CN1765698A - 用于向船的能量发生装置供给燃料的装置 - Google Patents

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Abstract

用于在液化气运输船(1)上从所述船的至少一个液化气舱(2)向船载能量发生装置(5)供给燃料的装置，其特征在于，所述装置包括一安装在所述舱中以在所述舱的底部水平面处吸入液化气的液体喷射器(12)，安装在所述舱上方的循环泵(20)，将所述循环泵出口连接到所述液体喷射器入口上以及将所述液体喷射器出口连接到所述循环泵入口上的液体回路(21，22，23，24)，从而允许液化气流形成闭环回路穿过所述液体喷射器，以及一将所述液体回路连接到所述能量发生装置上的供给管路(28)。

Description

用于向船的能量发生装置供给燃料的装置
本发明涉及一种用于在液化气运输船上从所述船的至少一个液化气舱向船载能量发生装置供给燃料的装置。
在液化气运输船中，例如在一种液化天然气船中，为运行船只，尤其是为运行船只的动力装置和/或船载发电装置供给能量需要，提供能量发生装置。这种装置一般包括消耗来自蒸发器的气体的热力发动机，其中蒸发器由船舱中运输的液化气供给。
FR-A-2837783应用船舱底部的浸没式泵向这种蒸发器供应。在依靠稳定器航行期间，也就是当货舱被卸载后，以这种方式放置的泵在向液化天然气船的动力装置供给气体方面存在缺陷。在这种情况下，必须在货舱的底部上留下足以运行泵的余量液化气。实际上，如果液面太低，由于货物的运动泵有时会不得不泵送液体和气体的混合物，从而导致未启动或严重破坏该泵(差的冷却、效率低等)的危险。
FR-A-2832783通过用配备有多个止回阀的集流室来包围仍旧放置在货舱底部上的泵，从而保证即使在货舱微量填充和船遭受到倾斜和摇摆运动时仍持续浸没抽吸泵。但是，仍然存在缺点，即放置在船舱底部上的离心泵相对来说不易接近并且为了对其进行维护需要长期技术停机。
本发明的目的是提供一种能够简单维护的供给装置。本发明的另一个目的是提供一种利用货舱中低液面水平正确运转的供给装置。
为了这个目的，本发明提供一种用于用于在液化气运输船上从所述船的至少一个液化气舱向船载能量发生装置供给燃料的装置，其特征在于，所述装置包括：
一安装在所述舱中的液体喷射器，从而在所述舱的底部水平面处吸入液化气，
一安装在所述舱上方的循环泵，
一液体回路，将所述循环泵的出口连接到所述液体喷射器的入口上，并将所述液体喷射器的出口连接到所述循环泵的入口上，从而允许液化气流形成闭环回路穿过所述液体喷射器，
和一供给管路，将所述液体回路连接到所述能量发生装置上。
在本发明的上下文中，液体喷射器，也称为液体喷射泵，指的是一种包括一个喷嘴的泵，其中在压力作用下喷出的液体流的强大压力产生对到达喷嘴周边的液体的抽吸。这种喷射器具有许多有利的特征：
-没有机械运动机件，因此易于并且很可靠地安装，
-很少或者没有需要船只技术停止运行的维护，
-与传统泵相比利用较低的液面即可实现抽吸，意味着在船只卸货码头可以卸载更多的液体，
-可以无负荷运转(不需要抽吸液体)，而没有破坏或者未启动的危险。
有利的是，提供一种放置在所述舱上方的辅助罐，该辅助罐可连接到所述液体回路上。优选的，所述辅助罐能够容纳一定体积的液化气，其量至少足以装满所述液体回路并启动所述循环泵。
优选的，辅助罐是插入在介于所述液体喷射器出口和循环泵入口之间的液体回路中的缓冲罐。这种罐能够使液体喷射器暂时浮现，而不会影响泵的运行。
有利的是，所述液体回路包括一插入在所述循环泵出口和喷射器入口之间的控制阀，该阀根据所述缓冲罐中的液面被致动。
有利的是，所述供给管路连接到介于所述循环泵出口和控制阀之间的液体回路上。
根据一种具体实施方式，所述供给管路在所述缓冲罐的液面处连接到液体回路上，所述供给管路装配有与循环泵分离的排气泵，以将液体从缓冲罐排向能量发生装置。
优选的，提供一个将所述供给管路连接到缓冲罐上的回流管路，该回流管路装配有一根据所述供给管路中压力来致动的控制阀。
根据另一种具体实施方式，所述辅助罐位于液体回路的外侧，且可通过一阀连接于其上。
