CN113329939A - 船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管。该输送管包括：内管，形成用于液化天然气移动的流路；绝热部，形成为围绕所述内管的外周面；外管，围绕所述绝热部，并使所述绝热部的外周面和所述外管的内周面隔开预定的间隔以形成气隙；以及间隔维持机构，设置在所述绝热部与所述外管之间，以将所述绝热部的外周面和所述外管的内周面隔开并维持间隔，其中，在所述绝热部中，具有中空部的独立的单位绝热部件在内管的外周面上沿着内管的半径方向层叠且沿着内管的长度方向层叠，并且单位绝热部件连续地接合，从而在层叠的单位绝热部件之间形成独立的紧密气隙。
Description
技术领域
本发明涉及液化天然气输送管，更详细地，涉及能够减少液化天然气的泄漏、根据温度的压力变化、以及从外部施加的冲击引起的破损等的液化天然气输送管。
背景技术
随着工业的高度发展，煤炭、石油等的使用减少，被称为清洁燃料的液化石油气(LPG：liquefied petroleum gas)和液化天然气(LNG：liquefied natural gas)的使用急剧增加。这种LNG是利用煤气供给管以及用于对通过煤气供给管供给的煤气进行控制的控制系统来从煤气输入港供给到各工业园区和地区。
与此相关地，随着液化天然气作为能源的使用增加，正在探索能够将液化天然气从生产基地大量地运输到需求地接收处的有效的运输方案，并且对能够进行海上运输的液化天然气运输船的需求也在增加。
特别地，液化天然气运输船将液化天然气以极低温状态储存在储罐(通常称为货舱)中并进行运输，而在运输过程中，由于外部的热侵入而发生液化天然气的气化现象，从而使大量的煤气气化。
这种气化煤气被称为蒸发器(BOG：boil-off gas)，当气化煤气的压力升高时，罐体破损的危险增加，因此，将这种气化煤气用作推进船舶的燃料。
上述使用BOG的发动机主要使用ME-GI发动机，ME-GI发动机将BOG压缩为高压(通常为150～300BAR)并在主机中燃烧BOG。由于供给燃料煤气的管道处于高压，因此上述ME-GI发动机必须要有针对泄漏等事故的安全装置。
BOG从设置在货舱机械室(Cargo machinery room)内的高压燃料煤气供给装置输送到用于燃料煤气控制的煤气控制装置(Gas valve unit room)，并供给到设置在船舶的机舱内的船舶发动机，在这种情况下，在设置于从高压燃料煤气供给装置到煤气控制装置之间的室外的煤气供给管上设置用于感测泄漏的装置。
如上所述的用于压缩并输送液化天然气运输船的BOG煤气或用于输送各种工业设施中的高压煤气的液化煤气输送管，通常使用双重管。
第1998-066598号韩国实用新型公开中公开了双重结构的煤气供给管，且第2010-0060764号韩国专利公开中公开了LNG船舶的高压燃料供给管。
所公开的燃料供给管包括：高压燃料经过的内部管、围绕所述内部管的外表面的外部管、连接到船舶的氮气供给装置以向所述内部管与外部管之间的中空部供给氮气的氮气供给管。
在所公开的燃料供给管中，虽然向内部管与外部管之间供给氮气，但是由于不具有能够维持它们之间的间隔的机构，因此在弯曲时难以维持间隔，而且当外部管由于从外部施加的冲击而变形时，其冲击力原样传递到内部管。
此外，在内部管被外部管围绕的情况下，在夏季暴露于外部的外部管被加热，使得内部管的温度急剧上升，进而输送液化天然气的内部管的压力急剧上升。
第10-0850833号韩国专利注册中公开了具有燃料煤气供给管的燃料供给装置(FGSS：fuel gas supplying system)，且第2016-0026413号韩国专利公开中公开了双重燃料发动机的双重管结构的煤气供给管道。
此外，第2004-169741号日本公开专利中公开了绝热双重管的内管维持装置。关于所公开的内管维持装置，在内管的外表面上以薄的厚度包覆了绝热材料，并且内管维持装置具有围绕绝热材料的内管套以及设置在内管套的外周面的、由不锈钢材料制成的多个弹性翼片。内管维持装置所具有的结构弹性地支承因热膨胀或热收缩而沿着半径方向的发生变形的内管。
