CN110159920A - 船用lng供气系统 - Google Patents

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王廷勇
付洪田
王辉
刘国臣
张显峰
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Abstract

一种船用LNG供气系统，包括LNG储罐、LNG输送管路、调温装置、CNG输送管路、CNG储罐、供气管路及至少一中速机，LNG储罐内设有潜液泵，潜液泵通过LNG输送管路与调温装置的LNG入口连接，经LNG输送管路进入调温装置的LNG在调温装置中进行至少两次调温后气化成温度在预设范围内的CNG，调温装置的CNG出口通过CNG输送管路与CNG储罐的进气口连接，CNG储罐的出气口通过供气管路与至少一中速机连接。本发明的船用LNG供气系统供气压力低并可以通过一个调温装置实现调温，结构简单，设备投资低。

Description

船用LNG供气系统
技术领域
本发明涉及船用设备技术领域，特别是关于一种船用LNG供气系统。
背景技术
MARPOL公约73/78附则Ⅵ要求2016年1月1日后的新建船舶在ECA区(EmissionControl Area，排放控制区)的NOX的排放要符合TierⅢ标准。对于SOX排放而言，2020年1月1日以后，在任何区域航行的船舶，其燃油硫含量必须达到0.5％m/m以下。对于在ECA航行的船舶，2015年1月1日以后，燃油硫含量必须达到0.1％m/m以下。
由于国际海事组织对废气排放指标的要求越来越严格，船舶上需配套尾气后处理设备或者选择清洁燃料，LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)作为清洁能源越来越受到青睐。LNG动力船舶所配套主体机型为双燃料发动机，与常规燃油发动机相比，双燃料发动机既可以采用燃油模式也可切换至燃气模式，主体燃气种类为天然气，在燃气模式下，CO2排放可减少20％～25％，硫氧化物和颗粒物的排放可降低100％，氮氧化物的排放可减少85％～90％，能达到TierⅢ标准。
LNG动力船舶一般同时配套高压供气系统与低压供气系统，以同时满足主机、辅机的供气需求，因而现有的船用LNG供气系统结构复杂，设备投资大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用LNG供气系统，结构简单，设备投资低。
本发明提供一种船用LNG供气系统，包括LNG储罐、LNG输送管路、调温装置、CNG输送管路、CNG储罐、供气管路及至少一中速机，所述LNG储罐内设有潜液泵，所述潜液泵通过所述LNG输送管路与所述调温装置的LNG入口连接，经所述LNG输送管路进入所述调温装置的LNG在所述调温装置中进行至少两次调温后气化成温度在预设范围内的CNG，所述调温装置的CNG出口通过所述CNG输送管路与所述CNG储罐的进气口连接，所述CNG储罐的出气口通过所述供气管路与所述至少一中速机连接。
其中，所述调温装置包括一级调温部与二级调温部，所述一级调温部用于将LNG加热气化成CNG，所述二级调温部用于将CNG加热至预设温度，所述一级调温部的LNG入口与所述LNG输送管路连接，所述一级调温部的CNG出口与所述二级调温部的CNG入口连接，所述二级调温部的CNG出口与所述CNG输送管路连接。
其中，还包括换热介质储罐、换热介质加热部、换热介质供应管路、换热介质回收管路，所述换热介质加热部用于加热所述换热介质供应管路和/或所述换热介质储罐中的换热介质，所述一级调温部与所述二级调温部的换热介质入口分别通过所述换热介质供应管路与所述括换热介质储罐连接，所述一级调温部与所述二级调温部的换热介质出口分别通过所述换热介质回收管路与所述换热介质储罐连接。
