CN113983354A - 一种船舶用自增压供气系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种船舶用自增压供气系统以及工作方法，包括：储气罐、换热器、缓冲罐、闪蒸气供给管；预设第一气压阈值与第二气压阈值，第二气压阈值大于第一气压阈值；当储气罐内的气压低于第一气压阈值时，换热器将从储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引回储气罐，以将储气罐内的天然气燃料保持在饱和液体状态；当储气罐内的气压介于第一气压阈值和第二气压阈值之间时，换热器将从储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引流至缓冲罐；当储气罐内的气压高于第二气压阈值之间时，闪蒸气供给管将储气罐中的闪蒸气引流至换热器，换热器将加热后的闪蒸气引流至缓冲罐。

Description

一种船舶用自增压供气系统及其工作方法
技术领域
本申请涉及船舶技术领域，具体涉及一种船舶用自增压供气系统及其工作方法。
背景技术
为减少船舶排气对环境大气的污染，国际组织和世界各国相继制定了不同的船舶排放法规，近年来使用以液态天然气(LNG) 为代表的新型燃料成为了船舶动力发展的重要趋势，作为LNG动力船舶必配的关键系统，天然气的供应系统的不断优化也引起人们越来越多的重视。
现有的船用低压自增压供气系统，通常存在如下问题：
如何合理利用闪蒸气(BOG)：为了达到主机的供气压力，LNG储罐内压力设定值较高，这就导致了储罐内BOG的挥发量较大，目前主要采用排放大气或增加BOG加热器后由发动机消耗的方式处理BOG，导致能源浪费或增大 BOG处理成本，如何在不增加成本的情况下合理利用BOG让LNG供气系统稳定运行至关重要。
发明内容
本申请提供一种船舶用自增压供气系统及其工作方法，以解决现有技术中船舶供气系统无法合理利用闪蒸气的技术问题。
本申请提供一种船舶用自增压供气系统，其包括：储气罐，其从外部接收供给的天然气燃料；换热器，其对从所述储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热，并将受热汽化后的天然气燃料选择性引回所述储气罐；缓冲罐，其选择性地接收从换热器引出的汽化天然气燃料；闪蒸气供给管，其选择性地将所述储气罐中的闪蒸气引流至所述换热器，所述换热器将加热后的闪蒸气引流至所述缓冲罐；其中，所述缓冲罐将其内的汽化天然气燃料和/或闪蒸气引流至动力发生单元；预设第一气压阈值与第二气压阈值，所述第二气压阈值大于所述第一气压阈值；当所述储气罐内的气压低于第一气压阈值时，所述换热器将从所述储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引回所述储气罐，以将所述储气罐内的天然气燃料保持在饱和液体状态；当所述储气罐内的气压介于第一气压阈值和第二气压阈值之间时，所述换热器将从所述储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引流至所述缓冲罐；当所述储气罐内的气压高于第二气压阈值之间时，所述闪蒸气供给管将所述储气罐中的闪蒸气引流至所述换热器，所述换热器将加热后的闪蒸气引流至所述缓冲罐。
可选的，在本申请一些实施例中，所述换热器内部设有第一换热组件和第二换热组件，所述第一换热组件用以将天然气燃料选择性引回所述储气罐，所述第二换热组件用以将天然气燃料选择性引流至缓冲罐。
可选的，在本申请一些实施例中，船舶用自增压供气系统还包括加注站，其对所述储气罐供给天然气燃料，其选择性地将天然气燃料引流至所述换热器，所述换热器将加热后的天然气燃料引流至所述缓冲罐。
可选的，在本申请一些实施例中，船舶用自增压供气系统还包括第一天然气输送管，其选择性地将加注站的天然气燃料引流至所述第二换热组件；第二天然气输送管，其选择性地将储气罐底部的天然气燃料引流至所述第一换热组件；第三天然气输送管，其选择性地将储气罐底部的天然气燃料引流至所述第二换热组件。
