CN113883416A - 一种低闪点燃料多用户组合供气单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低闪点燃料多用户组合供气单元，属于船舶能源利用技术领域。包括气密阀箱、燃气管路、氮气吹除系统、控制系统和负压通风保护系统；气密阀箱中设有燃气管路和与燃气管路连通的氮气吹除系统；气密阀箱上设有负压通风保护系统；控制系统分别和燃气管路、氮气吹除系统和负压通风保护系统连接；燃气管路设为多个；每个燃气管路在气密阀箱上分别设有燃气进口和燃气出口；气密阀箱中的每个燃气管路上分别设有应急切断燃气阀。通过本发明提供了一种集燃气供给管路应急切断、氮气吹扫及可燃气体探测于一体的泄漏检测、阀组响应、抽风保护功能的隔离装置，有利于船舶供气系统的安全性与操作灵活性。

Description

一种低闪点燃料多用户组合供气单元

技术领域

本发明涉及一种低闪点燃料多用户组合供气单元，属于船舶能源利用技术领域。

背景技术

为了完全满足2020年全球限硫(不得使用硫含量超过0.5％的燃料)的规定，也为了完全符合《巴黎协定》关于气候变化所提出的相关目标以及IMO关于如何减少温室气体排放的规定，越来越多的船舶已使用LNG作为燃料。使用LNG作为燃料相较于传统的使用重油作为燃料，能够使船舶减少25％的二氧化碳排放量，减少99％的硫排放，减少99％的细小颗粒排放，以及减少85％的氮氧化物排放，也将在EEDI的表现上提高20％。此外IMO于2018年4月通过的航运业减排初步战略致力于到2030年，船舶每一运输单位的二氧化碳排放量较2008年减少40％，到2050年减少70％。同时，到2050年总排放量较2008年减少50％，并将逐步朝着零碳目标迈进。LNG作为一种清洁能源被视作为理想的绿色过渡能源将会得到越来越广泛的应用。然而，使用LNG作为一种低闪点的燃料对于船舶的安全性设计提出了更加苛刻的要求。为此2015年6月国际海事组织海上安全委员会第95届会议审议通过了《使用气体或低闪点燃料船舶安全国际规则》(IGF规则)。它是一部基于目标和风险的规则，包括船舶设计、建造和操作过程中使用低闪点燃料的目标和功能要求。IGF规则的通过，使得国际上液化天然气(LNG)动力船舶的设计、建造和运营获得一个明确的可供遵循的规则，推动LNG动力船舶的发展迈向一个新的台阶。

如何防止燃气管道的泄漏是一个在设计阶段中就需要重点考虑的安全性问题。IGF中规定在船舶的围蔽处所等安全区域燃气管道可采用双壁管的形式，以防止燃气泄露至安全区域。同时为双壁管配置抽风机，抽离双壁管内外壁之间因意外泄漏的燃气。此外，在意外紧急停机时，应急切断阀紧急切断燃气管路，氮气系统需要对部分燃气管路进行吹扫，以确保管路中没有残余燃气，避免产生泄露的风险。控制燃气供应的应急切断阀应尽量靠近机舱用户。通常机舱以及相邻的处所均为安全区域，但如果某个区域布置了应急切断阀，那么该区域将会变更为I类危险区域，区域内的所有设备均要满足更高的要求。而且机舱内有多个燃气用户，比如主机、发电机组、锅炉等，必须为每个用户设置单独的应急切断阀以及相应的氮气吹扫系统。如果控制阀相对分散，将会对操作管理带来不便，也会带来更大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是为解决如何安全使用燃气，防止燃气管道的泄漏的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种低闪点燃料多用户组合供气单元，燃料通过供气单元连接至机舱各燃气用户，包括气密阀箱、燃气管路、氮气吹除系统、控制系统和负压通风保护系统；气密阀箱中设有燃气管路和与燃气管路连通的氮气吹除系统；气密阀箱上设有负压通风保护系统；控制系统分别和燃气管路、氮气吹除系统和负压通风保护系统连接；所述燃气管路设为多个；每个燃气管路在气密阀箱上分别设有燃气进口和燃气出口；气密阀箱中的每个燃气管路上分别设有应急切断燃气阀。