上述现有的内管维持装置，由于弹性翼片由不锈钢制成，而且内管和在内管中流动的煤气的荷重只沿着一个方向持续作用，因此荷重作用一侧的变形状态持续，从而难以使内管位于外管的中心。
此外，第20-0291614号韩国注册实用新型中公开了经绝热包覆的双重保温管。该双重保温管包括形成在内管的外周面上的绝热包覆层、在绝热包覆层上层叠的绝热材料、围绕绝热材料的外周面的夹紧部件、以预定的间隔设置在夹紧部件的外周面上的辊支承件，并且具有在绝热材料的外周面与外管之间设置有补充层的配置。在这种结构中，由于夹紧部件设置在相对薄的绝热层上，因此当诸如液化天然气的超低温(零下162°)流体在内管中流动时，冷气通过辊支承件传递到保温层的外部，从而破坏绝热。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，其目的在于提供船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管，该液化天然气输送管能够在输送液化天然气时使外部温度的影响最小化并且能够吸收从外部施加的冲击。
本发明的另一目的在于提供船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管，该液化天然气输送管能够将高压液化天然气输送到船舶发动机的燃料供给装置并且能够有效地感测液化天然气的泄漏。
本发明的又一目的在于提供船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管，其中，用于使内管绝热的绝热部具有由围绕内管的单位绝热部件层叠的结构，并且单位绝热部件设置成可相对移动，从而在内管与单位绝热部件之间形成独立的和被划分的阻断空间，以便能够防止煤气的泄漏，并且能够防止由于热膨胀量的差异而导致绝热被破坏。
为了达成上述目的的本发明的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管包括：内管，形成用于液化天然气移动的流路；绝热部，形成为围绕所述内管的外周面；外管，围绕所述绝热部，并使所述绝热部的外周面和所述外管的内周面隔开预定的间隔以形成气隙；以及间隔维持机构，设置在所述绝热部与所述外管之间，以将所述绝热部的外周面和所述外管的内周面隔开并维持间隔。
在所述绝热部中，具有中空部的独立的单位绝热部件在内管的外周面上沿着内管的半径方向层叠且沿着内管的长度方向层叠，并且单位绝热部件连续地接合，从而在层叠的单位绝热部件之间形成独立的紧密气隙，且各个单位绝热部件的材料由冷冻凝胶制成。
所述间隔维持机构围绕绝热部的外周面，并且包括：固定框架，由第一固定部件和第二固定部件结合而构成；以及支承部，以预定的间隔设置在所述固定框架的外周面上以使围绕所述内管的绝热部的外周面与外管的内周面之间维持一定的间隔。
根据本发明，所述支承部包括：口状部件，设置在构成固定框架的第一固定部件和第二固定部件的外周面上，并且沿着内管的半径方向形成有插入孔；以及引导支承部件，可滑动地支承在所述口状部件中并与外管的内周面接触。
此外，支承在所述口状部件的插入孔中并与所述外管的内周面接触的所述引导支承部件的端部形成为曲面以与外管的内周面点接触，从而能够在相对移动时减少摩擦力。
如上所述，根据本发明的液化天然气输送管，能够利用由被绝热材料围绕的内管以及外管构成的双重结构的管来移动高压的液化天然气，并且能够缓解外部冲击，从而有效地防止输送管的破损。
此外，在液化天然气输送管中，由于外管围绕着高压的液化天然气移动的内管的外侧，因此即使液化天然气从内管泄漏，也能够防止液化天然气排出到外管的外部，且由于在气隙中填充有惰性气体，因此能够防止因液化天然气的泄漏而发生的爆炸和火灾。
所述绝热部以由具有独立的中空部的管状的单位绝热部件层叠的结构形成，并且在层叠的单位绝热部件之间具有被划分的紧密气隙部，因此能够使绝热效果极大化，并且分段地阻断泄漏的煤气。
附图说明
