一种天然气供气系统及气动力船舶的制作方法

本申请涉及天然气船舶领域，具体的说是一种天然气系统及气动力船舶。

背景技术：

随着全球排放法规日益严苛，液化天然气(lng)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，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。

在采用lng作为船舶燃料时，船上的主驱动柴油机和辅助发电机适合采用双燃料柴油机，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、加压和汽化总称天然气供气系统。

发明人发现，目前以天然气作为燃料的船舶，需要单独设置存储系统、加注管路和供气管路，但是由于lng的特殊性，还要求供气系统还需要提供bog(蒸发气)的处理和存储系统压力调节等功能；其整个系统繁杂，占用空间大，难以做到对各个系统和管路进行分别防护，难以做到隔绝lng与空气的接触，存在安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种天然气供气系统及气动力船舶，通过一个阀箱将lng管路与外界进行隔离，有效减少舱体危险区域的大小，尽可能的减少了接口的连接，降低了由于现场施工造成的泄漏和爆炸风险。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

天然气供气系统，包括罐体，所述罐体上设有一个阀箱，所述阀箱和罐体外壁共同形成一个空腔，所述空腔对应的罐体外壁上设有加注口和排出口，所述阀箱上设有加注对接口和排出对接口，所述加注口通过第一管路连通加注对接口，所述排出口通过第二管路连通排出对接口，所述第一管路和第二管路均位于空腔内，所述加注对接口用于向罐体内加注lng，所述排出对接口用于排出天然气供给用气设备。

进一步的，所述的罐体包括内罐和外罐两层，内罐和外罐之间具有真空间隙；所述内罐用于存储lng。

进一步的，所述加注口包括第一加注口和第二加注口，所述第一加注口通过管路延伸至罐体内底部，所述第二管路通过管路布置在罐体内顶部。

进一步的，所述排出口位于储罐的底部，包括第一排出口和第二排出口，所述第二管路包括升压管路和汽化管路，所述第一排出口通过升压管路连通排出对接口，所述第二排出口通过汽化管路连通排出对接口。

优选的，所述升压管路上依次设置有升压泵、汽化器和加热器，所述升压管路用于将从罐体内获取的lng依次加压、汽化和加热，并通过排出对接口输出压力、温度合适的天然气。

进一步的，所述汽化管路上设有自增压汽化器，所述自增压汽化器输出端连接第二排出口，输出端分为两路，一路连通汽化器和加热器之间的升压管路，另一路连通罐体顶部，所述的汽化管路用于将罐体内获取的lng汽化，并重新输入罐体增加罐体内部压力和/或输出到升压管路。

进一步的，所述的第二管路与排除对接口之间设有缓冲罐，所述缓冲罐能够稳定第二管路提供的天然气压力；所述空腔对应的罐体外壁上还设有安全阀，所述安全阀能够将罐体中多余的气体排放到大气中。

进一步的，所述阀箱上设有空气闸，用于供给检修人员进出阀箱内部；所述空气闸包括一个连通阀箱的通道，所述通道上安装有能够封闭通道的第一闸门和第二闸门，所述第一闸门和第二闸门之间形成一密闭空间。

本实用新型还提供了一种气动力船舶，包括上述的天然气供气系统。

进一步的，所述气动力船舶的左舷和右舷各设有一个加注模块，用于方便来自不同舷侧的lng源接入加注模块，所述两个加注模块均与天然气供气系统的加注对接口连通；所述气动船舶的主机和辅机均连通天然气供气系统的排出对接口。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

(1)通过采用阀箱将输出天然气前的管路和设备全部容纳，与外界隔离，缩小危险区域，避免了阀箱内的设备与船舶上其他部分发生干涉引起的泄漏，从而提高了船舶供气系统的安全性；

(2)将天然气以液态的形式进行存储，大大缩小了燃料的占用体积，船舶上能够预留出更多的空间，从而整个供气系统的占用体积；

(3)在罐体内设置两个不同位置的加注口，一个在顶部、一个在底部，能够根据不同的加注需求选择不同位置的加注口；

(4)通过将lng从罐体底部抽出，经由升压泵加压至用气设备所要求的压力，然后依次经过汽化器和加热器，通过外界热源将液态天然气汽化为天然气，达到方便、安全供气的效果；

(5)在使用过程中，由于罐体内的lng被升压泵吸出，罐体液位下降造成压力降低，为防止形成负压，影响lng的排出，通过设置自增压汽化器，抽出部分lng进行汽化后，补充到罐体内，从而达到提高罐体内压力的效果，使罐体内的压力满足输出需求；另外，当罐体内的bog增多时，罐体内的压力会不断提高，通过配置管路将bog输送至加压管路的加热器，升温后供给用气设备，即提高了燃气的利用率，又降低了天然气排入大气造成的污染；

