一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统及应用方法

技术领域

本发明属于一种船舶LNG汽化系统的技术领域，具体涉及一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统及应用方法。

背景技术

目前，内河LNG动力船的LNG汽化系统加热LNG的方式主要有以下几种：第一种是直接采用常温江水作为加热介质加热LNG。第二种是直接用主机外循环冷却水或排烟管冷却水作为加热介质加热LNG。第三种是用电持续加热乙二醇溶液，再用热的乙二醇溶液作为加热介质加热LNG。

然而，在实际应用中发现几个缺点：一是：用直接江水加热，冬天江水温度较低时加热效果较差，使供气不稳定，甚至目前主流燃气船舶主机需要供气温度5℃以上，而当气温低于5℃时，汽化器将无法提供主机需求温度的LNG气体，进而影响主机的性能甚至无法启动。二是：在大江出海口的地方江水盐度较大，这部分江水通入汽化器，易把汽化器腐蚀。三是：如果在南方喀斯特地貌，江水水质较硬，易在汽化器内形成水垢，影响LNG汽化效果。四是：由于始终用水作为热传递介质，系统管系内始终有水，当冬季长时间停机，且温度低于0℃时，管内水易结冰，将管子胀裂。五是：为了正常供应LNG，需持续长时间电加热乙二醇溶液，造成耗费大量电能。六是：用主机外循环冷却水或排烟管冷却水加热，当机器启动初期，冷却水温度尚未被加热，进而汽化效果较差，进而影响机器运作甚至无法可能启动。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术缺陷，而提供一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统。

为了实现上述本发明的目的，采取如下技术方案：

一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统，包括LNG气罐、LNG汽化器、乙二醇溶液泵、乙二醇溶液存储箱、加热棒、热交换器、排烟管水套与水泵；所述LNG气罐与LNG汽化器的一进口连接；所述LNG汽化器的另一出口与热交换器的一进口连接；所述热交换器的一出口与排烟管水套通过水泵连接；所述排烟管水套的另一端与热交换器的一进口通过循环输水管连接；所述乙二醇溶液存储箱内设有加热棒，其一端与热交换器的另一出口连接，另一端与乙二醇溶液泵的一端连接；所述乙二醇溶液泵的另一端与LNG汽化器的另一进口连接。

作为技术方案的进一步改进，本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统还包括淡水柜、回流管与补水管；所述排烟管水套上引出一根回流管与淡水柜连接；所述淡水柜上引出一根补水管与循环输水管连接。

作为技术方案的进一步改进，本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统还包括回流控制阀与补水阀；所述回流管上安装有回流控制阀；所述补水管上安装有补水阀。

作为技术方案的进一步改进，本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统还包括生活饮用水舱、遥控阀、第二液位报警器、第三液位报警器与控制器；所述第二液位报警器与第三液位报警器竖向间隔安装于淡水柜；所述生活饮用水舱与淡水柜通过补水管连接，且所述补水管上安装有遥控阀；其中，所述遥控阀、第二液位报警器、第三液位报警器均与所述控制器电连接。

作为技术方案的进一步改进，本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统还包括温度传感器、调温管与三通转换阀；所述水泵的出口与三通转换阀的进口连接，所述三通转换阀的一出口与排烟管水套的进口端连接，所述三通转换阀的另一出口与排烟管水套的出口端通过调温管连接；所述乙二醇溶液存储箱设有温度传感器；其中，所述温度传感器、三通转换阀均与所述控制器电连接。

作为技术方案的进一步改进，本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统还包括第一液位报警器；所述乙二醇溶液存储箱的底部设有第一液位报警器。

作为技术方案的进一步改进，本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统还包括放泄阀；所述热交换器与水泵之间连接的循环回流管上安装有放泄阀。

作为技术方案的进一步改进，本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统还包括控制阀；所述LNG汽化器的进口与出口、热交换器的进口与出口、排烟管水套的出口上均安装有控制阀。

一种LNG船舶，使用上述任一所述的应用于低温环境的船舶LNG汽化系统。

一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统的应用方法，包括上述任一项所述的应用于低温环境的船舶LNG汽化系统；

所述应用方法包括以下步骤：

(1)船舶主机开机前，先通过乙二醇溶液存储箱内的加热棒加热乙二醇溶液；

(2)乙二醇溶液加热至所需温度后，再通过乙二醇溶液泵将乙二醇溶液输送至LNG汽化器，在LNG汽化器内乙二醇溶液加热LNG，LNG被汽化成符合燃气机需求温度的NG气体，输送至燃气机；而乙二醇溶液经LNG汽化器再入热交换器，后回流至乙二醇溶液存储箱；