优选地，所述控制系统包括控制氮气吹除系统的电磁阀组和电磁阀控制箱、控制应急切断燃气阀的遥控阀控制箱和控制负压通风保护系统的风机控制箱。

优选地，所述氮气吹除系统包括氮气进口、氮气吹扫阀、释放阀、泄放阀、止回阀和释放出口；气密阀箱的箱体上设有氮气进口和释放出口；氮气进口和释放出口之间依次设有氮气吹扫阀、止回阀和释放阀；止回阀和释放阀之间与燃气管路共用管路；止回阀和释放阀之间的燃气管路上设有应急切断燃气阀；氮气吹扫阀与止回阀之间设有泄放阀。

优选地，靠近所述氮气进口的管路上设有氮气压力表。

优选地，所述电磁阀组包括控制空气进口、控制空气出口和多个电磁阀；控制空气进口通过电磁阀与控制空气出口连接；控制空气出口再分别与氮气吹扫阀、泄放阀和释放阀连接；多个电磁阀与电磁阀控制箱连接。

优选地，所述遥控阀控制箱与应急切断燃气阀之间设有用于开关应急切断燃气阀的液压单元。

优选地，所述负压通风保护系统包括罩壳通风出口、罩壳通风进口、防爆排气风机、排风口、进风口、气体探测装置和阀箱压力表；气密阀箱上设有罩壳通风出口和罩壳通风进口；罩壳通风进口与进风口连接，罩壳通风出口和排风口连接；罩壳通风出口和排风口之间设有防爆排气风机；气密阀箱上设有气体探测装置和阀箱压力表。

优选地，所述进风口与罩壳通风进口之间依次设有阻燃器和节流孔板。

优选地，所述防爆排气风机设有两个，防爆排气风机与排风口之间设有止回风闸；风机控制箱与防爆排气风机连接。

优选地，所述阀箱压力表上设有阀箱压力传感器，阀箱压力传感器与风机控制箱连接。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明针对现有技术中所存在的技术问题，用专用的设备替代了满足I类危险区域要求的房间，并且把多个用户的控制阀组集中管理，并整合了泄漏检测、阀组响应、抽风保护等功能，简化了人员的操作，优化了布置的空间，并提高了系统运行的安全性。同时单元内的应急切断阀与燃气处理间的主阀设置联动，两阀之间的燃气管路可以免于自动吹扫，减少了燃气系统再启动的时间，提升了效率。

