CN104265512A - 一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统 - Google Patents

一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，包括高压燃气供气系统和低压燃气供气系统；高压燃气供应系统采用设置在所述储液罐内或外的驳运喷淋泵通过管道与日用罐、增压泵、高压气化加热器、高压气体阀单元和高压气体燃料机器依次连接；低压燃气供应系统在所述日用罐的排液口采用管路与自增压气化器连接，所述自增压气化器的出口连接至所述日用罐气相接口，日用罐的另一排液口通过管路与低压汽化加热器连接、低压燃气缓冲罐、低压气体阀单元和低压气体燃料机器依次连接。本发明解决了非LNG运输船舶的燃料储存、以及燃气气化、加热问题，同时满足高压主机以及低压机器的供气压力和温度的要求，以及对LNG储液舱内的压力进行控制。

Description

一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统
技术领域
本发明涉及一种船用供气系统，特别涉及一种以天然气为燃料的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统。
背景技术
近年来，随着大气污染日益严重，全球对船舶的气体排放的控制日益严重格。欧美等发达国家已经建立了自己的排放控制区，在规定时间内达到TierII和TierIII排放标准。
船舶燃用天然气可减少30％以上的碳排放和氮氧化物排放、98％以上的硫化物排放和30％左右的燃料费用。因此，船舶改用天然气为燃料是节能减排、提高运输效益最为直接有效的措施。近年来，几乎所有的船东都在考虑将其现有船改造成以LNG为主要燃料的船舶，至少改造成以LNG为辅助燃料的船舶，以便能在各国排放控制区内燃用LNG，达到排放标准。几乎所有的船厂都在考虑建造以LNG为燃料的各种船舶，且中国第一个以LNG为主要燃料的双燃料拖轮项目已经开始建造，由本公司提供LNG燃料储存供应系统，采用本公司的低压系统。
LNG燃料需要经过气化加热，从-160℃左右的液态转变成0℃以上的气体才能满足机舱动力装置的要求。气化和加热过程需要热能源，加热源可利用机舱动力装置的废热，也可利用锅炉产生的废气。
现阶段开发出的能耗较低的二冲程低速双燃料柴油机(如MANB&W开发的MEGI型主机)，需要的供气压力为300Bar左右，将气体压缩到这个压力水平不但压缩机的体积非常庞大，价格昂贵，而且需要的功耗也非常高，通常采用LNG增压泵将LNG增压至300Bar以上，以满足高压主机的供气需求。通常船上的辅机，如发电机及锅炉也考虑采用LNG作为船舶燃料，通常辅机的供气压力在6Bar左右，为此，船上需要考虑同时配备一套低压供气系统，以满足低压主机的供气要求。同时由于LNG储液舱不断的从外界吸收热量，随着时间的增加，LNG储液舱内的压力不断的升高，直到达到储罐的设计压力。为此，在船舶航行期间，需要采取措施，对LNG储液舱内的蒸气压进行有效的控制，防止储罐超压。
发明内容
【1】要解决的技术问题
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，用于解决以液化天然气(LNG)为燃料的船舶，特别是非LNG运输船舶的燃料储存、以及燃气气化、加热，同时满足高压主机以及低压辅机的供气压力和温度的要求，以及对LNG储液舱内的压力进行控制。
【2】解决问题的技术方案
本发明提供一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，包括LNG充装站1和设有监控装置的储液罐2，其还包括高压燃气供气系统和低压燃气供气系统；
所述高压燃气供应系统采用设置在所述储液罐2内或者储液罐2外的LNG驳运/喷淋泵3通过管道与LNG日用罐4、LNG增压泵7、高压气化加热器、高压气体阀单元10和高压气体燃料机器11依次连接；
所述低压燃气供应系统在所述LNG日用罐4的排液口采用管路与自增压气化器6连接，所述自增压气化器6的出口连接至所述LNG日用罐4气相接口，所述LNG日用罐4的另一排液口通过管路与低压汽化加热器13连接、低压燃气缓冲罐12、低压气体阀单元14和低压气体燃料机器15依次连接。
