CN113958875A - 一种船用高压燃气供给系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船用高压燃气供给系统及方法，属于燃料供给技术领域，解决了现有技术中存在的储罐内BOG生成量增多，储罐内压力增大，安全阀开启，燃气通过放空管排空导致燃料浪费的的问题，具有利用BOG压缩机将BOG加压至30MPa后供给高压燃气发动机使用的有益效果，一种船用高压燃气供给系统，包括设置在船上的加注模块，存储模块和燃料准备间，加注模块与存储模块相通，燃料准备间一端与存储模块连通，另一端通过燃气出气管分别连通锅炉、辅助发电机和高压燃气发动机，燃料准备间内部设有加压气化模块和BOG管理模块。

Description

一种船用高压燃气供给系统及方法
技术领域
本发明属于燃料供给技术领域，具体是涉及一种船用高压燃气供给系统及方法。
背景技术
随着全球排放法规的日益严苛，液化天然气(LNG：Liquefied Natural Gas)作为一种低排放的燃料越来越受到船东和船厂的青睐。目前，已有越来越多的船舶选用LNG作为船舶燃料。
LNG是天然气在-162℃下的液化状态，主要成分为甲烷(CH4)其具有低温，易挥发，易燃易爆等特点。其气态下体积为液态体积的600倍，LNG的重量仅为同体积水的45％左右，无色、无味、无毒且无腐蚀性，汽化后的爆炸极限为5％-15％。为安全起见，在任意状态时都应妥善隔绝LNG与空气的接触，LNG长时间存放在储罐内会由于吸热而产生大量蒸发气BOG。
在采用LNG作为船舶燃料时，船上的高压燃气发动机和辅助发电机都将采用双燃料柴油机，既可以使用传统的柴油作为燃料，也可以使用压缩液化天然气作为燃料。当使用LNG作为燃料时，需要先将LNG升压到柴油机所要求的压力，然后将其汽化为压缩天然气。LNG的存储、加压和汽化总称高压燃气供气系统。
发明人发现，高压燃气发动机所用的燃气压力高达30MPa，因此传统的设计采用将LNG加压后气化的方案获取所需压力的燃气，而BOG则被压缩到1.0MPa左右供给辅助发电机和锅炉使用。当储罐容积增大后，BOG生成量增多，辅助发电机和锅炉的消耗低于BOG的生成量，储罐内压力将会增大，压力增大到一定程度会导致安全阀开启，储罐内的燃气通过放空管排空，导致燃料浪费。另外，压力增大也会有损坏储罐的危险。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种船用高压燃气供给系统及方法，通过采用高压BOG压缩机，将BOG加压至30MPa后供给高压燃气发动机使用。由于高压燃气发动机的燃料消耗量远高于BOG的生成量，因此可以将储罐内的压力维持在一定合理的范围，且不会导致燃料排空浪费。
本发明实施例提供了一种船用高压燃气供给系统，包括设置在船上的加注模块，存储模块和燃料准备间，所述加注模块与存储模块相通，所述燃料准备间一端与存储模块连通，另一端通过燃气出气管分别连通燃气锅炉、辅助发电机和高压燃气发动机；
所述燃料准备间内部设有加压气化模块和BOG管理模块。
如上所述的一种船用高压燃气供给系统，所述加注模块与存储模块通过上进液管和下进液管相通，所述燃料准备间一端与存储模块通过气相管和出液管连通，所述存储模块内设有低压泵，所述低压泵连接出液管。
如上所述的一种船用高压燃气供给系统，所述存储模块包括至少一个储罐，所述储罐采用单层绝热储罐，所述储罐外表面喷涂聚氨酯绝热材料。
如上所述的一种船用高压燃气供给系统，所述加注模块设置在船上甲板通风处，左右舷侧各设置一个，来自不同舷侧的气源接入所述加注模块。
如上所述的一种船用高压燃气供给系统，所述燃气出气管为双层管，内管为气化后的燃气，外管外导管，通有不断流通的空气。
