CN107306503A - 油罐的混合货物操纵方法和用于该方法的货泵牵引车系统 - Google Patents

油罐的混合货物操纵方法和用于该方法的货泵牵引车系统 Download PDF

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Abstract

油罐和矿砂船/油船可通过使用由电动机驱动的系统替代由蒸汽涡轮驱动的货泵系统来通过货物油操纵获取更好的燃耗消耗。其优点为大约20％。

Description

油罐的混合货物操纵方法和用于该方法的货泵牵引车系统
技术领域
本发明适用于由蒸汽涡轮机驱动的货泵系统，该系统由具有公共货泵系统的三个和/或更多个分离等级的油罐、矿砂船/油船和成品油罐组成，对于商船而言，节省了现有成本极高市场下的燃油消耗并且减少了整体二氧化碳，以防空气污染。
背景技术
货泵的牵引车已经在考虑到两个原因的情况下在长时间段内应用了蒸汽涡轮机驱动方法。一个是牵引车动力要求，另一个是零至最大值之间的整个范围条件下的货泵的便利旋转控制方法和按规则所需的惰性气体要求条件。
为了应对这些需要，传统系统已经应用了具有货泵和辅助锅炉系统一起的全套蒸汽涡轮来涵盖以上要求的蒸汽条件和惰性气体。因为货油泵的牵引车的蒸汽涡轮机由于蒸汽条件和蒸汽涡轮构造条件而消耗了巨量蒸汽，并且用辅助锅炉产生其蒸汽，以涵盖全套蒸汽涡轮机的整体要求。在辅助锅炉进行操作时，能够使用该辅助锅炉的排气来形成惰性气体，并且该惰性气体按规则需要被供应到货物罐区域，以保持在货油操纵和其他(如加油)期间货油罐的货物管道的安全条件并且涵盖货物罐清洁中的处理。这可节省燃料消耗，以本身产生惰性气体。如果通过另一个独立系统来产生惰性气体时，则它消耗燃油。
PTL1公开了制造用于货泵牵引车系统的蒸汽产生的岸上辅助锅炉设置的系统，货泵牵引车系统包括用于制造供应到油罐的惰性气体产生的岸上清洁器。PTL1中公开的发明采用了受限制的方法来节省燃料的运行消耗，从而不需要辅助锅炉和清洁器，使油罐重量减轻。这种重量减轻的罐应当在本质上使用是受限制的。因此，我们没有采取这种方法。
引文列表
专利文献
PTL1：专利公开1993-229600
发明内容
问题的解决方案
为了节省燃料并且由此使二氧化碳随之减少，考虑到辅助锅炉的惰性气体供应量的平衡，应当使用更好的效率方式将三种或四种等级的公共驱动货泵系统的一组货泵驱动系统从蒸汽涡轮驱动系统变成电动机驱动系统。
另外，电动机驱动系统必须具有根据货油操纵需要在货泵的整个操作跨度范围内的驱动货泵的任何旋转。为了清楚该基本内容，电动机是必要的旋转控制系统。然而，考虑到系统的电动机旋转控制和效率，该旋转控制系统是任何可用的一个，可变的应用是用通向电源线的功率晶闸管(二极管)进行的频率控制方法是最合适的方式。
发明内容
[本发明的条目]
本发明适用于由蒸汽涡轮机驱动的货泵系统，该系统由具有公共货泵系统的三个和/或更多个分离等级油罐、矿砂船/油船和成品油罐组成。
要求条目1
一组由蒸汽涡轮机驱动的货泵变成由电动机驱动的货泵。由蒸汽涡轮机来驱动其它货泵。
本发明的有利效果
货泵牵引车系统的总体热效率急剧改变，其带来的结果是每次将货物从罐卸载到岸时有大约10-15％燃油节省。这意味着，燃料的成本节省和二氧化碳排放到大气的量少于传统系统。作为产生动力的标准常识，相比于其他，蒸汽具有关键的薄弱点。蒸汽系统由作为锅炉的蒸汽产生件构成，蒸汽机使用蒸汽作为一级或两级蒸汽涡轮机，来自蒸汽涡轮机的排放蒸汽应当伴随着潜在的热损失。
这些使整个系统的损失大。