进一步的，所述低压燃气供应系统在LNG储液罐2的顶端通过管路与BOG压缩机单元5、低压燃气缓冲罐12、低压气体阀单元14和低压气体燃料机器15依次连接。
进一步的，所述高压气化加热器包括一级高压气化加热器8和/或二级高压气化加热器9。
进一步的，所述高压气化加热器的出口端经减压阀后与所述低压汽化加热器13的入口端连接。
进一步的，来自所述LNG储液罐2的蒸发气通过管路与BOG压缩机单元5内的气液分离器5a、BOG加热器5b、BOG加热器5c、压缩机吸口温控阀5d、BOG压缩机5e、压缩机出口温控阀5f依次连接，最后与低压燃气缓冲罐12连接。
进一步的，所述BOG压缩机5e可采用常温的螺杆压缩机或者活塞压缩机。
进一步的，所述一级高压气化加热器8、低压汽化加热器13、自增压气化器6、BOG加热器5c、BOG压缩机5e采用管路与加热循环单元16连接。
进一步的，所述的加热循环单元16采用乙二醇和水按照一定的比例配置，所述加热循环单元16内的膨胀水罐上设有透气口，所述透气口连接至透气桅。
进一步的，所述加热单元利用水乙二醇作为中间加热介质，再利用主机过来的循环水或滑油或锅炉产生的废气或者船上的热油系统来加热水乙二醇溶液，也可以直接利用主机过来的循环水或者锅炉产生的废气加热LNG，并通过换热器17对加热循环单元16内的水乙二醇的温度进行控制，保证乙二醇系统的温度恒定在设置值。
进一步的，所述船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统还适用于LNG运输船的燃气供气系统。
本发明还提供一种该船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统的工作方法，所述储液罐2内的蒸发气经过BOG压缩机单元5处理后，与来自一级高压气化加热器8中的高压低温LNG液体进行热交换，冷凝后回到LNG日用罐4内与来自储罐的低温液体进行混合，经LNG增压泵7加压后供应高压气体燃料机器11使用；
所述储液罐2内的低温蒸发气在BOG加热器5b内与来自BOG压缩机5e排出的高温气体进行热交换、随后进入二级BOG加热器5c内与来BOG自压缩机的循环水进行热交换、通过压缩机吸口温控阀5d的调节，使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过压缩机排气管路上的温控阀5f的调节，控制进入低压燃气缓冲罐12的温度控制在20～40℃范围内,低压燃气缓冲罐12内的低压气体经过低压气体阀单元后供低压气体燃料机器使用；
或所述LNG储液罐2内的低温蒸发气直接在BOG加热器5c内与来BOG自压缩机的循环水或者加热循环单元16加热源进行热交换、使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过BOG压缩机出口换热器5g对压缩机排气温度进行调节，控制进入低压燃气缓冲罐12的温度控制在20～40℃范围内,低压燃气缓冲罐12内的低压气体经过低压气体阀单元后供低压气体燃料机器使用。
【3】有益效果
本发明船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统解决了以液化天然气(LNG)为燃料的船舶，特别是非LNG运输船舶的气体燃料储存、以及燃气气化、加热，燃气加压至300Bar以上，提高了低速二冲程柴油机的高效率性能，同时解决了船上低压供气设备的供气需求，有效的对LNG储液舱内的蒸发气进行控制，维持了储罐的蓄压时间，降低储罐的设计压力，极大的节省了LNG储液舱的建造成本，保证了LNG燃料系统在船上储存及供气操作的安全性及可靠性。
附图说明
图1是本发明一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统图(LNG转移喷淋泵安装在储罐内)；
图2是本发明一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统图(LNG转移喷淋泵安装在储罐外)；
图3是本发明一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统的BOG压缩机单示意图；