附图说明

图1为本发明系统原理图；

图2为本发明阀箱的内部原理与接口图；

图3为本发明电磁阀组的内部原理与接口图；

图4为本发明正常供气的系统流程；

图5为本发明吹扫应急切断燃气主阀下游管路时的系统流程；

图6为本发明释放应急切断燃气主阀上游管路时的系统流程；

图7为本发明阀箱负压维持的的系统流程；

附图标记：1.阀箱；2.电磁阀组；3.防爆排气风机；4.止回风闸；5.排风口；6.进风口；7.阻燃器；8.节流孔板；9.电磁阀控制箱；10.遥控阀控制箱；11.液压单元；12.风机控制箱；13.应急切断燃气阀；14.氮气吹扫阀；15.释放阀；16.泄放阀；17.止回阀；18.氮气压力表；19.温度传感器；20.阀箱压力表；21.阀箱压力传感器；22.气体探测装置；23.气密阀箱罩壳；24.燃气进口；25.释放出口；26.燃气出口；27.罩壳通风进口；28.氮气进口；29.罩壳通风出口；30.控制空气接口；31.电磁阀；32.压力表；33.控制空气进口；34.控制空气出口；35.空气滤器。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-7所示，本发明所采取的技术方案是提供一种低闪点燃料多用户组合供气单元，燃料通过供气单元连接至机舱各燃气用户，包括气密阀箱1、燃气管路、氮气吹除系统、控制系统和负压通风保护系统；气密阀箱1中设有燃气管路和与燃气管路连通的氮气吹除系统；气密阀箱1上设有负压通风保护系统；控制系统分别和燃气管路、氮气吹除系统和负压通风保护系统连接；燃气管路设为多个；每个燃气管路在气密阀箱1上分别设有燃气进口24和燃气出口26；气密阀箱1中的每个燃气管路上分别设有应急切断燃气阀13。控制系统包括控制氮气吹除系统的电磁阀组2和电磁阀控制箱9、控制应急切断燃气阀13的遥控阀控制箱10和控制负压通风保护系统的风机控制箱12。氮气吹除系统包括氮气进口28、氮气吹扫阀14、释放阀15、泄放阀16、止回阀17和释放出口25；气密阀箱1的箱体上设有氮气进口28和释放出口25；氮气进口28和释放出口25之间依次设有氮气吹扫阀14、止回阀17和释放阀15；止回阀17和释放阀15之间与燃气管路共用管路；止回阀17和释放阀15之间的燃气管路上设有应急切断燃气阀13；氮气吹扫阀14与止回阀17之间设有泄放阀16。靠近氮气进口28的管路上设有氮气压力表18。电磁阀组2包括控制空气进口33、控制空气出口34和多个电磁阀31；控制空气进口33通过电磁阀31与控制空气出口34连接；控制空气出口34再分别与氮气吹扫阀14、泄放阀16和释放阀15连接；多个电磁阀31与电磁阀控制箱9连接。遥控阀控制箱10与应急切断燃气阀13之间设有用于开关应急切断燃气阀的液压单元11。负压通风保护系统包括罩壳通风出口29、罩壳通风进口27、防爆排气风机3、排风口5、进风口6、气体探测装置22和阀箱压力表20；气密阀箱1上设有罩壳通风出口29和罩壳通风进口27；罩壳通风进口27与进风口6连接，罩壳通风出口29和排风口5连接；罩壳通风出口29和排风口5之间设有防爆排气风机3；气密阀箱1上设有气体探测装置22和阀箱压力表20。进风口6与罩壳通风进口27之间依次设有阻燃器7和节流孔板8。防爆排气风机3设有两个，防爆排气风机3与排风口5之间设有止回风闸4；风机控制箱12与防爆排气风机3连接。阀箱压力表20上设有阀箱压力传感器21，阀箱压力传感器21与风机控制箱12连接。

针对现有技术中存在的问题，在燃气管路进机舱前设置一个专用房间，用于集中管理燃气处理间通向各机舱用户的燃气管，该区域按I类危险区域设计。房间内需要设置用于燃气管路的应急切断阀，氮气吹扫的吹扫阀，释放阀，以及可燃气体探测等设备。但IGF对于人员可进入的I类危险区域的处所，安全要求较高，通常需设置气锁以及独立的逃生通道，占用了大量的空间，不利于船舶的优化布置。

而本发明提供了一种集燃气供给管路应急切断、氮气吹扫及可燃气体探测于一体的泄漏检测、阀组响应、抽风保护功能的隔离装置，此装置命名为双燃料船舶机舱多用户供气保护组合单元。该装置可布置于双燃料船舶的机舱内或距离燃气用户较近的安全区域中，各燃气供给管路在进入机舱各用户之前，将先连接至此装置。此装置由各个末端燃气用户的管路应急切断阀，氮气系统的吹扫阀、释放阀、止回阀，可燃气体探测器等阀附件组成。外壳为一个气密负压保护罩壳，并连接着两个专用的抽风机，抽至船舶指定的露天排风区域，以确保任何燃气泄漏不会至机舱内部。

