水油气多功能加注趸船的燃气系统的制作方法

本发明涉一种水油气多功能加注趸船的燃气系统，属于船舶建造技术领域。

背景技术：

2014年，立足于交通运输发展的阶段性特征，更好地实现交通运输科学发展，交通运输部提出“四个交通”的建设——综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通。LNG作为清洁能源，是发展“绿色交通”的有力推手，为推进LNG在水运行业的应用发展，交通运输部出台了一系列政策措施：

交通运输部发布的《交通运输部关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》，是国家层面的顶层设计，彰显了我国在推动清洁能源应用、调整用能结构、促进水运减排等方面的积极主动性。为贯彻落实《指导意见》，进一步推进LNG在水运行业的应用，交通运输部发布《水运行业应用液化天然气试点示范工作实施方案》实施方案，确定了《水运行业应用液化天然气首批试点示范项目名单》，长江干线江苏段水运行业应用LNG作为首批示范项目，通过试点探索、示范引领，带动长江干线船舶对LNG应用，是我国水运行业用能结构改善的重要手段，符合我国绿色交通发展的需要。

目前海企港华已经设计并建成第一代水上LNG加注站“海港星01”号，根据公司发展以及行业需求，公司准备设计新一代水油气多功能水上加注站，同时具备LNG、油品、淡水的加注功能。目前市场上的加注趸船结构功能比较单一，因此，迫切的需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种水油气多功能加注趸船的燃气系统，该技术方案结构设计巧妙，紧凑，该技术方案同时具备LNG、油品、淡水的加注功能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水油气多功能加注趸船的燃气系统，包括LNG液货系统、LNG工艺管路系统、LNG加注系统、LNG卸液系统、LNG保冷系统以及辅助系统；所述的液货系统包括LNG储罐，所述的LNG出液储罐的出液口和进液口设置在储罐内容器的顶端，在LNG储罐内部设置泵腔，泵腔为内外胆结构，中层为真空夹层，泵系统内置于泵工作腔下底端处，泵工作腔的进液口处与低温紧急底部切断阀相连；所述的LNG卸液系统包括卸液操作平台，在卸液平台上设置有卸液管口，所述的卸液管口处的法兰与管路的中间段预装紧急切断件，法兰端部预装快速链接器B端，LNG加注船的加注端口预装快速连接器A端，A/B端具有配套异形花纹，通过不规则旋转可以使A/B端实现快速链接，且在A/B端设置有橡胶密封圈；LNG加注系统包括加注平台；在所述的卸液平台和加注平台上分别预留两套管口，加注、卸液部分管路共用，当管路连接到LNG工艺管路系统时分开，分为4路连接LNG出液储罐的进液口与出液口；所述的LNG保冷系统包括在LNG工艺管路系统设置的保冷层，所述的保冷层具体为：在直通低温直线管路较长、截止阀较多、弯头较多的位置，采用弹性发泡材料保冷；在耐腐蚀、耐打击、耐高温的外层位置采用合金保护层；在管道支撑部位采用PPR预制保冷；所述辅助系统包括泄压系统、BOG供气以及仪表风系统。

作为本发明的一种改进，在压力容器或压力管材部分采用超真空多层缠绕保冷，通过预制的方式实现，通过将玻纤纸与铝箔进行复合，将复合材料分批次打孔后平铺缠绕在内管或者内筒体上，缠绕层数为30～50层，最后采用钢制材料密封外管或外筒体，在预留的抽孔进行抽真空。

作为本发明的一种改进，在储罐内容器中泵系统泵工作腔处于悬挂结构，并有倒挂支撑与泵工作腔焊接。

作为本发明的一种改进，在储罐内容器内设置有防止低温液体在趸船上各种因素造成液体晃冲，蒸发而急剧增压情况的防波板。

作为本发明的一种改进，连接进液口的顶部进液管为单管多孔嘴淋充结构。

作为本发明的一种改进，在LNG储罐外筒体内部位于最高点两侧60°范围内增加两层绝热棉, 用六角不锈钢网固定后再对夹层进行填砂。

作为本发明的一种改进，LNG储罐的操作阀门和仪表均从罐体顶部引出。

作为本发明的一种改进，LNG储罐的所有安全阀排放管汇聚到安全放散系统集中进行排放，对顶进、底进、回气管路均设置了截止阀以及紧急切断阀。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，

