CN105460197A - 一种用于lng船液舱预冷的套管式喷淋系统及其喷淋方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋系统及其喷淋方法。其包括液压套管系统和喷淋执行机构，所述液压套管系统镶嵌在液舱天花板中央位置，并且贯穿液舱货物维护系统的多层结构后到达液舱内部，所述喷淋执行机构内嵌在所述液压套管系统内，所述液压套管系统用于控制喷淋执行机构的展开和收缩。本发明克服了目前用于LNG船液舱预冷作业的喷淋装置的缺陷和不足，使得预冷剂的雾化效果提高，预冷时预冷剂在液舱内形成的流场更加均匀，进而提高了预冷效率，缩短了预冷时间，提高了LNG运输船营运经济性。

Description

一种用于LNG船液舱预冷的套管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船液舱预冷的套管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船液舱预冷的套管式喷淋系统及其喷淋方法，其提高了预冷剂的雾化效果和预冷剂的冷却效率，节省了LNG船用于预冷操作的时间，提高了营运的经济性。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋装置，其包括液压套管系统和喷淋执行机构，所述液压套管系统镶嵌在液舱天花板中央位置，并且贯穿液舱货物维护系统的多层结构后到达液舱内部，所述喷淋执行机构内嵌在所述液压套管系统内，所述液压套管系统用于控制喷淋执行机构的展开和收缩。

进一步的技术方案为：所述喷淋执行机构上端安装有动力管，其管内空间布置预冷剂输入管道，以完成对喷淋执行机构的作业动作的独立控制。

进一步的技术方案为：所述液压套管系统包括三级套管、液压进油管和液压回油管，所述三级套管与货物维护系统之间开设有液压进油管管道，所述液压进油管设置在所述液压进油管管道内，并与设置在三级套管上的进油孔连通，所述三级套管与喷淋执行系统之间设有液压回油管管道，所述液压回油管管道设置在所述液压回油管管道内，并与设置在三级套管上的回油孔连通。

进一步的技术方案为：所述三级套管包括一级管道、二级管道和三级管道，所述一级管道套装在二级管道内，所述二级管道套装在三级管道内，所述喷淋执行机构内嵌在一级管道内，所述一级管道、二级管道和三级管道之间组成3个腔室，每个腔室被各自的管道间的活塞分隔为两个独立的腔室，且在相邻腔室的两活塞之间开设有油孔，进而使三级套管的6个腔室形成一套串联的液压执行机构。

进一步的技术方案为：所述一级管道的半径小于所述二级管道的半径，所述二级管道的半径小于所述三级管道的半径。

进一步的技术方案为：所述喷淋执行机构包括液体腔室、喷嘴组和安装在液体腔室与预冷剂输入管道之间的单向阀，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。

进一步的技术方案为：所述喷嘴组包括斜上喷嘴、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。

本发明的液压套管系统和喷淋执行机构均采用良好的绝热材料，并且各运动部件之间通过精密的配合，密封良好。

本发明还提供了一种用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋系统的喷淋方法：第一步，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，首先要启动对液压套管系统起控制作用的套管系统液压站工作，液压泵将液压油通过液压进油管和液压进油管的进油孔进入到三级套管的腔室内，使得腔室内的压力不同，最后使液压油受压经过回油孔和液压油回油管管道排出到液压站中的相关部件中，完成一级管道的展开；然后逐步完成二级管道和三级管道的展开，直到完成三级套管的全部展开结束，喷淋执行机构动力管有独立的液压回路，其展开受控于基本的液压回路

第二步，液压套管系统展开完毕之后，作业人员控制液舱结构预冷剂管道阀门打开，在工作正压之下，预冷剂经过单向阀到达喷淋执行机构的液体腔室内，在压力作用下预冷剂经斜上、水平、斜下喷嘴和下喷嘴喷出，经过斜下喷嘴和下喷嘴的节流作用液体预冷剂雾化良好，并在液舱内部整个空间内形成良好的轨迹分布，以期通过此套管式喷淋装置提高液舱的预冷操作效率；

第三步，待作业人员收到液舱预冷操作完成的指令后，首先要先停止供应预冷剂，关闭预冷剂管道阀门，待液体腔室内预冷剂雾化完毕后，开始启动三级套管的回收，其原理与三级套管的展开相同，操作流程与三级套管的展开工作相反，直到完成三级套管回收操作，液压套管系统回收完毕，所述喷淋执行结构的回收由喷淋执行机构的动力管完成。

