一种LNG的汽化及自增压装置的制作方法

本实用新型涉及一种汽化及自增压装置，尤其是涉及用于LNG的汽化及自增压装置，属于船舶技术领域。

背景技术：

LNG（液态天然气）主要组分是甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷、氮或常见的其他组分，燃烧后的排放气体以水为主，不含任何颗粒污染物，被称为“清洁能源”。

作为国际上公认的高效、安全、廉价的清洁能源，正逐步在工业、交通运输、居民生活等方面得到广泛的应用， LNG作为新型燃料应用于船用发动机已是成熟技术，然而LNG燃料动力船舶配套装备还有待发展。LNG燃料动力船舶能够稳定航行, 必须要为天然气发动机提供稳定的燃料供给。加注到储罐的初始液化天然气一般都处在常压状态下, 首先必须对储罐进行自增压, 当压力增加到天然气发动机额定的工作压力范围后, 再开始对发动机进行供气，当LNG使用到一定程度后，储罐内的压力会降低，如果没有自增压装置会使得压力低于天然气发动机额定的工作压力范围，影响船舶的航行。

LNG动力船舶正常航行时，一般都采用普通定速热水循环泵组且持续运转以保持热循环水的流通以此使热交换器达到汽化及自增压目的，此过程中辅助热水单元及发动机高温冷却水系统管路上的阀门均属于常开状态，不利于降低成本及增加能效。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单紧凑、提高热水管路系统运行能源效率的LNG的汽化及自增压装置。

本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种LNG的汽化及自增压装置，应用于动力船舶上，所述动力船舶上设有LNG燃料储气罐、动力系统、发动机控制系统及能效控制系统，其特征在于：所述LNG燃料储气罐通过汽化及自增压装置与动力系统连接，发动机控制系统与动力系统连接，所述汽化及自增压装置设置在气罐连接处所内；所述汽化及自增压装置包括热交换器、辅助热水单元；所述热交换器设有热水输入端、冷水输出端、增压液相输入端、增压气相输出端、燃料液相输入端、燃料气相输出端，所述增压液相输入端与增压气相输出端在热交换器的内部相连接，所述燃料液相输入端与燃料气相输出端在热交换器的内部相连接；所述LNG燃料储气罐通过管道分别与热交换器的增压液相输入端、燃料液相输入端连接；所述热交换器的增压气相输出端通过管道与LNG燃料储气罐相连接；所述热交换器的燃料气相输出端通过管道与所述动力系统的进气接口连接；所述能效控制系统包括：第一手动截止阀、第二手动截止阀、热水循环泵、PID三通电磁阀、控制器、压力传感器及温度传感器，其中，所述动力系统的高温冷却水出口及辅助热水单元分别通过管道与PID三通电磁阀的两个阀口连接，PID三通电磁阀的另外一个阀口通过管道依次连接第一手动截止阀、热水循环泵及第二手动截止阀后与热交换器的热水输入端相连接；所述压力传感器设置在LNG燃料储罐上，所述温度传感器设置在热交换器热水进口处；所述热水循环泵、PID三通电磁阀、压力传感器及温度传感器均与所述控制器控制连接；所述热交换器的冷水输出端通过管道通向船舶舷外，所述发动机控制系统控制连接辅助热水单元。

所述控制器为PLC控制器。

在所述LNG燃料储气罐与热交换器的增压液相输入端相连接的管道上设有低温截止阀一和调压阀。

在所述LNG燃料储气罐与热交换器的燃料液相输入端相连接的管道上设有低温截止阀二。

在所述热交换器的增压气相输出端与LNG燃料储气罐相连接的管道上设有低温截止阀三。

在所述热交换器的燃料气相输出端与所述动力系统的进气接口相连接的管道上设有自动截止阀。

汽化及自增压装置还设有低温报警器，所述低温报警器设置在热交换器的冷水输出端的管道上，所述低温报警器通过发动机控制系统连接控制。

本实用新型通过热交换器将LNG汽化成NG（气态天然气），本实用新型的热交换器有两个作用：

一、NG通过热交换器的增压气相输出端输入到LNG燃料储气罐内进行增压，利用NG增压，无需额外的装置，节约成本。

二、通过燃料气相输出端给动力系统提供燃料；在启动动力系统之前，辅助热水单元给热交换器预热，使NG的压力达到动力系统的额定工作压力范围后，改由动力系统的高温冷却水给热交换器供热，只需刚开始启动辅助热水单元，后续都由动力系统提供热源，节约能源；本实用新型还设有低温警报器，用于监测热交换器的冷水输出端的温度，当温度过低时警报；本实用新型设置在气罐连结所内，减少了LNG动力船舶危险气体释放点的数量，从而缩小LNG动力船舶气体危险区域，达到降低储罐配套设备成本、优化船舶布置的目的，成为LNG燃料动力船舶的关键设备。

另外，本实用新型采用能效管理系统对相关管路中温度、压力传感器监测并实时调整PID三通电磁阀的开启程度、热水循环泵的转速。当发动机进气温度及LNG气罐能压力较高时，关闭辅助热水单元侧电磁阀并及时调整热水循环泵的转速，汽化器的出口水温达到恒定范围值，当发动机进气温度或者LNG气罐能压力过低时，调整热水泵的转速并使发动机高温冷却水侧电磁阀开度最大加速泵的循环流量，如温度还是无法达到汽化水温时，则开启辅助热水单元侧电磁阀，缓慢增加其开度。