可选的，在本申请一些实施例中，船舶用自增压供气系统还包括控制系统，通过控制阀控制闪蒸气供给管、加注站、第一天然气输送管、第二天然气输送管以及第三天然气输送管开通与关闭。
可选的，在本申请一些实施例中，所述控制阀分为开关阀和可调节阀，所述开关阀设置在所述加注站中，所述可调节阀设置在所述闪蒸气供给管、第一天然气输送管、第二天然气输送管以及第三天然气输送管中。
可选的，在本申请一些实施例中，所述控制系统监测并记录所述储气罐的内腔压力值。
可选的，在本申请一些实施例中，所述换热器通过水乙二醇系统进行加热，所述水乙二醇系统利用水乙二醇混合物作为加热介质。
可选的，在本申请一些实施例中，所述储气罐为双层真空储气罐。
相应的，本申请还提供一种所述船舶用自增压供气系统的工作方法，包括以下步骤：
供气步骤:从外部对储气罐进行天然气燃料供给，当所述储气罐的内腔压力值低于第一气压阈值时，从储气罐抽出的天然气燃料通过换热器加热汽化后被引回至所述储气罐，以将所述储气罐内的天然气燃料保持在饱和液体状态，当所述储气罐内腔压力值介于第一气压阈值和第二气压阈值之间时，从储气罐抽出的天然气燃料部分通过换热器加热汽化后被引回至所述储气罐，另一部分被加热汽化后引流至所述缓冲罐中，当所述储气罐内腔压力值高于第二气压阈值时，进行闪蒸气处理步骤；
闪蒸气处理步骤：停止将天然气燃料引回至所述储气罐的步骤，打开所述闪蒸气供给管，所述闪蒸气供给管将所述储气罐中的闪蒸气引流至所述换热器，所述换热器将闪蒸气进行加热并引流至所述缓冲罐，直至所述储气罐内腔压力值低于所述第二气压阈值时，关闭所述闪蒸气供给管并重复所述供气步骤。
可选的，在本申请一些实施例中，所述第一气压阈值为6～8bar，所述第二气压阈值为9～9.5bar。
可选的，在本申请一些实施例中，在所述供气步骤之前，还包括以下制备步骤：
预供气步骤：开通加注站的加注口，所述加注站输送的天然气燃料通过第一天然气输送管引流至所述换热器中，经由所述换热器加热后汽化进入所述缓冲罐内，所述缓冲罐将其内的汽化天然气燃料引流至动力发生单元；
加注步骤：通过加注站对储气罐进行天然气燃料供给，直至供给完成，待所述储气罐的内腔压力值大于所述第一气压阈值时，停止所述预供气步骤。
本发明的有益效果在于，本发明的船舶用自增压供气系统采用集中换热器，能够满足对储气罐的加压、对动力源的供气以及对闪蒸气的再利用处理，降低了换热器数量，缩减了设备占用空间，简化了系统，降低了设备成本，同时提高了能源转化率。本发明的船舶用自增压供气系统的工作方法通过控制系统监测储气罐内部气压值，根据内部气压值的不同控制各管道阀门的开闭，从而使船舶用自增压供气系统在预供气模式、加注模式、供气模式和闪蒸气处理模式之间切换，其中在预供气模式和加注模式中通过加注站对动力源直接供气，从而在加注模式过程中无需外接电源，降低船舶运行成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的船舶用自增压供气系统示意图；
图中标号如下：
储气罐1； 换热器2；
加注站3； 控制系统4；
加热系统5； 缓冲罐6；
动力发生单元7； 第一天然气输送管31；
闪蒸气供给管11； 第二天然气输送管12。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。
本申请提供一种船舶用自增压供气系统及其工作方法，以下进行详细说明。
请参阅图1，图1是本申请提供的船舶用自增压供气系统示意图。在本申请中，本申请的船舶用自增压供气系统包括储气罐1、换热器2、加注站3、控制系统4、加热系统5、缓冲罐6以及动力发生单元7。
储气罐1为C型双层真空储气罐，储气罐1包括内罐和外罐，所述内罐用以接收并储存低温的液态天然气，所述外罐用以隔绝热量，所述内罐和所述外罐之间抽真空并填充绝热材料，从而避免外界热量传递至内罐中，保证内罐的低温存储性能。
本申请中的储气罐1通过各种管道与换热器2和加注站3选择性连通，从而形成加注通路、加压通路、供气通路和闪蒸气(BOG)处理通路。
