CN114909600A - 一种可更换燃料罐的lng动力船舶储供系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，包括LNG罐箱、连接组件、自增压蒸发器以及蒸发器，LNG罐箱可拆卸安装于船舶甲板上，在LNG罐箱上分别设有连通燃料存储腔室的第一液相出口、第二液相出口以及气相进口，连接组件包括安设各个出口上干式快速接头，由第一液相出口通过LNG软管与蒸发器连接，并由第二液相出口通过LNG软管与自增压蒸发器连接，再由自增压蒸发器通过LNG软管与气相进口连接。本发明通过采用LNG罐箱作为燃料罐，一方面确保LNG的稳定供给，另一方面方便了LNG燃料的加注，使LNG动力船舶燃料加注不再受限于LNG加注站的设置，且换罐时间要低于加注时间，有助于提高LNG加注换罐的便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，具体涉及一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统。
背景技术
现有的LNG动力船舶多采用固定式燃料舱储存燃料，如薄膜型舱、C型舱等，需要在固定的地点进行加注补充燃料。但LNG加注站等基础设施的落后制约了LNG在水运行业的使用。基于当前的技术水平和应用经验，船用LNG加注模式总体上可分为槽车加注、岸站加注、趸船加注、海上浮式加注、加注船加注等多种方式。国内槽车最大容积限定为52.6m3，且不允许拖挂，运输费用相对昂贵，运输过程中风险较大；趸船、加注船和海上浮式加注依赖于特定的船舶建造。岸站加注是比较普遍的加注方式，在沿岸码头建立加注设施，但是目前我国岸基式加注站的布局和运营效果并不明显，导致内河已建LNG动力船舶大部分处于停运或者未使用LNG作为燃料，运营中的LNG动力船，多是通过槽车到特定地点的方式进行加气，及时性和安全性受到挑战。
换罐加注方式是为了完善上述加注体系衍生出的一种“加注”模式。将LNG 罐式集装箱(简称“LNG罐箱”)作为燃料储存容器。采用集装箱方式储存并运输LNG的技术存在已久，从上世纪60年代，就已经开发出来通过集装箱来运输危险化工液体的技术。随着多年来技术的不断完善以及对LNG需求的不断增加，LNG罐箱已经应用得越来越成熟，一些产品可以保证在零下162摄氏度下，罐箱内LNG在52天内不发生泄漏或汽化。将LNG罐箱作为可移式燃料罐，可以利用换罐的方式完成船舶燃料的补给加注，有利于推动LNG动力船舶的进一步发展。
专利号为CN111268026A的中国专利针对集装箱船公开了一种利用LNG罐箱作为集装箱船燃料舱的系统及方法；专利号为CN212929549U的中国专利公开了一种可移式船用LNG燃料罐；专利号为CN203640865U的中国专利公开了一种LNG动力船用可移动式罐式燃料供给系统，解决了以LNG为动力的船舶的燃料问题及在燃料罐维修时的燃料问题。上述专利的侧重点均在于燃料罐及其框架的固定和安装方法，对于与船舶发动机之间的连接和供气方法没有详细设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，以解决现有技术中LNG动力船舶加注困难，且加注速度较慢的问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明提供了一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，包括LNG罐箱、连接组件、自增压蒸发器以及蒸发器，所述LNG罐箱可拆卸安装于船舶甲板上，在LNG罐箱内形成有燃料存储腔室，并在LNG罐箱上分别设有连通燃料存储腔室的第一液相出口、第二液相出口以及气相进口，所述连接组件包括安设在第一液相出口上的第一干式快速接头、安设在第二液相出口上的第二干式快速接头、安设在气相进口上的第三干式快速接头，所述第一干式快速接头通过LNG软管与蒸发器的进气端连接，且蒸发器的出气端用于外接船舶主机，所述第二干式快速接头通过LNG软管与自增压蒸发器的进气端连接，且自增压蒸发器的出气端通过LNG软管与第三干式快速接头连接。