动力源是两种，蒸汽和电力。这意味着，货物操纵的冗余变得更好。如果蒸汽系统有问题，则电子货泵是可用的。
由电动机驱动的货泵可不费力地用在零至整转范围之间，容易仅仅由货物控制方进行停止和开始。不需要牵引车方工作。
此外，该系统具有以下两个优点。
1.该系统改变造成的附加成本可几乎为零。因为电动机系统可减小辅助锅炉容量，所以删除一组蒸汽涡轮机。包括冷凝器的所有辅助锅炉水系统变成较小大小和较小容量。
2.在具有侧推器的油船和/或矿砂船的情况下，可得到更容易的系统改变。因为考虑到船操作的电力平衡，电力要求条件是足够的。
附图说明
图1是蒸汽涡轮机的牵引车和由电动机驱动的货泵系统二者的组合应用的概念图的侧视图。
图2是蒸汽涡轮机的牵引车和由电动机驱动的货泵系统二者的组合应用的概念图的平面图。
图3例示了蒸汽涡轮机的牵引车和由电动机驱动的货泵系统二者的另一个示例性系统组合应用的概念图的侧视图。
图4例示了蒸汽涡轮机的牵引车和由电动机驱动的货泵系统二者的另一个示例性系统组合应用的概念图的平面图。
图5例示了在操作时处于开始模式的示例性系统的方法的步骤。
具体实施方式
实例1
用附图2示出本发明的实施方式。
图2示出了发动机室区域、作为油罐的一部分的货泵室。货泵室的前侧是货油罐1和压载箱13。在发动机室侧面之后的是船的尾侧。发动机室的上侧是容纳和漏斗区域。
关于本发明，在图2中的三种货油级和三个货油泵的情况下，示出由电动机11驱动的货泵7-A的一组和由蒸汽涡轮10驱动的货泵7-B的两组。电动机系统需要具有电导或电抗的功率晶闸管逆变器系统12，用于使得可以进行整个范围的货泵旋转控制，并且由蒸汽驱动的系统具有辅助锅炉9系统，辅助锅炉9系统具有燃油燃烧系统和强制风扇系统，强制风扇系统由冷凝器、冷凝泵、供水泵和用于冷凝水、供给水和锅炉水附加供应器等的所有控制系统(如同CWC和FWC)组成。
货泵牵引车用穿过如图1中所示的安装在分离隔离壁上的密封箱的长传动轴来驱动货泵。因为牵引车应当被组装在发动机室中而货泵处于货泵室中，以保持安全。
实例2
在图3和图4中示出本发明的另一个实施方式。图3例示了蒸汽涡轮机101、102驱动的货泵系统104、105的牵引车和由电动机系统103驱动的货泵系统106二者的另一个示例性系统100的概念模型图的侧视图。图4例示了蒸汽涡轮机101、102驱动的货泵系统104、105的牵引车和由电动机103驱动的货泵系统106二者的另一个示例性系统100的概念模型图的侧视图。图3和图4的部分被示出是透明的，显露上甲板110下方的布置元件。
图3和图4示出混合货泵牵引车系统100的另一个实施方式中的发动机室120区域、作为油罐1000的一部分的货泵室121。靠近货泵室121，存在货油罐130、131、132和压载箱133。在发动机室120后侧的是船的尾侧。发动机室120上方是容纳区域122和漏斗区域123。
关于本发明，在图4中的三种货油级和三个货油泵104、105、106的情况下，示出由电动机系统103驱动的货泵系统106的一组和由蒸汽涡轮系统101、102驱动的货泵系统104、105的两组。电动机系统103需要具有电导或电抗的功率晶闸管逆变器系统107，用于使得可以进行整个范围的货泵旋转控制，并且由蒸汽驱动的系统具有辅助锅炉系统160，辅助锅炉系统160具有燃油燃烧系统和强制风扇系统，强制风扇系统由冷凝器、冷凝泵、供水泵和用于冷凝水、供给水和锅炉水附加供应件等的所有控制系统(如同CWC和FWC)组成。