具体的，本实施例中，加注站3包括两个加注口，每一加注口出设有阀门 V1和V2，所述加注口与储气罐1内部连通，其中，阀门V1所在加注口通过上加注管道和下加注管道分别插入储气罐1的上部空间和下部空间，在所述上加注管道和所述下加注管道上分别设有阀门V3和V4，用以控制所述上加注管道和所述下加注管道的连通与截断。阀门V2所在加注口通过回气管道与储气罐1的顶部连接，在所述回气管道中设有阀门V5，所述回气管道用以保证在加注过程中，储气罐1内部压力与外部压力保持一致，以便于天然气燃料的注入。
特别的，阀门V1所在加注口还通过第一天然气输送管31与换热器2连通，以便加注站3的天然气燃料能够直接输送至换热器2中，第一天然气输送管31中设有可调节阀门V6，可调节阀门V6可以调节第一天然气输送管31 内部通过的天然气燃料容量，天然气燃料经由换热器2加热汽化后直接供动力发生单元7使用，无需调用外部供电系统，简化加注流程，降低运营成本。
储气罐1底部设有第二天然气输送管12，第二天然气输送管12通过两个独立的管道连通至换热器2中，换热器2内部设有两个相互独立的第一换热组件21和第二换热组件22，第二天然气输送管12中设有阀门V8，用以控制第二天然气输送管12的开启与闭合，第二天然气输送管12与第一换热组件21 连通的管道设有可调节阀门V9，用以调节进入第一换热组件21中的天然气燃料容量，第一换热组件21和储气罐1顶部通过一管道连通，其中在该管道中设有阀门V10，用以连通或截断第一换热组件21和储气罐1，在开启阀门V10 后，第一换热组件21将储气罐1抽出的天然气燃料加热后通过管道重新引回至储气罐1中，以增加储气罐1的内部加压，从而使得内部的天然气燃料保持在饱和液体状态。第二天然气输送管12与第二换热组件22连通的管道设有可调节阀门V11，用以调节进入第二换热组件22中的天然气燃料容量，在开启可调节阀门V11后，第二换热组件22用将从储气罐1抽出的天然气燃料加热汽化，加热后的汽化天然气被引流至缓冲罐6中，然后缓冲罐6将其内的汽化天然气燃料引流至动力发生单元7中，以供动力发生单元7驱动使用。
本实施例中，换热器2通过外接加热系统5实现加热，具体的，加热系统 5采用水乙二醇混合物作为加热介质加热通过换热器2的天然气燃料或者闪蒸气，在本申请的其他优选实施例中，还可以采用其他物质作为加热介质。
为了系统化的检测储气罐1内部气压值以及控制各阀门的开闭，本实施例中，采用集中控制系统4控制，控制系统4对整个系统运行过程进行监控，并通过控制阀、切断阀等执行器对天然气的温度和压力等参数进行调控以及紧急切断，保证所述船舶用自增压供气系统正常工作。本实施例中，事先在控制系统4程序中输入第一气压阈值以及第二气压阈值，其中第一气压阈值在6～8bar 之间，为动力发生单元7所需压力值，第二气压阈值在9～9.5bar之间，当控制系统4监测出储气罐1内的气压低于第一气压阈值时，换热器2将从所述储气罐1抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引回储气罐1，通过不断增加储气罐1内的气压值使储气罐1内的天然气燃料保持在饱和液体状态。
当储气罐1内的气压介于第一气压阈值和第二气压阈值之间时，换热器2 将从储气罐1抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引流至所述缓冲罐6中，以供动力发生单元7使用。
当储气罐1内的气压高于第二气压阈值之间时，所述闪蒸气供给管11将储气罐1中的闪蒸气引流至所述换热器2中，换热器2将加热后的闪蒸气引流至缓冲罐6中，以供动力发生单元7使用。
为了更好的阐述本发明，本实施例还提供了所述船舶用自增压供气系统的工作方法，包括以下步骤：
预供气步骤：关闭第二天然气输送管的阀门V8、关闭阀门V9、V10。开通加注站3加注口处的阀门V1，打开第一天然气输送管31的阀门V6，加注站3输送的天然气燃料通过第一天然气输送管31引流至换热器2的第二换热部件21中，经由所述换热器1加热后汽化进入缓冲罐6内，缓冲罐6将其内的汽化天然气燃料引流至动力发生单元7，从而保证船舶的正常运行，不需要额外接岸电，降低船舶运营成本。
