另一实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统的概念图；
具体实施方式
在下文中将参考附图具体说明本发明的优选实施方式。
图1是用于供给LNG燃料的传统系统的概念图。
在图1中，用于供给LNG燃料的传统系统1包括燃料储罐10、发动机20、泵30和热交换器50。泵30包括增压泵31和高压泵32。LNG可包括超临界状态等的天然气NG，以及液体状态的NG。
在系统1中，增压泵31使通过供给线21从燃料储罐10输出的燃料加压至几个bar或者几十个bar的压强。然后高压泵32使得被加压的燃料加压至发动机20要求的压强(例如200bar到400bar)并且将被加压的燃料供给至热交换器50。接下来，热交换器50可增加泵30提供的燃料的温度并且提供给发动机20超临界状态的燃料。提供给发动机20的燃料可以是超临界状态，其中燃料具有200bar到400bar的压强以及30℃到60℃的温度。
在发动机20响应停止其驱动的信号突然停止的情况下，从泵30输出的燃料可造成热交换器50或燃料供给线21的过压。因此，系统1可通过电力故障或错误等被关机。
图2是根据本发明实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统的概念图，图3是剖面图，表示根据本发明实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统中的燃料储罐。
在图2中，根据本实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统100可包括燃料储罐10、发动机20、泵30、热交换器50和回路组件110。虽然燃料储罐10、发动机20、泵30和热交换器50等由传统系统1中所示的相同附图标记指示，但是这些部件并不需要与系统1中的那些相同。
燃料储罐10存储供给发动机20的燃料。燃料储罐10存储液体状态的燃料。这里，燃料储罐10可以是压力式罐。
如图3中所示，燃料储罐10包括外罐11、内罐12和绝热部分13。外罐11可限定燃料储罐10的外壁并且由钢制成。外罐11可具有多边形剖面。
内罐12可形成在外罐11中并且在外罐11中由支撑物14支撑。支撑物14可形成在内罐12之下并且进一步地形成在内罐12的一侧上从而防止其左右运动。
内罐12可由不锈钢制成。内罐12可设计为承受5bar到10bar(例如6bar)的压强，因为随着内罐12中燃料蒸发产生蒸发气体，内罐12的内部压强增加。
内罐12中可包括隔板15。隔板15指的是网格板。由于隔板15使内罐12的内部压强能够均匀分布，因此可防止内部压强集中地施加在内罐12的一部分上。
绝热部分13可位于内罐12和外罐11之间并且切断外部热能至内罐12的转移。此时，绝热部分13可以处在真空中。由于绝热部分处在真空中，燃料储罐10可比其它普通罐更加有效地承受高压。例如，通过利用处在真空中的绝热部分13，燃料储罐10可承受5bar至20bar的压强。
由于本实施方式的系统100采用包括位于外罐11和内罐12之间且处于真空的绝热部分13的燃料储罐10，可最低限度地产生蒸发气体。此外，即使其内部压强增加，燃料储罐10也不会受损。
发动机20由燃料储罐10供给的燃料驱动从而产生推动力。这里，发动机20可以是MEGI发动机或双燃料发动机。
在发动机20是双燃料发动机的情况下，燃料和油可能不会混合而是选择性地供给。这样，可避免彼此具有不同燃烧温度的燃料和油混合，从而使得发动机20的效率不会减弱。
在发动机20中，由于汽缸(未示出)中的活塞(未示出)通过燃料燃烧执行往复运动，连接于活塞的曲轴(未示出)会旋转，连接于曲轴的轴(未示出)会旋转。这样，由于当发动机20被驱动时连接于轴的推进器(未示出)，船只会向前或向后运动。
发动机20可配置成驱动推进器、发电、或产生其它力。换言之，发动机20的种类不限。但是，发动机20可以是用于通过燃烧LNG产生驱动力的内燃机。
用于输送燃料的燃料供给线21可设在燃料储罐10和发动机20之间。增压泵31、高压泵32和热交换器50等可设在燃料供给线21上从而供给发动机20燃料。这里，燃料供给阀(未示出)可形成在供给线21上，燃料的供给量可根据燃料供给阀的开启程度调节。
压强测量传感器23设在燃料供给线21上。压强测量传感器23指的是用于测量燃料供给线21中燃料压强的传感器，可装配有多个压强测量传感器23。为便于理解，压强测量传感器23可设在热交换器50的下游。在另一实施方式中，压强测量传感器还可设在热交换器50的上游。
当压强测量传感器23的传感结果，燃料压强大于预定压强(包括第一预定值和第二预定值)的情况下，燃料通过回路组件110返回。
泵30设在燃料供给线21上并且将燃料储罐10输出的燃料加压至高压。泵30可包括增压泵31和高压泵32。
增压泵31可设在燃料储罐10和高压泵32之间的燃料供给线21上，并且提供足量的燃料给高压泵32，从而避免高压泵32的空穴。增压泵31可从燃料储罐10提取燃料，并且在几bar到几十bar的范围内加压被提取的燃料。通过增压泵31的燃料可被加压至1bar到25bar的压强。
