CN110249171B - 船舶中的燃料罐装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船舶的燃料罐装置，该燃料罐装置包括LNG燃料罐(12，12')，所述LNG燃料罐(12，12')由内壳(20)、外壳(24)、所述内壳(20)和所述外壳(24)之间的隔热体(28)以及罐连接空间(26)形成，所述罐连接空间设置在所述LNG燃料罐(12，12')的端部处，所述内壳(20)在所述内壳(20)的端部处具有面向所述罐连接空间(26)的端部部分，其中套环(28)紧固至所述内壳(20)的所述端部部分处并从所述内壳向外圆锥形地延伸，所述套环(28)具有外边缘，沿轴向方向远离所述内壳(20)延伸的附加壳(30)紧固至所述外边缘，并且所述附加壳(30)具有与所述套环(28)相对的端部边缘，所述罐连接空间(26)的端盖(32，44)固定至该端部边缘。

Description

船舶中的燃料罐装置
技术领域
本发明涉及一种用于储存液化天然气(LNG)燃料的船舶中的燃料罐装置。更具体地，本发明涉及这样一种LNG燃料罐装置，该罐包括内壳、外壳以及布置在LNG燃料罐的端部处的罐连接空间。
背景技术
使用LNG(液化天然气)作为船舶应用的燃料正在逐渐增多，因为它是减少排放的有效方式。在未来几十年内，天然气(NG)有望成为世界上增长最快的主要能源。这一发展背后的驱动力是已知的石油储量减少，环境保护的增强以及排放限制的持续收紧。所有主要排放都可以大大减少，以真正形成无害环境的解决方案；特别是对于传统的油基燃料来说难以实现CO2的减少。NG由甲烷(CH4)和较少浓度的重质烃(例如乙烷和丙烷)组成。在正常环境条件下，NG是气体，但可以通过将其冷却至-162℃来液化它。在液体形式下，特定体积显著减小，这允许储存罐的尺寸相对于能量含量合理。NG的燃烧过程是清洁的。其高氢煤比(化石燃料中最高)意味着与油基燃料相比，二氧化碳排放量较低。当NG液化时，除去所有硫，这意味着零SOX排放。与油基燃料相比，NG的清洁燃烧特性还显著减少了NOX和颗粒排放。特别是在船上有乘客的这样的邮轮、渡轮和所谓的客滚船舶中，船的发动机废气中没有烟尘排放和可见烟雾是一个非常重要的特征。
LNG不仅是无害环境的解决方案，而且在当今的油价情况下也是经济上令人关注的。在船中存储NG的最可行方式是采取液体形式。在现有的船设施中，LNG储存在圆柱形、隔热的单壁或双壁不锈钢罐中。罐压力由燃烧燃气的发动机的要求限定并且通常小于5巴。由于自然沸腾现象，选择较高的罐设计压力(通常为9巴)。
WO-A1-2013128063讨论了一种LNG罐，其具有不锈钢内壳和与内壳隔开一定距离的外壳。内壳和外壳之间限定了隔离空间。LNG罐为了排空罐而设置有连接到LNG罐的至少一个双壁不锈钢管，至少一个双壁管包括共同的外壁和至少一个内管。管的外壁借助焊接至管的外壁和罐的内壳的波纹管状管接头连接至罐的内壳。至少一个双壁管延伸到布置在罐的端部的罐连接空间中。延伸到罐连接空间中的至少一个内管的端部连接至阀块中的阀装置，并且延伸到罐连接空间中的管的外壁的端部焊接至阀块以为罐的内壳和阀块之间的至少一个内管提供连续的二级屏障。
根据燃气储存或计划馈送至发动机的方式，LNG燃料罐可以分成两种不同的类型。如果燃气以加压状态储存并借助燃料罐中的燃料压力馈送，则罐需要所谓的双壁结构，该双壁结构具有被设计用于内部压力的不锈钢内壳和充当二级屏障的外壳。双壁罐中的隔热体通常是真空填充的珍珠岩颗粒。如果燃料罐中没有明显的压力，则燃料罐可以是单壁燃料罐，并且发动机的燃气馈送基于低温泵的使用。在这样的LNG燃料罐中，内壳是不锈钢的，并且外壳可以是塑料或纤维增强材料，仅用于保护隔热体免受机械磨损、天气条件等的影响。这些罐中的隔热体优选但非必要的是填充内壳和外壳之间的腔的聚氨酯。
