一种海船LNG燃料低压供气系统及其控制方法与流程

本发明涉及海船燃料供给领域，特征一种海船lng燃料低压供气系统。

背景技术：

世界经济的快速发展，引发了世界对能源需求的快速增加。天然气以其清洁、方便、高效的特性成为替代煤炭、石油最合适的优质新型能源。随着国际油价的上涨及排放要求日趋严格，天然气的使用成为各领域的必然趋势。

现有船舶中，主要是以柴油发动机为主，柴油燃烧过程中，会产生浓烈的黑烟，对环境造成污染。由于船运经常涉及跨国运输，不同国家的柴油发动机优劣不同，因此会对环境产生不同程度的污染，导致很多船舶排放标准不达标，进而限制进入某些国家。

天然气以其清洁、方便、高效的特性，能够解决船舶燃烧柴油而导致的环境污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种海船lng燃料低压供气系统，该低压供气系统能够为采用燃气发动机的船舶进行供气。改善现有柴油发动机对环境造成的污染。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种海船lng燃料低压供气系统，它包括设置在船舶上的lng储罐和通过管道和阀门连接在lng储罐上的lng充装工艺系统和供气系统,所述供气系统通过管道和阀门连接至船舶上的燃气发动机；

所述lng充装工艺系统包括：

lng储罐惰化管路系统，将惰性气体通入lng储罐，排出lng储罐内的空气；

气体置换管路系统，将ng通入lng储罐，排出lng储罐内的惰性气体；

lng储罐预冷管路系统，将lng通入lng储罐，使lng在lng储罐内汽化成低温ng预冷lng储罐；

lng充装管路系统，将lng充入lng储罐进行存储；

所述供气系统用于将从lng储罐出来的lng加压汽化后送往燃气发动机，所述供气系统括加压泵、汽化系统，所述汽化系统包括lng汽化器和ng加热器；所述lng储罐通过管路和阀门依次连通加压泵、lng汽化器、ng加热器和燃气发动机。

由于上述结构，通过lng充装工艺系统对lng进行存储，然后再将存储的lng经过加压汽化加热后送往船舶燃气发动机，完成整个燃气发动机燃料供给的过程。

lng储罐，保证了船舶上有足够的燃料。充装工艺系统中，对储罐进行惰化，置换，预冷；惰化能够排空管路系统中的空气，避免lng与空气在管路中相遇发生爆炸，同时惰化过程中的惰性气体还能够检测管路系统是否漏气，漏气时惰性气体不会燃烧，安全可靠。

置换，保证了lng存储在lng储罐中lng的纯度；预冷，避免了lng在存储过程中被汽化，同时防止设备突然预冷而受到冲击。

加压泵使lng加压，加压至0.6~1.6mpa，保证运输需求。

进一步的，lng储罐惰化管路系统包括与lng储罐连通的惰性气体接口、空气排出口、氧气含量检测接口和设置在lng储罐内的lng储罐压力检测装置；

气体置换管路系统包括与lng储罐连通的ng接口、惰性气体排出口、ng含量检测接口；

lng储罐预冷管路系统包括与lng储罐连通的lng接口和ng排出口，设置在lng储罐内的lng储罐温度检测装置；

lng充装管路系统包括与lng储罐连通的lng接口。

进一步的，所述供气系统中还连接有供气系统惰化管路系统，所述供气系统惰化管路系统将惰性气体充入供气系统，排出供气系统中的空气；

所述供气系统惰化管路系统包括连接在供气系统上的供气系统惰性气体接口和供气系统惰性气体排出口；其中供气系统惰性气体接口与lng储罐相连。

所述供气系统惰化管路系统，能够检测供气系统是否漏气，同时排空供气系统中的空气，保证lng纯度。

进一步的，所述供气系统中还连接有加压泵预冷管路系统，所述加压泵预冷管路系统将lng充入加压泵中，预冷加压泵；

所述加压泵预冷管路系统包括连接在加压泵上的加压泵预冷lng接口、加压泵lng排出口，加压泵上还设置有加压泵温度检测装置；其中加压泵预冷lng接口和加压泵预冷lng排出口与lng储罐相连。

向加压泵中通入少量的lng，使lng汽化成低温ng预冷加压泵，保证加压泵不会在使用过程中突然受冷而损坏。

进一步的，所述lng储罐上还连接有lng储罐降压管路系统；所述lng储罐降压管路系统包括加压泵和设置在lng储罐内的喷淋装置，所述喷淋装置与加压泵相连；所述lng储罐通过管道和阀门与加压泵相连，形成闭合回路，lng从lng储罐流出后通过加压泵回到lng储罐内,且lng从通过喷淋装置在lng储罐内喷淋。