加注步骤：继续打开加注站3加注口处的阀门V2、打开阀门V3、阀门 V4以及阀门V5，从而通过加注站3对储气罐1进行天然气燃料供给，待加注完成后关闭阀门V3、阀门V4以及阀门V5，待控制系统监测出储气罐内的气压值大于动力发生单元7所需的气压值，即大于第一气压阈值时，关闭加注站 3加注口处的阀门V1和V2，以及关闭第一天然气输送管31的阀门V6，进行供气步骤。
供气步骤:打开储气罐1底部的第二天然气输送管12的阀门V8，当所述储气罐的内腔压力值低于第一气压阈值时，打开并调节阀门V9、阀门V10，使得从储气罐1底部抽出的天然气燃料通过第一换热部件21加热汽化后被引回至储气罐1，从而不断增加储气罐1内的气压值，以将储气罐1内的天然气燃料保持在饱和液体状态。当控制系统4监测出储气罐1的内腔压力值介于第一气压阈值和第二气压阈值之间时，打开阀门V11并调节开度，使得从储气罐1抽出的天然气燃料部分通过第一换热部件21加热汽化后被引回至储气罐 1，另一部分被加热汽化后引流至缓冲罐6，此时船舶正常工作，当储气罐1 的内腔压力值高于第二气压阈值时，进行闪蒸气处理步骤。
闪蒸气处理步骤：关闭阀门V9、阀门V10，从而停止将天然气燃料引回至储气罐1，打开闪蒸气供给管11的阀门V7，闪蒸气供给管11将储气罐中的闪蒸气引流至第二换热部件21中，第二换热部件21对闪蒸气进行加热并将受热汽化后的闪蒸气引流至缓冲罐1，直至所述储气罐内腔压力值低于所述第二气压阈值时，关闭所述闪蒸气供给管并重复所述供气步骤。本实施例中，采用闪蒸气供气管11将闪蒸气输送至第二换热部件21中，避免闪蒸气直接排放大气造成环境污染，同时也无需额外增加闪蒸气加热器，既节省了能源同时也降低了闪蒸气处理成本。
本发明的有益效果在于，本发明的船舶用自增压供气系统采用集中换热器，能够满足对储气罐的加压、对动力源的供气以及对闪蒸气的再利用处理，降低了换热器数量，缩减了设备占用空间，简化了系统，降低了设备成本，同时提高了能源转化率。本发明的船舶用自增压供气系统的工作方法通过控制系统监测储气罐内部气压值，根据内部气压值的不同控制各管道阀门的开闭，从而使船舶用自增压供气系统在预供气模式、加注模式、供气模式和闪蒸气处理模式之间切换，其中在预供气模式和加注模式中通过加注站对动力源直接供气，从而在加注模式过程中无需外接电源，降低船舶运行成本。
以上对本申请提供一种船舶用自增压供气系统以及工作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (12)

1.一种船舶用自增压供气系统，其特征在于，包括：
储气罐，其从外部接收供给的天然气燃料；
换热器，其对从所述储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热，并将受热汽化后的天然气燃料选择性引回所述储气罐；
缓冲罐，其选择性地接收从换热器引出的汽化天然气燃料；
闪蒸气供给管，其选择性地将所述储气罐中的闪蒸气引流至所述换热器，所述换热器将加热后的闪蒸气引流至所述缓冲罐；
其中，所述缓冲罐将其内的汽化天然气燃料和/或闪蒸气引流至动力发生单元；
预设第一气压阈值与第二气压阈值，所述第二气压阈值大于所述第一气压阈值；
当所述储气罐内的气压低于第一气压阈值时，所述换热器将从所述储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引回所述储气罐，以将所述储气罐内的天然气燃料保持在饱和液体状态；
当所述储气罐内的气压介于第一气压阈值和第二气压阈值之间时，所述换热器将从所述储气罐抽出的液态天然气燃料进行加热并将受热汽化后的天然气燃料引流至所述缓冲罐；
当所述储气罐内的气压高于第二气压阈值之间时，所述闪蒸气供给管将所述储气罐中的闪蒸气引流至所述换热器，所述换热器将加热后的闪蒸气引流至所述缓冲罐。