(6)由于用气设备负荷会发生变化，导致供气管路中的压力发生波动，不易保持供气管路的稳定供应，通过配置缓冲罐，将供气管路中的天然气进行暂存，能够稳定供气压力；

(7)采用空气闸供给检修人员的出入，采用电气互锁装置，避免阀箱内泄漏的天然气与外界空气混合，增加了供气装置整体的安全性，从而保证了供气系统周围的空间成为安全空间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型的供气系统的管路连接示意图；

图2为本实用新型的供气系统的结构示意图；

图3为本实用新型的气动力船舶的正视图；

图4为本实用新型的气动力船舶的俯视图。

其中：1、罐体，2、阀箱，3、加注对接口，4、排出对接口，5、第一管路，6、第二管路，7、升压泵，8、汽化器，9、加热器，10、自增压汽化器，11、缓冲罐，12、空气闸，13、安全阀，14、供气系统，15、第一加注模块，16、第二加注模块。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，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；

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语解释部分:本实用新型中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义；

其中，lng:液化天然气(liquefiednaturalgas)。主要成分是甲烷。lng无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，lng的重量仅为同体积水的45％左右。在-162℃时呈液态。

加注：是指通过将岸上设备与船上lng储罐相连接，使岸上设备中的lng转移到船上的储罐的过程。

bog：蒸发气(boiloffgas)，由于储罐内的lng由于吸热而产生的气体。

升压泵：可以输送低温液体的离心泵。其泵体整体浸没于被输送的液体中。

汽化器：一种换热装置，可以通过外部热介质将lng加热汽化。

空气闸：一种隔离装置，主要由两扇气密门和其围成的隔离空间构成。两扇门不能同时打开，以免空气闸两侧的空气发生混合或交换。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中以天然气作为燃料的船舶，需要单独设置存储系统、加注管路和供气管路，但是由于lng的特殊性，还要求供气系统还需要提供bog(蒸发气)的处理和存储系统压力调节等功能；其整个系统繁杂，占用空间大，难以做到对各个系统和管路进行分别防护，难以做到隔绝lng与空气的接触，存在安全隐患；本申请正是为了解决上述技术问题，提出了一种天然气供气系统及气动力船舶。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，提出了一种供气系统。

包括罐体1，所述罐体上设有一个阀箱2，所述阀箱和罐体外壁共同形成一个空腔，所述空腔对应的罐体外壁上设有加注口和排出口，所述阀箱上设有加注对接口和排出对接口，所述加注口通过第一管路连通加注对接口3，所述排出口通过第二管路连通排出对接口4，所述第一管路5和第二管路6均位于空腔内，所述加注对接口用于向罐体内加注lng，所述排出对接口用于排出天然气供给用气设备。

可以理解的是，所述的罐体为内部具有一个空腔的金属壳体，内部空腔用于容纳lng和部分lng汽化后生成的天然气；在本实施例中，所述的阀箱为板件组成的具有五个面的立方体结构，其中罐体的一端与立方体组合，将阀箱形成一个具有相对密闭的空腔结构，从而将供气系统的各个元件布置在阀箱内，实现与外界空气的隔离；所述的加注口和排出口均为便于对接的通用接口，所述加注口和排出口也都连通罐体空腔内部；所述的加注对接口的一端处于阀箱外部，另一端位于阀箱内部并通过第一管路连通加注口，所述排出对接口的一端处于阀箱外部，另一端位于阀箱内部并通过第二管路连通排出口，当然，所述排除对接口和加注对接口处于阀箱外部的一端均为便于对接的通用接口。

所述的阀箱内安装有加压气化装置和安全阀，阀箱内壁包衬绝热层，阀箱还设有进风口和出风口，在需要时，能够通过风机对阀箱内部进行换气，从而方便检修人员的进入。

由于存储lng的罐体不可能做到完全隔离热量，少量的热量会通过罐体壁进入罐体内部，对罐体内的lng加热，lng吸热后会产生bog，导致储罐内压力升高，因此，需要将罐体内产生的bog消耗掉，可以通过连通第二管路，共同排出到用气设备消耗掉，也可以将超出设备用气量的部分送入高温氧化单元进行处理；

为了保证罐体的压力正常，所述的罐体上还设有安全阀13，所述安全阀连接罐体和外界空气，当储罐内压力超过安全阀设定的压力阈值时，安全阀打开，将多余的气体排放到大气中，以确保罐内压力处于安全范围内。

