CN105383649A - 一种用于lng船液舱预冷的运动式喷淋系统及其喷淋方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统及其喷淋方法。所述喷淋系统包括运动系统和喷淋执行机构，所述运动系统用来控制喷淋执行机构的移动，所述喷淋执行机构安装在所述运动系统的下部，用于执行喷淋作业；该系统还包括控制装置，所述控制装置用于监测和控制所述运动系统的执行。本发明克服了目前用于LNG船液舱预冷的喷淋装置的对预冷剂雾化效果差，形成的流场不均匀的技术问题，进而使得液舱预冷的操作时间得以缩短，提高了LNG运输船的营运经济性。

Description

一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统及其喷淋方法

技术领域

本发明涉及一种用于LNG船液舱预冷的喷淋系统，尤其涉及一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统及其喷淋方法。

背景技术

随着能源结构的调整，天然气资源的利用率剧增，我国的天然气产业的发展也进入了一个新的阶段。液化天然气(LNG)在常压下的温度约为-163℃，大型的LNG储运设备不可能承受很高的压力，只能是在常压或低压的条件下运输。

液化天然气从生产到使用大致可以分为以下的五个部分：LNG的生产、运输、接收、分配、用户，每个环节都存在着一定的储运问题。

LNG船是指将LNG从液化厂运往接收站的专用船舶。由于天然气是一种易燃的物质，所以储存LNG的液舱中不允许存在氧气。LNG船在首次充装液货时应首先进行惰化和纯化。LNG船充装液体的主要步骤为：液货舱的惰化与纯化、液货舱的预冷、液体的充装，其中液货舱的预冷：经过惰化和纯化的液货舱还不能直接将LNG灌入，还必须进行一个预冷的过程，特别是首次充灌的时间。由于惰化完的液货舱处于一个比较高的温度，距离LNG的储藏温度(-163℃)还有一个很大的温差。液货舱要从一个接近常温的温度冷却到如此低的温度，冷却的速度和冷却的均匀性很重要，而液货舱冷却的方法是通过LNG的输送系统，将部分LNG向液货舱内进行喷淋，LNG吸收壁面的热量而蒸发，舱壁和绝热材料被冷却，直到整个液货舱被冷却完整。

目前用于LNG船液舱预冷的喷淋装置，多采用固定安装在液舱天花板中央的技术，通过液舱气穹结构中的预冷剂管道经此喷淋装置雾化实现对液舱内部流体及液舱货物维护系统结构的预冷。此类喷淋方法大多受喷淋执行装置的固定安装的位置所限，难以使预冷剂在液舱空间中分布均匀，液体的预冷剂雾化不良，与液舱货物维护系统和液舱内流体的换热面积较小，预冷剂吸热效果不好，因此存在两个问题：一是，在LNG船卸货后再次装货前，在到达港口装货之前的液舱预冷时，预冷剂经过固定安装在液舱天花板中央的液舱喷淋装置，其轨迹局限在一定的角度内的圆锥体内，使液体预冷剂雾化不良，必然降低预冷剂的冷却效果；二是，由于在这种喷淋装置下预冷剂不会达到很好的雾化效果，进而使得预冷剂的冷却速率降低，使得对LNG全船液舱的预冷却时间加长，降低了LNG运输船的经济性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统及其喷淋方法，其解决了LNG运输船预冷操作耗费过长的技术问题，提高了预冷剂的雾化效果和液舱的冷却效率，为LNG船液舱的预冷操作提供安全高效的喷淋装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其包括运动系统和喷淋执行机构，所述运动系统用来控制喷淋执行机构的喷淋工作，所述喷淋执行机构安装在所述运动系统的下部，用于喷淋作业；该系统还包括控制装置，所述控制装置用于监测和控制所述运动系统的执行。

优选地，所述控制装置包括防撞多参数监测装置和伺服电机，所述伺服电机安装在液舱货物维护系统的外侧，所述防撞多参数监测装置安装在液舱货物维护系统的下部，所述伺服电机的作业动作受控于防撞多参数监测装置，其中防撞多参数监测装置主要由布置在液舱不同位置的传感器及参数显示装置构成，主要完成对液舱预冷时液舱的温度、压力、液位的监测功能。