如上所述的一种船用高压燃气供给系统，所述加压气化模块包括包括高压LNG泵、缓冲罐和气化器，所述燃料准备间内还设有GVT阀组单元、相应的管路和阀门；
所述缓冲罐包括高压缓冲罐和低压缓冲罐，所述气化器包括高压气化器和低压气化器，所述高压LNG泵连接所述高压气化器，所述高压气化器连接高压缓冲罐，所述GVT阀组单元一侧通过管路和阀门连通高压缓冲罐，另一侧通过管路连通所述高压燃气发动机，所述GVT阀组单元上还设有一个高压放空阀门；
所述BOG管理模块包括BOG压缩机，所述燃料准备间设有进风口和出风口，在所述出风口处设有通风机和燃气探测器。
如上所述的一种船用高压燃气供给系统，所述低压气化器连接低压缓冲罐，所述低压缓冲罐连接双截止透气阀组，所述双截止透气阀组由一组串联阀门和中间的低压放空阀门组成，在切断燃气供应时，串联阀门关闭，低压放空阀门开启，切断燃气向下游供应。
如上所述的一种船用高压燃气供给系统，所述BOG管理模块还包括BOG预热器和燃气加热器，所述BOG压缩机一端通过管路连接BOG预热器，另一端通过管路连接燃气加热器，所述燃气加热器连接所述低压缓冲罐，所述BOG压缩机还通过管路连接高压缓冲罐；
第二方面，本发明还提供了一种船用高压燃气供给方法，启动储罐内的低压泵，输送低压LNG供给高压LNG泵加压，经加压后输送至高压气化器加热气化；
加热气化后输送至高压缓冲罐，最终经过GVT阀组单元输送至高压燃气发动机；
从储罐低压泵输出的低压LNG同时供给低压气化器，经加热气化后输送至低压缓冲罐；
经过双截止透气阀输送至辅助发电机和燃气锅炉使用；
由于存储LNG吸热产生BOG,储罐内的BOG经过气相管输送至燃料准备间的BOG预热器进行加热；
加热后的BOG经过管路运输至BOG压缩机加压后输送至高压缓冲罐，与高压气化器出来的燃气汇合后输送给高压燃气发动机。
如上所述的一种船用高压燃气供给方法，船舶停靠或抛锚时，高压燃气发动机停止运行，BOG由BOG压缩机压缩后经减压供给辅助发电机和锅炉使用，减压后温度降低，经过燃气加热器加热后输送至低压缓冲罐，经过双截止透气阀输送至辅助发电机和燃气锅炉使用。
本发明的有益效果如下：
1)本发明采用高压BOG压缩机，将BOG加压至30MPa后供给高压燃气发动机使用。由于高压燃气发动机的燃料消耗量远高于BOG的生成量，因此可以将储罐内的压力维持在一定合理的范围，且不会导致燃料排空浪费。
2)本发明燃气出气管为双层管，内管内为气化后的天然气，外管为导管，通有不断流通的空气，以便在内管出现泄漏时快速的将天然气稀释到大气中，保证燃气供应的安全。
3)本发明燃料准备间设有进风口和出风口，在出风口设置通风机对燃料准备间进行负压抽风，在出风口设置有燃气探测器，如果燃料准备间内发生燃气泄漏，则会被抽吸至出风口并被燃气探测器探测到，及时发出警报并自动切断燃气供应。
4)在供气管路上布置缓冲罐，可稳定供气压力，防止供气管路中的压力发生波动。
5)GVT燃气阀组和双截止透气阀组两个串联的阀门之间设置的放空阀门，在切断燃气供应时，串联阀门关闭，放空阀门开启，切断燃气向下游供应。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高压燃气供气系统主视图；
图2为本发明实施例提供的高压燃气供气系统俯视图；
图3为本发明实施例提供的存储模块结构示意图；
图4为本发明实施例提供的高压燃气供给系统示意图；