进一步地，所述LNG罐箱上还形成有透气口，所述透气口上安设有第四干式快速接头，所述第四干式快速接头通过LNG软管用于外接船舶的固定式透气系统。
进一步地，所述第一干式快速接头包括适配连接的公头和母头，所述第一干式快速接头的公头安装在第一液相出口上，所述第一干式快速接头的母头安装在连接第一液相出口的LNG软管端部上，且所述第一干式快速接头的公头和母头内部分别自带有密封阀门结构，其中，所述第二干式快速接头、第三干式快速接头以及第四干式快速接头的结构与第一干式快速接头的结构一致。
进一步地，所述LNG软管与LNG罐箱连接的位置设有紧急切断阀，所述紧急切断阀用于与可燃气体泄漏监测仪器联接。
进一步地，所述LNG罐箱上还形成有仪表接口，所述仪表接口上插接有防爆式电气接头，所述防爆式电气接头通过信号传输线用于外接船舶的综合监控系统，其中，所述防爆式电气接头为集成式结构，其内部集成设有若干个监测仪器，若干个监测仪器分别为液位监测传感器、温度监测传感器、压力监测传感器以及可燃气体探测传感器。
进一步地，所述连接组件集中分布在所述LNG罐箱的一端，并在所述连接组件的四周围设有密封的屏蔽腔室，其中，在屏蔽腔室内，于所述连接组件的下方设置有集液盘。
进一步地，所述LNG罐箱的外壳和LNG软管均采用耐低温材料基于工艺成型。
进一步地，所述LNG动力船舶储供系统还包括LNG罐箱的固定结构，该固定结构为所述LNG罐箱的箱体通过角件锁固定在船舶甲板上，并在所述LNG 罐箱的两侧设有挡板，所述挡板固定在船舶甲板上。
进一步地，所述LNG动力船舶储供系统还包括空气吹扫枪和配备在船舶上的氮气系统，所述空气吹扫枪与氮气系统连接。
进一步地，所述LNG动力船舶储供系统包括并排或堆码放置的多个LNG 罐箱，且多个LNG罐箱通过总管连接自增压蒸发器或蒸发器。
本发明由于采取以上技术方案，其具备以下有益效果：
1、采用可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统方便了LNG燃料的加注，使LNG动力船舶燃料加注不再受限于LNG加注站的设置，且换罐时间要低于加注时间，有利于缩短LNG动力船舶靠港加注时间；
2、采用LNG标准罐箱作为燃料罐，可以实现海陆联运，有助于提高LNG 加注换罐的便捷性。
3、固定式燃料罐容积一般较大，对于中小型船舶，采用可移式燃料罐可以提高燃料的利用率，减少成本。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种LNG动力船舶储供系统的整体结构示意图。
附图中各标记表示如下：
1、LNG罐箱；11、第一液相出口；12、第二液相出口；13、气相进口；14、透气口；24、第四干式快速接头；2、连接组件；21、第一干式快速接头；22、第二干式快速接头；23、第三干式快速接头；3、自增压蒸发器；4、蒸发器；5、 LNG软管；6、紧急切断阀；7、仪表接口；8、防爆式电气接头；81、信号传输线。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
由于现有技术中LNG动力船舶加注困难，且加注速度较慢。本发明提供一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，通过采用LNG罐箱作为燃料罐，将LNG罐箱可拆卸安装于船舶甲板上，并通过在LNG罐箱上开设多个开口，使多个开口分别通过干式快速接头连接蒸发器，一方面确保LNG的稳定供给，另一方面方便了LNG燃料的加注，使LNG动力船舶燃料加注不再受限于LNG 加注站的设置，且换罐时间要低于加注时间，有助于提高LNG加注换罐的便捷性。