其中，所述换热介质加热部包括第一加热部和/或第二加热部，所述第一加热部为设置在所述换热介质储罐中的换热管，所述换热管中的换热介质包括热油、热水或蒸汽，所述第二加热部为锅炉，所述换热介质供应管路经过所述锅炉的部分形成盘管。
其中，所述一级调温部的CNG出口与所述二级调温部的CNG入口通过调温部连接管路连接，所述调温部连接管路设有LNG排放接口，所述LNG排放接口与所述LNG储罐的回流口通过LNG回流管路连接，所述调温部连接管路与所述CNG输送管路中分别设有温度检测单元。
其中，所述至少一中速机包括至少一发动机主机及至少一发动机辅机。
其中，所述供气管路包括共轨管与供气支管，所述共轨管的入口与所述CNG储罐的出气口连接，所述共轨管的出口通过各供气支管与对应的中速机连接。
其中，还包括吹扫装置，所述吹扫装置包括惰性气体储罐与惰性气体供应管路，所述惰性气体储罐通过所述惰性气体供应管路与所述供气管路连接。
其中，还包括BOG输送管路，所述BOG输送管路连接所述LNG储罐的BOG出口与锅炉的BOG入口。
其中，还包括LNG加注装置，所述LNG加注装置包括加注管路、喷淋部、喷淋管路、回气管路，所述加注管路用于连接LNG加注设备与所述LNG储罐的加注口，所述加注管路中设有喷淋接口，所述喷淋部设置在所述LNG储罐内，所述喷淋接口与所述喷淋部通过所述喷淋管路连接，所述回气管路的一端与所述LNG储罐的排气口连接。
本发明的船用LNG供气系统，包括LNG储罐、LNG输送管路、调温装置、CNG(Compressed Natural Gas，压缩天然气)输送管路、CNG储罐、供气管路及至少一中速机，LNG储罐内设有潜液泵，潜液泵通过LNG输送管路与调温装置的LNG入口连接，经LNG输送管路进入调温装置的LNG在调温装置中进行至少两次调温后气化成温度在预设范围内的CNG，调温装置的CNG出口通过CNG输送管路与CNG储罐的进气口连接，CNG储罐的出气口通过供气管路与至少一中速机连接。本发明的船用LNG供气系统供气压力低并可以通过一个调温装置实现调温，结构简单，设备投资低。
附图说明
图1为本发明一个实施例中船用LNG供气系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为本发明一个实施例中船用LNG供气系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的船用LNG供气系统包括LNG储罐10、LNG输送管路12、调温装置30、CNG输送管路40、CNG储罐70、供气管路50及至少一中速机60。
LNG储罐10内设有潜液泵11，潜液泵11通过LNG输送管路12与调温装置30的LNG入口连接，经LNG输送管路12进入调温装置30的LNG在调温装置30中进行至少两次调温后气化成温度在预设范围内的CNG，调温装置30的CNG出口通过CNG输送管路40与CNG储罐70的进气口连接，CNG储罐70的出气口通过供气管路50与至少一中速机60连接。
LNG输送管路12中设有第一阀门19与第二阀门14，CNG输送管路40中设有第三阀门42。LNG储罐10中设置检测装置18，用于对LNG储罐10内的温度、压力及液位进行监测。
在本实施例中，调温装置30包括一级调温部31与二级调温部32，一级调温部31用于将LNG加热气化成CNG，二级调温部32用于将CNG加热至预设温度，一级调温部31的LNG入口与LNG输送管路12连接，一级调温部31的CNG出口与二级调温部32的CNG入口连接，二级调温部32的CNG出口与CNG输送管路40连接。一级调温部31的CNG出口与二级调温部32的CNG入口通过调温部连接管路33连接，调温部连接管路33设有LNG排放接口，LNG排放接口与LNG储罐10的回流口通过LNG回流管路13连接。
调温部连接管路33中设有第一温度检测单元35，CNG输送管路40中设有第二温度检测单元41，LNG回流管路13中设有第四阀门15。
在本实施例中，至少一中速机60包括至少一发动机主机及至少一发动机辅机。