图1是示出本发明的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管的立体图。
图2是部分地截取图1所示的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管而示出的分解立体图。
图3是示出由绝热部围绕的内管通过图2所示的间隔维持机构被外管支承的状态的剖视图。
图4是示出设置在内管的外周面上的、构成绝热部的单位绝热部件与内管之间的伸缩关系的剖视图。
具体实施方式
根据本发明的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管可适用于液化天然气从以液化天然气为燃料的LNG运输船的储罐向船舶发动机移动的所有路径或部分路径，并且可适用于在各种工业设施、危险区域中的液化天然气的输送。
图1至图3示出了根据本发明的实施例的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管。
参照附图，船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管10用于将液化天然气从LNG燃料运输用船舶的LNG燃料储罐输送到船舶发动机，其包括：内管11，形成液化天然气移动的流路；绝热部20，形成为围绕内管11的外周面；外管15，与绝热部20的外周面隔开预定的间隔并围绕绝热部20；以及间隔维持机构30，将设置在内管11的绝热部20相对于外管15隔开，从而在绝热部20与外管15之间形成气隙14。
内管11的内部形成流路，使得液化天然气沿着流路流动。这种内管11可以使用通常的LNG管。在上述内管11的一侧端部处设置有用于控制流经内管11的液化天然气的第一控制阀13。此外，上述内管11可以由金属管制成，优选地，内管11由不锈钢材料制成。
绝热部20由具有中空部的独立的单位绝热部件21～24以多层形式围绕内管11的外周面的结构形成。为此，各个单位绝热部件21～24的中空部的直径可以彼此不同。为此，各个单位绝热部件21～24的中空部的直径从内管11的外周面沿着半径方向越往外侧越大，优选地，单位绝热部件21～24的厚度均匀。
通过上述的单位绝热部件21～24使内管11绝热为目的的施工可以如下进行：在内管11的外周面上设置一个单位绝热部件21，可将沿着长度方向剪切的两个端部在其围绕内管11的外周面的状态下接合。然后，以相同的方式，在围绕内管11的单位绝热部件21的外周面上重复进行另一个单位绝热部件22的施工。此时，围绕上述内管11的单位绝热部件21～24的接合部21a～24a优选不彼此重叠且沿着圆周方向错开，且各个单位绝热部件21～24的长度方向的接合部(未示出)也优选位于不同的位置。
在这种结构的绝热部20中，在单位绝热部件21～24之间沿着半径方向形成独立的紧密气隙部26。由于这种紧密气隙部26沿着内管11的长度方向形成，因此形成能够独立地阻断从内管11泄漏的煤气的空间。
同时，在绝热部20中，具有中空部的独立的单位绝热部件在内管11的外周面上沿着半径方向层叠，并且层叠的单位绝热部件沿着内管11的长度方向连续地连接，从而在层叠的单位绝热部件之间沿着绝热部件的圆周方向形成独立的紧密气隙部26。这里，绝热部优选使用其每单位长度的热膨胀系数小于上述内管11的热膨胀系数的材质。
构成绝热部20的单位绝热部件优选使用二氧化硅气凝胶(silica aerogel)。更详细地，上述单位绝热部件可以由40～50％的甲基硅烷化二氧化硅、10～20％的聚对苯二甲酸乙二酯(PET或聚酯)、10～20％的玻璃纤维(织物等级)、1～5％的氢氧化镁、0～5％的铝组成。
上述单位绝热部件21～24优选使用由阿斯彭气凝胶公司(Aspen Aerogels.Inc.)生产的冷冻凝胶(cryogel)或热凝胶(pyrogel)。