下面通过实施例对本发明的方案进行详细说明。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，包括LNG罐箱1、连接组件2、自增压蒸发器3以及蒸发器4，其具体设置如下：
LNG罐箱1可拆卸安装于船舶甲板上，并在LNG罐箱1内形成有燃料存储腔室。其中，LNG动力船舶储供系统还包括LNG罐箱1的固定结构，该固定结构为LNG罐箱1的箱体通过角件锁固定在船舶甲板上，并在LNG罐箱1的两侧设有挡板，挡板固定在船舶甲板上。优选的，LNG罐箱1固定在船舶甲板上一指定区域，该区域可以在船尾、船中或者船首，在尽可能远离船舶着火源的情况下选择距离机舱最近的位置。通过采用LNG标准罐箱作为燃料罐，可以实现海陆联运，有助于提高LNG加注换罐的便捷性。
在LNG罐箱1上分别设有连通燃料存储腔室的第一液相出口11、第二液相出口12以及气相进口13。连接组件2包括安设在第一液相出口11上的第一干式快速接头21、安设在第二液相出口12上的第二干式快速接头22、安设在气相进口13上的第三干式快速接头23。第一干式快速接头21通过一根LNG软管 5与蒸发器4的进气端连接，且蒸发器4的出气端用于外接船舶主机。第二干式快速接头22通过一根LNG软管5与自增压蒸发器3的进气端连接，且自增压蒸发器3的出气端通过一根LNG软管与第三干式快速接头23连接。
其中，自增压蒸发器3和蒸发器4一般是固定在船舶上，起到加热LNG的作用。基于该系统的布置，使LNG罐箱1中的燃料LNG流出分为两路，一路流至自增压蒸发器3，自增压蒸发器3将LNG加热变为气态，被汽化的天然气再通过LNG罐箱1的气相进口13流入LNG罐箱1内，维持LNG罐箱1出液压力，保证出液压力的稳定性；另一路LNG流至蒸发器4，蒸发器4将LNG加热至船舶主动力装置需要的燃气温度和压力，供船舶主动力装置应用，为船舶提供主动力。
进一步地，在LNG罐箱1上还形成有透气口14，在透气口14上安设有第四干式快速接头24。第四干式快速接头24通过一根LNG软管5用于外接船舶的固定式透气系统。该处连接的传输介质为气相天然气，当LNG罐箱1因故障或其他因素发生超压时，可以紧急排出LNG罐箱1内气体，避免对LNG罐箱1 造成损伤。
其中，第一干式快速接头21包括适配连接的公头和母头。第一干式快速接头21的公头安装在第一液相出口11上，第一干式快速接头21的母头安装在连接第一液相出口11的LNG软管端部上，且第一干式快速接头21的公头和母头内部分别自带有密封阀门结构。第二干式快速接头22、第三干式快速接头23以及第四干式快速接头24的结构与第一干式快速接头21的结构一致。结合LNG 罐箱1和连接组件2的干式快速接头结构，以便于LNG罐箱1的快速更换，从而采用可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统方便了LNG燃料的加注，使LNG 动力船舶燃料加注不再受限于LNG加注站的设置，且换罐时间要低于加注时间，有利于缩短LNG动力船舶靠港加注时间。
如上所述，LNG罐箱1的外壳和LNG软管5均采用耐低温材料基于工艺成型。其中，由于传统仅用作货物运输的LNG罐式集装箱外壳和框架均不采用耐低温材料，而本发明的LNG罐箱1应用于燃料罐，为了防止LNG泄漏对罐体造成低温损伤，影响船舶动力来源，因此本发明的LNG罐箱1外壳次屏蔽也采用不锈钢，框架的选材应能承受可能存在的低温风险，如不能承受，也应采用耐低温材料。LNG软管5也应采用耐低温材料，尤其是涉及液相传输的管路，在船舶上的布置应尽可能的短，避免因磨损、碰撞等造成LNG软管5破损而发生LNG泄漏。
进一步地，在LNG软管5与LNG罐箱1连接的位置设有紧急切断阀6，紧急切断阀6用于与可燃气体泄漏监测仪器联接。基于该方式的布置，除干式快速接头外，采用LNG软管5的连接一般还配有紧急切断阀6，用于紧急情况下及时断开LNG的传输供应。