有利的是，所述液体回路包括一插入在循环泵出口和喷射器入口之间的控制阀，所述供给管路连接到循环泵出口和控制阀之间的液体回路上，该供给管路装配有一流量计，以根据所述供给管路中所测量的流量致动所述阀。
优选的，提供一种将所述供给管路连接到舱上的回流管路，所述回流管路装配有根据供给管路中的压力致动的控制阀。
优选的，提供一种装填管路，该装填管路将所述舱的排气泵出口连接到所述辅助罐上。
优选的，所述辅助罐通过一配有阀的管路连接到所述船的蒸汽集管上，从而控制辅助罐中的压力。
有利的是，所述辅助罐在其上壁水平面上装配有一安全阀，从而释放超过预设阈值的过剩压力。
优选的，所述循环泵和辅助罐放置在所述船的上甲板上。
根据一种具体实施方式，所述液体喷射器固定到一导向件上，该导向件安装在所述舱的底壁上，从而导向所述舱的卸载塔架的下端。
优选的，所述供给管路装配有一阀，该阀由来自于能量发生装置的指令信号致动，以控制所述装置的供给。
优选的，所述供给管路在蒸发器中终止，该蒸发器能够蒸发从液体回路穿过供给管路传输的液化气。
优选的，所述舱、循环泵和液体回路是热绝缘的。
参照下面的附图，从下面仅为非限制性说明而提供的对本发明几种具体实施方式的描述，本发明会得到更好的理解，本发明的其它目的、细节、特征和优点会更加明显。这些附图中：
-图1是可装配有根据本发明的装置的液化天然气船的侧视图，
-图2是根据本发明第一种实施方式的供给装置的操作图，
-图3是装配有图2所示装置的液化天然气船的局部侧面横截面图，
-图4是图2的部分IV的详图，示出了该供给装置的一种变形，
-图5示出了图2所示装置的循环泵的运行曲线，
-图6是根据本发明第二种实施方式的供给装置的操作图。
图1示出了一种具有常规外形结构的液化天然气船1。这艘船包括货舱2，例如总计为四个，密封并绝热地用于储存液化天然气货物，例如大约在-160℃左右的富甲烷气。每个货舱与一根桅杆3相连接，桅杆3矗立于船的上甲板4上，用于在相应的货舱2中产生过压时排出气体。在船1的尾部，设置机械舱5，该机械舱5包括多个由从货舱2流出的气体燃烧来运行的热力发动机，例如多个蒸汽锅炉用于向蒸汽轮机供给蒸汽，从而推动船前进和/或产生电力。
货舱2由横向舱壁6彼此间隔开，称为“隔离舱”。每个货舱的底部由该船的双壳体的内侧面7形成。双壳体的内侧面7和外侧面8之间的空间用作稳定器，可装满海水，尤其是当货舱2空载时用于稳定船只。每个货舱2还包括一个装载/卸载塔架9，以在其运输之前向船中装载货物和在其运输之后卸载货物。下面会更详细地描述塔架9。在该船的尾部上层结构10的前方，是一个称作辅助室的房间11，在该房间11中容纳有用于在装载、卸载货物以及货舱无效(inerting)时在船上运输流体的设备，也就是比如压缩机、加热器、热交换器等的设备。
当船满载航行时，货舱2中气体的自然蒸发通常产生大量燃料，用于运行机械室5中的机械。一般地，这些蒸发的气体由散布在船的上甲板上的蒸汽集管(在图1中未示出)所收集。但是，当船靠稳定器航行时，也就是当货物被卸载后，必须抽吸一个或多个货舱2中的剩余液化气液体，从而供给船的推进系统，因此该船配备有如图2所示的供给装置。
供给装置包括安装在货舱2底部上的一个液体喷射器12。这种液体喷射器是本领域的技术人员所熟知的，因此不需要对其进行详细描述。该液体喷射器12一般来说包括一个渐缩/扩散喷嘴13，穿过该喷嘴的液体流用作驱动流。该液体喷射器12还包括一个吸入管14，该吸入管14指向罐的底部并横向终止在喷嘴13中。喷嘴13中的驱动流产生液化气穿过吸入管14的抽吸作用，如箭头15所示。为了产生驱动流，设置一个低温泵20，该低温泵20的出口通过管路21连接到喷射器的喷嘴13的入口上。管路22将喷嘴13的出口连接到缓冲罐23上，该缓冲罐23例如具有大约10m3或更大的容积，用于暂时存储由喷射器12从货舱2中喷射的液体。管路24将缓冲罐23连接到低温泵20的入口上。从而，管路21、22、24和缓冲罐23形成一液体回路，允许驱动流穿过喷射器12而闭路循环。
