一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱及方法技术

本发明专利技术公开了一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱及方法，通过将液氢舱置于LNG舱中实现液氢和LNG的组合运输，解决了液氢和LNG在运输过程中自由液面对船舶稳性的影响，并增大了液货船的有效舱容，提高了组合货舱的运输量。并且通过液氢舱和LNG舱的巧妙组合，一方面降低了液氢与环境温度的温差，减小液氢舱保温层的厚度；另一方面船舶在满载时无需加压载水，而且船舶也不会有过大的吃水，降低了液氢和LNG的运输成本。另外，本发明专利技术也合理地设计了液氢和LNG的装载量，使得在船舶满载时液氢舱所受的重力等于浮力，使承重架受力为0，且在空载时承重架受力也很小，增加了组合货舱的可持续工作时间，因此本发明专利技术具有非常好的实际应用价值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱及方法


[0001]本专利技术属于船舶
，具体涉及一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱及方法。

技术介绍

[0002]随着环境污染的日益严重和化石能源的不断枯竭，世界各国对清洁、无污染的新型能源需求量急剧增加。因天然气和氢能源具有无污染、燃烧效率高等优点，因此，其国际贸易量越来越多。
[0003]为了提高氢气和天然气的海上运输量，氢气和天然气均以液态的形式(液氢、LNG)在船舶上进行储存和运输，用于运输液氢和LNG的船舶分别称为“液氢船”和“LNG船”。液氢的温度为
‑
253℃，密度为70kg/m3，因单位体积内液氢的质量较小，液氢船为了提高液氢的运输重量，目前逐渐趋向于大型化方向发展，查阅相关文献可知：英国某研究机构设计的280000m3液氢船，其船长为370m，船宽75m，空载时吃水9.2m，但是满载时吃水仅10.02m，相差不到1m，原因是液氢的密度太小，所以单位体积的液氢质量也很小，从而导致液氢船就算在满载的情况下船舶的载重量也很小，重心偏高，也要向压载舱中注入压载水，以此提高船舶的稳性；此外，液氢与自然环境存在近300℃的温差，为了减少液氢与外界环境的渗透热，减少液氢蒸发气的产生，需要在液货舱外面加装较厚的保温层，因此，运输液氢的成本非常高，并且即使加装了保温层，基于温差较大，还是有较多的液氢蒸发气产生。故船舶液氢船存在明显的问题和不足。
[0004]另外，LNG的密度为420kg/m3，约为液氢密度的6倍，因此与液氢相比单位体积的LNG质量更大，一艘174000m
3 LNG船的船长为299m，船宽46m，在满载时吃水达到12m，如此大的吃水量要求LNG船通往其接收站(即卸货港)的航道建设深度较大，而基于安全性因素考虑，LNG接收站建设比较偏远，远离干散货码头，因此通往LNG接收站近海的航道也是单独的，所以LNG接收站的建设成本极高，船舶的吃水大小更是直接影响了航道的建设成本。如果能够减小LNG船的吃水，就可以降低港口航道的建设深度，从而大大减少航道的建设和维护成本。
[0005]此外，由于液货船货舱的充装率通常为95％～98％，液货舱内并未全部充满液体，所以液货舱内的液体会随着船舶摇摆而来回流动，这种随船舶摇摆而使液货舱中自由变动的液体表面称为自由液面。当液氢船或LNG船发生横摇运动时，由于自由液面的存在，会导致船舶的重心发生偏移，加剧船舶横摇的幅度，大大降低船舶的稳定性。为了减小自由液面对船舶稳性的影响，大型油船等都采用分舱的方法，即将液货舱用隔板分割成一些小舱室运载原油以减小自由液面。但由于LNG和液氢的温度太低，与自然环境最小也存在近200℃的温差，这对隔板的耐低温要求极高，极大地增加了船舶的初投入成本，因此液氢船或LNG船都不会采用分舱这种方法。
[0006]液氢船和LNG船常用的减小自由液面的方法是将液货舱的上方设计成“收口型”，即液货舱(从横剖面视图观察)上方越接近甲板处的宽度越小，通过“收口型”液货舱运载液
体可以有效减小液体的自由液面，提高船舶的稳性。但是存在突出的问题：由于液货舱“收口型”的设计，导致船舶的上方空间未能充分用于装载液货，即液货舱上方与船舶甲板之间还存在很多未被利用的空间，造成船体内部空间较多的浪费，大大降低船舶的装货量。因此，采用“收口型”液货舱也存在明显的不足和弊端。
[0007]由于液氢和LNG的物化性质相近，所以LNG、液氢的装货港可以位于同一港口或同一泊位，同样LNG、液氢的接收站也可以位于同一港口或同一泊位，例如澳大利亚等国家的天然气资源非常丰富，出口量大，并且还大规模生产氢能源，既出口LNG，又出口液氢，所以，在同一港口同时装载以及在同一接收站接收LNG和液氢是无论从技术上还是市场上的角度看都是完全可以实现的。