进一步地，在LNG罐箱1上还形成有仪表接口7，在仪表接口7上插接有防爆式电气接头8。防爆式电气接头8通过信号传输线81用于外接船舶的综合监控系统。其中，防爆式电气接头8为集成式结构，其内部集成设有若干个监测仪器，若干个监测仪器分别为液位监测传感器、温度监测传感器、压力监测传感器以及可燃气体探测传感器。通过该方式的布置，使防爆式电气接头8用于监测LNG罐箱1的各种状态，并将这些信号通过信号传输线81传输至船舶综合监控系统，实现对LNG罐箱1的远程监测和控制，其状态监测主要有液位监测、温度监测、压力监测和可燃气体探测，且一般控制系统要求能够在一定情况下自动关闭可移式燃料罐出液阀或关闭供气系统供气阀、开启自动透气阀或开启压力释放阀。
此外，防爆式电气接头8的集成式设计，优选为在LNG罐箱1处设置一个专门的接线盒，将传感器、仪表等装置的线路全部集成在该接线盒内，每次更换LNG罐箱1前后只需将防爆式电气接头8拔掉或插上即可。由于LNG具有易燃易爆特性，因此防爆式电气接头8还需要采用合格防爆型设备。由于监测的信号不止一种，且每条船舶会随机采用不同的LNG罐箱1，同一个LNG罐箱 1也会被随机更换到不同船舶上，为了保证监控系统通信的有效性，需要对防爆式电气接头8型号规格和信号传输线81采用的通信协议进行统一设定，确保每个燃料罐和每条船舶的匹配性与兼容性。
一种优选的实施方式为：LNG罐箱1上的开口位置位于其端部，实际中LNG 罐箱1开口结构复杂，有多个管路、仪表线路交错，为了更清晰的表达系统原理，图1做了简化处理，但实际开口位置不必如图1所示。连接组件2对应集中分布在LNG罐箱1的一端，并在连接组件2的四周围设有密封的屏蔽腔室。基于该方式的布置，将LNG罐箱1端部的所有阀件、连接件用一个屏蔽腔室全部围蔽起来，使LNG泄漏仅会对屏蔽腔室的材料造成影响，并且采用耐低温材料制造后可以有效避免LNG泄漏对船舶甲板、对LNG罐箱1的外壳和框架造成不利影响。需要注意的是，屏蔽腔室的设置，需要不影响干式快速接头的拆装。其中，在屏蔽腔室内，于连接组件2的下方还设置有集液盘，用于收集泄漏的LNG，防止对船舶甲板造成低温损坏。
一种优选的实施方式为：LNG动力船舶储供系统还包括空气吹扫枪和配备在船舶上的氮气系统，且空气吹扫枪与氮气系统连接。基于该方式的布置，使 LNG罐箱1在更换后连接至船舶固定装置之前，可以用空气吹扫枪将干式快速接头的截面吹扫干净，同时利用船舶上配备的一套氮气系统，通过氮气吹扫LNG 罐箱1至自增压蒸发器3、LNG罐箱1至蒸发器4之间的管路，避免对LNG软管5内的空气造成不利影响。
一种优选的实施方式为：LNG动力船舶储供系统包括并排或堆码放置的多个LNG罐箱1，且多个LNG罐箱1通过总管连接自增压蒸发器3或蒸发器4。其中，LNG罐箱1的数量需满足船舶续航要求，每个LNG罐箱1的构造、连接完全相同，且所有LNG罐箱1的管路可以连接至一个连接总管上，再接入自增压蒸发器3或蒸发器4。
本发明的LNG动力船舶储供系统中，LNG罐箱1中的燃料LNG流出并分为两路，通过LNG软管分为两路，一路流至自增压蒸发器3，自增压蒸发器3 将LNG加热变为气态，被汽化的天然气再通过LNG罐箱1的气相进口13流入 LNG罐箱1内，维持LNG罐箱1出液压力，保证出液压力的稳定性；另一路 LNG流至蒸发器4，蒸发器4将LNG加热至船舶主动力装置需要的燃气温度和压力，供船舶主动力装置应用，为船舶提供主动力。为保证LNG储供系统的安全可靠性，防爆式电气接头8上设置有若干个监测仪器用于实时监测其状态，监测参数包括液位、压力和温度，通过将防爆式电气接头8沿仪表接口7插装在LNG罐箱1后，将LNG罐箱1监测到的数据传输至船舶综合监控系统，方便船员对该套LNG储供系统远程监测和控制。透气口14的第四干式快速接头 24和紧急切断阀6都为安全保护装置，当LNG罐箱1内压力超过限定值时，罐箱内气体通过透气口14释放至大气，确保LNG罐箱1不会因超压造成罐体破裂等后果；紧急安全阀6是在发生危及情况时，用于立即切断LNG供气系统的连接，保证船舶LNG储供系统的安全可靠性。