由于发动机主机和发动机辅机均为中速机，本申请的船用LNG供气系统供气压力低，同时，通过一个调温装置即可实现对LNG的调温，气化得到预设温度范围内的CNG作为气源，结构简单，设备投资低。
在本实施例中，供气管路50包括共轨管51与供气支管52，共轨管51的入口与CNG储罐70的出气口连接，共轨管51的入口与CNG储罐70的出气口之间的管路中设有第五阀门71，共轨管51的出口通过各供气支管52与对应的中速机60连接，每个供气支管52中均设有第六阀门53。实际实现时，中速机60通过供气阀组61与对应的供气支管52连接，供气阀组61用于调节供气支管52中进入中速机60的气体流量及压力。
进入调温装置30的LNG通过换热介质进行换热调温。换热介质为低凝固点溶液，如醇类水溶液。本实施例的船用LNG供气系统还包括换热介质储罐80、换热介质加热部、换热介质供应管路81、换热介质回收管路82，换热介质加热部用于加热换热介质供应管路81和/或换热介质储罐80中的换热介质，一级调温部31与二级调温部32的换热介质入口分别通过换热介质供应管路81与括换热介质储罐80连接，一级调温部31与二级调温部32的换热介质出口分别通过换热介质回收管路82与换热介质储罐80连接。
换热介质供应管路81在调温装置30的换热介质入口前分成两个分支管路，以分别与一级调温部31与二级调温部32的换热介质入口连接，该两个分支管路中分别设有第七阀门88、第八阀门89，换热介质供应管路81在靠近换热介质储罐80的一端设有第九阀门83与循环泵85。
在本实施例中，换热介质加热部包括第一加热部86与第二加热部，第一加热部86为设置在换热介质储罐80中的换热管，换热管中的换热介质包括热油、热水或蒸汽，第二加热部为锅炉87，换热介质供应管路81经过锅炉87的部分形成盘管。
本实施例的船用LNG供气系统还包括BOG输送管路16，BOG输送管路16连接LNG储罐10的BOG出口与锅炉87的BOG入口。BOG输送管路16中设有第十阀门17。
本实施例的船用LNG供气系统还包括LNG加注装置，LNG加注装置包括加注管路91、喷淋部93、喷淋管路92、回气管路95，加注管路91用于连接LNG加注设备与LNG储罐10的加注口，加注管路91中设有喷淋接口，喷淋部93设置在LNG储罐10内，喷淋接口与喷淋部93通过喷淋管路92连接，回气管路95的一端与LNG储罐10的排气口连接，实际实现时，回气管路95通过BOG输送管路16与LNG储罐10的BOG出口连通，也即LNG储罐10的排气口和BOG出口为同一接口。加注管路91中设有第十一阀门96、第十二阀门98且第十一阀门96、第十二阀门98分别位于喷淋接口的两侧，喷淋管路92中设有第十三阀门97，LNG输送管路12中还设有回流接口，该回流接口与喷淋管路92通过回流管路连接，该回流管路中设有第十四阀门99，第一阀门19与第二阀门14位于所述回流接口的两侧，回气管路95中设有第十五阀门94。
本实施例的船用LNG供气系统还包括吹扫装置，吹扫装置包括惰性气体储罐20与惰性气体供应管路21，惰性气体储罐20通过惰性气体供应管路21与供气管路50连接。实际实现时，惰性气体储罐20通过惰性气体供应管路21与各供气支管52连接，惰性气体供应管路21在各供气支管52之前形成对应的惰性气体分支管路，在各惰性气体分支管路中均设有第十六阀门23，惰性气体供应管路21在靠近惰性气体储罐20的一端设有第十七阀门22。
以下介绍本实施例的船用LNG供气系统的工作过程。
当中速机60处于燃气模式时，控制第一阀门19、第二阀门14与第三阀门42打开，潜液泵11运行，潜液泵11将LNG储罐10内的LNG加压到一定压力并泵送到调温装置30中。通过在第一阀门19、第二阀门14打开时打开第十四阀门99，或在关闭第二阀门14的同时打开第十四阀门99、第十二阀门98、第十三阀门97，可以实现LNG回流，调整LNG储罐10内的压力。
