CN111399572A - B型液货舱附属处所的环境控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种B型液货舱附属处所的环境控制系统及方法，环境控制系统包括以下部分：第一供气管路连接在氮气发生器和货舱处所之间，用于将气体输入货舱处所；第二供气管路连接在氮气发生器和绝缘空腔之间，用于将气体输入绝缘空腔；第一排气管路连接在货舱处所和外界大气之间，用于将气体排出货舱处所；第二排气管路连接在绝缘空腔和外界大气之间，用于将气体排出绝缘空腔；第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上各设有受控阀门；货舱处所和绝缘空腔内各设有压力传感器；氮气发生器、受控阀门和压力传感器均与环境控制单元信号连接。本发明可以对附属处所的压力进行监控，以实现安全、高效、快捷的货物操作。
Description
技术领域
本发明涉及对液化气船B型液货舱附属处所的气氛、气压等环境要素进行控制的系统及控制方法。
背景技术
液化气船是专门装载运输液化气的液货船，根据装载货品种类的不同、液化温度不同，液货舱的设计温度从-48℃～-163℃不等。根据《国际散装运输液化气船舶构造和设备规则》(以下简称《IGC》)，液化气船的独立液货舱分为三种：A型独立液货舱，B型独立液货舱和C型独立液货舱。
B型独立液货舱是指一类采用精确分析手段和分析方法、模型试验来确定应力水平、疲劳寿命和裂纹扩展特性进行设计的液货舱，其目前在市场上的应用主要是MOSS球形罐和SPB棱形罐。这两种在用的B型独立液货舱的绝缘空腔和货舱处所等附属处所均设置了独立的惰化和被动式压力控制系统。现有的惰化及被动式压力控制系统虽然可以满足货物操作的基本要求，但是仍存在压差过大破坏绝缘结构、惰性气体耗量大且无法判断相关处所气密性等问题。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种B型液货舱附属处所的环境控制系统，可以对附属处所的环境进行精准的控制，以实现安全、高效、快捷的货物操作。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种B型液货舱附属处所的环境控制系统，所述B型液货舱设置在液化气船的货舱处所内，所述B型液货舱包括主屏蔽和位于主屏蔽外面的绝缘层，在主屏蔽和绝缘层之间设有绝缘空腔，所述环境控制系统包括以下部分：环境控制单元；氮气发生器；第一供气管路，连接在所述氮气发生器和货舱处所之间，用于将气体输入货舱处所；第二供气管路，连接在所述氮气发生器和绝缘空腔之间，用于将气体输入绝缘空腔；第一排气管路，连接在所述货舱处所和外界大气之间，用于将气体排出货舱处所；第二排气管路，连接在所述绝缘空腔和外界大气之间，用于将气体排出绝缘空腔；所述第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上各设有受控阀门；所述货舱处所和绝缘空腔内各设有压力传感器；所述氮气发生器、受控阀门和压力传感器均与环境控制单元信号连接。
优选地，还包括第三供气管路，第三供气管路也连接在氮气发生器和货舱处所之间，用于将气体输入货舱处所；第三供气管路上也设有受控阀门，所述受控阀门与环境控制单元信号连接。
更优地，所述第二供气管路和第三供气管路上还设有流量计，所述流量计与环境控制单元信号连接。
优选地，所述第二排气管路上还连接有平衡支管，平衡支管上设有压差式排放阀，所述压差式排放阀的导压管与货舱处所相连通。
优选地，所述货舱处所的顶部设有压力释放舱口盖。
优选地，所述货舱处所的顶部设有压力真空阀。
本发明还提供一种上述环境控制系统的控制方法，包括以下步骤：
一：在装货前，所述环境控制系统进入惰化模式：第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上的受控阀门打开，氮气发生器提供的氮气经第一供气管路进入货舱处所，货舱处所内被置换的空气经第一排气管路排放至外界大气中；氮气发生器提供的氮气经第二供气管路进入绝缘空腔，绝缘空腔内被置换的空气经第二排气管路排放至外界大气中；
二：在预冷操作时，所述环境控制系统进入预冷模式：第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上的受控阀门关闭，随着B型液货舱预冷收缩，货舱处所内的气压下降，若货舱处所与绝缘空腔内的压差达到设定值时，第三供气管路上的受控阀门打开，氮气通过第三供气管路补充到货舱处所内。
优选地，所述第二排气管路上还连接有平衡支管，平衡支管上设有压差式排放阀，所述压差式排放阀的导压管与货舱处所相连通，在预冷模式下，若货舱处所与绝缘空腔内的压差先达到一个更小的设定值时，则所述压差式排放阀自动打开，先将绝缘空腔内的部分气体排放到货舱处所内，保持货舱处所与绝缘空腔内的压力平衡。
