CN106184684B - 船用自动控制可移动lng燃料罐箱供气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，所述供气系统包括LNG燃料罐箱、气化单元、江水加热循环系统、通风放散装置、LNG燃料控制监测系统、阀件、LNG管系、双燃料主机和换热器，所述LNG燃料罐箱包括LNG储罐和框架，所述LNG储罐固定在框架中，所述气化单元中包括水浴汽化器和缓冲罐，所述LNG储罐通过快插接头和水浴汽化器相连；本发明无需现场加注，从而减少船舶现场加注次数，大大降低意外泄露风险，同时，在LNG燃料控制系统对LNG燃料系统中各个部件的性能参数进行动态监测，并在驾驶室和集控室LNG燃料控制箱上的人机界面上显示。

Description

船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统

技术领域

本发明属于船用控制设备领域，具体涉及一种船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，是集LNG存储、气化、控制一体化的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统。

背景技术

我国各类渔船保有量达100多万艘，占世界船舶总量的四分之一，占我国船舶总量90％，而我国机动渔船在50万艘以上，年耗油料达800余万吨，排出的废气严重的污染着大气和江河湖海。节能、环保已经成为引领全球经济技术发展的主题，目前一种新型替代能源——液化天然气(LNG)已进入渔业船舶行业，为渔船节能减排提供了又一条道路。随着“气化长江”、“长江绿色物流创新工程”等内河船舶“油改气”项目的逐步推进，液化天然气（LNG）作为一种经济、绿色、安全的新型能源已成为业内公认的未来船舶绿色能源的首选。随着LNG作为燃料动力（单燃料或混合燃料）的进一步推进，作为燃料动力源的LNG储罐备受关注。

目前，由于燃料罐是固定在船上的，当燃料罐发生事故或绝热性能丧失后，燃料罐在船上无法维修或维修时间很长，船舶将因失去动力源而停止运行，给船东造成巨大损失。如何保证船舶在采用LNG燃料后，仍能安全高效的运行，不被燃料罐自身的问题影响船舶运行，并保证船东的利益，也是需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，所述供气系统包括LNG燃料罐箱、气化单元、江水加热循环系统、通风放散装置、LNG燃料控制监测系统、阀件、LNG管系、双燃料主机和换热器，所述LNG燃料罐箱包括LNG储罐和框架，所述LNG储罐固定在框架中，所述气化单元中包括水浴汽化器和缓冲罐，所述LNG储罐通过快插接头和水浴汽化器相连；

所述LNG储罐上设有LNG充装系统、LNG供应系统、信号采集箱和LNG储罐控制箱，

所述LNG充装系统包括LNG进液管，所述LNG进液管一端与LNG储罐相连、LNG进液管另一端设有LNG进液口；

所述LNG供应系统包括LNG供液管，LNG供液管一端与LNG储罐相连、LNG供液管另一端设有供液口，江水通过过滤器由泵送至换热器中与来自双燃料主机的缸套水进行热量交换后，缸套水回到双燃料主机系统中，江水温度升高至40℃以上，然后进入水浴汽化器中，所述LNG储罐中的低温（-162℃）LNG在水浴汽化器中与40℃以上的江水进行热量交换，低温LNG被气化为CNG（5-10℃）进入缓冲罐中，然后经LNG管系进入到双燃料主机中，为船舶提供动力，同时被加热的江水被排至江中，整个循环中残留的气体通过通风放散装置排放到大气中，完成一个循环；

所述LNG燃料控制监测系统包括监测管线，在监测管线上设有阀件、液位计、液位传感器、压力表和压力传感器，LNG燃料控制监测系统中设置延伸报警单元、可燃气体探测器和明火探测器，

所述LNG储罐上部设有驰放气管和气相管，LNG储罐下部设有温度计和温度传感器；

所述信号采集箱包括防爆电控箱、PLC控制器、显示屏和防爆螺纹连接器，所述信号采集箱分别采集液位传感器、压力传感器和温度传感器的模拟量和开关量信号，将LNG储罐上的液位、压力、温度传递给PLC控制器，完成LNG燃料罐箱信号的采集，

