CN110925595A - 兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其包括液化天然气储罐，液化天然气储罐内腔底部设有输送喷淋泵，其还包括第一换热器和低温制冷系统；低温制冷系统包括压缩机和膨胀换热器；输送喷淋泵同时连接有第一供气管路和第二供气管路，第一供气管路与第一换热器的换热通道入口连接；第二供气管路与膨胀换热器的换热通道入口连接；膨胀换热器的换热通道出口连接有第三供气管路，第三供气管路延伸至液化天然气储罐内腔的上部，液化天然气储罐内腔的上部设有喷淋管，喷淋管连接于第三供气管路。本发明可以优化系统，减少设备，降低成本。

Description

兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统。
背景技术
随着时代的发展，越来越多的船舶使用液化天然气(LNG)作为主机和发电机的燃料。
液化天然气(LNG)需要低温储存，通常储存在绝热的储罐内。在常温条件下，由于热渗入等原因，会使储罐内的LNG不断蒸发产生蒸发气(BOG)，并使储罐的压力升高。为了使储罐的压力不超过设计压力，必须及时的处理BOG。
处理BOG的方式主要有燃烧、再液化、罐内憋压这三种方式。对应不同的储罐，通常相应的BOG处理方式也不同。
对于IMO C型舱(压力罐)，产生的BOG用BOG压缩机将BOG加热、增压给双燃料发电机使用，多余的一般采用憋压的方式处理BOG。
对于IMO B型舱或薄膜舱(不能承受高压)，多余的BOG一般给双燃料锅炉或燃烧器(GCU)燃烧掉或再液化。
其中，BOG再液化目前也有两种解决途径。一种是利用制冷装置，将BOG直接再液化。另一种是利用制冷装置过冷LNG来再液化BOG。
在将液化天然气供给双燃料柴油使用前，其须满足一定的压力和温度。一般的天然气的供气温度约为45℃。而液化天然气的温度较低(-160℃左右)，因此供气系统中需要设置蒸发器和加热器，使得液化天然气变为满足要求的天然气。其中加热的热量，一般由乙二醇水的热媒系统提供。
现有技术采用的系统，LNG由乙二醇水的热媒系统提供加热，再冷凝装置由船舶中央冷却系统提供的冷却水冷却。
现有技术存在以下缺点：
1、系统复杂，成本高。采用再冷凝装置处理BOG，再液化装置的成本很高，并且需要消耗大量的电能，使用成本也十分高。
2、效率低。常规的供气系统，LNG由乙二醇水加热，乙二醇水一般由主机缸套水或蒸汽加热。而LNG冷能没有利用，有较大的能量浪费。对于再冷凝的低温制冷系统，用冷却水(冷却淡水温度36℃)冷却。也可以理解为从冷却水中吸收冷量，因此制冷的效率也较低，同样的制冷量需要消耗较大的电功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其包括为主机和发电机供气的液化天然气储罐，液化天然气储罐内腔底部设有输送喷淋泵，所述兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统还包括第一换热器和低温制冷系统；低温制冷系统包括压缩机和膨胀换热器；输送喷淋泵同时连接有第一供气管路和第二供气管路，第一供气管路与第一换热器的换热通道入口连接；第二供气管路与膨胀换热器的换热通道入口连接；膨胀换热器的换热通道出口连接有第三供气管路，第三供气管路延伸至液化天然气储罐内腔的上部，液化天然气储罐内腔的上部设有喷淋管，喷淋管连接于第三供气管路，膨胀换热器的冷媒通道出口和压缩机的冷媒通道入口连接，压缩机的冷媒通道出口和第一换热器的冷媒通道入口连接；第一换热器的冷媒通道出口和膨胀换热器的冷媒通道入口连接。
较佳地，第一换热器还连接有第二换热器，第一换热器的换热通道出口和第二换热器的换热通道入口连接。
较佳地，第二换热器连接有第一缓冲罐，第二换热器的换热通道出口连接于第一缓冲罐的气体入口，第一缓冲罐的气体出口分别与主机和发电机连接。
较佳地，第一供气管路上设有高压泵，第二换热器的换热通道出口与主机连接。
较佳地，输送喷淋泵还连接有第四供气管路，第四供气管路连接有低压蒸发器，第四供气管路与低压蒸发器的换热通道入口连接。
较佳地，低压蒸发器的冷媒通道入口与压缩机的冷媒通道出口连接，低压蒸发器的冷媒通道出口与膨胀换热器的冷媒通道入口连接。
较佳地，低压蒸发器连接有低压加热器，低压蒸发器的换热通道出口与低压加热器的换热通道入口连接。
较佳地，低压加热器连接有第二缓冲罐，低压加热器的换热通道出口与第二缓冲罐的气体入口连接。
较佳地，第二缓冲罐的气体出口连接于发电机。
较佳地，喷淋管上设有多个喷淋口。
本发明的有益效果在于：本发明可以优化系统，减少设备，降低成本；低温制冷系统从需要加热的LNG吸收冷量，提高制冷系统效率，降低能耗；采用降温部分LNG的方式，使BOG再冷凝液化，以维持储罐内的压力，避免BOG的浪费。本发明具有更低的能耗；由于制冷系统效率高，因此压缩机能耗降低；冷却水和乙二醇水系统简化，降低水泵等能耗。本发明具有系统自适应强，利用自身冷能，解决长期储存问题。本发明具有系统简单，增加系统的可靠性，设备减少，有利于减少占用的空间，还可以降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图。