储存在燃料储罐10中的燃料是液体状态。增压泵31可使LNG储罐10存储的或燃料储罐10输出的燃料加压，从而略微地增加燃料的压强和温度。被增压泵31加压的燃料可仍然是液体状态。
高压泵32使增压泵31输出的燃料加压至高压，从而该燃料可以被提供给发动机20。燃料以大约10bar的压强从燃料储罐10输出后，燃料首先被增压泵31加压。高压泵32再次加压液体状态的被增压泵31加压过的燃料并且给热交换器50提供该再次加压过的燃料。
这时，高压泵32可将燃料加压至发动机20所需的例如200bar到400bar的压强并且给发动机20提供加压过的燃料，从而使得发动机20可利用燃料产生推进力。
高压泵32可将液体状态的燃料加压至高压，从而使燃料的状态相变成过冷液体状态。这里，在过冷液体状态下的燃料的压强高于临界压强，并且在过冷液体状态下的燃料的温度低于临界温度。
特别地，高压泵32可将增压泵31输出的液体状态燃料加压至200bar到400bar的高压并且使燃料温度降低至低于临界温度，从而使燃料相变成过冷液体状态。这里，过冷液体状态的燃料温度可以是低于临界温度的例如-140℃到-60℃。
热交换器50可设在高压泵32和发动机20之间的燃料供给线21上并且加热高压泵32输出的燃料。燃料可通过高压泵32提供给热交换器50。热交换器50可使高压泵32输出过冷液态或超临界状态的燃料加热，同时将燃料的压强保持在200bar到400bar的压强，从而使燃料可相变成与30℃到60℃的温度对应的超临界状态的燃料。然后热交换器50可供给发动机20改变的燃料。
热交换器50可利用通过锅炉(未示出)提供的蒸汽、乙二醇加热器(未示出)提供的乙二醇水、发电机或设在船只中的设备等产生的电能或废热来加热燃料。
回路组件110可以连接至在燃料供给线21上的发动机20的上游，返回燃料至发动机20的上游，且从燃料供给线21分支。
这里，当发动机20的上游发生过压时回路组件110防止泵30关机。燃料从泵30输出，即使当发动机20突然停止。但是，回路组件110防止燃料提供给发动机20，因此在发动机20的上游不会发生过压，从而防止泵30的跳闸。
回路组件110使得泵20输出的或流过热交换器50的燃料返回，从而使燃料不会提供给发动机20。回路组件110可包括第一回路111、上游过压阀112、第二回路113和下游过压阀114。
第一回路111可设在热交换器50的前端。第一回路111可连接于燃料储罐10并且使燃料从燃料供应线21返回到燃料储罐10.
上游过压阀112可设在第一回路111上，并且通过打开/关闭第一回路111来调节燃料的供给量。特别地，当压强测量传感器23在发动机20的上游检测到大于第一预定值的压强时，上游过压阀112可打开第一回路111。例如，在运行压强(发动机要求压强)是300bar的情况下，第一预定值可以是305bar或更高。此时，上游过压阀112可打开第一回路111。
上游过压阀112可以是三通阀，设在燃料供给线21和第一回路111之间的连接点，并且关闭提供给热交换器50的燃料的路径。上游过压阀112可以是设在第一回路111上的高压差阀（high differential pressure valve）。在这种情况下，热交换器50的前端可设置额外的阀(未示出)并且当上游过压阀112打开时，通过与上游过压阀112连接而被锁住，从而可防止燃料提供给热交换器50。
第二回路113可设在热交换器50和发动机20之间并且使来自燃料供给线21的燃料返回。第二回路113可连结第一回路111，燃料可通过第一和第二回路111和113返回燃料储罐10。这里，由于通过第二回路113返回的燃料已经被热交换器50加热，通过第二回路113返回的燃料的温度可能高于通过第一回路111返回的燃料的温度。
下游过压阀114可设在第二回路113上并且通过打开/关闭第二回路113来调节燃料的供给量。特别地，当压强测量传感器23在发动机20的上游检测到大于第二预定值的压强时，下游过压阀114可打开第二回路113。例如，在运行压强(发动机要求压强)是300bar的情况下，第二预定值可以是310bar或更高。此时，下游过压阀114可打开第二回路113。
第二预定值可高于第一预定值。当燃料通过第一回路111返回时、在燃料供给线21的内部压强没有减到小于预定压强的压强时，燃料可进一步通过第二回路113返回，因此在发动机20的下游不会发生过压。也就是说，由于发动机20的停止而发生过压、系统100预期会停止的情况下，燃料可首先通过第一回路111返回并且再次通过第二回路113返回。
下游过压阀114可以是与上游过压阀112相同或相似方式的三通阀，设在燃料供给线21和第二回路113之间的连接点处，并且关闭提供给发动机20的燃料的路径。下游过压阀114可以是设在第二回路113上的高压差阀。在这种情况下，可在发动机20的前端设置额外的阀(未示出)并且当下游过压阀114打开时通过与下游过压阀114连结而被锁住，从而防止燃料提供给发动机20。
第二回路113可连结第一回路111，燃料可通过第一和第二回路111和113返回到燃料储罐10。第一回路111的一端和第二回路113的一端可从燃料供给线21分支，第二回路113的另一端可连接于第一回路111，第一回路111可连接于燃料储罐10。
