CN104713696A - 一种独立c型lng液舱模型试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独立C型LNG液舱模型试验方法，采用模型试验装置进行蒸发率模型试验和晃荡模型试验；所述模型试验装置包括六自由度运动平台、控制系统、摄像头和罐体，所述罐体为独立C型罐体，所述罐体的外周安装有三层保温层；所述罐体的前底部固定在底座上，所述罐体的后底部与所述底座形成沿罐体轴向的滑动连接；所述底座固定在所述六自由度运动平台上；在所述罐体的两侧设有限位结构；在所述罐体内设有温度传感器和动态压力传感器，所述温度传感器和所述动态压力传感器发射由控制系统采集的无线信号；所述控制系统通过导线束与所述六自由度运动平台电连接。本发明可以进行独立C型LNG液舱的蒸发率模型试验和晃荡模型试验。

Description

一种独立C型LNG液舱模型试验方法

技术领域

本发明涉及一种独立C型LNG液舱模型试验方法，属于液化天然气运输技术领域，具体涉及一种可以进行独立C型LNG液舱的蒸发率和晃荡模型试验的方法。

背景技术

世界能源日益紧张，环境问题日益凸显，LNG作为一种清洁高效的燃料被大力提倡使用。对于LNG的运输而言，液货罐设计的重要性不言而喻。众所周知，液化天然气可以用配备了低温货舱的船舶运输。球形独立式液舱的舱容利用率低，稳性差；薄膜型液舱在风浪中航行时，船壳变形对舱内保温有一定的影响，易受机械作用损坏，船的动载荷冲击容易引起舱的损坏。

LNG作为一种可燃性低温液体，对其在液货罐中存在时温度和压强的观察，需要藉借由专门的设备进行。为了获知保温层的适当厚度，要求试验装置可以改变保温层的厚度。由于LNG液体易于蒸发，对试验装置的压力控制也是十分重要的。同时，LNG船舶在波浪中航行时，舱内的液体会发生晃荡现象。强烈的晃荡会直接导致严重的海损污染事件，而且对于沿纵向布置的独立C型货舱，当液体晃荡的自然频率接近船舶的纵摇频率时，液体的晃动和纵摇运动发生谐振，从而导致对独立C型货舱舱壁产生很大的晃荡冲击，由于该晃荡冲击，构成该独立C型货舱的部件可能被损坏。由于在海洋中的LNG船舶的运动而不可避免地发生上述晃荡现象，因此LNG船舶的晃荡安全问题受到各界的关注和重视。而研究晃荡问题迄今为止最可信的方法依然是模型试验。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种独立C型LNG液舱模型试验方法，该方法可以进行独立C型LNG液舱的蒸发率模型试验和晃荡模型试验。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种独立C型LNG液舱模型试验方法，采用模型试验装置进行蒸发率模型试验和晃荡模型试验；所述模型试验装置包括六自由度运动平台、控制系统、摄像头和罐体；所述罐体为独立C型罐体，设有圆筒形主体，在所述圆筒形主体的两端均设有半球形封头；所述罐体的外周安装有三层保温层，相邻的两层保温层之间设有隔离层，位于外面的两层保温层采用拆装式结 构；所述罐体的前底部固定在底座上，所述罐体的后底部与所述底座形成沿罐体轴向的滑动连接；所述底座固定在所述六自由度运动平台上；在所述罐体的两侧设有限位结构，所述罐体两侧的限位结构与所述底座固接；在所述罐体内设有若干温度传感器，在所述罐体的一端封头内侧设有与其垂直的多个位于不同高度的动态压力传感器，所有所述温度传感器和所有所述动态压力传感器发射由控制系统采集的无线信号；所述控制系统通过导线束与所述六自由度运动平台电连接；在所述罐体上设有加注系统、放空系统和排空系统；所述蒸发率模型试验方法包括如下步骤：

(a)开启监控试验全程的摄像头；

(b)进行罐体的惰化；

(c)向罐体内灌注LNG液体；

(d)采用温度传感器和压力传感器采集罐内的温度和压力；

(e)一次试验过程完成后，将外层保温层剥离进行下一次试验；

所述晃荡模型试验包括如下步骤：

(a)开启监控试验全程的摄像头；

(b)按照试验工况从加注口注入LNG液体到所需的最低液位；

(c)启动六自由度运动平台的控制系统，根据试验工况指定相应的运动函数；

(d)使用控制系统记录各测点传感器的压力及温度随时间的变化参数；

(e)根据试验工况更改运动函数，重复试验步骤(d)