图中：1、高压LNG泵，2、高压气化器，3、高压缓冲罐、4、GVT阀组单元，5、低压气化器、6、低压缓冲罐，7、双截止透气阀组，8、BOG压缩机，9、BOG预热器，10、燃气加热器，11、通风机，12、燃气探测器，13、加注模块，13-1加注模块A，13-2、加注模块B，14、存储模块，15、燃气锅炉，16、辅助发电机，17、高压燃气发动机，18、燃料准备间，19、气相管，20、下进液管，21、上进液管，22、出液管，23、低压泵，24、聚氨酯，25、进风口，26、低压放空阀门，27、高压放空阀门，28、热媒，29、出风口，30、GVU阀箱。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在储罐内BOG生成量增多，辅助发电机和锅炉的消耗低于BOG的生成量，储罐内压力将会增大到会导致安全阀开启，储罐内的燃气通过放空管排空，导致燃料浪费的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种船用高压燃气供给系统及方法。
实施例一：
本发明实施例提供了一种船用高压燃气供给系统，参考图1-图3所示，包括设置在船上的加注模块13，存储模块14和燃料准备间18，加注模块13与存储模块14通过上进液管21和下进液管20相通，燃料准备间18一端与存储模块14通过气相管19和出液管22连通，另一端通过燃气出气管分别连通燃气锅炉15、辅助发电机16和高压燃气发动机17，在存储模块14内设有低压泵23，低压泵23连接出液管22；
本实施例的高压燃气发动机17为MAN ME-GI高压燃气发动机，存储模块14包括至少一个储罐，储罐采用单层绝热储罐，罐体采用不锈钢材料或者9Ni钢材料，储罐外表面喷涂聚氨酯24绝热材料，LNG存储在储罐中。
可以理解的是，加注模块13设置在船上甲板上方通风处，左右舷侧各设置一个，包括加注模块A13-1和加注模块B13-2，来自不同舷侧的气源接入加注模块，通过加注过程，将岸上设备与船上的储罐连接，使岸上的LNG转移到船上的储罐。
在一些实施例中，加注模块13也可以布置在甲板下方的左右舷侧，当布置于甲板下方时，应提供机械强制通风。
具体的，燃气出气管为双层管，内管为气化后的燃气，外管外导管，通有不断流通的空气，以便在内管出现燃气泄漏时快速的将天然气稀释到大气中。
燃料准备间18的上部设有进风口25和出风口29，在出风口29处设有通风机11和燃气探测器12，通风机11对燃料准备间18进行负压抽风，如果燃料准备间内发生燃气泄漏，则会被抽吸至出风口并被燃气探测器12探测到，及时发出警报并自动切断燃气供应。
燃料准备间18内部设有加压气化模块和BOG管理模块，其中加压气化模块包括包括高压LNG泵1、缓冲罐和气化器，燃料准备间内还设有GVT阀组单元4、相应的管路和阀门；
参考图4所示，燃料准备间内的缓冲罐包括高压缓冲罐3和低压缓冲罐6，气化器包括高压气化器2和低压气化器5，高压LNG泵1连接高压气化器2，高压气化器2连接高压缓冲罐3，GVT阀组单元4一侧通过管路和管路上的阀门连通高压缓冲罐3，另一侧通过管路连通高压燃气发动机17，GVT阀组单元4上还设有一个高压放空阀门27；
从储罐低压泵23输出的低压LNG经过出液管22进入燃料准备间18的高压LNG泵1，经过高压LNG泵1加压后输送至高压气化器2加热气化，然后输送至高压缓冲罐3，最终经GVT阀组单元4输送至高压燃气发动机17使用。
可以理解的是，气化器是一种换热装置，可以通过外部热介质将LNG加热气化，GVT阀组单元4用于隔离燃气供给系统与用气设备，包含至少两个串联的阀门，高压放空阀门27设置在两个串联的阀门之间，在切断燃气供应时，串联阀门关闭，高压放空阀门27开启，切断燃气向下游供应。
低压气化器5连接低压缓冲罐6，低压缓冲罐6通过管路和阀门连接双截止透气阀组7，双截止透气阀组7通过管路连接燃料准备间18外部的GVU阀箱，30，GVU阀,30为辅助发电机16和燃气锅炉15供气。
从储罐低压泵23输出的低压LNG经过出液管22进入燃料准备间18同时还直接供给低压气化器5，经过加热气化后输送至低压缓冲罐6，并经双截止透气阀组7最终供给辅助发电机16和燃气锅炉15使用，双截止透气阀组7由一组串联阀门和中间的低压放空阀门26组成，在切断燃气供应时，串联阀门关闭，低压放空阀门26开启，切断燃气向下游供应。