优选地，还包括步骤三：在后续装货、载货海上航行和卸货过程中，所述环境控制系统进入常态模式：第二供气管路上的受控阀门打开，其它受控阀门关闭，氮气通过第二供气管路补充到绝缘空腔内，使绝缘空腔内的压力保持在设定范围内。
优选地，还包括一个干燥步骤：在液化气船入坞前，所述环境控制系统进入干燥模式：第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上的受控阀门打开，氮气发生器提供干燥空气，空气经第一供气管路进入货舱处所内，货舱处所内被置换的氮气经第一排气管路排放至外界大气中；空气经第二供气管路进入绝缘空腔，绝缘空腔内被置换的氮气经第二排气管路排放至外界大气中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。本发明设置了环境控制单元、氮气发生器、受控阀门和压力传感器等组成部分，在不同的操作模式下，可以对绝缘空腔和货舱处所等附属处所的气氛进行主动变换，对附属处所的压力等参数进行监测和精准控制，以保证液货舱及附属处所的安全，能够实现高效、快捷的货物操作。
附图说明
图1是采用本发明环境控制系统的B型液货舱的结构示意图。
图2是本发明B型液货舱附属处所的环境控制系统的示意图。
图3是本发明环境控制系统在惰化或干燥模式下的状态示意图。
图4是本发明环境控制系统在预冷模式下的状态示意图。
图5是本发明环境控制系统在常态模式下的状态示意图。
其中：
1、船体 10、货舱处所 11、主屏蔽 12、绝缘空腔
13、绝缘层 14、次屏蔽 15、压力释放舱口盖 20、氮气发生器
21、第一供气管路 22、第二供气管路 23、第三供气管路 31、第一排气管路
32、第二排气管路 33、平衡支管 34、导压管 40、环境控制单元
41-43、压力传感器 100-110、阀门 221、流量计 231、流量计
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅为了便于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2所示，在液化气船的船体1内部设有空腔，构成货舱处所10，B型液货舱设置在货舱处所10内。B型液货舱包括主屏蔽11和位于主屏蔽外面的绝缘层13，在主屏蔽11和绝缘层13之间设有绝缘空腔12。在绝缘层13的外面可能还会设置次屏蔽14，次屏蔽14可以是用于收集泄漏液货的集液容器，次屏蔽14设置在B型液货舱的底部，并位于货舱处所10内。上述绝缘空腔12、货舱处所10(包括其中的次屏蔽14)等构成B型液货舱的附属处所。附属处所内的气体压力需要维持在一个合适的范围内，因此需要对附属处所的压力进行控制，比如将货舱处所10的工作压力控制在500mmAq左右，绝缘空腔12的工作压力控制在520mmAq左右。
本发明一种B型液货舱附属处所的环境控制系统包括环境控制单元40、压力传感器、受控阀门和氮气发生器20等，氮气发生器20与环境控制单元40信号连接，可以在环境控制单元40的控制下变换工作状态。
在氮气发生器20和货舱处所10之间连接有第一供气管路21，用于将气体输入货舱处所10；在氮气发生器20和绝缘空腔12之间连接有第二供气管路22，用于将气体输入绝缘空腔12；在货舱处所10和外界大气之间连接有第一排气管路31，用于将气体排出货舱处所10；在绝缘空腔12和外界大气之间连接第二排气管路32，用于将气体排出绝缘空腔12。在第一供气管路21上设有受控阀门108；在第二供气管路22上设有受控阀门100，第二供气管路22上还可以设置一个常开的手动阀101和一个流量计221；在第一排气管路31上设有受控阀门107；在第二排气管路32上设有受控阀门104；各受控阀门均与环境控制单元40信号连接，并能在环境控制单元40的控制下打开或关闭。
在货舱处所10内设有压力传感器41，在绝缘空腔12内设有压力传感器42，还可以在外界大气中设置压力传感器43；各压力传感器均与环境控制单元40信号连接，并将采集到的气体压力信号传输到环境控制单元40。
在本发明的一个优选实施例中，还设置了第三供气管路23，第三供气管路23也连接在氮气发生器20和货舱处所10之间，用于将气体输入货舱处所10；第三供气管路23上也设有受控阀门102，受控阀门102也与环境控制单元40信号连接，第三供气管路23上还可以设置一个常开的手动阀103和一个流量计231。
上述流量计221、231均与环境控制单元40信号连接，可以将采集到的气体流量信号传输到环境控制单元40。
上述环境控制单元40、压力传感器和各受控阀构成了主动式压力控制系统，可以实时地监测附属处所的气体压力，并能进行精确地控制。