货泵牵引车用穿过如图3中所示的安装在分离隔离壁上的密封箱的长传动轴来驱动货泵104、105、106。因为牵引车101、102、103应当被组装在发动机室(120)中而货泵104、105、106处于货泵室121中，以保持安全。
公开了一种用于具有三种或四种等级货油分离的油罐和矿砂船/油船公共货油泵系统100的本发明的一个示例性实施方式，作为具有三种或四种等级货油分离(例如，如图3至图4中所示，被分离成例如三个，油罐130、131、132)的油罐1000和/或矿砂船/油船公共货油泵系统104、105、106，其包括通过可变频率控制方法的由电动机系统103用速度控制驱动的一组货油泵106以及由蒸汽涡轮驱动的系统101、102驱动的货油泵104、105的剩余部分。
这里公开的用于具有三种或四种等级货油分离的油罐和矿砂船/油船公共货油泵系统的本发明的一个示例性实施方式100可具有如下所述的变型：
如图3和图4中所示的具有三种或四种等级货油分离130、131、132的油罐1000和/或矿砂船/油船公共货油泵系统104、105、106，其包括由电动机系统103驱动的一组货油泵的106，还包括：
由蒸汽涡轮系统101、102驱动的具有相等容量的货油泵104、105的剩余部分；以及
辅助锅炉160，其用于在所有种类的等级货油分离罐130、131、132的清洁器302的上部部分中产生用于所述蒸汽涡轮机101、102的蒸汽和被净化成惰性气体163的废气161；其中，所述电动机系统103包括可变频率控制装置108，用于控制与剩余惰性气体余量等同的泵容量，从而在分配给通过通道(图3中的147、148、150和图4中的299、303、311、312、313)与辅助锅炉160处于气体连通的货物罐中的排空之后实现货物排空(例如，131)。
在本发明的另一个表达形式中，用于具有三种或四种分级的货油分离的油罐和/或矿砂船/油船公共货油泵系统的根据以上提到的系统100的系统包括：
辅助锅炉160，其产生用于蒸汽涡轮机101、102的蒸汽；
清洁器302，其用于从由所述辅助锅炉160排出的排放气体中净化惰性气体；
气体通道161，其将辅助锅炉160布置成与漏斗空间123处于气体连通；
气体通道147、148，其将漏斗空间123布置成与清洁器302处于气体连通；以及
气体通道130、131、132，其将清洁器302布置成与货物罐130、131、132处于气体连通；
其中，所述辅助锅炉160的容量小于与将被在泵性能上都等同的所述蒸汽涡轮系统101、102驱动的所有泵104、105、106关联的容量。
在清洁器302中用由喷射器喷嘴303和海水W供应源306制成的水喷洒器304来净化惰性气体，然后，惰性气体从清洁器302的上部部分离开，进入油罐130、131、132的上部部分中，而清洁器302的下部部分中捕获的排水将离开，到达冷凝器。
在使用该方法的如以上提到的系统中，除了实现与用于蒸汽涡轮系统101、102的泵104、105处于气体连通的罐(例如，130、132)的排空之外，辅助锅炉160具有足够在全性能操作模式下通过可变频率控制方法用速度控制来实现与用于电动机系统103的泵106处于气体连通的罐(例如，130)的排空的能力，而如图5中所示的方法步骤图(S1)中示出了该方法。
实例3
在本发明的另一方面，示出了用于油罐1000和/或矿砂船/油船公共货油泵系统104、105、106和三种或四种等级货油分离(例如，它被示出为罐分离130、131、132)，其中，由控制装置108中使用的可变频率控制方法由电动机系统103用速度控制来驱动一组货油泵106，并且其中通过由蒸汽涡轮机驱动的系统101、102来驱动其余的货油泵104、105。