1、该技术方案中的加注系统与卸液系统采用一体化设计，该设计方案综合利用了燃气工艺管路，即加注作业与卸液作业可以共用一套管路系统，该种设计方案既满足规范设计要求，同时大大节约了管路里程，降低了BOG气体的气化量，既节省造价也节约了系统占用空间与场地；

2、储罐出液形式为上出液为国内首创并应用，该项发明创造优点在于在满足了规范的要求的前提下，可以避免设置冷箱及储罐围堰，大大节省造价、节约工期，同时将空间利用最大化。

3.复合型保冷系统利用不同绝热型式的各自优点：弹性体发泡保温材料便于大规模利用、便于切割剪裁，便于复杂结构形式的利用；现场发泡形式可以因地制宜施工，具有较高的强度，可以用作支撑部分的保冷；真空多层缠绕绝热管路具有较高的绝热性能，可以预制，可用于固定线路，易焊接的管路保温。

4.采用了储罐内置泵系统，避免了另外设置泵池的费用与场地，避免外置泵系统造成的BOG气体与压力不稳定，节约LNG管材的各项费用与工期，充分利用储罐的自带压力，液体输出更流畅、强劲。

5.卸液流程得到优化，避免了所有岸基设施，包括陆路卸车台、真空传输管路、岸基控制系统、栈桥等设施。使得所有卸液作业都能够在加注趸船的卸液平台上独立完成，将LNG卸液的工作效率提高数倍，将设备利用率最大化、工程造价最小化、空间利用集成化。

6.储罐的罐压为泵系统提供了稳定的压力源，缩短了泵系统距离介质源的距离，使得加注输出速度更快、动力更强，同时节省了安置泵井的空间，缩短了LNG输出管路。7.保冷效果更好，施工效率更高更方便。同时采用较多的预制原件，既降低成本，又节省工期。

附图说明

图1为燃气工艺系统布置图。

图2为本发明的LNG储罐的结构示意图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围

如图1到图2所示的一种水油气多功能加注趸船的燃气系统，包括LNG液货系统、LNG工艺管路系统、LNG加注系统、LNG卸液系统、LNG保冷系统以及辅助系统，辅助系统包括泄压系统、BOG供气以及仪表风系统。

LNG卸液流程为LNG液货舱补液的关键流程，卸液方式为船对船卸液。流程包括LNG加注船靠泊→LNG系统管路系统链接→各有关阀门开启→气相压力平衡→启动LNG卸液作业→卸液过程监控→到液位 状态停机→各有关阀门关闭→断开管路系统→氮气吹扫→卸液流程完成→LNG加注船离泊。

卸液时主要的操作在卸液操作平台，通过在法兰与管路的中间段预装紧急切断件，它的作用是在卸液时发生紧急情况，切断件可以紧急关闭卸液管口，起到安全保护作用。法兰端部预装快速链接器B端，LNG加注船的加注端口预装快速连接器A端，A/B端具有配套异形花纹，通过不规则旋转可以使A/B端实现快速链接，且A/B端的橡胶密封圈可以使链接面不易泄漏，从而达到快速连通的效果。

该LNG卸液流程与第一代接岸式LNG加注趸船的卸液流程的最大的区别就是充分利用了LNG管路系统，重新设计了第一代接岸式LNG加注趸船卸液必须通过陆上LNG运输卸液再通过真空管路传输到储运的技术路线，避免了所有岸基设施，包括陆路卸车台、真空传输管路、岸基控制系统、栈桥等设施。使得所有卸液作业都能够在加注趸船的卸液平台上独立完成，将LNG卸液的工作效率提高数倍，将设备利用率最大化、工程造价最小化、空间利用集成化。

LNG加注流程为向LNG动力船进行加注的关键流程，也是整个燃气工艺系统的核心流程。它的主要工作对象是LNG燃料动力船，工作方式是船对船加液。流程包括LNG燃料动力船靠泊→管道流量计预冷→LNG管路系统链接→各有关阀门开启→气相压力平衡→LNG储罐内置泵启动并加注→加注阶段LNG动力船回气→加气机自动停机→加注完成后NG吹扫→各有关阀门关闭→断开法兰→加液、回气管路氮气置换→加注完成动力船离泊。