(f)最低液位的试验结束后，继续从加注口注入LNG液体提高液位，重复试验步骤(c)-(e)；

(g)各液位试验完成后，通过排空管排出LNG液体。

在所述罐体的前底部和后底部各固定有一硬木槽，每个所述硬木槽中各嵌入一个硬木鞍座，位于罐体前底部的所述硬木鞍座固定在所述底座上，位于罐体后底部的所述硬木鞍座的中间开有滑槽，在所述滑槽内设有硬木导向扁铁，所述硬木导向扁铁与罐体轴向平行地固定在所述底座上。

所述罐体两侧的限位结构包括分设在所述罐体两侧的六根竖直支柱，六根所述竖直支柱的底端固定在所述底座上，六根所述竖直支柱的顶端由两横两纵四根水平梁连接，四根水平梁构成矩形，在两根纵向水平梁上设有四个吊耳；在所述罐体的两侧保温层外对称设有两块保温层外围板，在每块保温层外围板的上沿水平固定一个保温层外围板上 边角钢，下沿水平固定一个保温层外围板下边角钢，所述保温层外围板上边角钢采用钢丝绳Ⅰ与横向水平梁连接，所述保温层外围板下边角钢采用钢丝绳Ⅱ与底座连接，在所述钢丝绳Ⅱ上安装有张紧器。

所述加注系统包括喷淋管、加注管和加注截止阀，所述喷淋管沿纵向设置在所述罐体内的上部，所述加注管安装在所述罐体的上部，所述加注管的一端伸入所述罐体内与所述喷淋管连接，所述加注管的另一端是设置在所述罐体外的加注口，在所述加注管上靠近所述加注口处设有加注截止阀，所述加注截止阀位于所述罐体的外部；所述放空系统包括放空管，所述放空管安装在所述罐体的上部，在所述放空管上连接有压力表、压力传感器以及并联的低压自动放空管、手动放空管和高压自动放空管，在所述手动放空管上设有一个放空截止阀，在所述高压自动放空管上设有一个高压安全阀，在所述低压自动放空管上设有一个低压安全阀和一个低压自动放空截止阀，在所述压力传感器上设有截止阀Ⅰ，在所述压力表上设有截止阀Ⅱ；所述排空系统包括排空管，所述排空管安装在所述罐体的底部，在所述排空管上安装有一排空截止阀。

本发明具有的优点和积极效果是：能够进行独立C型LNG液舱的蒸发率模型试验和晃荡模型试验，能够用于对LNG蒸发和晃荡过程中罐体内气相压力及温度、罐壁温度及压力和罐体总质量变化进行测量记录。能够测量并记录不同保温层厚度、不同外部晃荡激励情况下LNG液体在液货罐内的温度、压强，并具有完备的压力控制系统，能够确保安全，方便运输。综上所述，本发明运输方便、可拆卸组合、可在不同保温层厚度条件下进行试验、可模拟各种外部晃荡激励、无线采集压力及温度数据、功能全面、使用便利、便于安装、拆除、维护，能够提高试验的灵活性和测试效率。

附图说明

图1是本发明采用的模型试验装置的主视图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明的蒸发率模型试验单元的俯视图；

图4是图3的立体图；

图5是本发明采用的罐体及保温层的主视图；

图6是图5的侧视图；

图7是图5的俯视图；

图8是本发明采用的模型试验装置的加注系统、放空系统、排空系统、温度传感器 和动态压力传感器的连接安装示意图。

图中：1、保温层，2、罐体，3、硬木槽环形扁铁，4、硬木鞍座，5、横向梁，6、纵向梁，7、硬木导向扁铁，8、硬木固定扁铁，9、横向梁扶强材，10、硬木扁铁肘板，11、竖直支柱肘板，12、竖直支柱，13、水平梁，14、保温层外围板，15、保温层外围板上边角钢，16、保温层外围板下边角钢，171、钢丝绳Ⅰ，172、钢丝绳Ⅱ，18、张紧器，19、吊耳，20、放空管角钢支架，21、支柱肘板，22、放空管，23、加注管，24、压力传感器，25、压力表，261、加注截止阀，262、放空截止阀，263、低压自动放空截止阀，264、截止阀Ⅰ，265、截止阀Ⅱ，266、排空截止阀，27、低压安全阀，28、高压安全阀，29、加注口，30、喷淋管，31、温度传感器，32、低压自动放空管，33、手动放空管，34、高压自动放空管，35、排空管，36、螺丝，37、六自由度运动平台，38、控制系统，39、摄像头，40、导线束，41、动态压力传感器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种独立C型LNG液舱模型试验方法，采用模型试验装置进行蒸发率模型试验和晃荡模型试验。