附图说明

图1是本实用新型的结构图；

图2是本实用新型的热交换器的连接图；

图3为能效控制系统的功能框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2所示，本实施案例的LNG燃料动力船舶为一艘航行于内河A级航区的LNG燃料动力干货船。该船与现有内河LNG燃料动力干货船在船体结构上基本相同，均为双底、双舷、单甲板，货舱区域为纵骨架式、首尾部为横骨架式，尾机型机舱，船舶艉部设有LNG燃料储气罐1，还设有动力系统3、发动机控制系统5，LNG燃料储气罐1通过汽化及自增压装置与动力系统3连接，发动机控制系统5与动力系统3连接。

汽化及自增压装置设置在气罐连接处所8内；汽化及自增压装置包括热交换器2、辅助热水单元6、低温报警器4；热交换器2设有热水输入端300、冷水输出端301、增压液相输入端100、增压气相输出端104、燃料液相输入端200、燃料气相输出端203，增压液相输入端100与增压气相输出端104在热交换器2的内部相连接，燃料液相输入端200与燃料气相输出端203在热交换器2的内部相连接；LNG燃料储气罐1通过管道分别与热交换器2的增压液相输入端100、燃料液相输入端200连接；热交换器2的增压气相输出端104通过管道与LNG燃料储气罐1相连接；热交换器2的燃料气相输出端203通过管道与动力系统3的进气接口32连接；还包括能效控制系统，所述能效控制系统包括：第一手动截止阀10、第二手动截止阀14、热水循环泵11、PID三通电磁阀12、控制器13、压力传感器及温度传感器，其中，所述动力系统的高温冷却水出口31及辅助热水单元6分别通过管道与PID三通电磁阀12的两个阀口连接，PID三通电磁阀12的另外一个阀口通过管道依次连接第一手动截止阀10、热水循环泵11及第二手动截止阀14后与热交换器的热水输入端300相连接；通过设置在LNG燃料储罐上的压力传感器及热交换器热水进口温度传感器与系统参数对比；所述PID三通电磁阀、热水循环泵、压力传感器及温度传感器均与所述控制器控制连接；

热交换器2的冷水输出端301通过管道通向船舶舷外7，发动机控制系统5控制连接辅助热水单元6；低温报警器4设置在热交换器2的冷水输出端301的管道上，低温报警器4通过发动机控制系统5连接控制；在LNG燃料储气罐1与热交换器2的增压液相输入端100相连接的管道上设有低温截止阀一101和调压阀102；在LNG燃料储气罐1与热交换器2的燃料液相输入端200相连接的管道上设有低温截止阀二201；在热交换器2的增压气相输出端104与LNG燃料储气罐1相连接的管道上设有低温截止阀三103；在热交换器2的燃料气相输出端203与动力系统3的进气接口32相连接的管道上设有自动截止阀202。

动力系统3启动前，发动机控制系统5开启辅助热水单元3，辅助热水单元3向热交换器2预热，预热后的辅助热水单元3通过能效控制系统后由热水输入端300进入，由冷水输出端301流出，经船舶舷外7排出，LNG经低温截止阀一101、开启调压阀102、增压液相输入端100进入热交换器2，汽化后经低温截止阀三103、增压器气相输出端104返回LNG燃料储气罐1，完成LNG燃料储气罐1自增压。

LNG燃料储气罐1自增压达到要求后，LNG燃料通过低温截止阀二201、燃料液相输入端200进入热交换器2进行汽化，汽化后经自动截止阀202由燃料气相输出端203进入动力系统3，此时发动机控制系统5启动动力系统3，动力系统3正常运转后产生高温冷却水，高温冷却水由高温冷却水出口31经能效控制系统9后流入热水输入端300进入热交换器2，此时，发动机控制系统5关闭辅助热水单元6，完成动力系统3启动工作。

本实用新型采用能效管理系统对相关管路中温度、压力传感器监测并实时调整PID三通电磁阀的开启程度、热水循环泵的转速。当发动机进气温度及LNG气罐能压力较高时，关闭辅助热水单元侧电磁阀并及时调整热水循环泵的转速，汽化器的出口水温达到恒定范围值，当发动机进气温度或者LNG气罐能压力过低时，调整热水泵的转速并使发动机高温冷却水侧电磁阀开度最大加速泵的循环流量，如温度还是无法达到汽化水温时，则开启辅助热水单元侧电磁阀，缓慢增加其开度。

实际中LNG动力船上发动机高温冷却水温度足以满足汽化要求，辅助热水单元仅作应急备用。因此在船舶航行过程中，大大减少了因此项产生的能源和燃料的消耗，变相节约了运营成本。

发动机控制系统5控制动力系统3进气量及监测各项运行参数，LNG燃料储气罐1在向动力系统3供气时, LNG燃料储气罐1内的液体会不断地排出, 相应的液相空间不断减小, 气相空间不断增大, LNG燃料储气罐1内的压力又会逐渐下降, 为此在供气过程中调压阀102根据系统设定压力进行稳压, 以确保供气压力在规定的工作压力范围内。

动力系统3为热交换器2提供运行产生的冷却水，温度在45℃以上，当低温警报器4检测到冷却水温度过低时则发出警报，启动辅助热水单元6。