具体技术方案如下，该供气保护组合单元具有以下特征：

该单元包含数个进出口：主机、发电机组、锅炉的供气双壁管进口接口，以及各自上游的氮气的释放管出口；至主机、辅机、锅炉的供气双壁管的接出口，以及各自下游的氮气的吹扫管进口；至各个用户的内部管路相互独立，互不干扰，且各自管路上装有液压遥控应急切断阀13，氮气吹扫阀14、止回阀17以及遥控泄放阀16等。该组合单元内所有的遥控阀均为液压或气动控制。在单元外设一套电磁阀组2与燃气报警系统相关联，以用来控制各气动吹扫阀14的空气供给。单元内氮气吹扫的释放阀15与应急切断燃气主阀相关联，只有在应急切断燃气主阀执行关闭操作后，才能启动氮气吹除动作。该组合单元内安装有可燃气体探测装置22、压力传感器21、温度传感器19等附件。可燃气体探测装置22可实时监测单元内状态是否有气体泄露。燃气探测信号与燃气报警系统及燃气应急切断系统相连，保证在紧急情况下以最快速度切断燃气供给。该组合单元的外罩上留有与抽风机相连接的管路接口，两个互为备用且自动切换的抽风机为其罩壳提供负压。当可燃气体泄漏时，会被抽风机抽至特定的处所。该组合单元内的应急切断阀13以及联锁的外部燃气处理间主阀应急切断时，两阀之间的燃气管路可不执行氮气吹扫操作。

如图1-7所示，本发明提供一种低闪点燃料多用户组合供气单元，该组合供气单元包括一个气密阀箱罩壳23以及内部多个用户的应急切断阀13。由燃气处理间引出的燃气供应管首先穿过此气密阀箱1的壳体，经由应急切断燃气阀，然后再连接至机舱各燃气用户。

罩壳内的各燃气供应管分别安装一套氮气吹除系统，用来在应急切断阀13动作时，吹除燃气供应管内的可燃气体，保证燃气管在用户关闭状态时，没有泄露可燃气体至机舱的风险。

该保护单元内的阀组及附件不仅限于保护一个机舱燃气用户，而是同时保护一个或多个机舱燃气用户，如双燃料主机、副机及锅炉。

该装置可布置于机舱，也可布置于燃气用户距离较近的安全区域。

其中应急切断燃气阀均为液压驱动的遥控阀，并与燃气处理间对应用户的主阀相联锁，当触发应急切断的报警信号时，同个用户管路上的两个阀同时应急切断。

单个用户的应急切断燃气阀起作用时，不应影响其他的用户，仍然可以正常工作。

其氮气吹除系统包含一套吹除阀14、止回阀17以及释放阀15。其中吹除阀14及释放阀15均由阀箱外的电磁阀组2通过气动控制。

其中的氮气吹除阀14及释放阀15的控制信号由燃气处理系统提供，并与燃气主阀联锁；当主阀关闭时，吹除阀14及释放阀15才可以打开，并执行吹除操作。

当保护单元内的应急切断阀13关闭时以及联锁的燃气主阀关闭时，两阀之间的燃气管路可不执行吹扫操作。

其罩壳为气密的封闭单元，安装有一个用于检修的气密孔盖；管子通过气密的穿舱件穿过罩壳。两个互为备用且自动切换的抽风机为其罩壳提供负压，当可燃气体泄漏时，会被抽风机抽至特定的处所。抽风机的进出口均位于安全区域，但其开口均产生半径4.5米的危险区域。

罩壳内抽风出口处安装了可燃气体探测器，一旦气体泄露，会探测报警并触发相应的应急切断。罩壳内被认为是I类危险区域，其中电气元件均需满足防爆等级要求。

实施例

图1为本发明双燃料船舶机舱多用户供气组合保护单元的系统原理图；图2为本发明阀箱的内部原理与接口图；图3为本发明电磁阀组的内部原理与接口图；图4为本发明正常供气的系统流程；图5为本发明在吹扫应急切断燃气主阀下游管路时的系统流程；图6为本发明在释放应急切断燃气主阀上游管路时的系统流程；图7为本发明阀箱负压维持的的系统流程。