所述lng储罐降压管路系统用于平衡lng储罐内的压力，当lng储罐内的lng发生汽化时，可以使部分lng进入lng储罐降压管路系统中，平衡lng储罐内部压力，保证lng的安全存储。

进一步的，所述lng储罐包括lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ，所述lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ均与lng充装工艺系统相连；且所述lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ共同连接至一个供气系统，该供气系统连接至燃气发动机；或lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ分别连接一个独立的供气系统，两个独立的供气系统单独连接至燃气发动机；或lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ分别连接一个独立的供气系统，且两个独立的供气系统通过管路相互连通，同时两个独立的供气系统均连接至燃气发动机。

由于上述结构，两个lng储罐能够增大lng的存储量，且能够实现两储罐的倒罐，两个储罐能够单独工作或一同工作，便于整个海船lng燃料低压供气系统的检修和维护，提高了这个系统的工作稳定性。

本发明还公开了一种海船lng燃料低压供气系统的控制方法，该控制方法包括如下步骤：

步骤1：lng储罐惰化，将惰性气体通入lng储罐，排出lng储罐内的空气；

步骤2：供气系统惰化，将惰性气体充入供气系统，排出供气系统中的空气；

步骤3：气体置换，将ng通入lng储罐，排出lng储罐内的惰性气体；

步骤4：lng储罐预冷，将lng通入lng储罐，使lng在lng储罐内汽化成低温ng预冷lng储罐；

步骤5：加压泵预冷，将lng充入加压泵中，预冷加压泵；

步骤6：lng充装，将lng充入lng储罐进行存储；

步骤7：供气，将lng储罐中的lng经过加压汽化后送往船舶燃气发动机；

上述步骤中，步骤1和步骤2重的惰化过程能够排空管路系统中的空气，避免lng与空气在管路中相遇发生爆炸，同时惰化过程中的惰性气体还能够检测管路系统是否漏气，漏气时惰性气体不会燃烧，安全可靠。

其他置换，保证了lng储罐内，lng存储的纯度。储罐预冷和加压泵预冷能够避免lng在充装和输送过程中被汽化，同时避免设备突然受冷而损坏。

进一步的，lng储罐惰化过程中，lng储罐内的氧气含量≤1%后，停止空气排出，继续通入惰性气体，当lng储罐内压力等于4barg时，lng储罐惰化完成；

供气系统惰化过程中，将lng储罐惰化后剩余在lng储罐中的惰性气体用于惰化供气系统，排出供气系统中的空气；直至lng储罐中的压力等于2barg后，供气系统惰化完成；

气体置换过程中，lng储罐内的ng含≥40%后置换完成；

lng储罐预冷过程中，温度下降速度为10℃/h，且lng储罐内部温度≤-130℃后预冷完成；

加压泵预冷过程中，将lng储罐预冷后剩余在lng储罐中的lng用于预冷加压泵，加压泵的温度下降速度为10℃/h，且加压泵的温度≤-130℃后预冷完成；

在供气过程中，每个lng储罐内的lng单独或共同加压汽化后送往船舶燃气发动机或一个lng储罐中的lng先送往另一个lng储罐中，在经加压汽化后送往船舶燃气发动机。

进一步的，所述控制方法还包括倒罐控制方法，该控制方法步骤如下：

步骤1：连通管道，使两lng储罐压力保持平衡；

步骤2：将供液lng储罐中的lng送至加lng汽化器、ng加热器汽化后，将汽化后的ng送回供液lng储罐中使供液lng储罐内部加压；

步骤3：将供液lng储罐中lng通过管道倒入受液lng储罐。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明能够为采用燃气发动机的船舶进行供气。改善现有船舶中柴油发动机对环境造成的污染。本发明的海船lng燃料低压供气系统，lng充装存储过程和燃料供给过程安全稳定可靠。两个lng储罐能够实现倒罐，实现两个储罐一通工作或单独工作，便于管路系统的检修和维护，提高了海船lng燃料低压供气系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的充装工艺系统结构图；

