一种用于lng船液舱预冷的旋转式喷淋装置及其喷淋方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于LNG船液舱预冷的可旋转式喷淋装置及其喷淋方法。
【背景技术】
[0002]随着天然气资源开发的加快，我国的天然气液化也进入了一个新的阶段。液化天然气(LNG)在常压下的温度约为_162°C，大型的LNG储运设备不可能承受很高的压力，只能是在常压或低压的条件下运输。
[0003]液化天然气从生产到使用大致可以分为以下的五个部分:LNG的生产、运输、接收、分配、用户，每个环节都存在着一定的输送问题。
[0004]LNG船是指将LNG从液化厂运往接收站的专用船舶。由于天然气是一种易燃的物质，所以储存LNG的液舱中不允许存在氧气。LNG船在首次充装液体时应首先进行惰化和纯化。LNG船充装液体的主要步骤为:液货舱的惰化与纯化、液货舱的预冷、液体的充装，其中液货舱的预冷:经过惰化和纯化的液货舱还不能直接将LNG灌入，还必须进行一个预冷的过程，特别是首次充灌的时间。由于惰化完的液货舱处于一个比较高的温度，距离LNG的储藏温度(_162°C )还有一个很大的温差。液货舱要从一个接近常温的温度冷却到如此低的温度，冷却的速度和冷却的均匀性很重要，而液货舱冷却的方法是通过LNG的输送系统，将LNG在液货舱的顶部中央进行喷淋，LNG吸收液货舱壁绝热材料和液货舱内气体的热量而蒸发，舱壁和绝热材料被冷却，直到整个液货舱被冷却完整。
[0005]而现使用的LNG船液舱预冷喷淋装置，多固定安装在液舱天花板中央内侧，其中的喷嘴沿着喷淋装置的圆周分布，喷嘴的数量一般是分布于喷淋装置上下两环共48个。预冷剂经过这种喷淋装置及其喷淋操作后在液舱内的轨迹很不均匀，极易形成预冷死角。因此存在两个问题:一是，预冷剂经过喷淋装置后直接沿着与喷嘴安装方向相切的轨迹喷淋在液舱内，对该方向的液舱结构造成过度冷却，导致绝热材料失效，同时对不在该方向的液舱结构冷却不够，易形成预冷死角，这样容易导致液舱在预冷操作时全舱的热梯度过高，进而对货物维护系统造成损害；二是，液相预冷剂经过喷嘴后，由于液体在空间上分布不够均匀，与液舱接触的不充分，热量不能及时全面的传导到预冷剂上，影响冷却效率，使LNG运输船的液舱预冷操作耗费更多的时间，降低了船舶营运的经济性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种用于LNG船液舱预冷的可旋转式喷淋装置及其喷淋方法，解决了目前用于LNG运输船液舱预冷的喷淋装置在作业时雾化不良、冷却效率低、易在液舱中形成预冷死角的技术问题，该装置通过伺服电机和传动系统以及特有的喷淋执行机构，为LNG船液舱的预冷操作提供安全高效的喷淋方法。
[0007]本发明所采用的技术方案是:
[0008]—种用于LNG船液舱预冷的可旋转式喷淋装置，包括伺服电机、传动系统和喷淋执行机构，所述传动系统连接伺服电机和喷淋执行机构，其所述喷淋执行机构的旋转运动是通过传动系统由安装在液舱外伺服电机驱动，所述伺服电机安装在液舱气穹结构内，通过传动皮带将动力输出驱动所述喷淋执行机构。
[0009]进一步优选为:所述传动系统包括传动皮带、传动轴、轴套轴承轴封系统和传动齿轮，其中传动皮带连接传动轴和伺服电机，所述传动轴连接轴套轴承轴封系统，且使轴套轴承轴封系统在动力驱动下旋转，并将运动传递到安装在传动轴液舱一侧的传动齿轮上，所述传动齿轮与喷淋执行机构连接。
[0010]进一步优选为:所述喷淋执行机构包括预冷剂喷嘴系统、储液池、球阀座、齿轮和球阀，所述球阀座设置在液舱预冷剂液相管的下端部，所述球阀安装在球阀座和液舱预冷剂液相管内，所述球阀座的下端安装有齿轮，所述球阀座与齿轮之间开设有储液池，所述储液池与所述预冷剂喷嘴系统连通，所述预冷剂喷嘴系统设置在齿轮一侧，所述齿轮与传动齿轮啮合传递旋转运动到预冷剂喷嘴系统围绕球阀做旋转运动。
[0011]进一步优选为:所述预冷剂喷嘴系统为喷嘴组，所述喷嘴组由多个喷嘴导管组成，所述喷嘴导管均布设置在齿轮一侧，且与齿轮轴向成一定的角度。
[0012]进一步优选为:所述喷嘴导管与齿轮轴向的角度为20-60度。
[0013]进一步优选为:所述的储液池位于球阀座下部预冷剂喷嘴系统的上部，通过球阀内部通道将由液舱预冷剂液相管供应的预冷剂储藏在该处，并对喷嘴组分配预冷剂。
[0014]进一步优选为:所述液舱预冷剂液相管和所述传动轴并列穿过液舱货物维护系统。
[0015]本发明还提供了基于一种用于LNG船液舱预冷的可旋转式喷淋装置的喷淋方法:
[0016]液舱预冷操作启动后，液相预冷剂经液舱预冷剂液相管进入喷淋执行机构，同时转速根据液舱环境反馈控制的伺服电机得以启动，经过传动系统带动预冷剂喷嘴系统围绕球阀旋转，液相预冷剂通过球阀内部通道将由预冷剂管道供应的预冷剂储藏在储液池，并对喷嘴组分配液相预冷剂，液相预冷剂经喷嘴组喷淋并在液舱中形成均匀流场，完成喷淋作业。
[0017]本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果:
[0018]本发明通过传动系统带动预冷剂喷嘴系统围绕球阀转动，使得经液舱预冷剂液相管进入预冷剂喷嘴系统的预冷剂通过偏心分布的喷嘴组在液舱内形成均匀的流场，避免液舱内部结构在预冷操作时的冷却不均匀绝热材料热梯度过大进而材料失效的事故；同时由于该喷淋装置能够在液舱中形成均匀的预冷剂流场，使之充分接触，热传导速率加快，提高了液舱预冷操作效率；本发明在保证液舱结构完整的前提下，克服了目前用于液舱预冷的喷淋装置存在的缺陷与不足，使得预冷剂在液舱内雾化效果提高，流场更均匀，冷却效率提高，进而促进了 LNG运输船营运的经济性；本发明的喷淋装置通过伺服电机和传动系统以及特有的喷淋执行机构，为LNG船液舱的预冷操作提供安全高效的喷淋方法，提高冷却效率。
【附图说明】
[0019]图1是本发明用于LNG船液舱预冷的可旋转式喷淋装置的安装结构示意图；
[0020]图2为本发明用于LNG船液舱预冷的可旋转式喷淋装置结构示意图；
[0021]图3为本发明喷淋执行机构的底部示意图；
[0022]图4为本发明喷淋执行机构的剖面示意图。
[0023]其中，I为液舱货物维护系统，2为伺服电机，3为传动系统，30为传动皮带，31为传动轴，32为传动齿轮，33为轴套轴承轴封系统，4为喷淋执行机构，40为球阀，41为预冷剂喷嘴系统，42为喷嘴