BOG管理模块包括BOG压缩机8、BOG预热器9和燃气加热器10，BOG压缩机8一端通过管路和阀门连接BOG预热器9，另一端通过管路连接燃气加热器10，燃气加热器10连接低压缓冲罐6，BOG压缩机8还通过管路连接高压缓冲罐3；
由于储罐内的LNG不可能做到完全隔离热量，少量的热量通过储罐壁进入储罐，储罐内的LNG吸热后产生大量的蒸发气BOG,导致储罐内压力升高，燃气供给系统需要对储罐内的BOG进行处理，储罐内的蒸发气BOG通过气相管19到达燃料准备间18的BOG压缩机，将BOG加压至30MPa并输送至高压缓冲罐3，与高压气化器2出来的燃气汇合后输送给高压燃气发动机17使用，高压燃气发动机17的燃料消耗量远高于BOG的生成量，因此可以将储罐内的压力维持在一定合理的范围，且不会导致燃料排空浪费。
具体的，在BOG压缩机8前布置的BOG预热器9，将BOG加热至合适的温度，可以满足蒸发气BOG进入BOG压缩机的入口温度要求，由于用气设备负荷发生变化，可能导致供气管路中的压力发生波动，为稳定供气压力，在供气管路上布置的缓冲罐，可控制供气压力，保证高压燃气供给系统的稳定运行。
当船舶抛锚或停靠时，高压燃气发动机17停止运行，此时储罐内产生的蒸发气BOG到达燃料准备间由BOG压缩机8压缩后经BOG压缩机8后管路上的减压阀减压供给辅助发电机16和燃气锅炉15使用，由于高压天然气减压后温度会急剧降低，在减压阀后布置有燃气加热器10，可以采用热媒29将燃气加热后输送至低压缓冲罐6，然后经过双截止透气阀组7到达GVU阀箱30，供给辅助发电机16和燃气锅炉15。
在一些实施例中，蒸发气BOG减压后供给低压缓冲罐6，也可以采用一组独立的低压BOG压缩机实现，当采用低压BOG压缩机时，高压BOG压缩机不在向低压缓冲罐6输出燃气，同时可以取消燃气加热器10。
具体的，在该高压燃气供给系统中，热媒介质采用的是50％的水乙二醇溶液，水乙二醇循环由船上的水乙二醇循环系统提供。
实施例二
本发明还提供了一种船用高压燃气供给方法，启动储罐内的低压泵23，输送低压LNG供给燃料准备间18的高压LNG泵1加压，经加压后输送至高压气化器2加热气化；
加热气化后的燃气输送至高压缓冲罐3，稳定供气压力，最终经过GVT阀组单元4输送至高压燃气发动机，当发生切断燃气供应时，GVT阀组单元4串联阀门关闭，高压放空阀门27开启，切断燃气向下游供应。
从储罐低压泵23输出的低压LNG到达燃料准备间18后还同时供给低压气化器5，经加热气化后输送至低压缓冲罐6；
低压缓冲罐6内的燃气通过管路经过双截止透气阀组7输送至辅助发电机16和燃气锅炉15使用，当发生切断燃气供应时，双截止透气阀组7串联阀门关闭，低压放空阀门开启，切断燃气向下游供应。
由于存储LNG吸热产生BOG,储罐内的BOG经过气相管输送至燃料准备间的BOG预热器进行加热；
加热后的BOG经过管路运输至BOG压缩机8加压至30MPa后输送至高压缓冲罐，与高压气化器出来的燃气汇合后输送给高压燃气发动机，由于高压燃气发动机的燃料消耗量远高于BOG的生成量，可以将储罐内的压力维持在一定合理的范围，且不会导致燃料排空浪费。
当船舶停靠或抛锚时，高压燃气发动机17停止运行，BOG由BOG压缩机8压缩后经减压供给辅助发电机16和燃气锅炉15使用，减压后温度降低，经过燃气加热器10加热，具体利用热媒实现，加热后输送至低压缓冲罐6，经过双截止透气阀组7输送至辅助发电机16和燃气锅炉15使用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，包括设置在船上的加注模块，存储模块和燃料准备间，所述加注模块与存储模块相通，所述燃料准备间一端与存储模块连通，另一端通过燃气出气管分别连通燃气锅炉、辅助发电机和高压燃气发动机；