优选地，所述运动系统由贯穿液舱货物维护系统的柔性预冷剂管道与嵌在液舱舱壁的特殊滚珠轴承组成，所述柔性预冷剂管道的运动受控于安装在液舱货物维护系统上的控制装置，其中所述特殊滚珠轴承指能在低温(-163℃)下工作的滚珠轴承。

优选地，所述特殊滚珠轴承的上下端处分别安装有外密封塞和内密封塞，所述外密封塞和内密封塞均与液舱舱壁过盈配合。

优选地，所述柔性预冷剂管道靠近外密封塞和液舱货物维护系统的外侧安装有带轮，所述带轮与柔性预冷剂管道的外壁为过盈配合。

优选地，所述带轮与所述伺服电机位于同一水平线上，且通过传动皮带连接，所述的伺服电机通过传动皮带将动力传递到带轮摩擦层，该摩擦层安装在柔性预冷剂管道出舱口与其紧密贴合，以实现柔性预冷剂管道的受控运动。

优选地，所述喷淋执行机构包括液体腔室、喷嘴组、喷嘴和安装在喷淋执行装置及柔性预冷剂管道之间的单向阀，所述喷嘴组有序地布置在喷淋执行机构上，且与所述液体腔室相通，所述喷嘴设置在喷淋执行机构的下端面与所述液体腔室相通，以实现预冷剂从柔性预冷剂管道经单向阀到达液体腔室的的喷淋作业功能。

优选地，所述喷嘴组包括斜上喷嘴组、斜下喷嘴组和水平喷嘴组，所述斜上喷嘴组与喷淋执行机构轴向呈45度角，所述斜下喷嘴组与喷淋执行机构轴向呈135度角，所述水平喷嘴组与喷淋执行机构轴向呈90度角。

本发明还提供了一种基于LNG船液舱预冷运动式喷淋系统的喷淋方法：在LNG船到达装货港口之前，作业人员收到对LNG船进行预冷的操作指令，首先要启动对柔性预冷管道的运动起控制作用伺服电机，伺服电机根据防撞多参数监测装置监测到的能代表液舱内和液舱货物维护系统的环境的典型参数来做出柔性预冷管道将要做何种运动或者到达液舱内的具体位置的判断，动力经过带轮和带轮表面的摩擦层传递到柔性预冷剂管道使其运动，喷淋执行机构在柔性预冷剂管道的带动下延伸到液舱内的特定位置，或者根据伺服电机的特定运动来控制喷淋执行机构特定运动；然后接通预冷剂，预冷剂通过柔性预冷剂管道和单向阀达到喷淋执行机构液体腔室，在正压的作用下由喷嘴组喷出，最后根据防撞多参数监测装置的反馈，伺服电机自动控制柔性预冷剂管道的运动，决定其是否停止预冷作业。

优选地，根据液舱开始预冷前的液舱状态的具体情况，可以选择是在喷淋执行机构动作完毕之后开始接通预冷剂的供应，或者同时接通预冷剂的供应。

本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：

本发明的运动系统使用于液舱预冷的喷淋执行机构可以在液舱空间内合适位置、甚至以合适的运动方式释放预冷剂，使预冷剂在液舱内的运动轨迹趋于均匀，流场不易形成死角，提高了预冷剂的雾化效果，有效提高了预冷剂的冷却效率；同时由于预冷剂的雾化效果得以明显提高，其与液舱货物维护系统和液舱内流体的换热面积大大增加，提高了预冷剂的吸热速率，进而节省了LNG船预冷操作的时间，提高了营运的经济性。