所述LNG储罐控制箱内安装有PLC控制系统和按键式人机界面，所述PLC控制系统自动采集液位传感器、压力传感器和温度传感器的模拟量和开关量信号，并经过内部程序运算后转换为过程实时值并在按键式人机界面上实时显示和通过以太网通讯传送给集控室内的LNG储罐控制箱，并且通过以太网接受LNG储罐阀的控制信号，控制LNG储罐气动阀的动作，进行加注和供气操作。

所述LNG储罐为低温绝热压力储罐，所述低温绝热压力储罐采用双层壳体结构，所述双层壳体结构包括外容器和内容器，所述外容器作为绝热层保护壳体，由外筒体及两侧的蝶形封头组成；所述内容器由内筒体和两侧的椭圆形封头组成。

所述LNG进液管采用上液相进液管或下液相进液管，上液相进液管采用喷淋方式将LNG送入LNG储罐中，下液相进液管采用底部输送的方式，可以根据具体需要进行选择进液方式。

所述LNG储罐上设有自增压气化器，以满足不同压力的供气要求。

所述LNG燃料罐箱为集装箱式燃料罐箱，所述LNG储罐为C型燃料储罐， LNG储罐和LNG燃料控制系统之间采用金属软管连接。

所述LNG储罐控制箱上设有两个电气接口，所述电气接口包括电源接口和通讯接口，所述电源接口和通讯接口均采用快插式接口，所述LNG储罐控制箱通过电源接口和通讯接口与LNG燃料控制箱相连。

一种船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统的集成控制装置，该集成控制装置包括LNG供气控制单元，所述LNG供气控制单元包括江水加热循环单元、通风控制单元、驾驶室报警单元、可燃气体监测单元、加注监测单元、加注站、阀门控制单元、储罐监测单元、阀组单元和仪表气监测单元，所述LNG供气控制单元，控制通风风机和各控制阀门，对发动机稳定的供气，储罐监测单元实时监测LNG储罐的温度、液位、压力，气体燃料的压力、温度；可燃气体监测单元对发动机处内的可燃气体浓度、火灾、通风有效性等的实时监测；有故障发生时，能进行自动判断，并采取相应的安全措施，并在驾驶室和集控室LNG燃料控制箱上的人机界面上显示，同时对过程值进行逻辑判断，如果过程值异常，则在驾驶室报警单元上形成声光报警信号并在HMI显示报警信息，并自动执行相应的关断动作；通过3G网络把LNG供气系统和发动机控制系统的参数、报警信息和视频信息传送到船舶监控系统，工作站实时显示各系统的参数、报警信息和视频信息，并对数据信息进行存储和归档管理。

本发明移动燃料罐箱采用缠绕真空装置，内外层均为耐低温抗腐蚀不锈钢，符合水陆运输要求，提供船级社产品证书；LNG燃气气化调压供气系统与安保检测控制系统综合设置，系统根据报警信号执行相关操作；利用缸套水余热加热换热介质，需要注意污垢、冰堵情况处理；末端GVU阀箱及控制有燃气机厂家提供，可以采用其他船级社认可的方式。必要的信号需传送燃气控制系统；暴露的低温气相管线钧做缠绕保温处理，液相罐真空隔热处理，连接头做保温层隔热；仪表气必须经过吸附干燥处理到压力露点-40℃以下，并作净化处理；本发明中所有密封垫片无石棉。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：①本发明无需现场加注，从而减少船舶现场加注次数，大大降低意外泄露风险，同时，在 LNG燃料控制系统对LNG燃料系统中各个部件的性能参数进行动态监测，并在驾驶室和集控室LNG燃料控制箱上的人机界面上显示，同时对过程值进行逻辑判断，如有异常，则在驾驶室和集控室LNG燃料控制箱上形成声光报警信号并在HMI显示报警信息，并自动执行相应的关断动作；②移动罐箱和船上燃料系统中间采用金属软管连接，罐箱一端设置干式快插接头，便于换装后快速链接，液相LNG软管配有拉断阀，确保在异常情况下，排除泄露风险，也能保证船舶安全；③本发明不需要在加气基础方面做特别的改造，罐箱上船后，与船舶LNG燃料系统相连，从而发挥LNG燃料罐的作用，同时，LNG控制系统对整个罐箱内各个部件尤其是储罐的性能参数进行实时动态监测并有危险报警功能，保证了整个罐箱在工作过程中的安全性。由于不需要在新建加气站基础方面特别改造，这样做有利于减少建设投资，以天然气燃料动力船舶不必驶到LNG加注趸船，就可以补充燃料，减少船舶现场加注次数，大大降低意外泄露风险；④ LNG燃料储罐置于钢制框架内，既可以达到可移动的目的，同时框架对LNG燃料储罐也起到了保护作用。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的系统流程图。