一控制阀25安装在泵20出口和喷射器12入口之间的管路21上，用于调节管路21中驱动液体的流量。该阀25的开度根据放置在罐23中的液面指示计26的测量指示自动控制，并且对其中的液面敏感。因此，当罐23中的液面下降时该阀25打开，相反，当液面升高时该阀25关闭。这种控制防止罐23中的液面(由线27表示)下降低于一定的阈值，而低于一定的阈值很可能会造成泵20的未启动及损坏。在运行中，该罐23形成一液体储备，用于保证即使在喷射器12暂时脱出(例如由于膨胀导致的货物运动造成)的情况下也形成流向泵20的连续输入流，因此，离开喷射器12的液化气流量是不均匀的。因此缓冲罐23的存在用于进一步降低货舱2中的装料高度，在这个高度可以进行对机械的供给。实际上，喷射器可以间歇地运行，也就是说，能够收集在喷射器的水平面处在每个通道上的货舱底部上往复运动的液化气的波。
供给管路28连接到介于泵20出口和阀25之间的管路21上。该供给管路28用于将在管路21中流动的一部分液化气向所供给的能量发生装置输送。为了调节穿过供给管路28而分离的液流，该管路设置有一个流量控制阀29，根据机械的消耗，利用从机械室5中用于控制热力发动机的装置发出的、由箭头30指示的指令信号使该阀29打开和闭合。在该阀29的下游，供给管路28在一蒸发器31中终止，该蒸发器31用于蒸发液化气，从而使其以气态形式供给到所供给的机械。回流管路32连接到阀29上游的供给管路28上，并终止于缓冲罐23中。当供给管路28中的压力过高时，该回流管路32允许液化气返回至缓冲罐23。为了这个目的，该管路32装配有一控制阀33，该控制阀33根据测量管路28中压力的压力计34的测量指示进行控制。在运行中，泵20的压力顺流受各种阀25、29和33的控制。图5示出了该泵20的运行特征17。在图5中的y-轴上，H表示该泵20的入口和出口之间的压差，在x-轴上，Q表示由该泵20排出的流量。该泵20是压力控制的。从一个由压差H1和流量Q1表征的运行点P1，通过将压差降低到水平H2，可以将流量提高到水平Q2，相应于运行点P2。这说明为什么阀25和29的打开和关闭能够简易控制由泵20排出的流量。
为了起动供给装置，可能必须由液体喷射器12之外的一种装置来装填缓冲罐23。为了这个目的，该罐23装配有一装填管路40，该装填管路40设置有一控制阀21并连接到货舱2的卸载回路上，从而用于在船卸载期间装填缓冲罐23。一管路42自缓冲罐23的上壁起始并装配有一平衡阀43，该管路42用于将该罐23中产生的蒸发气体输送到液化天然气船的常规蒸汽集管(未示出)。该阀43用于控制缓冲罐23中的压力。运行中，阀43一般保持打开状态，这样缓冲罐23中的压力基本上等于船的货舱中的压力，也就是说，接近于标准压力。而且，一安全阀43用于提高安全性，防止在缓冲罐23中形成压力的危险。
在图2中所示的供给装置中，缓冲罐23和循环泵20优选放置在货舱2的上方，液体喷射器12放置在货舱2中。图3示出了图2中所示供给装置在液化天然气船上的布置的一个更精确的实施例。在该实施例中，缓冲罐23和供给泵20放置在船的上甲板4上，例如恰好在辅助室11的前方。液体喷射器12固定在货舱2中，尽可能地接近该货舱的底部并处于其后部。为了固定该喷射器，有利的是应用货舱装载/卸载塔架9的现有结构。
塔架9沿着横向舱壁6附近货舱2的整个高度延伸，并且从货舱2的上壁50悬垂下来。塔架9垂直方向自由运动，并因此通过一导向件51在其下端水平面上被导向，该导向件51固定到货舱2的底壁上。更准确的说，装载/卸载塔架9包括两个卸载管道52和53，它们都在其底部通过链接安装到各自的卸载泵54上。塔架9还包括一装填管道55和一更大直径的管道56，该管道56用作备用轴，在一个泵54失效的情况下，一备用泵可以穿过该管道56被下降至货舱的底部。最后，塔架9包括多个水平的平台57，它们通过阶梯(未示出)连接，并且它们允许将一个人下降到货舱的底部。在图3中示出的布置实施例中，液体喷射器12通过一支架60固定到导向件51上，该支架60朝向船的尾部延伸。
