一种用于液舱围护系统的液体泄放装置及船舶

技术领域

本申请涉及液化气船技术领域，具体而言，涉及一种用于液舱围护系统的液体泄放装置及船舶。

背景技术

液化气船或集装箱船等各类船舶的液货舱装载有低温液态货物。为保证低温液态货物的安全运输，根据设计规范要求，针对液货舱布设有围护系统，还通常在围护系统内设置用于排放低温液货的装置，在围护系统中的主屏壁发生泄漏时，可以将低温液货排出围护系统。

现有技术中公开了一种用于低温储罐的低温液体泄放装置(专利申请号为202310062943.6)。该装置既可以监测低温储罐是否存在泄漏液体，又可以方便的对泄露液体进行收集，而且不需要额外的再改动低温储罐或保温层的结构。但该装置中的下法兰9和金属圆盘7均为圆环形，金属片2的长度受圆环的内径尺寸的限制，小割刀3的活动范围也受限。也就是说，法兰的内径一旦被确定，金属片的最大长度即被限制，导致金属片的自由端的最大位移(挠度值)受限。在温差较小的情况下，则存在无法达到小割刀戳破薄膜所需的挠度值，从而无法实现其装置的泄放功能。如若要达到所需的挠度值，就必须加大金属片的长度，这就导致法兰的规格变大，即法兰的内径增大，伴随而来的就是与其相连通的排放管的直径也随之变大，从而造成该泄放装置以及排放管的整体重量变大，最终导致围护系统的负荷加大。当受到温度载荷、船舶动载荷影响时，排放管的管壁极易发生脱离和开裂，不仅会造成围护系统内的保温层破损失效，更严重的是会导致泄漏液体不通过泄放装置排出，而是从裂纹处渗漏出去，最终直接溅射到船体结构之上，严重危害船舶安全。另外，该装置与排放管的末端法兰连接时，需要在法兰与保温层之间留出较大空间以便对螺栓螺母进行紧固操作，这就造成对保温层与船舱内底部之间的空间挤占，对于船舱空间有限的情况，则会导致无法进行保温层厚度、排放管长度、泄放装置尺寸和围护系统的次屏壁高度方面的合理设计，也对后期维护保养造成了困难。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于液舱围护系统的液体泄放装置及船舶，其实现金属片在新型船舶(小温差环境下)的大挠度变形，解决上述技术问题。

第一方面，提供了一种用于液舱围护系统的液体泄放装置，包括：

上端主体，具有预设长度，沿长度方向所述上端主体的一端设有连接法兰，所述上端主体沿长度方向布设并通过所述连接法兰固定连接，所述上端主体的内部设有与所述连接法兰连通的液腔，所述液腔的腹部开设有向外部延伸的开口，所述开口处设有第一连接部；

下端主体，内设通孔，围绕所述通孔设有第二连接部，所述下端主体通过所述第二连接部与所述第一连接部紧密固定，所述下端主体的形状为具有至少一个长边的多边形，所述通孔沿所述长边布设，所述通孔具有与所述开口适配的预设尺寸；

薄膜，布置在所述上端主体和所述下端主体之间；

金属片，布置在所述液腔的开口处，位于所述薄膜的上方，所述金属片包括固定端和自由端，所述固定端与所述开口固定连接，所述自由端沿所述液腔的开口延伸；

刀片，布置在所述金属片的自由端，当有液体沿所述连接法兰流至所述液腔内，在所述液腔的开口处接触所述金属片，所述金属片的自由端朝向所述薄膜弯曲，当液体在开口处累积至预设体积时，所述刀片割破所述薄膜，液体通过所述薄膜被割破处沿所述下端主体上的通孔泄放出去。

在一种实施方案中，所述下端主体的形状为方形，所述通孔沿所述长边布设的长度为大于等于5mm。

在一种实施方案中，沿长度方向所述上端主体的另一端设有加固圈，船体内的保温层预埋有第一支架，所述加固圈通过第一支架与上方的船体内的保温层相连，或，在所述船体内的次屏壁上设置第二支架，所述加固圈通过所述第二支架与下方的船体内的次屏壁相连。

在一种实施方案中，所述上端主体和所述下端主体之间从上至下依次设置第一低温垫片、薄膜、异型垫片和第二低温垫片，所述异型垫片布置在所述薄膜的下方，用于支撑所述薄膜并限制所述薄膜的变形，所述异型垫片通过所述第二低温垫片与所述下端主体密封连接，所述薄膜通过所述第一低温垫片与所述上端主体密封连接。

在一种实施方案中，所述下端主体的通孔的下端围设有一圈围板，所述围板与所述下端主体呈预设角度布置以使液体沿所述围板泄放出去。

在一种实施方案中，所述连接法兰的直径与船体内的排放管的末端法兰尺寸相适配，所述连接法兰的厚度大于等于2mm。

在一种实施方案中，所述金属片包括上下布置的两个金属层，当所述金属片布置在所述薄膜的上方时，位于上方的金属层为主动层，位于下方的被动层，所述主动层的膨胀系数大于所述被动层的膨胀系数。