如图1所示，本实施例提供的双燃料船舶机舱多用户供气组合保护单元系统组成包括：阀箱1、电磁阀组2、防爆排气风机3、止回风闸4、排风口5、进风口6、阻燃器7、节流孔板8、电磁阀控制箱9、遥控阀控制箱10、液压单元11、风机控制箱12。

如图2所示，本实施例提供的阀箱组成包括：应急切断燃气阀13、氮气吹扫阀14、释放阀15、泄放阀16、止回阀17、氮气压力表18、温度传感器19、阀箱压力表20、阀箱压力传感器21、气体探测装置22、气密阀箱罩壳23、燃气进口24、释放出口25、燃气出口26、罩壳通风进口27、氮气进口28、罩壳通风出口29、控制空气接口30。

如图3所示，本实施例提供的电磁阀组包括：电磁阀31、压力表32、控制空气进口33、控制空气出口34、空气滤器35。

具体的，在双燃料船舶供气系统中，将阀箱1与电磁阀组2设置在机舱区域，燃气进口24连接上游气体燃料管路；阀箱1的燃气出口26连接至各用户的管路(主机，发电机组，锅炉等)；特别的，阀箱1的燃气出口26-2提供单个应急切断燃气阀13-2控制多个用户的方式；阀箱1的控制空气接口30与电磁阀组2的控制空气出口34连接；阀箱1的释放出口25连接独立透气管至开敞区域；阀箱1的罩壳通风进口27与开敞安全区域的进风口6连接；阀箱1的罩壳通风出口29与防爆排气风机3连接；阀箱1的氮气进口28与船舶氮气系统连接；电磁阀组2的控制空气进口33与船舶控制空气系统连接。

具体的，阀箱1的应急切断燃气阀13由遥控阀控制箱10、液压单元11、温度传感器19控制；阀箱1的氮气吹扫阀14、释放阀15、泄放阀16由电磁阀控制箱9，经由电磁阀组2控制；防爆排气风机3通过风机控制箱12、阀箱压力传感器21控制。

具体的，如图4所示，应急切断燃气阀13打开，氮气吹扫阀14、释放阀15、泄放阀16均保持关闭，阀箱1的上游燃气管路与下游燃气管路接通；

如图5所示，氮气吹扫阀14打开,应急切断燃气阀13、释放阀15、泄放阀16均保持关闭,使氮气对应急切断燃气阀13下游管段进行吹扫；

如图6所示，释放阀15打开,应急切断燃气主阀、氮气吹扫阀14、泄放阀16均保持关闭，对应急切断燃气阀13的上游管段的燃气通过自身压力及上游的吹扫氮气进行释放。

更加具体的，应急切断燃气阀13为失效关闭型，通过液压单元11维持液压压力打开，液压单元11或液压管失效时由内置弹簧关闭，自动切断燃气供应；氮气吹扫阀14、释放阀15为失效打开型，由内置弹簧保持阀门打开状态，电磁阀组2提供控制空气使其关闭，当电磁阀组2或控制空气系统失效时自动打开吹扫及释放上下游的燃气管路。

更加具体的，各路应急切断燃气阀13、氮气吹扫阀14、释放阀15、泄放阀16均可独立工作，不影响其它用户使用。

具体的，如图7所示阀箱1罩壳内部空气通过罩壳通风出口29、防爆排气风机3、止回风闸4、排风口5排出至大气，由进风口6、阻燃器7、节流孔板8、罩壳通风进口27吸入空气，在罩壳内部形成负压保护。

