CN105824257B - Lng动力船舶的bog优先发电控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法及其系统。技术方案包括LNG储罐和与LNG储罐顶部连接的BOG管路，所述BOG管路与天然气发电机组连接，所述天然气发电机组为船舶配电设备供电；还包括主控制器，所述主控制器经信号与控制线路分别与发电机组控制器和船舶负荷自动调节器、位于所述BOG管路上的温度信息变送器、压力信号变送器以及BOG供气阀门连接；所述发电机组控制器经信号与控制线路分别与发电机进气阀门、天然气发电机组连接；所述船舶负荷自动调节器经信号与控制线路分别与船舶配电设备和柴油发电系统连接。本发明自动控制、方法简单、可对过量产生的BOG有效回收，利用率高、节能降耗，对环境友好。

Description

LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种LNG动力船舶的控制方法及其系统，具体的说是一种LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法及其系统。

背景技术

船用LNG燃料装置的BOG主要有2个来源，一是装置自然受热产生的自蒸发，LNG储罐自然受热，储罐液相空间存储的LNG气化产生BOG存储在储罐的气相空间，通常储罐的自蒸发率为其LNG存储容量的千分之5；二是供气过程产生的过量气化，受产品规格、性能限制，目前LNG动力船舶的燃料装置与动力装置难以达到理想匹配，通常按船舶主机最大用气量配置汽化器，这就导致船舶在其他工作状态时，存在过量气化现象。储罐气相空间BOG的累计达到储罐的安全压力阈值后，BOG放散阀自动开启，向大气排放BOG。BOG的主要成分是甲烷，是三大温室气体之一，根据测算，若不对BOG的过量排放进行有效的控制，其对大气环境的危害或超过船舶柴油燃料。

为了解决了BOG的利用问题，KR10-1381246B1公开了一种“将BOG用于船舶位置控制装置的船舶”，将LNG运输船上的多个LNG储存箱内的BOG引出发电后定向用于满足船舶位置控制装置的电力消耗。该方案中针对的是具有多个LNG储存箱的LNG运输船，因而可以收集大量BOG用于发电，这些BOG发电后完全能够满足专供于船舶位置控制装置的电力消耗，因此不存考虑BOG间断供应不足时，如何实现不同燃料间的切换，且如何保证BOG优先利用的问题。

而对于内河LNG动力船舶而言，通常仅有一个LNG储罐，BOG产量有限，因此存在当BOG供应不足、间断供应时，如何优先利用BOG和燃料切换问题，以保证电力的持续稳定供应。目前内河LNG动力船舶的研究领域尚无有效解决上述技术问题的方案。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种自动优先利用船舶LNG燃料装置BOG发电控制的方法，有效降低BOG的排放，节能降耗，减少大气污染。

本发明还提供一种用于上述方法的系统简单、改造成本低、运行成本低、安全可靠的LNG动力船舶的BOG优先发电系统。

本发明系统包括与LNG储罐顶部连接的BOG管路、以及柴油发电系统，所述BOG管路与天然气发电机组连接，所述天然气发电机组为船舶配电设备供电；还包括主控制器，所述主控制器经信号与控制线路分别与发电机组控制器和船舶负荷自动调节器、位于所述BOG管路上的温度信息变送器、压力信号变送器以及BOG供气阀门连接；所述发电机组控制器经信号与控制线路分别与发电机进气阀门、天然气发电机组连接；所述船舶负荷自动调节器经信号与控制线路分别与船舶配电设备和柴油发电系统连接。

所述船舶负荷自动调节器经信号与控制线路还与蓄电池控制器连接；所述船舶配电设备经输电线缆依次与蓄电池控制器和蓄电池组连接。

所述主控制器还与经信号与控制线路与LNG燃料装置控制器连接。

本发明LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法，通过温度信息变送器和压力信号变送器将BOG管路上的压力信号和温度信号发送给主控制器，所述主控制器的控制方法为：

将压力信号与设定值进行比较，当检测的压力值和温度值高于设定值时：

控制器控制BOG供气阀门开启，同时发出天然气发电机组启动指令和船舶配电设备并网指令；发电机组控制器收到天然气发电机组启动指令后，开启发动机进气阀门，同时启动天然气发电机组，LNG储罐内的BOG气体经BOG管道送入天然气发电机组发电；同时，船舶自动负荷调节器收到控制器发出的船舶配电设备并网指令后，控制柴油发电系统停止工作，并控制船舶配电设备与天然气发电机组并网，天然气发电机组产生的电能通过船舶配电设备向船舶用电设施供电。

