CN111306438A - 一种双燃料机lng高低压供气系统的气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，包括加热器、加热介质容器、介质输送泵、加热介质、换热器、管路和LNG输送系统；加热介质储存在加热介质容器内；加热介质容器、介质输送泵、换热器和加热器依次通过管路串联，所述LNG输送系统内的LNG经所述换热器加热后使用。本发明的有益效果为：一方面高压和低压供气管路对各自LNG气化加热的控制更为精准，另一方面串联的缓冲罐更能保障供气的压力，串联的换热器更能保障输入阀组单元的燃气温度符合用气设备的要求，同时有效的利用了主机冷却水的余热，是一个高能源利用率且高可靠性的气化单元设计。

Description

一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置
技术领域
本发明涉及船用动力设备技术领域，具体是关于双燃料机高低压供气系统的气化装置。
背景技术
从2020年1月1日起，国际海事组织（IMO）实施更严格的船舶污染新排放标准，要求减少氮，硫以及碳排放。例如禁止船舶使用含硫量高于0.5%的燃料，而常用的船用燃料含硫量为2.7%，相比传统燃油，LNG（液化天然气）在船用动力上作为一种新能源，既能减少氮化物，硫化物的排放，又能解决能源危机问题，降低运输成本。目前，双燃料机在船舶上的应用越来越广泛，但是LNG动力船舶的设计建造具有一定技术难度，主要在发动机和燃料供应的安全可靠性，低温储罐的管理等。LNG供气系统的气化单元作为供气系统关键环节，本发明旨在提供一种更可靠，安全性高且适用于高低压供气系统的气化单元设计。
发明内容
本发明是双燃料LNG高低压供气系统的气化单元设计，该设计更有利于供气系统气化的控制，可确保输入双燃料机的燃气温度，压力完全符合用气要求。
该高低压供气系统的气化单元，包括高压气化器，低压气化器，BOG换热器，水乙二醇/冷却水换热器，水乙二醇储柜，水乙二醇输送泵，低压缓冲罐，高压缓冲罐，高压NG换热器，低压NG换热器。该气化单元分为高压气化，低压气化，以及BOG（自然蒸发气）加热。
高压气化过程是潜液泵将储罐的LNG燃料送入高压泵，高压泵对LNG加压并输出，得到的高压LNG在高压气化器中气化并加热为高压NG（气态天然气），然后输送进一组串联的高压缓冲罐，两缓冲罐之间布置一个换热器，该换热器与上述高压汽化器形成串联，高压NG在通过第二个缓冲罐后进入高压阀组单元。
低压气化过程是潜液泵将储罐内LNG送入低压气化器中气化并加热为低压NG，低压NG将进入一组串联的低压缓冲罐，两缓冲罐之间布置一个换热器与上述低压气化器也形成串联，低压NG通过第二个缓冲罐后进入低压阀组单元。紧急BOG加热过程是将低温储罐和潜液泵中产生的BOG（液态天然气自然蒸发气）输进BOG换热器中加热后与低压气化器出来的低压NG汇合一并送至第一个低压缓冲罐。
高压供气管路中，高压气化器流出的高压NG进入第一个高压缓冲罐，第一个高压缓冲罐中有压力传感器和温度探测器，压力传感器用于控制第一个高压缓冲罐的出口压力，保障出口压力达到ME-GI主机的要求，温度探测器用于监测高压缓冲罐内高压NG的温度。第二个高压缓冲罐中有压力探测器和温度传感器，压力探测器用于监测罐内高压NG的压力，温度传感器用于检测罐内高压NG的温度并传递控制信号给三通阀，若罐内高压NG温度达到供气要求则三通阀将气体直接导入入第二个高压缓冲罐，若高压NG温度未达到供气要求则三通阀将气体导入高压NG换热器进行二次加热之后再进入第二个高压缓冲罐。
低压供气管路中，低压气化器气化的NG和加热后的BOG都进入第一个低压缓冲罐，该缓冲罐中有压力传感器和温度探测器，压力传感器用于控制第一个低压缓冲罐出口压力，温度探测器用于监测第一个低压缓冲罐内NG的温度。第二个低压缓冲罐中有压力探测器和温度传感器，压力探测器用于监测罐内NG的压力，温度传感器用于检测罐内NG的温度并传递控制信号给三通阀，若低压NG温度达到供气要求则三通阀将气体直接导入第二个低压缓冲罐，若低压NG温度未达到供气要求则三通阀将气体导入低压NG换热器进行二次加热后再进入第二个低压缓冲罐。
高压和低压两个供气系统各自有两个缓冲罐和一个NG换热器，两个缓冲罐采用串联布置，并且罐内都安装温度传感器和压力传感器。两个缓冲罐中间布置NG换热器，并在第一个缓冲罐出口安装三通阀，三通阀一端通向NG换热器，另一端通向第二个缓冲罐。当检测到第二个缓冲罐中NG温度符合要求时，第一个缓冲罐中NG通过三通阀直接通向第二个缓冲罐，当第二个缓冲罐中NG温度低于供气要求温度时，NG则通过三通阀通向NG换热器对其进行二次加热，使NG温度达到供气要求。