从第一回路111或第二回路113输出的燃料具有300bar或更高的压强。然而，燃料储罐10具有几个bar的内部压强。由于返回的燃料，燃料储罐10的内部压强可能增加。随着返回的燃料流经第一回路111或第二回路113，返回的燃料的压强达到燃料储罐10的内部压强，该压强是低压，这样燃料储罐10的内部压强可以在燃料储罐10能承受的压强范围内变化。
由于发动机20的运行停止、燃料供给线21的压强增加超过预定值时，燃料可通过第一回路111和第二回路113返回，从而有效地避免泵30和热交换器50等因为燃料关机的问题。
图4是根据本发明另一实施方式所述的用于供给LNG燃料的系统的概念图。相同的附图标记指的是相同或相应的元件，因此它们的描述将会省略。
下面参考图4具体说明系统200。本实施方式的回路组件210可包括第一回路211、上游过压阀212、第二回路213和下游过压阀214。回路组件210可进一步包括辅助罐220。
第一回路211和第二回路213可如上所述使燃料返回到燃料储罐10。辅助罐220可设在第一回路211和第二回路213的下游。辅助罐220可具有用于存储通过第一回路211和第二回路223返回的燃料的空间。辅助罐220可以是蒸汽-液体分离器，通过该分离器气体可与返回的燃料分开然后剩余的燃料可返回到燃料储罐10。虽然图4中未示出，但是辅助罐220还可包括用于输出闪发气体的排气线，所述闪发气体是惰性气体。
上游过压阀212可设在第一回路211上，下游过压阀214可设在第二回路213上。这些阀212和214可控制燃料流。
参考图2和图4,说明使燃料通过回路组件110和210返回燃料储罐10的过程。
但是，该过程仅仅是为了说明方便而提供的实施方式，而且本发明并不限于该过程。也就是说，回路组件110和210可连接于抽吸圆筒（suction drum）(未示出)，燃料可通过回路组件110和210返回抽吸圆筒。这里，抽吸圆筒可连接于泵30，从抽吸圆筒输出的燃料可流向泵30和热交换器50。
因为发动机20停止、从泵30输出的燃料没有提供给发动机20的情况下，系统200可以使燃料在热交换器50的前端或后端返回，从而防止发动机20的上游(例如泵30、热交换器50或燃料供给线21)的过压。因此，系统200可减少由于电力故障或错误等引起的关机。
虽然已经参考一些示例性实施方式说明了实施方式，但是应当理解的是，本领域技术人员能够设想的许多其它的修改和实施方式将落在本公开的原理的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种用于供给LNG燃料的系统，该系统包括：
燃料供给线，所述燃料供给线连接燃料储罐与发动机并且包括压强测量传感器；
泵，所述泵设在燃料供给线上并配置为将从燃料储罐输出的燃料加压至200bar至400bar的压强；
热交换器，所述热交换器设在燃料供给线上，在泵和发动机之间并且配置成加热从泵输出的燃料；
第一回路，所述第一回路设在燃料供给线上，在热交换器前端并且配置为使燃料从燃料供给线返回；
第二回路，所述第二回路设在燃料供给线上，在热交换器后端并且配置为使燃料从燃料供给线返回；
上游过压阀，所述上游过压阀设在第一回路上并且配置为调节燃料的供给量；以及
下游过压阀，所述下游过压阀设在第二回路上并且配置为调节燃料的供给量；
其中，当压强测量传感器检测到燃料的压强大于预定压强时，燃料通过第一回路或第二回路返回；
其中所述第一回路在泵和热交换器之间从燃料供给线分支；
其中所述第二回路在发动机和热交换器之间从燃料供给线分支；
其中所述压强测量传感器位于在燃料供给线上的所述热交换器的后端；其中所述第一回路和所述第二回路连接到所述燃料储罐，并且所述燃料通过所述第一回路或所述第二回路返回到所述燃料储罐，并且，其中预定压强包括第一预定值和第二预定值，当压强测量传感器检测到压强大于第一预定值时，上游过压阀打开第一回路，并且当压强测量传感器检测到压强大于第二预定值时，下游过压阀打开第二回路。
2.根据权利要求1所述的系统还包括位于第一回路和第二回路下游的辅助罐。
3.根据权利要求2所述的系统，其中辅助罐是蒸汽-液体分离器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中第二预定值高于第一预定值。
5.根据权利要求4所述的系统，其中第一预定值高于发动机所需压强5bar，第二预定值高于发动机所需压强10bar。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵包括用于将从燃料储罐输出的燃料加压至200bar到400bar的压强的高压泵。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述泵还包括增压泵，所述增压泵设在燃料供给线上，在燃料储罐和高压泵之间，并且配置用于将储存在储罐中或从燃料储罐输出的燃料加压并且提供燃料给高压泵。
8.根据权利要求7所述的系统，其中增压泵将从燃料储罐输出的燃料加压至1bar到25bar的压强。
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