在两种LNG罐类型中，罐连接空间通常设置在罐的一端。根据现有技术，罐连接空间通常是矩形盒状空间，根据LNG罐的类型，该矩形盒状空间容纳各种阀(控制向发动机馈送燃料的燃气阀单元和控制LNG燃料罐中的压力的应急压力释放阀，仅举几个阀的例子)和低温泵(如果需要)，通过低温泵可以控制罐的排空和引入发动机的燃料。然而，有时需要对罐连接空间加压，因此使用盒状矩形结构会导致复杂的构造。
关于将LNG从非加压LNG罐馈送至发动机的另一个问题涉及使用低温泵从未加压罐排出LNG并将其朝发动机馈送。当使用泵来输送液体时，泵的基本特征在于进行泵送的元件(例如转子或叶轮)倾向于产生吸力，即在泵前面形成减压区域。既然液化天然气非常容易蒸发或沸腾，就必须确保在低温泵前面不会发生这种蒸发或沸腾，如果蒸发导致转子在填充燃气的空间中旋转则这意味着至少不受控制的、不稳定的泵送或泵送完全停止。避免蒸发的唯一方法是将LNG储罐中的液位布置在泵上方足够高的位置，使得燃料的静压力超过低温泵前面产生的吸力。这在现有技术的构造中意味着，通向设置在LNG燃料罐中用于排出燃料的出口管道的入口必须定位在明显高于罐连接空间中的泵的水平处。这再次意味着燃料罐的大部分容积不能被有效使用。
因此，本发明的目的是设计一种用于船舶的解决至少一个上述问题的LNG燃料罐装置。
本发明的另一个目的是设计一种用于船舶的LNG燃料罐装置，其中避免在燃料罐和罐连接空间之间使用双壁管道系统。
本发明的又一个目的是提供这样一种新颖的LNG燃料罐装置，其中可以有效地使用燃料罐的整个容积。
本发明的另一个目的是提供这样一种新颖的LNG燃料罐装置，其中避免使用盒状罐连接空间。
发明内容
本发明的至少一个目的基本上也由船舶中的用于存储LNG燃料的燃料罐装置来满足，该装置包括LNG燃料罐，所述LNG燃料罐由内壳、外壳、所述内壳和所述外壳之间的隔热体以及罐连接空间形成，所述罐连接空间设置在所述LNG燃料罐的端部处，所述LNG燃料罐具有顶部和底部，其中，所述罐连接空间包括紧固至附加壳的第二端的附加端盖，所述附加壳在其第一端处紧固至套环的外边缘，所述套环具有紧固至所述内壳的内边缘，并且所述附加壳沿轴向方向远离所述内壳延伸。
本发明的至少一个目的基本上通过船舶中的用于存储LNG燃料的燃料罐布置来满足，该装置包括LNG燃料罐，所述LNG燃料罐由内壳、外壳、所述内壳和所述外壳之间的隔热体以及罐连接空间形成，所述罐连接空间设置在所述LNG燃料罐的端部处，所述罐连接空间容纳低温泵，所述低温泵借助流动通道与所述LNG燃料罐的内部连通，并且所述LNG燃料罐具有顶部和底部，其中，所述内壳具有内表面，所述流动通道的入口开口位于所述LNG燃料罐的所述底部处，并且所述低温泵具有入口，所述入口位于所述LNG燃料罐的所述底部(即水平面L)下方的竖直距离h处。
本发明的燃料罐装置提供至少一些以下优点：
·不需要在LNG燃料罐和罐连接空间之间使用双壁燃料管道系统；
·采用从LNG燃料罐的内部通到加压壳内的应急减压阀和低温泵(LNG燃料罐的外壳外没有额外的管道系统或其它元件)的通道，节省了空间并减少了伤害和损坏管道系统的风险；
·可以有效使用LNG燃料罐的整个容积；以及
·LNG燃料罐和罐连接空间形成紧凑而统一的单元。
附图说明
在下文中，将参考所附示例性示意图更详细地描述本发明，在图中：
图1示意性地示出了在其甲板上具有本发明的LNG燃料罐的船舶的侧视图；
图2示意性地示出了根据本发明的第一优选实施方式的LNG燃料罐的纵向剖视图；
图3示意性地示出了根据本发明的第二优选实施方式的LNG燃料罐的纵向剖视图；
图4a以放大的比例示出了图2的细节A；以及
图4b以放大的比例示出了图2的细节B。
具体实施方式
图1示意性地并且以非常简化的方式示出了具有根据本发明的第一优选实施方式的LNG燃料罐12的船舶10，该LNG燃料罐12设置在船舶10的甲板上。当然，LNG燃料罐也可以位于甲板下方。该图还示出了：内燃机14，其接收来自LNG燃料罐12的燃料；以及驱动装置16，其联接至发动机和推进器18两者。驱动装置在此可以包括机械齿轮或发电机(电驱动组合)。
