LNG船舶输料管路系统及管道应力检测防护方法技术方案

本发明专利技术公开LNG船舶输料管路系统及管道防护方法，包括船架和设于船架上的LNG存储罐、液氮存储罐、内燃机、压缩回收机构和设于船架下的管道系统，LNG存储罐和液氮存储罐连接管道系统，管道系统连接压缩回收机构分别连接内燃机、LNG存储罐和液氮存储罐形成闭合回路，管道系统包括管道组和控制模块，管道组包括LNG输送管、输氮管、BOG回收管、氮气回收管且均连接压缩回收机构，LNG输送管采用双层管道且两端均连接有旋转开关，输氮管两端分别连接液氮存储罐和LNG输送管远离LNG存储罐一端的旋转开关，本发明专利技术采用管道冷应力分析、模拟，智能控制管道内压释放并使氮气和BOG气体重新压缩、回收和利用，降低损耗且防护管道系统，增加运输安全性。

【技术实现步骤摘要】
LNG船舶输料管路系统及管道应力检测防护方法
本专利技术涉及LNG船舶运输
，具体涉及一种LNG船舶输料管路系统及管道防护方法。
技术介绍
LNG，被公认是地球上最干净的化石能源，主要成分是甲烷，无色、无味、无毒、无腐蚀性且热效高，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45％左右。LNG是将天然气经净化、压缩、冷却至其凝点温度后变成液态，之后通过专用船舶并经低温管路系统运输并储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内，船舶经过长时间的运输，由于LNG存储的温度和压强要求，LNG船舶的输料管路系统需经受-163℃～+80℃的温度变化以及10Bar的内压，管路和支架因热胀冷缩产生温度应力造成管路系统的变形，船舶航行过程中，因船舶摇摆和速度变化继而使LNG在输料管路内的流动而产生的二次应力对管道、阀门、膨胀接头、弯头等部位产生冲击力，促使管道变形甚至破损，造成LNG的泄漏，浪费资源；燃料加注过程中LNG不可避免的蒸发产生BOG闪蒸汽，增大管道内的压力，当管道内压力到达极限后，使管道膨胀破损并排放至大气中，甚至发生爆炸危险。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了LNG船舶输料管路系统及管道防护方法，通过整个输料管路系统的应力分析，配合检测单元，及时实现管道系统的内压释放，并根据管道内各部件的冷应力进行防护，进而增加LNG输料管路的运输安全性。本专利技术采用的技术方案是：LNG船舶输料管路系统，包括船架和设于船架上的LNG存储罐、液氮存储罐、内燃机、压缩回收机构和设于船架下的管道系统，LNG存储罐和液氮存储罐连接管道系统，管道系统连接压缩回收机构分别连接内燃机、LNG存储罐和液氮存储罐形成闭合回路，其中：管道系统包括管道组和控制模块，管道组包括LNG输送管、输氮管、BOG回收管、氮气回收管且均连接压缩回收机构，LNG输送管采用双层管道且两端均连接有旋转开关，输氮管两端分别连接液氮存储罐和LNG输送管远离LNG存储罐一端的旋转开关，BOG回收管两端分别连接压缩回收机构和内燃机，氮气回收管连接LNG存储罐弯折部，氮气回收管还连接压缩回收机构和液氮存储罐，LNG存储罐和压缩回收机构之间连接有LNG存储罐；压缩回收机构包括固定框架、设于固定框架上的空压机、设于空压机下的活塞、固定设于活塞外侧且贴合固定框架内壁的密封罩；控制模块包括控制单元、应力分析单元、检测单元、存储单元和供电单元，检测单元包括多个压力传感器和温度传感器并分别设于LNG输送管的弯折部、与其他管道的连接部和旋转开关靠近LNG输送管一侧，应力分析单元、检测单元、存储单元和供电单元均与控制单元电性连接。优先地，旋转开关包括固定环、旋转块和设于管道侧壁并连接旋转块的旋转气缸，旋转气缸电性连接所述控制单元。优先地，固定环和旋转块上均等圆心角设有多个导入孔且相互匹配，固定环中心贴合LNG输送管内部侧贴有压力传感器和温度传感器。优先地，固定框架一侧和底部均设有多个通孔且侧部分别连接LNG输送管和氮气回收管，固定框架底部连接BOG回收管和氮气回收管，固定框架底部设有凹槽且内部设有控制开关并旋转控制底部通孔的闭合与开启。优先地，控制开关包括转轴和覆盖通孔且贴合固定框架底部的转叶，固定框架底部且与转轴同轴线处设有电机，电机连接所述转轴并电性连接控制单元。