调温装置30的一级调温部31用于初级换热，是LNG发生相变的场所，也即使LNG气化成CNG，通过第一温度检测单元35进行初级换热温度的监测，二级调温部32为中级调温，是CNG温变的场所，通过第二温度检测单元41进行中级换热温度的监测，从而将CNG的温度调至中速机60所需的温度范围，调温后多余的LNG可通过打开第四阀门15回流至LNG储罐10内。
用于供应给调温装置30的换热介质储存于换热介质储罐80中，当循环泵85与第九阀门83打开时，换热介质被泵送至经过锅炉87(也即第二加热部)的换热介质供应管路81中，换热介质供应管路81经过锅炉87的部分形成盘管，使换热介质与锅炉87充分换热，实现温升，升温后的换热介质分别进入到调温装置30的一级调温部31与二级调温部32，分别与一级调温部31中的LNG及二级调温部32中的CNG进行换热，换热后的换热介质通过换热介质回收管路82重新回到换热介质储罐80中，循环利用，换热介质储罐80中的换热介质通过第一加热部86加热，当锅炉87不运行时，可以通过热油、热水或蒸汽对换热介质进行加热。
经过调压调温后的CNG储存到CNG储罐70，当CNG储罐70内的压力达到中速机60所需的压力时，控制第五阀门71打开，CNG进入到共轨管51中，共轨管51将船舶使用的多台中速机60的供气支管52汇总到一起，起到稳定供气压力的作用。当其中一台中速机60运行时，其对应的供气支管52中的第六阀门53打开，CNG进入到供气阀组61中，根据中速机60的运行工况，由供气阀组61实现天然气进气流量压力的调整。当多台中速机60同时运行时，潜液泵11根据中速机60供气量、供气压力的需求进行泵送流量压力的调整，同时，循环泵85根据换热量的不同，调整换热介质的流量，最终将天然气同时供给多台中速机60使用。
燃气模式运行结束后，第十七阀门22及使用过燃气模式的中速机60对应的第十六阀门23打开，通过惰性气体储罐20内的惰性气体对供气管路50进行吹扫，将残留在管路内的天然气置换为惰性气体，实现供气管路50的安全防护。
随着LNG储罐10与外界热量交换的增多，LNG汽化量增大，蒸发气(Boil Off Gas，BOG)逐渐增多，LNG储罐10内的压力增大，到一定压力后，控制第十阀门17打开，锅炉87运行，将BOG直接供给锅炉87燃烧，燃烧产生的热量可用于换热介质的升温。
当LNG储罐10内的燃料消耗殆尽时，需要进行LNG的充装加注，充装方式为船对船加注，管路连接完成后，打开第十一阀门96与第十三阀门97，加注的LNG进入到LNG储罐10的顶部喷淋部93中，对LNG储罐10进行降温，降温完成后关闭第十三阀门97，打开第十二阀门98，LNG通过加注管路91进入到LNG储罐10的底部对其进行LNG的充装，充装过程中第十五阀门94打开，进行LNG储罐10的回气，维持LNG罐内的充装压力。
本申请的船用LNG供气系统相比于传统的船用LNG供气系统主要有以下优势：
(1)供气压力低、无气体处理设备
本申请的船用LNG供气系统，采用低压供气的中速机，船舶配套的发动机均为中速机，供气压力低，约为6bar，同时LNG储罐内产生的BOG气体无需压缩机处理加压后供给燃气设备，当LNG储罐内压力达到2～3bar时，阀门开启直接将BOG气体供给锅炉燃烧使用；
(2)设置一体化的调温装置
传统的LNG调温装置需要设置两套设备，分别为汽化器和加热器，汽化器实现LNG的相变，加热器实现天然气的调温；本申请设置一体化的调温装置，调温装置为采用换热介质的换热设备，分为两级换热，一级为初级换热，LNG发生相变的场所，二级为中级调温，天然气温变的场所，从而实现一套设备进行LNG的汽化调温；
(3)设置两种加热热源
传统加热热源采用热油、热水或蒸汽进行换热介质的加热，本申请设置两种加热热源，除了传统的加热热源外，还设置了锅炉直接加热的方式，锅炉内设有盘管，换热介质通过盘管与锅炉进行直接换热，实现温升；采用锅炉直接加热，热源稳定，加热效率高，另外，设置两种加热方式，系统调温更灵活方便；