本发明也可以包括被动式压力控制系统，本实施例在货舱处所10的顶部设有压力释放舱口盖15，当货舱处所10内的气体压力高于设定值(比如2500mmAq)时，压力释放舱口盖15可以打开，将部分气体释放到外界大气中，保持货舱处所10内的气体压力在安全范围内；在货舱处所的顶部还可以设置压力真空阀106，当货舱处所内部压力/真空度达到设定值(比如800/-700mmAq)时，压力真空阀打开，避免货舱处所的结构损坏。另外，本优选实施例在第二排气管路32上还连接有平衡支管33，平衡支管33上设有压差式排放阀105，压差式排放阀105的导压管34与货舱处所10相连通，这样，当绝缘空腔12与货舱处所10的压差高于设定值(比如20mmAq)时，压差式排放阀105会自动打开，使绝缘空腔12内的气体泄放到货舱处所10内，从而保证绝缘层13内外的压力平衡和绝缘层13的安全。
在本实施例中，第二供气管路22和第三供气管路23通过一个受控的流量阀110与氮气发生器20相连接，通过调节流量阀110，可以控制供给第二供气管路22或第三供气管路23的气体流量。第一供气管路21和第一排气管路31之间连接有手动阀109，手动阀109一般处于关闭状态，如果将手动阀109打开，第一供气管路21将被短路(直接排放大气)。
下面介绍上述环境控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，如图3所示：所述B型液货舱在装货前，环境控制系统先进入惰化模式：第一供气管路21上的受控阀门108、第二供气管路22上的受控阀门100、第一排气管路31上的受控阀门107和第二排气管路32上的受控阀门104打开，在图3、图4、图5中带有箭头的阀门表示处于打开状态，其余阀门处于关闭状态。氮气发生器20高负荷运行，氮气发生器20提供的氮气经第一供气管路21进入货舱处所10内，由第一供气管路21通入的大流量氮气可以对货舱处所10进行快速的氮气吹扫和惰化，货舱处所10内被置换的空气经第一排气管路31排放至外界大气中；氮气发生器20提供的氮气经第二供气管路22进入绝缘空腔12，绝缘空腔12内被置换的空气经第二排气管路32排放至外界大气中。在惰化过程中，可以通过设在货舱处所10和绝缘空腔12内的压力传感器41、42来监测相应处所内的压力并进行压力控制，如绝缘空腔12内压力可以通过调节流量阀110的开度来控制，而货舱处所10内的压力可以通过受控阀门108以及氮气发生器的工作负荷来实现调节。
步骤二、B型液货舱在大量装入液货前，需要先喷入少量液货进行预冷。在预冷操作时，所述环境控制系统进入预冷模式：如图4所示，第一供气管路21上的受控阀门108、第二供气管路22上的受控阀门100、第一排气管路31上的受控阀门107和第二排气管路32上的受控阀门104开始处于关闭状态。随着预冷过程的进行，B型液货舱被逐步冷却到低温并发生收缩，货舱处所10内的气相容积变大，气压下降。若货舱处所10与绝缘空腔12内的压差达到设定值时(比如50mmAq)时，环境控制单元40可以控制氮气发生器20低负荷运行，并将第三供气管路23上的受控阀门102打开，氮气通过第三供气管路23补充到货舱处所10内，维持货舱处所10内的气压在正常范围内。在此过程中，环境控制单元40可以根据第三供气管路23上设置的流量计231提供的流量信息来判断货舱处所10的气密情况，如流量值大于某一合理值(比如50Nm3/h)时，即可判定货舱处所10有泄漏。
在本发明的优选方案中，第二排气管路32上还连接有平衡支管33，平衡支管33上设有压差式排放阀105，所述压差式排放阀105的导压管34与货舱处所相连通。在上述步骤二的预冷模式下，如果货舱处所10与绝缘空腔12内的压差先达到一个更小的设定值(如20mmAq)时，则所述压差式排放阀105自动打开，先将绝缘空腔12内的部分气体排放到货舱处所10内，保持货舱处所10与绝缘空腔12内的压力平衡。
在完成上述过程后，本发明还可以对B型液货舱附属处所的环境继续进行控制，即还可以包括步骤三：在后续装货、载货海上航行和卸货过程中，所述环境控制系统进入常态模式：如图5所示，由于绝缘空腔12内一般均设置有抽气式气体探测系统，所以在航行过程中其内部压力会不断降低。因此，在常态模式下，环境控制单元40将第二供气管路22上的受控阀门100打开，使第二供气管路22畅通，其它受控阀门关闭，使其它供气管路和排气管路断开。氮气发生器20低负荷运行，低流量的氮气通过第二供气管路22补充到绝缘空腔12内，使绝缘空腔12内的压力保持在设定范围内。在此过程中，环境控制单元40可以根据第二供气管路22上的流量计221提供的流量信息来判断绝缘空腔12的气密情况，如流量值大于某一合理值(如10Nm3/h)时，即可判定绝缘空腔12有泄漏。
另外，本发明的控制方法还可以包括一个干燥步骤：在液化气船入坞前，B型液货舱附属处所需要进行换气，即用空气置换其内的氮气，所述环境控制系统进入干燥模式：在干燥模式下，氮气发生器20提供的是干燥空气，不再是氮气，其它各管路及其阀门的状态均与惰化模式相同。可参照图3，第一供气管路21上的受控阀门108、第二供气管路22上的受控阀门100、第一排气管路31上的受控阀门107和第二排气管路32上的受控阀门104打开，其余阀门处于关闭状态。氮气发生器20高负荷运行，氮气发生器20提供的空气经第一供气管路21进入货舱处所10内，货舱处所10内被置换的氮气经第一排气管路31排放至外界大气中；氮气发生器20提供的空气经第二供气管路22进入绝缘空腔12，绝缘空腔12内被置换的氮气经第二排气管路32排放至外界大气中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种B型液货舱附属处所的环境控制系统，所述B型液货舱设置在液化气船的货舱处所(10)内，所述B型液货舱包括主屏蔽(11)和位于主屏蔽外面的绝缘层(13)，在主屏蔽(11)和绝缘层(13)之间设有绝缘空腔(12)，其特征在于，所述环境控制系统包括以下部分：