基于上述结构，本专利技术还提出一种管道应力监测防护方法，包括以下步骤：1)LNG存储罐进行注入前，控制单元控制旋转气缸转动，使固定环和旋转块上的导入孔向匹配，液氮存储罐内液氮通过输氮管从一侧导入孔进入LNG输送管内间隙进行预冷降温并由温度传感器监控温度，产生的氮气从LNG输送管弯折部沿氮气回收管运输至固定框架内；2)LNG船舶航运过程中，液氮储存罐内液氮对LNG输送管和LNG存储罐进行冷度维持，检测单元的数据上传至控制单元并通过应力分析单元进行冷应力分析，并将模拟所得的流场数据作为阈值，以便控制单元控制旋转开关进行LNG存储罐和LNG输送管内弯折部和连接部的内压释放；3)压缩回收机构中，气体进入固定框架内，空压机驱动活塞并带动密封罩向下使固定框架内形成密封机构，压缩密封罩内气体呈液态，控制单元驱动电机转动并带动转轴和控制开关转动，转叶转动并使通孔露出并通过通孔输送至内燃机和液氮存储罐进行回收利用。优先地，步骤1)中，控制单元控制应力分析单元对预冷降温进行数值模拟，以检测单元检测得到的数据计算所得的管道许用应力和应变极限为约束函数，以预冷时间为目标函数，建立预冷的BOG气体和氮气的冷却变流模型，模拟预冷时间变化曲线估算预冷时间，优化作业流程。优先地，步骤2)中，检测单元对LNG输送管道内弯头、膨胀节、三通、大小头等弯折部和连接部进行温度变化和应力检测，应力分析单元结合Mixture多相流模型，对LNG输送管道内LNG流动及相变过程精准模拟，模拟LNG输送管道内LNG流动和传热的实际物理过程，将流场数据作为热载荷传递给LNG输送管道内各构件，准确计算各构件冷应力特征和LNG输送管形变预测。本专利技术的有益效果是：在LNG输送过程中，提前对LNG输送管道进行预冷，航运中根据检测单元的数据进行管道内各部件的冷应力分析，控制单元及时控制旋转开关进行内压释放，并将挥发的气体进行压缩冷却呈液态后回收利用，降低损耗，且防护输料管道系统实现安全运输。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的控制模块连接示意图；图3是本专利技术的压缩回收机构结构示意图；图4是本专利技术的旋转开关正视图。图中标记为：1.LNG存储罐，2.液氮存储罐，3.内燃机，4.压缩回收机构，41.固定框架，411.通孔，412.凹槽，413.控制开关，414.转叶，415.电机，416.转轴，42.空压机，43.活塞，44.密封罩，5.管道系统，51.管道组，511.LNG输送管，512.输氮管，513.氮气回收管，514.BOG回收管，52.控制模块，521.控制单元，522.应力分析单元，523.检测单元，5231.压力传感器，5232.温度传感器，524.存储单元，525.供电单元，6.旋转开关，61.固定环，611.导入孔，62.旋转块，63.旋转气缸，7.船架。具体实施方式如图1所示，LNG船舶输料管路系统，包括船架7和设于船架7上的LNG存储罐1、液氮存储罐2、内燃机3、压缩回收机构4和设于船架7下的管道系统5，LNG存储罐1和液氮存储罐2连接管道系统5，管道系统5连接压缩回收机构4分别连接内燃机3、LNG存储罐1和液氮存储罐2形成闭合回路，其中：如图1-4所示，管道系统5包括管道组51和控制模块52，管道组51包括LNG输送管511、输氮管512、BOG回收管514、氮气回收管513且均连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.LNG船舶输料管路系统，包括船架和设于船架上的LNG存储罐、液氮存储罐、内燃机、压缩回收机构和设于船架下的管道系统，LNG存储罐和液氮存储罐连接管道系统，管道系统连接压缩回收机构分别连接内燃机、LNG存储罐和液氮存储罐形成闭合回路，其特征在于：管道系统包括管道组和控制模块，管道组包括LNG输送管、输氮管、BOG回收管、氮气回收管且均连接压缩回收机构，LNG输送管采用双层管道且两端均连接有旋转开关，输氮管两端分别连接液氮存储罐和LNG输送管远离LNG存储罐一端的旋转开关，BOG回收管两端分别连接压缩回收机构和内燃机，氮气回收管连接LNG输送管弯折部，氮气回收管还连接压缩回收机构和液氮存储罐，LNG存储罐和压缩回收机构之间连接有LNG输送管；/n压缩回收机构包括固定框架、设于固定框架上的空压机、设于空压机下的活塞、固定设于活塞外侧且贴合固定框架内壁的密封罩；/n控制模块包括控制单元、应力分析单元、检测单元、存储单元和供电单元，检测单元包括多个压力传感器和温度传感器并分别设于LNG输送管的弯折部、与其他管道的连接部和旋转开关靠近LNG输送管一侧，应力分析单元、检测单元、存储单元和供电单元均与控制单元电性连接。/n...