图3为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱系统作进一步的详细说明。

如图1、图2和图3所示，本实施例船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，所述供气系统包括LNG燃料罐箱1、气化单元2、江水加热循环系统3、通风放散装置4、LNG燃料控制监测系统5、阀件6、LNG管系、双燃料主机7和换热器8，所述LNG燃料罐箱1包括LNG储罐9和框架，所述LNG储罐9固定在框架中，所述气化单元2中包括水浴汽化器11和缓冲罐12，所述LNG储罐9通过快插接头10和水浴汽化器11相连；

所述LNG储罐9上设有LNG充装系统、LNG供应系统、信号采集箱和LNG储罐控制箱，

所述LNG充装系统包括LNG进液管13，所述LNG进液管13一端与LNG储罐9相连、LNG进液管13另一端设有LNG进液口14；

所述LNG供应系统包括LNG供液管15，LNG供液管15一端与LNG储罐9相连、LNG供液管15另一端设有供液口16，江水通过过滤器17由泵18送至换热器8中与来自双燃料主机7的缸套水进行热量交换后，缸套水回到双燃料主机系统中，江水温度升高至40℃以上，然后进入水浴汽化器11中，所述LNG储罐9中的低温LNG在水浴汽化器11中与40℃以上的江水进行热量交换，低温LNG被气化为CNG进入缓冲罐12中，然后经LNG管系进入到双燃料主机7中，为船舶提供动力，同时被加热的江水被排至江中，整个循环中残留的气体通过通风放散装置4排放到大气中，完成一个循环；

所述LNG燃料控制监测系统5包括监测管线19，在监测管线19上设有阀件、液位计20、液位传感器21、压力表22和压力传感器23，LNG燃料控制监测系统中设置延伸报警单元、可燃气体探测器和明火探测器，

所述LNG储罐9上部设有驰放气管24和气相管25，LNG储罐9下部设有温度计26和温度传感器27；

所述信号采集箱包括防爆电控箱、PLC控制器、显示屏和防爆螺纹连接器，所述信号采集箱分别采集液位传感器21、压力传感器23和温度传感器27的模拟量和开关量信号，将LNG储罐9上的液位、压力、温度传递给PLC控制器，完成LNG燃料罐箱信号的采集，

所述LNG储罐控制箱内安装有PLC控制系统和按键式人机界面，所述PLC控制系统自动采集液位传感器21、压力传感器23和温度传感器27的模拟量和开关量信号，并经过内部程序运算后转换为过程实时值并在按键式人机界面上实时显示和通过以太网通讯传送给集控室内的LNG储罐控制箱，并且通过以太网接受LNG储罐阀的控制信号，控制LNG储罐气动阀的动作，进行加注和供气操作。

作为优选，本实施例所述LNG储罐为低温绝热压力储罐，所述低温绝热压力储罐采用双层壳体结构，所述双层壳体结构包括外容器91和内容器92，所述外容器作为绝热层保护壳体，由外筒体及两侧的蝶形封头组成；所述内容器由内筒体和两侧的椭圆形封头组成；所述LNG燃料罐箱为集装箱式燃料罐箱，所述LNG储罐为C型燃料储罐， LNG储罐和LNG燃料控制系统之间采用金属软管连接；LNG储罐上设有自增压气化器28，实现不同压力要求的CNG气体的需要。