所述主控制器安装在船舶驾驶室操控台；所述天然气发电机组、发电机控制器和船舶负荷自动调节器安装在船舶机舱；所述储电池组及蓄电池控制器安装在船舶蓄电池舱。

将压力信号与设定值进行比较，当检测的压力值低于设定值时：

控制器控制BOG供气阀门关闭，并发出控制指令给发电机组控制器，发电机组控制器控制发电机进气阀门和天然气发电机组关闭；同时发出控制指令给船舶负荷自动控制器，船舶负荷自动控制器控制船舶配电设备与天然气发电机组断网，并同时控制启动柴油发电系统；

或者，所述控制器发出控制指令给LNG燃料装置控制器控制LNG储罐的增压供气装置为LNG储罐增压。

供给所述船舶配电设备的电能还经蓄电池控制器为蓄电池组充电。

所述主控器内设计的压力值低于BOG放散阀的动作值。

针对背景技术中存在的问题，发明人对过量BOG的产生量进行估算，根据测算，船用LNG燃料装置产生的BOG基本上可满足船舶辅助发电机的工作需要。据此，发明人在原有的LNG储罐及其增压供气装置和柴油发电系统相关设备的基础上增设了BOG发电系统，通过对BOG管道中温度和压力的监测，当压力超过设定值时，则优先启动发BOG发电系统对回收过程的BOG并发电，产生的电能可并入船舶配电设备对船舶用电设施供电，而当压力值低于设定值时，则启动原有的柴油发电系统对船舶用电设施供电。

有益效果：

本发明通过监测船舶LNG燃料储罐BOG的压力、温度等参数达到设定的阈值后，优先自动启动天然气发电机组，自动调整船舶负荷，自动切入储能蓄电池组。通过天然气发电机组发电，可有效消耗需排放的BOG，将船舶LNG燃料BOG排放控制在可接受的范围内。利用控制器实现天然气发电和船舶原有柴油发电的合理自动切换。本发明方法可实现自动控制、方法简单、可对过量产生的BOG有效回收，利用率高、有效降低LNG燃料自然损耗，提高燃料经济性，根据测算，可减少船舶3％～5％的LNG燃料损失，直接经济效益可观，对环境友好。本发明系统简单，可对现有LNG动力船舶的发电系统进行简单改造，设备投资和运行成本低、安全可靠性高，减少排放污染和气体燃料损失，有利减少船舶使用环境的安全隐患，提高LNG动力船舶的安全性，不仅适用于LNG动力船舶，本装置也适用于陆域、海岛、船舶与海洋工程等以LNG作为气体燃料的相关技术领域。

附图说明

图1为本发明控制原理示意图。

其中，1-主控制器，2-发电机组控制器，3-船舶负荷自动调节器，4-天然气发电机组，5-发电机进气阀门，6-BOG供气阀门，7-压力信号变送器，8-温度信号变送器，9-信号与控制线路，10-蓄电池控制器，11-蓄电池组，12-船舶配电设备，13-BOG放散阀，14-BOG管路，15-LNG储罐，16-LNG燃料装置控制器、17-柴油发电机系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1，LNG储罐15(为船舶原有的LNG储罐)经BOG管路14与与天然气发电机组4连接，所述天然气发电机组4为船舶配电设备12供电；主控制器1经信号与控制线路9分别与发电机组控制器2和船舶负荷自动调节器3、位于所述BOG管路14上的温度信号变送器8、压力信号变送器7、LNG燃料装置控制器16以及BOG供气阀门6连接；所述发电机组控制器2经信号与控制线路9分别与发电机进气阀门5和天然气发电机组4连接；所述船舶负荷自动调节器3经信号与控制线路4分别与船舶配电设备12、蓄电池控制器10和柴油发电系统17(为船舶原有的柴油发电系统)连接，所述船舶配电设备12经输电线缆依次与蓄电池控制器10和蓄电池组11连接。所述BOG管路还连接BOG放散阀13。

工作原理：

参见图1，柴油发电系统17工作时，由柴油发电系统17为船舶配电设备12供电，温度信号变送器8和压力信号变送器7持续对BOG管路14内的BOG进行检测，并将信号传送给主控制器1，主控制器1将采集到的压力信号与设定值进行比较，当BOG管路14内的压力高过设定值时(本实施例中设定压力阈值为0.95Pm，Pm为LNG储罐安全阀动作值)，则主控制器1发出控制信号开启BOG供气阀门6，同时发送控制信号给发电机组控制器2和船舶负荷自动调节器3，发电机组控制器2收到主控制器1的信号后开启发电机进气阀门5，同时启动天然气发电机组4进行发电；船舶负荷自动调节器3收到主控制器1的信号后控制柴油发电系统17停止工作，断开柴油发电系统17对船舶配电设备12的供电状态，将天然气发电机组4与控制船舶配电设备12并网，天然气发电机组4产生的电能通过船舶配电设备12向船舶用电设施供电(即实现用电负载)。并且，供给所述船舶配电设备12的电能还经蓄电池控制器10为蓄电池组11充电。当船上意外停电时，蓄电池组11可为船舶配电设备12提供备用电源。