(4)设置主机和辅机供气共轨管
传统船配主机为低速机，辅机为中速机，由于燃烧方式不同，造成主机及辅机的进气压力不同；本申请中的船用主机及辅机均为中速机，供气系统压力相同，因此，通过设置主机及辅机的共轨管，可以保证一台或多台发动机运行供气压力的稳定性。
综上，本发明的船用LNG供气系统，设备投资少，结构紧凑，调温调压性能稳定，能实现一台或多台发动机的供气。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种船用LNG供气系统，其特征在于，包括LNG储罐、LNG输送管路、调温装置、CNG输送管路、CNG储罐、供气管路及至少一中速机，所述LNG储罐内设有潜液泵，所述潜液泵通过所述LNG输送管路与所述调温装置的LNG入口连接，经所述LNG输送管路进入所述调温装置的LNG在所述调温装置中进行至少两次调温后气化成温度在预设范围内的CNG，所述调温装置的CNG出口通过所述CNG输送管路与所述CNG储罐的进气口连接，所述CNG储罐的出气口通过所述供气管路与所述至少一中速机连接。
2.如权利要求1所述的船用LNG供气系统，其特征在于，所述调温装置包括一级调温部与二级调温部，所述一级调温部用于将LNG加热气化成CNG，所述二级调温部用于将CNG加热至预设温度，所述一级调温部的LNG入口与所述LNG输送管路连接，所述一级调温部的CNG出口与所述二级调温部的CNG入口连接，所述二级调温部的CNG出口与所述CNG输送管路连接。
3.如权利要求2所述的船用LNG供气系统，其特征在于，还包括换热介质储罐、换热介质加热部、换热介质供应管路、换热介质回收管路，所述换热介质加热部用于加热所述换热介质供应管路和/或所述换热介质储罐中的换热介质，所述一级调温部与所述二级调温部的换热介质入口分别通过所述换热介质供应管路与所述括换热介质储罐连接，所述一级调温部与所述二级调温部的换热介质出口分别通过所述换热介质回收管路与所述换热介质储罐连接。
4.如权利要求3所述的船用LNG供气系统，其特征在于，所述换热介质加热部包括第一加热部和/或第二加热部，所述第一加热部为设置在所述换热介质储罐中的换热管，所述换热管中的换热介质包括热油、热水或蒸汽，所述第二加热部为锅炉，所述换热介质供应管路经过所述锅炉的部分形成盘管。
5.如权利要求2所述的船用LNG供气系统，其特征在于，所述一级调温部的CNG出口与所述二级调温部的CNG入口通过调温部连接管路连接，所述调温部连接管路设有LNG排放接口，所述LNG排放接口与所述LNG储罐的回流口通过LNG回流管路连接，所述调温部连接管路与所述CNG输送管路中分别设有温度检测单元。
6.如权利要求1所述的船用LNG供气系统，其特征在于，所述至少一中速机包括至少一发动机主机及至少一发动机辅机。
7.如权利要求1或6所述的船用LNG供气系统，其特征在于，所述供气管路包括共轨管与供气支管，所述共轨管的入口与所述CNG储罐的出气口连接，所述共轨管的出口通过各供气支管与对应的中速机连接。
8.如权利要求1或6所述的船用LNG供气系统，其特征在于，还包括吹扫装置，所述吹扫装置包括惰性气体储罐与惰性气体供应管路，所述惰性气体储罐通过所述惰性气体供应管路与所述供气管路连接。
9.如权利要求1所述的船用LNG供气系统，其特征在于，还包括BOG输送管路，所述BOG输送管路连接所述LNG储罐的BOG出口与锅炉的BOG入口。
10.如权利要求1所述的船用LNG供气系统，其特征在于，还包括LNG加注装置，所述LNG加注装置包括加注管路、喷淋部、喷淋管路、回气管路，所述加注管路用于连接LNG加注设备与所述LNG储罐的加注口，所述加注管路中设有喷淋接口，所述喷淋部设置在所述LNG储罐内，所述喷淋接口与所述喷淋部通过所述喷淋管路连接，所述回气管路的一端与所述LNG储罐的排气口连接。
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