其一方面确保LNG的稳定供给，另一方面方便了LNG燃料的加注，使LNG动力船舶燃料加注不再受限于LNG 加注站的设置，且换罐时间要低于加注时间，有助于提高LNG加注换罐的便捷性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG动力船舶储供系统包括LNG罐箱、连接组件、自增压蒸发器以及蒸发器，所述LNG罐箱可拆卸安装于船舶甲板上，在LNG罐箱内形成有燃料存储腔室，并在LNG罐箱上分别设有连通燃料存储腔室的第一液相出口、第二液相出口以及气相进口，所述连接组件包括安设在第一液相出口上的第一干式快速接头、安设在第二液相出口上的第二干式快速接头、安设在气相进口上的第三干式快速接头，所述第一干式快速接头通过LNG软管与蒸发器的进气端连接，且蒸发器的出气端用于外接船舶主机，所述第二干式快速接头通过LNG软管与自增压蒸发器的进气端连接，且自增压蒸发器的出气端通过LNG软管与第三干式快速接头连接。
2.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG罐箱上还形成有透气口，所述透气口上安设有第四干式快速接头，所述第四干式快速接头通过LNG软管用于外接船舶的固定式透气系统。
3.根据权利要求2所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述第一干式快速接头包括适配连接的公头和母头，所述第一干式快速接头的公头安装在第一液相出口上，所述第一干式快速接头的母头安装在连接第一液相出口的LNG软管端部上，且所述第一干式快速接头的公头和母头内部分别自带有密封阀门结构，其中，所述第二干式快速接头、第三干式快速接头以及第四干式快速接头的结构与第一干式快速接头的结构一致。
4.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG软管与LNG罐箱连接的位置设有紧急切断阀，所述紧急切断阀用于与可燃气体泄漏监测仪器联接。
5.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG罐箱上还形成有仪表接口，所述仪表接口上插接有防爆式电气接头，所述防爆式电气接头通过信号传输线用于外接船舶的综合监控系统，其中，所述防爆式电气接头为集成式结构，其内部集成设有若干个监测仪器，若干个监测仪器分别为液位监测传感器、温度监测传感器、压力监测传感器以及可燃气体探测传感器。
6.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述连接组件集中分布在所述LNG罐箱的一端，并在所述连接组件的四周围设有密封的屏蔽腔室，其中，在屏蔽腔室内，于所述连接组件的下方设置有集液盘。
7.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG罐箱的外壳和LNG软管均采用耐低温材料基于工艺成型。
8.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG动力船舶储供系统还包括LNG罐箱的固定结构，该固定结构为所述LNG罐箱的箱体通过角件锁固定在船舶甲板上，并在所述LNG罐箱的两侧设有挡板，所述挡板固定在船舶甲板上。
9.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG动力船舶储供系统还包括空气吹扫枪和配备在船舶上的氮气系统，所述空气吹扫枪与氮气系统连接。
10.根据权利要求1所述的一种可更换燃料罐的LNG动力船舶储供系统，其特征在于：所述LNG动力船舶储供系统包括并排或堆码放置的多个LNG罐箱，且多个LNG罐箱通过总管连接自增压蒸发器或蒸发器。
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