进一步的，所述的罐体包括内罐和外罐两层，内罐和外罐之间具有真空间隙；所述内罐用于存储lng；

将天然气以液态的形式进行存储，大大缩小了燃料的占用体积，船舶上能够预留出更多的空间，从而整个供气系统的占用体积。

进一步的，为了保证供气系统的安全性的基础上，兼顾可维护性，阀箱设有空气闸13，供人员进出进行设备检修和维护。空气闸由内外两道门和门之间的空间组成。两道门的开关设有电气互锁装置，无法同时处于开启状态。只有在关闭其中一扇门的情况下才能打开另一扇门。空气闸内提供正压通风，可防止阀箱内泄漏的天然气进入空气闸。这种将空气闸集成在阀箱上的设计，增加了存储供应系统模块的安全性，使得存储供应系统模块周围的空间成为安全空间。

如图1所示，图中虚线部分表示的管道为气态天然气的管道，实现部分表示的管道为液态lng的管道。

进一步的，所述加注口包括第一加注口和第二加注口，所述第一加注口通过管路延伸至罐体内底部，所述第二管路通过管路布置在罐体内顶部。

在罐体内设置两个不同位置的加注口，一个在顶部、一个在底部，能够根据不同的加注需求选择不同位置的加注口。

进一步的，所述排出口位于储罐的底部，包括第一排出口和第二排出口，所述第二管路包括升压管路和汽化管路，所述第一排出口通过升压管路连通排出对接口，所述第二排出口通过汽化管路连通排出对接口。

优选的，所述升压管路上依次设置有升压泵7、汽化器8和加热器9，所述升压管路用于将从罐体内获取的lng依次加压、汽化和加热，并通过排出对接口输出压力、温度合适的天然气。

在使用时，lng自储罐底部抽出，经由升压泵加压至用气设备所要求的压力。然后依次经过汽化器和加热器，利用来自外部热源的热量将lng汽化为天然气，并经加热器加热到用气设备所要求的温度。经过供气管路提供给用气设备，如主机、辅机、锅炉等。

进一步的，所述汽化管路上设有自增压汽化器10，所述自增压汽化器输出端连接第二排出口，输出端分为两路，一路连通汽化器和加热器之间的升压管路，另一路连通罐体顶部，所述的汽化管路用于将罐体内获取的lng汽化，并重新输入罐体增加罐体内部压力和/或输出到升压管路。

在使用过程中，由于储罐内的lng被升压泵吸出，储罐液位下降造成压力降低，为防止形成负压，在阀箱内布置有自增压汽化器，当储罐内压力低于设定值时，自增压汽化器后的调压阀自动打开，储罐内的lng在自增压汽化器中汽化后返回储罐，为储罐提升压力；

并且，由于bog的存在，储罐内的压力会持续升高，这部分bog可以通过上图中的红色管路输送至加热器进行加热后提供给用气设备。既提高了燃料的利用率，又减少了天然气排入大气造成的污染。

进一步的，所述的第二管路与排除对接口之间设有缓冲罐11，所述缓冲罐能够稳定第二管路提供的天然气压力；所述空腔对应的罐体外壁上还设有安全阀，所述安全阀能够将罐体中多余的气体排放到大气中；

由于用气设备负荷会发生变化，导致供气管路中的压力发生波动，不易保持供气管路的稳定供应，通过配置缓冲罐，将供气管路中的天然气进行暂存，能够稳定供气压力。

需要特别指出的是，由于船舶上的用气设备，比如主动力发动机、辅助发电机等，其所用的燃料均为气化后的压缩天然气，因此，采用升压泵抽取储罐中的lng并提升到需要的压力，然后经过汽化器将其变为气态。汽化器实质上是一种换热器，通过将热媒介质中的热量传递给lng使之吸热气化。在本发明中，热媒介质为水乙二醇。

实施例2

本申请的另一典型实施例中，提供一种气动力船舶，所述船舶上安装有实施例1所述的供气系统14。

进一步的，所述的供气系统可以布置在甲板上方，也可以布置在甲板下方；

当然，可以理解的是，所述的供气系统至少为一个，也可以采用多个供气系统，每个供气系统均包括前述的供气系统的所有功能。

进一步的，所述气动力船舶的左舷和右舷各分别设有第一加注模块15和第二加注模块16，用于方便来自不同舷侧的lng源接入加注模块，所述两个加注模块均与天然气供气系统的加注对接口连通；所述气动船舶的主机和辅机均连通天然气供气系统的排出对接口；方便来自不同舷侧的气源接入船舶加注模块，两个加注模块均与供气系统相通。

进一步的，所述的加注模块可以布置在甲板上方，也可布置于甲板下方的舷侧，当布置于甲板下方时，应提供机械强制通风。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。