图4是本发明一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统的BOG压缩机单元另一结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细介绍本发明实施例。
参阅图1至图4，本发明一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，包括LNG充装站1和设有监控装置的储液罐2、高压燃气供气系统和低压燃气供气系统；
高压燃气供应系统采用设置在所述储液罐2内或者储液罐2外的LNG驳运/喷淋泵3(该泵带有转移LNG液体至日用罐以及上喷淋的作用)通过管道与LNG日用罐4、LNG增压泵7、高压气化加热器、高压气体阀单元10和高压气体燃料机器11依次连接；LNG增压泵7的排量通过主机的供气压力来进行调节，通过控制LNG增压泵7的排量和LNG增压泵7出口至LNG日用罐4的管路上控制阀7a的流量从而达到控制燃气出口压力，保证高压气体燃料主机供气的稳定性。
低压燃气供应系统可采取以下两种方式中的一种或者几种方式相结合：
第一方式：低压燃气供应系统在LNG日用罐4的排液口采用管路与自增压气化器6连接，所述自增压气化器6的出口连接至所述LNG日用罐4气相接口，利用LNG日用罐4内液体的自重流经自增压气化器6内，经过气化后回到LNG日用罐4内，给日用罐进行增压，使其压力维持在低压气体燃料机器的供气压力；LNG日用罐4的另一排液口通过管路与低压汽化加热器13连接、低压燃气缓冲罐12、低压气体阀单元14和低压气体燃料机器15依次连接；利用LNG日用罐4内的自压，使液体流经低压汽化加热器13，经过气化、加热后的燃气供给低压气体燃料机器使用，最大可提供10Bar的燃气给辅动力装置使用。
第二种方式：低压燃气供应系统在LNG储液罐2的顶端通过管路与BOG压缩机单元5、低压燃气缓冲罐12、低压气体阀单元14和低压气体燃料机器15依次连接；来自储液罐的BOG在BOG加热器5b内与来自BOG压缩机5e排出的高温气体进行热交换后、随后进入二级BOG加热器5c内与来自压缩机的循环水进行热交换、通过压缩机吸口温控阀5d的调节，使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过压缩机排气管路上的温控阀5f的调节，控制压缩机出口温度在20～40℃范围内，(参阅图3)。或者也可直接通过BOG加热器5c内与来自压缩机的循环水或者加热循环单元16加热源进行热交换、使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过压缩机出口换热器5g对压缩机排气温度进行调节，控制进入低压燃气缓冲罐12的温度控制在20～40℃范围内(参阅图4)。最大可提供10Bar的燃气给低压气体燃料机器15使用。
第三种方式：高压气化加热器的出口端经减压阀后与所述低压汽化加热器13的入口端连接，经过高压气化加热器出来的高压燃气，可通过减压阀9a降压后，流经低压汽化加热器13，供给低压气体燃料机器15使用。
加热循环单元16采用乙二醇和水按照一定的比列配置，本实施例中，乙二醇和水的容积比为1/2-2/1，加热循环单元16内的膨胀水罐上设有透气口，透气口连接至透气桅，一旦高压燃气管路发生泄漏至水乙二醇系统，燃气在膨胀水罐中被分离出来，燃气通过透气口排放至大气中。该系统可布置在安全区，可使加热介质在安全区和危险区之间连续循环，膨胀水罐上设有可燃气体探测装置，用于检测燃气的泄露，并触发相应的报警提醒。该加热循环单元16，从安全角度考虑：该加热源可以是利用水乙二醇作为中间加热介质，再利用主机过来的循环水，滑油，锅炉产生的废气或者船上的热油系统来加热水乙二醇溶液，也可以直接利用主机过来的循环水或者锅炉产生的废气加热LNG，通过换热器17对该加热循环单元16内的水乙二醇的温度进行控制，保证乙二醇系统的温度恒定在设置值：一级高压气化加热器8、低压汽化加热器13、自增压气化器6、BOG加热器5c、BOG压缩机5e采用管路与加热循环单元16连接，BOG压缩机5e可采用常温的螺杆压缩机或者活塞压缩机。
本实施例中，在高压气化加热器包括一级高压气化加热器8和/或二级高压气化加热器9。