(3)关闭放泄阀，然后打开淡水柜的阀，试排烟管冷却循环水管系内充满水，启动燃气机，燃气机启动后产生的尾气途径排烟管，并对安装于排烟管上的排烟管水套进行加热，位于排烟管水套内的水受热升温；

(4)通过水泵将排烟管水套内加热后的水输送至热交换器的同时，加热棒停止加热，水经热交换器进行热交换后返回排水管水套，以此重复循环流动。

本发明相对于现有技术所具有的进步：

1.本发明确保了即使在气温较低的冬季，只需要消化少量的电能，LNG就能被有效的汽化，确保船舶用气设备在任何时候都能得到稳定、温度适宜的供气，设备稳定启动运行。又可避免因热介质有杂质导致汽化器被腐蚀坏。

2.本发明消除LNG动力船舶LNG汽化系统因加热加热介质需要消耗大量能耗，或者因加热介质腐蚀汽化器，或因温度过低，循环水在管内结冰，将管子胀裂，或因循环水水质较硬，在LNG汽化内结水垢，影响汽化效果，或因加热介质温度温度过低无法有效汽化LNG，导致无法提供充足的供给给设备使用，进而影响设备运行甚至启动等问题。

3.本发明在设备尚未启动或刚启动时，用电加热乙二醇溶液，再用乙二醇溶液汽化LNG，保证设备顺利稳定启动运行，当设备启动，再用船舶主机排气管冷却水被加热后，停止电加热乙二醇溶液，采用船舶主机排气管冷却水加热乙二醇溶液，再用乙二醇溶液加热LNG。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统的结构示意图；

图中各部件名称及序号：1-LNG气罐，2-LNG汽化器，3-燃气机，4-乙二醇溶液泵，5-乙二醇溶液存储箱，6-加热棒，7-热交换器，8-水泵，9-淡水柜，10-遥控阀，11-生活饮用水舱，12-排烟管水套，13-三通转换阀，14-控制阀，15-第一液位报警器，16-第二液位报警器，17-第三液位报警器，18-调温管，19-补水阀，20-放泄阀，21-回流管，22-补水管，23-循环回流管，24-循环输水管，25-回流控制阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合附图和实施例来对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统，包括LNG气罐1、LNG汽化器2、乙二醇溶液泵4、乙二醇溶液存储箱5、加热棒6、热交换器7、排烟管水套12与水泵8；所述LNG气罐1与LNG汽化器的一进口连接；所述LNG汽化器的另一出口与热交换器7的一进口连接；所述热交换器7的一出口与排烟管水套12通过水泵8连接；所述排烟管水套12的另一端与热交换器7的一进口通过循环输水管24连接；所述乙二醇溶液存储箱5内设有加热棒6，其一端与热交换器7的另一出口连接，另一端与乙二醇溶液泵4的一端连接；所述乙二醇溶液泵4的另一端与LNG汽化器2的另一进口连接。

工作方式：

船舶燃气机刚启动时前，乙二醇溶液存储箱5内的加热棒6加热其内的乙二醇溶液，乙二醇溶液受热温度升高，再利用乙二醇溶液泵将受热后的乙二醇溶液输送至LNG汽化器2，而LNG气罐则是向LNG汽化器内输送LNG，LNG汽化器内的LNG与受热的乙二醇溶液进行热交换温度上升，LNG被汽化成符合燃气机需求温度的NG气体，输送至燃气机，燃气机顺利点火启动。

燃气机点火启动后，燃气机产生尾气，尾气则将排烟管水套内的水进行加热，经加热后，水温可达到60～100℃，水泵8作为循环水的动力源，水泵8抽取排烟管水套12内受热后的水，水经排烟管水套12、热交换器7、水泵8至排烟管水套12，以此重复循环。停止乙二醇溶液存储箱5内的加热棒的加热工作，在热交换器内，受热的水与乙二醇溶液进行热交换，实现加热乙二醇溶液。

排烟管水套12、热交换器7与水泵8实现水在排烟管水套内循环加热、在热交换器内水与乙二醇溶液循环热交换。

热交换器7、乙二醇溶液存储箱5、乙二醇溶液泵4与LNG汽化器实现乙二醇溶液在LNG汽化器内持续加热LNG，LNG被汽化成符合燃气机需求温度的NG气体，输送至燃气机，保障燃气机正常工作。