根据具体需要，本实施例LNG进液管13采用上液相进液管131或下液相进液管132，均可以实现LNG进液充至LNG储罐。

作为进一步优选，本实施例LNG储罐控制箱上设有两个电气接口，所述电气接口包括电源接口和通讯接口，所述电源接口和通讯接口均采用快插式接口，所述LNG储罐控制箱通过电源接口和通讯接口与LNG燃料控制箱相连，由于LNG储罐是可移动式的，故两个接口都采用快插型式（航空插头型式）和船上位于集控室的LNG燃料控制箱相连，由LNG燃料控制箱提供DC24V电源并通过以太网和LNG燃料控制箱通讯，快插接头采用安装支架固定在LNG储罐边缘位置，方便操作。

本实施例中LNG储罐充满燃料后将罐箱吊装即位后，只需接上信号采集箱插线、仪表气、气相和液相的干式快插接头，LNG通过管路进入气化器，从而为LNG动力船提供动力。将LNG燃料罐置于框架内，既可以达到可移动的目的，同时框架对LNG燃料罐也起到了保护作用。

本实施例船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统的集成控制装置，该集成控制装置包括LNG供气控制单元29，所述LNG供气控制单元包括江水加热循环单元30、通风控制单元31、驾驶室报警单元32、可燃气体监测单元33、加注监测单元34、加注站35、阀门控制单元36、储罐监测单元37、阀组单元38和仪表气监测单元39，所述LNG供气控制单元29，控制通风风机和各控制阀门，对发动机稳定的供气，储罐监测单元37实时监测LNG储罐的温度、液位、压力，气体燃料的压力、温度；可燃气体监测单元33对发动机处内的可燃气体浓度、火灾、通风有效性等的实时监测；有故障发生时，能进行自动判断，并采取相应的安全措施，并在驾驶室和集控室LNG燃料控制箱上的人机界面上显示，同时对过程值进行逻辑判断，如果过程值异常，则在驾驶室报警单元32上形成声光报警信号并在HMI显示报警信息，并自动执行相应的关断动作；通过3G网络把LNG供气系统和发动机控制系统40的参数、报警信息和视频信息传送到船舶监控系统41，工作站实时显示各系统的参数、报警信息和视频信息，并对数据信息进行存储和归档管理，并且通过以太网接受LNG储罐阀的控制信号，控制LNG储罐气动阀的动作，进行加注和供气操作；本实施例中仪表气监测单元39与仪表气源42相连，本实施例集成控制装置中的电源43采用主电源和应急电源，主电源采用AC220V/50HZ，应急电源采用AC380V/50HZ。

本实施例中全船配备双燃料主机两台，每台消耗LNG60Kg/h，可提供570 Kg40℃以上的热水源。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (7)

1.一种船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，其特征在于：所述供气系统包括LNG燃料罐箱（1）、气化单元（2）、江水加热循环系统（3）、通风放散装置（4）、LNG燃料控制监测系统（5）、阀件（6）、LNG管系、双燃料主机（7）和换热器（8），所述LNG燃料罐箱（1）包括LNG储罐（9）和框架，所述LNG储罐（9）固定在框架中，所述气化单元（2）中包括水浴汽化器（11）和缓冲罐（12），所述LNG储罐（9）通过快插接头（10）和水浴汽化器（11）相连；

所述LNG储罐（9）上设有LNG充装系统、LNG供应系统、信号采集箱和LNG储罐控制箱，

所述LNG充装系统包括LNG进液管（13），所述LNG进液管（13）一端与LNG储罐（9）相连、LNG进液管（13）另一端设有LNG进液口（14）；

所述LNG供应系统包括LNG供液管（15），LNG供液管（15）一端与LNG储罐（9）相连、LNG供液管（15）另一端设有供液口（16），江水通过过滤器（17）由泵（18）送至换热器（8）中与来自双燃料主机（7）的缸套水进行热量交换后，缸套水回到双燃料主机系统中，江水温度升高至40℃以上，然后进入水浴汽化器（11）中，所述LNG储罐（9）中的低温LNG在水浴汽化器（11）中与40℃以上的江水进行热量交换，低温LNG被气化为CNG进入缓冲罐（12）中，然后经LNG管系进入到双燃料主机（7）中，为船舶提供动力，同时被加热的江水被排至江中，整个循环中残留的气体通过通风放散装置（4）排放到大气中，完成一个循环；