图2为本发明实施例2的示意图。
具体实施方式
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
实施例1
本实施例适用于主机和发电机均采用低压液化天然气的船舶。
如图1所示，一种兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其包括为主机10和发电机11供气的液化天然气储罐20，液化天然气储罐20内腔底部设有输送喷淋泵21。
所述兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统还包括第一换热器31和低温制冷系统40；低温制冷系统40包括压缩机41和膨胀换热器42。
输送喷淋泵21同时连接有第一供气管路51和第二供气管路52，第一供气管路51与第一换热器31的换热通道入口连接。
第二供气管路52与膨胀换热器42的换热通道入口连接；膨胀换热器42的换热通道出口连接有第三供气管路53。
第三供气管路53延伸至液化天然气储罐20内腔的上部，液化天然气储罐20内腔的上部设有喷淋管22，喷淋管22连接于第三供气管路53，喷淋管22上设有多个喷淋口23。
膨胀换热器42的冷媒通道出口和压缩机41的冷媒通道入口连接，压缩机41的冷媒通道出口和第一换热器31的冷媒通道入口连接；第一换热器31的冷媒通道出口和膨胀换热器42的冷媒通道入口连接。
第一换热器31还连接有第二换热器32，第一换热器31的换热通道出口和第二换热器32的换热通道入口连接。
第二换热器32连接有第一缓冲罐71，第二换热器32的换热通道出口连接于第一缓冲罐71的气体入口，第一缓冲罐71的气体出口分别与主机10和发电机11连接。
本系统中，输送喷淋泵21的用途之一为向主机和电机输送液化天然气，用途之二为将冷却后的液化天然气输送到液化天然气储罐内腔上部的喷淋管。
本系统的工作原理为：输送喷淋泵21从液化天然气储罐20泵送低温液化天然气，泵出的液化天然气分两路。其中一路，经第一供气管路，经第一换热器、第二换热器，供至主机和发电机。另外一路，经膨胀换热器降温，进入喷淋管，使冷却后的液化天然气喷至液化天然气储罐的顶部，用以冷却储罐内的蒸发气(BOG)。
其中，膨胀换热器所在的低温制冷系统40的工作原理为：压缩机将冷媒(比如氮气)加压，经过第一换热器冷却，冷媒被冷凝为液态；冷媒经过膨胀换热器时膨胀蒸发为气态，同时吸收热量，完成制冷的工作循环。
第一换热器冷却冷媒时，吸收的是第一供气管路的液化天然气本身的冷能。第一换热器既达到升温第一供气管路的液化天然气的目的，又可以让冷媒吸收第一供气管路中液化天然气的冷能，降低第二供气管路的液化天然气的温度。该路液化天然气降温后又可以用来冷却液化天然气储罐中温度较高的BOG。
本发明可以实现在LNG持续消耗的时候，利用LNG本身的冷量，使LNG储罐保持在较低的温度。
本发明可以优化系统，减少设备，降低成本；低温制冷系统从需要加热的LNG吸收冷量，提高制冷系统效率，降低能耗；采用降温部分LNG的方式，使BOG再冷凝液化，以维持储罐内的压力，避免BOG的浪费。
本发明具有以下优点：
1、更低的能耗。由于制冷系统效率高，因此压缩机能耗降低；冷却水和乙二醇水系统简化，降低水泵等能耗。
2、系统自适应强，利用自身冷能，解决长期储存问题。
3、系统简单，增加系统的可靠性，设备减少，有利于减少占用的空间，还可以降低成本。
实施例2
本实施例适用于主机采用高压液化天然气、发电机采用低压液化天然气的船舶。
如图2所示，一种兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其包括为主机10和发电机11供气的液化天然气储罐20，液化天然气储罐20内腔底部设有输送喷淋泵21。
所述兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统还包括第一换热器31和低温制冷系统40；低温制冷系统40包括压缩机41和膨胀换热器42。
输送喷淋泵21同时连接有第一供气管路51和第二供气管路52，第一供气管路51与第一换热器31的换热通道入口连接。
第二供气管路52与膨胀换热器42的换热通道入口连接；膨胀换热器42的换热通道出口连接有第三供气管路53。
第三供气管路53延伸至液化天然气储罐20内腔的上部，液化天然气储罐20内腔的上部设有喷淋管22，喷淋管22连接于第三供气管路53，喷淋管22上设有多个喷淋口23。
膨胀换热器42的冷媒通道出口和压缩机41的冷媒通道入口连接，压缩机41的冷媒通道出口和第一换热器31的冷媒通道入口连接；第一换热器31的冷媒通道出口和膨胀换热器42的冷媒通道入口连接。
第一换热器31还连接有第二换热器32，第一换热器31的换热通道出口和第二换热器32的换热通道入口连接。
第一供气管路51上设有高压泵50，第二换热器32的换热通道出口与主机10连接。
输送喷淋泵21还连接有第四供气管路54，第四供气管路54连接有低压蒸发器61，第四供气管路54与低压蒸发器61的换热通道入口连接。
低压蒸发器61的冷媒通道入口与压缩机41的冷媒通道出口连接，低压蒸发器61的冷媒通道出口与膨胀换热器42的冷媒通道入口连接。
