[实用新型]一种新型船用LNG燃料的自增压供气系统

说明书

本实用新型提供了一种新型船用LNG燃料的自增压供气系统，包括低温冷冻液体储罐，低温冷冻液体储罐与J套位于接头处所内部的供气系统相连通，J≥1，每套供气系统为K台耗气设备供气，K≥1，耗气设备位于机器处所内。本实用新型通过采取两项核心关键技术来优化LNG燃料的供气系统：一是采用一种新型低阻力、高效率的自增压器及自增压系统，从改进自增压器内部结构形式、增大自增压系统阀门通流面积的角度来降低自增压系统的阻力、提高自增压系统的增压效果来优化LNG燃料供气系统。二是从改进系统设计及其控制方法的角度来实现供气压力的精度控制、安全保护切断并解决天然气排放逃逸的实际问题。

技术领域

本实用新型涉及一种新型船舶LNG燃料的供气系统，该供气系统采用LNG 液罐自增压的原理提升液罐压力，然后将LNG燃料气化加热转换成船舶发动机或其他类似耗气设备的气体燃料。

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液体存储真空绝热形式或者保温材料包覆的LNG液罐内，当需要向船舶发动机或其他耗气设备提供燃料时而液罐压力不足时，通常会采用一种叫做自增压器的LNG气化器，用于提高低温LNG液罐的压力至所需要的值，然后将LNG 液体加热为常温气体燃料，确保气体燃料的压力、温度、流量需要满足船舶发动机或其他类似耗气设备的技术要求。

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。

传统船上的LNG自增压器通常采用热水、热油、蒸汽等各种介质作为热源的管壳式换热器，其换热器内的盘管通常采用细管进行螺旋缠绕制造。LNG自增压器属于LNG气化器的大类别，但由于其使用场合的特殊性，LNG换热管的阻力大小直接影响LNG自增压器的实际效果，采用传统绕管式LNG气化器形式设计制造的LNG自增压器在实际使用时时常会出现自增压效果不明显的问题，特别当LNG增压器阻力过大时，会大大影响LNG自增压器的工作效率。

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LNG自增压器。

LNG通过LNG液罐1和螺旋绕管式LNG自增压器3之间的高度差，依靠自重流入螺旋绕管式LNG自增压器3内，因此螺旋绕管式LNG自增压器3的内部阻力大小直接决定了LNG自增压器的液体流入量以及LNG自增压的增压效率。

传统LNG自增压器为在有限的空间尽可能增大换热面积、提高换热效率，同时考虑补偿LNG自增压器进出口巨大温差引起的管道冷热膨胀变形量，往往采用将一组或者多组小口径管道，以螺旋缠绕盘管形式来设计。