上述外管15将围绕内管11的绝热部的外周面围绕成与其隔开预定的间隔，并且可以由金属管、即不锈钢材料或不锈钢合金制成，且可以由沿着内管11的轨迹具有预定的角度的弯头以及直管部构成。此外，在上述外管15上设置有第二控制阀16，第二控制阀16用于控制上述绝热部20的外周面与外管15的内周面隔开的空间中的煤气的排出。在外管15上，在当设置有绝热部20的内管11插入外管15时与内管11的连接部位对应的位置处形成有开口部18，并且外管15具有在内管11的连接完成之后密封开口部18的密封部件17。优选地，通过焊接来实现用于遮挡上述外管15的上述开口部18的密封部件17与外管15的结合(接合)。
上述外管15的直径大于绝热部20的外径。由此，在外管15的内周面与绝热部20之间形成空的空间、即气隙14。气隙14起到保护内管11免受外部冲击的作用，并且在内管11损伤时阻断泄漏的煤气使其不泄漏到外部。气隙14中可以填充有诸如氮气、氩气的惰性气体。此外，可以在外管15上设置压力传感器、利用光纤的传感器等以感测煤气的泄漏，特别地，可以设置光纤格栅传感器以测量作用于外管的应力。
此外，上述间隔维持机构30结合到绝热部20的外周面，以使绝热部20的外周面与外管15的内周面之间维持一定的间隔。这种间隔维持机构30包括由半圆形的第一固定部件31和第二固定部件32通过结合部件33彼此结合而构成的固定框架34，使得间隔维持机构30固定到绝热部的外周面。此外，在构成上述固定框架的第一固定部件31和第二固定部件32的外周面上设置有支承部36，支承部36将绝热部20的外周面与外管15的内周面之间的间隔维持在预定的间隔，并且用于在沿着外管15的中空部插入设置有绝热部20的内管15时减少与外管15的内周面的摩擦。
上述支承部36相对于第一固定部件31和第二固定部件32中心以预定的间隔设置在第一固定部件31和第二固定部件32的外周面上。优选地，上述支承部36相对于第一固定部件31和第二固定部件32的中心以120度的间隔设置。
上述支承部36设置在构成固定框架34的第一固定部件31和第二固定部件32的外周面上，并且设置有沿着内管11的半径方向形成有插入孔36a的口状部件36b，与外管15的内周面接触的引导支承部件36c沿着半径方向可滑动地设置在该口状部件36b中。
此外，支撑在上述口状部件36b的插入孔36a中并与上述外管15的内周面接触的引导支承部件36c的端部形成为曲面或尽可能小的截面面积，以便与外管15的内周面点接触。这是为了当引导支承部件36c的端部沿着外管15的内周面移动时使摩擦力最小化。上述引导支承部件36c可以由诸如特氟隆(teflon)的软金属材料、合成树脂或橡胶材料制成。上述支承部36的口状部件36b可与固定框架34一体地形成。此外，尽管未在附图中示出，但是在上述口状部件36b的内部可设置有用于向外侧方向弹性挤压引导支承部件36c的弹性弹簧。
如上所述构成的根据本发明的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管将液化天然气从设置在LNG运输船的液化天然气储罐供给到运输船的船舶发动机，在该液化天然气输送管中，被绝热部20围绕的内管11又被外管15围绕，因此可以防止内管11因外部冲击而受损。此外，当煤气从内管11泄漏时，由于外管15围绕内管11，从而防止煤气泄漏到外部。这样能够排除火灾或爆炸的危险，并且可以防止船体的底面因煤气流出而被快速冷却，从而导致集中应力而损坏船体。
此外，在输送极低温的液化天然气的输送管中，构成绝热部20的单位绝热部件21～24沿着半径方向层叠设置以实现内管11的绝热，因此可以从根本上防止冷点(coldspot)的产生。当特定部分的绝热被破坏而产生冷点时，可以防止霜花从该部分持续地生长，并且可以防止冷点处因发生应力集中而被外部冲击损坏。
特别地，围绕内管11的绝热部20由具有独立的中空部的单位绝热部件21～24在内管11的外周面上重叠而构成，从而在单位绝热部件21～24之间形成紧密气隙部26。因此，当液化天然气从内管11泄漏时，单位绝热部件21-24分段地阻断液化天然气。
