一种LNG动力液氢运输船利用燃料冷能预冷液氢舱的系统技术方案

本发明专利技术提出了一种LNG动力液氢运输船利用燃料冷能预冷液氢舱的系统，该系统包括：LNG燃料舱、驳运泵、增压泵、第一截止阀、换热器、风机、液氢舱、止回阀、缸套水加热器、船舶主机。通常液氢船在加注液氢之前必须预冷，但常用的“留货预冷”和“喷淋预冷”这两种方式存在很大的不足，本发明专利技术在船舶空载航行过程中利用LNG的冷能使液氢舱始终保持较低的温度，相比于“留货预冷”和“喷淋预冷”的方式，不仅可以在船舶卸货时将液氢全部卸空，大大提高了每个航次的液氢运输量，而且当船舶到达装货港后可直接加注液氢，节省了预冷时间，缩短了船舶的运输周期，大大提高了液氢船的运输效率，同时本发明专利技术还使LNG的冷能得到了充分利用，避免了冷能的浪费。的浪费。的浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种LNG动力液氢运输船利用燃料冷能预冷液氢舱的系统


[0001]本专利技术属于船舶
，具体涉及一种LNG动力液氢运输船利用燃料冷能预冷液氢舱的系统。

技术介绍

[0002]氢气作为一种清洁、无污染的理想能源备受人们的关注，目前氢气主要产自澳大利亚等国家，因此跨海运输成为运输氢气的主要选择。
[0003]为了增大氢气的海上运输量，氢气在船舶上通常以液态的形式(液氢)进行储存和运输，用于运输氢气的船舶称为液氢运输船(简称液氢船)。常压下,液氢的温度为
‑
253℃，当液氢船到达装货港加注液氢时，液氢舱的舱内温度应至少保持在
‑
100℃～
‑
200℃，如果液氢舱的舱内温度比较高，甚至接近常温的话，由于液氢的温度极低，此时若是向液氢舱内直接加注液氢，那么将会导致液氢舱的舱内温度急剧下降，产生较大的热应力，从而造成液氢舱的舱壁材料急剧收缩，对液氢舱造成破坏，存在极大的安全隐患。因此，液氢船在加注液氢之前必须对液氢舱进行降温处理，通常可以向液氢舱内缓慢的喷淋少量液氢，从而使液氢舱的舱内温度降低至与液氢温度(
‑
253℃)相差较小的温度环境中，此操作简称“预冷”。当预冷结束，液氢舱的舱内温度满足加注液氢的条件时，此时才可以快速地向液氢舱内加注液氢。通过预冷，使液氢舱的舱内温度处于一个较低的温度范围，尽量减少液氢与液氢舱舱壁之间的温度差，避免液氢舱内产生较大的热应力，确保加注液氢时液氢舱的安全。
[0004]液氢船上对液氢舱预冷的方法主要有两种：
[0005]第一种预冷方法是“留货预冷”，具体的操作流程为：当液氢船在卸货港卸货时，液氢舱内的液氢并不完全卸空，而是在液氢舱内留存少部分的液氢，当液氢船空载航行时，依靠留存的少量液氢自身的冷能使液氢舱始终保持较低的温度。但是由于这种留存液氢的方法在每次船舶从卸货港返回装货港的航行过程中都需要携带一定量的液氢，大大减少了每个航次的液氢运输量；并且由于船舶在空载航行过程中液氢舱内留存的少量液氢与周围环境存在约300℃的温差，液氢不断吸收外界热量，从而导致液氢蒸发，产生“蒸发汽”(简称BOG)。由于液氢的温度极低，因此BOG再液化比较困难，所以BOG在船舶上通常只能用作船舶主机的燃料，然而氢能源的价格非常昂贵，并且对于控制污染物排放更严格的陆地上来说，氢能源的需求量更大，具有更大的实用价值，因此若将BOG直接烧掉不仅会产生非常高的经济成本，而且还会造成超清洁能源(液氢)利用在对燃料要求不高的船舶上而引起的浪费。
[0006]第二种预冷方法是“喷淋预冷”，具体的操作流程为：液氢船在卸货港卸货时把液氢舱内的液氢全部卸空，当液氢船空载航行至装货港，然后向液氢舱重新加注液氢之前，须先向液氢舱内持续喷淋液氢，使液氢舱舱体逐渐降温，直到液氢舱舱内温度与液氢温度相差不大时，再向液氢舱内加注液氢。由于此种预冷方法必须保证液氢舱的舱内温度不能降低的太快，否则会造成热应力过大，因此这种方法耗费时间较长，至少为4～5天左右，增加了船舶的运输周期，大大降低了液氢船的运输效率，也就是每个航次的运输时间；并且船舶的租赁成本很高，还会造成船舶每次运输氢气产生非常高的经济成本，所以本方法的经济
性非常差。
[0007]综上所述，采用第一种预冷方法会大大减少每个航次的液氢运输量；而采用第二种预冷方法会增加船舶运输周期，大大降低液氢船的运输效率，因此以上两种常用的对液氢舱进行预冷的方法在实际的工程应用中存在很大的弊端和不足。