这里在方法中公开的本发明是用于油罐和/或矿砂船/油船、公共货油泵系统和三种或四种等级货油分离的混合货物操纵方法，图5中示出的方法步骤流程图S1包括2个步骤，分别是：
第一，步骤1：蒸汽涡轮系统抽吸初始化步骤(S100)；以及
第二，步骤2：电动机系统抽吸操作步骤(S200)。
在本发明的这个方面，详细地，结合使用以上提到的元件，方法S1包括以下步骤：
(i)S100，启动由蒸汽涡轮系统101、102驱动的货油泵104、105，以排出在所述辅助锅炉160的最小负载的情况下产生的蒸汽；以及
(ii)S200，在从排放气体中净化的惰性气体超过用于实现货物罐(例如，130、132)中的排空的最小要求阈值之后，操作由电动机系统103驱动的油泵106，货物罐与由蒸汽涡轮驱动的系统101、102驱动的货油泵104、105处于气体连通，其中，电动机系统103驱动的油泵106将通过可变频率控制方法来控制速度，使其不超过与消耗分配给使与蒸汽涡轮系统101、102处于气体连通的货物罐(例如，130、132)排空的过剩惰性气体残余量等同的负载。
以上提到的本发明的实施方式提供了用于实现货泵牵引车系统的效率的急剧提高的显著总热节省，并且带来的结果是每次将货物从罐卸载到岸时有大约10-15％以上的燃油节省。这意味着，节省了燃料成本并且二氧化碳排放到大气中的量小于传统系统。
同时，确保用于实现通过由电动机驱动的油泵甚至为排空要求的油抽吸操作导致的排空的惰性气体供应，以设置方法，从而通过用电动机系统103通过可变频率控制方法控制速度来驱动油泵106，使其不超过与消耗分配给与蒸汽涡轮系统101、102处于气体连通的货物罐(例如，130、132)中的排空的剩余惰性气体残留余量等同的负载。这是因为，电动机没有消耗蒸汽并且不需要为了牵引车性能而本身进行辅助锅炉操作。电动机需要仅仅用于罐排空的惰性气体的辅助锅炉。因此，通过电动机性能的排放气体所产生的热，利用蒸汽涡轮机的热是有益的。电动机和蒸汽涡轮机的组合凭借指定总抽吸性能和辅助锅炉进行的惰性气体形成(与辅助锅炉能力/最小负载阈值关联)，使用电动机旋转速度的可变频率控制方法，通过解算机(solver)使得用于正确平衡蒸汽涡轮系统/电动机的负载的系统性能被最大化。
虽然已经通过描述本发明的实施方式例示了本发明并且虽然已经相当详细地描述了实施方式，申请人的意图不是将随附权利要求书的范围约束或以任何方式限制于此细节。本领域的技术人员将容易清楚附加的优点和修改形式。此外，用一个实施方式描述的元件可不容易适用于其他实施方式。因此从，本发明的较广方面不限于所示出和描述的特定细节、代表性设备和/或例示示例。因此，可在不脱离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，对这些细节进行修改。
工业应用性
本发明适用于由造船业和运输行业中的具有公共货泵系统的三个和/或更多个分离等级的油罐、矿砂船/油船和成品油罐组成的由蒸汽涡轮驱动的货泵系统。
参考符号列表
1 货油罐
7-A 货泵
7-B 货泵
9 辅助锅炉
10 蒸汽涡轮机
11 电动机
12 功率晶闸管逆变器系统
15 底部壳体
99 货物罐中的矿砂/油
100 混合货泵牵引车系统
101 蒸汽涡轮机的牵引车
102 蒸汽涡轮机的牵引车
103 电动机系统
104 与蒸汽涡轮机接合的货泵系统
105 与蒸汽涡轮机接合的货泵系统
106 与电动机接合的货泵系统
107 功率晶闸管逆变器系统
108 电动机功率控制装置
110 上甲板