请参阅图1～图8，上述模型试验装置包括六自由度运动平台37、控制系统38、摄像头39和罐体2；所述罐体2为独立C型罐体，设有圆筒形主体，在所述圆筒形主体的两端均设有半球形封头；所述罐体2的外周安装有三层保温层1，相邻的两层保温层1之间设有隔离层，位于外面的两层保温层1采用拆装式结构；所述罐体2的前底部固定在底座上，所述罐体2的后底部与所述底座形成沿罐体轴向的滑动连接；所述底座通过螺丝36固定在所述六自由度运动平台37上；在所述罐体2的两侧设有限位结构，所述罐体2两侧的限位结构与所述底座固接；在所述罐体2内设有若干温度传感器31，在所述罐体2的一端封头内侧设有与其垂直的多个位于不同高度的动态压力传感器41，所有所述温度传感器31和所有所述动态压力传感器41发射由控制系统38采集的无线信号；所述控制系统38通过导线束40与所述六自由度运动平台37电连接；在所述罐体2上设有加注系统、放空系统和排空系统。

由分隔材料形成的隔离层，能够保证保温层层间不粘连，掀开外部的保温层而不破坏内部的保温层。

进一步的详细结构为：罐体2的底部设有四个硬木槽环形扁铁3，两个靠近前端，两个靠近后端。每两个硬木槽环形扁铁之间插有1个鞍座4。后端的鞍座4沿罐体轴向开有一个滑槽。上述底座包括横向梁5、纵向梁6、硬木导向扁铁7、硬木固定扁铁8、横向梁扶强材9、硬木扁铁肘板10、竖直支柱肘板11。底座主体结构由两根纵向梁6和两根横向梁5交叉构成。纵向梁6上装有竖直支柱肘板11。横向梁5上有开孔。前端的横向梁5上设有一对硬木固定扁铁8，用以固定罐体2的前部硬木鞍座4，硬木固定扁铁8外设有六个硬木扁铁肘板10，用以支承硬木固定扁铁8。后端的横向梁5上沿罐体轴向设有一个硬木导向扁铁7，与罐体2后端的硬木鞍座4上所开滑槽配合，以使后端的硬木鞍座4可以在硬木导向扁铁7上滑动。当罐体2因为温度变化等原因产生胀缩等变形时，由于后端的硬木鞍座4可以滑动，可以防止由于罐体2变形导致罐体2或者底座的结构破坏。

上述罐体两侧的限位结构包括竖直支柱12、水平梁13、保温层外围板14、保温层外围板上边角钢15，保温层外围板下边角钢16、钢丝绳Ⅰ171、钢丝绳Ⅱ172、张紧器18、吊耳19和支柱肘板21。在底座的两根纵向梁6上，各设有三根，共六根竖直支柱12。竖直支柱12上端由横向两根，纵向两根，共四根水平梁13连接。四根水平梁13连接成矩形，矩形四角与竖直支柱12连接的地方安装有支柱肘板21，每个角两个，共八个。纵向水平梁13两端各有一个吊耳19，共四个，用于试验罐的搬运。横向的水平梁13上有开孔。罐体2保温层1两侧各有一个保温层外围板14，每个保温层外围板上沿设有一个保温层外围板上边角钢15，下沿设有一个保温层外围板下边角钢16。保温层外围板上边角钢15和保温层外围板下边角钢16的两端分别都设有开孔。横向水平梁13上的开孔与保温层外围板上边角钢15上的开孔用钢丝绳Ⅰ171连接，每侧两根，共四根。保温层外围板下边角钢16上的开孔与底座横向梁5上的开孔用带有张紧器18的钢丝绳Ⅱ172连接，每侧两组，共四组。张紧器18用于控制钢丝绳Ⅱ172的张紧程度，以便拆卸安装和保证结构的紧固。运输中，按图示方式固定LNG罐，张紧器18处于张紧状态，以固定试验罐，防止运输过程中罐体受横向力作用导致底座损坏。罐的长度方向沿车长度方向放置。