图3是本发明是供气系统惰化状态时的管路结构图；

图4是本发明是加压泵预冷和储罐降压状态时的管路结构图；

图5和图6是本发明倒罐状态时的管路结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

海船lng燃料低压供气系统，它包括设置在船舶上甲板上的lng储罐和通过管道和阀门连接在lng储罐上的lng充装工艺系统和供气系统,所述供气系统通过管道和阀门连接至船舱内的燃气发动机4，所述lng充装工艺系统包括：

lng储罐惰化管路系统，将惰性气体通入lng储罐，排出lng储罐内的空气；

气体置换管路系统，将ng通入lng储罐，排出lng储罐内的惰性气体；

lng储罐预冷管路系统，将lng通入lng储罐，使lng在lng储罐内汽化成低温ng预冷lng储罐；

lng充装管路系统，将lng充入lng储罐进行存储；

所述供气系统用于将从lng储罐出来的lng加压汽化加热后送往燃气发动机，所述供气系统括加压泵、汽化系统，所述汽化系统包括lng汽化器和ng加热器；所述lng储罐通过管路和阀门依次连通加压泵、lng汽化器、ng加热器和燃气发动机4。

所述lng储罐的个数可以为1个或多个，本实施例中，lng储罐的个数为2个如图1所示的lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ，所述lng储罐并排设置在船舶甲板的左右两侧；

所述lng充装工艺系统包括液相管1和气相管2，液相管1和气相管2分别通过管道和阀门连接至lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ;同时液相管1和气相管2还通过管道和阀门连接排出口v1，且液相管1上还连接有检测接口sp。

液相管1包括左舷液相接口l1和右舷液相接口l2，气相管2包括左舷气相接口v1和右舷气相接口v2；设置两个液相和气相接口，便于船舶从不同测充装存储天然气。

所述lng储罐惰化管路系统包括与lng储罐连通的惰性气体接口、空气排出口、氧气含量检测接口，lng储罐压力检测装置；

其中，惰性气体接口包括与液相管1和气相管2连通的左舷惰性气体接口n1和右舷惰性气体接口n2，空气排出口为排出口o1；氧气含量检测接口为检测接口sp。

所述气体置换管路系统包括与lng储罐连通的ng接口、惰性气体排出口、ng含量检测接口；

其中，ng接口包括左舷气相接口v1和右舷气相接口v2，、惰性气体排出口为排出口o1，ng含量检测接口为检测接口sp。

所述lng储罐预冷管路系统包括与lng储罐连通的lng接口和ng排出口，设置在lng储罐内的lng储罐温度检测装置；

其中，lng接口包括左舷液相接口l1和右舷液相接口l2，ng排出口为排出口o1；

lng充装管路系统包括与lng储罐连通的lng接口，所述，lng接口包括左舷液相接口l1和右舷液相接口l2。

所述lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ共同连接至一个供气系统，该供气系统连接至燃气发动机4；或lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ分别连接一个独立的供气系统，两个独立的供气系统单独连接至燃气发动机4；或lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ分别连接一个独立的供气系统，且两个独立的供气系统通过管路相互连通，同时两个独立的供气系统均连接至燃气发动机4。

本实施例中，lng储罐ⅰ和lng储罐ⅱ分别连接一个独立的供气系统，且两个独立的供气系统通过管路相互连通，同时两个独立的供气系统均连接至燃气发动机4。

因此，lng储罐ⅰ通过管道和阀门依次连接加压泵m1、lng汽化器e1-1、ng加热器e1-2、缓冲罐3和燃气发动机4；

lng储罐ⅱ通过管道和阀门依次连接加压泵m2、lng汽化器e2-1、ng加热器e2-2、缓冲罐3和燃气发动机4；

且lng储罐ⅰ、加压泵m1、lng汽化器e1-1、ng加热器e1-2、和加压泵m2、lng汽化器e2-1、ng加热器e2-2通过管道和阀门连通。

由于上述结构，能够实现两个储罐的相互切换，使两个储罐配合工作，实现倒罐功能，提高了整个管路系统的稳定性。

每个供气系统中还连接有供气系统惰化管路系统，所述供气系统惰化管路系统将惰性气体充入供气系统，排出供气系统中的空气；

所述供气系统惰化管路系统包括连接在供气系统上的供气系统惰性气体接口和供气系统惰性气体排出口o2，o3；其中供气系统惰性气体接口与lng储罐相连。每个供气系统中的供气系统惰化管路系统通过管道和阀门相互连通。

每个供气系统中还连接有加压泵预冷管路系统，所述加压泵预冷管路系统将lng充入加压泵中，预冷加压泵；所述加压泵预冷管路系统包括连接在加压泵上的加压泵预冷lng接口、加压泵lng排出口，加压泵上还设置有加压泵温度检测装置；其中加压泵预冷lng接口和加压泵预冷lng排出口与lng储罐相连。每个供气系统中的加压泵预冷管路系统通过管道和阀门相互连通。