本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：

本发明的液压套管系统，使用于液舱预冷的喷淋装置可以在液舱空间内中央释放预冷剂，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是本发明套管式喷淋装置的结构示意图；

图2为本发明套管式喷淋装置的执行过程示意图；

图3为本发明套管式喷淋装置的执行过程的一级管道展开示意图；

图4为本发明套管式喷淋装置的执行过程的二级管道展开示意图；

图5为本发明套管式喷淋装置的执行过程的三级管道展开示意图；

图6为本发明套管式喷淋装置的执行过程的喷淋执行机构动力管的展开图。

其中，1为液压套管系统，11为三级套管，111为一级管道，112为二级管道，113为三级管道，12为液压进油管，13为液压回油管，14油孔，15为活塞，2为喷淋执行机构，21为液体腔室，22为喷嘴组，221斜上喷嘴、222斜下喷嘴，223水平喷嘴，224为下喷嘴，23为单向阀，3为动力管，4为预冷剂输入管道，5为货物维护系统。

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船液舱预冷的套管式喷淋装置，包括液压套管系统1和喷淋执行机构2，所述液压套管系统1镶嵌在液舱天花板中央位置，并且贯穿液舱货物维护系统5的多层结构后到达液舱内部，所述喷淋执行机构2内嵌在所述液压套管系统1内，所述液压套管系统1用于控制喷淋执行机构2的展开和收缩，所述喷淋执行机构上端安装有动力管3，其管内空间布置预冷剂输入管道，以完成对喷淋执行机构2的作业动作的独立控制。

所述液压套管系统1包括三级套管11、液压进油管12和液压回油管13，所述三级套管11与货物维护系统5之间开设有液压进油管管道，所述液压进油管12设置在所述液压进油管管道内，并与设置在三级套管11上的进油孔连通，所述三级套管11与喷淋执行系统2之间设有液压回油管管道，所述液压回油管管道设置在所述液压回油管管道内，并与设置在三级套管11上的回油孔连通。

所述三级套管11包括一级管道111、二级管道112和三级管道113，所述一级管道111套装在二级管道112内，所述二级管道112套装在三级管道113内，所述喷淋执行机构2内嵌在一级管道111内，所述一级管道111、二级管道112和三级管道113之间组成3个腔室，每个腔室被各自的管道间的活塞15分隔为两个独立的腔室，且在相邻腔室的两活塞之间开设有油孔14，进而使三级套管的6个腔室形成一套串联的液压执行机构。

其中，所述一级管道111的半径小于所述二级管道112的半径，所述二级管道112的半径小于所述三级管道113的半径。

所述喷淋执行机构2包括液体腔室21、喷嘴组22和安装在液体腔室21与预冷剂输入管道4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221、斜下喷嘴222、水平喷嘴223和下喷嘴224，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224设置在喷淋执行机构2的下端面与所述液体腔室21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。

本发明的液压套管系统1和喷淋执行机构2均采用良好的绝热材料，并且各运动部件之间通过精密的配合，密封良好。

本发明还提供了一种用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋装置的喷淋方法，其如图2所示，具体如下：

第一步，如图3所示，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，首先要启动对液压套管系统1起控制作用的套管系统液压站工作，液压泵将液压油通过液压进油管12和液压进油管13的进油孔进入到三级套管11的腔室内，由于活塞15将半径最大的三级管道113隔为上下两个腔室，因此上部腔室的压力增大迫使下部腔室的液压油经过三级套管11的管道间油孔14进入到二级管道112中的活塞15上部空间使得该空间压力得以增大，同理使得压力传递到最内侧的一级管道111中的活塞15上部空间，此时，使得腔室内的压力不同，最后使液压油受压经过回油孔和液压油回油管管道排出到液压站中的相关部件中，完成一级管道的展开；如图4和图5所示，然后逐步完成二级管道和三级管道的展开，其二级管道展开、三级管道展开的原理与一级套管展开的原理相同，直到完成三级套管的全部展开结束，喷淋执行机构动力管有独立的液压回路，其展开受控于基本的液压回路，不再赘述，其效果如图6所示；