上述加注系统包括喷淋管30、加注管23和加注截止阀261，所述喷淋管30沿纵向设置在所述罐体2内的上部，所述加注管23安装在所述罐体2的上部，所述加注管23的一端伸入所述罐体2内与所述喷淋管30连接，所述加注管23的另一端是设置在所述 罐体2外的加注口29，在所述加注管23上靠近所述加注口29处设有加注截止阀261，所述加注截止阀261位于所述罐体2的外部。设置喷淋管30可使低温LNG液体较为均匀的喷淋进罐内，可以避免集中灌注时局部温度变化过于剧烈导致的罐体2变形与破坏。

所述放空系统包括放空管22，所述放空管22安装在所述罐体2的上部，在所述放空管22上连接有压力表25、压力传感器24以及并联的低压自动放空管32、手动放空管33和高压自动放空管34，在所述手动放空管33上设有一个放空截止阀262，在所述高压自动放空管34上设有一个高压安全阀28，在所述低压自动放空管32上设有一个低压安全阀27和一个低压自动放空截止阀263，在所述压力传感器24上设有截止阀Ⅰ264，在所述压力表25上设有截止阀Ⅱ265。压力传感器24、压力表25各有一个截止阀，控制其是否与管路系统联通。手动放空管33和低压自动放空管32各有一个截止阀控制其开闭。低压安全阀27设置在低压自动放空管32上，以实现压力达到预期低压时自动放空的目的。高压自动放空管34连接的高压安全阀28用于当低压自动放空管32发生故障失效，罐内压力达到规定高压时，自动放空的目的。放空管22由放空管角钢支架20支撑，放空管角钢支架20与横向水平梁13固接。

上述排空系统包括排空管35，所述排空管35安装在所述罐体2的底部，在所述排空管35上安装有一排空截止阀266。

上述蒸发率模型试验的方法包括如下步骤：

(a)开启监控试验全程的摄像头39；

(b)进行罐体2的惰化，具体操作方法为：关闭放空管22上的所有截止阀，包括两个截止阀Ⅰ262和两个截止阀Ⅱ263，通过加注口29注入高压氮气，充满后打开放空管22，使罐内气压恢复常压。通过此过程降低空气在罐内的分压，反复多次，直到罐内空气含量降低到要求值以下；

(c)向罐体内灌注LNG液体，首先通过加注口29缓慢灌注，加入的LNG液体通过喷淋管30均匀地喷淋进入罐体内，使罐体均匀降温实现预冷。完成预冷后再按设定灌注速度进行LNG液体注入；

(d)采用温度传感器31和压力传感器24监测罐内的温度和压力。

在监测罐内温度和压力时，应对放空系统进行如下操作：首先关闭放空截止阀262，打开与放空管22连接的其他截止阀。当罐内压力超过低压安全阀27的限制时，低压安全阀27打开，排出气体，使罐内温度保持在低压安全阀27的限制压力以下。当低压自 动放空管32发生故障无法工作，或无法将气体及时排出时，可以通过压力表25观察罐内气压并手动打开放空截止阀262进行排气。若低压自动放空管32发生故障，并且未及时发现罐内压力过高，当压力继续升高到高压安全阀28的限度时，高压自动放空管34的高压安全阀28会打开进行排气，可以有效保障整个系统的安全。

(e)一次试验过程完成后，将外层保温层1剥离进行下一次试验。

需要再次从加注口29注入LNG液体以提高液位时，先通过温度传感器31观察罐内温度，如果温度低于预定值则直接按照设定灌注速度进行灌注，若温度高于预定值，则仍需先缓慢灌注进行喷淋预冷后，再按设定灌注速度进行灌注。

上述晃荡模型试验的方法包括如下步骤：

(a)开启监控试验全程的摄像头39；

(b)按照试验工况从加注口29注入LNG液体到所需的最低液位；

(c)启动六自由度运动平台35的控制系统38，根据试验工况指定相应的运动函数；

(d)使用控制系统38记录各测点传感器的压力及温度随时间的变化参数；

(e)根据试验工况更改运动函数，重复试验步骤(d)；

(f)最低液位的试验结束后，继续从加注口29注入LNG液体提高液位，重复试验步骤(c)-(e)；

(g) 各液位试验完成后，通过排空管35排出LNG液体。

本发明的模型试验装置具有测量LNG液货罐温度压力变化情况的功能，并且有保温层厚度可变，外部晃荡激励可控，可以控制罐内压力、方便运输等优点。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种独立C型LNG液舱模型试验方法，其特征在于，采用模型试验装置进行蒸发率模型试验和晃荡模型试验；