[0008]专利号为CN113028269A的中国专利公开了一种LH2和LNG联运系统及方法，该专利根本目的是减小了LNG和液氢在储存和运输过程中的蒸发率。虽然该专利提到了可以用于LNG和液氢运输船，但其提出的技术方案中并未解决自由液面和吃水的问题。
[0009]基于此，若能提出一种可以实现组合运输液氢和LNG的液货舱，既能解决自由液面对船舶稳性的影响，增大运输量，又能解决单独运输液氢或LNG时存在的船舶吃水过小或过大的问题，那么，此类液货舱具有非常高的实际应用价值。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对上述的问题，提出一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱及方法，解决了自由液面对船舶稳性的影响，增大运输量，降低液氢和LNG的运输成本；通过组合货舱运输液氢和LNG可以使船舶在满载时无需注入压载水，并且还会减少船舶的吃水，降低对装货港和接收站航道的要求，进而降低港口和航道的建设成本。
[0011]本专利技术的第一个目的是提出一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱。
[0012]本专利技术主要包括：LNG舱、液氢舱、驳运泵、氢气压缩机、天然气压缩机、增压泵、冷凝器、第一加热器、第二加热器、船舶主机、支撑梁、承重架、连接杆。
[0013]所述液氢舱固定在LNG舱内，沿船长和船宽的水平方向上液氢舱外壁与LNG舱内壁的间距均为船宽的1/30～1/20，竖直方向上液氢舱外壁与LNG舱内壁的上方的间距为1.5m～2m。
[0014]所述液氢舱和LNG舱的舱容相等。
[0015]所述驳运泵安装在LNG舱内，驳运泵、增压泵、冷凝器、第一加热器、船舶主机通过管路依次相连。
[0016]所述氢气压缩机、第二加热器和船舶主机通过管路依次相连。
[0017]所述天然气压缩机、冷凝器和第一加热器通过管路依次相连。
[0018]所述支撑梁设在液氢舱与LNG舱之间起支撑作用。
[0019]所述承重架设在液氢舱的下方与LNG舱连接起承重作用。
[0020]所述连接杆设在液氢舱的上方与LNG舱连接。
[0021]其中，本专利技术中液氢舱和LNG舱称为组合货舱。
[0022]关于液氢舱和LNG舱所运载液氢和LNG的质量计算如下：
[0023]假设液氢从液氢舱舱底到液氢自由液面的高度为H，液氢舱舱底到LNG自由液面的高度h，液氢舱舱底面积为S1，俯视图中液氢舱外壁与LNG舱内壁组成的“框”形的面积为S2，
LNG的密度为ρ
LNG
，液氢的密度为ρ
LH2
，液氢舱的质量为m，
[0024]船舶满载时使液氢和液氢舱的所受到的重力等于其所受到的LNG的浮力，即满足公式S1Hρ
LH2
g+mg＝S1hρ
LNG
g。
[0025]本专利技术的第二个目的是提出一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱的装卸货方法。
[0026]在装货港装货的方法：在船舶装货过程中，先往LNG舱中装载一定量的LNG，使液氢舱的重力等于其所受的浮力，再同时将液氢和LNG按6S1：S2的装载速度往液氢舱和LNG舱中同时装载液氢和LNG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液货船运输液氢和LNG的组合货舱，其特征在于：所述系统包括LNG舱(1)、液氢舱(2)、驳运泵(3)、氢气压缩机(4)、天然气压缩机(5)、增压泵(6)、冷凝器(7)、第一加热器(8)、第二加热器(9)、船舶主机(10)、支撑梁(11)、承重架(12)、连接杆(13)，所述液氢舱(2)固定在LNG舱(1)内；所述驳运泵(3)安装在LNG舱(1)内，驳运泵(3)、增压泵(6)、冷凝器(7)、第一加热器(8)、船舶主机(10)通过管路依次相连，所述氢气压缩机(4)、第二加热器(9)和船舶主机(10)通过管路依次相连，所述天然气压缩机(5)、冷凝器(7)和第一加热器(8)通过管路依次相连，所述支撑梁(11)在液氢舱(2)与LNG舱(1)之间水平设置，所述承重架(12)设在液氢舱(2)的下方与LNG舱(1)舱底连接，所述连接杆(13)设在液氢舱(2)的上方与LNG舱(1)舱顶连接，设液氢从液氢舱(2)舱底到液氢自由液面的高度为H，LNG的自由液面到液氢舱(2)舱底的高度为h，液氢舱(2)的舱底面积为S1，液氢舱(2)外壁与LNG舱(1)内壁组成“框”形的面积为S2，LNG的密度为ρ
LNG
，液氢的密度为ρ
LH2
，液氢舱(2)的质量为m。2.根据权利要求1所述的一种液...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾小平，姜浩，吴昱辰，纪然，李博洋，岳荣芹，鲁捷，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：