图2示意性地示出了根据本发明的第一优选实施方式的LNG燃料罐12的基本构造。LNG燃料罐12由内壳20、外壳22以及内外壳之间的隔热体24形成。内壳和外壳优选地但不必须是圆柱形的。内壳20在其两端具有端盖20'。类似地，外壳22在其两端具有端盖22'。内壳和外壳的端盖优选是弯曲的，即圆顶形，如半球形或半椭圆形，仅举几个例子。LNG燃料罐12的端部处布置有所谓的罐连接空间26。根据本发明，优选地，但不是必须地，在内壳20的端部处(即，在内壳20的长度的大约2％至20％之间，优选地在5％至15％之间的距离处)面对罐连接空间26，从内壳20向外圆锥形地延伸的套环28经由其内边缘(优选地通过焊接)紧固至内壳20的外表面。圆锥形套环28延伸成距外壳22一定距离，即套环28在其外边缘和外壳22之间留有间隙。附加壳30在该附加壳30的第一端30'处紧固(优选通过焊接)至圆锥形套环28的径向外边缘。该附加壳形成罐连接空间26的内壳。附加壳30沿轴向方向远离内壳20延伸，优选地由与内壳20类似的材料形成，并且优选地也具有与内壳20类似的厚度。罐连接空间26的附加端盖32优选通过焊接紧固至附加壳30的与圆锥形套环28相对的第二端30”。套环28、附加壳30和附加端盖32与内壳20的端盖20'一起形成加压气密腔，即罐连接空间26，其被设计成用于超过大气压约0.3至1巴的压力。
内壳20的面对罐连接空间26的端部20'设置有隔热体34，隔热体34的尺寸几乎与内壳20的其它部分上的隔热体24一样厚。隔热体24在罐连接空间26周围即在外壳22和附加壳30之间以及在罐连接空间26的附加端盖32和外壳的端盖22'之间以较薄的隔热体24'连续。隔热体24'的厚度小于内壳20和外壳22之间的隔热体24的厚度的一半，优选地小于20％。因此，外壳22通过在其整个长度上具有相同的横截面形状和尺寸而包封内壳和罐连接空间26。
罐连接空间26容纳应急减压阀36，该应急减压阀36在罐中的压力超过预定值的情况下打开从罐12的顶部到排气桅杆的排气连接。罐连接空间26还容纳：低温泵38，该低温泵38用于为发动机提供该发动机所需的燃料；蒸发器40，其用于将液体燃料蒸发成气态；以及燃料阀单元42，其用于控制馈送至发动机的燃气。
图3示意性地示出了根据本发明的第二优选实施方式的LNG燃料罐12'的基本构造。与图2相比唯一的不同在于罐连接空间26的端盖44，在该实施方式中，端盖44是平的。换句话说，可以自由选择罐连接空间26的端盖的形状，但是期望采用类似于LNG燃料罐12'的相对端的圆顶形状(图2)，但这不是必要的。在设计端盖时，当然必须考虑到油罐连接空间中的预期压力条件。例如，这意味着平盖的厚度需要大于圆顶形盖的厚度。LNG燃料罐12'的其余部件以及罐连接空间26与图2中的相同。
图4a示出了细节A，即图2的LNG燃料罐的局部放大侧剖视图，该LNG燃料罐在其一端具有罐连接空间26。该图示出了罐连接空间26的具有应急减压阀36的上部。该图还示出了圆锥形套环28紧固至内壳20以及罐连接空间26的附加壳30在其第一端30'紧固至套环的外边缘。从LNG燃料罐12通向应急减压阀36并且进一步从罐连接空间20出来到达排气桅杆的通道46在LNG燃料罐的内壳14的最上表面中打开(即到达LNG燃料罐的顶部)，使得内壳20中深入通道46的开口48在LNG燃料罐12顶部处与内壳20的内表面齐平。借助上述布置，确保在实践中，可以从罐12中除去所有气体，直到液体能够进入通道46。
图4b示出了细节B，即图2的LNG燃料罐12的局部放大侧剖视图，LNG燃料罐12在其端部处具有罐连接空间26。该图示出了用于将来自LNG燃料罐12的内部50的燃料提供给内燃机的低温泵38。泵38布置成借助入口通道52与LNG燃料罐内部50连通，入口通道52具有位于内壳20的壁中的最低位置(即LNG燃料罐的底部)的入口开口54。入口开口54与内壳20的内表面齐平。入口通道52向下获取燃料并将燃料传递至低温泵38的入口56。