所述模型试验装置包括六自由度运动平台、控制系统、摄像头和罐体；

所述罐体为独立C型罐体，设有圆筒形主体，在所述圆筒形主体的两端均设有半球形封头；

所述罐体的外周安装有三层保温层，相邻的两层保温层之间设有隔离层，位于外面的两层保温层采用拆装式结构；

所述罐体的前底部固定在底座上，所述罐体的后底部与所述底座形成沿罐体轴向的滑动连接；

所述底座固定在所述六自由度运动平台上；

在所述罐体的两侧设有限位结构，所述罐体两侧的限位结构与所述底座固接；

在所述罐体内设有若干温度传感器，在所述罐体的一端封头内侧设有与其垂直的多个位于不同高度的动态压力传感器，所有所述温度传感器和所有所述动态压力传感器发射由控制系统采集的无线信号；

所述控制系统通过导线束与所述六自由度运动平台电连接；

在所述罐体上设有加注系统、放空系统和排空系统；

所述蒸发率模型试验的方法包括如下步骤：

(a)开启监控试验全程的摄像头；

(b)进行罐体的惰化；

(c)向罐体内灌注LNG液体；

(d)采用温度传感器和压力传感器采集罐内的温度和压力；

(e)一次试验过程完成后，将外层保温层剥离进行下一次试验；

所述晃荡模型试验的方法包括如下步骤：

(a)开启监控试验全程的摄像头；

(b)按照试验工况从加注口注入LNG液体到所需的最低液位；

(c)启动六自由度运动平台的控制系统，根据试验工况指定相应的运动函数；

(d)使用控制系统记录各测点传感器的压力及温度随时间的变化参数；

(e)根据试验工况更改运动函数，重复试验步骤(d)

(f)最低液位的试验结束后，继续从加注口注入LNG液体提高液位，重复试验步骤(c)-(e)；

(g)各液位试验完成后，通过排空管排出LNG液体。

2.根据权利要求1所述的独立C型LNG液舱模型试验方法，其特征在于，在所述罐体的前底部和后底部各固定有一硬木槽，每个所述硬木槽中各嵌入一个硬木鞍座，位于罐体前底部的所述硬木鞍座固定在所述底座上，位于罐体后底部的所述硬木鞍座的中间开有滑槽，在所述滑槽内设有硬木导向扁铁，所述硬木导向扁铁与罐体轴向平行地固定在所述底座上。

3.根据权利要求1所述的独立C型LNG液舱模型试验方法，其特征在于，所述罐体两侧的限位结构包括分设在所述罐体两侧的六根竖直支柱，六根所述竖直支柱的底端固定在所述底座上，六根所述竖直支柱的顶端由两横两纵四根水平梁连接，四根水平梁构成矩形，在两根纵向水平梁上设有四个吊耳；

在所述罐体的两侧保温层外对称设有两块保温层外围板，在每块保温层外围板的上沿水平固定一个保温层外围板上边角钢，下沿水平固定一个保温层外围板下边角钢，所述保温层外围板上边角钢采用钢丝绳Ⅰ与横向水平梁连接，所述保温层外围板下边角钢采用钢丝绳Ⅱ与底座连接，在所述钢丝绳Ⅱ上安装有张紧器。

4.根据权利要求1所述的独立C型LNG液舱模型试验方法，其特征在于，所述加注系统包括喷淋管、加注管和加注截止阀，所述喷淋管沿纵向设置在所述罐体内的上部，所述加注管安装在所述罐体的上部，所述加注管的一端伸入所述罐体内与所述喷淋管连接，所述加注管的另一端是设置在所述罐体外的加注口，在所述加注管上靠近所述加注口处设有加注截止阀，所述加注截止阀位于所述罐体的外部；

所述放空系统包括放空管，所述放空管安装在所述罐体的上部，在所述放空管上连接有压力表、压力传感器以及并联的低压自动放空管、手动放空管和高压自动放空管，在所述手动放空管上设有一个放空截止阀，在所述高压自动放空管上设有一个高压安全阀，在所述低压自动放空管上设有一个低压安全阀和一个低压自动放空截止阀，在所述压力传感器上设有截止阀Ⅰ，在所述压力表上设有截止阀Ⅱ；

所述排空系统包括排空管，所述排空管安装在所述罐体的底部，在所述排空管上安装有一排空截止阀。