在加注过程中新型的液货系统和泵系统是其核心部件，与第一代LNG加注趸船的加注系统相比，本系统做了较大创新，对LNG储罐进行重新设计，LNG出液储罐的出液口16和进液口8设置在储罐内容器的顶端，将低温泵系统内置到储罐内部，在储罐内部设置泵腔，泵腔设计成内外胆，中层为真空夹层，加注时低温泵在泵腔内持续工作，储罐的罐压为泵系统提供了稳定的压力源，缩短了泵系统距离介质源的距离，使得加注输出速度更快、动力更强，同时节省了安置泵井的空间，缩短了LNG输出管路。在加注管路的设计上也有提高，直接利用新型快速链接器链接进行加注。

具体上出液式低温储罐设计如下：

1)内容器5中设有可以放置泵系统6的泵工作腔7，泵系统6内置于泵工作腔7下底端处，泵工作腔7的进液口9处与低温紧急底部切断阀10相连，在正常使用时，此低温紧急底部切断阀10一直处于常开状态，当储罐需要检修时，关闭低温紧急底部切断阀10，以便检修泵系统6时可以阻挡液体进入泵工作腔7，低温紧急底部切断阀10与泵工作腔进液口9处连接，以补偿内容器进液后的管道冷缩问题；

2)内容器5中泵系统6在泵工作腔7处于悬挂结构，并有倒挂支撑11与泵工作腔7焊接，以便可以支撑泵工作腔，同时悬挂结构的设计时为了防止因内容器5进液后造成筒体收缩而引起的焊缝拉裂的问题；

3)内容器5内设置有防止低温液体在趸船上各种因素造成液体晃冲，蒸发而急剧增压情况的防波板12。

4)连接进液口8的顶部进液管设计为单管多孔嘴淋充结构，可以使低温液体在充入内容器时稳静。并可使内容器5中的部分气相被低温吸收液化，以保持充装过程中内容器5的气相压力的相对稳定性。

5)在储罐外筒体13内部位于最高点两侧60°范围内增加两层绝热棉14, 用六角不锈钢网15固定后再对夹层进行填砂。此做法的目的在于防止储罐使用较长时间后由于绝热层的珠光砂发生沉降而影响储罐的绝热效果。

6)储罐内容器5与储罐外筒体13采用了组合支撑(一端固定、一端滑移)，可以保证在使用过程中不会因为晃动而使内容器与外套之间发生相对位移和结构变形，以及内容器因充装了低温液体后冷缩而拉断支撑及管线的现象。

7)储罐的操作阀门和仪表均从罐体顶部引出。为保证罐体能稳定安全地贮存低温液体，罐体设置有多重安全装置和仪表：配置雷达液位计，夹层设有外筒防爆装置，内筒设有组合安全系统（双安全阀），管路安全阀等。

8)所有安全阀排放管汇聚到安全放散系统（此部分由撬装系统设计）集中进行排放。对顶进、底进、回气管路设置了双重保护（第一个为截止阀，第二个为紧急切断阀）。

工艺管路绝热保冷方式在本系统中进行了重新设计与优化。常用的管道保冷材料可以分为弹性发泡保冷、PPR预制保冷、聚氨酯发泡保冷、超真空多层缠绕绝热保冷等多种保冷材料。本系统绝热保冷专项设计的发明创新主要体现在针对复杂大型系统管路及设备不同保冷要求采用不同的保冷方案，且针对保冷材料进行组合创新。

在直通低温直线管路较长、截止阀较多、弯头较多的位置，采用弹性发泡材料保冷，发泡材料是该部分主要绝热材料，根据管材厚度采用多层复合覆盖，多层弹性材料之间刷粘接剂并错缝布置；针对耐腐蚀、耐打击、耐高温的外层位置采用合金保护层。

PPR预制保冷具有较高的强度与刚度，适用于管道支撑部位，有利于保持管道的水平稳定，防止沉降、变形等。

为了保持较高的保温效果，节省工期，降低现场的施工量，在部分保冷要求高、体积大、直接链接LNG储罐的位置采用超真空多层缠绕保冷，往往该部分原件为压力容器或压力管材，通过预制的方式实现。通过将玻纤纸与铝箔进行复合，将复合材料分批次打孔后平铺缠绕在内管或者内筒体上，缠绕层数可以按需求进行调整，约30～50层，最后采用钢制材料密封外管或外筒体，在预留的抽孔进行抽真空，以达到真空保冷的目的。该真空多层绝热具有反射热辐射、阻隔热对流及热传导的绝热效果。