本发明采用乙二醇溶液进入LNG汽化器与LNG进行热交换，乙二醇溶液相比于水具有良好的导热性能，便于较快加热LNG，同时能相比于水能更好防止管系被水结冰冻裂。

在一些实施例中，为了补偿排烟管水套的水耗，增加淡水柜9、回流管21与补水管22。所述排烟管水套12上引出一根回流管21与淡水柜9连接；所述淡水柜9上引出一根补水管22与循环输水管24连接。淡水柜可向排烟管水套持续补水，从而能使得热交换器内水与乙二醇溶液持续热交换。用生活饮用水代替江水，避免热交换器被腐蚀，同时也减少内部结污垢而影响热交换效果。

在一些实施例中，为了便于检修淡水柜，增加安装有回流控制阀25与补水阀19。所述回流管21上安装有回流控制阀25；所述补水管19上安装有补水阀19。回流控制阀25能便于控制回流管21的开启的大小与关闭。补水阀19能便于控制补水管19的开启的大小与关闭。淡水柜检修时，将回流控制阀25与补水阀19进行关闭，从而防止排烟管水套内的水进入淡水柜。

在一些实施例中，随着工作时间延长，淡水柜内的淡水会被逐渐消耗，为了能便于向其内补充淡水，增加有生活饮用水舱11、遥控阀10、第二液位报警器16、第三液位报警器17与控制器。

所述第二液位报警器16与第三液位报警器17竖向间隔安装于淡水柜9；所述生活饮用水舱11与淡水柜9通过补水管连接，且所述补水管上安装有遥控阀10；其中，所述遥控阀10、第二液位报警器16、第三液位报警器17均与所述控制器电连接。

淡水柜9内安装有第二液位报警器16与第三液位报警器17便于监测水位。

工作方式：

淡水柜9内的水位低至第二液位报警器16的设定水位值时，第二液位报警器16即向控制器发送水位低的信号指令，控制器根据接收到的该信号指令控制遥控阀10打开，生活饮用水舱内的淡水输送至淡水柜9，随着水位的上升，当水位上升至第三液位报警器17的设定水位值时，第三液位报警器17即刻向控制器发送水位高的信号指令，控制器根据接收到的该信号指令控制遥控阀10关闭，生活饮用水舱停止向淡水柜9补水。

在一些实施例中，为了便于监控乙二醇溶液存储箱内的乙二醇溶液的受热温度，增加有温度传感器、调温管18与三通转换阀13。

所述水泵8的出口与三通转换阀13的进口连接，所述三通转换阀13的一出口与排烟管水套12的进口端连接，所述三通转换阀13的另一出口与排烟管水套12的出口端通过调温管18连接；所述乙二醇溶液存储箱5设有温度传感器；其中，所述温度传感器、三通转换阀13均与所述控制器电连接。

三通转换阀13的一种结构可为电动温控三通转换阀。

所述温度传感器实时监测乙二醇溶液存储箱内的乙二醇溶液温度，并将监测到的数据信息输送至控制器，控制器上可预先设定乙二醇溶液存储箱内的乙二醇溶液最高温度值及最低温度值。

当温度传感器监测到乙二醇溶液存储箱内的乙二醇溶液温度到达设定的最高温度值时，控制器根据温度传感器传送的数据信号控制三通转换阀13关闭从热交换器出来的水进入排烟管水套12，并打开调温管18的同时关闭排烟管水套的出口，因此，经热交换器出来的水经水泵8、三通转换器13、调温管18、热交换器7进行循环流动。

当温度传感器监测到乙二醇溶液存储箱内的乙二醇溶液温度达到最低温度值时，控制器根据温度传感器传送的数据信号控制三通转换阀13关闭与调温管18连接的出口、打开与排烟管水套连接的出口；因此，经热交换器出来的水经水泵8、三通转换阀13、排烟管水套12、热交换器7进行循环流动。

本发明能便于控制乙二醇溶液的温度，避免出现过高温度的乙二醇溶液加热LNG，从而能防止LNG出现过度汽化，导致燃气机的供气压力过大。

在一些实施例中，船舶在冬季等较低气温下停机较长时间时，能便于将热交换器、排烟管水套及它们之间连接的管道向外排水，增加安装有放泄阀20。

所述热交换器7与水泵8之间连接的管道上安装有放泄阀20。

工作方式：

冬天等低温环境下，船舶停机时间长时，将与淡水柜连接的补水阀19及回流控制阀25关闭，再打开放泄阀20，热交换器、排烟管水套及它们之间连接的管道内的水经放泄阀20向外排放，避免水存储于热交换器、排烟管水套及它们之间连接的管道内，从而能消除管系在冬天等低温环境下管内的水结冰，将管子胀裂的隐患。