根据本申请的第二方面，还提供了一种船舶，包括如第一方面中任一种实施方案所述的用于液舱围护系统的液体泄放装置。

本申请中的用于液舱围护系统的液体泄放装置具有的有益效果：

1、与常规的圆形泄放装置相比，金属片长度无限制，可实现金属片在小温差环境下的大挠度变形，使用工况范围广，可实现-30℃～-196℃的液化气体的泄放。此外，在设计时，在保证下端主体的长度尺寸后，可以尽量减小宽度方向的尺寸，从而减轻了整个装置的重量，可以有效降低了保温层功能和泄放导流功能的失效风险。

2、与排放管的连接为侧向连接，节省了安装装置所需的空间，因此适用于有限的船舱空间，在船舱空间最小化的情况下保障液舱空间最大化，也便于本装置的维护保养，维护保养成本低。

3、在装置重量相同、使用工况温差相同的情况下，本泄放装置中的金属片长度、刀片刀刃长度可设计得更大，切割薄膜后的切割口更大，低温液体排出更通畅；相应地，金属片自由端的位移(挠度)变化更大，刀片切割薄膜的速度更快，因此，本泄放装置反应更灵敏。

4、结构简易简单，可靠性高，安装简易和便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种用于液舱围护系统的液体泄放装置的爆炸图；

图2为根据本申请实施例示出的一种用于液舱围护系统的液体泄放装置的主视图；

图3为根据本申请实施例示出的一种用于液舱围护系统的液体泄放装置的侧视图；

图4为根据本申请实施例示出的一种用于液舱围护系统的液体泄放装置在球形液舱的布置示意图；

图5为根据本申请实施例示出的一种用于液舱围护系统的液体泄放装置在棱形液舱的布置示意图。

10、保温层；20、排放管；30、次屏壁；100、上端主体；110、连接法兰；120、加固圈；130、开口；131、第一连接部；200、下端主体；210、通孔；220、围板；211、第二连接部；300、薄膜；400、金属片；410、固定端；420、自由端；500、刀片；600、第一低温垫片；700、异型垫片；800、第二低温垫片；900、螺栓。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着新型船舶的出现(温差只有90℃)，如果继续沿用常规的泄放装置，船体则少需使用DN150的排放管才能容纳长度100mm的金属片，法兰外径则为250mm，相应的给定的安装空间(含操作空间、对接管道)为竖直高度为180mm的空间。无论是尺寸还是重量，都不适用于实际应用的船型。为了解决常规的液体泄放装置无法满足新型船型的泄放需求。本申请提供一种新型的用于液舱围护系统的液体泄放装置，接下来将展开详细阐述。

第一方面，本申请提供一种用于液舱围护系统的液体泄放装置，具体参见图1-图3，该用于液舱围护系统的液体泄放装置包括上端主体100、下端主体200、薄膜300、金属片400和刀片500。

其中，上端主体100具有预设长度，沿长度方向上端主体100的一端设有连接法兰110，上端主体100沿长度方向布设并通过连接法兰110固定连接。连接法兰的直径与船体内的排放管的末端法兰尺寸相适配，连接法兰的厚度大于等于2mm。上端主体100的内部设有与连接法兰110连通的液腔，液腔的腹部开设有向外延伸的开口130，靠近开口130设有第一连接部131；上端主体100的外形尺寸可根据空间条件进行设计，为其他设备或设施保留充足的设计空间，同时作为泄漏的液体的积聚处，可以存储一定量的泄漏液体。

下端主体200内设通孔210，围绕通孔210设有第二连接部211，下端主体200通过第二连接部211与第一连接部131紧密固定，在一个可实施例中，第二连接部211与第一连接部131通过螺栓900固定连接。下端主体200的形状为具有至少一个长边的多边形，通孔210沿长边布设，通孔210具有与开口130适配的预设尺寸；

薄膜300布置在上端主体100和下端主体200之间；薄膜300采用低温环境下不会失效的薄膜材料，例如，PE铝箔膜或特氟龙膜等。

金属片400布置在液腔的开口130内，位于薄膜300的上方，金属片400包括固定端410和自由端420。固定端410与开口130固定连接，自由端420沿液腔的开口130延伸；

刀片500布置在金属片400的自由端420。刀片的尺寸可根据所需的切口长度而定，刀片形状可根据使用工况而定，如四边形(矩形、菱形、梯形等)、三角形、锯齿形等。当有液体通过连接法兰110流至上端主体100的液腔内，在液腔的开口130处接触金属片400，金属片400的自由端420朝向薄膜300弯曲，当液体在开口130处累积至预设体积时，刀片500割破薄膜300，液体通过薄膜300被割破处沿下端主体200上的通孔210泄放出去。