每个lng储罐上还连接有lng储罐降压管路系统（如图4所示）；所述lng储罐降压管路系统包括加压泵和设置在lng储罐内的喷淋装置5，所述喷淋装置与加压泵相连；所述lng储罐通过管道和阀门与加压泵相连，形成闭合回路，使lng从lng储罐流出后通过加压泵回到lng储罐内,且lng从通过喷淋装置在lng储罐内喷淋。每个lng储罐上的lng储罐降压管路系统相互通过管道和阀门相互连通。

所述海船lng燃料低压供气系统的控制方法如下：

步骤1：lng储罐惰化，将惰性气体通入lng储罐，排出lng储罐内的空气；

步骤2：供气系统惰化，将惰性气体充入供气系统，排出供气系统中的空气；

步骤3：气体置换，将ng通入lng储罐，排出lng储罐内的惰性气体；

步骤4：lng储罐预冷，将lng通入lng储罐，使lng在lng储罐内汽化成低温ng预冷lng储罐；

步骤5：加压泵预冷，将lng充入加压泵中，预冷加压泵；

步骤6：lng充装，将lng充入lng储罐进行存储；

步骤7：供气，将lng储罐中的lng经过加压汽化后送往船舶燃气发动机（4）；

lng储罐惰化过程中（如图2所示），通过控制阀门开闭，使惰性气体从左舷惰性气体接口n1和/或右舷惰性气体接口n2充入lng储罐，使空气从排除口o1排出，通过检测接口sp，检测lng储罐内的氧气含量，当lng储罐内的氧气含量≤1%后，停止空气排出，继续通入惰性气体，当lng储罐内压力等于4barg时，lng储罐惰化完成。惰化过程中，两个储罐可以一同惰化，或单独惰化。一同惰化时，检测口sp检测的是两个储罐内的氧气含量；且lng储罐内的压力均要达到4barg。

供气系统惰化过程中（如图3），通过控制阀门开闭，将lng储罐惰化后剩余在lng储罐中的惰性气体用于惰化供气系统，排出供气系统中的空气；直至lng储罐中的压力等于2barg后，供气系统惰化完成；两个储罐可以一同惰化，或单独惰化；空气和氮气均从惰性气体排出口o2和/或o3排出。一同惰化时，lng储罐中的压力均要等于2barg。

气体置换过程中（如图2），通过控制阀门开闭，ng从左舷气相接口v1和右舷气相接口v2充入lng储罐内，通过检测口检测sp，检测lng储罐内的ng含量，当ng含量≥40%后置换完成；两个储罐可以一同置换，或单独置换，一同置换时，过检测口检测sp检测两个lng储罐内的ng含量。

lng储罐预冷过程中（如图2），通过控制阀门开闭，将lng从左舷液相接口l1和右舷液相接口l2充入lng储罐，lng储罐温度下降速度为10℃/h，且lng储罐内部温度≤-130℃后预冷完成；两个储罐可以一同预冷，或单独预冷，一同预冷时，两个储罐的温度下降速度均为10℃/h，lng储罐内部温度均≤-130℃。

加压泵预冷过程中（如图4），通过控制阀门开闭，将lng储罐预冷后剩余在lng储罐中的lng用于预冷加压泵，加压泵的温度下降速度为10℃/h，且加压泵的温度≤-130℃后预冷完成；

两个加压泵可以一同预冷，或单独预冷，一同预冷时，两个加压泵的温度下降速度均为10℃/h，加压泵的温度均≤-130℃。

在供气过程中，每个lng储罐内的lng单独或共同加压汽化后送往船舶燃气发动机4或一个lng储罐中的lng先送往另一个lng储罐中，在经加压汽化后送往船舶燃气发动机4。

所述控制方法还包括倒罐控制方法（如图5和6所示），倒罐步骤如下：

步骤1：连通管道（气相管2），使两lng储罐压力保持平衡；

步骤2：将供液lng储罐中的lng送至lng汽化器e1-1、ng加热器e2-1加热汽化后，将汽化后的ng送回供液lng储罐中使供液lng储罐内部加压。或将供液lng储罐中的lng送至lng汽化器e2-1、ng加热器e2-2汽化后，将汽化后的ng送回供液lng储罐中使供液储罐内部加压。

步骤3：利用供液lng储罐中的压力，将供液lng储罐中的lng通过管道压入受液lng储罐中完成倒罐。

需要倒罐的情况一般是将高液位lng储罐中的lng导入低液位lng储罐中；当某一lng储罐内的液位h大于lng储罐内设定的液位最大值hmax或当某一lng储罐内的液位h小于lng储罐内设定的液位最小值hmin时；控制高液位lng储罐中的lng流向低液位lng储罐中，直到hmin≤h≤hmax为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。