【技术特征摘要】
1.LNG船舶输料管路系统，包括船架和设于船架上的LNG存储罐、液氮存储罐、内燃机、压缩回收机构和设于船架下的管道系统，LNG存储罐和液氮存储罐连接管道系统，管道系统连接压缩回收机构分别连接内燃机、LNG存储罐和液氮存储罐形成闭合回路，其特征在于：管道系统包括管道组和控制模块，管道组包括LNG输送管、输氮管、BOG回收管、氮气回收管且均连接压缩回收机构，LNG输送管采用双层管道且两端均连接有旋转开关，输氮管两端分别连接液氮存储罐和LNG输送管远离LNG存储罐一端的旋转开关，BOG回收管两端分别连接压缩回收机构和内燃机，氮气回收管连接LNG输送管弯折部，氮气回收管还连接压缩回收机构和液氮存储罐，LNG存储罐和压缩回收机构之间连接有LNG输送管；
压缩回收机构包括固定框架、设于固定框架上的空压机、设于空压机下的活塞、固定设于活塞外侧且贴合固定框架内壁的密封罩；
控制模块包括控制单元、应力分析单元、检测单元、存储单元和供电单元，检测单元包括多个压力传感器和温度传感器并分别设于LNG输送管的弯折部、与其他管道的连接部和旋转开关靠近LNG输送管一侧，应力分析单元、检测单元、存储单元和供电单元均与控制单元电性连接。


2.根据权利要求1所述的LNG船舶输料管路系统，其特征在于：旋转开关包括固定环、旋转块和设于管道侧壁并连接旋转块的旋转气缸，旋转气缸电性连接所述控制单元。


3.根据权利要求2所述的LNG船舶输料管路系统，其特征在于：固定环和旋转块上均等圆心角设有多个导入孔且相互匹配，固定环中心贴合LNG输送管内部侧贴有压力传感器和温度传感器。


4.根据权利要求1所述的LNG船舶输料管路系统，其特征在于：固定框架一侧和底部均设有多个通孔且侧部分别连接LNG输送管和氮气回收管，固定框架底部连接BOG回收管和氮气回收管，固定框架底部内设有凹槽且内部设有控制开关并旋转控制底部通孔的闭合与开启。


5.根据权利要求4所述的LNG船舶输料管路系统，其特征在于：控...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛大文，邓佳佳，卢金树，石敦章，王晋宝，许光映，潘昀，沈良朵，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33