更加具体的，通过调节节流孔板8的流通面积，使阀箱1罩壳内部达到真空度要求约150mbar；当一台防爆排气风机3失效或阀箱压力传感器21检测到阀箱1罩壳内部压力升高报警时，自动通过风机控制箱12启动另一台风机，止回风闸4可保证两台防爆排气风机3可独立工作；气体探测装置22设置在罩壳通风出口29端，用来检测阀箱1内燃气管路是否存在泄露，当气体探测装置22检测到泄露报警时，输出信号至上游燃气供给系统，请求减少或切断燃气供应，保障安全。

本实施例提供的双燃料船舶机舱多用户供气组合保护单元，包括气密阀箱1、提供吹扫阀控制的电磁阀组2、由防爆排气风机3、止回风闸4、排风口5、进风口6、阻燃器7、节流孔板8、组成的负压通风保护系统，由电磁阀控制箱9、遥控阀控制箱10、液压单元11、风机控制箱12组成的控制系统。通过在供气端与机舱用户端之间设置气密阀箱1，实现了供气端与机舱用户端的切断功能、分段吹扫功能、燃气释放功能，解决了供气端与机舱用户燃气管路隔离与吹扫的问题，利于双燃料船舶供气系统的安全性与操作灵活性，利于船舶行业的发展。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种低闪点燃料多用户组合供气单元，燃料通过供气单元连接至机舱各燃气用户，其特征在于：包括气密阀箱、燃气管路、氮气吹除系统、控制系统和负压通风保护系统；气密阀箱中设有燃气管路和与燃气管路连通的氮气吹除系统；气密阀箱上设有负压通风保护系统；控制系统分别和燃气管路、氮气吹除系统和负压通风保护系统连接；所述燃气管路设为多个；每个燃气管路在气密阀箱上分别设有燃气进口和燃气出口；气密阀箱中的每个燃气管路上分别设有应急切断燃气阀。

2.如权利要求1所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述控制系统包括控制氮气吹除系统的电磁阀组和电磁阀控制箱、控制应急切断燃气阀的遥控阀控制箱和控制负压通风保护系统的风机控制箱。

3.如权利要求2所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述氮气吹除系统包括氮气进口、氮气吹扫阀、释放阀、泄放阀、止回阀和释放出口；气密阀箱的箱体上设有氮气进口和释放出口；氮气进口和释放出口之间依次设有氮气吹扫阀、止回阀和释放阀；止回阀和释放阀之间与燃气管路共用管路；止回阀和释放阀之间的燃气管路上设有应急切断燃气阀；氮气吹扫阀与止回阀之间设有泄放阀。

4.如权利要求3所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：靠近所述氮气进口的管路上设有氮气压力表。

5.如权利要求4所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述电磁阀组包括控制空气进口、控制空气出口和多个电磁阀；控制空气进口通过电磁阀与控制空气出口连接；控制空气出口再分别与氮气吹扫阀、泄放阀和释放阀连接；多个电磁阀与电磁阀控制箱连接。

6.如权利要求5所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述遥控阀控制箱与应急切断燃气阀之间设有用于开关应急切断燃气阀的液压单元。

7.如权利要求6所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述负压通风保护系统包括罩壳通风出口、罩壳通风进口、防爆排气风机、排风口、进风口、气体探测装置和阀箱压力表；气密阀箱上设有罩壳通风出口和罩壳通风进口；罩壳通风进口与进风口连接，罩壳通风出口和排风口连接；罩壳通风出口和排风口之间设有防爆排气风机；气密阀箱上设有气体探测装置和阀箱压力表。

8.如权利要求7所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述进风口与罩壳通风进口之间依次设有阻燃器和节流孔板。

9.如权利要求8所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述防爆排气风机设有两个，防爆排气风机与排风口之间设有止回风闸；风机控制箱与防爆排气风机连接。

10.如权利要求9所述的一种低闪点燃料多用户组合供气单元，其特征在于：所述阀箱压力表上设有阀箱压力传感器，阀箱压力传感器与风机控制箱连接。

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