来自LNG储液罐2的蒸发气通过管路与BOG压缩机单元5内的气液分离器5a、BOG加热器5b、BOG加热器5c、压缩机吸口温控阀5d、BOG压缩机5e、压缩机出口温控阀5f依次连接，最后与低压燃气缓冲罐12连接。
本发明还提供一种该船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统的工作方法，其包括高压供气和低压供气两个过程；
高压供气：储液罐2内的蒸发气经过BOG压缩机单元5处理后，与来自一级高压气化加热器8中的高压低温LNG液体进行热交换，冷凝后回到LNG日用罐4内与来自储罐的低温液体进行混合，经LNG增压泵7加压后供应高压气体燃料机器11使用；
低压供气有两种方式：
方式一：储液罐2内的低温蒸发气在BOG加热器5b内与来自BOG压缩机5e排出的高温气体进行热交换、随后进入二级BOG加热器5c内与来BOG自压缩机的循环水进行热交换、通过压缩机吸口温控阀5d的调节，使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过压缩机排气管路上的温控阀5f的调节，控制进入低压燃气缓冲罐12的温度控制在20～40℃范围内,低压燃气缓冲罐12内的低压气体经过低压气体阀单元后供低压气体燃料机器使用；
方式二：储液罐2内的低温蒸发气直接在BOG加热器5c内与来BOG自压缩机的循环水或者加热循环单元16加热源进行热交换、使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过BOG压缩机出口换热器5g对压缩机排气温度进行调节，控制进入低压燃气缓冲罐12的温度控制在20～40℃范围内,低压燃气缓冲罐12内的低压气体经过低压气体阀单元后供低压气体燃料机器使用。
本发明船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，通过控制LNG转移喷淋泵3的排量来控制LNG日用罐4内的液体始终处于一定的液位高度范围内。通过自增压气化器6来控制LNG日用罐4内的压力维持在低压气体燃料机器的供气压力；通过控制LNG增压泵7的排量和增压泵出口管路控制阀7a的流量来调节高压气体燃料机器的供气量。
本发明船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统还适用于LNG运输船的燃气供气系统。
采用上述技术方案的高压/低压燃气供应系统，通过增压泵将LNG液体增压到315bar后气化/加热，比采用气体压缩机增压，能耗节省95％以上，同时采用LNG日用罐来储存部分液体燃料，通过LNG日用罐内的液位和压力的控制，有效的保证了高压供气系统和低压供气系统的稳定性。采用较小且低压压缩机处理BOG，供应低压用气设备，能使LNG燃料在船上长期存储，BOG压缩机单元的设计，可以使储罐的设计压力更低，降低了储罐的建造费用。同时LNG储液舱内的BOG在经过再冷凝后回到LNG日用罐内经过高压泵增压，气化加热后供给高压主机消耗掉的方案，有效的解决了当船上未安装低压气体燃料机器，或者低压气体燃料无法全部被辅机消耗的问题。同时该系统内的BOG压缩机处理的是常温气体，相比低温BOG压缩机，有效的降低的压缩机的制造费用。

Claims (11)

1.一种船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，包括LNG充装站(1)和设有监控装置的储液罐(2)，其特征在于：还包括高压燃气供气系统和低压燃气供气系统；
所述高压燃气供应系统采用设置在所述储液罐(2)内或者储液罐(2)外的LNG驳运/喷淋泵(3)通过管道与LNG日用罐(4)、LNG增压泵(7)、高压气化加热器、高压气体阀单元(10)和高压气体燃料机器(11)依次连接；
所述低压燃气供应系统在所述LNG日用罐(4)的排液口采用管路与自增压气化器(6)连接，所述自增压气化器(6)的出口连接至所述LNG日用罐(4)气相接口，所述LNG日用罐(4)的另一排液口通过管路与低压汽化加热器(13)连接、低压燃气缓冲罐(12)、低压气体阀单元(14)和低压气体燃料机器(15)依次连接。
2.如权利要求1所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述低压燃气供应系统在LNG储液罐(2)的顶端通过管路与BOG压缩机单元(5)、低压燃气缓冲罐(12)、低压气体阀单元(14)和低压气体燃料机器(15)依次连接。
