[发明专利]一种用于船舶LNG液罐增压的新型自增压系统

说明书

本发明涉及一种用于船舶LNG液罐增压的新型自增压系统，其特征在于，包括低温冷冻液体储罐、开关型遥控增压阀、压力传感器以及自增压器；依据压力传感器采集低温冷冻液体储罐的压力对开关型遥控增压阀的的开关状态进行控制；低温冷冻液体储罐的液体出口经由低温冷冻液体入口管与自增压器的低温冷冻液体入口端相连，低温冷冻液体入口管上设有开关型遥控增压阀；自增压器的气化蒸汽出口端经由气化蒸汽出口管与低温冷冻液体储罐的蒸发气入口相连。本发明从改进自增压器内部结构形式、增大自增压系统阀门的通流面积以及通过精准压力调节控制方法来实现一种用于船舶LNG液罐增压的新型自增压系统。

技术领域

本发明涉及一种新型低阻力、高增压效率的LNG自增压系统。该LNG自增压系统能高效准确地提升LNG液罐压力。

背景技术

随着日趋严格的船舶环保要求，采用清洁能源液化天然气(Liquefied NaturalGas,LNG)代替传统燃油已成为船舶燃料的主要方向之一。LNG在船上以液态形式储存，但在船上受热后非常易挥发产生蒸发气，形成易燃易爆危险环境。为避免这类替代燃料的挥发气体扩散，国际海事组织允许采用C型燃料舱(压力容器型式)储存这类低闪点燃料。

LNG存储真空绝热形式或者保温材料包覆的LNG液罐内，当需要对LNG液罐进行增压操作时，通常会采用一种自增压系统，用于提高低温LNG液罐的压力。

典型的LNG液罐的自增压系统形式及原理介绍参见公开发表的论文：高云在2015年《低温与超导》杂志第43卷第9期的论文《车用液化天然气气瓶自增压装置的设计优化》。文中详细介绍了自增压系统及其关键元器件增压调节阀的工作原理。该论文中，LNG液罐自增压系统基本原理见图1，机械弹簧自力式增压调节阀结构形式见图2。

传统采用图2所示的机械弹簧自力式增压阀时，随着LNG液罐的压力变化弹簧的松紧相应变化，从而自动调节阀门的开度，LNG液罐压力越低时增压阀的开度越大，LNG液罐压力越高时增压阀的开度越小，达到增压的设定压力时增压阀完全关闭。但当阀门开度小时阀门阻力会大幅增加，影响LNG增压器(气化器)的液体流入；当弹簧失效或者弹簧作用力未能使阀门完全关闭时，液体会不断流入LNG增压器(气化器)，导致LNG液罐持续不断增压，引起LNG液罐超压风险。

船用LNG气化器主要采用热水、热油、蒸汽等介质作为热源，典型的船用LNG气化器方案形式参见公开发表的论文：上海交通大学制冷与低温工程研究所的田雅洁、林文胜在2018年化工学报第69卷第S2期论文《船用绕管式LNG气化器方案比较》。该论文中绕管式LNG气化器的结构形式见图3。

传统船舶LNG液罐增压的技术方案见图4。其中，1为LNG液罐，2为机械弹簧自力式增压阀，3为螺旋绕管式自增压器。其中，机械弹簧自力式增压阀2的位置可位于螺旋绕管式自增压器3的上游或者下游。

上述自增压系统的原理为：LNG液罐1和螺旋绕管式自增压器3之间存在高度差，LNG在重力作用下流入螺旋绕管式自增压器3内。螺旋绕管式自增压器3通过船上的热水、热油或蒸汽等各种形式的外部热源加热LNG液体气化为蒸汽，气化后的蒸汽从螺旋绕管式自增压器3出口通过气体管道返回LNG液罐1的顶部，由于液体变为气体后体积迅速膨胀，气体返回LNG液罐顶部后会导致罐内气压升高，从而提升罐内压力。

传统方案中，机械弹簧自力式增压阀2为自力式的弹簧阀，依靠罐内的压力与弹簧的松紧形成的弹力差来机械调节机械弹簧自力式增压阀2的阀门开度，具体效果为：阀门开度随着LNG液罐1的压力自动调节，LNG液罐1压力越低时，机械弹簧自力式增压阀2的开度越大；LNG液罐1压力越高时，机械弹簧自力式增压阀2的开度越小；达到增压的设定压力时，机械弹簧自力式增压阀2完全关闭。但当阀门开度小时，阀门阻力会大幅增加，影响螺旋绕管式自增压器3的液体流入。