[0008]海上航行的船舶一般采用燃烧燃料油，基于国际海事组织对船舶烟气排放的要求越来越高，船东迫切需要寻求一种新的清洁能源来替代燃料油。由于LNG燃烧后排放污染物较少，当前LNG逐渐成为一种主流能源，而氢气的价格非常昂贵，LNG的市场价格相比于氢气非常低廉，因此LNG被越来越多的应用在船舶上，以LNG作为燃料的船舶，称为“LNG动力船”。由于LNG的温度为
‑
163℃，通常在使用之前要进行汽化，使其升温至20℃～45℃左右才可以供船舶主机燃用，所以在这一过程中会释放出大量的冷能。目前船上LNG的冷能可用于空调、冷库和冷能发电，由于空调、冷库的负荷很小，所以船舶的空调、冷库所需要的冷量非常少，即使空调、冷库利用了LNG的冷能，船上仍然还剩有大量冷能，若将冷能用于发电，由于其工艺过于复杂，且装置投入成本很高，所以冷能发电在船舶上很难被推广应用，因此LNG动力船上存在冷能严重过剩的现象，如果不加以利用这部分冷能，将会造成大量冷能的浪费。
[0009]基于此，若是能提出一种LNG动力液氢运输船利用燃料冷能预冷液氢舱的系统，采用LNG作为液氢船的船用燃料，在船舶空载航行时利用LNG的冷能对液氢舱进行预冷，使液氢舱一直处于较低的温度，这样既能解决常用预冷方式造成的液氢船液氢运输量低、运输周期长等问题，而且还使LNG的冷能得到了有效利用，那么这种方法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LNG动力液氢运输船利用燃料冷能预冷液氢舱的系统，该系统利用LNG汽化时释放的冷能，使液氢舱始终保持较低的温度。相比于常用的“留货预冷”和“喷淋预冷”的方式，本专利技术系统可以在液氢船卸货时将液氢舱内的液氢全部卸空，无须在船舶空载航行时留存液氢，大大提高了每个航次的液氢运输量，而且在船舶空载航行时巧妙的利用LNG的冷能预冷液氢舱，当船舶到达装货港后可直接加注液氢，节省了预冷时间，缩短了船舶的运输周期，大大提高了液氢船的运输效率，同时本专利技术还使LNG的冷能得到了有效利用，避免了LNG动力船冷能严重过剩的问题。
[0011]本专利技术系统主要包括：LNG供给系统、LNG供给及冷能利用系统和BOG处理系统。
[0012]其中所述LNG供给系统包括：LNG燃料舱、驳运泵、增压泵、第二截止阀、缸套水加热器、船舶主机。
[0013]所述LNG供给及冷能利用系统包括：LNG燃料舱、驳运泵、增压泵、第一截止阀、换热器、风机、液氢舱、止回阀、缸套水加热器、船舶主机。
[0014]所述BOG处理系统包括液氢舱、氢气压缩机、缸套水加热器、船舶主机。
[0015]所述LNG燃料舱内装有LNG燃料，所述驳运泵安装在LNG燃料舱内；所述驳运泵、增压泵、第二截止阀、缸套水加热器、船舶主机通过管路依次相连。
[0016]所述液氢舱用于储存液氢，且在船上设有多个，在本专利技术中优先设置四个，四个所述液氢舱在舱壁的上方均设有风机和换热器；所述风机固定安装在换热器的上方。
[0017]所述增压泵、第一截止阀、换热器、止回阀与缸套水加热器通过管路依次相连。
[0018]所述液氢舱、氢气压缩机、缸套水加热器与船舶主机通过管路依次连接。
[0019]上述以一个液氢舱为例介绍了本专利技术系统中各个部件的连接，其余三个液氢舱中各个部件的连接均与上述相同。
[0020]当液氢船满载航行时，船舶采用LNG供给系统，此时，第一截止阀和止回阀关闭，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LNG动力液氢运输船利用燃料冷能预冷液氢舱的系统，其特征在于：本系统包括LNG供给系统、LNG供给及冷能利用系统和BOG处理系统；所述LNG供给系统包括：LNG燃料舱(1)、驳运泵(2)、增压泵(3)、第二截止阀(9)、缸套水加热器(11)、船舶主机(12)；所述LNG供给及冷能利用系统包括：LNG燃料舱(1)、驳运泵(2)、增压泵(3)、第一截止阀(4)、换热器(5)、风机(6)、液氢舱(7)、止回阀(8)、缸套水加热器(11)、船舶主机(12)；所述BOG处理系统包括液氢舱(7)、氢气压缩机(10)、缸套水加热器(11)、船舶主机(12)；所述液氢舱(7)在船上设有四个，四个所述液氢舱(7)在舱壁的上方均设有风机(6)和换热器(5)；所述LNG燃料舱(1)内装有LNG燃料，所述驳运泵(2)安装在LNG燃料舱(1)内；所述驳运泵(2)、增压泵(3)、第一截止阀(4)、换热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁捷，刘亚琦，钟永健，刁福军，赵晶，李博洋，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：