所描述的装置用于从一个或多个船的货舱2供给燃料。在下面的情况中，液体喷射器12类似地放置在所应用的每个货舱中。可以为所有的喷射器共同应用一个缓冲罐23和一个循环泵20。在这种情况下，参照图3，各液体喷射器的入口通过与彼此连通的旁通管(如线59所示)连接到循环泵20的出口上。类似的，各液体喷射器的出口通过与彼此连通的旁通管(如线58所示)连接到缓冲罐23的入口上。作为一种变形，也可以为每个喷射器应用一个循环泵和/或为每个喷射器应用一个缓冲罐，或者甚至为每个货舱应用一套特殊完整的供给装置。
在图2中所示的实施方式中，循环泵20完成循环驱动流穿过液体喷射器12和朝向所供给的能量发生装置将液体排进供给管路28这两项功能。当为实现这两项功能所需要的压力水平相似时这种构造尤其有利。但液体喷射器12中所需要的压力与供给管路28中所需要的压力明显不同时，图2中的实施方式也可以运行，当这种情况表示在管路21或供给管路28中人为产生压力下降，这对于供给装置的效率不是最佳的。
在液体喷射器12的入口处和在供给管路28中需要不同压力的情况下，作为一种变形，可以应用在图4中局部示出的的装置，也就是应用两个分离的泵替换泵20。在图4中，相同的附图标记指示与图2中相同的部件。泵201保证产生驱动流穿过液体喷射器12，而泵202保证直接从罐23中排出液化气穿过供给管路28。
在另一种变形中，图2中的泵20可以用平行连接在管路24和21之间的多个泵替换。这种构造用于在一个循环泵失效的情况下具有至少一个备用泵。
参照图6，现在描述供给装置的第二种实施方式。与第一种实施方式相似或相同的部件具有相同的附图标记，另外加上数字100。因此在本文余下的部分中，只描述第二种实施方式与第一种实施方式不同的部分。
在此，缓冲罐被除去，管路122直接将喷射器112的出口连接到循环泵120的入口上。替换了液面计，应用一流量计126来执行控制阀125的打开和关闭，安装流量计126是为了测量穿过供给管路128的流量，该供给管路以与图2中供给管路28相同的方式连接。至于回流管路132，它在存储罐102中而不是缓冲罐中终止。
为了保证液体回路和泵20的启动，在这种情况下，设置一辅助罐63，该辅助罐63也放置在货舱的上方并通过一连接管路65连接到泵120上游的管路122上，其中连接管路65装配有一截流阀64。为了装填辅助罐63，有利的是，辅助罐63安装有一装填管路140，该装填管路140装配有一阀141并将辅助罐63连接到塔架9的一个卸载泵54上，从而允许在船的货舱卸载期间装填罐63。为了这个目的，还可以应用一个与卸载泵54不同的泵。与缓冲罐23相同，该辅助罐63也可以装配有一连接到船的蒸汽集管上的连接管路，该连接管路具有一相应的平衡阀和一安全阀(均未示出)。该罐63必须在任何时候用于起动或再起动循环泵120。为了这个目的，它的容积必须至少等于由部件120、121和122所形成回路的容积。
作为一个实施例，喷射器12/112可以如此形成尺寸，即可获得大约8米3/小时或者依赖于液化气密度大约3到4吨/小时的抽吸流量。对于40米高的货舱，可以获得大约12.5米3/小时、喷射器入口处的绝对压力为0.7至0.8MPa、喷射器出口处的绝对压力为0.3MPa的驱动流。为了这个目的，泵20/120/201可以如此形成尺寸，即例如供给20米3/小时的额定流量。
虽然与若干个具体的实施方式相联系来描述本发明，但是很明显它并不限制于此，并且如果下面的内容落在本发明的范围内，那么它包括所有与所描述的装置等效的技术特征以及它们的组合。

Claims (18)

1、用于在液化气运输船(1)上从所述船的至少一个液化气舱(2)向船载能量发生装置(5)供给燃料的装置，其特征在于，所述装置包括：
一安装在所述舱中的液体喷射器(12，112)，从而在所述舱的底部水平面处吸入液化气，
一安装在所述舱上方的循环泵(20，120，201)，
一液体回路(21，22，23，24；121，122)，将所述循环泵的出口连接到所述液体喷射器的入口上，并将所述液体喷射器的出口连接到所述循环泵的入口上，从而允许液化气流的闭环回路穿过所述液体喷射器，