所述LNG燃料控制监测系统（5）包括监测管线（19），在监测管线（19）上设有阀件、液位计（20）、液位传感器（21）、压力表（22）和压力传感器（23），LNG燃料控制监测系统中设置延伸报警单元、可燃气体探测器和明火探测器，

所述LNG储罐（9）上部设有驰放气管（24）和气相管（25），LNG储罐（9）下部设有温度计（26）和温度传感器（27）；

所述信号采集箱包括防爆电控箱、PLC控制器、显示屏和防爆螺纹连接器，所述信号采集箱分别采集液位传感器（21）、压力传感器（23）和温度传感器（27）的模拟量和开关量信号，将LNG储罐（9）上的液位、压力、温度传递给PLC控制器，完成LNG燃料罐箱信号的采集，

所述LNG储罐控制箱内安装有PLC控制系统和按键式人机界面，所述PLC控制系统自动采集液位传感器（21）、压力传感器（23）和温度传感器（27）的模拟量和开关量信号，并经过内部程序运算后转换为过程实时值并在按键式人机界面上实时显示和通过以太网通讯传送给集控室内的LNG储罐控制箱，并且通过以太网接受LNG储罐阀的控制信号，控制LNG储罐气动阀的动作，进行加注和供气操作。

2.根据权利要求1所述的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，其特征在于：所述LNG储罐为低温绝热压力储罐，所述低温绝热压力储罐采用双层壳体结构，所述双层壳体结构包括外容器（91）和内容器（92），所述外容器作为绝热层保护壳体，由外筒体及两侧的蝶形封头组成；所述内容器由内筒体和两侧的椭圆形封头组成。

3.根据权利要求1所述的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，其特征在于，所述LNG进液管（13）采用上液相进液管（131）或下液相进液管（132）。

4.根据权利要求1所述的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，其特征在于，所述LNG储罐上设有自增压气化器（28）。

5. 根据权利要求1所述的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，其特征在于，所述LNG燃料罐箱为集装箱式燃料罐箱，所述LNG储罐为C型燃料储罐， LNG储罐和LNG燃料控制系统之间采用金属软管连接。

6.根据权利要求1所述的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统，其特征在于，所述LNG储罐控制箱上设有两个电气接口，所述电气接口包括电源接口和通讯接口，所述电源接口和通讯接口均采用快插式接口，所述LNG储罐控制箱通过电源接口和通讯接口与LNG燃料控制箱相连。

7.一种如权利要求1所述的船用自动控制可移动LNG燃料罐箱供气系统的集成控制装置，其特征在于，该集成控制装置包括LNG供气控制单元（29），所述LNG供气控制单元包括江水加热循环单元（30）、通风控制单元（31）、驾驶室报警单元（32）、可燃气体监测单元（33）、加注监测单元（34）、加注站（35）、阀门控制单元（36）、储罐监测单元（37）、阀组单元（38）和仪表气监测单元（39），所述LNG供气控制单元（29），控制通风风机和各控制阀门，对发动机稳定的供气，储罐监测单元（37）实时监测LNG储罐的温度、液位、压力，气体燃料的压力、温度；可燃气体监测单元（33）对发动机处内的可燃气体浓度、火灾、通风有效性的实时监测；有故障发生时，能进行自动判断，并采取相应的安全措施，并在驾驶室和集控室LNG燃料控制箱上的人机界面上显示，同时对过程值进行逻辑判断，如果过程值异常，则在驾驶室报警单元（32）上形成声光报警信号并在HMI显示报警信息，并自动执行相应的关断动作；通过3G网络把LNG供气系统和发动机控制系统的参数、报警信息和视频信息传送到船舶监控系统，工作站实时显示各系统的参数、报警信息和视频信息，并对数据信息进行存储和归档管理。