在上述实施过程中，本泄放装置外形设计优异，特殊设计的上端主体和下端主体，相比于常规的圆形主体，本泄放装置对金属片的长度无限制，因此可实现金属片在小温差环境下的大挠度变形。本泄放装置还可以有效控制宽度方向的尺寸，从而减轻了整个装置的重量。同温差同挠度变形条件下，本泄放装置的重量明显小于常规的泄放装置，有效降低了保温层功能和泄放导流功能的失效风险。并且，上端主体与船体内的排放管采用侧向连接(即上端主体横放与船体内)，节省了安装装置所需的空间，因此特别适用于有限的船舱空间，在船舱空间最小化的情况下保障B型独立液舱的最大化，也更加便于本泄放装置的维护保养。在装置重量相同、使用工况温差相同、温度变化时间相同的情况下，本泄放装置内的金属片长度可设计得更大，金属片的自由端的位移(挠度)变化更大，因此刀片切割薄膜的速度更快。与此同时，本泄放装置的金属片切割薄膜后的切割口更大，低温液体排出更通畅。在本申请中金属片无长度限制，则其自由端位移(挠度)的设计值范围较大，因此在-30℃～-196℃的液化气体工况温度条件下均可使用，可以包括LNG、LEG、液氨、液氢之内的多种低温货品。

在本实施例中，参见图4和图5，由于上端主体上的连接法兰与船体为横向连接，整个泄放装置呈L型，为了避免泄放装置晃动，保证液体沿法兰流出，沿长度方向上端主体100的另一端设有加固圈120，船体内的保温层10预埋有第一支架，加固圈120通过第一支架与上方的船体内的保温层10相连，或，在船体内的次屏壁30上设置第二支架，加固圈120通过第二支架与下方的船体内的次屏壁30相连。此外，加固圈可以提供为泄放装置提供稳固支持，减轻泄放装置对保温层所造成的负荷，当受到温度载荷、船舶动载荷影响时，极大降低了保温层10与排放管20的管壁之间发生脱离和开裂的风险。

在本实施例中，发生泄漏时，泄漏低温液体会在重力作用下流入排放管中，并在本泄放装置中积累，当积累的低温液体接触到金属片，其自由端的位移(挠度)逐渐到达设计值。固定在自由端的刀片戳破薄膜，使得泄漏的低温液体顺利流出，并最终排入次屏壁，防止了低温液体直接接触船体结构所造成的事故。金属片400包括上下布置的两个金属层，当金属片布置在薄膜的上方时，位于上方的金属层为主动层，位于下方的被动层，主动层的膨胀系数大于被动层的膨胀系数。由于热膨胀系数不同，当温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，金属片的整体向被动层一侧弯曲，则这种复合材料的曲率发生变化从而产生形变。金属片的材质及比弯曲值K根据如下公式进行计算，以使自由端的位移达到设计值。

公式：

式中：

K为比弯曲；

L为长度；

T

T

f

Δf为温度为T

δ为厚度。

在一种实施方案中，为了方便安装，下端主体200的形状为方形，为适用不同温差的液舱，通孔210沿长边布设的长度为大于等于5mm。

在一种实施方案中，上端主体100和下端主体200之间从上至下依次设置第一低温垫片600、薄膜300、异型垫片700和第二低温垫片800，异型垫片700布置在薄膜300的下方，用于支撑薄膜300并限制薄膜300的变形。当刀片从一个方向切割薄膜时，异型垫片可以限制薄膜的弹性变形，从而使薄膜更容易被戳破。异型垫片700通过第二低温垫片800与下端主体200密封连接，薄膜300通过第一低温垫片600与上端主体100密封连接。第一低温垫片和第二低温垫片采用的是金属丝强化石墨垫片，或耐压的特氟龙垫片，或者具备相同性能的其他材质，可以在低温环境(-30℃～-196℃)下提供良好的密封作用。

在一种实施方案中，下端主体200的通孔210的下端围设有一圈围板220，围板220与下端主体200呈预设角度(可以为90°)布置以使液体沿围板220泄放出去。围板通过限制泄漏液体排出的角度，避免泄漏液体溅射到次屏壁以外的结构上。

为了验证本申请中的泄放装置在-30℃～-196℃的液化气体工况温度条件下均可使用，需要提前选定金属片的材料规格，即确定比弯曲K和厚度δ；当装置生产时的温度为T

由实施结果可知，本申请中的泄放装置可以满足包括LNG、LEG、液氨、液氢之内的多种低温液货，可以满足低温新型船型液体泄放的要求。

第二方面，本申请还提供一种船舶，包括如第一方面中任一种实施方案所述的用于液舱围护系统的液体泄放装置。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。