和一供给管路(28，128)，将所述液体回路连接到所述能量发生装置上。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括放置在所述舱(2)上方且可连接到所述液体回路(21，22，23，24；121，122)上的辅助罐(23，63)，该辅助罐能够容纳一定体积的液化气，其量至少足以装满所述液体回路并能启动所述循环泵(20，120，201)。
3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述辅助罐是插入在介于所述液体喷射器(12)出口和循环泵(20，201)入口之间的液体回路(21-24)中的缓冲罐(23)。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述液体回路包括一插入在所述循环泵出口和喷射器入口之间的控制阀(25)，该阀根据所述缓冲罐(23)中的液面被致动。
5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述供给管路(28)连接到介于所述循环泵(26)出口和控制阀(25)之间的液体回路上。
6、如权利要求3和4之一所述的装置，其特征在于，所述供给管路(28)在所述缓冲罐(23)的液面处连接到液体回路上，所述供给管路装配有与循环泵(201)分离的排出泵(202)，以将液体从缓冲罐排向能量发生装置(5)。
7、如权利要求3至6之一所述的装置，其特征在于，该装置包括一个将所述供给管路(28)连接到缓冲罐(23)上的回流管路(32)，该回流管路装配有一根据所述供给管路中压力来致动的控制阀(33)。
8、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述辅助罐(63)位于液体回路(121，122)的外侧，且可通过一阀(64)连接于其上。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述液体回路包括一插入在循环泵(126)出口和喷射器(112)入口之间的控制阀(125)，所述供给管路(128)连接到循环泵出口和控制阀之间的液体回路上，该供给管路装配有一流量计(126)，以根据所述供给管路中所测量的流量致动所述阀(125)。
10、如权利要求8和9之一所述的装置，其特征在于，该装置包括一将所述供给管路(128)连接到舱(102)上的回流管路(132)，所述回流管路装配有根据供给管路中的压力致动的控制阀(133)。
11、如权利要求2至10之一所述的装置，其特征在于，该装置包括一装填管路(40，140)，该装填管路将所述舱的排出泵(54)出口连接到所述辅助罐(23，63)上。
12、如权利要求2至11之一所述的装置，其特征在于，所述辅助罐(23，63)通过一配有阀(43)的管路(42)连接到所述船的蒸汽集管上，从而控制辅助罐中的压力。
13、如权利要求2至12之一所述的装置，其特征在于，所述辅助罐(23，63)在其上壁水平面上装配有一安全阀(44)，从而释放超过预设阈值的过剩压力。
14、如权利要求2至13之一所述的装置，其特征在于，所述循环泵(20，120，201)和辅助罐(23，63)放置在所述船的上甲板(4)上。
15、如权利要求1至14之一所述的装置，其特征在于，所述液体喷射器(12，112)固定到一导向件(51)上，该导向件(51)安装在所述舱的底壁上，从而引导所述舱的卸载塔架(9)的下端。
16、如权利要求1至15之一所述的装置，其特征在于，所述供给管路(28，128)装配有一阀(29，129)，该阀(29，129)由来自于能量发生装置的指令信号(30)致动，以控制对所述装置的供给。
17、如权利要求1至16之一所述的装置，其特征在于，所述供给管路在蒸发器(31，131)中终止，该蒸发器(31，131)能够蒸发从液体回路穿过供给管路传输的液化气。
18、如权利要求1至17之一所述的装置，其特征在于，所述舱(2，102)、循环泵(20，120，201)和液体回路(21-24，121-122)是热绝缘的。
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