主控制器1不断将检测的压力信号与设定值进行比较，当检测的压力值低于设定值(0.95Pm)时：

主控制器1可以采用下述两种控制方法中的任意一种：

方法一：主控制器1控制BOG供气阀门6关闭，并发出控制指令给发电机组控制器2和船舶负荷自动控制器3，发电机组控制器2控制发电机进气阀门5和天然气发电机组4关闭；同船舶负荷自动控制器3控制船舶配电设备12与天然气发电机组4断网，并同时控制启动柴油发电系统17，控制船舶配电设备12和柴油发电系统17重新实现并网。

方法二：主控制器1发出控制指令给LNG燃料装置控制器16控制LNG储罐15的增压供气装置为LNG储罐15增压，从而保证BOG持续的向天然气发电机组4供气，实现连续电。

Claims (9)

1.一种LNG动力船舶的BOG优先发电系统，包括LNG储罐和与LNG储罐顶部连接的BOG管路，其特征在于，所述BOG管路与天然气发电机组连接，所述天然气发电机组为船舶配电设备供电；

还包括主控制器，所述主控制器经信号与控制线路分别与发电机组控制器和船舶负荷自动调节器、位于所述BOG管路上的温度信息变送器、压力信号变送器以及BOG供气阀门连接；所述发电机组控制器经信号与控制线路分别与发电机进气阀门、天然气发电机组连接；所述船舶负荷自动调节器经信号与控制线路分别与船舶配电设备和柴油发电系统连接。

2.如权利要求1所述的LNG动力船舶的BOG优先发电系统，其特征在于，所述船舶负荷自动调节器经信号与控制线路还与蓄电池控制器连接；所述船舶配电设备经输电线缆依次与蓄电池控制器和蓄电池组连接。

3.如权利要求1或2所述的LNG动力船舶的BOG优先发电系统，其特征在于，所述主控制器还与经信号与控制线路与LNG燃料装置控制器连接。

4.如权利要求1或2所述的LNG动力船舶的BOG优先发电系统，所述主控制器安装在船舶驾驶室操控台；所述天然气发电机组、发电机控制器和船舶负荷自动调节器安装在船舶机舱；所述储电池组及蓄电池控制器安装在船舶蓄电池舱。

5.一种权利要求1-4任一项所述发电系统的LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法，其特征在于，通过温度信息变送器和压力信号变送器将BOG管路上的压力信号和温度信号发送给主控制器，所述主控制器的控制方法为：

将压力信号与设定值进行比较，当检测的压力值高于设定值时：

主控制器控制BOG供气阀门开启，同时发出天然气发电机组启动指令和船舶配电设备并网指令；发电机组控制器收到天然气发电机组启动指令后，开启发动机进气阀门，同时启动天然气发电机组，LNG储罐内的BOG气体经BOG管道送入天然气发电机组发电；同时，船舶自动负荷调节器收到主控制器发出的船舶配电设备并网指令后，控制柴油发电系统停止工作，并控制船舶配电设备与天然气发电机组并网，天然气发电机组产生的电能通过船舶配电设备向船舶用电设施供电。

6.如权利要求5所述的LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法，其特征在于，

将压力信号与设定值进行比较，当检测的压力值低于设定值时：

控制器控制BOG供气阀门关闭，并发出控制指令给发电机组控制器，发电机组控制器控制发电机进气阀门和天然气发电机组关闭；同时发出控制指令给船舶负荷自动控制器，船舶负荷自动控制器控制船舶配电设备与天然气发电机组断网，并同时控制启动柴油发电系统。

7.如权利要求5或6所述的LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法，其特征在于，

将压力信号与设定值进行比较，当压力值低于设定值时：

主控制器发出控制指令给LNG燃料装置控制器控制LNG储罐的增压供气装置为LNG储罐增压。

8.如权利要求5所述的LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法，其特征在于，供给所述船舶配电设备的电能还经蓄电池控制器为蓄电池组充电。

9.如权利要求5或6所述的LNG动力船舶的BOG优先发电控制方法，其特征在于，所述主控器内设计的压力值低于BOG放散阀的动作值。