再次启动时，当燃气机正常启动后，关闭放泄阀20，再打开补水阀19及回流控制阀25，热交换器、排烟管水套、水泵之间连接的循环管系内充满水。

在一些实施例中，为了便于监测乙二醇溶液存储箱内的乙二醇溶液液位，增加有第一液位报警器14；所述乙二醇溶液存储箱5的底部设有第一液位报警器14。

第一液位报警器14实时监测乙二醇溶液存储箱5内的乙二醇溶液液位。当乙二醇溶液存储箱内的乙二醇溶液液位降低至第一液位报警器14的设定液位值时，第一液位报警器发出报警提示，操作人员即可根据报警提示向乙二醇溶液存储箱内补充乙二醇溶液；补充后，乙二醇溶液液位超过第一液位报警器的设定液位值，第一液位报警器停止报警提示。

在一些实施例中，为了便于调控各管路的液体流量，增加有控制阀14。

所述LNG气罐1与LNG汽化器、LNG汽化器的另一出口与热交换器7的一进口、热交换器7的一出口与排烟管水套12的一端、排烟管水套12的另一端与水泵8的进口、水泵8的出口与热交换器7的另一进口、乙二醇溶液存储箱5的一端与热交换器7的另一出口、乙二醇溶液存储箱5的另一端与乙二醇溶液泵4的一端、乙二醇溶液泵4的另一端与LNG汽化器2的另一进口之间的连接管道上均安装有控制阀14。

控制阀14的一种结构可为截止阀结构。

在一些实施例中，给出了一种LNG船舶，所述LNG船舶使用上述任一所述的应用于低温环境的船舶LNG汽化系统。

在一些实施例中，给出了一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统的应用方法，所述方法包括上述任一所述的应用于低温环境的船舶LNG汽化系统；

所述方法包括以下步骤：

(1)船舶主机开机前，先通过乙二醇溶液存储箱内的加热棒加热乙二醇溶液；

(2)乙二醇溶液加热至所需温度后，再通过乙二醇溶液泵将乙二醇溶液输送至LNG汽化器，在LNG汽化器内乙二醇溶液加热LNG，LNG被汽化成符合燃气机需求温度的NG气体，输送至燃气机；而乙二醇溶液经LNG汽化器再入热交换器，后回流至乙二醇溶液存储箱；

(3)关闭放泄阀，然后打开淡水柜的阀，试排烟管冷却循环水管系内充满水，启动燃气机，燃气机启动后产生的尾气途径排烟管，并对安装于排烟管上的排烟管水套进行加热，位于排烟管水套内的水受热升温；

(4)通过水泵将排烟管水套内加热后的水输送至热交换器的同时，加热棒停止加热，水经热交换器进行热交换后返回排水管水套，以此重复循环流动。

本发明采用乙二醇溶液作为热媒，且乙二醇溶液的冰点远低于水，又具有良好的导热性，容易被加热。且用乙二醇溶液通入LNG汽化器能降低对LNG汽化器的腐蚀。

本发明在船舶主机正常启动后，利用尾气加热排烟管水套内的水，再利用被加热后的水通入热交换器与乙二醇溶液进行热交换，实现加热乙二醇溶液的目的，从而能停止加热棒工作，能节省加热棒加热造成的电量损耗，从而能间接降低船舶主机油耗。

在一些实施例中，步骤(4)中的排烟管水套增加旁路通道，所述旁路通道的一端与排烟管水套的出口连接，所述旁路通道的另一端与热交换器与排烟管水套的连接管道进行连接，且该旁路通道可通过控制器控制开启与关闭。

旁路管道的工作方式：

旁路管道关闭：热交换器出来的水进入排烟管水套内进行加热，再经水泵抽取输送至热交换器进行闭合循环加热。

旁路管道打开：热交换器出来的水进入旁路管道，不进行加热，排烟管水套的出口进行关闭，再经水泵抽取输送至热交换器进行闭合循环加热。

应用实施例：

对比例：

本发明一种应用于低温环境的船舶LNG汽化系统应用于1000吨级散货船上。同样级别的散货船上应用现有的LNG汽化系统。同一条内河，同一天，相同起点，气温3～5℃，同向行驶，运载500吨货物，在内河上各自行驶30公里，时间2个小时，加热棒的功率为2500W，加热棒加热15分钟，船舶燃气机正常启动，启动10分钟后，本发明停止加热棒加热工作，得出的数据如下：

表1本发明的船舶LNG汽化系统与现有技术相比

应用例：

广西邕江资产管理有限公司拥有一3000吨级散货船，将该散货船的LNG系统改装本发明的船舶LNG汽化系统，在冬季运行期间，其主机供气稳定性得到明显改善，汽化器的使用寿命得到明显延长。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。