如图4所示，在内管11内部流动的液化天然气的温度在零下150°以上，此时内管11被冷却并收缩。然而，因为由不锈钢材料制成的内管11的膨胀系数相对地大于由冷冻凝胶制成的绝热部件的热膨胀系数，所以可以防止构成绝热部20的单位绝热部件21～24整体上急剧地收缩。因此，可以防止如在现有技术中围绕内管11的绝热部中产生裂纹而产生冷点。特别地，因为使内管11绝热的单位绝热部件21～24具有独立的中空部并且层叠在内管11的外周面上，所以它们被内管11的冷气冷却的温度彼此不同。因此，与内管11接触的单位绝热部件21和围绕单位绝热部件21的单位绝热部件22的热膨胀量彼此不同，并且在它们之间发生滑动，从而可以防止由于热膨胀量的差异而导致绝热部20损坏。
此外，在内管11被绝热的状态下，因为由冷冻凝胶构成的绝热部因内管11的冷却而产生的收缩量不大，所以不需要如在现有技术中在绝热部设置用于吸收额外的收缩量或吸收温度上升引起的膨胀量的、用来收缩膨胀的接头。即使靠近内管一侧的单位绝热部件21收缩，位于外侧的单位绝热部件24也因温度变化被最小化而不发生收缩。
根据本发明的实验结果，如图4所示，在由不锈钢制成的内管11的情况下，在从零下150°至零上50°范围内的收缩量A为3.3mm/m，由冷冻凝胶制成并且与内管11接触的单位绝热部件21的收缩量B为2.4mm/m。因此，即使内管11伸缩，也因单位绝热部件的伸缩量相对较小而可以从根本上防止绝热部由于单位绝热部件的伸缩而受损。
此外，由于上述间隔维持机构30围绕绝热部20的外周面，并且完全不与内管11物理接触，因此能够使绝热材料的损伤最小化。
此外，在间隔维持机构30的、以预定的间隔设置在绝热部20的外周面上的支承部36中，引导支承部件36c可滑动地设置在设置于固定框架34的口状部件36b中，因此引导支承部件36c可以在沿着外管15的内周面移动时，在长度方向上平滑地移动，并且可以支承位于外管15的中心的、被绝热部20绝热的内管11。特别地，由于通过间隔维持机构30在绝热部的外周面与外管的内周面之间维持一定的气隙，因此可以防止从外部传递的热量集中在特定的区域，并且可以在阻断泄漏的煤气的同时，形成用于排出泄漏的煤气的流动通道。
以上，参照实施例对本发明进行了说明，但这只是示例性的，本领域普通技术人员将理解，由此可以实现各种变形及等同的实施例。
Claims (3)
1.船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管，其特征在于，包括：
内管，形成用于液化天然气移动的流路；
绝热部，形成为围绕所述内管的外周面；
外管，围绕所述绝热部，并使所述绝热部的外周面和所述外管的内周面隔开预定的间隔以形成气隙；以及
间隔维持机构，将所述绝热部的外周面和所述外管的内周面隔开并维持间隔，
其中，所述绝热部由具有中空部的独立的单位绝热部件在所述内管的外周面上沿着所述内管的半径方向层叠而构成，各个所述单位绝热部件的所述中空部的直径从所述内管的外周面沿着半径方向越往外侧越大，使得由于所述内管的冷却而产生的各个所述单位绝热部件的热膨胀量不同，从而使所述单位绝热部件之间发生滑动，
所述间隔维持机构围绕所述绝热部的外周面，并且包括：
固定框架，由第一固定部件和第二固定部件结合而构成；以及
支承部，以预定的间隔设置在所述固定框架的外周面上以使围绕所述内管的所述绝热部的外周面与所述外管的内周面之间维持一定的间隔，
所述支承部包括：
口状部件，设置在构成所述固定框架的所述第一固定部件和所述第二固定部件的外周面上，并且沿着所述内管的半径方向形成有插入孔；以及
引导支承部件，可滑动地支承在所述口状部件中并与所述外管的内周面接触。
2.根据权利要求1所述的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管，其特征在于，
支承在所述口状部件的所述插入孔中并与所述外管的内周面接触的所述引导支承部件的端部形成为曲面以与所述外管的内周面点接触，从而能够在相对移动时减少摩擦力。
3.根据权利要求1所述的船舶发动机燃料供给用液化天然气输送管，其特征在于，
各个所述单位绝热部件的材料由二氧化硅气凝胶制成。
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