附图说明

图1为本发明用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统的结构示意图。

其中，1为运动系统，11为柔性预冷剂管道，12为特殊滚珠轴承，13为外密封塞，14为内密封塞，2为喷淋执行机构，21为液体腔室，22为喷嘴组，23为单向阀，3为控制装置，31为防撞多参数监测装置，32为伺服电机，4为液舱货物维护系统，5为带轮，6为传动皮带，7为制动块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其包括运动系统1和喷淋执行机构2，所述运动系统1用来控制喷淋执行机构2的喷淋工作，所述喷淋执行机构2安装在所述运动系统1的下部，用于喷淋作业；该系统还包括控制装置3，所述控制装置3用于监测和控制所述运动系统1的执行，所述控制装置3包括防撞多参数监测装置31和伺服电机32，所述伺服电机32安装在液舱货物维护系统4的外侧，所述防撞多参数监测装置31安装在液舱货物维护系统4的下部，所述伺服电机32的作业动作受控于防撞多参数监测装置31，其中防撞多参数监测装置31主要由布置在液舱不同位置的传感器及参数显示装置构成，主要完成对液舱预冷时液舱的温度、压力、液位的监测功能。

所述运动系统1由贯穿液舱货物维护系统的柔性预冷剂管道11与嵌在液舱舱壁的特殊滚珠轴承12组成，其中所述特殊滚珠轴承指能在低温(-163℃)下工作的滚珠轴承，该管道的运动受控于安装在液舱货物维护系统4上的控制装置3，所述特殊滚珠轴承12的上下端处分别安装有外密封塞13和内密封塞14，所述外密封塞13和内密封塞14均与液舱舱壁过盈配合；所述柔性预冷剂管道11靠近外密封塞13和液舱货物维护系统4的外侧安装有带轮5，所述带轮5与柔性预冷剂管道11的外壁为过盈配合，所述带轮5与所述伺服电机32位于同一水平线上，且通过传动皮带6连接，所述的伺服电机32通过传动皮带6将动力传递带轮摩擦层，该摩擦层安装在柔性预冷剂管道出舱口与其紧密贴合，以实现柔性预冷剂管道11的受控运动。

其中伺服电机32安装在液舱气穹内，并且通过传动皮带6带动带轮5运动，动力由带轮5表面的摩擦层传递给柔性预冷剂管道11，柔性预冷剂管道11贯穿整个货物维护系统4的各层包括船体内壳、树脂结构、次绝缘层、次屏蔽、主绝缘层、主屏蔽，通过沿着柔性预冷剂管道11垂直安装在货物维护系统4内的特殊滚珠轴承12来减小管道摩擦，其中制动块7安装在柔性预冷剂管道11的上端，内外密封塞置于液舱维护系统的边缘，防撞多参数监测装置31安装在内密封塞14的下部。

所述喷淋执行机构2包括液体腔室21、喷嘴组22和安装在喷淋执行执行装置及柔性预冷剂管道之间的单向阀23，所述喷嘴组22有序地布置在喷淋执行机构2上，且与所述液体腔室21相通，所述喷嘴组22包括斜上喷嘴、斜下喷嘴、水平喷嘴和下喷嘴，所述斜上喷嘴与喷淋执行机构轴向呈45度角，所述斜下喷嘴与喷淋执行机构轴向呈135度角，所述水平喷嘴与喷淋执行机构轴向呈90度角，所述下喷嘴与喷淋执行机构轴向平行，所述下喷嘴设置在喷淋执行机构的下端面与所述液体腔室相通，以实现预冷剂从柔性预冷剂管道经单向阀到达液体腔室的的喷淋作业功能。

本发明还提供了一种一种基于LNG船液舱预冷运动式喷淋系统的喷淋方法：

在LNG船到达装货港口之前，作业人员收到对LNG船进行预冷的操作指令，首先要启动对柔性预冷管道11的运动起控制作用伺服电机32，伺服电机32根据防撞多参数监测装置31监测到的能代表液舱内和液舱货物维护系统的环境状态的典型参数来做出柔性预冷管道11将要做何种运动的或者到达液舱内的具体位置的判断，动力经过带轮5和带轮表面的摩擦层传递到柔性预冷剂管道11使其运动，喷淋执行机构2在柔性预冷剂管道11的带动下达到液舱内的特定位置(预冷作业的不同阶段位置不同，前期在液舱空间上部，中期在液舱空间中部，后期在液舱空间下部)，或者根据伺服电机32的特定运动来控制喷淋执行机构2特定运动；然后接通预冷剂，预冷剂通过柔性预冷剂管道11和单向阀23到达喷淋执行机构2液体腔室21，在正压的作用下由喷嘴组22喷出，由于喷嘴组22孔口的节流作用使预冷剂雾化良好，同时喷嘴组的多角度分布使得预冷剂在液舱内的分布不易形成死角，预冷均匀；最后根据防撞多参数监测装置31的反馈，伺服电机32自动控制柔性预冷剂管道11的运动，决定其是否停止预冷。