环境控制单元(40)；
氮气发生器(20)；
第一供气管路(21)，连接在所述氮气发生器(20)和货舱处所(10)之间，用于将气体输入货舱处所(10)；
第二供气管路(22)，连接在所述氮气发生器(20)和绝缘空腔(12)之间，用于将气体输入绝缘空腔(12)；
第一排气管路(31)，连接在所述货舱处所(10)和外界大气之间，用于将气体排出货舱处所(10)；
第二排气管路(32)，连接在所述绝缘空腔(12)和外界大气之间，用于将气体排出绝缘空腔(12)；
所述第一供气管路(21)、第二供气管路(22)、第一排气管路(31)和第二排气管路(32)上各设有受控阀门；
所述货舱处所(10)和绝缘空腔(12)内各设有压力传感器；
所述氮气发生器(20)、受控阀门和压力传感器均与环境控制单元(40)信号连接。
2.根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，还包括第三供气管路(23)，第三供气管路(23)也连接在氮气发生器(20)和货舱处所(10)之间，用于将气体输入货舱处所(10)；第三供气管路(23)上也设有受控阀门，所述受控阀门与环境控制单元(40)信号连接。
3.根据权利要求2所述的环境控制系统，其特征在于，所述第二供气管路(22)和第三供气管路(23)上还设有流量计，所述流量计与环境控制单元(40)信号连接。
4.根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述第二排气管路(32)上还连接有平衡支管(33)，平衡支管(33)上设有压差式排放阀(105)，所述压差式排放阀(105)的导压管(34)与货舱处所(10)相连通。
5.根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述货舱处所(10)的顶部设有压力释放舱口盖(15)。
6.根据权利要求1所述的环境控制系统，其特征在于，所述货舱处所(10)的顶部设有压力真空阀(106)。
7.一种权利要求2所述环境控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
一：在装货前，所述环境控制系统进入惰化模式：第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上的受控阀门打开，氮气发生器提供的氮气经第一供气管路进入货舱处所，货舱处所内被置换的空气经第一排气管路排放至外界大气中；氮气发生器提供的氮气经第二供气管路进入绝缘空腔，绝缘空腔内被置换的空气经第二排气管路排放至外界大气中；
二：在预冷操作时，所述环境控制系统进入预冷模式：第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上的受控阀门关闭，随着B型液货舱预冷收缩，货舱处所内的气压下降，若货舱处所与绝缘空腔内的压差达到设定值时，则第三供气管路上的受控阀门打开，氮气通过第三供气管路补充到货舱处所内。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第二排气管路上还连接有平衡支管，平衡支管上设有压差式排放阀，所述压差式排放阀的导压管与货舱处所相连通，在预冷模式下，若货舱处所与绝缘空腔内的压差先达到一个更小的设定值时，则所述压差式排放阀自动打开，先将绝缘空腔内的部分气体排放到货舱处所内，保持货舱处所与绝缘空腔内的压力平衡。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤三：在后续装货、载货海上航行和卸货过程中，所述环境控制系统进入常态模式：第二供气管路上的受控阀门打开，其它受控阀门关闭，氮气通过第二供气管路补充到绝缘空腔内，使绝缘空腔内的压力保持在设定范围内。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括一个干燥步骤：在液化气船入坞前，所述环境控制系统进入干燥模式：第一供气管路、第二供气管路、第一排气管路和第二排气管路上的受控阀门打开，氮气发生器提供干燥空气，空气经第一供气管路进入货舱处所内，货舱处所内被置换的氮气经第一排气管路排放至外界大气中；空气经第二供气管路进入绝缘空腔，绝缘空腔内被置换的氮气经第二排气管路排放至外界大气中。
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