3.如权利要求2所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述高压气化加热器包括一级高压气化加热器(8)和/或二级高压气化加热器(9)。
4.如权利要求3所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述高压气化加热器的出口端经减压阀后与所述低压汽化加热器(13)的入口端连接。
5.如权利要求3所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：来自所述LNG储液罐(2)的蒸发气通过管路与BOG压缩机单元(5)内的气液分离器(5a)、BOG加热器(5b)、BOG加热器(5c)、压缩机吸口温控阀(5d)、BOG压缩机(5e)、压缩机出口温控阀(5f)依次连接，最后与低压燃气缓冲罐(12)连接。
6.如权利要求5所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述BOG压缩机(5e)可采用常温的螺杆压缩机或者活塞压缩机。
7.如权利要求5所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述一级高压气化加热器(8)、低压汽化加热器(13)、自增压气化器(6)、BOG加热器(5c)、BOG压缩机(5e)采用管路与加热循环单元(16)连接。
8.如权利要求7所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述的加热循环单元(16)采用乙二醇和水按照一定的比例配置，所述加热循环单元(16)内的膨胀水罐上设有透气口，所述透气口连接至透气桅。
9.如权利要求8所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述加热单元利用水乙二醇作为中间加热介质，再利用主机过来的循环水或滑油或锅炉产生的废气或者船上的热油系统来加热水乙二醇溶液，也可以直接利用主机过来的循环水或者锅炉产生的废气加热LNG，并通过换热器(17)对加热循环单元(16)内的水乙二醇的温度进行控制，保证乙二醇系统的温度恒定在设置值。
10.如权利要求1至9任一项所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统，其特征在于：所述船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统还适用于LNG运输船的燃气供气系统。
11.一种如权利要求1所述的船舶动力装置的高压/低压燃气供应系统的工作方法，其特征在于：
所述储液罐2内的蒸发气经过BOG压缩机单元(5)处理后，与来自一级高压气化加热器(8)中的高压低温LNG液体进行热交换，冷凝后回到LNG日用罐(4)内与来自储罐的低温液体进行混合，经LNG增压泵(7)加压后供应高压气体燃料机器(11)使用；
所述储液罐(2)内的低温蒸发气在BOG加热器(5b)内与来自BOG压缩机(5e)排出的高温气体进行热交换、随后进入二级BOG加热器(5c)内与来BOG自压缩机的循环水进行热交换、通过压缩机吸口温控阀(5d)的调节，使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过压缩机排气管路上的温控阀(5f)的调节，控制进入低压燃气缓冲罐(12)的温度控制在20～40℃范围内,低压燃气缓冲罐(12)内的低压气体经过低压气体阀单元后供低压气体燃料机器使用；
或所述LNG储液罐(2)内的低温蒸发气直接在BOG加热器(5c)内与来BOG自压缩机的循环水或者加热循环单元(16)加热源进行热交换、使进入压缩机吸口的蒸发气温度提高到0℃以上，通过BOG压缩机出口换热器(5g)对压缩机排气温度进行调节，控制进入低压燃气缓冲罐(12)的温度控制在20～40℃范围内,低压燃气缓冲罐(12)内的低压气体经过低压气体阀单元后供低压气体燃料机器使用。
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