第二步，液压套管系统1展开完毕之后，作业人员控制液舱结构预冷剂管道4阀门打开，在工作正压之下，预冷剂经过单向阀23到达喷淋执行机构2的液体腔室21内，在压力作用下预冷剂经斜上、水平、斜下喷嘴和下喷嘴喷出，经过斜下喷嘴222和下喷嘴224的节流作用液体预冷剂雾化良好，并在液舱内部整个空间内形成良好的轨迹分布，以期通过此套管式喷淋装置提高液舱的预冷操作效率；

第三步，待作业人员收到液舱预冷操作完成的指令后，首先要先停止供应预冷剂，关闭预冷剂管道4阀门，待液体腔室21内预冷剂雾化完毕后，开始启动三级套管11的回收，其原理与三级套管11的展开相同，操作流程与三级套管11的展开工作相反，直到完成三级套管11回收操作，液压套管系统1回收完毕，所述喷淋执行结构2的回收由喷淋执行机构的动力管3完成，因其有独立的液压回路，原理与操作均不再赘述。

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 (8)

1.一种用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋装置，其特征在于：包括液压套管系统和喷淋执行机构，所述液压套管系统镶嵌在液舱天花板中央位置，并且贯穿液舱货物维护系统的多层结构后到达液舱中，所述喷淋执行机构内嵌在所述液压套管系统内，所述液压套管系统用于控制喷淋执行机构的展开和收缩。

2.根据权利要求1所述的用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋装置，其特征在于：所述喷淋执行机构上端安装有动力管，其管内空间布置预冷剂输入管道，以完成对喷淋执行机构的作业动作的独立控制。

3.根据权利要求1所述的用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋装置，其特征在于：所述液压套管系统包括三级套管、液压进油管和液压回油管，所述三级套管与货物维护系统之间开设有液压进油管管道，所述液压进油管设置在所述液压进油管管道内，并与设置在三级套管上的进油孔连通，所述三级套管与喷淋执行系统之间设有液压回油管管道，所述液压回油管管道设置在所述液压回油管管道内，并与设置在三级套管上的回油孔连通。

4.根据权利要求3所述的用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋装置，其特征在于：所述三级套管包括一级管道、二级管道和三级管道，所述一级管道套装在二级管道内，所述二级管道套装在三级管道内，所述喷淋执行机构内嵌在一级管道内，所述一级管道、二级管道和三级管道之间组成3个腔室，每个腔室被各自的管道间的活塞分隔为两个独立的腔室，且在相邻腔室的两活塞之间开设有油孔，进而使三级套管的6个腔室形成一套串联的液压执行机构。

5.根据权利要求4所述的用于LNG船液舱预冷的套管式喷淋装置，其特征在于：所述一级管道的半径小于所述二级管道的半径，所述二级管道的半径小于所述三级管道的半径。

6.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、喷嘴组和安装在液体腔室与预冷剂输入管道之间的单向阀，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。

7.根据权利要求6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、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。

8.一种用于LNG船液舱预冷的运动式喷淋系统的喷淋方法，其特征在于：

第一步，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，首先要启动对液压套管系统起控制作用的套管系统液压站工作，液压泵将液压油通过液压进油管和液压进油管的进油孔进入到三级套管的腔室内，使得腔室内的压力不同，最后使液压油受压经过回油孔和液压油回油管管道排出到液压站中的相关部件中，完成一级管道的展开；然后逐步完成二级管道和三级管道的展开，直到完成三级套管的全部展开结束，喷淋执行机构动力管有独立的液压回路，其喷淋执行机构的开受控于基本的液压回路；

第二步，液压套管系统展开完毕之后，作业人员控制液舱结构预冷剂管道阀门打开，在工作正压之下，预冷剂经过单向阀到达喷淋执行机构的液体腔室内，在压力作用下预冷剂经斜上、水平、斜下喷嘴和下喷嘴喷出，经过斜下喷嘴和下喷嘴的节流作用液体预冷剂雾化良好，并在液舱内部整个空间内形成良好的轨迹分布，以期通过此套管式喷淋装置提高液舱的预冷操作效率；

第三步，待作业人员收到液舱预冷操作完成的指令后，首先要先停止供应预冷剂，关闭预冷剂管道阀门，待液体腔室内预冷剂雾化完毕后，开始启动三级套管的回收，其原理与三级套管的展开相同，操作流程与三级套管的展开工作相反，直到完成三级套管回收操作，液压套管系统回收完毕，所述喷淋执行结构的回收由喷淋执行机构的动力管完成。