2.根据权利要求1所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，
所述换热器内部设有第一换热组件和第二换热组件，所述第一换热组件用以将天然气燃料选择性引回所述储气罐，所述第二换热组件用以将天然气燃料选择性引流至缓冲罐。
3.根据权利要求1所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，还包括加注站，其对所述储气罐供给天然气燃料，其选择性地将天然气燃料引流至所述换热器，所述换热器将加热后的天然气燃料引流至所述缓冲罐。
4.根据权利要求2所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，还包括
第一天然气输送管，其选择性地将加注站的天然气燃料引流至所述第二换热组件；
第二天然气输送管，其选择性地将储气罐底部的天然气燃料引流至所述第一换热组件；
第三天然气输送管，其选择性地将储气罐底部的天然气燃料引流至所述第二换热组件。
5.根据权利要求1所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，还包括控制系统，通过控制阀控制闪蒸气供给管、加注站、第一天然气输送管、第二天然气输送管以及第三天然气输送管开通与关闭。
6.根据权利要求5所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，
所述控制阀分为开关阀和可调节阀，所述开关阀设置在所述加注站中，所述可调节阀设置在所述闪蒸气供给管、第一天然气输送管、第二天然气输送管以及第三天然气输送管中。
7.根据权利要求5所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，所述控制系统监测并记录所述储气罐的内腔压力值。
8.根据权利要求1所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，所述换热器通过水乙二醇系统进行加热，所述水乙二醇系统利用水乙二醇混合物作为加热介质。
9.根据权利要求1所述的船舶用自增压供气系统，其特征在于，所述储气罐为双层真空储气罐。
10.一种采用如权利要求1～9任一项所述的船舶用自增压供气系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
供气步骤:从外部对储气罐进行天然气燃料供给，当所述储气罐的内腔压力值低于第一气压阈值时，从储气罐抽出的天然气燃料通过换热器加热汽化后被引回至所述储气罐，以将所述储气罐内的天然气燃料保持在饱和液体状态，当所述储气罐内腔压力值介于第一气压阈值和第二气压阈值之间时，从储气罐抽出的天然气燃料部分通过换热器加热汽化后被引回至所述储气罐，另一部分被加热汽化后引流至所述缓冲罐中，当所述储气罐内腔压力值高于第二气压阈值时，进行闪蒸气处理步骤；
闪蒸气处理步骤：停止将天然气燃料引回至所述储气罐的步骤，打开所述闪蒸气供给管，所述闪蒸气供给管将所述储气罐中的闪蒸气引流至所述换热器，所述换热器将闪蒸气进行加热并引流至所述缓冲罐，直至所述储气罐内腔压力值低于所述第二气压阈值时，关闭所述闪蒸气供给管并重复所述供气步骤。
11.根据权利要求10所述的船舶用自增压供气系统的工作方法，其特征在于，所述第一气压阈值为6～8bar，所述第二气压阈值为9～9.5bar。
12.根据权利要求10所述的船舶用自增压供气系统的工作方法，其特征在于，在所述供气步骤之前，还包括以下制备步骤：
预供气步骤：开通加注站的加注口，所述加注站输送的天然气燃料通过第一天然气输送管引流至所述换热器中，经由所述换热器加热后汽化进入所述缓冲罐内，所述缓冲罐将其内的汽化天然气燃料引流至动力发生单元；
加注步骤：在不停止所述预供气步骤的同时，通过加注站对储气罐进行天然气燃料供给，直至供给完成，待所述储气罐的内腔压力值大于所述第一气压阈值时，停止所述预供气步骤。
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