所述燃料准备间内部设有加压气化模块和BOG管理模块。
2.根据权利要求1所述的一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，所述加注模块与存储模块通过上进液管和下进液管相通，所述燃料准备间一端与存储模块通过气相管和出液管连通，所述存储模块内设有低压泵，所述低压泵连接出液管。
3.根据权利要求2所述的一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，所述存储模块包括至少一个储罐，所述储罐采用单层绝热储罐，所述储罐外表面喷涂聚氨酯绝热材料。
4.根据权利要求2所述的一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，所述加注模块设置在船上甲板通风处，左右舷侧各设置一个，来自不同舷侧的气源接入所述加注模块。
5.根据权利要求1所述的一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，所述燃气出气管为双层管，内管为气化后的燃气，外管外导管，通有不断流通的空气。
6.根据权利要求1所述的一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，所述加压气化模块包括包括高压LNG泵、缓冲罐和气化器，所述燃料准备间内还设有GVT阀组单元、相应的管路和阀门；
所述缓冲罐包括高压缓冲罐和低压缓冲罐，所述气化器包括高压气化器和低压气化器，所述高压LNG泵连接所述高压气化器，所述高压气化器连接高压缓冲罐，所述GVT阀组单元一侧通过管路和阀门连通高压缓冲罐，另一侧通过管路连通所述高压燃气发动机，所述GVT阀组单元上还设有一个高压放空阀门；
所述BOG管理模块包括BOG压缩机，所述燃料准备间设有进风口和出风口，在所述出风口处设有通风机和燃气探测器。
7.根据权利要求6所述的一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，所述低压气化器连接低压缓冲罐，所述低压缓冲罐连接双截止透气阀组，所述双截止透气阀组由一组串联阀门和中间的低压放空阀门组成。
8.根据权利要求6所述的一种船用高压燃气供给系统，其特征在于，所述BOG管理模块还包括BOG预热器和燃气加热器，所述BOG压缩机一端通过管路连接BOG预热器，另一端通过管路连接燃气加热器，所述燃气加热器连接所述低压缓冲罐，所述BOG压缩机还通过管路连接高压缓冲罐。
9.一种船用高压燃气供给方法，采用权要求1-8任意一项所述的船用高压燃气供给系统，其特征在于，启动储罐内的低压泵，输送低压LNG供给高压LNG泵加压，经加压后输送至高压气化器加热气化；
加热气化后输送至高压缓冲罐，最终经过GVT阀组单元输送至高压燃气发动机；
从储罐低压泵输出的低压LNG同时供给低压气化器，经加热气化后输送至低压缓冲罐；
经过双截止透气阀输送至辅助发电机和燃气锅炉使用；
储罐存储LNG吸热产生BOG,储罐内BOG经过气相管输送至燃料准备间的BOG预热器；
加热后的BOG经过管路运输至BOG压缩机加压，后输送至高压缓冲罐，与高压气化器出来的燃气汇合后输送给高压燃气发动机。
10.根据权利要求9所述的一种船用高压燃气供给方法，其特征在于，船舶停靠或抛锚时，BOG由BOG压缩机压缩后经减压供给辅助发电机和锅炉使用，减压后温度降低，经过燃气加热器加热后输送至低压缓冲罐，经过双截止透气阀组输送至辅助发电机和燃气锅炉。
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