高压气化器，低压气化器，BOG换热器，以及NG换热器的热源介质均为冰点较低的水乙二醇溶液，水乙二醇储柜通过三个并联水泵将水乙二醇分别送往高压气化，低压气化器，BOG换热器，并在换热器中放出热量，之后低压气化器和BOG换热器出来的水乙二醇汇合通过低压NG换热器，高压气化器出来的水乙二醇通过高压NG换热器。通过高/低压NG换热器的水乙二醇汇合后进入水乙二醇/冷却水换热器，在该换热器中，主机冷却水最为热源释放热量，水乙二醇吸收热量，然后泵入水乙二醇储柜。
本发明的高低压供气系统气化单元，包括高压气化器，低压气化器，BOG换热器，水乙二醇/冷却水换热器，水乙二醇储柜，水乙二醇输送泵，低压缓冲罐，高压缓冲罐。水乙二醇从储柜中经水泵以并联的形式输送给高压气化器，低压气化器，BOG换热器，经过换热后，水乙二醇管路与缓冲罐中间的NG换热器相连接。高压供气管路的水乙二醇经过高压气化器后串联进入高压NG换热器，低压供气管路的水乙二醇经过低压气化器和BOG换热器后先汇集在一起，然后与低压NG换热器串联。
本发明的有益效果为：这样的气化单元设计相比较以往供气系统气化单元，一方面高压和低压供气管路对各自LNG气化加热的控制更为精准，另一方面串联的缓冲罐更能保障供气的压力，串联的换热器更能保障输入阀组单元的燃气温度符合用气设备的要求，同时有效的利用了主机冷却水的余热，是一个高能源利用率且高可靠性的气化单元设计。
附图说明
图1：本发明所述的双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置的连接结构图。
1、16-蒸汽，2-加热介质容器，3、4、19-介质输送泵，5- BOG换热器，6-潜液泵、7、15、24、29-压力传感器，8、14、23、30-温度探测器，9、12-低压缓冲罐，10、26-电控三通阀，11-低压NG换热器，13-低压阀组单元，17-加热器，18-加热介质，20-低压气化器，21-高压气化器，22-高压泵，25、28-高压缓冲罐，27-高压NG换热器，31-高压阀组单元，32-管路，33-低温储罐，34-液态天然气。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达成发明目的所采取的技术手段和工能，以下结合附图，对本发明的具体操作流程，结构组成及功效做详细说明如后。
如图1所示，该气化单元包括高压气化器21，低压气化器20，BOG换热器5，加热器17，加热介质容器2，高压气化支路的水乙二醇输送泵19，低压气化支路的水乙二醇输送泵3，BOG加热支路的水/乙二醇（加热介质）输送泵4，低压缓冲罐（9,12），高压缓冲罐(25,28)，高压NG换热器27，低压NG换热器11。
水/乙二醇18作为一种低冰点的换热工质，在高压气化器21，低压气化器20，BOG换热器5，高压NG换热器27，低压NG换热器11中作为热源放出热量，用于气化LNG或加热低温天然气。其工作流程为：加热介质容器2通过三个并联的输送泵（3,4,19）将水/乙二醇18分别泵入高压气化器21，低压气化器20，和BOG换热器5。穿过高压气化器21的水乙二醇接入高压NG换热器27。穿过低压气化器20的水乙二醇和穿过BOG换热器5的水乙二醇先汇合在一条管路，然后一起接入低压NG换热器11。高压NG换热27和低压NG换热器11的水乙二醇完成换热后，两路管路先汇合在一条管路，然后通入加热器17，水乙二醇和作为热源的蒸汽（1，16）进行热交换，主机冷却水16放出热量，水乙二醇溶液吸收热量，完成热交换后进入加热介质容器2。
高压供气过程中潜液泵6将低温储罐33内的液态天然气34送入高压泵22加压，由高压泵22出来的高压LNG进入高压气化器21。与此同时，水/乙二醇18通过高压气化支路的水乙二醇输送泵19进入高压气化器21中作为热源将高压LNG气化并加热成高压NG，高压NG通过管路进入第一个高压缓冲罐25。
第一个高压缓冲罐25中有压力传感器24和温度探测器23，压力传感器24用于检测罐内高压NG的压力并控制高压缓冲罐25的出口压力，温度探测器23用于监测缓冲罐25中高压NG的温度。第二个高压缓冲罐28中有压力探测器29和温度传感器30，压力探测器29用于监测缓冲罐28内高压NG的压力，温度传感器30用于检测缓冲罐28内高压NG的温度并传递控制信号给三通阀26，当罐内高压NG温度符合供气要求，温度传感器30传递信号控制三通阀26将高压NG从第一高压缓冲罐25直接通向第二高压缓冲罐28，当罐内高压NG温度未达到供气要求，温度传感器30传递信号控制三通阀26将高压NG从第一高压缓冲罐25通向高压NG换热器27对其进行二次加热之后再通向第二个高压缓冲罐28，气体在第二个缓冲罐28中稳压后进入高压阀组单元31。