其中，可根据液舱开始预冷前液舱状态的具体情况，选择是在喷淋执行机构动作完毕之后开始接通预冷剂的供应，或者同时接通预冷剂的供应。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：包括运动系统和喷淋执行机构，所述运动系统用来控制喷淋执行机构的喷淋工作，所述喷淋执行机构安装在所述运动系统的下部，用于喷淋作业；该系统还包括控制装置，所述控制装置用于监测和控制所述运动系统的执行。

2.根据权利要求1所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：所述控制装置包括防撞多参数监测装置和伺服电机，所述伺服电机安装在液舱货物维护系统的外侧，所述防撞多参数监测装置安装在液舱货物维护系统的下部，所述伺服电机的作业动作受控于防撞多参数监测装置。

3.根据权利要求2所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：所述运动系统由贯穿液舱货物维护系统的柔性预冷剂管道与嵌在液舱舱壁的特殊滚珠轴承组成，该管道的运动受控于安装在液舱货物维护系统上的控制装置。

4.根据权利要求3所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：所述特殊滚珠轴承的上下端处分别安装有外密封塞和内密封塞，所述外密封塞和内密封塞均与液舱舱壁过盈配合。

5.根据权利要求4所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：所述柔性预冷剂管道靠近外密封塞和液舱货物维护系统的外侧安装有带轮，所述带轮与柔性预冷剂管道的外壁成过盈配合。

6.根据权利要求5所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：所述带轮与所述伺服电机位于同一水平线上，且通过传动皮带连接，所述的伺服电机通过传动皮带将动力传递到安装在柔性预冷剂管道出舱口紧密贴合处的带轮上的带轮摩擦层，以实现柔性预冷剂管道的受控运动。

7.根据权利要求1所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：所述喷淋执行机构包括液体腔室、喷嘴组、喷嘴和安装在喷淋执行执行装置及柔性预冷剂管道之间的单向阀，所述喷嘴组有序地布置在喷淋执行机构上，且与所述液体腔室相通。

8.根据权利要求7所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统，其特征在于：所述喷嘴组包括斜上喷嘴、斜下喷嘴和水平喷嘴，所述斜上喷嘴与喷淋执行机构轴向呈45度角，所述斜下喷嘴与喷淋执行机构轴向呈135度角，所述水平喷嘴与喷淋执行机构轴向呈90度角，所述下喷嘴与喷淋执行机构轴向平行，所述下喷嘴设置在喷淋执行机构的下端面与所述液体腔室相通，以完成从预冷剂管道经单向阀到达该处的预冷剂的喷淋作业。

9.一种基于LNG船液舱预冷运动式喷淋系统的喷淋方法，其特征在于：在LNG船到达装货港口之前，作业人员收到对LNG船进行预冷的操作指令，首先要启动对柔性预冷剂管道的运动起控制作用伺服电机，伺服电机根据防撞多参数监测装置监测到的能代表液舱内和液舱货物维护系统的环境的典型参数来做出柔性预冷管道将要做何种运动的或者到达液舱内的具体位置的判断，动力经过带轮和带轮表面的摩擦层传递到柔性预冷剂管道使其运动，喷淋执行机构在柔性预冷剂管道的带动下达到液舱内的特定位置，或者根据伺服电机的特定运动来控制喷淋执行机构特定运动；然后接通预冷剂，预冷剂通过柔性预冷剂管道和单向阀达到喷淋执行机构液体腔室，在正压的作用下由喷嘴组喷出，最后根据防撞多参数监测装置的反馈，伺服电机自动控制柔性预冷剂管道的运动，决定其是否停止预冷。

10.根据权利要求9所述的用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统的喷淋方法，其特征在于：根据液舱开始预冷前的液舱状态的具体情况，可以选择是在喷淋执行机构动作完毕之后开始接通预冷剂的供应，或者同时接通预冷剂的供应。