图4b还示出了低温泵38如何布置在LNG燃料罐内部50的底部或最下表面的水平面L下方。更具体地，例如，如果安装的离心泵的问题在于其轴线竖直，则其叶轮进口必须位于水平面L处或优选地位于水平面L之下。叶轮进口应理解为叶轮中的点，在该点处，轴向流体流或多或少地变成径向流。如果离心泵安装成其轴线水平，则泵的入口管道应在其整个直径上低于水平面L。这种布置的目的是防止燃料在泵的上游的蒸发，即主要由于泵的抽吸而引起的蒸发。如果燃料开始蒸发，则泵的操作不稳定并且向发动机的燃料输送受到损害。现在，通过将燃料泵38布置在罐内部50中的可能最低能的燃料表面下方(即低于罐12的底部水平面L)，在低温泵38的入口56(指的是当低温泵是离心泵时的入口进口或入口管道)中确保一定的正压力，这意味着燃料仅借助流体静压力在泵38中流动。如果需要考虑在入口通道52和泵本身中发生的压力损失，则必须相应地确定泵入口56和水平面L之间的竖直距离h的尺寸，即压力损失越大，则越多地增大距离h。
在上文中，套环被描述为圆锥形套环。然而，应该理解的是，套环的圆锥形形状仅是优选的替代方案。套环也可以是环形径向板。然而，优选的是，套环相对于内壳处于倾斜位置，即为圆锥形或者以波纹管的方式由两个或更多个圆锥形区段形成，或者套环可以具有弯曲的横截面，即其形状例如是圆环的四分之一或椭圆体的四分之一。
虽然本文已经通过结合目前被认为是本发明的最优选实施方式的实施例的方式描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在涵盖其特征的各种组合或变型以及包括在本发明的如所附权利要求中所限定的范围内的若干其它应用。应该理解的是，为了清楚起见，罐装置包括图中未示出的若干特征，例如，存在于每个罐装置中的所有这些涉及燃料处理的设备已被省略，因为本发明不涉及燃料处理而是涉及人孔构造。与以上任何实施方式相关地提及的细节可以与任何其它实施方式相关地使用，前提是这种组合在技术上可行。

Claims (23)

1.一种船舶中的用于储存LNG燃料的燃料罐装置，该装置包括LNG燃料罐(12，12')，所述LNG燃料罐(12，12')由内壳(20)、外壳(22)、隔热体(24)以及罐连接空间(26)形成，所述隔热体位于所述内壳(20)和所述外壳(22)之间，所述罐连接空间设置在所述LNG燃料罐(12，12')的端部处，其特征在于，所述罐连接空间(26)包括紧固至附加壳(30)的第二端(30”)的附加端盖(32，44)，所述附加壳(30)在其第一端(30')处紧固至套环(28)的外边缘，所述套环(28)具有紧固至所述LNG燃料罐(12，12')的所述内壳(20)的内边缘，所述附加壳(30)沿轴向方向远离所述内壳(20)延伸。
2.根据权利要求1所述的燃料罐装置，其特征在于，在所述LNG燃料罐(12，12')的最下表面处设有入口开口(54)，所述入口开口(54)借助流动通道(52)与低温泵(38)连通。
3.根据权利要求2所述的燃料罐装置，其特征在于，所述低温泵(38)具有入口(56)，所述入口(56)定位在所述LNG燃料罐(12，12')的所述最下表面的竖直下方。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，在所述附加壳(30)上具有厚度小于所述内壳(20)和所述外壳(22)之间的所述隔热体(24)的厚度的一半的隔热体(24')。
5.根据权利要求2或3所述的燃料罐装置，其特征在于，
在所述罐连接空间(26)中设有应急减压阀(36)；并且
设有将所述应急减压阀(36)连接至所述LNG燃料罐(12，12')的最上表面处的开口(48)的通道(46)。
6.根据权利要求5所述的燃料罐装置，其特征在于，所述内壳(20)具有内表面，所述开口(48)和所述入口开口(54)与所述内表面齐平。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述LNG燃料罐(12，12')是圆柱形的。