低压蒸发器61连接有低压加热器62，低压蒸发器61的换热通道出口与低压加热器62的换热通道入口连接。
低压加热器62连接有第二缓冲罐72，低压加热器62的换热通道出口与第二缓冲罐72的气体入口连接。
第二缓冲罐72的气体出口连接于发电机11。
本系统中，输送喷淋泵21的用途之一为向主机和电机输送液化天然气，用途之二为将冷却后的液化天然气输送到液化天然气储罐内腔上部的喷淋管。
本系统的工作原理为：输送喷淋泵21从液化天然气储罐20泵送低温液化天然气，泵出的液化天然气分两路。其中一路，经第一供气管路，经第一换热器、第二换热器，供至主机和发电机。另外一路，经膨胀换热器降温，进入喷淋管，使冷却后的液化天然气喷至液化天然气储罐的顶部，用以冷却储罐内的蒸发气(BOG)。
其中，膨胀换热器所在的低温制冷系统40的工作原理为：压缩机将冷媒(比如氮气)加压，经过第一换热器冷却，冷媒被冷凝为液态；冷媒经过膨胀换热器时膨胀蒸发为气态，同时吸收热量，完成制冷的工作循环。
第一换热器冷却冷媒时，吸收的是第一供气管路的液化天然气本身的冷能。第一换热器既达到升温第一供气管路的液化天然气的目的，又可以让冷媒吸收第一供气管路中液化天然气的冷能，降低第二供气管路的液化天然气的温度。该路液化天然气降温后又可以用来冷却液化天然气储罐中温度较高的BOG。
本发明可以实现在LNG持续消耗的时候，利用LNG本身的冷量，使LNG储罐保持在较低的温度。
本发明可以优化系统，减少设备，降低成本；低温制冷系统从需要加热的LNG吸收冷量，提高制冷系统效率，降低能耗；采用降温部分LNG的方式，使BOG再冷凝液化，以维持储罐内的压力，避免BOG的浪费。
本发明具有以下优点：
1、更低的能耗。由于制冷系统效率高，因此压缩机能耗降低；冷却水和乙二醇水系统简化，降低水泵等能耗。
2、系统自适应强，利用自身冷能，解决长期储存问题。
3、系统简单，增加系统的可靠性，设备减少，有利于减少占用的空间，还可以降低成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其包括为主机和发电机供气的液化天然气储罐，其特征在于，液化天然气储罐内腔底部设有输送喷淋泵，所述兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统还包括第一换热器和低温制冷系统；低温制冷系统包括压缩机和膨胀换热器；输送喷淋泵同时连接有第一供气管路和第二供气管路，第一供气管路与第一换热器的换热通道入口连接；第二供气管路与膨胀换热器的换热通道入口连接；膨胀换热器的换热通道出口连接有第三供气管路，第三供气管路延伸至液化天然气储罐内腔的上部，液化天然气储罐内腔的上部设有喷淋管，喷淋管连接于第三供气管路，膨胀换热器的冷媒通道出口和压缩机的冷媒通道入口连接，压缩机的冷媒通道出口和第一换热器的冷媒通道入口连接；第一换热器的冷媒通道出口和膨胀换热器的冷媒通道入口连接。
2.如权利要求1所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，第一换热器还连接有第二换热器，第一换热器的换热通道出口和第二换热器的换热通道入口连接。
3.如权利要求2所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，第二换热器连接有第一缓冲罐，第二换热器的换热通道出口连接于第一缓冲罐的气体入口，第一缓冲罐的气体出口分别与主机和发电机连接。
4.如权利要求2所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，第一供气管路上设有高压泵，第二换热器的换热通道出口与主机连接。
5.如权利要求2所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，输送喷淋泵还连接有第四供气管路，第四供气管路连接有低压蒸发器，第四供气管路与低压蒸发器的换热通道入口连接。
6.如权利要求5所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，低压蒸发器的冷媒通道入口与压缩机的冷媒通道出口连接，低压蒸发器的冷媒通道出口与膨胀换热器的冷媒通道入口连接。
7.如权利要求5所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，低压蒸发器连接有低压加热器，低压蒸发器的换热通道出口与低压加热器的换热通道入口连接。
8.如权利要求7所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，低压加热器连接有第二缓冲罐，低压加热器的换热通道出口与第二缓冲罐的气体入口连接。
9.如权利要求8所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，第二缓冲罐的气体出口连接于发电机。
10.如权利要求1所述的兼备冷能利用的船舶液化天然气供气系统，其特征在于，喷淋管上设有多个喷淋口。
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