低压供气过程分为两部分，一部分是输送泵6将低温储罐33内的液态天然气34送入低压气化器20，另一部分是低温储罐33中产生的BOG（自然蒸发气）进入BOG换热器5。与此同时，水/乙二醇18通过低压气化支路的水乙二醇输送泵3进入低压气化器对低压LNG进行气化；通过BOG加热支路的水乙二醇输送泵4进入BOG换热器5中作为热源对BOG进行加热。流经低压气化器20的水乙二醇和流经BOG换热器的水乙二醇先汇合，然后一起进入低压NG换热器11。在低压气化器20中被汽化加热后的低压NG与在BOG换热器5中被加热后的低压NG，两路先汇合然后一起通入第一个低压缓冲罐9。
第一个低压缓冲罐9中有压力传感器7和温度探测器8。压力传感器7用于检测罐内低压NG的压力，控制低压缓冲罐9的出口压力，温度探测器8用于监测罐内的温度。第二个低压缓冲罐12中有压力探测器15和温度传感器14，压力探测器15用于监测缓冲罐12内低压NG的压力，温度传感器14用于检测缓冲罐12内低压NG的温度并传递控制信号给电控三通阀10。温度传感器14检测到罐内低压NG的温度符合供气要求，则传递信号控制电控三通阀10将低压NG从第一低压缓冲罐9直接通向第二低压缓冲罐12；温度传感器14检测到罐内低压NG的温度未达到供气要求，则传递信号控制电控三通阀10将低压NG从第一低压缓冲罐9通向低压NG换热器11对其进行二次加热之后再通向第二低压缓冲罐12，气体再第二低压缓冲罐12中稳压后进入低压阀组单元13。

Claims (10)

1.一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，包括加热器、加热介质容器、介质输送泵、加热介质、换热器、管路和LNG输送系统；加热介质储存在加热介质容器内；加热介质容器、介质输送泵、换热器和加热器依次通过管路串联，所述LNG输送系统内的LNG经所述换热器加热后使用。
2.根据权利要求1所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，所述介质输送泵有三组，并联连接到加热介质容器上。
3.根据权利要求2所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，所述LNG输送系统包括低温储罐、液化支路和气化支路，所述液化支路连接到低温储罐的下部，所述气化支路连接到所述低温储罐的上部；两个低压路换热器分别连接在液化支路和气化支路。
4.根据权利要求3所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，所述换热器包括一级换热器和NG换热器；所述一级换热器包括高压气化器、低压气化器和BOG换热器，分别与一个介质输送泵连接；NG换热器包括低压NG换热器和高压NG换热器，所述高压气化器与高压NG换热器通过管路连接，所述低压气化器和BOG换热器分别与低压NG换热器通过管路串联。
5.根据权利要求4所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，所述液化支路还包括潜液泵、高压泵、高压缓冲罐和低压缓冲罐，所述潜液泵、高压泵和两个高压缓冲罐依次串联，所述高压路换热器设置在高压泵与第一个高压缓冲罐之间，其中一个二级换热器设置在两个高压缓冲罐之间；潜液泵与两个低压缓冲罐通过管路依次串联，液化支路的低压路换热器设置在潜液泵与第一个低压缓冲罐之间，另一个二级换热器设置在两个低压缓冲罐之间。
6.根据权利要求4所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，还包括低压缓冲罐，所述气化支路从低温储罐引出，经过其中气化支路的低压路换热器连接到第一个低压缓冲罐上，两个低压缓冲罐串联。
7.根据权利要求5或6所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，在两个高压缓冲罐及两个低压缓冲罐上分别设置有温度传感器和压力传感器，用于监测罐内压力和温度。
8.根据权利要求7所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，在第一个高压储罐与和其连接的二级换热器之间设置有电控三通阀，电控三通阀的第三个接口与第二个高压储罐连接。
9.根据权利要求7所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，在第一个低压储罐与和其连接的二级换热器之间设置有电控三通阀，电控三通阀的第三个接口与第二个低压储罐连接。
10.根据权利要求1所述的一种双燃料机LNG高低压供气系统的气化装置，其特征在于，所述加热介质为水/乙二醇混合液。
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