120 发动机室
121 货泵室
122 容纳区域
123 漏斗空间
130 油分离罐
131 油分离罐
132 油分离罐
133 压载箱
141 外壳
147 气体通道
148 气体通道
150 气体通道
160 辅助锅炉
161 气体通道
162 通向漏斗
163 惰性气体
299 气体通道
302 清洁器
303 气体通道
304 喷洒器喷嘴
305 排水出口
306 海水供应源
311 气体通道
312 气体通道
313 气体通道
1000 油罐
S1 方法步骤流程图
S100 蒸汽涡轮系统初始化步骤
S200 电动机系统泵操作步骤
S 蒸汽从锅炉流出
S' 蒸汽流入蒸汽涡轮机中
G 惰性气体从清洁器流出
G' 惰性气体流入货物罐中
W 海水流入
P 电源
P' 电动机驱动功率

Claims (6)

1.一种用于油罐和矿砂船/油船、公共货油泵系统和三种或四种等级货油分离的混合货物操纵方法，其中，通过可变频率控制方法由电动机系统用速度控制来驱动一组货油泵，并且其中，通过由蒸汽涡轮机驱动的系统来驱动剩余的货油泵。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法包括以下步骤：
(i)启动由蒸汽涡轮系统驱动的货油泵，以排出在辅助锅炉的最小负载的情况下产生的蒸汽；以及
(ii)在从排放气体中净化的惰性气体超过用于实现货物罐中的排空的最小要求阈值之后，操作由电动机系统驱动的油泵，所述货物罐与由蒸汽涡轮驱动的系统所驱动的货油泵处于气体连通，其中，所述电动机系统所驱动的所述油泵将通过可变频率控制方法来控制速度，使之不超过与消耗分配给与蒸汽涡轮系统处于气体连通的所述货物罐中的排空的过剩惰性气体残余量等同的负载。
3.一种具有三种或四种等级货油分离的油罐和矿砂船/油船公共货油泵系统，该系统包括通过可变频率控制方法由电动机系统用速度控制来驱动的一组货油泵和由蒸汽涡轮驱动的系统所驱动的剩余货油泵。
4.根据权利要求3所述的具有三种或四种等级货油分离的油罐和矿砂船/油船公共货油泵系统，所述系统包括由电动机系统驱动的一组货油泵，所述系统还包括：
由蒸汽涡轮系统驱动的具有相等能力的剩余的货油泵；以及
辅助锅炉，所述辅助锅炉用于针对所有种类的等级货油分离罐产生用于所述蒸汽涡轮机的蒸汽和被净化成惰性气体的废气；其中，所述电动机系统包括可变频率控制装置，用于控制与剩余惰性气体余量等同的泵容量，从而在分配给与所述辅助锅炉处于气体连通的所述货物罐中的排空之后实现货物排空。
5.根据权利要求3或4所述的系统，所述系统还包括：
产生用于所述蒸汽涡轮机的蒸汽的辅助锅炉；
清洁器，所述清洁器用于从由所述辅助锅炉排出的排放气体中净化惰性气体；
将辅助锅炉布置成与漏斗空间处于气体连通的气体通道；
将漏斗空间布置成与所述清洁器处于气体连通的气体通道；以及
将所述清洁器布置成与货物罐处于气体连通的气体通道；
其中，所述辅助锅炉的容量小于与在总体泵性能上等同的、将被所述蒸汽涡轮系统驱动的所有泵关联的容量。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的系统，所述系统使用权利要求1至3中的任一项的方法，其中，除了实现与用于所述蒸汽涡轮系统的所述泵处于气体连通的罐的排空之外，所述辅助锅炉具有足够的能力以在全性能操作模式下通过可变频率控制方法用速度控制来实现与用于电动机系统的所述泵处于气体连通的罐的排空。
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