8.根据权利要求1至3任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述附加端盖(32，44)是圆顶形或平的。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述内壳(20)具有面向所述罐连接空间(26)的圆顶形端盖(20')。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述附加壳(30)是圆柱形的。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，从所述内壳(20)向外延伸的所述套环(28)具有倾斜的、圆锥形的、波纹管形或弯曲的横截面。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述外壳(22)包封所述内壳(20)和所述罐连接空间(26)，并且在其整个长度上具有相同的横截面形状和尺寸。
13.一种船舶中的用于储存LNG燃料的燃料罐装置，该装置包括LNG燃料罐(12，12')，所述LNG燃料罐(12，12')由内壳(20)、外壳(22)、隔热体(24)以及罐连接空间(26)形成，所述隔热体位于所述内壳(20)和所述外壳(22)之间，所述罐连接空间设置在所述LNG燃料罐(12，12')的端部处，所述罐连接空间(26)容纳低温泵(38)，所述低温泵(38)借助流动通道(52)与所述LNG燃料罐(12，12')的内部(50)连通，其特征在于，所述内壳(20)具有内表面，所述流动通道(52)的入口开口(54)位于所述LNG燃料罐(12，12')的最下表面处，并且所述低温泵(38)具有入口(56)，所述入口(56)位于所述LNG燃料罐(12，12')的所述最下表面的竖直下方。
14.根据权利要求13所述的燃料罐装置，其特征在于，所述罐连接空间(26)包括紧固至附加壳(30)的第二端(30”)的附加端盖(32，44)，所述附加壳(30)在其第一端(30')处紧固至套环(28)的外边缘，所述套环(28)具有紧固至所述LNG燃料罐(12，12')的所述内壳(20)的内边缘，所述附加壳(30)沿轴向方向远离所述内壳(20)延伸。
15.根据权利要求14所述的燃料罐装置，其特征在于，在所述附加壳(30)上具有厚度小于所述内壳(20)和所述外壳(22)之间的所述隔热体(24)的厚度的一半的隔热体(24')。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，
在所述罐连接空间(26)中设有应急减压阀(36)；并且
设有将所述应急减压阀(36)连接至所述LNG燃料罐(12，12')的最上表面处的开口(48)的通道(46)。
17.根据权利要求16所述的燃料罐装置，其特征在于，所述开口(48)和所述入口开口(54)与所述内表面齐平。
18.根据权利要求13至15中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述LNG燃料罐(12，12')是圆柱形的。
19.根据权利要求14或15所述的燃料罐装置，其特征在于，所述附加端盖(32，44)是圆顶形或平的。
20.根据权利要求13至15中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述内壳(20)具有面向所述罐连接空间(26)的圆顶形端盖(20')。
21.根据权利要求14或15中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述附加壳(30)是圆柱形的。
22.根据权利要求14或15中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，从所述内壳(20)向外延伸的所述套环(28)具有倾斜的、圆锥形的、波纹管形或弯曲的横截面。
23.根据权利要求13至15中任一项所述的燃料罐装置，其特征在于，所述外壳(22)包封所述内壳(20)和所述罐连接空间(26)，并且在其整个长度上具有相同的横截面形状和尺寸。
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